JP4071838B2 - 内燃機関の制御のための方法及び装置 - Google Patents
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- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
- Fuel-Injection Apparatus (AREA)
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料がポンプから高圧部に供給され、個々のシリンダへの燃料の調量が、ソレノイドバルブによって制御可能である、コモンレールシステムを有する内燃機関の制御のための方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の制御のためのこのような方法及び装置は公知である。通常は、保護遮断弁が設けられている。エラー発生の場合に、安全を図るために遮断を保証する。このような保護遮断弁は、ディーゼルエンジンではＥＬＡＢと呼ばれる。
【０００３】
所定の噴射システム、例えば、いわゆるコモン・レール・システム（Ｃｏｍｍｏｎ-Ｒａｉｌ-Ｓｙｓｔｅｍ）においては、このような保護遮断弁の適用自体に問題がある。というのも、高圧下にある膨張した燃料が、この保護遮断弁と噴射ノズルとの間に存在するからである。そのため、遮断バルブを作動させた後でもエンジンはなお一定期間引き続き作動する。あるいは、漏れ箇所がある場合には、高圧下の大量の燃料が外部に流れ出る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、冒頭に述べた形式の内燃機関の制御のための方法及び装置において、できるだけ迅速な遮断が保証される、安全のための遮断を保証することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、安全性を脅かすエラー発生の場合に、前記燃料の調量がトルクに寄与しないクランクシャフト角度領域においてのみ、エラーのない動作の場合よりも多くの燃料を調量し、これより前記安全性を脅かすエラーの場合には、前記高圧部における圧力を迅速に低下させることによって解決される。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の方式は、いわゆるコモン・レール・システムにおいても、エラーの場合に迅速な遮断が可能である、という利点を提供する。同時に、エラーの場合に高圧部の圧力を迅速に低下させる。通常の遮断バルブならびにその制御機構を省くことができる。このことは大幅なコスト節約を意味する。この装置はテストする必要がない。というのも、この装置のテストは、ノーマル動作によって実施され、安全を保障されているからである。
【０００７】
本発明の有利な、目的に適った実施形態及び改良実施例は、従属請求項から得られる。
【０００８】
【実施例】
次に本発明を図面に示された実施例に基づいて説明する。
【０００９】
以下に本発明の装置を自己着火式内燃機関の例において示す。この装置においては、燃料調量はソレノイドバルブを用いて制御される。図１に図示された実施例は、いわゆるコモン・レール・システムに関する。本発明の方式は、しかしこのシステムに限定されるものではない。
【００１０】
１００によって内燃機関が示されている。この内燃機関は、吸入導管１０５を介して新しい空気を吸入し、排気ガス導管１１０を介して排気ガスを排気する。
【００１１】
ここに図示された内燃機関は、４シリンダ内燃機関である。この内燃機関の各シリンダには、インジェクタ１２０、１２１、１２２、１２３が配属されている。これらのインジェクタに対して、ソレノイドバルブ１３０、１３１、１３２、１３３を介して、燃料が調量される。燃料は、いわゆるレール１３５からインジェクタ１２０、１２１、１２２、１２３を介して内燃機関１００のシリンダに供給される。
【００１２】
レール１３５内の燃料は、高圧ポンプ１４５によって、調節可能な圧力にされる。この高圧ポンプ１４５は、ソレノイドバルブ１５０を介して燃料供給ポンプ１５５と接続されている。この燃料供給ポンプ１５５は、燃料タンク１６０に接続している。
【００１３】
バルブ１５０は、コイル１５２を有している。ソレノイドバルブ１３０、１３１、１３２、１３３は、コイル１４０、１４１、１４２、１４３を有している。このコイル１４０、１４１、１４２、１４３には出力段１７５を用いて電流を印加することができる。この出力段１４５は、有利には制御装置１７０内に配置される。この制御装置１７０は相応にコイル１５２を制御する。
【００１４】
さらに、センサ１７７が設けられており、このセンサ１７７は、レール１３５内の圧力を検出し、相応の信号を制御装置１７０に送出する。
【００１５】
エラー検出器１７６は、異なる信号を評価し、エラーの場合、出力段１７５ならびにバルブ１５２に相応の信号を印加する。
【００１６】
有利な実施形態においては、レール１３５とインジェクタ１２０〜１２３との間にそれぞれフロー制限器１８０、１８１、１８２、１８３が配置されている。有利には、インジェクタとフロー制限器は、構造上のユニットを形成する。しかし、フロー制限器をそれぞれ、ソレノイドバルブとレールとの間か又はソレノイドバルブと各インジェクタとの間に配置してもよい。フロー制限器は、レール１３５とインジェクタとの間を接続しているが、この接続によって所定の燃料量より多い燃料量が流れた場合には、この接続を遮断するように構成されている。一定の燃料量が調量された時に、このフロー制限器は実施形態に従って遮断する。この燃料量は、エラーのない駆動状態の際の最大燃料量より大きいように選択されている。従って、この燃料量は、全負荷燃料量ないしスタート燃料量より大きい。さらに、この燃料量は、内燃機関に損傷を与える燃料量よりは少ないように選択されている。
【００１７】
本発明による装置は、次のように動作する。燃料供給ポンプ１５５は、燃料を燃料タンクからバルブ１５０を介して高圧ポンプ１４５に供給する。この高圧ポンプ１４５は、レール１３５の中で所定の圧力を形成する。通常、レール１３５内では、火花点火式内燃機関用のシステムの場合ほぼ３０〜１００バールの圧力値が、自己着火式内燃機関の場合ほぼ１０００〜２０００バールの圧力値が目標とされる。
【００１８】
コイル１４０〜１４３に電流を流すことにより、相応のソレノイドバルブ１３０〜１３３が制御される。この場合、コイルに対する制御信号が、インジェクタ１２０〜１２３による燃料の噴射開始及び噴射終了を決定する。
【００１９】
このようなシステムにおいてエラーが生じるとすれば（例えば制御ユニット１７０、高圧部及び/又は噴射バルブの領域の故障である可能性が高い）、内燃機関が確実に停止することが保証されなければならない。
【００２０】
例えば、高圧ポンプ１４５が直接内燃機関によって作動され、そのため、この高圧ポンプ１４５が内燃機関の駆動中に常に燃料を供給し続けるシステムにおいては、この高圧ポンプ１４５の遮断は不可能である。従って、別の手段によって高圧部の圧力が迅速に低下され、燃料供給が阻止されることが保証されなければならない。
【００２１】
このことは、例えば、高圧部に漏れ箇所が発生したり、高圧の燃料がエンジンルーム内に流れ出したり、あるいは故障したインジェクタを通じて燃料が高圧のままで持続的にシリンダに供給される場合に、必要不可欠である。これらのケースでは、高圧部の圧力を迅速に低下する必要がある。
【００２２】
本発明によれば、次のように経過する。エラー監視装置１７５が、エラーを識別すると、このエラー監視装置１７５が緊急走行プログラムに切り換える。これはバルブ１５０を遮断状態にすることを意味する。よって、ポンプ１１５からこれ以上の燃料が供給されないことが保証される。別の手段として、ソレノイドコイル１４０、１４１、１４２、１４３は、噴射が内燃機関のトルクに寄与しなくなるクランクシャフト角度位置で燃料調量を行えるように制御される。例えば、下死点の領域において燃料調量が行えると有利である。このことは、内燃機関の排気バルブが開く直前に燃料調量が行われることを意味している。
【００２３】
本発明の実施形態では、第２の手段のみが実施されるように構成されている。この実施形態ではバルブを省くことができる。
【００２４】
噴射される燃料量が、高圧ポンプ１４５の供給する量よりも大きい値であるように、できるだけ大きな角度領域で燃料調量が行われる。この手段によって、一方では高圧部の圧力が例えばレール１３５内で迅速に低下し、同時に内燃機関が停止する。
【００２５】
図２ａでは、燃料調量が通常行われている角度領域が、クランクシャフトの角度を横軸として示されている。通常は、それぞれのシリンダの上死点ＯＴの領域で燃料調量が行われる。この場合、調量の持続時間は、クランクシャフト角度０°〜４０°の間の時間である。
【００２６】
図２ｂでは、エラーの発生した場合の状況が示されている。噴射は下死点ＵＴの領域で行われ、この噴射の持続時間は、ノーマル動作時よりもはるかに長い。
【００２７】
例えば、エラーの場合に、インジェクタを貫流する燃料量が、ある値になるように噴射持続時間を選択すると有利である。この「ある値」とは、フロー制限器が応答してそれ以上の燃料供給を阻止するような値である。この場合、このフロー制限器が応答する量は、内燃機関に損傷を与えないような量に選択されるべきである。
【００２８】
例えば、ただ１つのインジェクタが故障していると識別された場合に、このインジェクタに配属されたフロー制限器が燃料フローを阻止するように、このインジェクタのみが制御されると有利である。
【００２９】
非常時の遮断のための噴射は、有利には、圧縮行程以外で、つまりクランクシャフト角度０°〜２７０°の間で行われる。上死点通過後のクランクシャフト角度ほぼ１００°〜２００°までの角度領域が、とりわけ有利であると分かった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による噴射装置の概略図である。
【図２】ａは通常時の時間に対する噴射パルスを示したグラフである。
ｂはエラーの場合の時間に対する噴射パルスを示したグラフである。
【符号の説明】
１００ 内燃機関
１０５ 吸入導管
１１０ 排気ガス導管
１２０〜１２３ インジェクタ
１３０〜１３３ ソレノイドバルブ
１３５ レール
１４０〜１４３ コイル
１４５ 高圧ポンプ
１５０ ソレノイドバルブ
１５２ コイル
１５５ 燃料供給ポンプ
１６０ 燃料タンク
１７０ 制御装置
１７５ 出力段
１７６ エラー検出器
１７７ センサ
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料がポンプから高圧部に供給され、個々のシリンダへの燃料の調量が、ソレノイドバルブによって制御可能である、コモンレールシステムを有する内燃機関の制御のための方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の制御のためのこのような方法及び装置は公知である。通常は、保護遮断弁が設けられている。エラー発生の場合に、安全を図るために遮断を保証する。このような保護遮断弁は、ディーゼルエンジンではＥＬＡＢと呼ばれる。
【０００３】
所定の噴射システム、例えば、いわゆるコモン・レール・システム（Ｃｏｍｍｏｎ-Ｒａｉｌ-Ｓｙｓｔｅｍ）においては、このような保護遮断弁の適用自体に問題がある。というのも、高圧下にある膨張した燃料が、この保護遮断弁と噴射ノズルとの間に存在するからである。そのため、遮断バルブを作動させた後でもエンジンはなお一定期間引き続き作動する。あるいは、漏れ箇所がある場合には、高圧下の大量の燃料が外部に流れ出る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、冒頭に述べた形式の内燃機関の制御のための方法及び装置において、できるだけ迅速な遮断が保証される、安全のための遮断を保証することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、安全性を脅かすエラー発生の場合に、前記燃料の調量がトルクに寄与しないクランクシャフト角度領域においてのみ、エラーのない動作の場合よりも多くの燃料を調量し、これより前記安全性を脅かすエラーの場合には、前記高圧部における圧力を迅速に低下させることによって解決される。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の方式は、いわゆるコモン・レール・システムにおいても、エラーの場合に迅速な遮断が可能である、という利点を提供する。同時に、エラーの場合に高圧部の圧力を迅速に低下させる。通常の遮断バルブならびにその制御機構を省くことができる。このことは大幅なコスト節約を意味する。この装置はテストする必要がない。というのも、この装置のテストは、ノーマル動作によって実施され、安全を保障されているからである。
【０００７】
本発明の有利な、目的に適った実施形態及び改良実施例は、従属請求項から得られる。
【０００８】
【実施例】
次に本発明を図面に示された実施例に基づいて説明する。
【０００９】
以下に本発明の装置を自己着火式内燃機関の例において示す。この装置においては、燃料調量はソレノイドバルブを用いて制御される。図１に図示された実施例は、いわゆるコモン・レール・システムに関する。本発明の方式は、しかしこのシステムに限定されるものではない。
【００１０】
１００によって内燃機関が示されている。この内燃機関は、吸入導管１０５を介して新しい空気を吸入し、排気ガス導管１１０を介して排気ガスを排気する。
【００１１】
ここに図示された内燃機関は、４シリンダ内燃機関である。この内燃機関の各シリンダには、インジェクタ１２０、１２１、１２２、１２３が配属されている。これらのインジェクタに対して、ソレノイドバルブ１３０、１３１、１３２、１３３を介して、燃料が調量される。燃料は、いわゆるレール１３５からインジェクタ１２０、１２１、１２２、１２３を介して内燃機関１００のシリンダに供給される。
【００１２】
レール１３５内の燃料は、高圧ポンプ１４５によって、調節可能な圧力にされる。この高圧ポンプ１４５は、ソレノイドバルブ１５０を介して燃料供給ポンプ１５５と接続されている。この燃料供給ポンプ１５５は、燃料タンク１６０に接続している。
【００１３】
バルブ１５０は、コイル１５２を有している。ソレノイドバルブ１３０、１３１、１３２、１３３は、コイル１４０、１４１、１４２、１４３を有している。このコイル１４０、１４１、１４２、１４３には出力段１７５を用いて電流を印加することができる。この出力段１４５は、有利には制御装置１７０内に配置される。この制御装置１７０は相応にコイル１５２を制御する。
【００１４】
さらに、センサ１７７が設けられており、このセンサ１７７は、レール１３５内の圧力を検出し、相応の信号を制御装置１７０に送出する。
【００１５】
エラー検出器１７６は、異なる信号を評価し、エラーの場合、出力段１７５ならびにバルブ１５２に相応の信号を印加する。
【００１６】
有利な実施形態においては、レール１３５とインジェクタ１２０〜１２３との間にそれぞれフロー制限器１８０、１８１、１８２、１８３が配置されている。有利には、インジェクタとフロー制限器は、構造上のユニットを形成する。しかし、フロー制限器をそれぞれ、ソレノイドバルブとレールとの間か又はソレノイドバルブと各インジェクタとの間に配置してもよい。フロー制限器は、レール１３５とインジェクタとの間を接続しているが、この接続によって所定の燃料量より多い燃料量が流れた場合には、この接続を遮断するように構成されている。一定の燃料量が調量された時に、このフロー制限器は実施形態に従って遮断する。この燃料量は、エラーのない駆動状態の際の最大燃料量より大きいように選択されている。従って、この燃料量は、全負荷燃料量ないしスタート燃料量より大きい。さらに、この燃料量は、内燃機関に損傷を与える燃料量よりは少ないように選択されている。
【００１７】
本発明による装置は、次のように動作する。燃料供給ポンプ１５５は、燃料を燃料タンクからバルブ１５０を介して高圧ポンプ１４５に供給する。この高圧ポンプ１４５は、レール１３５の中で所定の圧力を形成する。通常、レール１３５内では、火花点火式内燃機関用のシステムの場合ほぼ３０〜１００バールの圧力値が、自己着火式内燃機関の場合ほぼ１０００〜２０００バールの圧力値が目標とされる。
【００１８】
コイル１４０〜１４３に電流を流すことにより、相応のソレノイドバルブ１３０〜１３３が制御される。この場合、コイルに対する制御信号が、インジェクタ１２０〜１２３による燃料の噴射開始及び噴射終了を決定する。
【００１９】
このようなシステムにおいてエラーが生じるとすれば（例えば制御ユニット１７０、高圧部及び/又は噴射バルブの領域の故障である可能性が高い）、内燃機関が確実に停止することが保証されなければならない。
【００２０】
例えば、高圧ポンプ１４５が直接内燃機関によって作動され、そのため、この高圧ポンプ１４５が内燃機関の駆動中に常に燃料を供給し続けるシステムにおいては、この高圧ポンプ１４５の遮断は不可能である。従って、別の手段によって高圧部の圧力が迅速に低下され、燃料供給が阻止されることが保証されなければならない。
【００２１】
このことは、例えば、高圧部に漏れ箇所が発生したり、高圧の燃料がエンジンルーム内に流れ出したり、あるいは故障したインジェクタを通じて燃料が高圧のままで持続的にシリンダに供給される場合に、必要不可欠である。これらのケースでは、高圧部の圧力を迅速に低下する必要がある。
【００２２】
本発明によれば、次のように経過する。エラー監視装置１７５が、エラーを識別すると、このエラー監視装置１７５が緊急走行プログラムに切り換える。これはバルブ１５０を遮断状態にすることを意味する。よって、ポンプ１１５からこれ以上の燃料が供給されないことが保証される。別の手段として、ソレノイドコイル１４０、１４１、１４２、１４３は、噴射が内燃機関のトルクに寄与しなくなるクランクシャフト角度位置で燃料調量を行えるように制御される。例えば、下死点の領域において燃料調量が行えると有利である。このことは、内燃機関の排気バルブが開く直前に燃料調量が行われることを意味している。
【００２３】
本発明の実施形態では、第２の手段のみが実施されるように構成されている。この実施形態ではバルブを省くことができる。
【００２４】
噴射される燃料量が、高圧ポンプ１４５の供給する量よりも大きい値であるように、できるだけ大きな角度領域で燃料調量が行われる。この手段によって、一方では高圧部の圧力が例えばレール１３５内で迅速に低下し、同時に内燃機関が停止する。
【００２５】
図２ａでは、燃料調量が通常行われている角度領域が、クランクシャフトの角度を横軸として示されている。通常は、それぞれのシリンダの上死点ＯＴの領域で燃料調量が行われる。この場合、調量の持続時間は、クランクシャフト角度０°〜４０°の間の時間である。
【００２６】
図２ｂでは、エラーの発生した場合の状況が示されている。噴射は下死点ＵＴの領域で行われ、この噴射の持続時間は、ノーマル動作時よりもはるかに長い。
【００２７】
例えば、エラーの場合に、インジェクタを貫流する燃料量が、ある値になるように噴射持続時間を選択すると有利である。この「ある値」とは、フロー制限器が応答してそれ以上の燃料供給を阻止するような値である。この場合、このフロー制限器が応答する量は、内燃機関に損傷を与えないような量に選択されるべきである。
【００２８】
例えば、ただ１つのインジェクタが故障していると識別された場合に、このインジェクタに配属されたフロー制限器が燃料フローを阻止するように、このインジェクタのみが制御されると有利である。
【００２９】
非常時の遮断のための噴射は、有利には、圧縮行程以外で、つまりクランクシャフト角度０°〜２７０°の間で行われる。上死点通過後のクランクシャフト角度ほぼ１００°〜２００°までの角度領域が、とりわけ有利であると分かった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による噴射装置の概略図である。
【図２】ａは通常時の時間に対する噴射パルスを示したグラフである。
ｂはエラーの場合の時間に対する噴射パルスを示したグラフである。
【符号の説明】
１００ 内燃機関
１０５ 吸入導管
１１０ 排気ガス導管
１２０〜１２３ インジェクタ
１３０〜１３３ ソレノイドバルブ
１３５ レール
１４０〜１４３ コイル
１４５ 高圧ポンプ
１５０ ソレノイドバルブ
１５２ コイル
１５５ 燃料供給ポンプ
１６０ 燃料タンク
１７０ 制御装置
１７５ 出力段
１７６ エラー検出器
１７７ センサ
Claims (7)
- 燃料がポンプから高圧部に供給され、個々のシリンダへの燃料の調量が、ソレノイドバルブによって制御可能である、コモンレールシステムを有する内燃機関の制御のための方法において、
安全性を脅かすエラー発生の場合に、前記燃料の調量がトルクに寄与しないクランクシャフト角度領域においてのみ、エラーのない動作の場合よりも多くの燃料を調量し、
これより前記安全性を脅かすエラーの場合には、前記高圧部における圧力を迅速に低下させることを特徴とする内燃機関の制御のための方法。 - 安全性を脅かすエラー発生の場合に、それぞれのシリンダの下死点の領域において、調量が行われることを特徴とする請求項１記載の方法。
- 安全性を脅かすエラー発生の場合に、フロー制限器が高圧部とインジェクタとの間の燃料フローを阻止するような燃料量が調量されることを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
- 安全性を脅かすエラーが生じたシリンダのみに、前記フロー制限器が燃料フローを阻止するような燃料量が調量されることを特徴とする請求項３記載の方法。
- 安全性を脅かすエラー発生の場合に、ノーマル動作時よりも長い噴射持続時間が選択されることを特徴とする請求項１〜４までのうち１項記載の方法。
- 安全性を脅かすエラー発生の場合に、それぞれのシリンダの上死点の通過後に、１００°〜２００°の間のクランクシャフトの角度領域において、調量が行われることを特徴とする請求項１〜５までのうち１項記載の方法。
- ポンプが燃料を高圧部に供給し、ソレノイドバルブが個々のシリンダへの燃料の調量を制御する、コモンレールシステムを有する内燃機関の制御のための装置において、
安全性を脅かすエラーの場合に、前記燃料の調量がトルクに寄与しないクランクシャフト角度領域においてのみ、エラーのない動作の場合よりも多くの燃料を調量する手段が設けられており、これにより前記安全性を脅かすエラーの場合には、前記高圧部における圧力が迅速に低下されることを特徴とする内燃機関の制御のための装置。
Applications Claiming Priority (4)
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Publications (2)
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| JP21013796A Expired - Fee Related JP4071838B2 (ja) | 1995-09-23 | 1996-08-08 | 内燃機関の制御のための方法及び装置 |
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