JP4351699B2 - 噴射器電子制御を備えたエンジンのエンジンフェーズに噴射を同期させる方法 - Google Patents

Description

本発明は、噴射器電子制御を備えたエンジンのエンジンフェーズに噴射を同期させる方法に関する。

新世代のエンジン、特に直噴式エンジンの開発とともに、シリンダへの燃料噴射の電子制御が広まった。燃料噴射の電子制御は、燃料がシリンダに噴射される時点の全制御を可能にする。したがって、３°の精度で、言い換えれば、非常に精確な噴射間隔で燃料を噴射することが可能になる。

４サイクルエンジンでは、シリンダ内のピストンの位置、したがってまたクランクシャフトの位置だけでなく、エンジンのフェーズを知ることも重要である。したがって、シリンダ内のピストンが上死点にあるとき、ピストンが圧縮行程の終端にあるのか又は排気行程の終端にあるのかを知ることが重要である。この目的のために２つの位置センサが使用される。クランクシャフト上の第１のセンサはシリンダ内のピストンの相対位置を示し、カムシャフト上の第２のセンサはエンジンフェーズ（吸入、圧縮、膨張、又は排気）を示す。

一般に、カムシャフトに配置されたセンサにより供給される情報は、最初の噴射が行われるべきシリンダを決定するために、エンジンの始動時にだけ使用される。噴射順序は所定のサイクルに従って実施され、クランクシャフトとの同期だけが必要とされる。

それゆえ、本発明の課題は、始動時に、クランクシャフトに配置されたセンサから受け取る情報に頼らなくても済むようにする同期方法を提供することである。したがって、このセンサが故障していても、エンジンを始動することができる。また、他の目的では使用されないこのセンサを除去することも可能である。

この目的のために、本発明は、噴射器電子制御を備えたエンジンのエンジンフェーズに噴射を同期させる方法であって、前記エンジンのｎ個のシリンダの各々に所定の順序で順次燃料を直接噴射し、該燃料噴射を相応するシリンダ内のピストンの位置に同期させるようにした方法を提案する。

本発明によれば、この方法はエンジン始動時に実行される以下のステップを有する：
− スタータにより動作開始させられた相応するピストンが圧縮フェーズの終端にあるときに、ｍ個のシリンダに所定の噴射順序で燃料を噴射するステップ、ただし、ｍはｎの関数として前もって決定するものとする、
− エンジン回転数及び／又は加速度を測定するステップ、
− エンジン回転数及び／又は加速度が所定の閾値を超えている場合に、所定の順序で噴射を継続するステップ、ただし、この場合、噴射はエンジンフェーズに同期させて行う、
− 前記とは逆の場合に噴射をエンジンフェーズに同期させるため、先行する噴射に対して、ならびに、所定の順序に対して、位相をずらして噴射を継続するステップ、ただし、前記位相ずれはｎ及びｍの関数とする。

この方法では、最初のｍ回の噴射の実行に関しては、噴射がエンジンの圧縮フェーズと同期しないことが容認されている。この同期の不在は検出され、補正される。

有利には、エンジン回転数及び／又は加速度はエンジンが約１回転した後に測定される。これにより、噴射が同期されていない期間を、最初の噴射が圧縮フェーズにおいて実行されない場合に限定することが可能になる。

本発明による方法が適用されるエンジンに偶数個のシリンダがある場合には、燃料はエンジン回転数及び／又は加速度が測定される前に半数のシリンダに噴射される。言い換えれば、ｍ＝ｎ／２である。

最初の測定の後に為された選択が正しいことを確認するために、エンジン回転数及び／又は加速度の２回目の測定がさらにｐ回の噴射の後に行われる。これは同期が正しいことを確認するためであり、ｐはｎ及びｍの関数として前もって決定されるものとする。この場合、エンジン回転数及び／又は加速度の２回目の測定をエンジンの２回転後に、言い換えれば、ｎ回の燃料噴射後に行うと有利である。

本発明による方法では、エンジンのシリンダ内のピストンの位置は、相応するエンジン弾み車の角度位置を測定する位置センサにより求められる。

未燃燃料の大気への過剰な放出を防ぐために、本発明は、最初のｍ回の噴射において噴射される燃料量を後続の噴射において使用される燃料量よりも少なくする変更形態を提案する。

本発明の詳細及び利点は、添付した概略的な図面を参照した以下の説明により明らかとなる。これらの図面のうち、
図１は、Ｖ６エンジンのシリンダへの燃料噴射の順序を示しており、
図２は、Ｖ６エンジンに関して本発明による方法のフローチャートを示しており、
図３は、燃料噴射の順序を３つの例で示している。

以下では、Ｖ形に配置された６つのシリンダを有するエンジンに適用された有利な実施形態に基づいて本発明を説明する。これらのシリンダは、Ａ及びＢ（図１参照）として識別される２つのラインに分散している。シリンダ自体には１〜６の番号が付されており、シリンダ１〜３はＡとして識別されるシリンダラインを形成し、シリンダ４〜６はＢとして識別されるシリンダラインを形成している。

このケースでは、エンジンは４サイクルディーゼルエンジンである。もっとも、本発明は４サイクルガソリンエンジンにも適用可能である。各シリンダに燃料を噴射するために噴射器が設けられている。これら６つの噴射器は電子制御される。一般に、シリンダに燃料を噴射すべき時点を決定するために、２つのセンサが設けられている。まず第一に、各シリンダについてその中をスライドするピストンの正確な位置を示すセンサがある。このセンサは以下ではクランクセンサと呼ばれる。燃料はピストンがほぼ上死点にあるときに噴射されなければならないが、僅かにこの上死点から離れた位置で噴射される。クランクセンサは、エンジンクランクシャフトに結合したエンジン弾み車の回転を測定することにより、このクランクシャフトの角度位置を求めることができる。したがって、クランクセンサによりシリンダ内のピストンの位置を知ることができるが、燃料サイクルの現在のフェーズを識別することはできない。このように、クランクセンサはエンジンの６つのシリンダについてその上死点を求めることができる。しかしながら、ピストンが上死点にあるときに、ピストンが圧縮フェーズの終端にいるのか又は排気フェーズの終端にいるのかを知る手だてはない。この情報は以下でカムセンサと呼ばれるセンサから得ることができる。このカムセンサはエンジンのカムシャフトに、また複数のカムシャフトがある場合にはそのうちの１つに結合されている。明らかに、各カムシャフトに１つのカムセンサを設けることができる。カムシャフトの角度位置は、周知のように、各シリンダについて４行程サイクルのフェーズを識別するために使用することができる。

カムセンサにより提供される情報はエンジン始動時に使用される。エンジンがスタータによって始動されるとき、燃料は圧縮行程の終端に達した最初のシリンダに噴射される。相応するピストンの位置はクランクセンサとカムセンサにより供給され、相応するバルブが閉じていることならびにこのピストンがエアを圧縮したことを示す。

本発明はカムセンサにより提供される情報なしでエンジンを始動する方法を提案する。これにより、このセンサの動作不良を克服すること、あるいは、このセンサなしでエンジンを設計することさえ可能になる。このことはエンジンのコストを相応に低減させる。

上記のＶ６エンジンにおいて、エンジンの正確な動作を達成するために、燃料は所定の順序でシリンダに噴射される。この順序は図１に示されている。燃料の噴射が番号１のシリンダに対して為されると、次の噴射が行われるシリンダは番号４、次は番号２、次は番号５、次は番号３、次は番号６、次はまた番号１等々となる。

図２は上記エンジンに適用された本発明による方法を示すフローチャートである。スタータは活動化されたばかりであると仮定する。そこで、中のシリンダが上死点に達したシリンダを見つけるためにクランクセンサが使用される。この場合には、これはシリンダ１であると仮定する。燃料は（ピストンが通常規定される距離だけ上死点から離れた）このシリンダ１に噴射される。この時点では、このシリンダ１におけるエンジンフェーズが圧縮行程の終端であるのか又は排気行程の終端であるのかは分からない。相応するピストンが正しい位置にあることをクランクセンサが示すと、燃料はこの順序でシリンダ４と２に噴射される。

これら３回の噴射がシリンダ１，４及び２に対して為されると、噴射された燃料が燃焼したか否かを判定する検査が行われる（図２のステップＴＥＳＴ１）。噴射された燃料が燃焼した場合には、燃焼は力学的エネルギーを供給し、エンジン回転数は上昇することになる。噴射された燃料が燃焼していなければ、何も起こらず、エンジン回転数は依然としてスタータにより生じる回転数に等しいままである。

それゆえ、燃焼テストはエンジン回転数を測定することにより行われる。ここでは、エンジン回転数が３００ｒ．ｐ．ｍよりも高い場合には、燃焼は燃焼しており、燃焼はシリンダ１，２及び４で起こったものと見なされる。この場合には、噴射サイクルを継続することができ、次の噴射はシリンダ５，３及び６に対して為される。

燃焼テストＴＥＳＴ１が否定的な場合、つまり、エンジン回転数が３００ｒ．ｐ．ｍより低いままである場合には、燃料は排気フェーズの終端において噴射されたと見なされる。したがって、噴射のフェーズは３６０°シフトさせなければならない。このケースでは、このことはシリンダ５に燃料を噴射する代わりに、シリンダ１に燃料を再噴射しなければならないことを意味する。それゆえ、シリンダ１，４及び２への一連の噴射が繰り返される。これらの噴射の終了時には、燃焼が実際に生じたか、また燃焼が力学的エネルギーを供給したかを判定するために、燃焼テストＴＥＳＴ１が繰り返される。燃焼が実際に生じ、力学的エネルギーを供給した場合には、噴射サイクルを継続することができ、次の噴射はシリンダ５，３及び６に対して為される。

第２の燃焼テスト（図２ではＴＥＳＴ２として図示）はこれら３回のさらなる噴射の後に行われる。第１の噴射テストＴＥＳＴ１が肯定的ならば、この第２の燃焼テストＴＥＳＴ２もそれを確認すべきである。このことが起こるためには、エンジン回転数は３００ｒ．ｐ．ｍより高くなければならない。

図３は図１のエンジンにおける最初の噴射を３つの別個のケースにまとめている。第１のケースでは、エンジンはクランクセンサとカムセンサを備えており、両方のセンサとも動作状態にあると仮定されている。第２及び第３のケースでは、カムセンサは故障しているか又は場合によっては存在していない。第２のケースでは、最初の３回の噴射（シリンダ１，４及び２）の後の燃焼テストＴＥＳＴ１は肯定的である。噴射サイクルは継続する。シリンダ５，３及び６への噴射の後の燃焼テストＴＥＳＴ２は肯定的であり、噴射サイクル（１−４−２−５−３−６−１…）は継続する。第３のケースでは、第１の燃焼テストＴＥＳＴ１は否定的である。そこでシリンダ１，４及び２への噴射が繰り返される。そして、再度の燃焼テストＴＥＳＴ１が行われ、結果は肯定的である。次に噴射はシリンダ５，３及び６へと続き、燃焼テストＴＥＳＴ２は肯定的である。噴射サイクル（５−３−６−１−４−２−５…）が継続する。

第１の燃焼テストＴＥＳＴ１はエンジンの１回転後に行われる。既に言及したように、この３６０°回転はエンジンの始動を確立し、実証するのに十分である。第１の燃焼テストＴＥＳＴ１が肯定的であれば、つまり、実際に始動した後に実際に２回転していれば、第２の燃焼テストＴＥＳＴ２が行われる。したがって、全サイクルが各シリンダにおいて展開する。

過剰な未燃燃料の放出を防ぐため、最初の３回の噴射において噴射される燃料量を制限してもよい。最初の噴射の時点から同期が正しいならば、これらの燃料量はエンジンを始動させるに十分でなければならない。

本発明による方法は、カムセンサが存在していないか又は故障しているといういずれかの理由でこのセンサからの信号が利用できない場合に、使用される。他方で、噴射はクランクシャフトの回転と同期していなければならない。車両は静止状態にあることが望ましい。この方法を使用する前に、エンジン制御システムは、この始動手続きが妨げられないようにするため、噴射システムにエラー信号が出ていないかを調べる。

このように、本発明によれば、ディーゼルエンジン又は噴射が電子制御される他の任意のエンジンを始動するためにカムセンサを使用しなくてもよくなる。

複数のエンジンで行ったテストによりこの方法の有効性は実証されている。スタータにより生じる回転数が２１０〜２３０ｒ．ｐ．ｍの範囲内にある場合、６気筒エンジンにおいて３回の燃焼の後に測定される回転数はおよそ３２０ｒ．ｐ．ｍである。３００ｒ．ｐ．ｍの回転数は、例えば、燃焼テストの閾値として使用することもできる。この測定は特殊なセンサの使用を必要としない。というのも、エンジン制御システムが各エンジンのエンジン回転数を測定するようになっているからである。

変更形態として、エンジン回転数の値を測定するのではなく、エンジン回転数の変化を測定することも可能である。エンジン回転数の著しい加速が検出された場合には、燃焼が生じたものと、したがって噴射がエンジンフェーズと同期しているものと見なされる。

本発明は上記の方法と非限定的な例として上に示されたその変更形態に限定されない。本発明は請求項の範囲内で当業者が考案しうる他のすべての変更形態にも関わるものである。

Ｖ６エンジンのシリンダへの燃料噴射の順序を示す。 Ｖ６エンジンに関して本発明による方法のフローチャートを示す。 燃料噴射の順序を３つの例で示す。

Claims (7)

1. 噴射器電子制御を備えたエンジンのエンジンフェーズに噴射を同期させる方法であって、前記エンジンのｎ個のシリンダの各々に所定の順序で順次燃料を直接噴射し、該燃料噴射を相応するシリンダ内のピストンの位置に同期させるようにした方法において、
   エンジン始動時に以下のステップ、すなわち、
   − スタータにより動作開始させられた相応するピストンが圧縮フェーズの終端にあるときに、ｍ個のシリンダに所定の噴射順序で燃料を噴射するステップと、ただし、ｍはｎの関数として前もって決定するものとし、
   − エンジン回転数及び／又は加速度を測定するステップと、
   − エンジン回転数及び／又は加速度が所定の閾値を超えている場合に、所定の順序で噴射を継続するステップと、ただしこの場合、噴射はエンジンフェーズに同期させて行い、
   − 前記とは逆の場合に噴射をエンジンフェーズに同期させるため、先行する噴射に対して、ならびに、所定の順序に対して、位相をずらして噴射を継続するステップを実行し、ただし、前記位相ずれはｎ及びｍの関数とする、ことを特徴とする同期方法。
2. エンジンが約１回転した後にエンジン回転数及び／又は加速度を測定する、請求項１記載の同期方法。
3. 偶数個のシリンダを有するシリンダに関してｍ＝ｎ／２とする、請求項１又は２記載の同期方法。
4. 同期が正しいことを確認するために、さらにｐ回の噴射の後にエンジン回転数及び／又は加速度の２回目の測定を行い、ただし、ｐはｎ及びｍの関数として前もって決定されるものとする、請求項１から３のいずれか１項記載の同期方法。
5. エンジン回転数及び／又は加速度の２回目の測定をエンジンが実際に２回転した後に、すなわち、ｎ回の燃料噴射後に行う、請求項４記載の同期方法。
6. エンジンのシリンダ内のピストンの位置を、相応するエンジン弾み車の角度位置を測定する位置センサにより求める、請求項１から５のいずれか１項記載の同期方法。
7. 最初のｍ回の噴射において噴射される燃料量を後続の噴射において使用される燃料量よりも少なくする、請求項１から６のいずれか１項記載の同期方法。

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