JP4755695B2 - ディーゼルエンジンの燃料インジェクタをドライブ制御するための方法 - Google Patents

Description

従来技術
本発明は、ドライブ制御開始から予め定めたドライブ制御持続時間を以てディーゼルエンジンの燃料インジェクタをドライブ制御するための方法であって、ディーゼルエンジンの燃焼室充填物の燃焼開始に対する目標値が求められるという方法に関する。本発明は更に、この種の方法のシーケンスを制御する制御装置に関する。

この種の方法およびこの種の制御装置はそれぞれ、ＤＥ１９５３６１１０Ａ１から公知である。公知の方法では、目標値はディーゼルエンジンの測定された作動パラメータから決定され、実際値は種々のセンサの信号から決定され、かつ実際値は閉ループ制御回路において目標値に制御される。その際この制御に対する操作量は、噴射をトリガするためにインジェクタをドライブ制御する信号の開始である。この信号の開始を以下にドライブ制御開始とも表す。

ドライブ制御開始に対する基本値は例えば、ディーゼルエンジンの作動パラメータによってアドレス指定される特性マップに格納されている。ドライブ制御開始と燃焼開始との間にインジェクタの所謂吸引遅延またはデッドタイムおよび所謂点火遅延がある。吸引遅延はインジェクタの構造形式によって規定されておりかつ、ドライブ制御信号に基づいてインジェクタが噴射の開始を以て応える際の遅延に相応する。点火遅延は、この噴射開始と燃焼の実際の開始、すなわち燃焼開始との間にある。燃焼開始はディーゼルエンジンにおいて周知のように、圧縮により加熱される燃焼室充填物に噴射される燃料の自己点火によってトリガされる。

これらの影響は特性マップ値の確定の際にまたは読み出された値の補正によって考慮することができる。補正は制御介入によってまたは作動パラメータに依存して決定される補正値との結合によって行うことができる。

この公知の方法およびそこで、作動点交代の際に殊に、むらのあるエンジン回転が生じたことが分かっている。

これに対して本発明の方法は、ドライブ制御開始と燃焼開始との間にある点火遅延がディーゼルエンジンの作動パラメータから計算モジュールによって推定されかつドライブ制御開始が燃焼開始に対する目標値と推定された点火遅延とから形成されるという特徴を有している。本発明の制御装置は、それがこの種の方法のシーケンスを制御することによって特徴付けられている。

本発明の利点
ディーゼルエンジンの作動パラメータを処理する計算モジュールを用いて点火遅延を推定することで、全体として燃焼開始の実際値をその目標値に近付けることができる。これにより燃焼開始の制御なしに動作するディーゼルエンジンでは、走行安定性は改善されかつ種々の作動状態および作動状態間の移行の広範な領域においてエンジン作動の効率が向上する。燃焼開始の制御が行われるディーゼルエンジンでは種々の作動点および／または燃焼方法間の移行で走行安定性の著しい改善が行われる。というのは、所定の燃焼開始を招来するはずであるドライブ制御開始に対する基本値が即座に効果を発揮する点火遅延補正と結び付けられるからである。

これに対して、制御を介して補足的に作用する、ドライブ制御開始に対する目標値によって動作するストラクチャ補正は次の欠点を有している：ストラクチャ補正が迅速に応答するとき、不安定な作動において過振動が生じる可能性があり、そのためにディーゼルエンジンの作動特性に不都合に作用することになる。これに対して過振動が回避されるとき、制御は著しく緩慢に動作して、迅速な作動点変化の際の誤整合もしくは不整合は効果的に補償されるようにすることができる。

定常的な作動状態においても燃焼開始を一層良好に制御できるようにするために、この方法は有利には燃焼開始の閉ループ制御と組み合わされる。

将来の排気ガス規制を厳守するために、ディーゼルエンジンを種々の作動領域において種々の燃焼方法で作動させることが必要になる。その際殊に、燃焼室における成層、従って不均質な燃料分配が行われるリーン燃焼と均質な燃料分配が行われる均質燃焼とが区別される。均質な燃料分配は少なくとも部分的に拡大される点火遅延によって実現される。拡大される点火遅延は高い排気ガス帰還率によって、ひいては燃焼室充填物における高められる不活性ガス成分によって発生される。

排気ガス帰還率が十分に高い場合、点火遅延に対する種々の影響間の相互作用が生じる。すなわち、点火遅延をむしろ低減することになる高められた燃焼室充填物の影響は、排気ガス帰還から結果生じる不活性ガス成分によって変化される。同時に、帰還される排気ガスの温度作用が燃焼室充填物の温度を変化する。それ故に、点火遅延が、ディーゼルエンジンの少なくとも２つの作動パラメータの相互に結合された影響をシミュレートする物理的なモデルによって推定されることは特別有利である。

更なる利点は明細書および添付図から明らかとなる。

前述の特徴、および以下に更に説明する特徴はそれぞれ記載した組み合わせだけでなく、別の組み合わせまたは単独でも、本発明の範囲を逸脱することなく使用することができると解される。

図面
次に、図面を参照しながら実施例に基づき本発明について詳しく説明する。その際：図１は本発明の技術分野周辺を略示し、図２は開ループ制御機能による燃焼開始を設定するための本発明の方法の第１実施例を略示し、図３は閉ループ制御機能による燃焼開始を設定するための本発明の方法の第２実施例を略示している。

実施例の説明
詳細には図１は、ピストン１４によって可動にシールされる少なくとも１つの燃料室１２を有しているディーゼルエンジン１０を示している。燃料室１２は入口弁１６を介して吸気管１８から空気が充填される。燃焼されたガスは出口弁２０を介して吐き出される。圧縮行程において圧縮された燃焼室充填物に対してインジェクタ２２を介して燃料が蓄圧器２４から噴射される。更に燃料室１２に、排気ガス帰還部２８における排気ガス帰還弁２６を介して排気ガスが供給される。インジェクタ２２および排気ガス帰還弁２６は制御装置３０によってドライブ制御される。制御装置はこのために種々のセンサの信号を処理する。図１の例においてこれは、燃料特徴センサ２３および／または３４、燃料圧力センサ３６、ディーゼルエンジン１０の作業サイクルに同期して回転する部材４０における角度センソトロニック３８、ドライバー希望発信器４２、温度センサ４４および空気質量測定器４６である。

部材４０は例えば、ディーゼルエンジン１０のクランク軸に連結されているフライホイールディスクである。しかし別の形態において例えばディーゼルエンジン１０のカム軸に連結されていてもよい。実際のディーゼルエンジン１０が例えば排気ガス温度センサのような別のセンサを有していてもよいことは勿論である。更にそれぞれのディーゼルエンジン１０が全部のセンサ３２乃至４６を有している必要もない。燃焼開始の閉ループ制御は例えば燃焼特徴センサ３２または３４のみの信号に基づいて行うことができる。その場合それぞれ別のセンサは必要ではない。開ループ制御でドライブ制御開始を調整設定する場合、２つの燃焼特徴センサ３２，３４を省略することができる。空気質量測定器４６も必ずしも必要ではない。

しかし本発明の理解に重要なことは、制御装置３０が、燃焼室１２における燃焼に対する燃料を調量する、噴射に対するパルス幅ｔｉの形と、排気ガス帰還弁２６を制御するための信号Ｓ ａｒｇの形のドライブ制御信号を出力することである。

燃焼特徴センサ３４は燃焼室圧力ｐ ｂｒを供給する燃焼室圧力センサであり、一方択一的にまたは補充的に設けられている燃焼特徴センサ３２は固体伝搬音信号ＫＳを供給する固体伝搬音センサである。燃料圧力センサ３６は燃料圧力または噴射圧力ｐ ｋｒを信号報知する。角度センソトロニック３８は図１の実施形態においてクランク軸角度情報°ＫＷをピストン１４の、その作業サイクルにおけるポジションに関する情報として供給する。これら情報がクランク軸角度情報からのみならず、カム軸角度情報からも導出できることは勿論である。角度情報°ＫＷから更に、ディーゼルエンジンの回転数ｎに関する情報を導き出すことができる。ドライバー希望ＦＷはドライバーによるトルク要求に対する尺度でありかつ例えばドライバー希望発信器４２により走行ペダル位置として検出される。機関温度Ｔは温度センサ４４によって用意される。空気質量測定器４６は燃焼室１２に流れる空気質量ｍｌに対する尺度を供給する。

図２には、燃焼開始を調整設定するための方法の第１の実施例が示されている。この実施例において燃焼開始は開ループ制御によって調整設定される。破線４８は制御装置３０の機能をディーゼルエンジン１０の機能から分離する。まず、ブロック５０において、次の噴射をトリガするものである、燃焼の燃焼開始に対する目標値ＢＢ ｓｏｌｌの決定が行われる。この決定は制御装置３０に存在する信号に依存して、殊に回転数ｎおよび、ドライバーの希望ＦＷによって予め定められるようなトルク希望に依存して行われる。

燃焼室１２に成層燃料分配が行われるリーン燃焼または均質燃料分配が行われる均質燃焼のような異なった形式の燃焼において運転されるディーゼルエンジンでは補足的に、燃焼開始目標値ＢＢ ｓｏｌｌの設定は、燃焼形式を指示する信号ＢＡに依存して行われる。その際設定は、上述した量および場合によっては別の量によってアドレス指定される、制御装置３０に格納されている特性マップへのアクセスによって行うことができる。別の量として例えば、ドライバー希望ＦＷとは無関係に生成されるトルク希望設定が挙げられる。この種のトルク希望設定は例えば自動変速機における切換過程の支援のために用いられる。別の量の別の例は、燃焼開始、ひいては燃焼重心の遅れシフトに関する排気ガス後処理構成要素を加熱するために所望の効率低下を引き起こす信号である。

ブロック５０から出力される目標値ＢＢ ｓｏｌｌは、ブロック５２によって表されかつ以下に点火遅延モデルとも呼ばれる、点火遅延に対する計算モデルによって補正される。点火遅延モデル５２は、噴射の前および期間の燃焼室充填物の状態を特徴付ける作動パラメータに基づいて点火遅延をシミュレーションする。重要な状態量はこの関係において、燃焼室に閉じ込められたガス質量、その酸素成分およびその温度である。その際点火遅延モデルはモデル化された点火遅延を燃焼室充填物（ガス質量）が増大するに従って、酸素成分が増大するに従って、噴射される燃料の粒子の大きさが小さくなるに従っておよび燃焼室充填物の温度が上昇するに従って低減しかつこれにより実際の点火遅延の特性をシミュレーションする。

燃焼室充填物は実質的に、ピストン１４の吸気ストロークに正規化されている、吸入された空気の質量および燃焼室充填物に戻された排気ガスの量によって生じる。吸入された空気の質量は空気質量測定器４６の信号ｍｌおよび回転数ｎの関数として生じる。類似に、燃焼室充填物に戻された排気ガス質量は排気ガス帰還を制御する信号Ｓ ａｇｒおよび回転数ｎから求めることができる。

温度は圧縮熱によっておよび燃焼室壁から燃焼室充填物への熱伝達によって決定的に影響される。圧縮熱は燃焼室充填物に依存しておりかつ熱伝達の温度効果はディーゼルエンジン１０の温度Ｔに依存している。粒子の大きさは噴射圧力ｐ ｋｒに依存している。

その際個別の影響量の間には相互作用がある。つまり、燃焼室における新気質量が小さい場合には新気質量が大きい場合より、高い排気ガス帰還率が一層強く作用する。燃焼室温度に基づいた排気ガス帰還の効果も燃焼室における新気の質量に依存している。特別有利な形態において点火遅延は計算モデルによって推定される。その際計算モデルはディーゼルエンジンの少なくとも２つの作動パラメータの相互に結合された影響をシミュレーションする。その際更に、少なくとも２つの作動パラメータの１つが排気ガス帰還率であると有利である。既述したように、排気ガス帰還率は殊に、燃焼室充填物および／または燃焼室充填物の温度に影響する。これらパラメータの相互に結合された影響のために、燃焼室充填物および／または温度が有利にはモデル形成の際の第２のパラメータまたは別のパラメータとして使用される。実施形態において点火遅延における燃焼室充填物の影響の推定の際に、排気ガス帰還から結果生じる、燃焼室充填物における不活性ガス成分が考慮される。択一的にまたは補充的に、燃焼室充填物の温度の影響の推定の際排気ガス帰還率から結果生じる、燃焼室充填物の温度上昇が考慮される。

点火遅延モデル５２によって形成された点火遅延はブロック５０からの燃焼開始に対する目標値から減算される。図２の機能ストラクチャにおいて、結合部５６において減算が行われる。圧縮行程におけるピストン１４の上死点ＯＴに零を固定の角度ポジションとして割り当てると、通例上死点ＯＴの前にある、燃焼開始に対する目標値は負の極性を有している。従って結合部５６における絶対値で形成された点火遅延の減算により、燃焼開始に対する目標値より時間的に前にある、噴射開始に対する目標値が形成される。

噴射開始に対する目標値から吸引遅延またはインジェクタデッドタイムＩＴが減算される。吸引遅延またはインジェクタデッドタイムＩＴはインジェクタのドライブ制御とインジェクタ２２における流れの横断面の実際の解法との間に経過する。このインジェクタデッドタイムは例えば、バッテリー電圧および／または給電電圧ｕおよび燃料圧力ｐ ｋｒに依存しているものとしてよい、つまりこれらを用いてインジェクタ２２に対する噴射パルス幅が形成される。図２の例において、この種のインジェクタデッドタイムはブロック５８において形成されかつ結合部６０において噴射開始に対する目標値から減算される。結合部６０の結果は実際のドライブ制御開始である。つまり、このドライブ制御開始から、インジェクタ２２は開放する噴射パルス幅ｔｉでドライブ制御されて、実際に発生する点火遅延ＺＶ後に所望の燃焼開始が実現されるようにする。図２の線図においてブロック６２は実際の点火遅延ＺＶを表しかつブロック６４は実際の燃焼開始、ひいては燃焼開始の実際値ＢＢ ｉｓｔを表している。

つまり図２は、開ループ制御において行われかつ燃焼開始に対する目標値の設定に基づいており、目標値から点火遅延に対する計算モデルを用いてドライブ制御開始が形成されるという、インジェクタ２２に対するドライブ制御開始の形成を表している。択一的に、ドライブ制御開始は閉ループ制御においても形成されかつ補正することができる。この種の閉ループ制御は図３に図示されている。図３の対象は図２の対象とは、要素６６、６８および７０によって相異している。同じ参照符号は同じ対象を表している。結合部６６において燃焼開始に対する目標値と燃焼開始に対する実際値との制御偏差が形成される。実際値ＢＢ ｉｓｔは１つまたは２つの燃焼特徴センサ３２，３４からの信号の処理によって求められる。制御器６８は制御偏差を処理して操作量を形成し、操作量は図３の実施例において結合部７０にて燃焼開始に対する目標値と結合される。結合部７０を結合部５６と６０との間または結合部６０とブロック６２との間に配置してもよい。

本発明の技術分野周辺の略図 開ループ制御機能による燃焼開始を調整設定するための本発明の方法の第１実施例の略図 開ループ制御機能による燃焼開始を調整設定するための本発明の方法の第２実施例の略図

Claims (4)

1. ドライブ制御開始時点から予め定めたドライブ制御持続時間を以てディーゼルエンジン（１０）の燃料インジェクタ（２２）をドライブ制御するための方法であって、ディーゼルエンジン（１０）の燃焼室充填物の燃焼開始時点の目標値（ＢＢ＿ｓｏｌｌ）が求められるという方法において、
   前記ディーゼルエンジン（１０）の排気ガス帰還率（ｓ＿ａｒｇ）がドライブ制御開始時点から燃焼開始時点までの点火遅延（ＺＶ）に及ぼす影響と、燃焼室充填物および／または燃焼室充填物の温度（Ｔ）が前記点火遅延（ＺＶ）に及ぼす影響との相互に結合された影響をシミュレーションする計算モデルを有する計算モジュール（５２）によって、該点火遅延（ＺＶ）を推定し、
   ドライブ制御開始時点が前記燃焼開始時点の目標値（ＢＢ＿ｓｏｌｌ）と前記推定された点火遅延（ＺＶ）とに基づいて形成され、
   燃焼開始時点の実際値（ＢＢ＿ｉｓｔ）が求められかつ閉制御ループにおいて目標値（ＢＢ＿ｓｏｌｌ）に設定されることを特徴とする方法。
2. 燃焼室充填物が前記点火遅延（ＺＶ）に及ぼす影響を推定する際に、燃焼室充填物の、排気ガス帰還率から結果生じる不活性ガス成分が考慮される
   請求項１記載の方法。
3. 燃焼室充填物の温度が前記点火遅延（ＺＶ）に及ぼす影響を推定する際に、燃焼室充填物の、排気ガス帰還率から結果生じる温度上昇が考慮される
   請求項１または２記載の方法。
4. ドライブ制御開始時点から予め定めたドライブ制御持続時間を以てディーゼルエンジン（１０）の燃料インジェクタ（２２）をドライブ制御しかつこのために、ディーゼルエンジン（１０）の燃焼室充填物の燃焼開始時点に対する目標値（ＢＢ＿ｓｏｌｌ）を求める制御装置（３０）において、
   制御装置（３０）は、前記ディーゼルエンジン（１０）の排気ガス帰還率（ｓ＿ａｒｇ）がドライブ制御開始時点から燃焼開始時点までの点火遅延（ＺＶ）に及ぼす影響と、燃焼室充填物および／または燃焼室充填物の温度（Ｔ）が前記点火遅延（ＺＶ）に及ぼす影響との相互に結合された影響をシミュレーションする計算モデル（５２）を使用して、該点火遅延（ＺＶ）を推定し、かつ、ドライブ制御開始時点を前記燃焼開始時点の目標値（ＢＢ＿ｓｏｌｌ）と前記推定された点火遅延（ＺＶ）とから形成し、
   燃焼開始時点の実際値（ＢＢ＿ｉｓｔ）が求められかつ閉制御ループにおいて目標値（ＢＢ＿ｓｏｌｌ）に設定される
   ことを特徴とする制御装置。

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