DE3620832C2 - - Google Patents

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DE3620832C2
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Susumu Yamaguchi
Hiroshi Higashimatsuyama Saitama Jp Ishiwata
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Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen mit einer Kraftstoffeinspritzpumpe nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Eine derartige Kraftstoffeinspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen mit einer Kraftstoffeinspritzpumpe ist aus der DE-OS 32 07 808 bekannt. Diese bekannte Kraftstoffeinspritzvorrichtung umfaßt einen Plungerkolben, der zumindest eine hin- und hergehende Bewegung in einem vorher bestimmten Ablauf in einer in einem Plungerzylinder ausgebildeten Bohrung ausführen kann, um Kraftstoff in dem Zylinder unter Druck zu setzen. Bei dieser bekannten Konstruktion ist ferner auch eine auf dem Plungerkolben sitzende Steuerhülse vorgesehen, in welcher sowohl die Kraftstoffeinspritzmenge als auch der Zeitpunkt des Kraftstoffeinspritzbeginns durch Einstellen der relativen Lage zwischen der Steuerhülse und dem Plungerkolben reguliert werden kann. Die Regulierung erfolgt gemäß einer Ausführungsform über eine Antriebseinrichtung. Diese bekannte Kraftstoffeinspritzvorrichtung weist auch ein erstes Stellglied zum Regulieren der Position der Steuerhülse auf, um den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt zu regulieren und weist ferner auch ein zweites Stellglied auf, um die Position des Plungerkolbens zu regulieren bzw. um dadurch die Kraftstoffeinspritzmenge zu regulieren. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung kann ferner auch mit einer Einrichtung ausgestattet sein, welche zumindest auf ein Zustandssignal der Brennkraftmaschine anspricht, um die ersten und zweiten Stellglieder antriebsmäßig in der Weise zu steuern, daß der optimale Einspritzzeitpunkt und die optimale Einspritzmenge zu dem jeweiligen Zeitpunkt erhalten werden können.
Aus der DE-OS 31 42 555 ist ein Verfahren und eine Einrichtung zum Feststellen einer Störung bekannt, wobei diese bekannten Störungsfeststelleinrichtung jedoch ausschließlich den Fühlerbereich einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung betrifft und daher nur Fehlerzustände festgestellt werden können, die in einem ersten Fühler auftreten, der dazu dient, erste Impulse mit einer Wiederholungsperiode zu erzeugen, die sich auf einen ersten festzustellenden Zustand bezieht. Die Fehlerfeststelleinrichtung kann auch bei einem zweiten Fühler zur Anwendung gelangen, der dazu vorgesehen ist, um zweite Impulse zu erzeugen, die einen zweiten festzustellenden Zustand anzeigen, wobei die Anordnung auch so getroffen sein kann, daß die ersten und die zweiten Impulse dazu verwendet werden, einander zu überwachen.
Bei Feststellung eines Fehlerzustandes wird der zunächst geschlossene Regelkreis unterbrochen und in einen Steuerkreis umgewandelt, wobei die Steuersignale des Steuerkreises von einem Signalgeneratorschaltkreis gewonnen werden und zur Steuerung des Einspritzvorganges verwendet werden.
Mit Hilfe dieses bekannten Verfahrens bzw. Einrichtung ist es jedoch nicht möglich, Fehler festzustellen, die innerhalb des Regelsystems selbst auftreten oder die an mehreren Komponenten des Regelsystems auftreten können.
Aus der DE-OS 33 11 351 ist eine Regeleinrichtung für die Kraftstoffzumessung bei einer Dieselbrennkraftmaschine bekannt. Diese bekannte Regeleinrichtung betätigt ein Stellwerk einer Einspritzpumpe und umfaßt einen elektrohydraulischen Wandler zur Betätigung des Stellgliedes. Der elektrohydraulische Wandler wird dazu verwendet, um eine Störung der Regeleinrichtung zu melden, und zwar dann, wenn das Rückmeldesignal bzw. Rückkopplungssignal ausfällt. Dieses bekannte Regelsystem ist daher lediglich in der Lage, einen vollständigen Ausfall der Regeleinrichtung festzustellen, d. h. es kann beispielsweise kein sich allmählich anbahnender Fehlerzustand festgestellt werden, der sich z. B. in einer allmählich größer werdenden Regelabweichung bemerkbar macht.
Die Antriebscharakteristiken eines Verbrennungsmotors können also durch eine entsprechende Einstellung der Kraftstoffeinspritzrate verbessert werden. Deswegen sind bisher für Verbrennungsmotoren verschiedene Kraftstoffeinspritzpumpen mit einem Vorhubmechanismus vorgeschlagen worden, bei welchem der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt zusätzlich zu der Kraftstoffmenge eingestellt werden kann, wodurch die Kraftstoffeinspritzrate auf einen gewünschten Wert eingestellt werden kann (siehe beispielsweise die japanische Gebrauchsmusteranmeldung Nr. 1 63 169/84).
In einer elektronisch gesteuerten Kraftstoffeinspritzeinrichtung, welche elektronisch die Einspritzmenge und die Einspritzrate steuert, und bei welcher diese Art Kraftstoffeinspritzpumpe verwendet wird, wird es, wenn es zu einer Störung in der Regelschaltung kommt, unmöglich, den Zeitpunkt des Beginns einer Kraftstoffeinspritzung festzustellen. Mit anderen Worten, es gibt keine Möglichkeit, eine Information bezüglich des Regelungszustandes des Vorhubmechanismus zu erhalten. Deswegen kann in Abhängigkeit von dem Betriebszustand eines Verbrennungsmotors zu dem jeweiligen Zeitpunkt der Innendruck der Zylinder des Verbrennungsmotors und der Innendruck in den Einspritzrohren der Kraftstoffeinspritzpumpe einen größeren Wert als zulässig erreichen. Dadurch wird dann die Gefahr einer Beschädigung sowohl an dem Verbrennungsmotor als auch an der Kraftstoffeinspritzpumpe hoch. Insbesondere wenn der Vorhubwert infolge einer Störung in dem Regelsystem auf seinem Minimum liegt, wird die Möglichkeit, daß der Innendruck der Zylinder des Verbrennungsmotors höher als zulässig wird, in dem Fall groß, wenn die Drehzahl des Verbrennungsmotors hoch ist und die Kraftstoffeinspritzmenge groß ist. Wenn dagegen der Vorhubwert sein Maximum erreicht, ergibt sich die Möglichkeit, daß der Innendruck der Einspritzrohre der Kraftstoffeinspritzpumpe größer als zulässig wird, und zwar in dem Fall, daß die Drehzahl des Motors hoch und die Kraftstoffmenge groß ist.
Um die vorstehenden Nachteile zu beseitigen ist in der japanischen Patentanmeldung 63 332/84 eine Einrichtung vorgeschlagen, um die maximale Kraftstoffeinspritzmenge zu unterdrücken, wenn es zu einer Störung in dem System kommt. Jedoch selbst wenn die maximale Kraftstoffeinspritzmenge unterdrückt wird, liegt der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt in einem fortgeschrittenen Zustand bei dem minimalen Vorhubwert, so daß die Gefahr besteht, daß der Verbrennungsmotor aus dem Grund beschädigt wird, daß der Innendruck der Zylinder des Verbrennungsmotors hoch wird.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen mit einer Kraftstoffeinspritzpumpe der angegebenen Gattung zu schaffen, die das Auftreten von Fehlerzuständen im Regelsystem festzustellen vermag und die bei Feststellung eines Fehlerzustandes eine Beschädigung der Brennkraftmaschine und der Kraftstoffeinspritzpumpe wirksam verhindern kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichnungsteil des Patentanspruches 1 aufgeführten Merkmale gelöst.
Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 10.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 ein Blockdiagramm mit einer Schnittansicht eines Teils einer Kraftstoffeinspritzpumpe, wobei eine Ausführungsform einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung für Verbrennungsmotore mit Merkmalen nach der Erfindung dargestellt ist;
Fig. 2 ein Flußdiagramm eines Steuerprogramms zum Durchführen einer ähnlichen Funktion wie diejenige des in Fig. 1 dargestellten Regelsystems mit Hilfe eines Mikrocomputers;
Fig. 3 ein Blockdiagramm mit einer Schnittansicht eines Teils einer Kraftstoffeinspritzpumpe, wobei eine weitere Ausführungsform einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung für Verbrennungsmotore mit Merkmalen nach der Erfindung dargestellt ist; und
Fig. 4 ein Flußdiagramm eines Steuerprogramms zur Durchführung einer ähnlichen Funktion wie diejenige des in Fig. 3 dargestellten Regelsystems mit Hilfe eines Mikrocomputers.
In Fig. 1 ist schematisch eine Ausführungsform einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung für Verbrennungsmotore mit Merkmalen nach der Erfindung dargestellt. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 weist eine Kraftstoffeinspritzpumpe 3 zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Dieselmotor 2 und eine Regeleinheit 4 auf, um elektronisch die Einspritzmenge und -rate des Kraftstoffs zu regeln, der dem Dieselmotor 2 von der Kraftstoffeinspritzpumpe 3 zugeführt wird.
In der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist die Kraftstoffeinspritzpumpe 3 vorgesehen, in welcher ein vorderer Enteil eines Plungerkolbens 32 in eine in einem Zylinder 30 ausgebildete Bohrung 31 eingeführt ist und in welcher die rückwärtige Endfläche des Plungerkolbens über eine (nicht dargestellte) dazwischenliegende Feder unter Druck an einer Kurvenfläche 33a einer Kurvenscheibe 33 anliegt, welche von dem Dieselmotor 2 gedreht wird. Wenn sich die Kurvenscheibe 33 dreht, führt der Plungerkolben 32 eine Hin- und Herbewegung in Richtung seiner Achse in einem fest vorgegebenen Ablauf entsprechend dem Profil der Kurvenscheibe 33 aus.
Ein Kraftstoffdurchgang 35 ist in dem Plungerkolben 32 festgelegt und steht mit einer Hochdruckkammer 34 in Verbindung, welche ein Raum ist, welcher durch den Plungerkolben 32 und den Zylinder 30 gebildet ist, um Kraftstoff unter Druck zu setzen. Bohrungen 35a und 35b, die mit dem Kraftstoffdurchgang 35 in Verbindung stehen, sind an der Umfangsfläche des Kolbens 32 in einem vorbestimmten Abstand vorgesehen.
Um das Regulieren der Kraftstoffeinspritzmenge und -rate durch das Regulieren des Öffnungs-/Schließzeitpunkts der Bohrungen 35a und 35b während der Hin- und Herbewegung des Plungerkolbens 32 möglich zu machen, sitzt eine Steuerhülse 37 mit einem Fenster 36 auf dem Kolben 32. Die Hülse 37 wird durch ein (nicht dargestelltes) Führungsteil geführt, damit sie sich nur in der Richtung ihrer Achse bewegt und sich nicht dreht. Der Plungerkolben 32 ist mit einem herkömmlichen Einstellmechanismus verbunden, der ein mit dem Kolben 32 verbundenes Ritzel 38 und eine dem Ritzel 38 zugeordnete Zahnstange 39 aufweist. Somit kann die Drehposition des Plungerkolbens 32 durch die Betätigung der Zahnstange 39 frei eingestellt werden.
In der Kraftstoffeinspritzpumpe 3 mit der vorstehend beschriebenen Konstruktion kann der Zeitpunkt, an welchem die Öffnung 35a, welche über das Fenster 36 freigelegt ist, durch die Buchse 37 geschlossen wird, durch Bewegen der Steuerhülse 37 in deren Axialrichtung reguliert werden, während der Zeitpunkt, an welchem die Öffnung 35b über das Fenster 36 freigelegt ist durch Drehen des Kolbens 32 eingestellt werden kann. Da, wie oben erwähnt, der Ablauf der Hin- und Herbewegung des Plungerkolbens 32 durch das Profil der Kurvenscheibe 33 festgelegt ist, kann die Kraftstoffeinspritzrate auf einen gewünschten Wert dadurch eingestellt werden, daß der Zeitpunkt reguliert wird, an welchem das Loch 35a geschlossen wird, durch Regulieren des Zeitpunkts des Beginns einer Kraftstoffeinspritzung. Ferner kann der Zeitpunkt des Endes der Kraftstoffeinspritzung, wie gewünscht eingestellt werden, in dem der Zeitpunkt reguliert wird, an welchem das Loch 35b über das Fenster 36 freigegeben wird.
Der Kraftstoff, welcher in einem vorherbestimmten Ausmaß unter Druck gesetzt worden ist, wird unter Druck dem Verbrennungsmotor über ein Druckventil 40 zugeführt, welches am vorderen Endteil des Zylinders 30 vorgesehen ist. Die Steuerhülse 37 und die Zahnstange 39 sind mit ersten und zweiten Stellgliedern 51 und 52 verbunden, welche jeweils entsprechend ersten und zweiten Signalen S₁ und S₂ gesteuert werden, welche von der Regeleinheit 4 abgegeben worden sind.
Das erste Stellglied 51 ist mit der Steuerhülse 37 verbunden, um deren Position zu steuern, wodurch der Zeitpunkt des Beginns einer Kraftstoffeinspritzung auf einen gewünschten Wert eingestellt werden kann. Das zweite Stellglied 52 ist mit der Zahnstange 39 verbunden, um deren Position zu steuern, so daß der Zeitpunkt des Endes einer Kraftstoffeinspritzung eingestellt werden kann. Diese Stellglieder 51 und 52 werden auf der Basis des Ergebnisses der Berechnung der Regeleinheit 4 in der Weise gesteuert, daß sowohl die Kraftstoffeinspritzrate als auch die -menge für den Betriebszustand des Dieselmotors 2 zu jedem Zeitpunkt optimal gemacht werden.
Im folgenden wird der Aufbau und die Arbeitsweise der Regeleinheit 4 beschrieben. Die Regeleinheit 4 erhält ein Drehzahlsignal N, welches die Drehzahl des Dieselmotors 2 anzeigt und ein die Stellung eines Gaspedals 3 anzeigendes Beschleunigungssignal A von einer Sensoreinheit 5, welche verschiedene herkömmliche Sensoren aufweist, um den Betriebszustand des Dieselmotors 2 festzustellen. Das Drehzahlsignal N und das Beschleunigungssignal A werden an erste und zweite Recheneinheiten 61 bzw. 62 angelegt.
Die erste Recheneinheit 61 berechnet die optimale Kraftstoffeinspritzrate entsprechend dem Betriebszustand des Dieselmotors zu dem jeweiligen Zeitpunkt auf der Basis des Drehzahlsignals N und des Beschleunigungssignals A und gibt ein erstes Sollpositionssignal U₁ ab, welches die geforderte Stellung der Hülse 37 anzeigt, um die durch die vorstehend erwähnte Berechnung erhaltene Kraftstoffeinspritzrate zu erhalten. Das erste Sollpositionssignal U₁ wird an einen Addierer 63 angelegt, welcher das Signal U₁ zu einem ersten Istpositionssignal U₂ von einem ersten Fühler 64 addiert, um die Stellung der Steuerhülse 37 zu dem jeweiligen Zeitpunkt entsprechend der in Fig. 1 wiedergegebenen Polarität festzustellen. Das erste Istpositionssignal U₂ zeigt die Position der Hülse 37 jeden Augenblick an, und eine erste Regelabweichung U₃, welche den Unterschied zwischen der Soll- und der Istposition der Hülse 37 anzeigt, wird von dem Addierer 63 abgegeben und an eine erste Servoschaltung 65 angelegt. Die erste Servoschaltung 65 spricht auf die erste Regelabweichung U₃ an und gibt ein Ansteuersignal U₄ ab um das erste Stellglied 51 anzusteuern, um so die durch die erste Regelabweichung U₃ angezeigte Differenz auf null zu reduzieren. Dieses Ansteuersignal U₄ wird über einen Schalter 66 abgeleitet und an das erste Stellglied 51 als das erste Steuersignal S₁ angelegt.
Die erste Regelabweichung U₃ wird auch an eine Feststelleinheit 67 angelegt, welche feststellt, ob irgendeine Störung in dem Regelsystem für die Steuerhülse 37 aufgetreten ist. Die Einheit 67 wird daraufhin überprüft, ob der Pegel der ersten Regelabweichung U₃ kontinuierlich auf mehr als einem vorherbestimmten Wert für länger als ein vorherbestimmter Zeitabschnitt aufrechterhalten worden ist. In dem Fall, daß der Pegel der ersten Regelabweichung U₃ kontinuierlich größer gehalten worden ist als der vorherbestimmte Wert für einen Zeitabschnitt, welcher länger als der vorherbestimmte Abschnitt ist, entscheidet die Einheit 67, daß irgendeine Störung in dem Regelsystem vorhanden ist und gibt ein Störungsfeststellsignal D₁ ab. Dieses Signal D₁ wird als ein Schaltsteuersignal an den Schalter 66 angelegt, welcher normalerweise so positioniert ist, wie durch die ausgezogene Linie dargestellt ist; der Schalter 66 wird, wie durch die gestrichelte Linie dargestellt ist, entsprechend dem Anlegen des Störungsfeststellsignals D₁ umgeschaltet. Wenn irgendeine Störung in dem Regelsystem festgestellt wird, wird folglich ein Sicherheitsansteuersignal U₅ von einer das Sicherheitssignal erzeugenden Einheit 68 anstelle des Ansteuersignals U₄ als das erste Steuersignal S₁ an das erste Stellglied 51 angelegt. Das Signal U₅ ist ein Signal zum Einstellen der Position der Steuerhülse 37 in der Weise, daß der durch die Hülse 37 festgelegte Vorhub auf seinen maximalen Wert eingestellt wird. Wenn daher irgendeine Störung in dem Regelsystem zum Regeln der Kraftstoffeinspritzrate vorkommt, wird die Steuerhülse 37 in die Position gebracht, welche den Vorhub der Kraftstoffeinspritzpumpe 3 maximiert.
Entsprechend dem Drehzahlsignal N, dem Beschleunigungssignal A und dem ersten Sollpositionssignal U₁, führt die zweite Recheneinheit 62 eine Listen- bzw. Mapberechnung durch, um jeden Augenblick die optimale Kraftstoffeinspritzmenge für den Betriebszustand des Dieselmotors 2 zu erhalten; ein Signal, welches die Position des Plungerkolbens 32 anzeigt, welche erforderlich ist, um die berechnete Kraftstoffeinspritzmenge zu erhalten, wird als ein zweites Sollpositionssignal M₁ von der zweiten Recheneinheit 62 abgegeben. Eine die volle Menge Q berechnete Einheit 69 spricht auf das Drehzahlsignal N an, rechnet es aus und gibt ein der vollen Menge Q entsprechendes Signal M₂ ab, welches die maximale Einspritzmenge anzeigt, welche der maximalen Kraftstoffeinspritzcharakteristik entspricht, welche eine Funktion der Motordrehzahl zu dem jeweiligen Zeitpunkt ist. Das Signal M₂ und das zweite Sollpositionssignal M₁ werden an eine Minimalwert auswählende Einheit 70 angelegt, in welcher ein Signal, welches die kleinere Kraftstoffeinspritzmenge der beiden Mengen anzeigt, als ein Solleinspritzmengensignal M₃ abgegeben wird.
Das Signal M₃ wird an einen Addierer 71 angelegt, welcher es zu einem zweiten Istpositionssignal von einem zweiten Fühler 72 addiert, welcher die Istposition der Zahnstange 39 zu dem jeweiligen Zeitpunkt entsprechend der in Fig. 1 dargestellten Polarität feststellt. Die zweite Istpositionssignal M₄ zeigt die Istposition der Zahnstange 39 zu dem jeweiligen Zeitpunkt an. Der Addierer 71 gibt eine zweite Regelabweichung M₅ ab, welche die Differenz zwischen der Soll- und Istposition der Zahnstange 39 anzeigt, und die zweite Regelabweichung M₅ wird an eine zweite Servoschaltung 73 angelegt. Die zweite Servolenkung 73 spricht auf die zweite Regelabweichung M₅ an und gibt ein Ansteuersignal ab, um das zweite Stellglied 52 anzusteuern, damit die Differenz, welche durch die zweite Regelabweichung M₅ angezeigt worden ist, auf null reduziert wird. Dieses Ansteuersignal wird als das zweite Steuersignal S₂ an das zweite Stellglied 52 angelegt.
Das Störungsfeststellsignal D₁ wird an die die volle Menge Q berechnende Einheit 69 angelegt, um den Pegel der maximalen Einspritzmenge zu erniedrigen, wenn eine Störung in dem System zum Regeln der Kraftstoffeinspritzrate auftritt. Entsprechend dem Ausgang des Signals D₄ gibt die Recheneinheit 69 ein volles Q-Signal M₂ entsprechend einer Kraftstoffeinspritzmengencharakteristik ab, welche im Vergleich mit der obenerwähnten, normalen maximalen Kraftstoffeinspritzmengencharakteristik um einen vorher bestimmten Wert niedriger ist.
Wenn daher eine Störung in dem Regelsystem für die Kraftstoffeinspritzrate auftritt, wird der maximale Wert der Kraftstoffeinspritzmenge auf einen niedrigeren Wert als denjenigen während des normalen Betriebszustands heruntergedrückt.
Bei der vorstehend beschriebenen Ausführung wird die Position der Steuerhülse 37 durch das Regelsystem rückgekoppelt, an welches das erste Sollpositionssignal U₁ von dem ersten Fühler 64 als ein Rückkopplungssignal eingegeben wird, so daß eine Kraftstoffeinspritzmenge entsprechend dem Rechenergebnis in der ersten Recheneinheit 61 erhalten werden kann. Andererseits wird die Drehposition des Plungerkolbens 32 durch das Regelsystem rückgekoppelt, an welchem das zweite Istpositionssignal M₄ von dem zweiten Fühler 72 als ein Rückkopplungssignal eingegeben wird, so daß eine Kraftstoffeinspritzmenge entsprechend den Berechnungsergebnissen in der zweiten Berechnungseinheit 62 erhalten werden kann.
Wenn irgendeine Störung in dem Regelsystem zum Regeln der Kraftstoffeinspritzrate auftritt, wird das Störungsfeststellsignal D₁ abgegeben, und der Wert der maximalen Kraftstoffeinspritzmenge, welche durch das volle Q-Signal M₂ angezeigt wird, das von der Recheneinheit 69 erzeugt worden ist, wird niedrig, so daß die maximale Kraftstoffeinspritzmenge unterdrückt wird. Gleichzeitig wird der Schalter 66 so, wie durch die gestrichelte Linie angezeigt, umgeschaltet, und das Sicherheitsansteuersignal U₅ wird als das erste Steuersignal anstelle des Signals U₄ abgegeben, und die Steuerhülse 37 wird in eine solche Lage gebracht, daß der Vorhub des Plungerkolbens 32 maximal wird.
Auf diese Weise ist nicht nur die Einspritzrate niedrig gehalten, sondern auch die maximale Kraftstoffeinspritzmenge so niedrig gehalten, daß der Innendruck in den Zylindern des Motors unter den maximal zulässigen heruntergedrückt wird, selbst wenn die Motordrehzahl hoch wird, wodurch ein Schaden an dem Dieselmotor wirksam verhindert werden kann.
Wenn in diesem Fall die Vorhubgröße maximiert ist, steigt der Innendruck in der Einspritzleitung der Einspritzpumpe entsprechend dem Motordrehzahlanstieg an. Da jedoch die Einspritzpumpe im Vergleich mit dem Verbrennungsmotor einen guten Hochdruckwiderstand hat, wird weder die Einspritzpumpe noch der Dieselmotor beschädigt.
Die Funktion der in Fig. 1 dargestellten Regeleinheit 4 wird durch die Durchführung eines vorherbestimmten Regelprogramms in einem Mikrocomputer realisiert. In Fig. 2 ist ein Flußdiagramm eines Regelprogramms dargestellt, um eine ähnliche Funktion wie diejenige von der in Fig. 1 dargestellten Regeleinheit mit Hilfe eines Mikrocomputers durchzuführen. Im folgenden wird dieses Flußdiagramm erläutert.
Wenn die Durchführung des Programms gestartet ist, wird das Programm beim Schritt 81 initiiert, und die verschiedenen an die Sensoreinheit 5 angelegten Daten beim Schritt 82 eingelesen. Die Operation geht dann auf den Schritt 83 über, bei welchem die maximale Kraftstoffeinspritzmenge QF entsprechend dem Betriebszustand des Motors zu diesem Zeitpunkt auf der Basis der vorerwähnten Daten berechnet wird. Danach geht die Operation auf den Schritt 84 über, bei welchem eine Unterscheidung eines Hinweises bzw. Flag F getroffen wird, welcher anzeigt, ob irgendeine Störung in dem Regelsystem zum Regeln der Kraftstoffeinspritzrate aufgetreten ist oder nicht. Dieses Flag F wird entsprechend den Ergebnissen der Entscheidung beim Schritt 95 gesetzt, die später noch erläutert werden, wobei unterschieden wird, ob eine Störung aufgetreten ist oder nicht. Da das Flag F im Anschluß an den Initialisierungsschritt 81 noch in einem "0"-Zustand sich befindet, wird jedoch in diesem Fall das Ergebnis der Festlegung beim Schritt 84 nein. Folglich geht der Ablauf auf Schritt 85 über, bei welchem die Konstante K auf 1 gesetzt wird. In dem Fall, daß das Ergebnis beim Schritt 84 ja ist, geht der Ablauf auf Schritt 86 über, bei welchem die Konstante K auf 0,8 gesetzt wird. In jedem Fall geht dann der Ablauf auf Schritt 87 über, nachdem der Wert der Konstante K gesetzt ist, und beim Schritt 87 wird der Wert der maximalen Kraftstoffeinspritzmenge, der beim Schritt 83 erhalten worden ist, und der Wert K zu dem jeweiligen Zeitpunkt (1 oder 0,8) multipliziert. Das Ergebnis dieser Berechnung wird als die maximale Menge QF einer Kraftstoffeinspritzung zu dem jeweiligen Zeitpunkt eingestellt. Folglich wird in dem Fall, bei welchem keine Störung in dem Regelsystem für die Kraftstoffeinspritzrate vorhanden ist, die beim Schritt 83 erhaltene, maximale Kraftstoffeinspritzmenge ohne Änderung als die maximale Kraftstoffeinspritzmenge zu diesem Zeitpunkt eingestellt. Andererseits wird in dem Fall, wo irgendeine Störung in dem Regelsystem für die Kraftstoffeinspritzrate aufgetreten ist, der Wert der maximalen Kraftstoffeinspritzmenge zu diesem Zeitpunkt auf einen Wert von 0,8 der beim Schritt 83 erhaltenen Kraftstoffeinspritzmenge eingestellt. Mit anderen Worten, wenn es zu einer Störung in dem Regelsystem für die Kraftstoffeinspritzrate kommt, wird die maximale Kraftstoffeinspritzmenge niedriger als der normale Wert gehalten.
Beim Schritt 88 wird die optimale Kraftstoffeinspritzmenge welche dem Betriebszustand des Motors zu dem jeweiligen Zeitpunkt entspricht, als eine Sollkraftstoffeinspritzmenge Qt basierend auf den eingelesenen Daten berechnet, und ein Größenvergleich zwischen der maximalen Menge QF und der Sollmenge Qt einer Kraftstoffeinspritzung wird durchgeführt, um so herauszufinden, welche größer ist. Für den Fall, daß Qt<Qf ist, geht der Betrieb auf Schritt 90 über, bei welchem der Inhalt von Qt auf Qf geändert wird, während in dem Fall daß Qt<Qf ist, der Betrieb bei Schritt 91 ohne Änderung des Inhalts von Qt weitergeht. Beim Schritt 91 wird eine Servo- Steuerberechnung, welche notwendig ist, um den Wert Qt zu erhalten, auf der Basis der erhaltenen Sollkraftstoffeinspritzmenge Qt, wie sie vorstehend erwähnt ist, und auf der Basis der ersten und zweiten Istpositionssignale U₂ und M₄ zu dem jeweiligen Zeitpunkt durchgeführt. Auf der Basis des Ergebnisses wird dann das zweite Signal S₂ beim Schritt 92 abgegeben, um die Zahnstange 39 in einer gewünschten Position einzustellen.
Der Ablauf geht dann auf Schritt 93 über, bei welchem eine Servo-Steuerberechnung auf der Basis der verschiedenen Eingangsdaten durchgeführt wird, um die optimale Kraftstoffeinspritzrate entsprechend dem Betriebszustand des Motors zu dem jeweiligen Zeitpunkt zu erhalten. Beim Schritt 94 werden die Größe der Differenz zwischen der Sollkraftstoffeinspritzrate, die in der Servo-Steuerberechnung beim Schritt 93 erhalten worden ist, und die durch die eingegebenen Daten dargestellte Ist-Kraftstoffeinspritzrate und die Periode, über welche dieser Größenunterschied erhalten wird, gemessen. Auf der Basis dieses Meßergebnisses wird eine Unterscheidung beim Schritt 95 getroffen, ob eine Störung in der Kraftstoffeinspritzrate vorhanden ist. Diese Unterscheidung wird auf der Basis getroffen, ob die beim Schritt 94 erhaltene Differenz für mehr als den vorherbestimmten Zeitabschnitt erhalten geblieben ist oder nicht, ob er größer ist als der vorherbestimmte Wert. Wenn der Unterschied für länger als den vorherbestimmten Zeitabschnitt erhalten worden ist und wenn er größer als der vorherbestimmte Wert ist, wird entschieden, daß irgendeine Störung in dem Regelsystem aufgetreten ist, und das Unterscheidungsergebnis beim Schritt 95 wird ja. Wenn dagegen der Unterschied nicht für länger als den vorherbestimmten Zeitabschnitt erhalten bleibt oder der Wert nicht größer ist als der vorherbestimmte Wert, wird unterschieden bzw. entschieden, daß das Regelsystem normal arbeitet, und das Unterscheidungsergebnis beim Schritt 95 wird nein.
Wenn das Unterscheidungsergebnis beim Schritt 95 nein ist, wird das Flag F beim Schritt 96 rückgesetzt und das erste Signal S₁, welches zum Ansteuern des ersten Stellglieds 51 dient, um so die gewünschte Kraftstoffeinspritzrate entsprechend den Berechnungsergebnissen beim Schritt 93 zu erhalten wird beim Schritt 97 abgegeben. Danach kehrt die Operation auf Schritt 82 zurück. Wenn dagegen das Unterscheidungsergebnis beim Schritt 95 ja ist, wird, nachdem das Flag F beim Schritt 98 gesetzt ist, der Ansteuerstrom an dem ersten Stellglied 51 beim Schritt 99 abgeschaltet. Folglich wird die Steuerhülse 37 durch die Kraft einer (nicht dargestellten) Vorspannfeder in eine entsprechende Position gebracht, um so die maximale Menge des Vorhubes zu erhalten.
Wenn auf diese Weise die Störung in dem Regelsystem für Kraftstoffeinspritzrate auftritt, wird die maximale Kraftstoffeinspritzmenge unten gehalten, und darüber hinaus wird die Steuerhülse 37 in der Weise positioniert, daß die Menge des Vorhubes maximiert wird. Selbst wenn es zu einer Störung in dem Regelsystem für die Kraftstoffeinspritzrate kommt, ist folglich verhindert, daß der Druck in den Zylindern des Dieselmotors höher wird als der zulässige Wert. Es ist verhindert, daß der Dieselmotor einen Zustand annimmt, in welchem er beschädigt werden kann.
Außerdem wird bei dieser Ausführungsform in dem Fall, daß eine Störung in dem Regelsystem zum Regeln der Einspritzrate aufgetreten ist, die maximale Kraftstoffeinspritzmenge erniedrigt, und der Zeitpunkt des Kraftstoffeinspritzbeginns wird so eingestellt, daß er soweit wie möglich verzögert wird, wodurch ein übermäßiger Anstieg in dem Innendruck der Zylinder des Verbrennungsmotors wirksam verhindert ist.
Darüber hinaus ist die Erfindung nicht auf diese Ausführungsform beschränkt und kann auch bei irgendeiner anderen Anordnung angewendet werden, um den übermäßigen Anstieg im Innendruck der Zylinder des Verbrennungsmotors zu verhindern.
In Fig. 3 ist ein Blockdiagramm einer weiteren Ausführungsform einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung für einen Verbrennungsmotor gezeigt. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 110 für Verbrennungsmotore, die in Fig. 3 dargestellt ist, unterscheidet sich von der in Fig. 1 wiedergegebenen Ausführungsform nur dadurch, daß die Regeleinheit 4′ vorgesehen ist, um die maximale Drehzahl des Dieselmotors 2 in dem Fall niedrig zu halten, daß eine Störung in dem Regelsystem zum Regeln der Einspritzrate aufgetreten ist. Die anderen Elemente entsprechen denjenigen, welche in Fig. 1 dargestellt sind. Folglich sind die Teile in Fig. 3, welche den verschiedenen Teilen der Fig. 1 entsprechen, mit demselben Bezugszeichen bezeichnet und werden nachstehend nicht noch einmal beschrieben.
Die zweite Recheneinheit 62 der Kraftstoffeinspritzeinrichtung 110 ist so ausgeführt, daß die Listen- oder Mapberechnung entsprechend dem Drehzahlsignal N, dem Beschleunigungssignal A und dem ersten Sollpositionssignal U₁ durchgeführt wird, um die optimale Kraftstoffeinspritzmenge entsprechend dem Betriebszustand des Dieselmotors 2 zu dem jeweiligen Zeitpunkt zu erhalten. Die für diese Listenberechnung erforderlichen Mapdaten werden in einem ersten Speicher 111 und einem zweiten Speicher 112 gespeichert. Der erste Speicher 111 hat erste Mapdaten, welche zum Berechnen der Kraftstoffeinspritzsollmenge in dem Fall verwendet werden, daß das Regelsystem zum Regeln der Kraftstoffeinspritzrate normal arbeitet, während der zweite Speicher 112 zweite Mapdaten hat, welche zum Berechnen der Sollmenge einer Kraftstoffeinspritzung für den Fall verwendet werden, daß eine Störung in dem Regelsystem zum Regeln der Kraftstoffeinspritzrate aufgetreten ist. Die zweiten Mapdaten sind so festgelegt, daß die maximale Drehzahl des Dieselmotors 2 niedriger gehalten wird als diejenige, welche durch die Berechnung entsprechend den ersten Mapdaten festgelegt worden ist.
Die zweite Recheneinheit 62 kann selektiv entweder das Ausgangssignal von dem ersten Speicher 111 oder das Ausgangssignal von dem zweiten Speicher 112 über einen Wählschalter 113 erhalten, welcher entsprechend dem Störungsfeststellsignal D₁ arbeitet. Wenn keine Störung in dem Regelsystem zum Regeln der Kraftstoffeinspritzrate vorhanden ist, wird der Wählschalter 113 umgeschaltet, wie durch die ausgezogene Linie dargestellt ist; die zweite Recheneinheit 62 ist mit dem ersten Speicher 111 verbunden. Wenn dagegen die Störung in dem Regelsystem zum Regeln der Kraftstoffeinspritzrate auftritt, wird der Schalter 113 so geschaltet, wie durch die gestrichelte Linie dargestellt ist, und die zweite Recheneinheit 62 wird mit dem zweiten Speicher 112 verbunden. Im Ergebnis wird dann, wenn eine Störung in dem Regelsystem zum Regeln der Kraftstoffeinspritzrate auftritt, die Berechnung, um die Sollkraftstoffeinspritzmenge zu erhalten, auf der Basis der zweiten in dem zweiten Speicher 112 gespeicherten Mapdaten durchgeführt. Daher wird die maximale Drehzahl des Dieselmotors 2 auf einem niedrigen Wert als dem Fall gehalten, in welchem die Berechnung der Kraftstoffeinspritzsollmenge auf der Basis der ersten Mapdaten durchgeführt wird.
In der Ausführungsform in Fig. 3 ist die maximale Drehzahl des Dieselmotors 2 aufgrund eines Ergebnisses der Mapdaten beschränkt, welche für die Berechnung in der zweiten Recheneinheit 62 verwendet werden, um geändert zu werden, damit der Wert, welcher durch das volle Q-Signal M₂ angezeigt worden ist, welches durch die Recheneinheit 69 berechnet worden ist, nicht erniedrigt wird. Folglich wird unabhängig von dem Ergebnis der Feststellung in der Feststelleinrichtung 67 ein volles Q- Signal M₂, welches die vorherbestimmte maximale Einspritzmenge anzeigt, immer weiter abgegeben.
Wenn bei dieser Ausführungsform irgendeine Störung in dem Regelsystem zum Regeln der Kraftstoffeinspritzrate auftritt und das Störungsfeststellsignal D₁ abgegeben wird, berechnet die zweite Recheneinheit 62 die Kraftstoffeinspritzsollmenge auf der Basis der zweiten Mapdaten, welche in dem zweiten Speicher 112 gespeichert sind, und folglich wird die maximale Drehzahl des Dieselmotors 2 niedrig gehalten. Gleichzeitig wird der Schalter 66 umgeschaltet, wie durch die gestrichelte Linie dargestellt ist, und das Signal U₂ wird als das erste Signal S₁ anstelle des Signals U₄ abgegeben; die Steuerhülse 37 wird in einer solchen Lage positioniert, daß die Vorhubgröße des Plungerkolbens 32 maximiert ist.
Wie oben beschrieben, wird, wenn die Kraftstoffeinspritzrate niedrig gehalten ist, und die maximale Drehzahl des Dieselmotors 2 auch niedrig gehalten ist, die Motordrehzahl nicht zu hoch, und der Innendruck der Zylinder des Motors wird unter dem zulässigen Druck gehalten; hierdurch ist die Unterbindung eines Schadens an dem Dieselmotor 2 gewährleistet.
In Fig. 4 ist ein Flußdiagramm eines Beispiels eines Regelprogramms dargestellt, um eine ähnliche Funktion wie diejenige der in Fig. 3 dargestellten Regeleinheit 4′ mit Hilfe eines Mikrocomputers durchzuführen.
Bei diesem Programm werden nach der Initialisierung beim Schritt 81 verschiedene Arten von Daten, welche von der Fühleinheit 5 zugeführt worden sind, beim Schritt 82 eingelesen. Danach geht die Operation beim Schritt 84 weiter, bei welchem der Zustand des Flags F, welches anzeigt, ob irgendeine Störung in dem Regelsystem zum Regeln der Kraftstoffeinspritzrate aufgetreten ist oder nicht, unterschieden wird. Dieses Flag F wird entsprechend dem Ergebnis der Feststellung beim Schritt 95 gesetzt, wodurch das Auftreten einer Störung unterschieden wird. Im vorliegenden Fall wird das Flag F in dem "0"-Zustand belassen, auf welchem es bei dem Initialisierungsschritt 81 eingestellt wurde, so daß das Ergebnis der Feststellung beim Schritt 84 null wird.
In diesem Fall wird auf den Schritt 100 übergegangen, bei welchem die Sollmenge QF einer Kraftstoffeinspritzung auf der Basis der ersten Mapdaten berechnet wird. Wenn das Ergebnis der Feststellung beim Schritt 84 ja ist, wird auf den Schritt 101 übergegangen, bei welchem die Sollmenge QF einer Kraftstoffeinspritzung auf der Basis der zweiten Mapdaten berechnet wird. Nachdem die Sollmenge QF einer Kraftstoffeinspritzung beim Schritt 100 oder 101 berechnet worden ist, wird die maximale Kraftstoffeinspritzmenge QF beim Schritt 87 berechnet. Die folgenden Schritte 89 bis 99 sind dieselben wie die entsprechenden Schritte in Fig. 2.
Obwohl die beiden Ausführungsformen für den Fall beschrieben sind, daß eine In-line-Kraftstoffeinspritzpumpe verwendet wird, ist die Erfindung nicht auf eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung beschränkt, bei welcher eine In-line-Einspritzpumpe verwendet wird, sondern ist genauso bei einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit einer Kraftstoffeinspritzpumpe anwendbar, bei welcher die Vorhubgröße reguliert werden kann.

Claims (10)

1. Kraftstoffeinspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen mit einer Kraftstoffeinspritzpumpe, welche einen Plungerkolben hat, um zumindest eine hin- und hergehende Bewegung in einem vorher bestimmten Ablauf in einer in einem Plungerzylinder ausgebildeten Bohrung auszuführen, um Kraftstoff in den Zylinder unter Druck zu setzen, und welche eine auf dem Plungerkolben sitzende Steuerhülse aufweist, mit welcher sowohl die Kraftstoffeinspritzmenge als auch der Zeitpunkt des Kraftstoffeinspritzbeginns durch Einstellen der relativen Lageposition zwischen der Steuerhülse und dem Plungerkolben reguliert werden kann, mit einem ersten Stellglied zum Regulieren der Position der Steuerhülse, um den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt zu regulieren, mit einem zweiten Stellglied zum Regulieren der Position des Plungerkolbens, um die Kraftstoffeinspritzmenge zu regulieren, und mit einer Einrichtung, welche zumindest auf ein Zustandssignal anspricht, welches den Betriebszustand der Maschine anzeigt, um die ersten und zweiten Stellglieder antriebsmäßig in der Weise zu steuern, daß der optimale Einspritzzeitpunkt und die optimale Einspritzmenge zu dem jeweiligen Zeitpunkt erhalten werden, dadurch gekennzeichnet, daß
  • a) eine Feststelleinrichtung (67) zum Feststellen einer Störung in dem Regelsystem zum Regulieren der Position der Steuerhülse (37) vorgesehen ist, welche die Regelabweichung (U₃) als Eingangsgröße empfängt und überwacht,
  • b) eine Recheneinheit (69) vorgesehen ist, welche abhängig von der jeweiligen Motordrehzahl die maximale Kraftstoffeinspritzmenge berechnet, und
  • c) die Feststelleinrichtung (67) die Recheneinheit (69) bei Feststellung eines Fehlerzustandes so ansteuert, daß der Wert von der Recheneinheit (69) festzulegenden maximalen Kraftstoffeinspritzmenge niedriger wird als bei nicht vorhandenem Fehlerzustand.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelabweichung (U₃) durch ein Regelsystem gebildet wird, welches eine erste Recheneinheit (61) enthält, welche zumindest auf das Zustandssignal anspricht, um ein erstes Sollpositionssignal (U₁) zu berechnen und abzugeben, welches die optimale Position der Steuerhülse (37) anzeigt, einen ersten Fühler (64) zum erzeugen eines ersten Istpositionssignals (U₂), welches die Istposition der Hülse (37) anzeigt, eine Einrichtung (63), welche auf das erste Sollpositionssignal (U₁) und das erste Istpositionssignal (U₂) anspricht, um die Regelabweichung (U₃) zu erzeugen, die sich auf eine Differenz zwischen der Soll- und der Istposition der Hülse (37) bezieht, und eine Einrichtung (65) hat, welche auf die Regelabweichung (U₃) anspricht, um ein erstes Signal (U₄) zum Ansteuern des ersten Stellglieds (51) zu erzeugen, um so die Regelabweichung auf Null zu reduzieren.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein weiteres Regelsystem (62, 70 bis 73), welches zumindest auf das Zustandssignal anspricht und eine zweite die Position des Plungerkolbens (32) betreffende zweite Regelabweichung (M₅) erzeugt, wobei das weitere Regelsystem eine zweite Recheneinheit (62) enthält, welche auf der Grundlage des Zustandssignals eine Sollposition des Plungerkolbens (32) berechnet, einen zweiten Fühler (72) zum Erzeugen eines zweiten Istpositionssignals (M₄), welches die Istposition des Plungerkolbens (32) anzeigt, eine Einrichtung (71), welche auf das zweite Sollpositionssignal (M₁) und das zweite Istpositionssignal (M₄) anspricht, um die zweite Regelabweichung (M₅) zu erzeugen, und eine Einrichtung (73) hat, welche auf die zweite Regelabweichung (M₅) anspricht, um ein zweites Signal (S₂) zum Ansteuern des zweiten Stellglieds (52) zu erzeugen.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feststelleinrichtung (67) das Vorhandensein einer Störung in Abhängigkeit davon feststellt, ob der Pegel des Werts der Regelabweichung (U₃) für mehr als einen vorgeschriebenen Zeitabschnitt kontinuierlich höher bleibt, als ein vorgeschriebener Pegel.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Regelsystem (62, 70 bis 73) vorgesehen ist, um die maximale Kraftstoffeinspritzmenge zu unterdrücken, wenn das Auftreten eines Fehlers durch die Feststelleinrichtung (67) festgestellt wird.
6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Regeleinrichtung (62, 70 bis 73) vorgesehen ist, um die maximale Drehzahl des Verbrennungsmotors (2) zu unterdrücken, wenn das Auftreten eines Fehlers durch die Feststelleinrichtung (67) festgestellt wird.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Zustandssignal ein Signal ist, welches die Drehzahl des Verbrennungsmotors (2) zu dem jeweiligen Zeitpunkt anzeigt.
8. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Regelsystem (61, 63 bis 65) eine Einrichtung (68) zum Erzeugen eines Sicherheitssignals (U₅) und eine Einrichtung (66) aufweist, um das Sicherheitssignal (U₅) an das erste Stellglied (51) anstelle des ersten Signals (U₄) entsprechend dem Feststellen einer Störung durch die Feststelleinrichtung (67) anzulegen, wobei die Stellung der Steuerhülse (37) in der Weise gesteuert wird, daß die Kraftstoffeinspritzrate minimiert wird, wenn eine Störung vorkommt.
9. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Recheneinrichtung (62) auf den Ausgang der Feststelleinrichtung (67) anspricht, und daß das zweite Sollpositionssignal (M₁) in der Weise verändert wird, daß die maximale Drehzahl in dem Fall, daß eine Störung durch die Feststelleinrichtung (67) festgestellt wird, niedriger gehalten ist als für den störungsfreien Fall.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3, 6 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Regelsystem (62, 70 bis 73) einen ersten Speicher (111) zum Speichern von ersten Mapdaten zum Berechnen des Sollwerts für einen Normalzustand des ersten Regelsystems (61, 63 bis 65) in der zweiten Recheneinrichtung (62), einen zweiten Speicher (112) zum Speichern von zweiten Mapdaten zum Berechnen des Sollwerts für eine anormale Bedingung des ersten Regelsystems (61, 63 bis 65) in der zweiten Recheneinrichtung (62) und eine Einrichtung (113) aufweist, welche auf den Ausgang der Feststelleinrichtung (67) anspricht, um wahlweise den Ausgang des ersten oder zweiten Speichers (111, 112) an die zweite Recheneinheit (62) anzulegen, wobei die maximale Drehzahl für den Fall, daß eine Störung durch die Feststelleinrichtung (67) festgestellt wird, niedriger gehalten wird als in dem Fall, wo keine Störung durch die Feststelleinrichtung (67) festgestellt wird.
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Owner name: MITSUBISHI FUSO TRUCK AND BUS CORP., TOKIO/TOKYO,

Owner name: BOSCH AUTOMOTIVE SYSTEMS CORP., TOKIO/TOKYO, JP