JP2007536547A - エンジンのベンチテストユニット上における内燃機関の多目的制御方法およびシステム - Google Patents

Abstract

本発明は、エンジンの作動装置に連結された少なくとも１つのアクチュエータと、プログラム可能な論理ＦＰＧＡ構成要素を備えた電子カード（３）と、エンジンサイクルに従って前記カードを同期させる手段（９，１０）と、を備えた内燃機関（２）の汎用的な運転方法に関する。本方法によれば、前記構成要素内で、各気筒のエンジンサイクルにおける角度基準点を発生させる工程と、位相および持続時間に関してパラメータ化が可能で、互いに独立し、一つの気筒に関連付けられたアクチュエータ制御パルスを、前記構成要素によって発生させる工程と、対象気筒に固有の前記カードの物理的出力の少なくとも１つに前記制御パルスを分配するように、該制御パルスを多重化する工程と、前記対象気筒に固有の前記カードの物理的出力の１つと結び付けられた少なくとも１つの前記アクチュエータを、前記制御パルスの少なくとも１つによって制御する工程と、がおこなわれる。

Description

本発明は、カード当たり４つの気筒まで拡張されるディストリビューションに従い、２ストローク、４ストローク、ガソリン（モノスパークおよびマルチスパーク）、ディーゼル（モノ噴射およびマルチ噴射）を問わず、あらゆる種類の内燃機関を汎用性のある方法で運転することができる、タイマーＰＣＩと呼ばれる電子カードを備えた方法および関連したシステムに関する。

従来、エンジンの運転は、公衆向けの市販コンピュータであって、その使用が自動車製造者が規定したエンジンの運転範囲に限定されたコンピュータの使用によるか、あるいは、自動車部品製造者がエンジンのあらゆる制御方法を開発するために使用する、研究開発用の特殊なエンジン試験用ベンチの制御装置であって、その使用がある型の自動車に限定された制御装置の使用によって行われてきた。

他方、本発明によるシステムおよび方法は、自動車製造者および／または関連する自動車部品製造者から独立して、いかなる種類のエンジンをも運転する汎用的な運転手段を提供すると共に、ＰＣと互換性のあるマクロコンピュータの能力強化に基づいた、エンジンの制御方法のあらゆる開発見通しに対応できる運転手段を提供するという利点を有している。

こうして、本発明は、エンジンの作動装置に連結された少なくとも１つのアクチュエータと、プログラム可能な論理ＦＰＧＡ構成要素を備えた電子カードと、エンジンサイクルに従って前記カードを同期させる手段と、を備えた内燃機関の運転方法に関する。

本方法によれば、前記構成要素内で、各気筒のエンジンサイクルにおける角度基準点を発生させる工程と、位相および持続時間に関してパラメータ化が可能で、互いに独立し、一つの気筒に関連付けられたアクチュエータ制御パルスを、前記構成要素によって発生させる工程と、対象気筒に固有の前記カードの物理的出力の少なくとも１つに前記制御パルスを分配するように、該制御パルスを多重化する工程と、前記対象気筒に固有の前記カードの物理的出力の１つと結び付けられた少なくとも１つの前記アクチュエータを、前記制御パルスの少なくとも１つによって制御する工程と、がおこなわれる。

前記制御パルスは任意の順序で１つ以上の前記出力に分配されることができる。

同期は、２ストロークエンジンの場合、エンジンのクランクシャフトに固定された角度コーダまたは５８Ｘビークルターゲットの少なくともいずれかのセンサ、４ストロークエンジンの場合、カムシャフトセンサ、ならびに、エンジンのクランクシャフトに固定された角度コーダまたは５８Ｘビークルターゲットの少なくともいずれかのセンサ、によっておこなうことができる。

本発明はまた、エンジンの作動装置に連結された少なくとも１つのアクチュエータと、プログラム可能な論理ＦＰＧＡ構成要素を備えた電子カードと、エンジンサイクルに従って該カードを同期させる手段と、を有する内燃機関の運転システムに関する。

本システムにおいて、前記構成要素は、各気筒のエンジンサイクルにおける角度基準点を発生させ、位相および持続時間に関してパラメータ化が可能で、互いに独立し、一つの気筒に関連付けられたアクチュエータ制御パルスを発生させ、対象気筒に固有の前記物理的出力の少なくとも１つに前記制御パルスを分配するように、該制御パルスを多重化し、前記対象気筒に固有の前記物理的出力の１つと結び付けられた少なくとも１つのアクチュエータを、前記制御パルスの少なくとも１つによって制御する、ようにプログラムされた手段を有している。

前記の同期手段は、２ストロークエンジンの場合は、エンジンのクランクシャフトに固定された角度コーダまたは５８Ｘビークルターゲットの少なくともいずれかのセンサ、４ストロークエンジンの場合は、カムシャフトセンサと、エンジンのクランクシャフトに固定された角度コーダまたは５８Ｘビークルターゲットの少なくともいずれかのセンサと、を備えることができる。

上記アクチュエータは、噴射ノズル、スパークプラグ、電磁弁制御、レーザーカメラ撮影のいずれかとすることができる。

気筒当り少なくとも８つの前記制御パルスが発生させられることができる。

前記気筒に固有の前記物理的出力は、気筒毎に少なくとも４つあることができる。

本発明のその他の特徴および利点については、非限定的な例によって示された実施態様に関する以降の説明を、添付図面を参照しながら読むことによって明らかとなろう。

図１に、タイマーＰＣＩタイプの電子カード３を備えたＰＣタイプのコンピュータ１によって作動するエンジン２を示す。このシステムは角度コード化システム９の信号と同期している。コード化システムは、記号「°Ｖ」がクランク角度を示すことを認識して、１°Ｖ，１／２°Ｖ，１／５°Ｖ，または１／１０°Ｖに等しい分解能の「回転信号」情報および「角度信号」情報を送信する角度コーダでもよいし、「５８Ｘ」タイプのビークルターゲット、すなわちクランク角度６°の分解能を備えた６０の歯（連続した２つの歯が欠けている。）を持ち、エンジン２のクランクシャフトに固定されたビークルターゲットでもよい。カムシャフトに連結された第２の同期センサ１０は、２回の回転で１回の燃焼サイクルとなる４ストロークエンジンでの基準気筒（通常はＮｏ．１の気筒）の回転を認識することができる。参照番号１２は、角度コード化信号の調整および形成ブロックを表している。

タイマーＰＣＩカードは、ＰＣと互換性のあるマイクロコンピュータ用ＰＣＩバスの標準フォーマットのものである。このカードは、専用のパワーインターフェースを経由してアクチュエータ制御パルス（たとえば図１における燃料噴射ノズル７、スパークプラグ６）を発生させることを目的としている。パワーインターフェースの例としては、たとえばマルチコンダクタ１３を介したスパーク発生器４、またはマルチコンダクタ８を介した噴射用パワーインターフェース１１があり、これらはマルチコンダクタ５を経由して上記カードに接続されている。

タイマーＰＣＩカードは基本的に、ＦＰＧＡ（フィールド・プログラマブル・ゲート・アレー）タイプのプログラム可能な論理構成要素と、ＰＣと互換性のあるマイクロコンピュータ用のＰＣＩバスとのインターフェースを形成する構成要素と、入力／出力の電気的絶縁をとる回路と、必要な電源供給を行なう回路と、によって構成されている。

ＦＰＧＡ構成要素はタイマーＰＣＩカードによって提供される全ての機能を含んでいる。これらの機能は、ＶＨＤＬ言語（超高速集積回路「ＶＨＳＩＣ」用のハードウェア記述言語）で記述されている。これらの機能の構成が本発明の核心である。

この機能によって、２ストロークまたは４ストロークの最大４気筒のディーゼルエンジンまたはガソリンエンジンの場合、エンジンサイクルごとに気筒当たり最大８つの制御パルスを発生させることが可能である。

このアーキテクチャは、一部が角度コーダや５８Ｘビークルターゲットなどのエンジンクランクシャフトの角度コード化システムから、また一部が任意のタイプのカムシャフトセンサＡＡＣから来る複合した４つの同期論理入力を考慮したものである。

この機能によって、制御パルス（気筒当たり４つの出力）発生用の、電気的に絶縁（マスデカップリング）された１６の複合論理出力を制御することも可能となる。各制御パルスは、位相および持続時間によってエンジンサイクルごとにパラメータ化されている。この位相は常に、選定された角度精度（１°Ｖ，１／２°Ｖ，１／５°Ｖ，または１／１０°Ｖ）に従ってクランク角度で表現される。また持続時間は、選定された角度精度（１°Ｖ，１／２°Ｖ，１／５°Ｖ，または１／１０°Ｖ）、またはマイクロ秒（μｓ）で表された選定された時間精度で表現される。

本発明の目的は、タイマーＰＣＩカードのＦＰＧＡ構成要素の、ＶＨＤＬ機能の構成にある。この構成は、タイマーＰＣＩカード１枚の当り１気筒から４気筒までの構成に従い、２ストローク、４ストローク、ガソリン、ディーゼル、マルチ噴射、マルチスパークを問わず、あらゆるタイプのエンジンを汎用的な方法で運転させることができる。４気筒を超える気筒数構成に対処するため、複数のタイマーＰＣＩカードを用いてもよい。

選択された概念は、４気筒エンジンの気筒の作動順序が１／３／４／２であることを考慮して、各気筒に「燃焼上死点ＰＭＨ」と呼ばれる特定の基準を組み合わせている。８つの制御パルス（チャンネルまたは気筒当たり）は、それぞれの「燃焼」上死点ＰＭＨに対する位相および持続時間がプログラム可能である。

図２には、選定された概念を図示したＦＰＧＡ構成要素のブロック線図を示す。このブロック線図は、４つのまったく同一のサブアセンブリ（気筒１から気筒４まで）に分割されている。

これらブロック線図のそれぞれは以下のものから成り立っている。
−考慮対象気筒に固有の上死点ＰＭＨ（ＰＭＨ１，ＰＭＨ２，ＰＭＨ３，ＰＭＨ４）の発生（ＧＥＮ−ＰＭＨ）。ここで、
・Ｅ１：角度コーダの「角度信号」（１°Ｖ，１／２°Ｖ，１／５°Ｖ，または１／１０°Ｖ）の入力。
・Ｅ２：カムシャフトセンサの信号ＡＡＣの入力。
・Ｅ３：角度コーダの「回転信号」の入力。
・Ｅ４：５８Ｘビークルターゲット（２つの歯が連続して欠けている６０歯のリング）の信号の入力。
−考慮対象気筒に個別的に関係づけられた８つの独立パルスの発生（ＧＥＮ１−４）。ここで、Ｆｘｙは、考慮対象気筒のエンジンサイクルの位相および継続時間で規定されたパルスの存在を特徴とする内部信号を表しており、ｘ、ｙは１から８である。
−考慮対象気筒に個別的に関係づけられた４つの物理的出力の各々を確実に分配するための、上記８つのパルスの多重化（ＭＵＬＴ）。Ｓｘｚ：出力ｚ（１−４）は、気筒ｘにおけるエンジンサイクル当たりの信号Ｆｘｙの組み合わせとすることができる。

この分配はプログラミングによって柔軟性のある方法でおこなうことができ、また４つの物理的出力のいずれに対しても、任意の順序で０パルスから８パルスを割り当てることができる。

ここでパルスと呼ばれているものは、アクチュエータ制御の基本的なプロトコルである。このパルスは２つのパラメータによって特徴付けられている。すなわち、一つは、考慮対象エンジンサイクルのアクチュエータ制御開始時または終了時の角度位置を指定する「位相」であり、もう一つは、上記「位相」をもとに、考慮対象エンジンサイクルのアクチュエータ制御を停止する時を指定する「持続時間」である。

図３は、気筒１に対応した基準フレームＰＭＨ１に基づく信号Ｆ１１，Ｆ１２，Ｆ１３，Ｆ１４の組み合わせである信号Ｓ１１の発生状況の一例を示したものである。

基準フレームＰＭＨ１は、基準Ｅ２（ＡＡＣ）およびＥ３（回転信号）から作られる。

こうした構成の柔軟性を示す２つの例について以下に説明する。

例１：従来型の４ストローク、４気筒ガソリンエンジンの作動
このエンジンは、４つの点火コイルと４つの噴射ノズルを制御して作動させる。これら８つのアクチュエータのそれぞれは、タイマーＰＣＩカードの論理出力を必要とする。つまり、これら８つの論理出力のそれぞれは、位相と持続時間をパラメータ化することによって特徴付けられた基本的制御パルスが必要である。

そこで、ＰＣと互換性のあるマイクロコンピュータによるタイマーＰＣＩカードの論理パラメータ化は、気筒当たり２つのパルスの発生と、これら２つのパルス各々の他の論理出力への割り当てと、からなっている。こうして、タイマーＰＣＩカードになんらの実質的変更ももたらすことなく、考慮対象エンジンを作動させることができる。

例２：多数回噴射（エンジンサイクル当たり８回の噴射）式のコモンレール４ストローク４気筒ディーゼルエンジンの作動。

このエンジンは、４つの噴射ノズルを制御して作動させる。これら４つのアクチュエータのそれぞれはタイマーＰＣＩカードの論理出力を必要とする。つまり、これら４つの論理出力のそれぞれは、位相と持続時間に関するパラメータ化によって特徴付けられた８つの基本的制御パルスのセットが必要である。

このように、ＰＣと互換性のあるマイクロコンピュータによるタイマーＰＣＩカードの論理パラメータ化は、気筒当たり８つのパルスの発生と、これら８つのパルスを一つの論理出力への割り当てと、からなっている。こうしてタイマーＰＣＩカードになんらの実質的変更をももたらすことなく、考慮対象エンジンを作動させることができる。

本発明の作動状態を示す概略図である。 本発明による方法の構造および構成を示したものである。 信号の発生の一例を示したものである。

Claims (8)

1. エンジンの作動装置に連結された少なくとも１つのアクチュエータと、プログラム可能な論理ＦＰＧＡ構成要素を備えた電子カードと、エンジンサイクルに従って前記カードを同期させる手段と、を備えた内燃機関の運転方法において、
   前記構成要素内で、各気筒のエンジンサイクルにおける角度基準点を発生させる工程と、
   位相および持続時間に関してパラメータ化が可能で、互いに独立し、一つの気筒に関連付けられたアクチュエータ制御パルスを、前記構成要素によって発生させる工程と、
   対象気筒に固有の前記カードの物理的出力の少なくとも１つに前記制御パルスを分配するように、該制御パルスを多重化する工程と、
   前記対象気筒に固有の前記カードの物理的出力の１つと結び付けられた少なくとも１つの前記アクチュエータを、前記制御パルスの少なくとも１つによって制御する工程と、
   をおこなうことを特徴とする、内燃機関の運転方法。
2. 前記制御パルスは任意の順序で１つ以上の前記出力に分配される、請求項１に記載の方法。
3. ２ストロークエンジンの場合、前記エンジンのクランクシャフトに固定された角度コーダまたは５８Ｘビークルターゲットの少なくともいずれかのセンサ、
   ４ストロークエンジンの場合、カムシャフトセンサ、ならびに、前記エンジンのクランクシャフトに固定された角度コーダまたは５８Ｘビークルターゲットの少なくともいずれかのセンサ、
   によって同期がなされる、請求項１または２に記載の方法。
4. エンジンの作動装置に連結された少なくとも１つのアクチュエータと、プログラム可能な論理ＦＰＧＡ構成要素を備えた電子カードと、エンジンサイクルに従って該カードを同期させる手段と、を有する内燃機関の運転システムにおいて、
   前記構成要素は、
   各気筒のエンジンサイクルにおける角度基準点を発生させ、
   位相および持続時間に関してパラメータ化が可能で、互いに独立し、一つの気筒に関連付けられたアクチュエータ制御パルスを発生させ、
   対象気筒に固有の前記物理的出力の少なくとも１つに前記制御パルスを分配するように、該制御パルスを多重化し、
   前記対象気筒に固有の前記物理的出力の１つと結び付けられた少なくとも１つのアクチュエータを、前記制御パルスの少なくとも１つによって制御する、
   ようにプログラムされた手段を有していることを特徴する、内燃機関の運転システム。
5. 前記の同期手段は、２ストロークエンジンの場合は、前記エンジンのクランクシャフトに固定された角度コーダまたは５８Ｘビークルターゲットの少なくともいずれかのセンサ、４ストロークエンジンの場合は、カムシャフトセンサと、前記エンジンのクランクシャフトに固定された角度コーダまたは５８Ｘビークルターゲットの少なくともいずれかのセンサと、を備えている、請求項４に記載のシステム。
6. 前記アクチュエータは、噴射ノズル、スパークプラグ、電磁弁制御、またはレーザーカメラ撮影のいずれかである、請求項４または５に記載のシステム。
7. 気筒当り少なくとも８つの前記制御パルスが発生させられる、請求項４に記載のシステム。
8. 前記気筒に固有の前記物理的出力は、気筒毎に少なくとも４つある、請求項４に記載のシステム。

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