JP2008223565A - 多気筒内燃機関用の制御方法及びシステム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】各燃焼サイクル中に多気筒内燃機関の各気筒毎に行われる操作事象の実行は、前記操作事象の実行の時機を図り、制御するために、制御パラメータの瞬間的な値を前記内燃機関の制御ユニットに通信する段階を備えている方法によって制御されている。パラメータ信号は、標準的な通信バスネットワーク内の少なくとも1つのエンコーダインターフェースモジュール33、34に送られて、データメッセージに組み込まれ、同時一斉送信によってコントローラインターフェースモジュールへ通信される。通信バスネットワークを介する送信によって生じるリアルタイムのメッセージ通信からの偏差を、推定値の計算によって補正する。
【選択図】図11
Description
より具体的には、本発明は、多気筒内燃機関の各気筒の各燃焼サイクル中に、エンジンの各回転中に時間で変動する制御パラメータに応じて行われる、操作事象の実行の電子制御に関する。操作事象を網羅しているわけではないが、代表的には、操作事象の実行は、各燃焼サイクル中に適時に制御されることになるが、これには、燃料の噴射、着火、吸気及び排気弁の作動、及び滑材剤と圧縮空気の気筒への供給、の瞬間が含まれる。
前記デジタルパラメータ信号を、少なくとも1つのセンサー装置から、標準的な通信バスネットワーク内で或るノードを形成している少なくとも1つのエンコーダインターフェースモジュールへ送る段階であって、同ネットワーク内の別のノードは、前記制御ユニットに関係付けられたコントローラインターフェースモジュールによって個別に形成されている、前記デジタルパラメータ信号を送る段階と、
前記バスネットワークを介して送信するために、パラメータ信号をデータメッセージに含める段階と、
前記データメッセージを、同時一斉送信によって、前記バスネットワークを介して前記各コントローラインターフェースモジュールに通信する段階と、
随意的に、前記標準的な通信バスネットワーク(20;39、40)を介する前記送信によって生じる前記パラメータ信号のリアルタイム通信からの偏差を、補正データを前記データメッセージに含めることと、各コントローラインターフェースモジュール毎に、連続するデータメッセージの前記コントローラインターフェースモジュールによる受信の間の各間隔毎に前記制御パラメータの推定値を計算することと、によって補正する段階であって、前記計算は、前記制御パラメータの値と、各送信メッセージに含まれる前記補正データから行われる、補正する段階と、によって特徴付けられる。
前記少なくとも1つのセンサー装置が、少なくとも1つのエンコーダインターフェースモジュールと、そこへ前記デジタルパラメータを送るために接続されており、前記エンコードインターフェースモジュールは、標準的な通信バスネットワーク内に或るノードを形成しており、そのネットワークの別のノードは、前記制御ユニットに関係付けられているコントローラインターフェースモジュールによって個別に形成されている、ことと、
前記デジタルパラメータ信号を含むデータメッセージを作成するためのメッセージ作成手段と、前記データメッセージを通信するための送信手段が、前記データメッセージを、前記バスネットワークを介して前記データメッセージを同時一斉送信することによって、前記コントローラインターフェースモジュールのそれぞれに通信するために備えられていることと、
随意的に、補正データを作成するための手段が、前記エンコーダインターフェースモジュール内に、前記補正データを、前記メッセージ作成手段によって作成されたデータメッセージ内に追加して含めるために設けられており、補正手段が、各コントローラインターフェースユニットによって、前記通信バスネットワークを介する送信によって生じる前記パラメータ信号のリアルタイム通信からの偏差を、連続するデータメッセージのコントローラインターフェースモジュールによる受信の間の各間隔毎に前記制御パラメータの推定値を計算することによって補正するために設けられており、前記計算は、制御パラメータの値と、送信される各メッセージに含まれている前記補正データから行われること、を特徴としている。
図1の概略図は、日本特許第3483743B2号に開示されている種類の4気筒舶用ディーゼルエンジン用の冗長電子制御システムを示している。
このシステムでは、エンジンクランク軸11の角度位置の個々の瞬間的値を示す制御パラメータ値は、エンコーダインターフェースモジュール(EIM)13に接続されているエンコーダ装置12によって捕捉される。
BPMmin=60x2x106/40962=7,153rpm
と計算される。
Δtoffset、mod=Δtoffset+Δttransmission
である。
Δtestimation.1=Δtvelocity−(Δtoffset+Δttransmission)
と計算される。
Δtestimation.n=Δtestimation.n−1−Δtoffset
と簡単に計算される。
SD:開始区切り文字(6ビット)、
ECP:エンコーダメッセージの識別(8ビット)、
P:12ビットの制御パラメータ値(クランク軸位置)、
S:12ビットの変化率情報(第1補正データ)、
O:12ビットの送信時間ずれ情報(第2補正データ)、
C:システムコード(4ビット)、及び
FSC:フレーム確認シーケンス(16ビット)である。
この構造では、エンジン回転中の瞬間的クランク軸位置の様な制御パラメータ値は、独自の等しく独立したエンコーダインターフェースモジュール(EIM1、EIM2)33と34に接続されている2つの独立したエンコーダ装置31と32によって捕捉され、各モジュールは、図2に示しているのと同じやり方で、エンコーダレジスタと、第1及び第2タイマー装置で構成されている。
更新観察(モジュール49):エンコーダ装置31と32の一方が「稼動」エンコーダに選択されると、観測は、稼働中のエンコーダから到着する更新メッセージの周波数を待機又は非稼動中のエンコーダ装置から到着する更新メッセージの周波数と比べることによって行われる。後者の更新周波数が、前者の3倍という様に相当に高ければ、稼働中のエンコーダに関する問題を示唆するものとして受け止め、当初の待機中のエンコーダ装置を稼働中にする選択を要求する。
11 エンジンクランク軸
13、33、34 エンコーダインターフェースモジュール
13、33、34 コントローラインターフェースモジュール
14、35−38 ネットワークインターフェースモジュール
16、17 エンコーダタイマー手段(補正データを作成するための手段)
18 メッセージ作成手段
19 送信手段
20、39、40 通信バスネットワーク
21、41、42ネットワークインターフェースモジュール
22 コントローラインターフェースモジュール
23、43、44 推定手段(推定器装置)
25 外挿手段
26 推定器タイマー手段
28、47 内燃機関の制御ユニット
29 ノード
30 送信勧誘トークン
43、44 推定手段
45 選択手段
Claims (30)
- 各燃焼サイクル中に多気筒内燃機関の各気筒毎に、エンジンの各回転中に時間によって変動する制御パラメータに応じて、操作事象の実行を制御するための方法において、
エンジンの各回転中の複数の個々の瞬間における制御パラメータの値を、少なくとも1つのセンサー装置(12;31、32)によって捕捉する段階と、
各気筒の各燃焼サイクル中に前記操作事象の実行の時機を図り、制御するために、前記パラメータ値をデジタルパラメータ信号として前記内燃機関用の制御ユニット(28;47)に通信する段階と、を含んでおり、
前記デジタルパラメータ信号を、前記少なくとも1つのセンサー装置(12;31、32)から、標準的な通信バスネットワーク(20;39、40)内の或るノード(29)を形成している少なくとも1つのエンコーダインターフェースモジュール(13;33、34)へ送る段階であって、同ネットワーク内の別のノードは、前記制御ユニット(28;47)に関係付けられたコントローラインターフェースモジュール(22)によって個別に形成されている、前記デジタルパラメータ信号を送る段階と、
前記バスネットワークを介して送信するために、前記パラメータ信号をデータメッセージに含める段階と、
前記データメッセージを、同時一斉通信によって、前記バスネットワーク(20;39、40)を介して前記各コントローラインターフェースモジュール(13;33、34)に通信する段階と、
随意的に、前記標準的な通信バスネットワーク(20;39、40)を介する前記送信によって生じる前記パラメータ信号のリアルタイム通信からの偏差を、補正データを前記データメッセージに含めることと、各コントローラインターフェースモジュール(22)毎に、連続するデータメッセージの前記コントローラインターフェースモジュール(22)による受信の間の各間隔に前記御パラメータの推定値を計算すること、によって補正する段階であって、前記計算は、前記制御パラメータ値と、各送信メッセージに含まれる前記補正データから行われる、補正する段階と、を特徴とする方法。 - 前記制御パラメータ値は、前記各気筒のピストン部材と接続されているエンジンクランク軸(11)の瞬間的角度位置を含んでいることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 前記バスネットワーク(20;39、40)を介する前記データメッセージの送信は、前記少なくとも1つのセンサー装置(12;31、32)による前記制御パラメータ値の捕捉と、前記デジタルパラメータ信号の、前記少なくとも1つのエンコーダインターフェースモジュール(13;33、34)への供給とに関係無く行われることと、データメッセージに含まれる前記補正データは、第1及び第2補正データを含んでおり、前記第1補正データは、対応する前記制御パラメータ値の捕捉の瞬間における、前記データメッセージに含まれている前記デジタルパラメータ信号の変化率(Δtvelocity)を表しており、前記第2補正データは、前記対応する制御パラメータ値の前記捕捉の瞬間と前記データメッセージの送信の瞬間の間の時間のずれ(Δtoffset)を表していること、を特徴とする、請求項1又は2に記載の方法。
- 前記第1及び第2補正データは、前記エンコーダインターフェースモジュール(13;33、34)内でエンコーダタイマー手段(16)によって作成され、前記エンコーダタイマー手段は、前記エンコーダインターフェースモジュール(13;33、34)に送られるデジタルパラメータ信号が変化する度にリセットされ、前記第1補正データは、リセットされたときの前記エンコーダタイマー手段(16)の時間計数を含んでおり、前記第2補正データは、前記タイマー手段の連続するリセットの間の間隔におけるデータメッセージの送信の瞬間の前記エンコーダタイマー手段(17)の時間計数を含んでいることを特徴とする、請求項3に記載の方法。
- 前記第2補正データ(Δtoffset)は、前記バスネットワークを介する前記データメッセージの送信に関する送信時間の遅延(Δttransmission)を表す定数を加えることによって修正されることを特徴とする、請求項4に記載の方法。
- 前記推定値は、各コントローラインターフェースモジュール内で、前記エンコーダインターフェースモジュール(13;33、34)から受信される各データメッセージに含まれている前記制御パラメータの値から線形外挿によって計算されることを特徴とする、請求項1から5の何れかに記載の方法。
- 前記外挿は、前記制御パラメータを、同じデータメッセージに含まれている前記補正データから計算される均等な反復間隔で捕捉する2つの連続する個々の瞬間の間の前記制御パラメータの値の変化を表している定数を繰り返して加えることを含んでおり、前記反復間隔は、前記コントローラインターフェースモジュール(22)内の推定器タイマー手段(26)のリセットタイマー計数(Δtestimation、n)によって提供され、前記コントローラインターフェースモジュールによる各データメッセージの受信後の第1リセットタイマー計数(Δtestimation、1)は、前記第1補正データ(Δtvelocity)から前記第2補正データ(Δtoffset、Δtoffset、mod.)を引くことによって計算され、その次のリセットタイマー計数(Δtestimation、n)は、次の前に計算されたリセットタイマー計数(Δtestimation、n−1)から前記第2補正データ(Δtoffset、Δtoffset、mod.)を引くことによって計算されることを特徴とする、請求項6に記載の方法。
- トークンベースのバスネットワーク(20;39、40)が、前記データメッセージを、それぞれが、前記少なくとも1つのエンコーダインターフェースモジュール(13;33、34)によって形成されている前記ネットワークノードにより受信される送信勧誘トークン(30)に続いている、送信時間スロットで送信するのに用いられており、各データメッセージは、前記デジタルパラメータ信号と前記第1及び第2補正データに加えて、前記ネットワークノードを送信源として識別する識別データを含んでいることを特徴とする、請求項3から7の何れかに記載の方法。
- 前記送信勧誘トークンは、順次ノード識別方式に従って前記通信バスネットワーク(20;39、40)の全ノード(29)に送られ、その際、個別のノードIDが前記ノードに割り当てられ、これにより、2つ以上のノードIDが前記少なくとも1つのエンコーダインターフェースモジュール(13;33、34)に割り当てられることを特徴とする、請求項8に記載の方法。
- 前記データメッセージは、前記ネットワークインターフェースモジュール(14;35−38)によって、前記通信バスネットワーク(20;39、40)を介して送信される標準的なメッセージと比べて長さが短い修正されたメッセージフォーマットを使って作成されることを特徴とする、請求項8又は9に記載の方法。
- コントローラインターフェースモジュールと接続されているネットワークインターフェースモジュール(21;41、42)により受信されるデータメッセージは、その様なメッセージ内の前記エンコーダインターフェースモジュールへの前記識別データの発生に応じて前記気筒インターフェースモジュールの別の部分から分離された推定手段(43、44)に直接送られることを特徴とする、請求項8から10の何れかに記載の方法。
- それぞれが独立したエンコーダインターフェースモジュール(33、34)と関係付けられている2つの独立したセンサー装置(31、32)の使用を含む冗長操作であって、前記独立したエンコーダインターフェースモジュール(33、34)は、少なくとも2つの独立した通信バスネットワーク(39、40)を介してメッセージを送信し、前記独立した通信バスネットワーク(39、40)のそれぞれに対し、前記別のノードが前記コントローラインターフェースモジュールによって形成されている、冗長操作を特徴とする、請求項1から11の何れかに記載の方法。
- 前記独立したエンコーダインターフェースモジュール(33、34)は、データメッセージを、前記少なくとも2つの独立した通信バスネットワーク(39、40)の全てに送信することを特徴とする、請求項12に記載の方法。
- 各コントローラインターフェースモジュール(22)毎に、前記制御パラメータの前記推定値が、前記独立したバスネットワーク(39、40)のそれぞれを介して送信されるメッセージのために独立した推定手段(43、44)によって作成され、前記独立したエンコーダインターフェースモジュール(33、34)の一つからのメッセージから得られる推定値の選択は、少なくとも1つの選択基準の遵守に依存して、前記推定手段(43、44)と関係付けられている選択手段(45)によって行われることを特徴とする、請求項12又は13に記載の方法。
- ArcNetプロトコルが、前記標準的なバスネットワーク(20;39、40)上の一般的データ通信に用いられ、前記プロトコルは、標準的なArcNet通信要件からの偏差を考慮して、前記少なくとも1つのエンコーダインターフェースモジュールから前記メッセージを送信するために修正されることを特徴とする、請求項8から14の何れかに記載の方法。
- 各燃焼サイクル中に多気筒内燃機関の各気筒毎に、前記エンジンの各回転中に時間によって変動する制御パラメータに応じて、請求項1から15の何れかで請求している方法によって、操作事象の実行を制御するためのシステムにおいて、
エンジンの各回転中の複数の個々の瞬間に前記制御パラメータのパラメータ値を捕捉するための少なくとも1つのセンサー装置(12;31、32)と、
前記気筒の各燃焼サイクル中に前記操作事象の実行の時機を図り、制御するために、捕捉された制御パラメータ値をデジタルパラメータ信号として前記内燃機関用の制御ユニット(28、47)へ通信するための手段と、を備えており、
前記少なくとも1つのセンサー装置(12;31、32)は、少なくとも1つのエンコーダインターフェースモジュール(13;33、34)と、そこへ前記デジタルパラメータ信号を送るために接続されており、前記エンコーダインターフェースモジュール(13;33、34)は、標準的な通信バスネットワーク(20;39、40)内に或るノード(29)を形成しており、そのネットワークの別のノードは、前記制御ユニット(28;47)に関係付けられているコントローラインターフェースモジュール(22)によって個別に形成されており、
メッセージ作成手段(18)は、前記デジタルパラメータ信号を含むデータメッセージを作成するために設けられており、送信手段(19)は、前記データメッセージを前記バスネットワーク(20;39、40)を介して前記コントローラインターフェースモジュール(22)のそれぞれに同時一斉送信することにより通信するために設けられており、
随意的に、補正データを作成するための手段(16、17)は、前記エンコーダインターフェースモジュール(13;33、34)内に、前記補正データを、前記メッセージ作成手段によって作成された前記データメッセージ内に追加して含めるために設けられており、補正手段は、各コントローラインターフェースユニット(22)によって、前記通信バスネットワークを介する送信によって生じる前記パラメータ信号のリアルタイム通信からの偏差を、連続するデータメッセージの前記コントローラインターフェースモジュール(22)による受信の間の各間隔毎に前記制御パラメータの推定値を計算することによって補正するために設けられており、前記計算は、前記制御パラメータの値と、送信される各メッセージに含まれる前記補正データから行われる、ことを特徴とするシステム。 - 前記少なくとも1つのセンサー装置(12;31、32)は、前記各気筒のピストン部材と接続されているエンジンクランク軸(11)の瞬間的角度位置の値を、前記制御パラメータとして用いるために捕捉するように配置されていることを特徴とする、請求項16に記載のシステム。
- 前記通信バスネットワーク(20;39、40)は、前記少なくとも1つのセンサー装置(12;31、32)による前記制御パラメータ値の捕捉と、前記少なくとも1つのエンコーダインターフェースモジュール(13;33、34)への前記デジタルパラメータ信号の供給とに関係無く、前記データメッセージの送信が行われるように配置され、制御されていることと、補正データを作成するための前記手段は、第1及び第2補正データを作成するために配置されており、前記第1補正データは、対応する前記制御パラメータ値の捕捉の瞬間における、前記データメッセージに含まれている前記デジタルパラメータ信号の変化率/(Δtvelocity)を表しており、前記第2補正データは、対応する前記制御パラメータ値の捕捉の前記瞬間と前記データメッセージの送信の前記瞬間の間の時間のずれ(Δtoffset)を表していること、を特徴とする、請求項16又は17に記載のシステム。
- 前記第1及び第2補正データを作成するための前記手段は、エンコーダタイマー手段(16)を備えており、前記エンコーダインターフェースモジュール(13;33、34)に送られる前記デジタル制御パラメータ信号が変化する度に前記エンコーダタイマー手段(16)をリセットするために、リセット段階が設けられており、前記第1補正データは、前記エンコーダタイマー手段(16)がリセットされたときの前記タイマー計数(Δtvelocity)として作成され、前記第2補正データは、前記エンコーダタイマー手段(16)の連続するリセットの間の間隔におけるデータメッセージの送信時の、前記エンコーダタイマー手段(16)の前記タイマー計数(Δtoffset)として作成されることを特徴とする、請求項18に記載のシステム。
- 手段(17)は、前記第2補正データ(Δtoffset)を、前記バスネットワークを介する前記データメッセージの送信に関する送信時間の遅延(Δttransmission)を示す定数を加えることによって修正するために、前記エンコーダインターフェースモジュール内に設けられていることを特徴とする、請求項18又は19に記載のシステム。
- 前記推定制御パラメータ値を計算するために各コントローラインターフェースモジュール(22)に関係付けられている推定手段(23;43、44)は、前記推定値を、線形外挿によって、前記エンコーダインターフェースモジュール(13;33、34)から受信される各データメッセージに含まれている前記制御パラメータの値から計算するための外挿手段(25)を備えていることを特徴とする、請求項16から20の何れかに記載のシステム。
- 前記外挿は、前記制御パラメータを同じデータメッセージに含まれている前記補正データから計算される反復間隔で捕捉する2つの連続する個々の瞬間の間の前記制御パラメータ値の変化を表している定数を繰り返し加えることを含んでおり、前記反復間隔は、前記外挿手段(25)と接続されているリセットタイマー計数(Δtestimation、n)によって提供され、前記手段は、前記コントローラインターフェースモジュールによる各データメッセージの受信後に、前記第1補正データ(Δtvelocity)から前記第2補正データ(Δtoffset、Δtoffset、mod.)を引くことによって第1リセットタイマー計数(Δtestimation、1)を計算し、次の前に計算されたリセットタイマー計数(Δtestimation、n−1)から前記第2補正データ(Δtoffset、Δtoffset、mod.)を引くことによって、その後のリセットタイマー計数(Δtestimation、n)を計算するために、前記コントローラインターフェースモジュールによって提供されていることを特徴とする、請求項21に記載のシステム。
- 前記標準的な通信バスネットワーク(20;39、40)は、前記メッセージを、それぞれが、前記エンコーダインターフェースモジュールによって形成されている前記ネットワークノードにより受信された送信勧誘トークン(30)に続いている、送信時間スロットで送信するためのトークンベースのネットワークであり、各メッセージは、前記デジタル制御パラメータ信号と、前記第1及び第2補正データに加えて、前記ネットワークノードを送信源として識別する識別データを含んでいることを特徴とする、請求項18から22の何れかに記載のシステム。
- 前記トークンベースのネットワーク(20;39、40)は、順次ノード識別方式を含むネットワークプロトコルに従って操作され、前記方式では、個別のノードIDが、前記ネットワークの全てのノード(29)に、2つ以上のノードIDが前記少なくとも1つのエンコーダインターフェースモジュール(13;33、34)に割り当てられるように割り当てられ、そのため、前記送信勧誘トークン(30)は、前記全てのノード(29)に順次送られることを特徴とする、請求項23に記載のシステム。
- 前記メッセージ作成手段(18)は、前記ネットワークインターフェースモジュール(18)によって設けられ、前記メッセージを、前記通信バスネットワーク(20;39、40)を介して送信される標準的なメッセージと比べて長さが短い修正されたメッセージフォーマットで作成するように配置されていることを特徴とする、請求項23又は24に記載のシステム。
- 各コントローラインターフェースモジュール毎に、前記モジュールの他の部分から分離されている推定器装置(23;43、44)を備えている推定手段が設けられており、前記コントローラインターフェースモジュールと関係付けられているネットワークインターフェースモジュール(21;41、42)は、前記エンコーダインターフェースモジュール(13;33、34)から受信した一斉通信メッセージを、その様なメッセージ内での前記識別データの発生に応じて前記推定器装置(23;43、44)に直接送るための手段を備えていることを特徴とする、請求項23から25の何れかに記載のシステム。
- それぞれ独立したエンコーダインターフェースモジュール(33、34)と関係付けられている2つの独立したセンサー装置(31、32)を含むことにより、冗長操作に備えて構成されており、前記独立したエンコーダインターフェースモジュールは、少なくとも2つの独立した通信バスネットワーク(39、40)を介してメッセージを送信し、前記2つの独立した通信バスネットワーク(39、40)のそれぞれに対して、前記別のノード(29)が、前記コントローラインターフェースモジュール(22)によって形成されていることを特徴とする、請求項18から26の何れかに記載のシステム。
- 前記独立したエンコーダインターフェースモジュール(33、34)のそれぞれは、メッセージ通信のために、前記少なくとも2つの独立した通信バスネットワーク(39、40)の全てと接続されていることを特徴とする、請求項27に記載のシステム。
- 各コントローラインターフェースモジュール(22)毎に、独立した推定手段(43、44)が、前記独立したバスネットワーク(39、40)のそれぞれを介して送信されるメッセージ用の前記制御パラメータの推定値を作成するために設けられており、前記独立したエンコーダインターフェースモジュール(33、34)の一方からのメッセージから得られる推定値の選択は、少なくとも1つの選択基準の遵守に依存して前記推定手段(43、44)に関係付けられている選択手段(45)によって行われることを特徴とする、請求項27又は28に記載のシステム。
- 前記標準的なバスネットワーク(20;39、40)の各ネットワークインターフェースモジュール(35−38、41、42)は、前記バスネットワーク上の一般的なデータ通信のためにArcNetプロトコルに従って作動するArcNetコントローラを備えており、前記プロトコルは、標準的なArcNet通信要件からの偏差を考慮して、前記エンコーダインターフェースモジュールからの前記メッセージの送信に備えて修正されていることを特徴とする、請求項18から29の何れかに記載のシステム。
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