JP2009030603A - 噴射された燃料マスの決定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の少なくとも一つの燃焼室の中で少なくとも一回の噴射によって高い圧力で噴射される燃料量を非常に高い精度で決定することを可能にする燃料マスの決定方法およびその装置を提供する。
【解決手段】内燃機関の少なくとも一つの燃焼室内へ少なくとも一つの噴射装置を用いて高圧で噴射された燃料マスの決定方法において、予め定められた目標量に関する尺度に基づいて行われた少なくとも一回の後噴射の噴射された燃料の実際量に関する尺度と目標量に関する尺度との比較によって圧力波修正のための修正値が定められる。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の少なくとも一つの燃焼室内へ噴射された燃料マスの決定のための方法、並びにこの方法を実施するための装置に関する。

最近の内燃機関、特に自己噴射ディーゼルエンジンの運転のためには、非常に高い噴射圧力の下での燃料マスの高精度の計量が必要である。しかしながら、制御された燃料計量の精度は、最新の噴射システムの場合、一方では製造精度によって、又他方では内燃機関の耐用年数にわたって変化する噴射システムの構成部品の特性、とりわけ、例えば許容差の引き上げをもたらすドリフト現象によって制限される。更に、個々の噴射に基づいて燃料供給管路の中や噴射弁の中に圧力波が誘発される。この圧力波は、噴射量と二つの噴射の間の間隔に応じて、時間的に第二の燃料計量の不正確さをもたらす。圧力波によって呼び起こされた不正確さの補償のためには、例えば、ＤＥ１０ ２００４ ０５３ ４１８ Ａ１ から知られる、内燃機関の噴射システムの制御方法を援用することができるが、その方法の場合、圧力波の補償は、時間的に本質的に波形変化する制御時間長さに基づいて行われ、少なくとも一つの噴射器の制御が波形変化する制御時間長さを用いて圧力波修正される。

ＤＥ １０ ２００５ ０３６ １９３ Ａ１ は、内燃機関の少なくとも一つの噴射器を備えた噴射システムの制御方法を記載しており、その際、燃料計量は第一の部分噴射と少なくとも一つのその他の部分噴射に分割されており、その際少なくとも一つの噴射器を用いて噴射される燃料量を決定する制御信号が少なくとも第二の部分噴射の圧力波の影響に応じて修正される。この圧力波修正は、少なくとも一つの噴射器の開弁特性に対する圧力波の作用をそれぞれ互いに分離して記述している物理モデルに基づいて行われる。

これ等の方法によって、それぞれ“制御された修正”が可能である。ここで問題なのは、噴射システム全体のドリフト現象をこの場合考慮することができないということであるが、それよりも問題なのは、その様なドリフト現象が、例えばより大きくなった許容差に基づいて、結果として圧力波修正の質の悪化をもたらすということである。圧力波修正の質は、これまでは走行運転の中で監視されることができず、場合によっては後修正されることもできない。

本発明の課題は、内燃機関の少なくとも一つの燃焼室の中で少なくとも一回の噴射によって高い圧力で噴射される燃料量を非常に高い精度で決定することを可能にする燃料マスの決定方法およびその装置を提供することである。

本発明に基づく方法は、実際に噴射された燃料マスと、実際の噴射量と望ましい噴射量との間の割合とを決定することを可能にする。その際、予め定められた目標量に関する尺度に基づいて行われる少なくとも一回のテスト噴射の実際量に関する尺度と目標量に関する尺度との比較に基づいて修正値が決定される。次いでこの修正値を用いて、予め定められた圧力波修正関数が修正される、即ち、例えば許容差に基づいて噴射弁の上で発生するドリフト現象が適合され、それによって正確な噴射量が保証される。これによって、圧力波によって呼び起こされる走行運転中の量の変化を測定することが可能となる。

本発明に基づく手法の有利な拡張例と実施例が可能である。
それにより、好ましくは少なくとも一回のテスト噴射が、エンジンの運転を損なわせない、トルク的に影響の無い後噴射として行われる。

有利な手法によれば、一回の或いは又二回のテスト噴射が可変的な時間的間隔をもって且つ好ましくは二つの噴射の間に行われる。その際に得られた情報を用いて、例えば、既に存在している圧力波修正関数の位相位置を、実際の必要、例えば噴射弁のドリフトに基づく噴射特性の変化、に適合させることができる。

この方法の一つの代替実施例によれば、修正値に基づいて制御時間長さ特性マップの変更が行われる。
本発明に基づく方法の一つの実施例では、実際量に関する尺度が排気ガス領域内で測定されたラムダ信号から求められるということが考えられている。この手法によれば、排気ガス領域内に何れにせよ配置されているラムダセンサによって準備されたセンサ信号を実際量に関する尺度の測定のために援用することができる。

更に、別の実施例では排気ガス領域内で生じる空気充填率ラムダの計算が考えられている。
好ましくは、修正値は、内燃機関の予め定められた運転状態の下で実行される、定期的に行われる学習方法の枠組みの中で決定される。

学習方法の枠組みの中で求められる修正値と、噴射された燃料の実際量並びに噴射される燃料量の目標量に関する尺度は、好ましくは学習特性マップに格納され、このマップに対しては、後から運転中に容易に遡及することができる。

噴射された燃料マスに関する尺度としては、噴射された燃料量或いは噴射された燃料量の特徴を示している制御パラメータ、例えば制御時間長さを援用することができる。
修正値の測定のための後噴射は、この方法の第一の実施例では少なくとも一つの燃焼室を備えた内燃機関の燃焼室の中への後噴射に基づいて求められる。このようにすることによって、個々の噴射毎に学習特性マップを求めることができるので、噴射の個々のシリンダ毎の修正が可能である。

別の実施例では、修正値が複数の燃焼室を備えた内燃機関の全ての燃焼室の中への後噴射に基づいて求められる、ということが考えられている。この手法は、目標値からの全ての噴射器の平均ずれが求められ、そのずれに応じて修正を行うことができるという利点を持っている。

内燃機関の運転のための本発明に基づく装置は先ず、本発明の方法の実施のために作られた制御装置に関している。この制御装置は、好ましくは少なくとも一つの電気的メモリを含んでおり、そのメモリにプロセスステップがコンピュータプログラムとして格納されている。制御装置は更に、好ましくは、一つの特別なメモリを含んでおり、そのメモリに修正値の様々な値が格納されている。

本発明の実施例が図示されており、以下に詳しく説明される。
図面は内燃機関の運転のための本発明に基づく方法の実施のために適した機能ブロックを示している。図１には、好ましくは複数の燃焼室、例えば四つの燃焼室を備え、その中へ噴射器によって燃料が噴射される内燃機関１００が示されている。内燃機関１００は更に、エアマスｍＬが送り込まれ、このエアマスｍＬは、適当な装置１０４を用いて、例えばホットフィルムエアマスセンサＨＦＭを用いて、既知の手法で測定される。

噴射器１０２の制御は、制御時間長さ特性マップ１１０によって行われ、この特性マップからは望ましい目標量Ｑ_Ｓｏｌｌに割り当てられた噴射器１０２（この噴射器を用いて燃料が燃焼室の中へ噴射される）の制御時間長さを引き出すことができる。その際、噴射はそれ自体既知の手法で、予め定められた時間的順序で行われる。例えば、プレ噴射ＱＶＥの後にメイン噴射ＱＨＥが行われ、その後に後噴射ＱＮＥが行われることができる。ディーゼル内燃機関１００の制御のためには、非常に高い噴射圧力の下での燃料マスの高度に精確な計量が必要である。しかしながら、最新の噴射システムにおいて制御された燃料計量の達成可能の精度は、一方では製造精度によって、又他方では、例えば摩耗等に基づく、内燃機関の使用の間の部品のドリフトによって、制限される。燃料の高精度の計量は、単に内燃機関の排出に関して必要であるだけでなく、燃料の不正確な計量に基づいて単に排出の悪化だけでなく、内燃機関の損傷或いは、例えばディーゼル粒子フィルタ再生のための排気ガス後処理システムの損傷が生じることがあるという観点からも、必要である。

そこで、実際に噴射される燃料マスを非常に精確に決定することができるようにするために、本発明は、少なくとも一回のテスト噴射の際に実際の噴射量を求め且つ実際の噴射量と望ましい噴射量との間の比を、学習特性マップの中に格納するということを考えている。その際には、時間的間隔が時間的に先行する噴射に対して変更されたテスト噴射が行われる。このようにすることによって、各々の時間的間隔における望ましい量に対するずれを表すことができる。学習運転の間のエンジンのトルクに対する影響或いは騒音の発生を減らすために、これ等のテスト噴射は遅い後噴射として実現される。実際の噴射量の決定は後で詳しく説明される手法で行われる。

制御装置２００の一部となっている学習運転調整器（コーディネータ）１３０は、後噴射ＱＮＥの間に、燃料を内燃機関１００の燃焼室内へ噴射する噴射器１０２の制御を行わせる。同時に、噴射されたエアマスｍＬがホットフィルムエアマス計１０４を用いて求められ、空気充填率ラムダが、例えばラムダゾンデ１０６によって測定され、この値から演算ユニット１５０で、後噴射の間に実際に噴射された燃料マスｍＫ、ＮＥが計算される。この燃料マスｍＫ、ＮＥもまた、学習特性マップ１４０に記憶される。遅い、トルク的に影響の無い後噴射は、内燃機関の運転を損なわせることは無いが、空気過剰率の変化をもたらす。

噴射に基づくラムダの変化は、次式で表すことができる。

この式で、Ｅｔａ は、例えば経験的に求められる、実証度を決定するパラメータであり、このパラメータは、非常に遅い後噴射は最早完全には燃焼されず且つラムダゾンデ１０６の形態に応じて低いＨＣ濃度しか完全には変換することができず、実証することもできないという事情を考慮している。実証度Ｅｔａに関する尺度は、実際に噴射された後噴射ｍＫ、ＮＥの量とラムダ信号との間の明確な関係を表すことを可能にする。

差或いは比が、上記の様にして求められ、又要求された後噴射の燃料量ＱＳｏｌｌから求められ、学習特性マップ１４０に記憶されるが、この特性マップの座標は噴射弁のその時々の作動ポイントＢＰの特徴を十分に示している。これに対する代わりとして、測定された実燃料量ＱＮＥ＿Ｌ或いは測定されるべき実燃料量に属する制御パラメータを記憶することもできる。望ましい噴射量を達成するために、上記と等価の手法として、名目上の制御パラメータに対して必要なこのパラメータの修正値を記憶することもできる。

上に述べられた手法は、複数の燃焼室を備えた内燃機関の一つの燃焼室への燃料マスの噴射の場合について説明された。一つの燃焼室内への噴射の場合は、個々の噴射器毎の学習特性マップ１４０を定めることが可能となる。

本発明の方法は、上記の場合だけに限定されてはいない。
それどころか、全てのシリンダ内への後噴射を同時に行うことも可能である。このようにすることによって、目標値からの全ての噴射器１０６の平均ずれを求めて、学習特性マップ１４０に記憶することができる。

ここで説明されている機能の第二のコンポーネントは、学習されたものの利用を意味している。このためには、学習特性マップ１４０からの実際の希望（目標）噴射量Ｑ_Ｓｏｌｌに応じて修正値或いは修正係数が読み出され、また希望噴射量が、例えば加算、乗算等によって考慮される。

この手法は、演算ステップ１６０で行われる。これによって元の希望噴射量Ｑ_Ｓｏｌｌは、実際に噴射された量が丁度再び元の希望量に等しくなるように変更される。
同時に、学習特性マップ１４０から取り出された修正値が回路ユニット１４１へ送られ、この回路ユニットで学習値、例えばそれ自体既知の、例えば、ＤＥ１０ ２００４ ０５３ ５１８ Ａ１ から得られる圧力波修正値によって実施され、且つ直接の介入によって制御時間長さ特性マップ１１０が考慮される。このために、学習値はまた、回路ユニット１４１に格納されている圧力波の作用を記述するためのモデルを用いて拡張し且つ調整可能であるので、このテスト噴射のために僅かな学習支持位置しか必要ではない。このずれは制御の際に、即ち噴射器１０２の噴射時間長さによって考慮される。このようにすることによって、噴射弁１０２が、少なくとも局所的に近似的に、直線的な特性曲線を備えているという前提によれば、修正値によって実際の噴射量を実現することができる。

噴射される燃料マスに関する尺度は、上に説明されたように、燃料量自身とすることができる。しかしながら、正しい実マスの修正値の決定のための目標燃料量と実燃料量との間のずれの代わりに、必要な制御時間長さ修正値を求めて記憶することも可能である。その際、制御時間長さ修正値の修正値の記憶は、いわゆる「ゼロ量修正値（Nullmengenkorrektur）」の場合と同様にして行うことができる。これに対する代わりの手法として、学習特性マップを、求められた実燃料マスに対して必要な制御パラメータ（例えば、制御時間長さ）或いは名目上の制御パラメータに対するその時々の修正値が記憶されるように作ることができる。

二つのバリアントの中のどちらが実際に用いられるかということは、二つのバリアントの達成可能な精度にも依存している。

内燃機関の運転のための本発明に基づく方法を実施するために適した機能ブロックを示す。

符号の説明

１００…内燃機関
１０２…噴射器
１０４…ホットフィルムエアマス計（ＨＭＦ）
１０６…ラムダゾンデ
１１０…制御時間長さ特性マップ
１３０…学習運転調整器（コーディネータ）
１４０…学習特性マップ（修正値メモリ）
１４１…回路ユニット
１５０…演算ユニット
１６０…ラムダゾンデ
２００…制御装置

Claims (14)

1. 内燃機関の少なくとも一つの燃焼室内へ少なくとも一つの噴射装置を用いて高圧で噴射された燃料マスの決定方法において、
   予め定められた目標量に関する尺度に基づいて行われた少なくとも一回の後噴射の噴射された燃料の実際量に関する尺度と目標量に関する尺度との比較によって圧力波修正のための修正値が定められることを特徴とする燃料マスの決定方法。
2. 少なくとも一回のテスト噴射が、トルク的に影響の無い後噴射として行われることを特徴とする請求項１に記載の決定方法。
3. テスト噴射が可変的な時間間隔をもって且つ好ましくは二回の噴射の間に行われ、且つその際に定められた修正値を用いて圧力波修正機能の位相位置が適合されることを特徴とする請求項１又は２に記載の決定方法。
4. 前記修正値に基づいて、制御時間長さマップ（１１０）での変化が行われることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかにに記載の決定方法。
5. 前記実際量に関する尺度が、排気ガス領域内で測定されたラムダ信号から求められることを特徴とする請求項１に記載の決定方法。
6. 前記実際量に関する尺度が、排気ガス領域内で生じた、計算された空気過剰率ラムダから求められることを特徴とする請求項１に記載の決定方法。
7. 前記修正値が、内燃機関の予め定められた運転状態の下で実行される学習方法の枠組みの中で求められることを特徴とする請求項１に記載の決定方法。
8. 前記学習方法の枠組みの中で求められた修正値と、噴射された燃料の実際量並びに噴射された燃料量に関する目標量に関する尺度が、学習特性マップ（１４０）に格納されることを特徴とする請求項６に記載の決定方法。
9. 噴射された燃料マスに関する尺度が、燃料量或いは燃料噴射器の制御時間長さであることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の決定方法。
10. 前記修正値が、少なくとも一つの燃焼室を有する内燃機関（１００）の燃焼室内への後噴射に基づいて求められることを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の決定方法。
11. 前記修正値が、複数の燃焼室を有する内燃機関（１００）の全ての燃焼室内への後噴射に基づいて求められることを特徴とする請求項１から９ないし９のいずれかに記載の決定方法。
12. 請求項１ないし１１のいずれかに記載の決定方法の実施のために作られた、少なくとも一つの制御装置（２００）を備えたことを特徴とする内燃機関（１００）の運転装置。
13. 前記制御装置（２００）が少なくとも一つの修正値メモリ（１４０）を備えており、該修正値メモリに、学習方法を実行する間に求められた修正値が格納されることを特徴とする請求項１２に記載の運転装置。
14. 前記修正値メモリが、学習特性マップ（１４０）であることを特徴とする請求項１３に記載の運転装置。

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