JP2009508054A - 燃料調量システムの監視のための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

本発明は燃料が低圧領域から高圧領域へ供給される燃料調量システムの監視のための方法及び装置に関している。ここでは高圧領域内の圧力が検出される。この高圧領域の圧力の経過に基づいてエラーが識別される。圧力低下特性曲線の形態に基づいてエラーの種別が識別される。時間に関する圧力特性量の経過は双曲線関数のような関数によって近似される。この関数を特徴付ける特性量に基づいてエラーの種別が識別される。

Description

本発明は請求項１の上位概念による燃料調量システムの監視のための方法及び装置に関している。

ドイツ連邦共和国特許出願第１９５２０３００号明細書からは内燃機関、例えば自己着火式内燃機関における燃料調量システムの漏れを識別するための装置が開示されている。ここに記載されている装置では、燃料が少なくとも１つの燃料ポンプにより所定の圧力下で燃料タンクからいわゆる高圧領域へ供給されている。この高圧領域からは燃料は燃料噴射弁（これは通常はインジェクターとも称される）を介して内燃機関の個々の燃焼室内へ到達する。通常は高圧領域内の圧力は圧力センサを用いて検出される。この圧力センサは通常は、高圧領域内の圧力を設定若しくは制御するのに用いられている。従来技術においては圧力は次のようにして評価される。すなわち圧力経過を検出し、その結果を推定圧力経過と比較することで行われている。そして当該装置は、推定される圧力経過と実際の圧力経過の間で偏差ないしずれが生じている場合に漏れの存在を識別する。

この種のエラー監視における欠点は、漏れが発生しているか否か、あるいは漏れが存在しているか否かだけの識別に過ぎないことである。

本発明によれば、種々異なるエラーが様々な圧力経過に基づいて識別される。特に漏れが通流の種別によって区別して識別される。その際には特に層流と乱流の間で区別がなされる。さらに圧力に依存した漏れの拡大または減少も生じ得る。つまりこの圧力に依存して漏れ開口部の断面積も変化し得る。これにより、圧力降下曲線の形態から漏れの種別を識別するような手段も可能となる。測定された圧力経過と予め定められた所定の圧力経過（これは例えば所定の漏れのもとで、ないしは様々な構成要素の欠陥のもとで現れるものであってもよい）の対応付けによって、エラーを確実に所定のタイプに対応付けることができ、それとともに欠陥の生じている構成要素の対応付けも可能である。すなわち圧力の経過特性に基づいてエラーの種別と共に、欠陥の生じている構成要素を確実に識別することも可能となる。特にこの手法は一義的でかつ確実な漏れ識別を可能にする。従来の手法によればいずれにせよ偏差のもとで漏れも識別される。しかしながら本発明による新規な手法によれば、従来手法のもとでは漏れとして識別されかねないような、漏れに基づかない所定の圧力経過も、確実にそのようなもの（つまり漏れに基づくものではないもの）として識別されるようになる。これにより不要なエラー応答、例えば構成要素の交換などによる誤った応答が回避されるようになる。

特に有利には圧力特性量の時間に関する経過が所定の関数によって近似される。この圧力経過の近似は少なくとも１つ又は複数の関数を特徴付ける特性量を供給する。すなわち圧力経過に最良に近似する特徴付けられた特性量が求めらる。この特徴付けられた特性量に基づいてエラーの種別と欠陥のある構成要素が識別される。

図面
図１には、燃料調量システムの主要な構成要素がブロック回路図で示されており、
図２には、本発明による方法が示されており、
図３には、様々な圧力経過が時間に関してプロットされた図が示されている。

図１には、特にディーゼル内燃機関における燃料調量システムの主要な構成要素が例示的に示されている。符号１００で内燃機関が表されている。この内燃機関１００には、第１のインジェクタ１１０と第２のインジェクタ１２０を介して燃料が供給される。このインジェクタ１１０と１２０は、燃料管路を介してコモンレール１３０に接続されている。このレール１３０には、少なくとも１つのセンサ１４０が設けられており、このセンサ１４０は圧力特性量ｐを出力している。この圧力特性量ｐは高圧領域内の圧力を特徴付けている。

この特性量は以下ではレール圧とも称する。センサ１４０の出力信号の代わりに、レール圧力を特徴付ける別の特性量も相応に評価可能である。

レール１３０は高圧ポンプ１５０から燃料を供給される。この高圧ポンプは調整素子１６０に対応付けられている。この調整素子を用いて高圧ポンプ１５０から吐出される燃料の量とレール圧は制御が可能である。この調整素子１６０並びにインジェクター１１０および１２０は、制御ユニット１７０から駆動制御信号を印加される。この制御ユニット１７０は、センサ１４０の出力信号ｐも処理している。通常は前記高圧ポンプ１５０とインジェクターとの間の管路並びにレール１３０は高圧領域と称され、前記高圧ポンプ１５０よりも手前の領域は低圧領域と称される。

図示の実施形態においては２つのインジェクターしか示されていないが、本発明の手法では、任意の数のインジェクターが利用できる。ただ図を見やすくするために２つのインジェクターのみを示しただけである。また同じくさらなる調整素子が設けられていてもよい。そのため特にさらなる調整素子の配設が可能で、それらの調整素子を用いてレール圧力が制御可能となる。そのような調整素子は例えば高圧領域と低圧領域をつなぐ電磁弁として構成されていてもよい。その上さらに制御ユニットがさらなるセンサの信号を評価してもよいし、さらなる調整素子を内燃機関１００の制御のために駆動制御してもよい。さらにこの方法によれば、コモンレールを備えたシステムに限定しなくてもよい。またこの方法は複数のレールを備えたシステムにおいても用いることができるし、あるいはレールを持たないシステムにおいても用いることができる。そのときにはレール圧の代わりに、レール圧に相応する別の特性量が評価され得る。

高圧ポンプ１５０は燃料を低圧領域（特に燃料タンクが含まれている）から高圧領域、（特にレール１３０が含まれている）領域に供給する。吐出された燃料の量と共にレール圧は、第１の調整素子１６０を用いて設定され得る。有利にはこのことは制御ユニット１７０の一部である制御部によって行われる。これに対しては制御ユニット１７０はセンサ１４０を介してレール圧ｐを検出し、それを目標値と比較し、この目標値と実際値の間の偏差に依存して調整素子１６０の駆動制御が行われる。高圧領域からは燃料がインジェクタ１１０ないし１２０を介して内燃機関に到達する。これらのインジェクターは実質的にアクチュエータを含んでおり、このアクチュエータが電磁弁として、あるいはピエゾアクチュエータとして構成されていてもよい。前記制御ユニット１７０は前記インジェクター１１０ないし１２０に次のような信号を供給する。すなわち予め定められた時点で、ないしは予め定められた内燃機関のクランクシャフトの角度位置において、所定の量の燃料が供給されるような信号である。

そのようなシステムにおいては複数のエラーが生じかねない。そのため高圧領域においては漏れが発生し得る。つまり燃料は高圧領域から低圧領域ないしは周辺領域に到達し得る。さらに次のようなケースも発生し得る。すなわち複数のインジェクターによって増量された燃料量が内燃機関に到達するケースである。そのような誤りは確実に識別されなければならない。通常はこのようなエラーは識別されて、ドライバーにシグナリングされるか若しくは制御ユニットに送出され、管理の枠内で読み出される。ここにおいてそのようなエラーが発生したならば、保守管理の枠内でこのエラーが頻繁に探索されなければならない。本発明によればここにおいて、圧力経過に基づいてエラーが所定のシステムの構成要素に対応付けできることがわかる。特に様々な構成要素の漏れにおいて、異なる圧力経過が生じることがわかっている。

本発明によれば、ここにおいて圧力経過が評価され、記憶されている様々な圧力経過と比較される。この比較に基づいて一方では漏れが確実に識別され、他方ではこの漏れが所定の構成要素に対応付けされる。

図２には本発明による方法がフローチャートで詳細に示されている。まず第１のステップ２００において、検査の実施が可能である運転状態が存在しているか否かが検査される。検査が可能な運転状態が存在していない場合には、所定の待機時間の経過後で再度この問い合わせ２００が行われる。問い合わせ２００によって、検査が可能であることが識別されると、ステップ２１０において、検査に必要とされる所期の条件がもたらされる。それによりとりわけステップ２１０においては高圧領域に検査圧力が印加される。さらにレール圧の制御のための調整素子、特に調整素子１６０の駆動制御とインジェクター１１０及び１２０の駆動制御によって次のことが保証される。すなわちさらなる燃料がレール内に供給されないこと、またはレールから送出されないことが保証される。さらなる調整素子が設けられている場合には、それらも同様に相応の形式で駆動制御されなければならない。ステップ２２０では、圧力経過が時間軸に亘って、ないしはクランクシャフトの回転位置に亘って記録される。引き続きステップ２３０においては圧力降下曲線の指数が求められる。本発明によれば、漏れの発生のもとで、圧力に依存した漏れ流量と圧力変化率とが圧力のべき乗関数に追従する。相応に漏れが生じているもとでは時間軸若しくはクランクシャフトの角度位置に亘る圧力低下が近似的にいわゆる指数を伴う双曲線関数に追従する。また特定のケースにおいては圧力に依存した漏れ空隙の増減なしの層流において、時間軸に亘って圧力低下が近似的に指数関数に追従する。

これらのことは、種々異なる時点またはクランクシャフトないしカムシャフトの種々異なる角度位置において様々な圧力値が検出されることを意味している。引き続き測定値に最も近い圧力に関する冪乗関数で圧力変化率を求める。その際には任意の近似法が適用可能である。特に双曲線関数または指数関数の、時間に関する圧力経過への適応化ないし整合化が行われる。

本発明によれば、種々異なる流量、特に漏れ箇所の増大を伴う流量と伴わない流量が、異なる指数部を有することがわかった。そして漏れ箇所の増大を伴う流量と伴わない流量に相応して異なったエラーが存在することもわかった。このことは、指数部に基づいてエラーのタイプが識別できることを意味し、さらにそれに伴って所定の１つ若しくは複数の構成要素に対応付けられることを意味する。この対応付けは問い合わせステップ２４０において行われる。ここでは例えば指数部の数値に依存して第１のエラー２５０か、または第２のエラー２６０が識別される。このことは有利には次のことによって行われてもよい。すなわち、所定の特性マップかまたは所定の特性曲線ないしテーブルに指数部の数値が異なるエラー毎に及び／またはエラーなしの状態毎にファイルされることによって行われてもよい。問い合わせステップ２４０では、これらのファイルされたどの値に測定された指数部が最も近いかが検査され、この指数部に、ファイルされている値が対応付けられる。テーブルからはファイルされた指数部に基づいて相応するエラーが読み出される。この場合には通常は指数部の所定の値領域が１つのエラータイプに割り当てられてもよい。

双曲線関数に対しては代替的にその他の関数、すなわち時間軸又は角度位置に亘って圧力低下を記述するその他の関数が用いられてもよい。特に直線を伴う経過が近似処理されてもよい。そのようなケースでは例えば圧力低下の急峻度を特徴付けるような特性量が用いられてもよい。

本発明によれば、圧力経過を記述するために任意の関数と、この関数を特徴付ける、エラータイプ識別ないし欠陥要素識別のための特性量とが用いられる。特にここでは指数関数が適していることも述べておく。

図３には、圧力に依存した漏れ箇所の増大を伴ったものと伴わないものの２つのレール圧力特性曲線経過の例が時間軸に亘ってプロットされている。この図に基づいてわかることは、所定の時点ｔ１における圧力値を監視した場合に、圧力が、異なった圧力経過のもとで同じ値の上を通って降下していることである。但し１つの時点または少ない時点における圧力評価だけではエラーと構成要素（ないしエラータイプ）との対応付けができない場合もある。

燃料調量システムの主要な構成要素がブロック回路図 本発明による方法を示した図 様々な圧力経過が時間に関してプロットされた図

Claims (6)

1. 燃料調量システムの監視のための方法であって、
   燃料が低圧領域から高圧領域へ供給され、その際高圧領域内の圧力を特徴付ける圧力特性量が検出され、この圧力特性量の経過に基づいてエラーが識別される形式の方法において、
   圧力特性量の経過に基づいてエラーの種別を識別するようにしたことを特徴とする方法。
2. 圧力特性量の時間に関する経過が関数を用いて近似され、関数を特徴付ける特性量が求められ、この関数を特徴付ける特性量に基づいてエラーの種別が識別される、請求項１記載の方法。
3. 前記圧力特性量の急峻度に基づいてエラーの種別が識別される、請求項１記載の方法。
4. 前記圧力特性量は双曲線関数を用いて近似され、双曲線関数の指数に基づいてエラーの種別が識別される、請求項２記載の方法、。
5. 前記圧力特性量の経過に基づいて欠陥のある構成要素を識別する、請求項１記載の方法。
6. 燃料が低圧領域から高圧領域へ供給される燃料調量システムの監視のための装置であって、高圧領域内の圧力を特徴付ける圧力特性量を検出する手段を有しており、前記圧力特性量の経過に基づいてエラーが識別される形式の装置において、
   圧力特性量の経過に基づいてエラーの種別を識別する手段が設けられていることを特徴とする装置。

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