JP3420767B2 - 燃料調量装置を制御するシステム - Google Patents

燃料調量装置を制御するシステム

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Description

【発明の詳細な説明】 技術の状況 本発明は、独立請求項の前文に記載の、特にディーゼ
ル内燃機関の燃料調量装置を制御するシステムに関する
ものである。
燃料調量装置を制御するこの種のシステムは、SAEペ
ーパー850542から知られている。そこには、出力段を介
して燃料ポンプに関連して設けられている電磁操作弁が
電子制御ユニットによって制御される燃料ポンプ用の制
御装置が記載されている。この制御ユニットによって内
燃機関の運転状態に従って燃料調量装置の送出開始と送
出終了に対する所望の時点が定められる。この所望の時
点に基づいて制御ユニットは出力段の駆動時点を算出す
るので、電磁弁は燃料ポンプが燃料を送出し、ないしは
送出を終了するような位置をとる。
このようなシステムでは、単に送出開始と送出量が調
節できるだけである。それに対して送出率を独立して調
節することは不可能である。カム形状により一定の送出
率にすることが可能でない場合には、送出開始を変える
と強制的に送出率が変わってしまう。任意のカム形状に
おいて、種々の送出開始時でも送出率を一定にしたり、
送出開始とは無関係に任意の送出率に調節することは、
この種の装置では不可能である。送出率とは、通常時間
当り噴射される燃料量ないしはカム軸角度当り噴射され
る燃料量である。
DE−OS3540313から、送出開始をカムディスクを用い
て調節できる装置が知られている。送出終了、従って調
量される燃料量は電磁弁によって決定される。この装置
によれば、送出率と送出開始を互いに独立して調節する
ことは不可能である。
本発明の課題 本発明の課題は、燃料調量装置を制御するシステムに
おいて送出率と送出開始を互いに独立して正確に調節す
ることを可能にすることである。この課題は、独立請求
項に記載の特徴によって解決される。
本発明の利点 本発明のシステムでは、送出開始を特徴付ける信号を
取り入れて、送出率を決める第２のアクチュエータ用の
第２の信号を形成するようにしているので、送出開始制
御が送出率に及ぼす影響を補償でき正確に送出率を設定
することが可能になる。本発明の好ましい実施例が従属
請求項に記載されている。
図面 以下、図面に示す実施例を用いて本発明を説明する。
第１図は、本発明による装置の概略を示すものであ
り、 第２図は、種々の信号間の関係を示し、 第３図は、噴射開始制御装置を備えた本発明による装
置のブロック図であり、 第４図は、送出開始制御装置を備えた本発明による装
置のブロック図であり、かつ 第５図は、バスと関連させた本発明による装置のブロ
ック図である。
実施例の説明 第１図には、本発明による燃料調量装置が概略的に図
示されている。燃料ポンプ100は種々の要素から構成さ
れている。低圧部110では、燃料は不図示の燃料フィー
ドポンプによって維持される比較的低い圧力下にある。
電磁弁115を介して燃料が高圧部120へ達する。高圧部は
送出率調節器125を介して駆動装置130によって駆動され
る。高圧部120では燃料は噴射に必要な圧力に圧縮され
る。センサ135を用いて駆動装置130の回転数が検出され
る。この回転数はカム軸回転数にほぼ対応する。このセ
ンサの代わりにカム軸あるいはクランク軸に設けた回転
数センサを使用することも可能である。
この回転数センサ135の出力信号はポンプ制御ユニッ
ト140へ達する。このポンプ制御ユニット140は、電磁弁
115と送出率調節器125に駆動信号を供給する。
好ましい実施例においては、ポンプ制御ユニットは分
離して配置された２つの要素から構成されている。その
場合、本来のポンプ制御ユニットは対応する接続手段14
2を介してエンジン制御ユニット150並びに種々のセンサ
および場合によっては他の制御ユニットと接続されてい
る。接続手段142としては好ましくはバスシステムが使
用される。
その場合にエンジン制御ユニットはエンジン固有のパ
ラメータを処理し、かつ接続手段142を介して対応する
信号をポンプ制御ユニット140へ出力する。このエンジ
ン制御ユニット150によりポンプ制御ユニット140には接
続手段を介して対応する信号が供給される。すなわち、
例えば燃料送出を開始すべきカム軸および／またはクラ
ンク軸の角度位置がデジタル量として伝達される。好ま
しくはデジタルの他の信号として所望の送出量並びに所
望の送出率がある。ポンプ制御ユニットはこれらの好ま
しくはデジタルの信号を対応する駆動信号に変換し、電
磁弁115および送出率調節器125に供給する。
ポンプ制御ユニットと接続されているセンサ145は、
例えば駆動軸130の位置など、ポンプ固有のデータを検
出する。センサ155によってエンジン固有のデータ並び
に温度や圧力値など他の運転パラメータアが検出され、
エンジン制御ユニット150に供給されて、そこで処理さ
れる。アクセルペダル位置センサ160は運転者の要求を
示す信号をエンジン制御ユニットに供給する。
燃料ポンプ110の機械的な要素はほぼ、DE−OS3540313
の第１図に図示の燃料ポンプの要素に対応する。
しかし、本発明のポンプ制御ユニットに関連させたこ
の装置の動作は異なる。本発明装置においては、電磁弁
115を駆動することによって、送出開始並びに送出終了
が決定される。電磁弁115は、送出開始と送出終了を定
める第１のアクチュエータということもできる。従来技
術においては送出開始を調節するために用いられる送出
率調節器125は、ここでは単に送出率の調節にのみ使用
される。送出率調節器125は第２のアクチュエータとも
呼ばれる。
制御ユニットの構成及びその動作を第２図から第５図
に示す実施例を用いて以下で説明する。
第２図には発生する種々の信号が角度に関して図示さ
れている。OTはクランク軸の上死点を特徴付ける信号で
あり、Ｓはポンプの駆動軸上の同期パルスであり、SBは
噴射時点を示している。上死点OTに基づいて信号FBKに
より噴射開始が角度量として設定される。この信号FBK
は上死点と噴射開始時点SB間の角度間隔を示すものであ
る。この信号の目標値は以下においてはFBSKで示し、実
際値はFBIKで示す。
同期パルスＳに基づいて信号FBNにより噴射開始が角
度量として設定される。この信号FBNは同期パルスＳと
噴射開始SB間の角度間隔を示す。この信号の目標値は以
下においてFBSNと称し、実際値はFBINと称する。
信号FBKとFBN間の位相ずれがＰで示されている。この
変量Ｐは送出率調節器125がどの程度変位（調節）され
たかを示している。
噴射開始が上死点に基づいて信号FBKによりクランク
軸に関係する角度量として設定される場合には、送出率
調節器を調節しても噴射開始には影響を与えない。しか
し噴射開始が同期信号Ｓに基づいて信号FBNにより駆動
軸に関係する角度量として設定される場合には、送出率
調節器を変位した場合その際に発生する位相ずれを噴射
開始決定時に考慮しなければならない。
第３図には制御ユニットの主要な部分が図示されてい
る。この実施例では、噴射開始の（閉ループ）制御が行
なわれる。
内燃機関200には燃料ポンプ100によって所定の燃料量
が供給される。正確な噴射開始SBはセンサ210によって
検出される。そのために好ましくは、噴射弁のニードル
の移動を検出するいわゆるニードル移動センサが使用さ
れる。さらに内燃機関200には、クランク軸の回転数NK
および／または位置を検出するセンサ215が配置され
る。この２つの信号は、実際の噴射開始を表わす信号SB
Iを算出する装置220へ供給される。この信号SBIは負の
符号で加算点225を介して制御器235へ供給される。この
制御器は好ましくはPI特性を有する。加算点225の第２
の入力には噴射開始マップ230の出力信号が印加され
る。この噴射開始マップ230には種々のセンサの出力信
号に従って噴射開始の目標値SBSが格納されている。こ
の信号は、最適な運転特性を得るために、噴射開始を行
うべきクランク軸の角度位置を示すものである。
制御器235の出力信号は結合点240において目標値SBS
と結合される。それによって予め設定された制御値によ
る制御が行なわれる。結合点240は加算点255を介して電
磁弁駆動装置260と接続されている。電磁弁駆動装置260
によって電磁弁115には、カム軸の最適な角度位置にお
いて電磁弁を開閉させる信号が供給される。
さらに、送出率に関する目標値FRSを設定する送出率
マップ245が設けられている。送出開始計算装置265にお
いてこの信号は送出開始信号FBNに変換される。送出開
始計算装置265の出力信号FBNは加算点270を介して、送
出率調節器125を駆動する送出率調節器駆動装置275へ達
する。加算点270の出力には、駆動軸とクランク軸間の
位相ずれの目標値を示す信号PSが出力される。この信号
PSは送出率調節器がどれだけの量回動されるべきかを示
す。
さらに結合点240の出力信号FBKが加算点270へ供給さ
れる。加算点270の出力信号はまた送出率調節器モデル2
80を介して加算点255で供給される。
この装置は次のように動作する。
送出率マップ245には送出率FRSが種々の運転パラメー
タに従って格納されている。この送出率の目標値FRSに
基づいて送出開始計算装置265により送出率を得るため
に必要なカム軸に関連した送出開始FBNが算出される。
第２図に示すように、加算点270でFBKとFBNを引き算す
ることによって位相ずれPSに対する必要な目標値が得ら
れる。この位相ずれの目標値PSは送出率調節器125の変
位角の目標値PSと同じ意味である。
送出率調節器駆動装置275はこの信号に基づいて送出
率調節器125に供給される駆動信号を算出して、それに
従って送出率調節器を駆動する。
噴射開始マップ230には種々の運転パラメータに従っ
て所望の噴射開始SBSが格納されている。この信号は噴
射が開始されるべきクランク軸の角度位置を表わす。
ブロック220はセンサ215の信号NKとセンサ210の信号
に基づいて、クランク軸がどの角度位置にあるときに実
際に噴射が開始されるかを示す角度信号SBIを算出す
る。
制御器235は目標信号SBSと実際の噴射開始SBIとの比
較にしたがって、送出開始マップ230に格納されている
目標値を補正する量を求める。目標信号SBSは結合点240
において制御器235の出力信号を用いて補正される。
制御器235によって補正された噴射開始マップ230の出
力信号は電磁弁駆動装置260へ供給される。電磁弁駆動
装置260は駆動軸の角度位置に基づいて駆動信号を設定
するので、位相ずれＰを用いて信号FBKを駆動軸に関連
した信号FBINに換算しなければならない。そのために加
算点255においてクランク軸に関連する信号FBKからクラ
ンク軸と駆動軸間の位相ずれＰが引き算される。
次に電磁弁駆動装置260は、電磁弁115を正しい時点で
駆動するために、信号FBINに基づいて駆動信号を出力
し、それによって燃料噴射が正しい時点で開始される。
送出率調節器125の調節（変位）によってクランク軸
と駆動軸間の位相ずれＰが変化する。それによって噴射
開始も、それが駆動軸に関して設定される場合には変化
する。送出率調節器の変位に基づくこの噴射開始のずれ
は、電磁弁115を駆動する際に考慮しなければならな
い。これを可能にするために、送出率調節器モデル280
（オブザーバとして機能する）が変位角の目標値PSに基
づいて送出率調節器の実際位置、従って位相ずれＰを算
出する。送出率調節器モデル280は、好ましくは送出率
調節器125の駆動と反応間の遅延を考慮する遅延素子で
ある。この信号は、電磁弁115に供給する信号を算出す
る際に電磁弁駆動装置260によって考慮される。
それぞれ噴射開始に従って送出率が異るので、さらに
送出率調節器を変位させるとき信号FBKを考慮すること
が必要である。そのために加算点270において送出開始
計算装置265の出力信号と加算点240の出力信号FBKが結
合される。この信号は送出率調節器125用の駆動回路275
へ達する。この変位角は噴射開始を考慮して、所望の送
出率を得るために送出率調節器125が変位すべき角度を
表わす。
噴射開始は電磁弁のスイッチオン時間を介して調節さ
れ、送出率は送出率調節器を変位させることにより調節
される。噴射開始の調節は、送出率調節器の動特性とは
無関係であって、回転数が大きい場合でも噴射毎に変化
させることができる。これは、噴射開始が動的に直接電
磁弁駆動装置に作用し、送出率が送出率調節器駆動装置
に作用することによって得られる。送出率調節器の実際
の変位角は、適当なモデル280を用いてシミュレーショ
ンすることができ、電磁弁の駆動信号を形成する際に送
出率調節器を対応して考慮することが可能になる。
第４図にはニードル移動センサ210を設けない実施例
が図示されている。第３図におけるのと同様の部分は同
様の参照符号で示されている。第３図とは異なり、噴射
開始センサ210の代わりに、カム軸の位置を検出するセ
ンサ315が設けられている。このセンサ315の出力信号は
装置300に達する。この装置はさらにセンサ215および第
３図の加算点225に対応する加算点305と接続されてい
る。さらに送出開始計算装置の出力信号FBINが加算点30
5にフィードバックされる。さらに噴射開始制御器235は
送出開始制御器310で置き換えられている。
装置300は、同期パルスＳと上死点を示す信号OTに基
づいて位相ずれＰ、従って送出率調節器の変位の程度を
求める。位相ずれＰと送出開始計算装置の出力信号FBIN
の合計は送出開始の実際値FBIKに対応する。これは加算
点305において送出開始マップ330からの目標値FBSと比
較される。送出開始制御器310はこの比較結果に基づい
て電磁弁駆動装置260へ供給する駆動信号FBKを定める。
本発明による装置の他の好ましい実施例が第５図に図
示されている。第１図から第４図においてすでに説明し
た、対応する部分は同一の参照符号で示し、詳しくは説
明しない。
第５図にはエンジン制御ユニット150とポンプ制御ユ
ニット140の構成が詳細に図示されている。エンジン制
御ユニット150には装置220、噴射開始マップ230、送出
率マップ245および噴射開始制御器235が設けられてい
る。
送出率マップ245は接続手段142を介してポンプ制御ユ
ニットと接続されている。実際値検出装置400は加算点4
01および加算点405を介して送出開始制御器410と接続さ
れている。送出開始制御器410は第１のスイッチ415のス
イッチング接点と接続されている。第１のスイッチ415
の常閉接点には噴射開始制御器235の出力信号が印加さ
れる。その入力には加算点225の出力信号が印加され
る。加算点225により噴射開始マップ230と実際値検出装
置220の出力信号が結合される。
噴射開始マップの出力信号SBSはさらに遅延時間検出
装置420へ達する。遅延時間検出装置420の出力信号FBSK
は加算点405へ達する。遅延時間検出装置420の出力信号
はさらに加算点425において第１のスイッチ415の出力信
号と結合される。この信号FBKは接続手段142を介してポ
ンプ制御ユニット140に供給されるとともに、ASS（駆動
信号）発生装置430に供給される。ASS発生装置430の出
力信号ASSは好ましくは一つの信号線を介してポンプ制
御ユニット140へ達する。
接続手段142を介して信号FBSNがポンプ制御ユニット
から加算点401に達する。
ポンプ制御ユニット140は次のように構成されてい
る。信号FBKは加算点430を介して第２のスイッチ435に
達する。さらに信号ASSが第２のスイッチ435へ達する。
それぞれ第２のスイッチの位置に従ってこの２つの信号
のいずれかが電磁弁駆動装置260へ達する。
送出率の目標値FRSは特性値マップ440へ達する。マッ
プ440の出力信号FBSNは加算点442と加算点465へそれぞ
れ負の符号で達する。加算点442は送出率制御器445の入
力と接続されている。送出率制御器から第３のスイッチ
450に信号が供給される。
加算点465は信号FBSNとFBKを結合する。この結合の結
果は第３のスイッチ450へ達する。スイッチ450は２つの
信号のいずれかを選択して、それを送出率調節器125の
駆動装置275と送出率調節器モデル280に供給する。送出
率調節器モデル280は加算点430へ信号を供給する。
信号ASSはさらにASS検出器460を介して加算点442へ達
する。
第１のスイッチ415は第１のスイッチング装置470によ
って切り替えられる。第２と第３のスイッチは第２のス
イッチング装置475によって切り替えられる。各スイッ
チング装置は制御ユニット150と140に内蔵しても、ある
いはこれらとは別に配置することもできる。後者の場合
には１つのスイッチング装置のみが必要となる。
スイッチング装置は許容できない運転状態を識別す
る。この種の許容できない運転状態は、２つの制御ユニ
ットの一方150あるいは140がもはや正確に動作しない場
合、ニードル移動センサ210が故障した場合、あるいは
信頼性のあるASS信号が得られなくなった場合に発生す
る。
ポンプ制御ユニットとエンジン制御ユニットは次に説
明するように動作する。
通常運転においては、スイッチは図示された位置にあ
る。その場合にはエンジン制御ユニット150は、クラン
ク軸に関連して噴射開始を行なわせる信号ASSを電磁弁
駆動装置260へ出力する。そのために噴射開始制御器は
第３図において説明したように、噴射開始が行なわれる
クランク軸の角度を表わす信号FBKを設定する。この角
度信号はASS発生装置430において角度時間換算（例えば
クランク軸IWZ）を用いてパルス信号に変換される。こ
のパルス信号はエンジン制御ユニット150から別の信号
線を介してポンプ制御ユニット140へ伝達され、電磁弁
駆動装置260において噴射開始用駆動パルスが出力され
る。
送出率マップ245に格納されている送出率の目標値は
デジタル信号として接続手段142を介してエンジン制御
ユニットからポンプ制御ユニットへ伝達される。ポンプ
制御ユニット140においてこの信号が特性値マップ440で
角度量FBSNに変換される。このマップ440において高圧
部120を駆動するカムの形状がシミュレーションされ
る。
角度量FBSNにより駆動軸に関連させた送出開始の目標
値が設定される。ASS検出装置460はパルス信号ASSに基
づいて、駆動軸に関する送出開始の実際値を示す角度量
FBINを求める。この２つの信号の比較に基づいて送出率
制御器445は送出率調節器駆動装置275に供給される信号
PSを発生する。この信号はクランク軸と駆動軸間の所望
の位相ずれPSを表わす。
スイッチング装置のひとつ470あるいは475によって、
許容できない運転状態が存在することが明らかにされた
場合には、スイッチング装置470及び475がスイッチ41
5、435および450を駆動して、各スイッチを第２の位置
へ切り替える。常にASS信号なしで処理が行なわれる場
合には、スイッチ435と450およびスイッチング装置475
は省略することができる。
スイッチ415が作動すると、噴射開始制御から送出開
始制御へ移行する。これは好ましくは、センサ210が誤
動作した場合、ないしはこの種のセンサが設けられてい
ない場合に行われる。実際値検出装置400において位相
ずれＰが求められる。そのためにセンサ315と215の信号
が処理される。上死点を示す信号OTと同期パルスＳ間の
間隔から直接位相ずれＰが得られる。
接続手段142を介してポンプ制御ユニットから形成さ
れる目標値FBSNから、加算点401においてクランク軸に
関連する送出開始の実際値FBIKが得られる。この実際値
は加算点405において送出開始の目標値FBSKと比較され
る。この比較に基づいて送出開始制御器410により、ク
ランク軸に関連する送出開始を示す信号FBKが求められ
る。この信号FBKは接続手段142を介してポンプ制御ユニ
ット140へ伝達される。
電磁弁駆動装置260は駆動軸に関連する駆動信号を発
生するので、エンジン制御ユニットによって形成された
送出開始の信号FBIKを駆動軸に関連した信号FBINに換算
しなければならない。そのために、加算点430で信号FBI
Kから位相ずれＰが引き算される。位相ずれは送出率調
節器モデル280によって形成される。この送出調節器モ
デルは所定モデルに従って位相ずれの目標値PSに基づい
て実際の位相ずれＰをシミュレーションする。このモデ
ルは一時近似で、送出率調節器125の特性をシミュレー
ションする遅延素子である。位相ずれの目標値PSはマッ
プ440の出力信号とエンジン制御ユニットによって形成
される信号FBK間の差から得られる。この差が加算点465
の出力に得られる。
位相ずれのこの目標値PSは送出率調節器の駆動装置27
5にも供給される。さらに出力信号FBSNは駆動軸に関連
する送出開始の目標値として接続手段142を介してエン
ジン制御ユニットに供給される。
ここで説明した個々の機能を２つの制御ユニットに分
割することは好ましいことである。どのように分割する
かは、任意に変形させることができるので、個々の機能
を他の制御ユニットへ移すことも可能である。また、２
つの制御ユニットを１つのユニットにまとめることも効
果的である。その場合に第５図の実施例の機能は非常走
行運転では第４図の実施例の機能に対応する。
フロントページの続き (72)発明者 シェーンフェルダー・ディートベルト ドイツ連邦共和国 70839 ゲルリンゲ ン・シラーシュトラーセ 72 (72)発明者 ロイター・ウヴェ ドイツ連邦共和国 71254 ディッツィ ンゲン・クニールシュトラーセ 58 (72)発明者 ルッツ・ペーター ドイツ連邦共和国 74189 ヴァインス ベルク・オップデムティーフェンヴェー ク 27／１ (72)発明者 シュミッツ・ペーター ドイツ連邦共和国 71640 ルートヴィ ッヒスブルク オスヴァイル・シュポッ テンベルガーヴェーク 10 (56)参考文献 特開 平２−267343（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−143355（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−66742（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F22D 41/40

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】送出開始と送出終了を決める第１のアクチ
    ュエータ（115）を駆動する第１の信号を発生する第１
    の手段と、送出率を決める第２のアクチュエータ（12
    5）を駆動する第２の信号を発生する第２の手段とを有
    する、特にディーゼル内燃機関の燃料調量装置を制御す
    るシステムであって、前記第２の手段は、送出開始を特
    徴付ける信号を取り入れて第２の信号を形成することを
    特徴とする燃料調量装置を制御するシステム。
  2. 【請求項２】第１の信号に基づいて第２の信号を補正す
    る補正信号が形成されることを特徴とする請求の範囲第
    １項に記載のシステム。
  3. 【請求項３】第１のアクチュエータが電磁弁であること
    を特徴とする請求の範囲第１項あるいは第２項に記載の
    システム。
  4. 【請求項４】第１の手段は、目標値と実際値間の比較に
    従って第１の信号を設定する噴射開始制御器あるいは送
    出開始制御器を有することを特徴とする請求の範囲第１
    項から第３項までのいずれか１項に記載のシステム。
  5. 【請求項５】第１の信号が第２の信号に従って補正可能
    であることを特徴とする請求の範囲第１項から第４項ま
    でのいずれか１項に記載のシステム。
  6. 【請求項６】第１の手段は、送出率を特徴付ける信号
    （Ｐ）を取り入れて第１の信号を形成することを特徴と
    する請求の範囲第１項から第５項までのいずれか１項に
    記載のシステム。
  7. 【請求項７】オブザーバ（280）により第２の信号に基
    づいて第１の信号を補正する補正信号が求められること
    を特徴とする請求の範囲第１項から第６項までのいずれ
    か１項に記載のシステム。
  8. 【請求項８】第２の手段は、目標値と実際値の比較に従
    って第２の信号を設定する送出率制御器を有することを
    特徴とする請求の範囲第１項から第７項までのいずれか
    １項に記載のシステム。
  9. 【請求項９】第２の信号が第１の信号に従って補正可能
    であることを特徴とする請求の範囲第１項から第８項ま
    でのいずれか１項に記載のシステム。
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