JP3510325B2 - ユニットインジェクター式燃料システム用電子制御装置及び方法 - Google Patents
ユニットインジェクター式燃料システム用電子制御装置及び方法Info
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Description
子制御燃料噴射に関し、より詳しくは、加圧した油圧ア
クチュエーター流体のレール圧力を検知する電子制御に
関するものである。
ー式燃料システムの例は、1993年3月9日グラッシ
ー等に与えられた米国特許第5,191,867号に示
されている。グラッシーの特許は、加圧した油圧アクチ
ュエーター流体の圧力を正確に制御する装置を開示して
いる。グラッシーの特許以前の装置は、油圧回路のある
構成部品の運転の変化のために、加圧した油圧アクチュ
エーター流体の所望の圧力を保持することができなかっ
た。例えば、これらの以前のシステムの油圧ポンプは、
普通エンジン速度に応じてポンプ効率の変化を示した。
グラッシーの特許は、加圧した油圧アクチュエーター流
体の圧力をより正確に制御する装置を開示している。し
かし、グラッシーの特許に開示されている装置も他の先
行技術のシステムもレール圧力の変動を測定しているも
のはない。これらが変動すると、個々のシリンダーに噴
射される燃料の量が燃料の望ましい量から外れることが
あり、性能の低下、有害物の過剰な排気、及び他の望ま
しくない結果を引き起こす場合がある。
変動を測定することができる電子制御を開発し、それに
より燃料噴射をより正確に制御できるようにすることが
望まれる。
の1つ又はそれ以上を解決することを目的とする。
圧駆動電子制御ユニットインジェクター式燃料システム
が開示されている。そのシステムには、加圧した油圧ア
クチュエーター燃料源に接続された油圧駆動電子制御燃
料インジェクターが備えられている。センサーは油圧ア
クチュエーター流体と関連し、電子制御器に電気的に接
続されている。電子制御器は噴射信号を発生し、噴射信
号の関数としての各時点において油圧アクチュエーター
流体の圧力信号を入力する。本発明の他の態様では、噴
射信号を発生し、前記噴射信号を発するのに応答してア
クチュエーター流体を検知する段階を含む、油圧駆動電
子制御ユニットインジェクター式燃料システムの油圧ア
クチュエーター流体の圧力変動を検知する方法が開示さ
れる。本発明の他の態様、利点は図面及び特許請求の範
囲を参照し、発明の詳細な説明を読めば明らかになるで
あろう。
ェクター式燃料システムに使用する電子制御装置に関す
るものである。油圧駆動電子制御ユニットインジェクタ
ー式燃料システムは、当該技術分野で公知である。この
ような装置の1つの例は、1993年3月9日グラッシ
ー等に与えられた米国特許第5,191,867号に示
されている。その開示をここに参照として組み込む。発
明の詳細な説明、図面を通じて同じ参照番号は同じ部品
又は部分をさす。図1を参照すると、油圧駆動電子制御
ユニットインジェクター式燃料システムに使用する電子
制御装置10が示されている。電子制御装置には電子制
御器15が備えられ、好適な実施例ではマイクロ制御器
20である。好適な実施例で使用されるマイクロ制御器
20はモトローラマイクロ制御器、モデルno.68H
C11である。しかし、当業者はわかるように、本発明
には多くの好適な制御器を使用することができる。電子
制御装置10には油圧駆動電子制御ユニットインジェク
ター25a−fが設けられ、それぞれ電子コネクター3
0a−fにより制御器20の出力に接続されている。図
1では、6気筒エンジン55に電子制御装置10を使用
する6つのユニットインジェクター25a−fが図示さ
れている。しかし、本発明は6気筒エンジンに使用する
場合に限られない。反対に、シリンダーとユニットイン
ジェクター25がどのような数のエンジンにでも使用で
きるよう変更することができる。個々のユニットインジ
ェクター25a−fは、公知であるようにエンジンシリ
ンダーと組み合わされている。従って、好適な実施例を
8気筒で運転するように変更するには、エンジンにはこ
のようなインジェクター25を合計で8つとするために
2つの追加のユニットインジェクター25が必要であ
る。
ンシリンダーに燃料を噴射するためには、油圧アクチュ
エーター流体には十分な圧力を供給することが要求され
る。好適な実施例では、油圧アクチュエーター流体は、
エンジン油を含み、エンジンオイルパン35から油が供
給される。低圧油が低圧ポンプ40によりオイルパンか
らフィルター45を通って供給され、該フィルターはエ
ンジン油から不純物を濾過する。フィルター45は高圧
固定吐出量供給ポンプ50に接続され、該ポンプはエン
ジン55に機械的に連接され、該エンジンにより駆動さ
れる。高圧の油圧アクチュエーター流体(好適な実施例
ではエンジン油)は、高圧供給ポンプ50の吐出口65
に結合された導管60に入る。導管70の一端は導管6
0に接続され、他端はインジェクター作動制御器75に
接続されている。作動制御器75と固定吐出量ポンプ5
0は別個の部品として示されている。しかし、1つで両
方の役割を果たす部品で簡単に置き換えることができ
る。このような部品は公知である。好適な実施例では、
インジェクター作動制御器75は、インジェクター作動
制御弁76に接続された固定吐出量ポンプ50を備え
る。固定吐出量ポンプ50とインジェクター作動制御弁
76を、公知の他の装置で容易に置き換えることができ
る。例えば、このような装置の1つは可変圧力高吐出量
ポンプである。
量ポンプ50の組み合わせにより、マイクロ制御器20
が導管70、60、90内の油圧アクチュエーター流体
を望ましい圧力に保持できるようにする。インジェクタ
ー作動制御弁76は、マイクロ制御器20に電子コネク
ター80により接続されている。インジェクター作動圧
力センサー95が導管90に取り付けられ、マイクロ制
御器20に接続された電子コネクター100に出力信号
を出す。マイクロ制御器20は、圧力センサー95のコ
ネクター100の出力信号をサンプリングすることで、
導管90内の油圧アクチュエーター流体の圧力を幾分か
閉ループ制御に保持する。マイクロ制御器20は、エン
ジン速度、望ましい燃料噴射量、他のエンジンの変数の
関数としての油圧アクチュエーターの圧力を計算する。
特定の好適な油圧アクチュエーターの圧力を計算するこ
とは、本発明の範囲を超えるのでこれ以上詳述しない。
好適な実施例では、望ましい油圧アクチュエーターの圧
力は5MPaと23MPaの間であるが、他の圧力でも
よい。ユニットインジェクター25a−fに供給する導
管90内の油圧アクチュエーターの圧力は、マイクロ制
御器20からコネクター80を通って制御弁76へ送ら
れる信号の関数である。上述したように、マイクロ制御
器が油圧アクチュエーターの圧力の閉ループ制御を行
う。従って、公知のように、マイクロ制御器20からコ
ネクター80を通ってインジェクター作動制御弁76へ
送られる信号は、マイクロ制御器20により計算される
望ましい油圧アクチュエーターの圧力と圧力センサー9
5からコネクター100を通ってくるフィードバック信
号との差の関数である差信号である。圧力センサーは油
圧アクチュエーターの圧力を制御するループを閉じるた
め使用されるので、マイクロ制御器20による圧力セン
サー95のサンプリングが、油圧アクチュエーターの圧
力の変動の結果生じるサンプリングエラーを減少させる
ことが重要である。これらのサンプリングエラーにより
間違った差信号を発生することになり、マイクロ制御器
20が望ましい油圧アクチュエーターの圧力を保持でき
ず、エンジンシリンダーに送られる燃料を制御すること
ができなくなる場合がある。後に詳述するが、本発明は
このようなエラーを減少させる。
いる。インジェクター作動圧力センサー95が導管90
と組み合わされ、マイクロ制御器20に接続された電子
コネクター100に出力信号を出す。マイクロ制御器2
0はまた、エンジン運転の変数を表す他のセンサー信号
105を受け取る。例えば、本発明の好適な実施例で
は、エンジンと組み合わされたカムシャフト速度/タイ
ミングセンサー56からのカムシャフト速度/タイミン
グ信号110がマイクロ制御器20の入力となってい
る。また、冷却液温度センサーから冷却液温度信号11
5、ブースト圧力センサーからブースト圧力120、大
気圧力センサーから大気圧力125のような信号がマイ
クロ制御器20の入力として供給される。これらの信号
のためのセンサーは図1に示されていない。しかし、こ
のようなセンサーをエンジンと組み合わせて使用するこ
とは公知である。当業者は、本発明を使ってエンジンに
このようなセンサーを容易に使用することができるであ
ろう。グラッシーの特許により詳細に説明されているよ
うに、ユニットインジェクター25a−fにより特定の
エンジンシリンダーに噴射される燃料の量は、マイクロ
制御器20により個々の電子コネクター30a−fを通
ってインジェクター25へ送られる個々のドライバー信
号と、導管90内の油圧アクチュエーター流体の圧力の
関数である。
は、エンジン速度110、ブースト圧力120、その他
の当業者に公知の信号を含むある検知された変数に従っ
て、特定のエンジンシリンダーに噴射するのに必要な燃
料の量を計算する。このような計算は、発明を利用する
特定のエンジンに固有であり、当業者には公知である。
本発明は送る燃料の量を計算することに関するものでは
なく、制御器20が導管90内の油圧アクチュエーター
流体圧力の正確な測定値を受け取ることを保証すること
に関するもので、これによりユニットインジェクター2
5が要求される量の燃料を送るようにするのに必要なド
ライバー信号を正確に計算できるようにする。従って、
要求される燃料の量を決めることに関する特定の計算に
ついてはこれ以上述べない。要求される燃料の量に対応
する要求されるユニットインジェクタードライバー信号
を計算するためには、マイクロ制御器20は導管90内
の油圧アクチュエーター流体の圧力を測定しなければな
らない。従来の油圧駆動電子制御ユニットインジェクタ
ー燃料システムでは、マイクロ制御器20は、油圧アク
チュエーター圧力の過渡的な変動を除去しようとしてフ
ィルターを通した又は平均の圧力信号を測定した。しか
し、経験的にはこれらの過渡的な変動が時として重要な
影響を及ぼす。これらの従来技術のシステムでは、マイ
クロ制御器20は、検知した平均のインジェクター作動
圧力に基づいて噴射信号を出すが、実際は過渡的な変動
ゆえに実際のインジェクター作動圧力はその値より大き
いか小さい。実際の圧力は検知された圧力と異なるの
で、このようなシステムの計算した噴射信号は正しくな
く、シリンダーに噴射するように計算された燃料の望ま
しい量より多くなったり少なくなったりする。
0で発生し、その圧力波動の周期はエンジン速度の関数
であることが判明した。より詳しくは、過渡的な圧力波
動は、個々のユニットインジェクター25a−fの点火
により起こることが分かった。従って、圧力波動の周波
数は個々のユニットインジェクター25が開く速度の関
数である。図では、6気筒4サイクルエンジンが示され
ている。このようなエンジン55では個々のエンジンの
回転の間に3つのインジェクター25が開閉する。それ
ゆえ、過渡的な圧力波動の周波数はエンジン速度の3倍
である。例えば、6気筒エンジンが1800RPM(3
0rev/s)で回転していると、過渡的な圧力波動の
周波数はほぼ90Hzである。同様に、8気筒4サイク
ルエンジンでは、個々のエンジンの回転の間に4つのイ
ンジェクター25が開閉する。それゆえ、過渡的な圧力
波動の周波数はエンジン速度の約4倍である。好適な実
施例は4サイクルエンジンについて述べられているが、
当業者は本発明を2サイクルエンジンに使用する場合に
容易に置き換えることができる。当業者には公知である
ように、6気筒2サイクルエンジンではエンジンの回転
の間に6つ全てのインジェクターが開閉する。従って、
圧力波動の周波数はそのエンジン速度の6倍である。
信号をサンプリングしなければならない理論上の最低周
波数は、信号のナイキスト周波数により決まる。理論上
は、その信号を再現するためには信号の周波数の2倍サ
ンプリングする必要がある。しかし、実際にはその信号
を適度に再現するためには、サンプリングする周波数は
サンプリングされる信号の周波数の少なくとも4倍か5
倍なければならない。しかし、マイクロ制御器20はイ
ンジェクター作動センサー95を繰り返し測定する以外
の仕事もしなければならないため、過渡的な圧力波動を
適度に再現するのに十分な速さでインジェクター作動信
号をサンプリングすることができないことがしばしばあ
る。図2は、エンジン55がほぼ2600RPMで運転
し、インジェクター作動制御弁76に約16MPaの油
圧アクチュエーター流体の確立された定常状態圧力がか
かっているときの導管90内で発生する過渡的な圧力波
動151を示す。図から分かるように、過渡的な圧力波
動151は周期的である。上述したように、油圧アクチ
ュエーター圧力の変動は個々のユニットインジェクター
25a−fの点火により起こる。従って、波動の周波数
はユニットインジェクター25a−fの点火の関数であ
り、これはエンジン速度の関数である。
器20は、時点155でインジェクター作動センサー9
5をサンプリングする。これらの時点155は、マイク
ロ制御器20が対応するコネクター30a−fを通って
特定のユニットインジェクター25a−fへドライバー
信号の送信を開始する時に対応する。このように、マイ
クロ制御器20は、インジェクター作動圧力センサー9
5を周期的に過渡的な圧力波動151の各サイクルの同
じ時点で読む。図2に示すように、過渡的な圧力波動1
51は各サイクルのピーク155で測定される。噴射サ
イクルの残りの間圧力はピーク155より減少するが、
減少は図2に示す曲線から予想することができる。噴射
サイクルの間の導管90内の油圧アクチュエーターの圧
力を予想することができるので、マイクロ制御器20
は、ユニットインジェクター25を作動させなければな
らない時間周期を正確に計算することができる。マイク
ロ制御器20は、それから個々のコネクター30を通っ
て特定のユニットインジェクター25へドライバー信号
を送信し、これによりユニットインジェクター25が要
求される時間で作動するようにする。図3は本発明のイ
ンジェクター作動のサンプリングを行うのに要する信号
の全体のタイミング線図を示す。タイミング線図は本発
明によるサンプリングを行うのに必要な信号の十分で完
全な説明を示す。これらの信号はマイクロ制御器20に
組み込まれた好適なソフトウェアにより容易に発生する
ことができる。このようなタイミング線図からこのよう
なソフトウェアを作ることは、公知であり当業者には容
易である。
イミング信号110はカムシャフト速度/タイミングセ
ンサー56により発生される。カムシャフト速度/タイ
ミング信号110の参照点112に基づいて、マイクロ
制御器20は対応するピストンがその行程の上死点11
3に来る時間を計算する。図示するように、好適な実施
例における参照点112はカムシャフト速度/タイミン
グ信号110の上昇端111である。マイクロ制御器2
0は燃料がシリンダーに噴射し始めるべき噴射時間の始
点117を計算する。マイクロ制御器20はコネクター
30を通ってユニットインジェクター25にドライバー
信号116を出す。図から分かるように、ドライバー信
号116は特定のユニットインジェクター25に、噴射
時間の始点117前に所定の時間長さで出される。これ
は、ドライバー信号116をユニットインジェクター2
5に出すのとユニットインジェクター25の燃料噴射時
間の始点117との間に遅れがあるからである。初めに
ユニットインジェクター25を開くにはインジェクター
25を開いた位置に保持するより大きな電流量を要す
る。従って、ドライバー信号116には2つの段118
a,bがある。第1段118aは初めにユニットインジ
ェクター25を開くのに必要な高レベル電流を表す。第
2段118bはインジェクター25を開いた位置に保持
するのに必要な電流を表す。図示するように、噴射時間
の始点117はドライバー信号116の電流が第2段1
18bのレベルに減少する時と一致する。この図は噴射
の始点117時間を例示したものにすぎない。噴射の始
点117はドライバー信号116の電流が減少するのに
よらず、油圧作動圧力の関数である。それゆえ、噴射の
始点117はドライバー信号116の電流が減少する前
又は後に起こりえる。
インジェクター作動圧力センサー95を時点119で検
知し、これはドライバー信号116をユニットインジェ
クター25へ送り始めるのとほぼ同時である。インジェ
クター作動圧力センサー95を検知した後、マイクロ制
御器20は検知した油圧アクチュエーター圧力に基づ
き、噴射持続時間を再計算する。上述したように、過渡
的な圧力波動は個々のユニットインジェクター25の点
火により起こる。油圧アクチュエーター流体圧力を個々
のドライバー信号116の始点の近くで測定することに
より、マイクロ制御器20は過渡的な圧力波動とほぼ同
じ周波数でサンプリングすることを保証する。マイクロ
制御器20が過渡的な圧力波動と同じ周波数でサンプリ
ングするので、個々のサイクルのほぼ同じ時点で測定す
ることになる。マイクロ制御器20がドライバー信号1
16を出す時にサンプリングすることで、サンプリング
された値は図2に示すように過渡的な圧力波動のピーク
155に近くなる。
圧力と噴射サイクルの持続の間の実際の圧力の減少を予
想し、マイクロ制御器20がドライバー信号116の持
続時間を計算することで考慮に入れることができる。こ
のように、本発明はかなり速い速度でサンプリングする
装置の結果に近づけることができる。多くの装置のマイ
クロ制御器20は過渡的な信号を正確に再現できるよう
に速くサンプリングする能力を持っていない。本発明
は、ユニットインジェクター25が点火される間隔に基
づき、規則的な間隔で圧力をサンプリングし、サンプリ
ングする速度を増加することなく実際の油圧アクチュエ
ーター圧力を正確に近似することができる。
図である。
ル圧力の例である。
した信号のタイミング線図である。
ー 30a,b,c,d,e,f・・電子コネクター 35・・エンジンオイルパン 40・・低圧ポンプ 45・・フィルター 50・・固定吐出量ポンプ 55・・エンジン 60・・導管 65・・吐出口 70・・導管 75・・作動制御器 76・・制御弁 80・・電子コネクター 85・・逆止弁 90・・導管 95・・圧力センサー 100・・電子コネクター 105・・センサー信号 110・・カムシャフト速度/タイミング信号 111・・上昇端 112・・参照点 113・・行程 115・・冷却液温度 116・・ドライバー信号 117・・燃料噴射の始点 118a,b・・段 119・・時点 120・・ブースト圧力信号 125・・大気圧力 151・・過渡的な圧力波動 155・・ピーク
Claims (20)
- 【請求項1】 油圧駆動電子制御ユニットインジェクタ
ー式燃料システムにおいて、 油圧駆動電子制御燃料インジェクター、 前記油圧駆動電子制御燃料インジェクターに接続された
加圧した油圧アクチュエーター流体、 前記油圧駆動電子制御燃料インジェクターに電気的に接
続された電子制御器、 前記加圧した油圧アクチュエーター流体と関連し、前記
電子制御器に接続された第1センサー、及び、 エンジンの変数と関連し、前記電子制御器に接続された
第2センサー、を備え、 前記電子制御器が前記エンジンの変数の検知した状態に
応答して噴射信号を発生し、 前記加圧した油圧アクチュエーター流体と関連する前記
第1センサーが圧力信号を発生し、 前記電子制御器が噴射信号を発生する時の関数として、
前記電子制御器が前記圧力信号を入力することを特徴と
するシステム。 - 【請求項2】 前記電子制御器に接続されたインジェク
ター作動制御器を備えることを特徴とする請求項1記載
の油圧駆動電子制御ユニットインジェクター式燃料シス
テム。 - 【請求項3】 前記電子制御器が噴射信号を発生するの
とほぼ同時に前記圧力信号を入力することを特徴とする
請求項2記載の油圧駆動電子制御ユニットインジェクタ
ー式燃料システム。 - 【請求項4】 前記電子制御器が噴射信号を発生した
後、前記圧力信号を入力することを特徴とする請求項2
記載の油圧駆動電子制御ユニットインジェクター式燃料
システム。 - 【請求項5】 前記電子制御器が各噴射信号を発生した
後、前記圧力信号を入力することを特徴とする請求項2
記載の油圧駆動電子制御ユニットインジェクター式燃料
システム。 - 【請求項6】 前記エンジンの変数は、カムシャフト速
度/タイミング、エンジンクランクシャフト位置、エン
ジン冷却液温度、エンジン排気の背圧、吸気マニホール
ド圧力、燃料スロットル位置からなる群から選択される
ことを特徴とする請求項2記載の油圧駆動電子制御ユニ
ットインジェクター式燃料システム。 - 【請求項7】 前記エンジンの変数は、カムシャフト速
度/タイミング信号を含むことを特徴とする請求項2記
載の油圧駆動電子制御ユニットインジェクター式燃料シ
ステム。 - 【請求項8】 前記エンジンの変数は、カムシャフト速
度/タイミング信号を含むことを特徴とする請求項3記
載の油圧駆動電子制御ユニットインジェクター式燃料シ
ステム。 - 【請求項9】 前記エンジンの変数は、エンジンのクラ
ンクシャフト位置信号を含むことを特徴とする請求項2
記載の油圧駆動電子制御ユニットインジェクター式燃料
システム。 - 【請求項10】 前記エンジンの変数は、エンジンのク
ランクシャフト位置信号を含むことを特徴とする請求項
3記載の油圧駆動電子制御ユニットインジェクター式燃
料システム。 - 【請求項11】 油圧駆動電子制御ユニットインジェク
ター式燃料システムの加圧した油圧アクチュエーター流
体の圧力の変動を検知する方法において、 油圧駆動ユニットインジェクターに噴射信号を出し、 前記噴射信号を出すのに応答して、油圧アクチュエータ
ー流体圧力を検知する段階からなることを特徴とする方
法。 - 【請求項12】 エンジンの変数を検知し、前記エンジ
ンの変数の所定の状態に応答して前記噴射信号を出す段
階を含むことを特徴とする請求項11記載の方法。 - 【請求項13】 前記検知する段階は、前記噴射信号を
出す前記段階とほぼ同時に行われることを特徴とする請
求項12記載の方法。 - 【請求項14】 前記検知する段階は、前記噴射信号を
出す前記段階の後に行われることを特徴とする請求項1
2記載の方法。 - 【請求項15】 エンジンの変数を検知する前記段階
は、カムシャフト速度/タイミングセンサーを検知する
ことを含むことを特徴とする請求項12記載の方法。 - 【請求項16】 エンジンの変数を検知する前記段階
は、エンジンクランクシャフト位置センサーを検知する
ことを含むことを特徴とする請求項12記載の方法。 - 【請求項17】 油圧駆動電子制御ユニットインジェク
ター式燃料システムの加圧した油圧流体の圧力の変動を
検知する方法において、 エンジンの変数を検知し、 エンジンの変数を検知する前記段階の関数として噴射信
号を出し、 噴射信号を出す前記段階の関数である時に油圧アクチュ
エーター流体の圧力を検知する段階からなる方法。 - 【請求項18】 エンジンの変数を検知する前記段階
は、カムシャフト速度/タイミングセンサーを検知する
ことを含むことを特徴とする請求項17記載の方法。 - 【請求項19】 エンジンの変数を検知する前記段階
は、エンジンクランクシャフト位置センサーを検知する
ことを含むことを特徴とする請求項17記載の方法。 - 【請求項20】 油圧アクチュエーター流体の圧力を検
知する前記段階は、噴射信号を出す前記段階とほぼ同時
に行われることを特徴とする請求項17記載の方法。
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