JP3609442B2 - 電磁弁制御される燃料調量システムを制御する方法と装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、電磁弁制御される燃料調量システムを制御する方法と装置、さらに詳細には、電子制御装置により少なくとも１つの給送期間信号に基づいて電磁弁の遮断時点が決定される、特にディーゼル式内燃機関用の電磁弁制御される燃料調量システムを制御する方法と装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電磁弁制御される調量システムを制御するこの種の方法およびこの種の装置はＤＥ−ＯＳ４２０４０９１から知られている。そこには電磁弁制御される燃料調量システムを有するディーゼル式内燃機関を制御する方法と装置が記載されている。この調量システムには、少なくとも１つの給送期間に基づいて電磁弁の遮断時点を計算する電子制御装置が設けられている。
【０００３】
公知のシステムにおいては従来は駆動期間が噴射量マップのパラメータとして使用されていた。それによって駆動期間が一定でかつ回転数が上昇する場合には、噴射量の減少がもたらされる。従って噴射量マップには下降する特性曲線が得られる。この下降する特性曲線はエンジンの運転に作用して安定化させる。
【０００４】
ＤＥ−ＯＳ４２０４０９１に記載されている装置においては実際の給送開始が補間によって求められる。ということは、噴射開始の実際の時点は同じ噴射の間に求めらることを意味している。このようにして求められた噴射開始に基づいて遮断時点が非常に正確に決定される。それによって個々の調量間の噴射量のばらつきが減少される。しかしここではパラメータとして駆動期間の代わりに給送期間が噴射量マップに用いられるので、動的に見て特性曲線は上昇する特性になる。これは、給送期間が一定でかつ回転数が上昇する場合には噴射量が上昇することを意味している。
【０００５】
この上昇する噴射量特性曲線によってエンジン駆動に非安定化がもたらされる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、冒頭で述べた種類の電磁弁制御される燃料調量システムを制御する方法と装置において、上述したエンジン駆動における非安定化を除去することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この課題は、本発明によれば、
電子制御装置により、噴射開始（ＦＢＩ）と噴射終了（ＦＥＩ）間の期間を示す少なくとも１つの給送期間信号（ＦＤ）に基づいて電磁弁の遮断時点（Ａ）が決定されるディーゼル式内燃機関用の電磁弁制御される燃料調量システムを制御する方法において、
前記給送期間信号を補正し、
前記給送期間信号（ＦＤ）の補正が、平均回転数（Ｍ）の検出時点（３１０）と噴射時点（３５０）間の現回転数（Ｎ）の変化量（ＮＡ）と、該変化量に乗算的に作用する補正係数（Ｋ）とに従って行われ、
該補正により、回転数と所定給送期間での噴射燃料量との間の関係を示す特性曲線が局所的に下降し、それにより回転数が上昇するにつれて噴射される燃料量が減少する特性が得られる構成によって解決される。
【０００８】
また、本発明では、
電子制御装置により、噴射開始（ＦＢＩ）と噴射終了（ＦＥＩ）間の期間を示す少なくとも１つの給送期間信号（ＦＤ）に基づいて電磁弁の遮断時点（Ａ）が決定されるディーゼル式内燃機関用の電磁弁制御される燃料調量システムを制御する装置において、
前記給送期間信号（ＦＤ）を、平均回転数（Ｍ）の検出時点（３１０）と噴射時点（３５０）間の現回転数（Ｎ）の変化量（ＮＡ）と、該変化量に乗算的に作用する補正係数（Ｋ）とに従って補正する補正手段を設け、
該補正手段による補正により、回転数と所定給送期間での噴射燃料量との間の関係を示す特性曲線が局所的に下降し、それにより回転数が上昇するにつれて噴射される燃料量が減少する特性が得られる構成も採用している。
【０００９】
【作用】
給送期間を補正して、局所的ないし部分的に下降する特性曲線が発生するようにすることによって、エンジン駆動の安定性が著しく改良される。
【００１０】
好ましい実施例によれば、給送期間信号の補正が、補正係数および他の変量に従って行われる。この他の変量は、平均回転数の検出時点と噴射時点間の現回転数の変化に対応する。エンジンの各駆動点に対して補正係数が形成され、この補正係数はそれぞれの駆動点における給送期間に対する噴射量の勾配に対応する。好ましくは、その最大勾配が補正係数として使用される。
【００１１】
【実施例】
以下、図面に示す実施例を用いて本発明を詳細に説明する。
【００１２】
以下においては本発明を自己着火式内燃機関の例で説明する。しかし本発明は外部着火式内燃機関を制御する場合、特に噴射される燃料量を制御する場合にも使用することができる。
【００１３】
図１はディーゼルエンジンの電磁弁制御される燃料ポンプの制御装置を示すものである。不図示の内燃機関の個々のシリンダに、ポンプピストン１５を有する燃料ポンプ１０を介して燃料が供給される。その場合に各シリンダにそれぞれ燃料ポンプを設けることが可能であって、その場合にはポンプノズルシステムとなり、あるいは１つのポンプで個々のシリンダに交互に燃料が調量される。その場合には分配型ポンプとなる。
【００１４】
燃料ポンプ１０は電磁弁２０と接続されている。弁２０には出力段４０を介して、特に固定値メモリ（ＲＯＭ）３５を有する電子制御ユニット３０からスイッチングパルスが供給される。出力段４０、電磁弁２０あるいは不図示の噴射ノズルに配置されたセンサ７０が信号ＦＢＩを電子制御ユニット３０へ供給する。その場合に信号は好ましくは実際の給送開始を示す信号ＦＢＩである。
【００１５】
カム軸６０に取り付けられたインクリメントホイール５５上に角度マークが配置されている。それぞれ２つのマークによりインクリメント（増分）が決まる。インクリメントホイールには基準マークとして少なくとも１つの間隙が形成されている。基準マークは例えばマークを欠くことによって、あるいは他の手段によって実現される。測定装置５０が角度マークによって出力されるパルス、従ってインクリメントホイール５５の回転を検出して、パルス形状の対応した信号を電子制御ユニット３０へ供給する。
【００１６】
このインクリメントホイールはクランク軸上へ取り付けることも可能である。インクリメントホイールはポンプ駆動軸の角度位置に関する信号ＫＷを出力し、かつポンプ駆動軸のその時の回転数を示す信号Ｎを出力する。他のセンサ８０からは他の変量、すなわち平均回転数ＮＭ、温度Ｔおよびアクセルペダル位置に相当する負荷Ｌなどに関する情報が電子制御ユニット３０へ供給される。
【００１７】
平均回転数ＮＭは比較的大きな角度範囲にわたって検出される。好ましくは、クランク軸あるいはカム軸が１回転する間に数個のパルスしか出力しないセンサが使用される。好ましくは１回転当り４つまでのパルスが検出される。その場合に、これらのパルスが評価されて平均回転数ＮＭが求められる。回転数検出は、平均回転数ＮＭが好ましくは１エンジンサイクルにわたって、あるいは１燃焼過程にわたって平均されるように構成される。
【００１８】
この装置は次のように機能する。すなわち制御ユニット３０がセンサ８０によって検出された変量と測定装置５０を介して検出されたポンプ駆動軸６０の回転運転に従って燃料ポンプ１０の所望の給送開始ＦＢＳと所望の給送期間ＦＤＳを決定する。
【００１９】
給送開始ＦＢＳと給送期間ＦＤＳのこれらの目標値に基づき、実際の噴射開始の信号ＦＢＩを用いて出力段４０の駆動時点Ｅと遮断時点Ａが計算される。その後出力段４０により電磁弁２０にそれに対応した電流が供給される。
【００２０】
運転パラメータとして特に、平均回転数ＮＭ、空気温度Ｔ、排ガスのラムダ値、燃料温度、アクセルペダル位置ないしは所望の走行速度を特徴づける負荷信号Ｌなどの１つあるいは多数の変量、あるいは種々の他の信号が用いられる。ポンプ駆動軸６０の回転運動の代わりに、カムおよび／またはクランク軸の回転運動を調べることも可能である。
【００２１】
内燃機関のカム軸あるいはそれと結合された軸がポンプ駆動軸として機能する。ポンプ駆動軸６０によりポンプピストン１５が駆動され、燃料ポンプ１０の燃料が加圧される。その場合に電磁弁２０により圧力形成が制御される。
【００２２】
電磁弁は好ましくは、弁が開放している場合には実質的な圧力形成が生じないように構成されている。電磁弁２０が閉鎖された場合に初めて燃料ポンプ内に圧力が形成される。燃料ポンプ内の圧力が所定になった場合に不図示の噴射弁が開放し、燃料が不図示の噴射ノズルを介して内燃機関の燃焼室に達する。
【００２３】
どの時点で電磁弁が開閉するかを検出するためにセンサ７０が使用される。センサ７０は噴射ノズルに取り付けてもよく、その場合には燃焼室への燃料噴射の実際の開始ないしは終了を示す信号が発生される。
【００２４】
センサ７０の出力信号の代わりに、電磁弁がどの位置にあるかを示す信号を使用してもよい。そのような信号は、電磁弁に流れる電流あるいは電磁弁に印加される電圧を調べることによって得られる。
【００２５】
図２にはポンプ駆動軸ＫＷの位置の関数としての種々の信号が図示されている。第１列には電磁弁出力段ないしは電磁弁の駆動信号が記載されている。駆動時点Ｅにおいて電磁弁に電圧が供給される。遮断時点Ａで電磁弁は電源電圧から遮断される。駆動時点Ｅと遮断時点Ａ間の期間は駆動期間ＡＤと呼ばれる。
【００２６】
第２列には比較的回転数が低い場合の電磁弁ニードルのストロークが図示されている。駆動時点Ｅまで電磁弁ニードルは待機（オフ）位置にある。この時点から電磁弁ニードルは所定の期間内に第２の位置へ移動する。電磁弁ニードルが新しい位置へ達する時点は給送開始ＦＢＩといわれる。駆動時点Ｅと給送開始ＦＢＩまでの期間はターンオン期間ＴＥと呼ばれる。
【００２７】
電磁弁ニードルは遮断時点Ａまでその位置に留まる。この時点から電磁弁ニードルは再び緩慢に待機位置へ復帰する。遮断時点Ａから待機位置へ達するまでの期間はターンオフ期間ＴＡといわれる。
【００２８】
電磁弁ニードルが待機位置へ達すると、噴射が終了する。この時点は給送終了ＦＥＩといわれる。実際の給送開始ＦＢＩと実際の給送終了ＦＥＩ間の期間が給送期間ＦＤと呼ばれる。この期間にポンプ駆動軸が回転した角度が噴射された燃料量を示す値になる。
【００２９】
第３列には回転数が大きい場合の状況が図示されている。ターンオン期間ＴＥはほぼ一定であるので、電磁弁ニードルはかなり遅れた角度位置になってからその第２の位置へ達する。ターンオフ期間ＴＡはターンオン期間ＴＥより短く、従って回転数がターンオフ期間ＴＡに与える影響はずっと小さく、実効的な給送期間ＦＤは回転数が上昇するにつれて短くなる。
【００３０】
噴射は通常はずっと早く、すなわち開放動作の開始直後に終了する。というのはその時にはすでに圧力が崩壊するからである。すなわち、物理的に有効な給送期間ＦＤは図２に示すよりもさらに短くなる。遮断時点Ａから電磁弁ニードルが動くまでの時間が開放遅延時間ＴＶである。従って給送期間ＦＤが短くなるのは、差ＴＥ−ＴＡが理由になっており、また物理的な給送期間ＦＤが短くなるのは、差ＴＥ−ＴＶによってもたらされる。
【００３１】
給送期間ＦＤが角度として設定されている場合には、噴射される燃料量は一次近似で給送期間ＦＤにのみ関係する。給送期間ＦＤが同一である場合には同一の燃料量が噴射される。これは、駆動期間ＡＤが同一であれば、回転数が上昇するにつれて、給送期間ＦＤが減少し、従って噴射される燃料量が減少することを意味している。この効果は望ましいことである。というのはそれによって内燃機関の安定性が促進されるからである。駆動期間ＡＤの計算の間に回転数が増大すると、その結果噴射される燃料量が減少する。
【００３２】
本発明の装置においては、個々のプログラムステップは図３に示すように処理される。第１のプログラムステップ３１０において平均回転数ＮＭとアクセルペダルの位置Ｌに基づいて、かつ必要に応じて他の運転パラメータに従って給送開始の目標値ＦＢＳと給送期間の目標値ＦＤＳが計算される。平均回転数ＮＭとアクセルペダルの位置Ｌ並びに他のパラメータは、好ましくはステップ３１０の開始時に新たに検出される。その後ステップ３２０において、その時の回転数Ｎとポンプ駆動軸の位置ＫＷを用いて駆動時点Ｅが計算される。この計算は例えばＤＥ−ＯＳ４２０４０９１に記載されている。
【００３３】
その後ステップ３３０において実際の給送開始ＦＢＩが検出される。次のステップ３５０において、給送期間ＦＤの実際の給送開始ＦＢＩ、その時の現回転数Ｎおよびポンプ駆動軸ＫＷの位置に基づいて遮断時点Ａが計算される。その時の回転数Ｎとポンプ駆動軸ＫＷの位置の各変量はステップ３５０の開始時に新たに検出される。この計算は例えばＤＥ−ＯＳ４２０４０９１に記載されている。
【００３４】
噴射される燃料量は、ステップ３１０で給送期間ＦＤＳを求めたときとステップ３５０で遮断パルスＡを出力する間に回転数が上昇した場合に、増大することが明らかにされている。この効果は給送期間ＦＤの代わりに駆動期間ＡＤを使用した場合には発生しない。というのはその場合にはターンオン時間ＴＥにより給送期間が短くなることによって噴射される燃料量が減少するからである。
【００３５】
給送期間の目標値ＦＤＳと給送開始の目標値ＦＢＳは特性値マップに格納されている。特に給送期間は噴射すべき燃料量ＱＫと平均回転数ＮＭの関数としてマップに格納されている。それに対して逆の噴射量マップが図４と５に記載されている。図４には燃料量がストローク（Ｈ）当り立方ミリメートルの単位で平均回転数ＮＭに関して図示されている。パラメータとしては駆動期間ＡＤが用いられている。
【００３６】
ある駆動期間を見てみると、回転数が増大するにつれて下降する特性曲線が得られる。この下降する特性曲線は内燃機関の運転を安定化させる。このことは特に動的な走行運転状態において重要である。
【００３７】
すなわちステップ３１０における目標値の計算からステップ３５０における遮断パルスＡの出力までの間に回転数が上昇する場合には、ステップ３１０において例えば１０００回転／分の低回転数に相当する給送期間ＦＤＳの値が読み出される。その場合に１８°の駆動期間で１０立方ｍｍ／ストロークの燃料が噴射される。調量（噴射）までに回転数が１５００回転／分に上昇すると、この場合には１８°の駆動期間ＡＤで約２立方ｍｍ／ストロークの燃料量が得られる。
【００３８】
図５には燃料量ＱＫが回転数に関して図示されている。ここではパラメータとして給送期間ＦＤが用いられている。所定の給送期間において噴射される燃料量はほぼ一定であるか、ないしは回転数を介してわずかに上昇する。
【００３９】
回転数が１５００回転であって、給送期間が１５°であると、この場合には噴射される燃料量は４０立方ｍｍ／ストロークとなる。調量までに回転数が２０００回転まで上昇すると、４５立方ｍｍ／ストロークの燃料量が噴射される。このように噴射量が増大されることによって、内燃機関が加速され、それによってさらに回転数が増大し、従って噴射される燃料量はさらに増大する。
【００４０】
この非安定化を防止するために、本発明によればステップ３１０においてマップから読み出された給送期間の目標値ＦＤＳがステップ３４０でそれに応じて補正される。給送期間ＦＤＳは、給送期間を計算してから調量までに平均回転数が上昇した場合でも、一定あるいは下降する燃料量が調量されるように補正される。このことは、部分的ないし局所的に下降する特性曲線になることを意味している。補正された給送期間ＦＤＫは、例えばマップから読み出された給送期間ＦＤＳに基づいて次のように計算される。
【００４１】
ＦＤＫ＝ＦＤＳ−ＮＡ＊Ｋ
変量（ＮＡ）は、平均回転数の検出時点と噴射の時点間の現回転数の変化に対応する。この変量はポンプ駆動軸当たりの回転数勾配を、マップ値計算のためにエンジン回転数を求めた時点と調量の時点の間隔で乗算することによって得られる。係数Ｋは噴射量マップにおける勾配ｄＱ／ｄＦＤである。
【００４２】
値Ｋについて対応する駆動点のそれぞれの勾配ｄＱ／ｄＦＤが用いられる場合には、動的な運転状態においても各駆動点において水平の特性曲線が得られる。
【００４３】
実用的な実施例の場合には、全マップ領域に関して単一の値Ｋを設定すると簡単である。この値は少なくとも図５に示すマップ値の最大勾配ｄＱ／ｄＦＤに対応させるとよい。従ってマップでは各点において動的に見て下降する特性曲線が得られ、この特性曲線はそれぞれ実際のマップ値勾配に従って０と−Ｋ間の勾配を有する。このように動的に局所的に下降する特性曲線が図５に一つの駆動点について点線で示されている。
【００４４】
本発明方法および装置によれば、燃料噴射を可能な限り最大に正確にしながら内燃機関の運転を動的に安定にさせることが可能になる。燃料調量の精度は、実際の噴射開始ＦＢＩに基づいて遮断時点Ａを計算することによって改良される。安定性は給送期間ＦＤを補正することによって得られる。
【００４５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば特にディーゼル式内燃機関の電磁弁制御される燃料調量システムを制御する方法と装置において、非安定化を防止することができる。即ち、実際の噴射開始に基づいて遮断時点を計算することによって燃料噴射を可能な限り最大に正確にすることができ、また給送期間を補正することによって、回転数が上昇するにつれて噴射される燃料量が減少する特性が得られるので、内燃機関の運転を動的に安定化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による制御装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】燃料調量の際に発生する種々の変量の特性を示す線図である。
【図３】調量のシーケンスを説明するフローチャートである。
【図４】駆動期間をパラメータとしたときの噴射量マップを示す説明図である。
【図５】給送期間をパラメータとしたときの噴射量マップを示す説明図である。
【符号の説明】
１０ 燃料ポンプ
１５ ポンプピストン
２０ 電磁弁
３０ 電子制御ユニット
３５ 固定値メモリ
４０ 出力段
５０ 測定装置
５５ インクリメントホイール
７０、８０ センサ

Claims (4)

1. 電子制御装置により、噴射開始（ＦＢＩ）と噴射終了（ＦＥＩ）間の期間を示す少なくとも１つの給送期間信号（ＦＤ）に基づいて電磁弁の遮断時点（Ａ）が決定されるディーゼル式内燃機関用の電磁弁制御される燃料調量システムを制御する方法において、
   前記給送期間信号を補正し、
   前記給送期間信号（ＦＤ）の補正が、平均回転数（Ｍ）の検出時点（３１０）と噴射時点（３５０）間の現回転数（Ｎ）の変化量（ＮＡ）と、該変化量に乗算的に作用する補正係数（Ｋ）とに従って行われ、
   該補正により、回転数と所定給送期間での噴射燃料量との間の関係を示す特性曲線が局所的に下降し、それにより回転数が上昇するにつれて噴射される燃料量が減少する特性が得られることを特徴とする電磁弁制御される燃料調量システムを制御する方法。
2. 前記補正係数としてそれぞれの駆動点における給送期間に対する噴射燃料量の勾配（ｄＱ／ｄＦＤ）が使用されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記勾配の最大勾配が補正係数として使用されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 電子制御装置により、噴射開始（ＦＢＩ）と噴射終了（ＦＥＩ）間の期間を示す少なくとも１つの給送期間信号（ＦＤ）に基づいて電磁弁の遮断時点（Ａ）が決定されるディーゼル式内燃機関用の電磁弁制御される燃料調量システムを制御する装置において、
   前記給送期間信号（ＦＤ）を、平均回転数（Ｍ）の検出時点（３１０）と噴射時点（３５０）間の現回転数（Ｎ）の変化量（ＮＡ）と、該変化量に乗算的に作用する補正係数（Ｋ）とに従って補正する補正手段を設け、
   該補正手段による補正により、回転数と所定給送期間での噴射燃料量との間の関係を示す特性曲線が局所的に下降し、それにより回転数が上昇するにつれて噴射される燃料量が減少する特性が得られることを特徴とする電磁弁制御される燃料調量システムを制御する装置。

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