JP4082744B2 - 自動車等の内燃機関の作動システム - Google Patents

Description

従来の技術
本発明は、燃料が蓄積チャンバに供給され、該蓄積チャンバ内で圧力が形成され、前記蓄積チャンバ内の圧力の実際値が測定され、前記蓄積チャンバ内の圧力が目標値に閉ループ制御される、自動車等の内燃機関のための燃料供給システムの作動のための方法に関する。
さらに本発明は、蓄積チャンバ内への燃料の供給と該蓄積チャンバ内での圧力の形成のためのポンプと、前記蓄積チャンバ内の圧力の実際値測定のための圧力センサと、前記蓄積チャンバ内の圧力の制御のための圧力制御弁と、前記蓄積チャンバ内の圧力を目標値に閉ループ制御可能な手段を備えた制御装置とを有している、自動車等の内燃機関のための燃料供給システムに関する。
この種の燃料供給システムは、例えば直噴エンジンとの関連で公知である。そこでは蓄積チャンバ内の燃料が高圧のもとで得られる。この蓄積チャンバ内の圧力は、圧力制御弁を用いて所望の目標値に閉ループ制御される。燃料の内燃機関の燃焼室への噴射に対しては、この燃焼室に所属する燃料噴射弁が開かれ、噴射燃料が点火プラグを用いて点火される。この直噴エンジンのもとでは燃料噴射バルブが次のように配設されている。すなわち燃料が吸気管内に噴射されるのではなく、直接燃焼室へ噴射されるように配設されている。
噴射すべき燃料量は、そのつどの燃料噴射弁が開かれている持続時間を用いて設定される。この持続時間はこの場合蓄積チャンバ内の圧力に依存する。この圧力が大きければ大きいほど、同じ燃料量の噴射に対する持続時間も短くなる。燃料噴射に係わる持続時間の算出の際の蓄積チャンバ内の圧力の考慮のために、この蓄積チャンバには圧力センサ設けられ、この圧力センサを用いて蓄積チャンバ内の圧力の実際値が測定される。
この圧力センサに欠陥がある場合には、この圧力センサからはエラーの含まれた値が測定されるかあるいは測定自体が全く不可能となってしまう。そのため、噴射すべき燃料の持続時間と燃料量の調量とが誤ったものになってしまう。
本発明の課題は、冒頭に述べたような燃料供給システムとその作動方法において、圧力センサに欠陥が生じた場合にも、補正された燃料噴射が可能となるように改善を行うことである。
上記課題は本発明により、蓄積チャンバ内の圧力の閉ループ制御が開ループ制御によって切換られるようにして解決される。また上記課題は本発明により、制御装置が、蓄積チャンバ内の圧力の閉ループ制御を開ループ制御によって切換られる手段を備えているように構成されて解決される。
例えば圧力センサに欠陥が生じた場合には、蓄積媒体内の圧力を所望の目標値に設定する閉ループ制御が開ループ制御に置き換えられる。この開ループ制御によって、噴射すべき燃料量の調量の際に十分正確な燃料噴射がさらに保証されるまで蓄積チャンバ内の圧力を考慮することが可能となる。欠陥のある圧力センサによって測定された蓄積チャンバ内の圧力の実際値は、噴射すべき燃料量の閉ループ制御のもとではもはや考慮されない。その代わりにこの閉ループ制御が切換られ、噴射すべき燃料量の調量のもとで考慮すべき蓄積チャンバ内の圧力の開ループ制御によって供給される。
本発明の有利な実施例によれば、蓄積チャンバ内の圧力の閉ループ制御のエラーが識別され、該エラーの識別の後で当該閉ループ制御が遮断され、開ループ制御が投入される。特にこの場合圧力センサの欠陥は、妥当性チェックによって識別されてもよい。例えば圧力制御弁を制御する信号が、圧力センサから供給された信号と比較されてもよい。これらの信号が比較的長い期間に亘って相互に著しくずれた場合には、そこからエラーが推論される。蓄積チャンバ内の圧力の閉ループ制御に関するエラーの識別の後では、この閉ループ制御の開ループ制御による切換が行われる。このようにして、閉ループ制御の開ループ制御による切換の必要性が識別されることが保証され、そのような切換が確実に実施される。
本発明の別の有利な実施例によれば、蓄積チャンバ内の圧力の閉ループ制御が監視モジュールによって切換えられる。この閉ループ制御を切換える開ループ制御部は、監視モジュールを有している。この監視モジュールは、多くの入力信号からそのつどの目下の内燃機関作動状態を求める。この作動状態に依存して、出力信号が形成され、この出力信号は内燃機関の特性量を表す。この出力信号は、例えば圧力センサの欠陥の際に蓄積チャンバ内の圧力をシミュレートするのに利用されてもよい。
この監視モジュールを用いることによって、蓄積チャンバ内の圧力の閉ループ制御の欠陥の際に用いられる開ループ制御が実現可能となる。
特に有利には、この監視モジュールによって温度補償が実施される。特に蓄積チャンバ内の圧力を制御する圧力制御弁の温度は、内燃機関の作動中に高まる傾向が比較的強く、特に制御によって圧力制御弁が開かれている時に顕著となる。このことは圧力制御弁の通流開口部の断面積も変化させることに結び付く。そしてこれは圧力制御弁を通って流れる燃料量の変化を引き起こし、蓄積チャンバ内の圧力に直接作用し、ひいては噴射される燃料量にも影響を与える。
エラーなしで作動している圧力センサのもとでは、このような変化が所望圧力と蓄積チャンバ内の圧力実際値との目標/実際値比較によって保証され、蓄積チャンバ内の圧力の所定の閉ループ制御によって保証される。それに対して圧力センサが故障している場合には、この閉ループ制御を切換える開ループ制御のもとで温度補償が監視モジュールを用いて実施される。その際この監視モジュールによって、例えば多数の入力信号から、圧力制御弁の温度ないしは温度変化に相応する出力信号が求められる。そこからは圧力制御弁の通過開口部の断面積に生じた変化が推論可能である。この場合相応の補償も導出可能である。このような温度補償は、圧力制御弁の制御の際に考慮可能であり、また噴射すべき燃料量の調量の際にも考慮可能である。
本発明の別の有利な実施例によれば、蓄積チャンバ内の圧力の開ループ制御に対して、温度依存係数と結合される供給電圧が供給される。この供給電圧は圧力制御弁に印加される。この供給電圧が温度依存性の係数によって変更された場合には、それによって圧力制御弁の温度変動も補償される。
本発明の別の有利な実施例によれば、蓄積チャンバ内の圧力の開ループ制御及び/又は閉ループ制御に対して、温度依存係数と結合される開ループ制御電圧が供給される。この開ループ制御電圧によって圧力制御弁が制御される。通流開口部の断面積は、この制御によって圧力制御弁の開いた状態で開ループ制御電圧に依存している。この開ループ制御電圧は圧力制御弁を通って流れる燃料量に相応している。この開ループ制御電圧が温度依存性係数によって変更された場合には、それによって、制御された状態で変化した圧力制御弁の温度も補償される。
さらに別の有利な実施例によれば、この係数が蓄積チャンバ内の圧力を制御する圧力制御弁の温度特性に依存して求められる。その際特に有利には、圧力制御弁の温度特性がこの圧力制御弁のコイルの温度特性に依存して求められる。圧力制御弁の通流開口部は、電磁的に制御される。その際この通流開口部の断面積が大きければ大きいほど、圧力制御弁を制御する開ループ制御電圧は小さくなる。この開ループ制御電圧が大きい場合には、比較的高い電流が圧力制御弁のコイルを流れる。このことはコイルの加熱を引き起こす。このコイルの加熱もコイルの電気抵抗に変化を生ぜしめる。このこともコイルを流れる電流に変化を引き起こし、それと共に圧力制御弁の通流開口部の断面積に変化をもたらす。このコイルの温度特性が温度依存性の係数の枠内で考慮されるならば、通流開口部断面積の温度に依存した変化の補償が達成可能となる。特にコイルの加熱の影響は次のことによって回避される。すなわちその加熱が、開ループ制御電圧の検出の際にこれに作用する相応の係数によって考慮されることにより回避される。
特に有利には、温度依存性の係数が供給電圧によって除算される。これにより、供給電圧の変動が当該係数に作用しないことが達成される。
本発明の別の有利な実施例は従属請求項に記載される。特に本発明のさらなる特徴やその適用性及び利点は以下の明細書で本発明の実施例と共に図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、自動車の内燃機関に対する本発明による燃料供給システムの概略的なブロック回路図である。
図２ａは、図１の燃料供給システムの本発明による開ループ制御及び/又は閉ループ制御の第１実施例を概略的に示した図である。
図２ｂは、図１の燃料供給システムの本発明による開ループ制御及び/又は閉ループ制御の第２実施例を概略的に示した図である。
実施例
図１には燃料供給システム１が示されている。この燃料供給システムは、自動車の内燃機関への適用のために設けられるものである。
この燃料供給システム１は、蓄積チャンバ２を有しており、この蓄積チャンバ２内へはタンク３から、圧力制御弁５を備えた第１のポンプ４と過圧弁７を備えた第２のポンプ６を用いて燃料が供給される。蓄積チャンバ２は、燃料噴射弁８にも接続されており、この燃料噴射弁によって燃料が内燃機関の所属の燃焼室へ噴射可能である。これらの燃料噴射弁８は、有利には燃焼室に直接設けられている。それにより燃料は燃焼室内へ直接噴射される。
蓄積チャンバ２内の実際の圧力ｐ_istは、該チャンバに接続された圧力センサ９によって測定可能である。この圧力センサ９は出力電圧として、実際の圧力ｐ_istに相応する実際値Ｕ_pistを形成する。
さらに前記蓄積チャンバ２には圧力制御弁１０が接続されている。この制御弁の開いた状態で、燃料が通流開口部を介してタンク３に戻される。この圧力制御弁１０はコイルを有しており、そのプランジャが圧力制御弁１０の通流開口部内へ挿入されている。この通流開口部の断面積は、このプランジャの位置によって変化する。その際このプランジャの位置は、圧力制御弁１０に印加される開ループ制御電圧Ｕ_pに依存する。これはアナログ制御か又はクロック制御されてもよい。
圧力制御弁１０の開ループ制御電圧Ｕ_pは、制御装置１１によって形成される。この制御装置１１には入力信号として実際値Ｕ_pistが供給されている。さらにこの制御装置１１には多数の入力信号１２が供給されており、これらの信号は内燃機関のそのつどの動作状態を特徴付けるものである。
内燃機関の作動中は燃料が２つのポンプ４，６によって蓄積チャンバ２内に吐出され、それによって蓄積チャンバ２内では圧力ｐ_istが形成される。この圧力ｐ_istは、圧力センサ９によって測定され、制御装置１１に実際値Ｕ_pistとして転送される。制御装置１１は圧力制御弁１０を用いて蓄積チャンバ２内の圧力ｐ_istを制御する。このことは図２ａ、ｂに基づいて以下でさらに詳細に説明する。さらに制御装置１１は燃料噴射弁８を制御しており、それによって燃料が蓄積チャンバ２から内燃機関の燃焼室内へ噴射される。この燃料は点火プラグを用いて燃焼室内で点火され燃焼される。
図２ａには、蓄積チャンバ２内の実際の圧力ｐ_istの開ループ制御及び/又は閉ループ制御が表されている。この開ループ制御及び/又は閉ループ制御は、相応の手段によって制御装置１１内で実現される。
アクセルペダルの位置とそれに基づくドライバの意向を表す負荷信号γと、内燃機関の回転数を表す信号ｎ_Mとからは、特性マップ１３を介して蓄積媒体２内の圧力に対する目標値Ｕ_psollを表す出力信号が形成される。この目標値Ｕ_psollは実際値Ｕ_pistと比較され、その差分が制御器１４に供給される。この制御器１４は、そこから出力信号を形成し、この出力信号は目標値Ｕ_psollに加算され開ループ制御電圧Ｕ_pに結合される。この場合この出力信号は次のように制御器１４によって形成される。すなわち生じた開ループ制御電圧Ｕ_pが圧力制御弁１０を直接次のように制御するように形成される。すなわち蓄積チャンバ２内の圧力ｐ_istの実際値Ｕ_pistが直接、目標値Ｕ_psollに相応する圧力に相応するように制御される。
図２ａには圧力制御弁１０が、制御に用いられる出力段１５とコイルを表す抵抗１６によって表されている。開ループ制御電圧Ｕ_pはこの出力段１５に印加され、それによってこの開ループ制御電圧Ｕ_pに相応する電流が抵抗１６を流れる。この開ループ制御電圧Ｕ_pの変化は、前述した電流の変化に作用し、このことはプランジャがコイル内でこの電流変化に相応する距離だけシフトすることに結び付く。このことは、圧力制御弁１０の通流開口部の断面がさらに開かれたり遮蔽されることに結び付く。このようにして多かれ少なかれ燃料が蓄積チャンバ２からタンク３に流出し、このことは同時に蓄積チャンバ２内の実際の圧力ｐ_istの低減又は上昇にも関与する。
抵抗１６を介して流れる電流によってコイル自体も加熱する。その際この加熱の程度は、つまりコイルの温度とそれに伴う圧力制御弁１０の温度は、この電流に依存し、開ループ制御電圧Ｕ_Pとその変化にも依存している。制御器１４からの開ループ制御電圧Ｕ_p又は特性マップ１３による開ループ制御電圧Ｕ_pが変化した場合には、コイルの温度と共に抵抗１６も変化する。しかしながらこの抵抗１６の変化は、同時に次のことにも結び付く。すなわち抵抗１６を流れる電流とコイルを流れる電流の変化にも結び付く。このこと自体は、蓄積チャンバ２内の圧力ｐ_istの変化も引き起こす。
しかしながら図２ａに示されているそして説明される目標−実際値比較によって、前述した蓄積チャンバ２内の圧力ｐ_istの変化が制御される。抵抗１６の温度の変化に依存せずに制御器１４によって蓄積チャンバ２内の圧力ｐ_istが目標値Ｕ_psollによって設定される圧力に閉ループ制御される。
図には示されていない形式で制御装置１１によって、圧力制御弁１０を制御する開ループ制御電圧Ｕ_pが、圧力センサ９によって形成された実際値Ｕ_pistと比較される。この比較は内燃機関の始動の際に及び/又は散発的に及び/又は周期的に実施され得る。前述した信号が比較的長い期間に亘って実質的に相互にずれている場合には、制御装置１１はそこから圧力センサ９の欠陥を推論する。前述した比較に対して選択的又は付加的にさらに妥当性チェックの別の手段を講じることも考えられる。これによれば制御装置１１は圧力センサ９の補正機能を検査し識別することが可能となる。
制御装置１１から圧力センサ９の欠陥が識別された場合には、図２ａに示されている蓄積チャンバ２内の圧力の閉ループ制御、特に制御器１４が遮断される。この制御器１４は、それによって出力信号をもはや生成しない。このことは、開ループ制御電圧Ｕ_pが目標値に相応していること、つまり開ループ制御電圧が実際値Ｕ_pistに影響されずに出力段１５に印加されることに結び付く。
蓄積チャンバ２内の圧力の前記閉ループ制御は、開ループ制御によって切換えられる。このことは当該閉ループ制御の遮断の後で、蓄積チャンバ２内の圧力の開ループ制御が投入されることを意味し、これによって閉ループ制御が置換される。この開ループ制御による切換も制御装置１１によって実施される。
蓄積チャンバ２内の圧力の開ループ制御に対しては、監視モジュール１７が設けられている。この監視モジュール１７には、内燃機関及び/又は自動車の作動状態を特徴付ける多数の入力信号が供給される。例えばこれらは、負荷信号γ、内燃機関の回転数ｎ_M、自動車の速度、冷却水の温度、吸入空気などの温度である。これらの入力信号から監視モジュールは出力信号を形成し、この出力信号は結合回路１８を介して係数ｋとして圧力制御弁１０に作用する。
監視モジュール１７を用いて温度補償は実施される。このことは、圧力センサ９に欠陥が生じ制御器１４が遮断された際に、圧力制御弁１０の温度変化がこの監視モジュール１７によって補償されることを意味する。すなわちこの監視モジュール１７による相応の係数ｋの生成によって、圧力制御弁１０の温度変化が補償される。
この目的のために圧力制御弁１０の温度変化が監視モジュール１７の入力信号を用いてシミュレートされる。数学的な関係は以下に示すとおりである。：
図２ａに示されているように、圧力制御弁１０に供給電圧Ｕ_pが印加されると以下のことが成り立つ。すなわち圧力制御弁１０は、
ｐ_ist／bar＝ｃ×ｉ/Ampere
との関連で１つの特性曲線を有する。コイル電流ｉに対しては以下の関係が成り立つ。
ｉ/Ampere＝Ｕ_p×Ｕ₀/Volt×ｋ×１/R/0hm
制御電圧Ｕ_pは、この場合以下のように通常の制御量を示す。
Ｕ_p＝Ｕ_p′/Ｕ_pmax（０≦Ｕ_p≦１）
抵抗Ｒに対しては以下の関係が成り立つ。
Ｒ＝Ｒ₀×（１＋α×ΔＴ）
これにより総体的に以下の関係式が成り立つ。
ｐ_ist／bar＝ｃ×Ｕ_p×Ｕ₀/Volt×ｋ×１/（Ｒ₀×（１＋α×ΔＴ））/0hm （式１）
前記値ｃは、圧力制御弁１０の特性曲線から既知である。前記Ｕ_pは、特性マップ１３によって生成され、相応に遮断された制御器１４に基づいてＵ_Psollに等しい。前記Ｕ₀は、自動車の供給電圧である。前記Ｒ₀は抵抗１６の基準値であり、所定の温度のもとで有している。前記αは定数であり、これによって抵抗Ｒが基準値Ｒ₀から出発して圧力制御弁１０の温度変化ΔＴのもとで変化する。
圧力制御弁１０の温度変化ΔＴは、監視モジュール１７によって熱勘定計算を用いて監視モジュール１７の入力信号から算出される。その際には油圧による熱損失が関与する。これは圧力制御弁１０内に生じこれは燃料の加熱に結び付く。この場合例えば内燃機関のホットスタートの際に熱が放散されることもあり得る。さらに圧力制御弁１０の電気的な熱損失と周辺環境との熱交換も関与する。これらの全ての熱の関与が入力信号から算出可能で、それによって総体的なΔＴが求められる。
監視モジュール１７は、係数ｋを次のように形成する。すなわち前記式１の温度依存性が、つまり項（１＋α×ΔＴ）が補償されるように形成される。この場合は、ｋ＝（１＋α×ΔＴ）におかれる。このことは式１から以下の関係式が成り立つことに結び付く。
ｐ_ist/bar＝ｃ×Ｕ_p×Ｕ₀/Volt×１/Ｒ₀/0hm（式２）それにより蓄積チャンバ２内の圧力ｐ_istは、開ループ制御電圧Ｕ_Pに線形的に依存する。圧力制御弁１０の温度依存性はこれによって補償される。
図２ａでは係数ｋが次のことによって補償に結び付けられている。すなわち供給電圧Ｕ₀と結合させることによって結び付けられている。つまり供給電圧Ｕ₀は係数ｋだけ変更される。すなわち図２ａでは蓄積チャンバ２内の圧力の開ループ制御が供給電圧Ｕ₀の温度依存性の補償によって達成されている。
図２ｂでは蓄積チャンバ２内の実際の圧力ｐ_istの開ループ制御及び/又は閉ループ制御が表されている。この開ループ制御及び/又は閉ループ制御は、制御装置１１内の相応の手段によって実現されている。
図２ｂの開ループ制御及び/又は閉ループ制御は、係数ｋの入力結合の点でのみ図２ａの開ループ制御及び/又は閉ループ制御と異なっている。この理由から同じ構成部材又は同じ機能部分には同じ符号が付されている。故にこの図２ｂでは説明の重複を避けるために図２ａとの相違点に絞って説明を加える。
図２ｂでは係数ｋが、開ループ制御電圧Ｕ_Pに結合されることによって補償に結び付けられている。従って開ループ制御電圧Ｕ_Pは係数ｋだけ変更される。すなわちこの図２ｂでは蓄積チャンバ２内の圧力の開ループ制御が、開ループ制御電圧Ｕ_Pの温度依存性の補償によって達成されている。
さらに図２ａと図２ｂでは係数ｋを係数ｋ′に置き換えることも可能である。それに対して以下の式が成り立つ。
ｋ′＝ｋ/Ｕ₀/Volt
このことは次のことによって達成可能である。すなわち図２ａと図２ｂの結合回路１８において係数ｋが供給電圧Ｕ₀によって除算されることによって達成可能である。図２ｂではこの目的のために供給電圧Ｕ₀が結合回路１８に供給される必要がある。
前記式２からは以下の式が得られる。
ｐ_ist/bar＝ｃ×Ｕ_P×１/Ｒ₀/0hm
これにより供給電圧Ｕ₀の変動の影響を補償することが可能になる。
開ループ制御電圧Ｕ_Pがアナログ電圧であるならば、係数ｋないしｋ′は、作用に直接関与し得る。開ループ制御電圧Ｕ_Pがクロック制御された電圧であるならば、最終的にアナログ開ループ制御電圧Ｕ_Pに相応する電圧平均値がそこから得られる。この場合係数ｋないしｋ′は、クロック比の相応の変更によって作用に関与し得る。

Claims (6)

1. 燃料が蓄積チャンバ（２）に供給され、該蓄積チャンバ（２）内で圧力（Ｐ_ist）が形成され、前記蓄積チャンバ（２）内の圧力（Ｐ_ist）の実際値（Ｕ_pist）が圧力センサ（９）によって測定され、前記蓄積チャンバ（２）内の圧力が目標値（Ｕ_psoll）に閉ループ制御される、自動車の内燃機関のための燃料供給システム（１）の作動のための方法において、
   前記圧力センサ（９）の欠陥が識別され、欠陥識別後に蓄積チャンバ（２）内の圧力の閉ループ制御が、監視モジュール（１７）機能を備えた開ループ制御に入れ替わり、
   前記蓄積チャンバ（２）内の圧力が開ループ制御電圧（Ｕ _p ）を用いて開ループ制御され、
   前記蓄積チャンバ（２）内の圧力は圧力制御弁（１０）によって制御され、
   前記開ループ制御電圧（Ｕ _p ）は温度依存係数（ｋ）と結合され、
   前記係数（ｋ）は、前記圧力制御弁（１０）の温度特性に依存して求めるようにしたことを特徴とする、自動車の内燃機関の作動のための方法。
2. 前記圧力制御弁（１０）の温度特性を、当該圧力制御弁（１０）のコイルの温度特性に依存させて求める、請求項１記載の自動車の内燃機関の作動のための方法。
3. 前記蓄積チャンバ（２）内の圧力の開ループ制御に対して、温度依存係数（ｋ）と結合される供給電圧（Ｕ₀）が供給される、請求項１または２記載の自動車の内燃機関の作動のための方法。
4. 前記温度依存係数（ｋ）を供給電圧（Ｕ₀）によって除算する、請求項３記載の自動車の内燃機関の作動のための方法。
5. 前記温度依存係数（ｋ）を、内燃機関の回転数及び/又は自動車の速度、及び/又は冷却水の温度、及び/又は吸入空気の温度に依存して形成する、請求項１〜４いずれか１項記載の自動車の内燃機関の作動のための方法。
6. 蓄積チャンバ（２）内への燃料の供給と該蓄積チャンバ（２）内での圧力（ｐ_ist）の形成のためのポンプ（４，６）と、
   前記蓄積チャンバ（２）内の圧力（ｐ_ist）の実際値（Ｕ_pist）測定のための圧力センサ（９）と、
   前記蓄積チャンバ（２）内の圧力（ｐ_ist）の制御のための圧力制御弁（１０）と、
   前記蓄積チャンバ（２）内の圧力を目標値（Ｕ_psoll）に閉ループ制御するための制御装置（１１）とを有している、自動車の内燃機関のための燃料供給システム（１）において、
   圧力センサ（９）の欠陥を識別し、欠陥識別後に蓄積チャンバ（２）内の圧力の閉ループ制御を、監視モジュール（１７）機能を備えた開ループ制御に入れ替える手段が前記制御装置（１１）に設けられており、この場合前記開ループ制御によって、前記圧力制御弁（１０）の温度特性に依存して係数（ｋ）が求められ、該温度依存性の係数（ｋ）に開ループ制御電圧（Ｕ _p ）が結合され、
   前記開ループ制御電圧（Ｕ _p ）が蓄積チャンバ（２）内の圧力を開ループ制御し、その際に前記蓄積チャンバ（２）内の圧力が圧力制御弁（１０）によって制御されるように構成されていることを特徴とする、自動車の内燃機関のための燃料供給システム。

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