JP4175972B2 - 内燃機関共通管路噴射システムの噴射圧力を制御する方法 - Google Patents

内燃機関共通管路噴射システムの噴射圧力を制御する方法 Download PDF

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Description

本発明は内燃機関共通管路噴射システムの噴射圧力を制御する方法に関する。
本発明は、自動車への応用だけに役立つものではないが、とくに自動車への応用につき例をあげて以下に述べる。
本発明は、実際にはいわゆる「無負荷」状態、すなわちポンプ、溶接機、発電機などの内燃機関を制御するため自動車以外への適用や、機械的な出力の発生を必要とする産業にも適用できる。
知られているように、現在、車両に設けられている共通管路噴射システムは、電子制御ユニットの制御下で、共通管路から高圧燃料を引き、個々のシリンダに高圧燃料を噴射するための多数の噴射器を備えている。
共通管路には、高圧の機械的ポンプ(通常は、ピストンポンプ)により燃料が供給され、ついで、低圧ポンプにより車両の燃料タンクから燃料が供給される。共通管路内の燃料圧力は圧力調整器によって制御され、共通管路から要求値を超えて引かれた過度の燃料を排出し、要求される出力に依存して共通管路を噴射中に一定の圧力に維持する。
圧力調整器は、通常、ソレノイドバルブ(すなわち、電磁石によって制御されるバルブ)を備えており、閉鎖時には、高圧ポンプによって引かれた燃料のすべてを共通管路に供給させ、部分的開放または全開時には、共通管路に沿って排出導管に沿ってタンク内に排出する。
より詳しくは、ソレノイドバルブはシャッターを備えている。該シャッターは電磁石が通電されると開放される。さらに詳しくは、電磁石は制御信号により電子制御ユニットによって駆動し、制御信号のデューティーサイクルが、電磁石が通電される量、ひいてはシャッターが開放する量を決定する。
現在、車両に設けられる共通管路噴射システムにおいて、高圧ポンプは連続吐出ポンプであり、エンジンとは同期されていない。すなわち、共通管路に燃料を実質的に連続的に供給するために、たとえばカムによって動作するポンプである。一方、噴射器はエンジンのシリンダサイクルにおける一定のストロークで動作し、高圧ポンプはエンジンのサイクル期間中全体として噴射器による最大燃料引き出し量を保証するために設計されなければならない。
本発明の出願人と同一の出願人によって、2000年12月29日付で出願されたイタリア特許出願の優先権を主張して2001年12月27日に欧州特許出願がなされ、2002年7月3日に公開された特許文献1は、特別の共通管路噴射システムの構造を提案している。該システムは、旧式のディーゼルエンジンに設けられ、噴射器は高圧ポンプによって直接供給されるもので、その吐出はエンジンと同期がとられて不連続であるが、周期的には一定である(すなわち、同期して動作するポンプであり、噴射器と同期するポンプ動作である)。
より詳しくは、特許文献1には、1または2以上のポンプ要素を備えた高圧ポンプが記載されている。前記1または2以上のポンプ要素は、それぞれ、シリンダとピストンとを有している。このポンプ要素は、共通管路内の燃料圧力の変動を適切に制御するために、個々の噴射器と同期してポンプ動作すべく対応するカムによって動作する。カムはエンジンよって回転する。より詳しくは、カムは、シリンダ吸排気弁を動作する軸または駆動軸自体など、他の機能を実行するエンジンの軸によって特徴づけられたポンプ駆動軸によって支持されている。
1つのポンプ要素をもつ高圧ポンプの場合、ピストンは、シリンダ内でのピストンの軸方向の運動量を大きくし、各エンジンサイクルにおける共通管路への燃料の吐出量を多くするように形成されたカムによって制御される。
いくつかの適用において、高圧ポンプピストンは、非対称のカム(すなわち、シリンダ内でピストンの異なる軸方向の運動を発生すべく形成されたカム)によって制御される。
図1は非対称のカムプロファイルの関数としての各エンジンサイクルにおける高圧ポンプピストンの運動の一例を示している。より詳しくは、図1は1つのポンプ要素をもつ高圧ポンプによる2−シリンダ機関への燃料供給に関し、2つの燃料噴射−シリンダ毎に1つの燃料噴射−が各エンジンサイクルでなされる。
シリンダ毎のさらなる噴射が管路内の燃料から直接引くことによってなされ得ることは指摘されるべきである。
エンジンサイクルのあいだに見られるように、カムは第1および第2の軸方向の運動を発生し、共通管路に第1および第2の燃料吐出を発生し、その結果、管路内の燃料は、それぞれ第1および第2シリンダ内に排出される。
欧州特許出願公開第1219827号明細書
図1において示されるとおり、前述したタイプの共通管路噴射システムの欠点は、第2吐出のあいだの共通管路内の燃料圧力にあり、第2の吐出は、同期の瞬間で、飛散による要求圧力値PRに関して異なる(典型的には高い)値に達する。
第2吐出の開始時における高圧ポンプ内の燃料の量は、実際は、第1吐出の開始時より少なく、ピストンがシリンダに沿って進むにつれて、シリンダ内の容積の減少の幾何学的な効果が、第1吐出の開始時よりも小さい圧力が付与されるエラスチックな燃料の体積のために、第2吐出時の圧力が増大する。
第1吐出のあとの吐出のあいだ共通管路内の燃料圧力の差は、燃費と発熱との両方において否定的な効果をもつ。
叙上の欠点を解消するように構成された内燃機関共通管路噴射システムの燃料噴射圧力を制御する方法を提供することが本発明の目的である。本発明によれば、添付の特許請求の範囲の請求項1に記載されているとおりの、内燃機関共通管路噴射システムの燃料噴射圧力を制御する方法が提供される。
複数回の燃料吐出における共通管路内の圧力差をなくし、エンジンの安定性を改善し、燃費および排気などを低減することができる。
添付の図面を参照して本発明の実施例を以下に詳細に述べる。
図1は共通管路噴射システム高圧ポンプのピストン運動を概略示すグラフ、図2は本発明の一実施の形態にかかわる内燃機関共通管路噴射システムの燃料噴射圧力を制御するシステムを示す概略説明図、図3は図2の内燃機関共通管路噴射システムの燃料噴射圧力を制御するための電子制御ユニットによってなされる動作を表すブロックダイアグラムである。
図2における参照符号1は、全体として、内燃機関共通管路噴射システム2の燃料噴射圧力を制御するためのシステムを示す。
以下の説明は、単純化のために2−シリンダ機関に言及するが、ここで述べたことは互いに同期がとられた多数のシリンダをもつエンジンにも適用される。
噴射システム2は、共通管路5から電子制御ユニット4の制御のもとで高圧燃料を引き、個々のシリンダに該高圧燃料を噴射するための第1および第2噴射器を備えている。
また、噴射システム2は機械的な高圧ポンプ6を備えている。低圧ポンプ(図示されていない)によってタンクから当該高圧ポンプ6に低圧燃料が供給される。高圧ポンプ6は高圧燃料を吐出導管7に沿って共通管路5に供給する。該吐出導管7には一方向バルブ(ないしは逆止弁)8が設けられている。一方向バルブ8は、ポンプ6と一体的である必要はない。
また、噴射システム2は、共通管路5に接続された圧力調整器を備えており、共通管路から要求値を超えて引かれた過剰燃料を排出して、要求された出力に依存して、噴射中、共通管路を一定の圧力に維持する。
圧力調整器9は、ソレノイドバルブ(すなわち、電磁石によって制御されるバルブ)10を備えており、バルブ10が閉鎖されたとき、高圧ポンプ6によって引かれたすべての燃料を共通管路5に供給することを許容し、バルブ10が部分的または完全に開放されたとき、共通寒露5から過剰な燃料を排出する。
より詳しくは、ソレノイドバルブ10はシャッター11を備えている。シャッター11は電磁石への通電が絶たれると、ばね12によって閉鎖が維持され、電磁石が通電されると、ばねの負荷前の力と電子制御ユニット4により発生した制御信号SCOMによって発生した対照となる力とのあいだの差異と等しい力によって開放が維持される。より詳しくは、電磁石は出力制御信号SCOMによる電子制御ユニット4によって駆動され、デューティーサイクルDCが電磁石が通電される度合いを決定し、その結果シャッター11の負荷前(プレロード)を決定する。
高圧ポンプ6は動機的に動作される不連続ポンプ(すなわち、各噴射器3と同期をとったポンプ)であり、各噴射器による噴射中に燃料を吐出し、共通管路5内の燃料圧力変動を最小にし、噴射の結果としての圧力喪失(collapsing)を防ぐ。
示された例において、高圧ポンプ6は1つのポンプ要素を有している。すなわち、高圧ポンプ6は、シリンダ13と、シリンダ13の内部を軸方向に摺動するように設けられたピストン14とを備え、各エンジンサイクルにおいて共通管路5に多量の吐出を発生する。
ピストン14は非対象カム(図示されていない)によって動作される。該非対称カムはエンジンによって回転し、シリンダ13内でのピストン14の軸方向の大きな運動量を発生し、各エンジンサイクルでの共通管路5において第1燃料吐出と、少なくとも第2燃料吐出を発生するように形成されている。
図2および3を参照すると、電子制御ユニットは適切なセンサ(図示されていない)によってエンジンにおいて測定された機関パラメータと、噴射システム2の動作パラメータとに基いて動作し、制御信号SCOMを供給し、デューティーサイクルDCが圧力調整器9の等価プレロードを決定し、共通管路5内の圧力を決定する。
より詳しくは、各エンジンサイクルに対して後述するとおり、電子制御ユニット4が、制御信号SCOMのデューティーサイクルDCを高圧ポンプ6によって各燃料吐出と同期させ、つぎのパラメータの関数として決定する。すなわち、エンジン回転速度N、エンジン負荷L、エンジンに要求される出力に依存する各吐出の間の共通管路5における実圧力PE、および第1および第2燃料吐出の間の共通管路5内の燃料圧力差DPである。
示された例において、圧力差DPは、第2吐出のあいだの共通管路5における最終燃料圧力値と、第1吐出のあいだの共通管路5における最終燃料圧力値との差によって定義される。
図3に示されるように、本発明の明解な理解のために必要とされる部分のみ示されている、電子制御ユニット4は、補正ブロック15を備えている。補正ブロック15は、エンジンスピードNおよびエンジン負荷Lによって定義された、いわゆるエンジンポイントを受け、全補正係数CCRを供給する。
電子制御ユニット4は、また、制御ブロック16を備えている。制御ブロック16は、共通管路5の要求圧力値PRおよび実圧力値PE、ならびに全補正係数CCRを受け、圧力調整器9を制御するための制御信号SCOMを供給する。
さらに詳細にいえば、制御ブロック16によって供給された制御信号SCOMは、デューティサイクルDCを有する。高圧ポンプ6による第1の吐出のあいだ、デューティサイクルDCは、共通管路5の要求圧力値PRおよび実圧力値PEの差分の関数として計算されて、実圧力値PEを要求圧力値PRと同じ値にする。高圧ポンプ6による第2の吐出のあいだ、デューティサイクルDCは、補正ブロック15によって供給される全補正係数CCRの関数として計算され、そのため、共通管路5の第2の吐出のあいだに発生した実圧力値PEを要求圧力値PRの値に調整し、そのため、第1の吐出と第2の吐出とのあいだの圧力差分DPを除去する。
図3に示されるように、補正ブロック15は、実質的に、静的(スタティック)補正ブロック17と、適応補正ブロック18とからなる。静的補正ブロック17は、エンジンスピードNおよびエンジン負荷Lを受け、静的補正係数CCLを供給する。適応補正ブロック18は、エンジンスピードNおよびエンジン負荷L、ならびに後段で詳述される適応更新係数CAGを受け、適応補正係数CADを供給する。
補正ブロック15は、また、加算ブロック19を備えており、該加算ブロック19は、適応補正係数CADおよび静的補正係数CCLを受け、全補正係数CCR、すなわち、CCR=CAD+CCLを供給する。
さらに詳細にいえば、静的補正ブロック17は、エンジンスピードNおよび負荷Lの値のそれぞれの対によって定義された各エンジンポイントごとの静的補正係数CCLを含む電子静的補正マップを記憶する。
さらに詳細にいえば、電子静的補正マップは、2次元マトリックスによって定義されており、当該2次元マトリックスの各ボックスは、エンジンスピードNおよび負荷Lの値のそれぞれの対によって識別可能であり、噴射系の初期較正段階における実験的に決定されたそれぞれの静的補正係数CCLの値を含む。
本実施例では、静的補正係数CCLの値は、第2の吐出のあいだの制御信号SCOMのデューティサイクルDCに対して、第1の吐出と第2の吐出とのあいだの圧力差分DPを除去させる公称補正を、パーセントの値として示す。
一方、適応補正ブロック18は、エンジンスピードNおよび負荷Lの値のそれぞれの対によって定義された各エンジンポイントごとの適応補正係数CADを含む電子適応補正マップを記憶する。
さらに詳細にいえば、電子適応補正マップは、2次元マトリックスによって定義されており、当該2次元マトリックスの各ボックスは、入力パラメータ(エンジンスピードNおよび負荷L)のそれぞれの対によって識別可能であり、それぞれの適応補正係数CADの値を含む。
本実施例では、適応補正係数CADの値は、制御信号SCOMのデューティサイクルDCに対して、公称状態からの噴射系およびエンジンの偏差、結果として、たとえば噴射系およびエンジン構成部品の経年劣化または他の要因を考慮に入れさせる補正を示す。
図3に示されるように、電子制御ユニット4は、また、更新ブロック20を備えており、圧力差分DPを受け、適応更新係数CAGを供給する。適応更新係数CAGは、方程式
AG=(DP/KP)*KR
によって決定される。ここで、KPは、制御信号SCOMのデューティサイクルDCの変化と並行する共通管路5の燃料圧力の変化を示す圧力ゲインである。たとえば、圧力ゲインKPは、デューティサイクルDCの所定の変化、たとえば、制御信号SCOMのデューティサイクルDCの1%と並行する共通管路5の燃料圧力の変化を示してもよい。
Rは、所定の値の数値緩和項(numerical relaxation term)である。本実施例では、緩和項KRは、所定のエンジンサイクル数で電子制御ユニット4が制御信号SCOMの補正を完全に行ない、一方、それとともに圧力差分DPの決定またはゲインKPの値を規定する際の誤りの場合には補正動作を確実にするように規定されている。緩和項KRの値は、好ましくは、0.1と10-4とのあいだの範囲であるが、必須ではない。
適応更新係数CAGは、電子適応補正マップを更新して公称状態からの噴射系およびエンジンの偏差を考慮するための適応補正ブロック18によって用いられる。
本実施例では、電子適応補正マップに記憶された適応補正係数CADは、電子制御ユニット4によって、更新された適応更新係数CAGの値およびエンジンポイント、すなわちエンジンスピードNならびに負荷Lの関数として、毎回更新される。
さらに詳細にいえば、電子適応補正マップに記憶された適応補正係数CADは、好ましくは、エンジンが安定して作動しているとき、すなわち、たとえば、エンジンスピードNが所定時間のあいだ所定の範囲に残り、エンジンの温度が所定のしきい値より上であるときに更新されるが、このことは必須ではない。
本発明の目的のために、2次元マトリックスの適応補正係数CADは、更新された適応更新係数CAGの関数として、線形内挿演算を用いて絶えず更新される。たとえば、適応補正係数CADは、2次元マトリックスのボックスの数を超えて、エンジンポイント、すなわち負荷LおよびスピードNの関数として、毎回更新されてもよい。本実施例では、各々の前記ボックスに割り当てられた新しい値は、適応更新係数CAGを線形的に重み付けをすることによって、ボックスのエンジンポイントに関する現在のエンジンポイント(L,N)の近似の関数として決定される。
ここで、高圧ポンプ6が同じエンジンサイクルで、かつ第1および第2シリンダそれぞれへの燃料噴射と同期をとって第1および第2の燃料吐出を共通管路5に効果的に行なうと仮定した場合の電子制御ユニット4の動作を説明する。
第1の吐出と同期をとって、要求圧力値PRおよび実圧力値PEの関数として、電子制御ユニット4の制御ブロック16は、圧縮調整器9に供給されて共通管路5内の圧力を要求圧力値PRと同じ圧力にする、制御信号SCOMのデューティサイクルDC1を決定する。
第1の吐出が終了すると、高圧ポンプ9が第2シリンダへの噴射と同期をとって第2の吐出を効果的に行なう。制御ブロック16は、圧力調整器9に対して、制御信号SCOMのデューティサイクルDC1を全補正係数CCRとして補正する。
本実施例では、第2の吐出のあいだ、エンジンポイント(N、L)の関数として、静的補正ブロック17および適応補正ブロック18は、それぞれ、静的補正係数CCLおよび適応補正係数CADを提供する。静的補正係数CCLおよび適応補正係数CADは、加算ブロック19で加算される。加算ブロック19は、全補正係数CCRを補正ブロック16に順に供給する。
エンジンが安定して作動しているとき、電子制御ユニット4は、適応補正ブロック18に記憶された電子適応補正マップを更新すること、および適応補正係数CADを収納することを提供する。
この工程では、更新ブロック20は、最新のエンジンサイクルで行なわれた第1および第2の吐出のあいだの圧力差分DPを得て、圧力差分DPを処理して適応更新係数CAGを決定し、適応補正ブロック18へ供給する。適応補正ブロック18は、エンジンポイント(N、L)の関数として、電子適応補正マップの2次元マトリックスのボックスを更新する。
以上の記載から明らかなように、前記方法は、また、高圧ポンプ6が各エンジンサイクルごとに3回以上の燃料吐出を共通管路5に行なう場合にも適用される。
その場合、第1の吐出ののちに行なう各吐出のあいだ、制御ブロック16は、問題となる吐出に関連する補正ブロック15によって計算された全補正係数CCRによって、第1の吐出のために計算された制御信号SCOMのデューティサイクルDC1を補正する。
本発明の圧力制御方法は、各エンジンサイクルで多数の燃料噴射を同じシリンダへ実行する噴射系にも、各エンジンサイクルで多数のシリンダのそれぞれへの噴射を連続的に実行する噴射系にも両方適用され得ることは自明である。
ここで記載された制御方法は、各エンジンサイクルで高圧ポンプによって行なわれる各吐出のあいだ共通管路内の同じ燃料圧力を確実に行なうことができ、それにより、エンジンの安定性を改善し、エンジンの燃料消費および排気を低減することができるという利点を有する。
また、適応補正マップの適応補正係数CADを絶え間なく更新することによって、本発明の制御方法は、きわめて「積極的」な圧力制御を提供する、すなわち、たとえば噴射系および/またはエンジン構成部品の経年劣化によって引き起こされる、特徴的な噴射系およびエンジンパラメータの変化と独立するという大きな利点を有する。
なお、本明細書および図面に記載された制御方法を、本発明の範囲から逸脱することなく変更してもよいことは明らかなことである。
共通管路噴射システム高圧ポンプのピストン運動を概略示すグラフである。 本発明の一実施の形態にかかわる内燃機関共通管路噴射システムの燃料噴射圧力を制御するシステムを示す概略説明図である。 図2の内燃機関共通管路噴射システムの燃料噴射圧力を制御するための電子制御ユニットによってなされる動作を表すブロックダイアグラムである。
符号の説明
1 制御システム
2 噴射システム
3 噴射器
4 電子制御ユニット
5 共通管路
6 高圧ポンプ
7 吐出導管
8 一方向バルブ
9 圧力調整器

Claims (7)

  1. 内燃機関の共通管路噴射システム(2)の噴射圧力を制御するための制御方法であって、
    前記噴射システム(2)が、
    圧力下で共通管路(5)に燃料を供給し、各エンジンサイクルで前記内燃機関への個々の燃料噴射と同期して第1吐出と少なくとも第2吐出とを実行するための吐出手段(6)と、
    共通管路(5)から要求値を超えて引かれた過剰燃料を排出するために共通管路(5)に接続され、前記共通管路(5)内の燃料圧力を調整するための調整装置(9)と、
    前記共通管路(5)内の燃料圧力を調整するために前記調整装置(9)に制御信号(SCOM)を供給する制御手段(4)
    とを備え、
    前記制御方法が、
    要求圧力値(PR)と前記共通管路(5)における実圧力値(PE)との関数として前記制御信号(SCOM)の特徴的なパラメータ(DC)の第1の値(DC1)を決定する工程と、
    前記特徴的なパラメータ(DC)の第1の値(DC1)の関数として、および全補正係数(CCR)の関数として前記制御信号(SCOM)の特徴的なパラメータ(DC)の第2の値(DC2)を決定する工程と、
    前記調整装置(9)に供給された制御信号(SCOM)の特徴的なパラメータ(DC)を前記第1燃料吐出のあいだ第1の値(DC1)と仮定する工程と、
    前記調整装置(9)に供給された制御信号(SCOM)の特徴的なパラメータ(DC)を前記第2燃料吐出のあいだ第2の値(DC2)と仮定する工程
    とを含むことによって特徴づけられる制御方法。
  2. 前記制御信号(SCOM)の前記特徴的なパラメータが、デューティサイクル(DC)である請求項1記載の制御方法。
  3. それぞれのエンジン作動ポイントにそれぞれ関連する多数の静的補正係数(CCL)を含む静的補正マップを生成する工程と、
    それぞれのエンジン作動ポイントにそれぞれ関連する多数の適応補正係数(CAD)を含む適応補正マップを生成する工程と、
    前記マップに記憶された静的補正係数(CCL)および適応補正係数(CAD)の関数として、現在のエンジン作動ポイントのための全補正係数(CCR)を決定して、同じエンジン作動ポイントに関連づける工程
    とを含む請求項1または2記載の制御方法。
  4. 前記全補正係数(CCR)を決定する工程が、静的補正係数(CCLと適応補正係数(CAD)とを加算する工程を含む請求項3記載の制御方法。
  5. 前記適応補正マップを、前記第2燃料吐出ののちの共通管路(5)の燃料圧力と前記第1燃料吐出ののちの共通管路(5)の燃料圧力との差分(DP)の関数として、更新する工程を含む請求項3または4記載の制御方法。
  6. 前記適応補正マップを更新する工程が、
    現在のエンジン作動ポイントに関連する適応更新係数(CAG)を、前記圧力の差分(DP)の関数として生成する工程と、
    同じエンジン作動ポイントに関連する前記適応補正マップの適応補正係数(CAD)を、前記適応更新係数(CAG)の関数として更新する工程
    とを含む請求項5記載の制御方法。
  7. 前記吐出手段(6)が、各エンジンサイクルにおいて、エンジンへの燃料噴射と同期して、前記共通管路(5)へのさらなる燃料吐出を効果的に行ない、かつ
    各々の前記さらなる吐出のために、エンジン作動ポイントの関数として、先行する吐出のために計算された制御信号(SCOM)の特徴的なパラメータ(DC)の数値(DC1)のそれぞれの全補正係数(CCR)を決定する工程と、
    各々のさらなる吐出のために、それぞれの全補正係数(CCR)の関数として、先行する吐出のために計算された制御信号(SCOM)の特徴的なパラメータ(DC)の数値(DC1)を修正し、各燃料吐出ごとに、制御信号(SCOM)の特徴的なパラメータ(DC)の多数の第2の値(DC2)を生成する工程と、
    前記吐出手段(6)による各々の前記さらなる吐出のあいだ、前記調整装置(9)に、特徴的なパラメータ(DC)が相対的な前記第2の値(DC2)を仮定する制御信号(SCOM)を供給する工程
    とを含む請求項1、2、3、4、5または6記載の制御方法。
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