JP4267082B2

JP4267082B2 - 油圧作動式電子制御噴射燃料システムによるエンジンへの噴射燃料量制御の電子制御システムおよび方法

Info

Publication number: JP4267082B2
Application number: JP53394699A
Authority: JP
Inventors: トラヴィスイーバーンズ; マイケルエスルキチ; ブライアンジーマックギー; ジョンピーティーモンズ
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 1997-12-19
Filing date: 1998-12-14
Publication date: 2009-05-27
Anticipated expiration: 2018-12-14
Also published as: EP0981687B1; EP0981687A1; US6082331A; WO1999032777A1; JP2001512552A; DE69817806D1; DE69817806T2

Description

本発明の技術分野
本発明は、一般的に油圧作動式電子制御燃料噴射器に関する。より詳細には、エンジンに噴射される燃料量を安定してて制御するように、燃料噴射信号の電流波形を求めるための方法と電子制御システムに関する。
本発明の背景
電子制御式燃料噴射器は、一般的に電子コントローラから受信した燃料噴射信号の関数として特定のエンジンシリンダに燃料を噴射するが、これは本分野において公知である。油圧作動式電子制御ユニット噴射器（以下HEUI噴射器とする）を用いた油圧作動式電子制御ユニット噴射燃料システムの１例が、1993年３月９日にグラッシーに付与された米国特許第5,191,867号に記載されている。
例えば、粒子および窒素酸化物のエミッションの制限を含むエンジン排気エミッションに関するエミッションの規制が、世界中にわたり、ますます制限されてきている。内燃エンジンの動力とエミッション出力を正確に制御するために、エンジンシリンダに噴射される燃料のタイミングと量を適切に制御することが必要である。これは、最適なエンジン作動とエミッション制御を達成するために、異なったタイプの燃料噴射量波形を利用することを必要とする。さらに、燃焼室に給送される燃料の全量に対して、サブ事象を含む噴射事象に給送される燃料噴射量を適応させ、給送される燃料量を分配し、燃料噴射事象のこのような態様のタイミングを計る段階が、エミッションの規制に適応する１方法である。このように、異なるエンジン作動状況で、燃料噴射事象の特定の態様を別個に制御することが必要となる。
過去において、油圧作動燃料噴射システムは、噴射事象の態様を一貫して制御し、様々な達成可能な燃料噴射量波形タイプを一貫して与える能力に関し、機械的制限がいくらか含まれてきた。所定のシステムにおいて、利用される噴射器が、利用することのできる燃料噴射信号電流波形に関し、いくらか制限されてきた。この結果得られる問題は、所定の噴射事象の間に急速に燃料を噴射し、燃料をあまりにも早く、または目標停止点を超えて噴射すること、噴射される燃料の圧力変動、および燃焼室にわたる燃料分散の変動のような、噴射量の変動を含んでいた。
本発明は、上述の問題の１か、２以上を解決するものである。
本発明の開示
１態様において、本発明は、油圧作動式電子ユニット燃料噴射器によって、エンジンに噴射される燃料量を一貫して制御するための電子制御システムを提供する。電子制御システムは、電子燃料噴射器、電子コントローラ、エンジン速度センサー、スロットルおよび圧力センサーを含んでいる。電子燃料噴射器は、エンジンに取付けられ、作動流体源に接続されている。さらに、電子燃料噴射器はサブ事象を有する噴射事象を作り出すことができる。エンジン速度センサーは、エンジンの速度に応答して、エンジン速度信号を作り出し、エンジン速度をコントローラに伝える。スロットルが、目標エンジン速度を表す目標速度信号を作り出し、目標速度をコントローラに通信する。圧力センサーが作動流体に組み合わされ、作動流体の圧力に応答して圧力信号を作り出し、圧力信号をコントローラに通信する。電子コントローラは、油圧作動式電子制御ユニット噴射器に、１か、２以上の複数の波形を有する燃料信号を送信する。波形は、燃料噴射信号のサブ事象を制御し、１か、２以上の複数の燃料供給マップから作られる。１か、２以上の複数の燃料供給マップは、エンジンの所望速度と、エンジン速度と、作動流体の圧力の関数である。
本発明のこれらと、別の態様および利点が、図面および請求の範囲に関し詳細な説明を読むことによって明白になる。
【図面の簡単な説明】
本発明をより理解するために、図面を参照する。
図１は、本発明の好ましい実施例に関連し使用した燃料噴射システムの概略図である。
図２は、本発明に関連して使用された油圧作動式燃料噴射器の好ましい実施例の側面図である。
図３は、本発明の好ましい実施例で実行されたソフトウェアロジックのフローチャートである。
図４は、本発明の好ましい実施例に関連して使用された噴射波形マップである。
図５は、本発明の好ましい実施例に関し使用された燃料噴射信号のスプリットタイプを表すグラフである。
図６は、本発明の好ましい実施例に関連して使用されたスプリット燃料噴射供給量のグラフである。
図７は、本発明の好ましい実施例に関連して使用された燃料噴射器信号のスクエアタイプを表すグラフである。
図８は、本発明の好ましい実施例に関連して使用されたスクエア燃料噴射噴射量のグラフである。
図９は、本発明の好ましい実施例に関し使用された燃料噴射のランプタイプを表すグラフである。
図10は、本発明の好ましい実施例に関連して使用されたランプ燃料噴射供給のグラフである。
図11は、本発明の好ましい実施例に実行されたソフトウェアロジックのフローチャートである。
本発明を実行する最良の形態
図１を参照すると、油圧作動式電子制御式燃料噴射システム110（以下、HEUI燃料システムとする）が図示されている。このようなシステムの例は、米国特許第5,463,996号、同第5,669,355号、同第5,673,669号、同第5,687,693号、および同第5,697,342号に図示され、記載されている。例示的HEUI燃料システムが、直接噴射ディーゼルサイクル内燃エンジン112に適応するように図１に図示されている。
HEUI-B燃料システム110が、ユニット燃料噴射器のような１か、２以上の油圧作動式電子制御噴射器114を含んでおり、それぞれが、エンジン112の各シリンダヘッドボアに配置されるようになっている。システム110は、さらに油圧作動流体を各噴射器114に供給するための装置、すなわち手段116、燃料を各噴射器に供給するための装置すなわち手段118、噴射のタイミング、回数および噴射プロフィールを含む噴射器によって燃料が噴射される手段を電子的に制御し、エンジン速度および負荷とは関係なくHEUI燃料システム110の流体圧を作動させるための装置すなわち手段120を含む。噴射器114に供給される油圧作動流体の油圧エネルギーを再循環し、回復させるための装置すなわち手段122も設けられている。
油圧作動流体供給手段116は、作動流体サンプ124、比較的低圧の作動流体搬送ポンプ126、作動流体クーラ128，１つか２つ以上の作動流体フィルタ130、比較的高圧の作動流体ポンプ134のような比較的高圧の作動流体を発生させるためのソースすなわち手段132および少なくとも一つの比較的高圧な流体マニホルド136を含むことが好ましい。作動流体はエンジン潤滑油であることが好ましい。あるいは、作動流体は、別の流体の中でも燃料、冷媒でもよい。
装置122は、各噴射器114ごとに消費作動体制御バルブ135、共通再循環ライン137、および、作動流体ポンプ134と再循環ライン137との間に接続された油圧モータ139を含んでいればよい。
噴射器114に対応した作動流体マニホルド136は共通レール通路138と、共通のレール138から延び、共通レール138と各噴射器114の作動流体入口との間を流体連通するように配列された複数のレールブランチ通路140とを含む。共通のレール通路138は、高圧作動流体ポンプ134から出口と流体連通するようにも配列されている。
燃料供給手段118は、燃料タンク142、燃料タンク142と各噴射器114の燃料入口との間に流体連通するように配列された燃料供給通路144、比較的低圧燃料搬送ポンプ146、１つか、２つ以上の燃料フィルタ148、燃料供給調整バルブ149及び、噴射器114と燃料タンク142との間で流体連通するように構成された燃料循環及び戻り通路150を含む。様々な燃料通路が本分野において公知の手段で形成されていてもよい。
電子コントローラ120が電子制御モジュール（ＥＣＭ）156を含んでいることが好ましく、これを使用することは本分野において公知である。本発明に含まれたECM156は、マイクロコントローラまたはマイクロプロセッサのような処理手段と、エンジン速度を調整するための比例−積分−微分（ＰＩＤ）コントローラのような調速機（GOV）、エンジン速度を調整するためのコントローラ、インストラクションセットと変数を記録するためのメモリ、入力・出力回路等を含む回路等を含む。ECM156は、燃料噴射のタイミング、噴射される燃料量、燃料噴射圧、噴射サイクルあたりの別個の噴射器の数、噴射セグメント間の時間間隔及び各噴射セグメントによって噴射される燃料量、噴射信号波形の電流レベル、およびこれらのパラメータの組み合わせを含む。これらのパラメータのそれぞれは、可変に制御可能であることが好ましい。
エンジン112のカムシャフトに組み合わされるのは、エンジン速度をあらわす信号を作り出すエンジン速度センサー158である。エンジン速度センサー158はECM156の調速機に接続されており、タイミングのためにエンジン速度とピストン位置とを監視するようになっている。スロットル160も設けられており、目標エンジン速度を表す信号を作り出し、このスロットル160はECM156の調速機に接続されている。共通レール138内の作動流体圧を検出し、作動流体圧に応答する圧力信号を作り出すための作動流体圧センサー162もECM156に接続されている。
噴射器114のそれぞれが、米国特許第5,463,996号、同第5,669,355号、同第5,673,669号、同第5,687,693号および同第5,697,342号の一つに記載されているような種類であることが好ましい。しかし、本発明は、別の様々な油圧作動式電子制御噴射器の様々な変更例に組み合わされて用いることができることに留意する。
図２を参照すると、本発明に関連して使用されるHEUI噴射器114の好ましい実施例の側面図が図示されている。1998年10月27日に登録された米国特許第5,826,562号により完全に記載されており、燃料噴射は、ピン16に取り付けられ、ばね17によって引き込まれた位置の方向に付勢された２方向ソレノイド15に燃料噴射信号の形態で電流を印加することによって制御される。作動流体制御バルブは、ボールバルブ部材55、およびスプールバルブ部材60を含んでいる。ボールバルブ部材55は、高圧シート56と低圧シート57と間に位置決めされている。
ソレノイド15が消勢されると、ボールバルブ部材55に作用する高圧作動流体が低圧シート57でソレノイド15を保持し、作動流体ドレン26を閉鎖する。ソレノイド15が作動すると、ピン16が下方に動き、ボールバルブ部材55を下方に動かし、これを下方に押して、高圧シート56を閉鎖して、低圧シート57を開く。ソレノイド15を作動させ、ボールバルブ部材55を高圧シート56に着座させることによって、噴射器114が燃料を噴射し始める。
もう一度、図２を参照すると、HEUI噴射器114の応答時間は、一部、ボールバルブ部材55を低圧シート57から高圧シート56に動かすのに必要な時間に依存することがわかる。一般的に、応答時間は、一部、燃料噴射信号の電流の関数であり、主に、引き入れ電流の時間の長さとボールバルブ部材55に対向する油圧力の関数である。
ソレノイド15に付与される電流の大きさは、ソレノイド15がピン16で発生する力を決定する。燃料噴射を開始するために、燃料噴射電流レベルは、作動流体の対向する油圧力に勝るのに充分で、ボールバルブ部材55を高圧シート56に着座させるのに十分でなければならない。さらに、引き入れ電流の時間長さは、ボール55を、噴射器114の高圧シート56に保持するのに充分なものでなければならず、残りの噴射事象のために、より低い電流レベルで、ボール55を高圧シート56に保持できるようになっている。初期に付与された電流が低すぎる場合には、ソレノイド15は、ボールバルブ部材55を低圧シート57から動かしたり、ボールバルブ部材55を高圧シート56に適切に着座させるかのいずれかを行うのには、不十分な力を作り出すことになる。また電流があまりにも短時間だけ付与される場合には、ソレノイド15は、ボール55を高圧シート56に保持できない。いずれの場合においても、残りの噴射事象のために高圧シート56にボール55を保持するのに低電流レベルを使用しようとすると、ボール55は適切に着座しない。したがって、噴射器114は適切に作動しないことになる。
一方、電流が高すぎると、ソレノイド15は、ピン16にあまりにも大きな力を作り出し、ボールバルブ部材55を短時間で動かし、ボールバルブ部材55が、望まれる場合よりも大きい力で、高圧シート56に衝撃を与えるようになる。これによりボールバルブ部材55がシート56のなかで跳ね返り、燃料噴射の開始が遅れることになる。跳ね返りによって生じた遅れは予期できないものであるために、燃料噴射の反応時間にばらつきをもたらすことになる。さらに、電流が高すぎると、ピン16に力が発生し、この力は、シート56にかかるボールバルブ部材55の衝撃力を発生させるのに充分に大きなものであり、ピン16に損失を与え、このために噴射器114の作動寿命が短くなったり、噴射器114が停止したりする。同様に、引き入れ電流の期間が長すぎる場合には、電子機器がより大きな電力を与え、この結果生じた熱を消散する。
ボールバルブ部材55を低圧シート57から高圧シート56に動かすために、作動流体の対向する力に勝ることが必要となる。作動流体の対向力は、一部、１）流体圧および２）流体速度（温度の関数となる）に依存する。このように、ソレノイド15に付与された電流の一定引き入れ電流に関し、応答時間は、１）作動流体の圧力が上昇する、２）作動流体の温度が減少する、と上昇する。
全体の電力要求を減少させ、高圧シート56にボールバルブ部材55を着座させることによって作られる衝撃力を最小にしながら、比較的一定の応答時間を維持するために、引き入れ電流期間長さはエンジン温度の関数として変化する。エンジン温度センサーがエンジンの温度を検出するために使用される、エンジンの検出された温度が、作動流体速度の近似値として使用されてもよい。エンジンオイル温度センサーまたはエンジン冷媒温度センサーのいずれかを使用して、エンジン温度を求めることが可能である。さらに、所定の用途において、作動流体速度のような別のパラメータに基き引き入れ期間長さを修正することが可能であることに留意しなければならない。
図３を参照すると、好ましい実施例に関し使用されたソフトウェアロジックのフローチャートが図示されている。本分野の当業者であれば、使用される特定のマイクロプロセッサに関連して、インストラクションセット、または別の適切な言語を用いて、図３に図示するようなフローチャートを実行するソフトウェアを容易にかつ簡単に書き込むことができる。好ましい実施例において、モトロラ社のMC68336が電子コントーラに使用される。しかし、別の公知のマクロプロセッサも、本発明の精神から逸脱することなく簡単に、そして容易に使用できる。
第１ブロック301は、プログラム制御を開始する。プログラム制御は、第１ブロック301から第２のブロック302に進む。第２のブロック302において、電子コントローラ120は、エンジンモード、エンジン速度、エンジン負荷、作動流体アーマチュア、目標燃料量、およびタイミングを読み取る。好ましい実施例において、電子コントローラ120は、エンジン速度信号、作動流体圧に応答する圧力信号、目標速度信号、あるいは好ましくは、噴射事象の間に噴射される目標燃料量を周期的に入力し、これらを、メモリ内の値として記録する。さらに、好ましい実施例において、電子コントローラ120は、エンジンモード、エンジン負荷、およびタイミング（BTDC）を求め、これらの値をメモリに記録する。メモリ内に記録された値は、更新され、特定の値の特性に基いて適切なものとしてメモリに記録される。例えば、エンジン速度はエンジン速度に基いた割合で検出されることが好ましい。しかし、他のサンプリングの回数も、請求の範囲により定義されているように、本発明から逸脱することなく簡単で容易に利用できる。調速機がスロットル空目標速度信号を受信し、目標速度信号をエンジン速度信号と比較し、噴射事象中に噴射されるべき目標燃料量を求めるので便利であり、さらに、コントローラ120が噴射されるべき目標燃料量を読み取り、噴射されるべき目標燃料量をメモリ内に記憶するので便利である。さらにエンジン負荷は、調速機による全燃料量出力に基いて求められので好ましいが、検出された作動流体圧からも求めることができる。第２のブロック302において、電子コントローラ120は、エンジンモード値、エンジン速度値、エンジン負荷値、作動流体圧値、目標燃料量値およびタイミング値を記録するメモリ場所を読み取るので好ましい。次いで、プログラム制御は、第３のブロック303に進む。
第３のブロック303において、電子コントローラ120は、燃料噴射波形タイプを求める。好ましい実施例において、電子コントローラ120は、ランプ、スクエアおよびスプリット噴射量波形タイプの内どれが最も望ましいかを判断する。目標噴射量波形のタイプは、様々なエンジン作動状態に基いて一般的に変化する。
図４を参照すると、エンジン速度に対するエンジン負荷の関数としてのマップが図示されており、領域400では、比較的低エンジン速度で、低エンジン負荷のときに、通常スプリット噴射量波形技術とされるものを利用することが好ましいことが多く、エンジンシリンダに送られる全燃料の一部が、通常スプリットパイロットショット事象またはスプリット主ショット事象の期間だけ噴射され、燃料の残余部分は、スプリット主ショット事象の期間だけ噴射される。
領域405および410により図示されているように、比較的低エンジン速度および高エンジン負荷または高エンジン速度および中間のエンジン負荷の状態では、通常スクエア噴射量波形技術とされるものを利用することが好ましいことが多く、この場合には、エンジンシリンダに送られる全燃料の一部が、最初に、通常のスクエアパイロットショット事象期間だけ噴射され、噴射される全燃料量が、通常のスプリット主ショット事象の期間だけ分配される。
エンジン負荷およびエンジン速度の別の組み合わせがなされた状態では、領域415により図示されているように、通常ランプ噴射量波形技術とされるものを利用することが好ましいことが多く、エンジンシリンダに送られる全燃料が、通常のランプ主ショット事象の期間だけ噴射される。
上述の噴射技術は、粒子エミッションが減少することまたは窒素酸化物エミッションが減少することを含む排気エミッションに関する利点を与えることができる。
スプリット噴射に関する例示的な電流波形が図５に図示されており、スプリットパイロットショットのサブ事象部分に対応する燃料噴射信号566と、主ショットのサブ事象部分に対応する燃料噴射信号568とを有し、これらの間には遅れ570がある。信号566と568のそれぞれの期間は、コントローラ120によって変えることができ、遅れ570の期間は、またコントローラ120によって変えることができる。
図６を参照すると、図５のスプリット噴射信号に対応する燃料噴射量を時間との関係で表すグラフが図示されている。スプリットパイロットショットの燃料噴射信号566から得られた噴射量は672で図示するようにランプ（傾斜）状態で上昇する。なぜならば、噴射器114内の燃料が噴射器114内のプランジャの動作により加圧されるからである。主ショットの燃料噴射信号568から得られた噴射量は674で見られるように、より高く、比較的一定である。なぜならば、スプリットパイロットショットの燃料噴射信号が終わった後でも、噴射器114内のプランジャ動作が慣性力のために継続し、噴射器ノズルにおけるチェックバルブが閉ざされながら、燃料がさらに圧縮され、燃料がシリンダに入らないようにするからである。各スプリットパイロットショットの噴射信号566およびスプリット主ショットの噴射信号568中に供給された燃料量は、各領域672と674の面積により表される。特定の燃料量を正確に、かつ一定して供給するために、噴射器114の開閉は燃料噴射信号566および568により正確に制御されなければならない。図６に図示するように、燃料噴射信号566および568のサブ事象部分がオン、オフされるときと、噴射が開始するとき及び停止するときの間には、いくらか時間的遅れがある。
スクエアタイプの噴射に関する例示的電流波形が図７に図示されており、この図は、スクエアパイロットショットのサブ事象部分に対応する燃料噴射信号766と、スクエア主ショットのサブ事象部分に対応する燃料噴射信号768とを示しており、これらの間には、遅れ770がある。信号766と768のそれそれの期間は、コントローラ120により変わり、遅れ770の期間もコントローラ120により変えることができる。
図８を参照すると、図７のスクエアタイプ燃料噴射信号に対応する燃料量を時間との関係で表すグラフが図示されている。パイロットショットから得られる噴射量は、872に図示するようにゼロである。しかし、噴射器114内の燃料は、噴射器114内でのプランジャの動作によってスクエアパイロットショット事象中に加圧されている。スクエア主ショットから得られた噴射量は874に図示するように、より高く、比較的一定ある。なぜならば、スクエアパイロットショット制御信号が停止した後にも、噴射器114内のプランジャ動作が、慣性力のために継続され、噴射器ノズルにおけるチェックバルブが閉ざされ、燃料がシリンダに全く入ってこない状態で、燃料が圧縮されるからである。スクエアショット制御信号768中に分配される燃料量が領域874の面積によって表されている。特定の燃料量を正確にそして一定して分配するために、噴射器114の開閉が燃料噴射信号766と768のサブ事象小部分によって正確に制御されなければならない。図８に図示するように、燃料噴射信号766と768のサブ事象の小部分がオン、オフされるときと、噴射が開始または停止するときとの間にいくらかの時間の遅れがある。
ランプタイプ噴射に関する例示的電流波形が図９に図示されており、ランプ事象に対応する燃料噴射信号966を表している。ランプ事象の燃料噴射信号966の時間長さは、ECM120により変えるランプタイプ燃料噴射のためのことができる。
図10を参照すると、図９の燃料噴射信号に対応する燃料噴射量を時間との関係で表すグラフが図示されている。ランプ事象において、燃料噴射信号から得られる噴射量は、噴射器114内のプランジャの動作によって、ランプ事象中に加圧された噴射器114内の燃料のために、1072に図示されているように、ランプ（傾斜）状態で増大する。各ランプ事象の燃料噴射信号966中に分配された燃料の量は領域1072の面積により表される。特定の燃料量を正確にそして一定して分配するために、噴射器114の開閉がランプ事象中の燃料噴射信号966によって正確に制御されなければならない。図10に図示するように、ランプ事象中の燃料噴射信号がオン、オフされるときと、噴射が開始または停止するときの間にいくらかの時間の遅れがある。
この点に関し、燃料波形タイプを求めるための本発明に関する作動論理段階のフローチャート1180が図11に図示されている。このような作動段階は、本分野において公知の適切なプログラム技術によってコントローラ120に組込まれていればよい。
制御は、第１段階1182で開始する。第１段階1182から、制御は第２段階1184に進む。第２段階1184において、コントローラ120は、エンジンが、冷却モード、クランクモードまたはスプリット不能モードのような所定のモードにあるかどうかを判断する。エンジンが所定のモードである場合には、このようなモードに関し先に特定された波形タイプを使用することが望まれる。このように、使用中の波形タイプ、すなわち、噴射に使用される噴射波形タイプは、第３の段階1186において所定モードに関し特定されたタイプに設定され、エンジン速度およびエンジン負荷がメモリ内に記録される。
しかし、エンジンがこのようなモードにない場合には、段階1188において、これが決定されるべき第１の波形であるかどうかについての判断がなされる。第１の波形である場合には、第５の段階1190において、エンジン速度とエンジン負荷がメモリ内に記録され、以下に説明する比較が基準を有することになり、第６の段階1192において、図４に図示したマップに類似するのが好ましい噴射波形マップが、エンジン速度およびエンジン負荷にしたがって波形タイプを検索するのに利用される。噴射波形タイプが検索されると、使用中の波形タイプが第７の段階1194において、検索された波形タイプに設定される。次いで、噴射システムは、噴射目的のために、使用中の波形タイプを利用する。
第４の段階1188において、第１の波形でない場合には、第８の段階1196において、エンジン速度とエンジン負荷が、先に記録されたエンジン速度およびエンジン負荷に比較され、エンジン速度変化｜エンジン速度Δ｜が速度しきい値を超えたかどうかを判断し、エンジン負荷における変化｜エンジン負荷Δ｜が負荷しきい値を超えたかどうかを判断するようになっている。２つのしきい値のいずれもが超えていない場合には、現在の使用中噴射波形タイプが、第９の段階1198に図示するように続けて使用される。しかし、しきい値の少なくとも一つを超える場合には、段階1190から段階1194が実行される。図３をもう一度参照すると、電子コントローラ120が燃料波形タイプを求めると、波形タイプがランプである場合にプログラム制御が第４ブロックに進み、波形タイプがスクエアである場合には、第８ブロック308に進み、波形タイプがスプリットである場合には、第14ブロック314に進む。
第４ブロック304は、ランプ波形プログラム制御を開始する。プログラム制御は、第４ブロック304から第５ブロック305に進む。第５ブロックにおいて、電子コントローラ120は、ランプ事象供給マップからの主ランプ事象長さを判断する。好ましくは、ランプ事象供給マップは以下に示す表１に類似しており、作動流体圧、単位がメガパスカル（Mpa）と、燃料、立方ミリメートル（mm3）の関数として主ランプ分配事象の時間長さを与える。以下の表１において、表にビットの数を表す数字を入れることが有効であり、コントローラ120の処理速度が乗算されると、好ましくは、ビットあたり２マイクロ秒（μ秒/ビット）で、時間ベースの事象の時間長さを与えることになる。
例えば、噴射されるべき目標燃料量は、3.63mm3であり、作動流体圧は25.50Mpaであり、ランプ主分配事象は、587ビットに２マイクロ秒/bitを乗算したものであり、これは、1.174マイクロ秒または1.174ミリセカンドに相当する。表１は、図２に図示するHEUI噴射器114の実施例に関連して使用するための好ましいルックアップ表を表しているが、本発明は、特定の表または、特定の時間値のいずれにも限定されるものではない。これとは逆に、時間の値が、別の要因の中でも、異なる燃料噴射器および作動流体に関し異なっていることが予測される。表１に図示するような異なった時間値を使用することは、依然として請求の範囲に定義されているような本発明の範囲にあるものである。さらに、本分野の当業者であれば、表１のようなマップから求められた値は、式から簡単にそして容易に得ることができ、請求の範囲で定義された本発明の範囲に依然としてあるものである。電子コントローラ120が、主ランプ事象長さを求め、プログラム制御が第６のブロック306に進む。
第６のブロック306において、電子コントローラ120は、第５のブロック305において求められた主ランプ時間長さと、適切なタイミングを有する燃料噴射信号を作り出す。第６のブロック306から、プログラム制御が、第７ブロック307に進む。
第７の判定ブロック307において、プログラム制御が主プログラムに戻り、電子コントローラ120が、第６のブロック306において求められた燃料噴射信号を燃料噴射器114に送る。
もう一度第８ブロック308に戻ると、スクエア波形プログラム制御が開始する。プログラム制御が第８ブロック308から第９ブロック309に進む。第９ブロック309において、電子コントローラ120が、好ましくは以下に記載する表２に類似したスクエア主事象供給マップから主要スクエア事象時間を求める。
好ましくは、スクエア主事象供給マップが、第１を参照して、上述したように、メガパスカル（Mpa）単位の作動流体圧と、立方ミリメートル（mm3）の単位の燃料との関数としてビット数の単位で、スクエア主事象期間を与える。上述した表１に類似しており、コントローラ120の処理速度が乗算されると、好ましくは２マイクロ秒（μ秒/ビット）で、表２に図示したビット数がスクエア主事象の時間長さを表すことになる。表２は、図２に図示されたHEUI噴射器114の実施例に関し使用された好ましい時間値のマップを表しているが、本発明は、特定のマップまたは特定の時間値のいずれにも制限されるものではない。逆に、時間値は、別の要因の中でも異なった燃料噴射器および作動流体ごとに異なっていてもよいことが考えられる。表２に図示した値とは異なる値を使用することは、請求の範囲に定義された本発明の範囲内にある。さらに、本分野の当業者であれば、主要スクエア事象期間を求めるのに、表２に同じ表を使用する代りに、式を使用してもよいことが簡単に、かつ容易に理解できるであろう。第９ブロック309からプログラム制御は、第10ブロック310に進む。
第10ブロック310において、電子コントローラ120がスクエアパイロット期間を求める。好ましくは、スクエアパイロット期間は、800マイクロ秒で一定である。しかし、一定値を使用することは、図２に図示されたHEUI噴射器114の実施例に関し使用された好ましい実施例を表す。本発明は、特定の値または固定値に限定されるものではない。逆に、時間の値は、別の要因の中でも異なった燃料噴射器および作動流体ごとに異なっていてもよいことが考えられる。さらに、本分野の当業者であれば、スクエアパイロット期間値は、式またはルックアップ表から簡単に、かつ容易に求めることができ、さらに本発明の範囲内にあることがわかる。表２に図示した値とは異なる値を使用することは、請求の範囲に定義された本発明の範囲内にある。第10ブロック310から、プログラム制御は第11のブロック311に進む。
第11ブロック311において、電子コントローラ120は、スクエア主遅れをスクエア遅れマップから求める。スクエア主遅れは、固定値、好ましくは、ミリ秒（1.3mesc.）であることが好ましい。さらに、スクエア主遅れは、式から簡単で容易に得ることができる。固定値は、スクエア主遅れに使用されることが好ましいが、本発明は、特定の値に限定されるものでもなく、または特定の値を用いることに限定されない。逆に、時間値は、別の要因の中でも異なった燃料噴射器および作動流体ごとに異なっていてもよいことが考えられる。本明細書に記載するのとは異なる値を使用することは、請求の範囲により定義された本発明の範囲内にある。第11ブロック311からプログラム制御は第12ブロック312に進む。
第12ブロック312において、電子コントローラ120は、第９ブロック309において求められた主要スクエア事象期間、第10フロック310において求められたスクエアパイロット期間および第11ブロック311において求められたスクエア主遅れを用いて、適切なタイミングで燃料噴射信号を発信する。第12ブロック312から、プログラム制御は、第13ブロック313に進む。
第13ブロック313において、プログラム制御は、第12ブロック312において発生した燃料噴射信号を燃料噴射器114に送信する主要プログラムに戻る。
第14ブロック314に戻ると、スプリット波形プログラム制御が開始する。プログラム制御が第14ブロックから第15ブロック315に進む。
第15ブロックにおいて、電子コントローラ120はスプリットパイロットショット燃料マップから好ましいスプリットパイロットショット燃料量を判断する。スプリットパイロット燃料マップは、噴射事象中に噴射されるべき目標燃料量およびエンジン速度の関数として、スプリットパイロットショットに割り当てられる燃料を表す情報を提供する。好ましいスプリットパイロット燃料マップが表３に図示されている。
表３において、スプリットパイロットショットに中に噴射されるべき燃料、立方ミリメートル（mm3）が、エンジン速度および分当たりの回転数（RPM）および供給されるべき目標全燃料、立方ミリメートル（mm3）の関数として、与えられる。例えば、エンジン速度が1,900RPMであり、噴射事象中に噴射されるべき目標燃料量が60mm3である場合には、７mm3の燃料がパイロットショット事象に割り当てられることが好ましい。表３は、図２に図示するようにHEUI噴射器114の実施例に関し使用された好ましいパイロットショット燃料量を表すが、本発明は、特定の値または固定値に限定されるものではない。逆に、パイロットショット燃料量の値は、別の要因の中でも異なった燃料噴射器および作動流体ごとに違うものであってもよいことが考えられる。表３に図示したものとは異なるパイロットショット燃料量の値を使用することは、請求の範囲に定義された本発明の範囲内にあるものである。第15ブロック315から、プログラム制御は第16のブロック316に進む。
第16のブロック316において、電子コントローラ120が、調速機の出力を読み取ることによって分配されるのに好ましい、全目標燃料信号値を与えるスプリット主ショット燃料量を読み取り、第15ブロック315において、求められたパイロットショット燃料量を減算することによって、分配されるべき目標スプリット主要燃料量を求める。しかし、分配されるべき目標スプリット主ショット燃料量は、電子コントローラ120によって求めることのでき、全所望燃料信号値から減算され、パイロットショット燃料量を求めるようになっており、請求の範囲により定義された本発明の範囲内にある。第16ブロック316から、プログラム制御は第17ブロック317に進む。
第17のブロック317において、電子コントローラ120は、スプリットパイロットショット期間を判断する。好ましくは、スプリットパイロット期間は、スプリットパイロット燃料供給マップから決定される。しかし、本分野の当業者であれば、スプリットパイロット供給マップに得られた情報は、適切な式を用いることによって、簡単で、かつ容易に得ることができる。上述の表１に図示したランプ事象供給マップが、スプリットパイロット燃料供給マップに使用されるので有効である。しかし、スプリットパイロットショット期間の値は、別の要因の中でも燃料噴射器および作動流体ごとに異なっていてもよいことが考えられる。表１に示されている、もしくは、ランプ事象供給マップに使用された値とは異なったスプリットパイロットショット期間を使用することは、請求の範囲で定義された本発明の範囲内にあるものである。本明細書に記載するのとは異なる値を使用することは、請求の範囲により定義された本発明の範囲内にある。第17ブロック317からプログラム制御は第12ブロック318に進む。
第18ブロック318において、電子コントローラ120は主ショット期間を判断する。電子コントローラ120はスプリット主事象マップから主ショット期間を判断するので好ましい。
電子コントローラ120がスプリット主ショット燃料量を求めるためにスプリット主事象供給マップを使用する。スプリット主事象供給マップは、以下の表４に類似している。
表４において、ビットの数が、スプリット主ショット事象の期間を表し、その事象中に噴射されるべき燃料、立方ミリメートル（mm3）およびメガパスカル単位の作動流体圧の関数として図示されている。同様に、スプリット主ショット燃料事象の時間長さを求めるために、ビット数に、２マイクロ秒（2ms）の処理速度が乗算される、例えば、７立方ミリメートル（7mm3）がスプリット主事象中に分配される燃料であり、作動流体圧が22メガパスカル（22Mpa）である場合には、スプリット主ショット事象の期間を表すビットの数は605ビットになる。605ビットに処理速度（2マイクロ秒）を乗算すると、1,210マイクロ秒、すなわち1.21ミリセカンドのスプリット主ショット期間となる。表４は、図２に図示したHEUI噴射器114の１実施例に関し使用されたスプリット主ショット事象値の好ましいマップを表しているが、本発明は、特定の表または、特定の値に限定されるものではない。逆に、スプリット主ショット事象期間の値が、別の要因の中でも異なった燃料噴射器および作動流体ごとに違うものであってもよいことが考えられる。表４に図示したものとは異なるパイロットショット燃料量の値を使用することは、請求の範囲に定義された本発明の範囲内にあるものである。第18ブロック318から、プログラム制御は第19のブロック319に進む。
第19のブロック319において、電子コントローラ120は、主遅れを決定する。好ましくは、主遅れは、スプリット主遅れマップから求められる。スプリット主遅れマップは、以下の表５に類似する。

表５は、エンジン速度RPMの関数として主遅れミリセカンドの値を示す。例えば、エンジン速度が、1900RPMである場合には、主遅れは、1.52ミリセカンドである。表１から５の値を得るのに補間を利用できることがわかる。表５は、図２に図示されたHEUI噴射器114の１実施例に関連して使用された主遅れ値の好ましいマップを表しているが、本発明は、特定表または特定の値に限定されるものではない。逆に、主遅れ時間の値は、別の要因の中でも異なる燃料噴射器および作動流体ごとに違うものであってもよいことが考えられる。表５に図示したものとは異なる主遅れ値を使用することは、請求の範囲に定義された本発明の範囲内にあるものである。第19ブロック319から、プログラム制御は第20のブロック320に進む。
第20のブロック320において、電子コントローラ120は、パイロットショット燃料量と期間、第15から第19までのプログラムブロック315−319それぞれにおいて求められた主遅れおよび主ショット燃料量および期間を有する燃料噴射信号を作り出し、燃料噴射器114に対する適切なタイミングを有する燃料噴射信号を送信する。第20のプログラムブロック320から、プログラム制御は、第21ブロック321に進む。
第21のブロック321において、プログラム制御は主プログラムに戻る。図３の論理は、各制御ループを実行し、サブ事象を含む噴射事象が、エンジンの予期された動力およびエミッション出力に実際必要とされる噴射事象に可能な限り近接することを確実にする助けとなる。しかし、本分野の当業者であれば、噴射事象の態様は、請求の範囲によって定義される本発明から逸脱することなく、エンジン速度および作動流体圧の変化率のような要因に依存する別の周波数で決定できる。
本発明の態様は、好ましい上述の実施例に関連し詳細に記載されているが、本分野の当業者であれば本発明の精神と範囲から逸脱することなく、様々な別の実施例も考えられることがわかるであろう。例えば、様々な値を有する表１−５により表されているのと類似したマップの代りに、ほぼ固定された値を使用できる。しかし、このような別の実施例を組込む装置または方法が、以下に記載の請求の範囲およびこれの均等例に基いて求められる。
産業上の利用可能性電子制御式燃料噴射器は、電子コントローラから受信した燃料噴射信号の関数として、特定のエンジンシリンダに噴射される。内燃エンジンの動力およびエミッション出力を制御するために、エンジンシリンダに噴射されるべき燃料タイミングと量を適切に制御することが必要である。さらに、燃焼室に供給される燃料量、供給された燃料の噴射率、供給される燃料の分配および燃料噴射事象のこのような態様のタイミングに関し、サブ事象を含む噴射事象を適合させることは、内燃エンジンの動力とエミッションを制御する一方法である。このように、異なるエンジン作動状態において、燃料噴射事の特定の態様を異なって制御することが好ましい。
このように、噴射事象の態様を適切に機械的に制御でき、様々な燃料噴射波形の種類を適切に提供できる油圧差動式電子制御燃料噴射システムを有することが望まれる。この目的のために、本発明は、異なった燃料噴射信号電流波形を利用し、様々な達成可能な噴射率波形タイプを適切に提供する。このように、先に教示した従来技術の制御システムおよび方法と比較すると、本発明の制御と方法は動力およびエミッション出力、燃料を所定の噴射事象内で急速に噴射し、燃料があまりにも早く、すなわち、目標停止地点を超えて噴射されるといった、噴射量のばらつき、噴射される燃料の圧力のばらつき、燃焼室を通る燃料の消散におけるばらつき、のような燃料の経済性に悪影響をおよぼす問題を解決する。
本発明は、明白な修正および均等例が本分野の当業者であればわかるように、図示し、記載してきた構成、作動、材料または実施例の詳細に制限されるものではないことを理解しなければならない。このように、本発明の態様、目的および利点は、図面、発明の開示および請求の範囲を研究することから得ることができる。このように、本発明は、請求の範囲によってのみ制限されるものである。

Claims

電子制御システム（110）を有する圧縮エンジン（112）であって、
該エンジン（112）に取り付けられ，作動流体源に接続されて作動流体により作動させられる油圧作動式電子ユニット燃料噴射器（114）と、
該油圧作動式電子ユニット燃料噴射器（114）に電気的に接続された電子コントローラ（120）と、
前記エンジン（112）の実速度に対応するエンジン実速度信号を作り出し、該エンジン実速度信号を前記コントローラ（120）に通信するエンジン実速度センサー（158）と、
前記エンジン（112）の目標速度を表すエンジン目標速度信号を作り出し、該エンジン目標速度信号を前記コントローラ（120）に通信する目標速度設定手段（160）と、
前記電子コントローラ（120）に電気的に接続され、前記作動流体の圧力を検出し、該作動流体の圧力に応答して圧力信号を発し、該圧力信号を前記コントローラ（120）に通信する圧力センサー（162）と、
から構成され、
前記電子コントローラ（120）は、複数のエンジン作動条件に対応して各燃料噴射サイクルにおける燃料噴射パターンを定めるための複数の燃料供給マップを備えており、
前記複数の燃料供給マップは、一回の燃料噴射サイクルにおける燃料噴射事象をパイロット噴射サブ事象とメイン噴射サブ事象を含む複数回のサブ事象に分けて行うスプリット噴射制御パターンと、一回の燃料噴射サイクルにおける燃料噴射事象を比較的一定の噴射レートで行うスクエアタイプ噴射制御パターンと、一回の燃料噴射サイクルにおける燃料噴射事象をランプ状に噴射レートが増加するように制御するランプタイプ噴射制御パターンとにそれぞれ対応する複数の電気的制御信号パターンを定めるものであり、
前記電子コントローラ（120）は、前記エンジン目標速度信号と前記エンジン実速度信号と前記圧力信号とに応じて、前記複数の燃料供給マップから、作動条件に適応した電気的制御信号パターンとして、低エンジン速度で低エンジン負荷のときには前記スプリット噴射制御パターンを、比較的低エンジン速度で高エンジン負荷のとき及び高エンジン速度で中程度のエンジン負荷のときには前記スクエアタイプ噴射制御パターンを、その他のエンジン運転条件のときには前記ランプタイプ噴射制御パターンをそれぞれ選定し、前記エンジン目標速度と前記エンジン実速度信号と前記圧力信号とに応じて信号の持続時間を決定し、選定した電気的制御信号パターン及び持続時間に対応する燃料噴射信号を、前記油圧作動式電子ユニット燃料噴射器（114）に送信して燃料噴射を制御するようになっていることを特徴とする圧縮エンジン。
前記コントローラ（120）は目標速度信号を受信し、前記噴射事象中に噴射される前記目標燃料量を求め、前記噴射事象中に噴射される目標燃料量を判断し、前記噴射事象中に、噴射される前記目標燃料量の関数として前記エンジン（112）の前記目標速度を判断するようになっていることを特徴とする請求項１に記載の圧縮エンジン（112）。