JP4426652B2 - 油圧作動式電子制御燃料噴射システムの異なった種類の噴射波形使用の移行を制御する方法 - Google Patents

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システムに関する。より詳細には、本発明は、このようなシステムで、２つの異なるタイプの噴射波形の使用の移行を制御する方法に関する。
本発明の背景
例えば、粒子、および窒素酸化物のエミッションに関する規制を含む、エンジン排気ガスエミッションに関するエミッションの規制は、世界中でますます制限されてきている。燃料噴射の量とタイミングと共に燃料の噴射量を燃焼室に適応させることは、このような、エミッション規制に適応する一つの方法である。異なるエンジン作動状態で、最適なエンジン作動およびエミッション制御を達成するために、異なる噴射量波形を利用することが必要である。
過去の油圧作動式電子制御燃料噴射システムは、様々な達成可能な種類の噴射量波形に関しいくつかの機械的制限を含んできた。所定のシステムにおいて、使用される噴射器は、利用できる制御電流波形についていくらか制限された。この結果発生する問題は、所定の噴射事象においてあまりにも急速に燃料が噴射すること、と燃料が所望の停止点を超えて噴射する、ということである。このような問題は、エミッションと、燃料の経済性に悪影響を及ぼすことになる。
異なる噴射量波形を達成できるシステムにおいて、１つのタイプの波形から、別のタイプの波形への移行は、過度のノイズを防ぐと共に、異なる２つの波形の間で、移行が相互に繰り返されることを防ぐために、所定の環境で制御されなければならない。
従って、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。
本発明の概要
本発明の１態様において、エンジンの油圧作動式電子制御燃料噴射システム内で、噴射波形マップを選択的に利用するための方法は、噴射波形マップが波形のタイプを選択するのに利用される場合に、エンジン速度とエンジン負荷を検出する段階と、検出されたエンジン速度と検出されたエンジン負荷を記録する段階を含む。次に、実際のエンジン速度が、記録されたエンジン速度に比較され、実際のエンジン負荷が記録されたエンジン負荷に比較される。どの噴射波形マップが、噴射波形タイプを選択するのに再び利用されるかどうかの制御は、実際のエンジン速度と、記録されたエンジン速度との比較および、実際のエンジン負荷と記録されたエンジン負荷との比較に基く。
本発明の別の態様において、エンジンの油圧作動式電子制御燃料噴射システムにおいて第１のタイプの噴射波形の使用から、第２のタイプの噴射波形の使用までの移行を制御する方法が、第１のタイプの噴射波形が選択された場合に、エンジン速度とエンジン負荷とを検出し、検出されたエンジン速度と検出されたエンジン負荷とを記録する段階を含む。この後、実際のエンジン速度が記録されたエンジン速度に比較され、実際のエンジン負荷が記録されたエンジン負荷に比較される。第１のタイプの噴射波形の使用から、第２のタイプの噴射波形の使用への移行が、少なくとも（i）実際のエンジン負荷と記録されたエンジン負荷との差が所定の負荷量を超えるか、（ii）実際のエンジン速度と記録されたエンジン速度との差が所定の速度量を超えるまで、行なわれない。
【図面の簡単な説明】
図１は、複数の噴射器を有するエンジンの油圧作動式電子制御噴射燃料システムの全体概略図である。
図２は、エンジン速度とエンジン負荷の関数として噴射波形タイプのマップをグラフで表したものである。
図３は、本発明に関する作動段階のフローチャートである。
本発明を実施するのに最良の形態
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10（以下、HEIU−B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−B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12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10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14を含んでおり、それぞれが、エンジン12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10は、さらに油圧作動流体を各噴射器14に供給するための装置、すなわち手段16、燃料を各噴射器に供給するための装置すなわち手段18、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−B燃料システム10の流体圧を作動させるための装置すなわち手段20を含む。噴射器14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22も設けられている。
油圧作動流体供給手段16は、作動流体サンプ24、比較的低圧の作動流体搬送ポンプ26、作動流体クーラ28，1つか2つ以上の作動流体フィルタ30、比較的高圧の作動流体ポンプ34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32および少なくとも一つの比較的高圧な流体マニホルド36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、燃料でもよい。
装置22は、各噴射器ごとに消費作動体制御バルブ35、共通再循環ライン37、および、作動流体ポンプ34と再循環ライン37との間に接続された油圧モータ39を含んでいればよい。
装置22は、各噴射器ごとに排出作動流体制御バルブ35と、共通の再循環ライン37と、作動流体ポンプ34と再循環ライン37との間に接続された油圧モータ39とを含んでいればよい。
噴射器14に対応した作動流体マニホルド36は共通レール通路38と、共通のレール38から延び、共通レール38と各噴射器14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40とを含む。共通のレール通路38は、高圧作動流体ポンプ３４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18は、燃料タンク42、燃料タンク42と各噴射器14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44、比較的低圧燃料搬送ポンプ46、１つか、２つ以上の燃料フィルタ48、燃料供給調整バルブ49及び、噴射器14と燃料タンク42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50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。
電子制御手段20が電子制御モジュール（ＥＣＭ）56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ECM56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）、入力・出力回路等を含む回路を含む。ECM56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を制御するのに使用されてもよい。このようなパラメータのそれぞれは、エンジン速度と負荷とは関係なく様々に制御できる。
エンジン１２のカムシャフトに組み合わされるのは、速度表示信号を作り出すエンジン速度センサー58である。エンジン速度センサー58はECM56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60が設けられており、所望のエンジン速度、あるいは、エンジンに対する燃料量を表す信号を作り出し、スロットル60は、ECMの調速機に接続されている。共通レール38内の圧力を検出し、圧力を表す信号を検出するための、作動流体圧センサー62もECM56に接続されている。
噴射器１４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、本発明に使用された噴射波形マップ70のグラフ図が図示されており、マップ70は、エンジン速度とエンジン負荷の関数である。波形マップ70は、利用できる1つの波形マップを単に表しているにすぎず、別の波形マップに組み合わされて使用できることに留意する。比較的低エンジン速度とエンジン負荷では、領域72に図示されているように、スプリット噴射波形の使用が望ましく、燃料が所定の燃料噴射サイクルの間、2つの別個の噴射事象により供給されるようになっている。詳細には、噴射器に給送された第1すなわちパイロット制御信号によって、パイロット燃料量の噴射が発生し、パイロットショット噴射中の噴射量が傾斜状態で上昇することになる。いくらか遅れて、噴射器に送信された主要ショット制御信号によって、ほぼ一定すなわちスクエアの割合で燃料噴射が発生する。領域74により図示されているように、比較的高いエンジン負荷で、一定すなわちスクエア噴射量を使用することが望まれる。このようなスクエア噴射量が、第1の短い制御信号を噴射器に送信することによって達成され、噴射器の中の燃料が圧縮されるが、噴射事象を開始しない。いくらか遅れて、第2の制御信号が噴射器に送信され、燃料が方形噴射量で噴射される。このようなスクエア噴射を使用することは、領域76においても好まれる。マップのうち残余部分では、ランプ噴射量の使用が望まれる。このようなランプ噴射は、単一の制御信号を噴射器に送信することによって達成される。
噴射波形マップ70を利用する際に、1つの波形タイプの使用から別のタイプの波形の使用までの移行は、一般的に、エンジン速度と負荷がマップの1領域から別の領域に及ぶときに発生する。しかし、本発明において、このような移行がさらに制御される。この点において、本発明に関する作動段階のフローチャート80が図3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ECM56に組込まれていればよい。同様に、噴射波形マップ70が、エンジン作動中に使用するためにECM56に組み合わされたメモリに記録され、このように記録されたマップは、エンジン速度とエンジン負荷の値に関し波形のタイプのインジケータを含むことになる。
段階82において、エンジンモード、エンジン速度およびエンジン負荷が読み取られる。エンジンモードは、メモリに記録された広い範囲の変数から求められればよい。エンジン速度は速度センサー58から1か、2以上の信号に基いて求められる。エンジン負荷は、調速機によって、全燃料率出力に基いて求められることが好ましいが、検出された作動流体圧からも求めることができる。エンジンが段階84において、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場合、このようなモードに関し先に特定された波形のタイプを使用することが望ましい。したがって、使用中波形タイプ、すなわち噴射に使用される噴射波形が、段階86において所定モードに特定され、エンジン速度とエンジン負荷がメモリー内に記録される。
しかし、エンジンがこのようなモードの一つにない場合には、段階88において、これが、第1の波形であるかどうかについての判定がなされる。このような段階88は、所定の先の点において、エンジン速度とエンジン負荷が予め記録され、以下に説明される比較が、所定の基準を有するようになることを確実にするために行われる。第1の波形である場合には、エンジン速度とエンジン負荷が段階90において記録され、段階92において、噴射波形マップ70が、エンジン速度とエンジン負荷に従って波形の種類を探すのに用いられる。段階94において、いったん噴射波形のタイプが調べられると、使用中波形タイプが、調べられた波形タイプに設定される。次いで噴射システムは、噴射目的に関し使用中波形タイプを利用する。
段階88において、第1の波形でない場合には、エンジン速度およびエンジン負荷が先に記録されたエンジン速度とエンジン負荷に比較され、エンジン速度における変化｜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｜は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、段階98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90から段階94が実行される。
産業上の利用分野
フローチャート80に関し上述に記載したように燃料システム10の作動が、波形マップ70の選択的な利用を行う。波形マップが利用される時間ごとに、エンジン速度とエンジン負荷が記録される。噴射波形タイプを選択するための波形マップ70の使用は、波形マップが最後に利用されてから、実際のエンジン速度または実際のエンジン負荷がかなり変化したかどうかの判断に基づいて制御され、相当の変化はしきい速度または所定のしきい負荷よりも大きいものである。しきい値の負荷は、全燃料量の10mm³であるか、もしくは別の値である。このようなしきい値の使用は、エンジン負荷およびエンジン速度の双方に関しヒステリシスバンドを作り出し、燃料システムが異なった噴射波形タイプの間で相互に繰り返されて変わることがないようにし、そうでない場合には、この相互の切り換えは、エンジンが、波形マップ70の２つの領域の中でより広い方のエンジン速度および負荷で作動していた場合に発生する。
上述したように、燃料システムの作動は、一方の波形タイプの使用から他方の波形タイプの使用に、制御して移すことができる。一方の波形タイプの使用から他方の波形タイプの移行は、実際のエンジン速度または実際のエンジン負荷が相互に相当の変化を受けるまで、行なわれない。このために、２つの異なった噴射波形のタイプの間で反復的に、相互に移行することがなくなる。
同様に、一方のタイプの噴射波形から他方のタイプの噴射波形への移行中に一般的に発生するノイズレベルが減少する。なぜならば、エンジンが加速または減速モードであり、これらのモードが波形遷移ノイズを遮断するノイズ発生事象を含んでいることを確実にするように、速度しきい値と負荷しきい値が選択されるからである。
フロチャート80は、単に本発明の段階を体系化する1手段を表すものにすぎず、別の変更も本発明の精神から逸脱することなく利用できることがわかる。さらに、本明細書での議論では、特にスプリット噴射波形、スクエア噴射波形、およびランプ噴射波形に言及しているが、別の種類の波形も存在するし、本発明は2つの異なった種類の波形間の遷移であればいかなるものにも適用できることに留意しなければならない。
本発明の別の態様、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。

Claims (17)

1. 圧縮着火エンジン（12）の油圧作動式電子制御燃料噴射システム（10）において噴射波形マップ（70）を選択的に利用する方法であって、
   前記噴射波形マップ（70）を利用して波形の一タイプを選択している運転状態でエンジン速度とエンジン負荷を検出し、前記検出されたエンジン速度と前記検出されたエンジン負荷とを記録し、
   その後の運転において、エンジン速度およびエネルギ負荷を検出し、この検出されたエンジン速度を前記記録されたエンジン速度と比較し、検出されたエンジン負荷を前記記録されたエンジン負荷と比較し、
   前記その後の運転において検出された前記エンジン速度と前記記録されたエンジン速度との差が予め定められた速度しきい値を越えたとき、又は、前記その後の運転において検出された前記エンジン負荷と前記記録されたエンジン負荷との差が予め定められた負荷しきい値を越えたとき、或いは、その両方であるとき、前記噴射波形マップ（70）を利用して、前記その後の運転において検出された前記エンジン速度および前記その後の運転において検出された前記エンジン負荷に基いて、噴射波形を選択する、
   段階からなる方法。
2. 前記その後の運転において検出された前記エンジン速度と前記記録されたエンジン速度との差が予め定められた速度しきい値を越えておらず、かつ、前記その後の運転において検出された前記エンジン負荷と前記記録されたエンジン負荷との差が予め定められた負荷しきい値を越えていない場合には、前記一タイプの波形の使用を継続することを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記速度しきい値が約100RPMであることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. 燃料システム調速機によって全燃料量インジケータ出力を監視し、前記燃料量を負荷インジケータとして利用することを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
5. 前記負荷しきい値は全燃料量の約10mm3であることを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 噴射器作動流体レール（38）の圧力を検出し、該検出された圧力を負荷インジケータとして利用することを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
7. 圧縮着火エンジン（12）の油圧作動式電子制御燃料噴射システム（10）において第１の噴射波形タイプの使用から第２の噴射波形タイプの使用への移行を制御する方法であって、
   前記第１の噴射波形タイプ選択されている運転状態でエンジン速度とエンジン負荷を検出し、該検出されたエンジン速度と該検出されたエンジン負荷とを記録し、
   その後の運転でエンジン速度とエンジン負荷を検出し、この検出されたエンジン速度を、前記第１の噴射波形タイプが選択されている運転状態における前記記録されたエンジン速度と比較し、この検出されたエンジン負荷を、前記第１の噴射波形タイプが選択されている運転状態における前記記録されたエンジン負荷と比較し、
   （i）前記その後の運転で検出されたエンジン負荷と前記記録されたエンジン負荷との差が負荷しきい値を超えている場合、
   （ii）前記その後の運転で検出されたエンジン速度と前記記録されたエンジン速度との差が速度しきい値を超えている場合、
   の２つの状況のうち少なくとも一つが存在する場合に、前記第１の噴射波形タイプから前記第２の噴射波形タイプへの移行を許容する、
   段階からなる方法。
8. 前記状況（i）および（ii）の少なくとも一つが存在する場合に、移行する噴射波形タイプを選択するために、噴射波形マップ（70）を利用することを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 前記波形マップ（70）は、エンジン負荷とエンジン速度の関数である三次元マップであることを特徴とする請求項８に記載の方法。
10. 前記波形マップ（70）は、少なくともスプリット噴射波形インジケータ、傾斜式噴射波形インジケータおよび方形式噴射波形インジケータを記録したものであり、スプリット噴射波形とは２つの近接して起こる一組の燃料噴射であり、傾斜式噴射波形とは、燃料噴射率が傾斜して増加するものであり、方形式噴射波形とは、燃料噴射率が０から急激に立ち上がり、その立ち上がった後に燃料噴射率がほぼ一定となるものであることを特徴とする請求項９に記載の方法。
11. 全燃料量インジケータ出力を燃料システム調速機によって監視することにより前記エンジン負荷を検出することを特徴とする請求項７から請求項１０までのいずれか１項に記載の方法。
12. 前記第１の噴射波形タイプは、２つの近接して起こる一組の燃料噴射であるスプリット式噴射波形であり、前記第２の噴射波形タイプは、燃料噴射率が傾斜して増加する傾斜式噴射波形であることを特徴とする請求項７から請求項９までのいずれか１項に記載の方法。
13. 前記第１の噴射波形タイプは、燃料噴射率が傾斜して増加する傾斜式噴射波形であり、前記第２の噴射波形タイプは、２つの近接して起こる一組の燃料噴射であるスプリット式噴射波形であることを特徴とする請求項７から請求項９までのいずれか１項に記載の方法。
14. 前記第１の噴射波形タイプは、燃料噴射率が０から急激に立ち上がり、その立ち上がった後に燃料噴射率がほぼ一定となる方形式噴射波形であり、前記第２の噴射波形タイプは、燃料噴射率が傾斜して増加する傾斜式噴射波形であることを特徴とする請求項７から請求項９までのいずれか１項に記載の方法。
15. 前記第１の噴射波形タイプは、燃料噴射率が傾斜して増加する傾斜式噴射波形であり、前記第２の噴射波形タイプは、燃料噴射率が０から急激に立ち上がり、その立ち上がった後に燃料噴射率がほぼ一定となる方形式噴射波形であることを特徴とする請求項７から請求項９までのいずれか１項に記載の方法。
16. 前記第１の噴射波形タイプは、２つの近接して起こる一組の燃料噴射であるスプリット式噴射波形であり、前記第２の噴射波形タイプは、燃料噴射率が０から急激に立ち上がり、その立ち上がった後に燃料噴射率がほぼ一定となる方形式噴射波形であることを特徴とする請求項７から請求項９までのいずれか１項に記載の方法。
17. 前記第１の噴射波形タイプは、燃料噴射率が０から急激に立ち上がり、その立ち上がった後に燃料噴射率がほぼ一定となる方形式噴射波形であり、前記第２の噴射波形タイプは、２つの近接して起こる一組の燃料噴射であるスプリット式噴射波形であることを特徴とする請求項７から請求項９までのいずれか１項に記載の方法。

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