JPH07217485A - 燃料噴射器における圧力及び温度特性を補償する燃料噴射制御方法及び装置 - Google Patents

燃料噴射器における圧力及び温度特性を補償する燃料噴射制御方法及び装置

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JPH07217485A
JPH07217485A JP6280712A JP28071294A JPH07217485A JP H07217485 A JPH07217485 A JP H07217485A JP 6280712 A JP6280712 A JP 6280712A JP 28071294 A JP28071294 A JP 28071294A JP H07217485 A JPH07217485 A JP H07217485A
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ポール ポビンガー ベラ
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 燃料として圧縮天然ガス等が供給される車両
の内燃機関に適応するように燃料噴射器の作動を制御す
る燃料噴射制御方法及び装置を提供する。 【構成】 排気ガス中の酸素のレベルに応答する比例・
積分・微分動作（ＰＩＤ）コントローラ１６０と、特定
のエンジン１１の回転速度及び負荷の条件に基づき予め
求めた燃料送出速度を格納した適応テーブル１７０と、
燃料噴射器１４の作動電圧における変動を補償する燃料
送出速度の補正値を格納した供給電圧テーブル１８０
と、温度変動による前記燃料噴射器のアクチュエータに
おける燃料圧力及び抵抗値の変動を補償する補正値を格
納した２次元ルックアップ・テーブル１９０と、これら
のテーブルを参照して前記燃料噴射器を作動させるコマ
ンド信号の長さを決定するコマンド信号発生器１７２と
を備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、概して内燃機関に燃料
を送出することを制御する方法及び装置に関し、特に燃
料の圧力及び噴射器の温度変化により送出される燃料量
を最適化する方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料噴射制御装置は、種々の内燃機関
（エンジン）の要求条件のために必要とする燃料量を正
確に計量するためにエンジンにおいて益々用いられてい
る。このような燃料噴射制御装置は、スロットル角と、
空気及び燃料の燃焼により発生する排気ガスにおける酸
素の濃度とを含む多数のシステム入力に応答して燃焼の
ために送出される燃料量を変化させている。典型的な燃
料噴射制御装置は、空燃比を理論空燃比（化学量論量）
に又はその近傍に保持するために、検知された排気酸素
レベルに応答して閉ループ・モードにより動作する。改
良型の燃料制御装置は、後にエンジン回転速度、エンジ
ン負荷、エンジン冷却水温度及び燃料の種類のような検
知された変数の値により識別し得る先に経験したエンジ
ン作動条件により、注入されるべき予想空燃比を学習
し、かつ記憶する適応機構を備えている。
【０００３】電子的に作動する燃料噴射器１４が与えら
れた制御信号に応答可能な速度、従ってこの制御信号に
応答して、注入される燃料量は、燃料噴射器のアクチュ
エータが利用できるバッテリ電圧のレベルにより影響さ
れることが分かっていた。従って、ガソリン、メタノー
ル及びエタノールにより燃料供給されるエンジンに使用
される型式の通常の液体燃料噴射システムは、燃料送出
におけるバッテリ電圧の影響を補償するように燃料噴射
コマンド信号の長さを変更するプロセス手段を採用して
いた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】液体燃料が供給される
車両に用いるために設計された燃料制御装置は、ガソリ
ン及び他の液体燃料よりも天然ガスのような圧縮ガスを
供給するために用いるときは、大きな欠点があることが
証明されていた。
【０００５】その第１は、液体燃料の圧力調節器は、典
型的には、ほぼ一定の圧力、典型的には広いレンジの作
動条件において約４０ｐ．ｓ．ｉ．ｇ（２，８１３ｋｇ
ｃｍ 2 ）で燃料を送出することができるが、一方、典型
的には約１００ｐ．ｓ．ｉ．ｇ（７，０３ｋｇｃｍ2 ）
の高い圧力で供給される圧縮天然ガスを用いる圧力調節
器は、エンジンを条件付ける広い範囲の作動温度及び流
速で一定の圧力を保持することができない。
【０００６】その第２は、燃料噴射器の周囲温度におけ
る変化が作動するソレノイドが示す抵抗を変化させ、更
にこの抵抗が作動信号に対して応答するように燃料噴射
器に必要とする時間を変化させ、その結果、燃料噴射器
が送出する燃料量を実質的に変化させる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、ルック
アップ・テーブル装置に予め記憶した一組の所定の補正
値から一つの所定の補正値をまず選択して燃料噴射コマ
ンド信号の長さを変更することにより、燃料噴射制御装
置の性能を高める効果があることが判った。選択した前
記所定の補正値は、現在の燃料圧力と噴射器の温度との
両者に従って識別されるものである。
【０００８】本発明が意図する燃料噴射制御装置は、エ
ンジンが発生する燃焼ガスから検知されるレベルであっ
て、排気ガスの酸素レベル・センサにより測定されるレ
ベルに応答する通常の閉ループ・コントローラを備えて
いる。この酸素レベル・センサは、酸素レベルが低いと
きはリッチ表示を発生し、酸素レベルが高いときはリー
ン表示を発生する。閉ループ・コントローラは、各リー
ン表示に対して、リッチ排気レベル表示が得られるまで
燃料送出速度を漸次増加させることにより、応答する。
これに対し、この燃料噴射制御装置は、リッチ表示に対
して、リーン表示が再び現われるまで燃料送出速度を漸
次減少させることにより、応答する。前記閉ループ・コ
ントローラは、各サイクルにおいて燃料噴射器を開く期
間を変化させることにより、燃料送出速度を調整する。
本発明によれば、各燃料噴射コマンド信号の長さは、一
組の所定値からなるルックアップ・テーブルから選択し
た補正値により調整されると共に、前記補正値は、燃料
圧力と噴射器の周囲温度との現在検知値に一括して応答
することにより、選択される。
【０００９】
【作用】本発明によれば、燃料噴射コマンド信号を調整
するために用いる補正値は、噴射器を作動させるために
供給する電源電圧の変化を原因とする流速の変動につい
て補償する更なる補正値も付加的に補充している。
【００１０】本発明の構成を適用することにより、広い
範囲の作動条件において燃料噴射制御装置の再現性及び
反復性が大きく改善される。本発明は、特に燃料送出装
置が著しく異なる条件において作動するときに、圧縮ガ
ス燃料によって課せられる更に厳格な必要条件に対し
て、その他の通常の液体燃料制御装置を対応可能にさせ
る。
【００１１】本発明のこれらの特徴及び利点は、本発明
の好ましい実施例についての以下の詳細な説明を考慮す
ることにより、更によく理解できるものなる。この説明
においては、添付した図面を度々参照することになる。
【００１２】
【実施例】図１は本発明の構成を用いるようにした燃料
噴射制御装置を示す。圧縮された天然ガスを収容してい
るタンク１０は、圧力調整器１２及び供給管１３、通常
の燃料噴射器１４、又は液体燃料（ガソリン、エタノー
ル、メタノール若しくはこれらの混合物）により作動す
る車両により用いられる種類の燃料噴射器を介してエン
ジン１１へ燃料を供給する。閉ループ・コントローラ１
００は、図１に１０１〜１０７に示す信号入力に応答す
る。信号入力１０１は、燃料供給管１３と連通している
燃料圧力センサ１１１から得た燃料圧力値を供給する。
信号入力１０２は燃料供給管１３における温度センサ１
１２から燃料レール温度値を提供する。温度センサ１１
２は、好ましくは、燃料噴射器１４近傍の燃料レール上
に配置されているので、信号１０２によって供給される
値は、燃料予測部１２０においてエンジン冷却水温度セ
ンサ１１３に接続された入力信号１０３と組合わせられ
もよく、値が燃料噴射器１４内の予測作動温度を表わし
ている出力１２１において制御信号を形成させる。入力
信号１０５は、エンジン１１から排出される排気ガスを
検知するように配置された加熱排気ガス酸素（ＨＥＧ
Ｏ）センサ１１５から得られる。入力信号１０６及び１
０７はエンジンの回転速度及びエンジンの負荷をそれぞ
れ表わしている。エンジン回転速度信号１０６は、典型
的には、クランクシャフト・タコメータ１１６からのパ
ルス繰返し速度を判断することにより得られ、一方信号
１０７が表わしているエンジン１１の負荷値は、吸入気
管（インテークマニホールドの圧力）、及び説明を目的
として図１に示すセンサ１１７により集合的に表わす他
の読みから得られる。
【００１３】閉ループ・コントローラ１００は、図１に
おいて１５０により表わされ、電子スイッチ１５２を制
御するコマンド信号を発生し、この電子スイッチ１５２
は電圧源１５４から作動電圧を導いて燃料噴射器１４を
開閉させる。各コマンド信号１５０の長さはエンジン１
１に送出する燃料量を決定する。コマンド信号１５０の
長さは１７２で示す噴射器コマンド信号発生器により決
定され、この噴射器コマンド信号発生器１７２は４つの
異なる入力、即ち閉ループの比例・積分・微分動作（Ｐ
ＩＤ）コントローラ１６０の出力と、３つのテーブル１
７０、１８０及び１９０の各出力とに応答して、長さが
変化する燃料噴射コマンド信号を発生する。これらのテ
ーブルは、それぞれ特定の値を選択して現在のエンジン
作動条件に基づいてコマンド信号の長さを変化させる一
組の所定値を有する。
【００１４】ＰＩＤコントローラ１６０の動作は通常の
ものであり、燃料送出速度を確立する主たる閉ループ制
御機構を構成する。ＨＥＧＯセンサ１１５からの酸素レ
ベル信号１０５は、その高周波成分を除去するロー・パ
ス・フィルタ１６１を介してＰＩＤコントローラ１６０
に供給される。ロー・パス・フィルタ１６１を介して供
給される酸素レベル信号１０５が所定レベル以下に低下
して、リッチ条件を表わすときは、ＰＩＤコントローラ
１６０の比例成分は燃料噴射器信号の長さが段階状に減
少させ、次にコマンド信号の長さを漸次的にかつ前進的
に減少し始め、従ってＨＥＧＯセンサに到達する燃焼生
成物が高い酸素レベルを発生してリーン条件を表わすま
で、エンジン１１に送出される燃料を漸次低下させる。
これにより、ＰＩＤコントローラ１６０は、その積分成
分を用いてコマンド信号の長さを急激に増加させて、コ
マンド信号の長さを漸次的にかつ前進的に増加させ始
め、ＨＥＧＯセンサが再びリッチ条件を検出するまで、
供給する燃料量を増加させることになる。サイクルはこ
のようにして継続し、かつ混合物は所望により理論空燃
比に又は近傍に保持される。更に、このような閉ループ
制御機構の使用に関する付加的な情報は、ＳＡＥ論文８
００８２６においてハンブルク（Ｄ．Ｒ．Ｈａｍｂｕｒ
ｋ）及びシュルマン（Ｍ．Ａ．Ｓｃｈｕｌｍａｎ）によ
り提供されている。
【００１５】３つの訂正テーブルの第１のもの、即ち１
７０で示す適応値テーブルは、通常のものであり、与え
られたエンジン回転速度及び負荷で理論空燃比を達成す
るためには、燃料送出速度はどのようなものであればよ
いかをほぼ適応的に学習する（以後、予測する）能力を
備えた燃料噴射制御装置を提供する。エンジン１１が安
定作動点に到達し、ＰＩＤコントローラ１６０が理論空
燃比にあるか又はその近傍にある燃料送出速度を判断し
たときは、適応論理ユニット１７１は適応テーブル１７
０に燃料送出速度（値が燃料噴射器コマンドの長さの形
を取る。）を記憶させる。適応テーブル１７０は許容し
得る燃料送出速度を適応的に学習して記憶し、その後エ
ンジン作動条件が急激に変化するときにフェッチ可能に
させ、ＰＩＤコントローラ１６０によって得られる閉ル
ープ機構がより迅速に理論空燃比の作動を達成させるた
めに改善可能な予測として、前記学習した値を使用可能
にさせる。
【００１６】第２のルックアップ・テーブルは１８０で
示されている。この第２のルックアップ・テーブルも通
常のものであって、電圧源１５４から供給されて燃料噴
射器を作動させる電圧レベルを検知し、かつコマンド信
号の長さを補正して、燃料噴射器の応答時間が燃料噴射
器の作動電位の予測可能関数であるということに対する
補償をする。第２のルックアップ・テーブル１８０から
の補正値は、燃料噴射器のコマンド信号を直接調整して
燃料噴射器の供給電圧の変動の影響を補償する値が長さ
（ミリ秒により表わしてもよい。）の形を取る。
【００１７】ＰＩＤコントローラ１６０と、適応及びバ
ッテリ電圧ルックアップ・テーブル関数との組合わせ
は、液体燃料エンジンに対して信頼性をもって、かつ正
確に機能することが証明された。しかし、エンジンに圧
縮ガスの形を取る燃料を供給することに代わる試みがな
されたときに、燃料噴射制御装置は、信頼性のある反復
可能な作動が得られない。これらの問題は：（ａ）圧力
調整器１２は、典型的には、エンジン温度及び流速の変
化として燃料噴射器に供給する圧縮ガスの圧力を正確に
制御できないこと、及び（ｂ）燃料噴射器のアクチュエ
ータの作動抵抗に関する温度の影響が燃料噴射器の応答
時間を変えるのに十分であって圧縮ガス燃料の燃料送出
速度に実質的な変化を発生させるという２つの大きな原
因を有する。これら２つの問題の有害な影響は、燃料圧
力値１０１により一次元において、及び燃料噴射器の予
測作動温度を表わす出力１２１により他の次元におい
て、インデックスされる２次元ルックアップ・テーブル
１９０における燃料噴射器のコマンド信号を補正する付
加的な一組の値を記憶することにより、大きく低下し、
かつ満足すべき作動が達成される。
【００１８】閉ループ・コントローラ１００は、好まし
くは、記憶したプログラム制御に従って利用可能な集積
回路のマイクロコントローラにより実行される。適当な
マイクロコントローラは種々のソースから入手可能であ
り、モトローラ６８００ファミリ番号のデバイスが含ま
れ、このデバイスは米国テキサス州オーク・ヒルのモト
ローラ（株）マイクロコントローラ事業部が発行した
「モトローラのマイクロコントローラ及びマイクロプロ
セッサ・ファミリ」第１巻（１９８８）に詳細に説明さ
れている。
【００１９】燃料噴射器のコマンド信号１５０は、割込
信号としてマイクロコントローラに入力される１又は更
に多くのセンサ（図１においてタコメータ１１６により
示す。）からの処理事象の信号により、エンジンのクラ
ンク・シャフトの回転、従ってピストン及びバルブの運
動と同期される。これらの信号は、典型的には、マイク
ロプロセッサの割込端子（図示なし）に印加されてメモ
リに記憶した変数の制御に従って時間に臨界的な動作を
実行する割込処理ルーチンを実行させる。これらの割込
の信号を累算することにより、クランク・シャフトの回
転を表示する数値は、適応制御装置に利用可能にされ
る。
【００２０】温度センサ１１２及び１１３のようなセン
サ、燃料圧力センサ１１１、及びＨＥＧＯセンサ１１５
からのアナログ信号値は、コントローラに供給されてア
ナログ電圧レベル信号の形による情報を提供し、次にマ
イクロコントローラに組み込まれたアナログ・ディジタ
ル（Ａ−Ｄ）変換器によりディジタル処理用のディジタ
ル形式に変換されてもよい。適応テーブル１７０は、読
み出され、かつ更新されるので、好ましくは、不揮発性
「キープ・アライブ・メモリ」（ＫＡＭ）の形式を取
る。一方、本発明が意図する圧力及び温度のコマンド信
号の時間補正をする２次元ルックアップ・テーブル１９
０、及び燃料噴射器の電圧を補正するルックアップ・テ
ーブル１８０は、他のエンジン構成パラメータと共に、
特定の車両用に実験的に判断され、かつ読み出し専用メ
モリ（ＲＯＭ）に永久的に記憶される形式の値を取るこ
ともできる。実際では、５×５テーブル（独立した５つ
の燃料の圧力値、及び独立した５つの燃料噴射器の温度
値によりインデックスされたもの）は、適正な精度のコ
マンド信号の時間補正が得られ、かつほぼ燃料噴射制御
装置の信頼性を改善する。
【００２１】説明した特定の機構及び技術は、本発明の
要旨を適用した単なる例であることを理解すべきでる。
本発明の真の精神及び範囲から逸脱することなく、説明
した方法及び装置には、多数の修飾を行なうことが可能
である。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関及び本発明により燃料噴射制御装置の
概要ブロック図である。
【符号の説明】
１４ 燃料噴射器 １００ 閉ループ・コントローラ １１１ 燃料圧力センサ １１２、１１３ 温度センサ１１２ １１５ 加熱排気ガス酸素（ＨＥＧＯ）センサ １１６ クランクシャフト・タコメータ １１７ センサ １７０ 適応テーブル １７１ 適応論理ユニット １７２ 噴射器コマンド信号発生器 １８０ ルックアップ・テーブル １９０ ２次元ルックアップ・テーブル １６０ ＰＩＤコントローラ １７１ 適応論理ユニット

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 内燃機関の燃料噴射器を制御する燃料噴
    射制御方法において、前記燃料噴射器は燃料供給装置を
    介し、圧力に従って燃料を受け取るようにされ、更に長
    さが注入されるべき燃料量を表わしているコマンド信号
    に応答して前記エンジンに測定された燃料量を注入する
    ようにされた前記燃料噴射制御方法において、 前記エンジンから排気される排気ガスの酸素含有量を測
    定して酸素レベル信号を形成するステップと、 前記酸素レベル信号が第１のしきい値より大きいときは
    前記コマンド信号の長さを増加させることにより、かつ
    前記酸素レベル信号が第２のしきい値より大きいときは
    前記コマンド信号の長さを減少することにより、前記酸
    素レベル信号に応答して前記コマンド信号の長さを変更
    するステップと、 前記燃料供給管における前記燃料の圧力を測定して燃料
    圧力信号を形成するステップと、 前記燃料噴射器のうちの少なくとも一つの近傍から少な
    くとも一つの温度値を測定して燃料噴射器温度信号を形
    成するステップと、 対応して異なる複数の燃料圧力及び燃料噴射器温度の作
    動条件に関連した複数の補正値の大きさを判断するステ
    ップであって、前記各補正値は、前記複数の各作動条件
    が前記コマンド信号の所望の長さを変更する範囲を表わ
    すステップと、 前記憶装置に前記補正値を記憶するステップと、 前記燃料圧力信号及び前記燃料噴射器の温度信号の現在
    値に従って前記補正値を周期的に読み出すステップと、 選択した前記各補正値に従って前記コマンド信号の長さ
    を変更させるステップとの組合わせを含む燃料噴射制御
    方法。
  2. 【請求項２】 前記各燃料噴射器は、前記エンジンに燃
    料を注入する電気機械的な機構を含み、前記機構は電圧
    源により電力供給され、かつ前記コマンド信号により制
    御され、前記燃料噴射制御方法は、更に、 前記電圧源から前記機構に送出される電圧の大きさを測
    定するステップと、 前記電圧の大きさの変動に応答して前記コマンド信号の
    長さを変更して前記機構の作動速度における変動を補償
    するステップとの組合わせを含むことを特徴とする請求
    項１記載の燃料噴射制御方法。
  3. 【請求項３】 前記電気機械的な機構の作動速度は前記
    機構の温度により変化し、かつ前記各補正値は、前記異
    なる複数の作動条件に従って前記機構の温度が前記コマ
    ンド信号の所望の長さを変更する範囲を表わしているこ
    とを特徴とする請求項２記載の燃料噴射制御方法。
  4. 【請求項４】 前記電気機械的な機構の作動速度は前記
    機構に対する圧力により変化し、かつ前記各補正値は、
    前記異なる複数の各作動条件に従って前記機構に対する
    圧力が前記コマンド信号の所望の長さを変更させる範囲
    を表わしていることを特徴とする請求項２記載の燃料噴
    射制御方法。
  5. 【請求項５】 前記電気機械的な機構の作動速度は前記
    機構の温度により変化し、かつ前記各補正値は、前記異
    なる複数の各作動条件に従って、前記機構に対する圧力
    及び前記機構の温度が前記コマンド信号の所望の長さを
    変更させる範囲を表わしていることを特徴とする請求項
    ２記載の燃料噴射制御方法。
  6. 【請求項６】 前記燃料は加圧されたガスの形を取るこ
    とを特徴とする請求項１記載の燃料噴射制御方法。
  7. 【請求項７】 １又は更に多くの電気的に作動する燃料
    噴射器により内燃機関のシリンダへ注入される燃料量を
    制御する信号プロセッサを含み、前記各燃料噴射器は測
    定された燃料量を注入するようにされ、前記燃料量は前
    記信号プロセッサが発生する制御信号の長さに直接関連
    する前記燃料噴射制御装置において、 前記内燃機関から排気されるガスに接触して酸素レベル
    信号を前記信号プロセッサに転送する加熱された排気ガ
    スの酸素レベル・センサを含む手段と、 前記酸素レベル信号に応答して前記制御信号の長さを漸
    次的に変更し、前記エンジンに注入された前記燃料量を
    漸次的に調整させて所望の排気酸素レベルを達成する処
    理手段と、 前記燃料噴射器に供給される燃料に接触して前記信号プ
    ロセッサに燃料圧力信号を転送する燃料圧力センサを含
    む手段と、 前記燃料噴射器の近傍に配置されて前記信号プロセッサ
    に前記燃料噴射器の作動温度を表わす温度信号を転送す
    る少なくとも一つの温度センサを含む手段と、 一組の所定の圧力値及び温度値にそれぞれ対応する第１
    の組の所定の補正値を記憶する手段と、 前記燃料圧力信号の現在値及び前記温度信号の現在値に
    応答して前記第１の組の所定の補正値から選択した一つ
    の所定の補正値を識別する処理手段と、 前記第１の組の所定の補正値から選択した一つの所定の
    補正値に関連した量により前記制御信号の長さを変更す
    る手段との組合わせを含む燃料噴射制御装置。
  8. 【請求項８】 更に、前記燃料噴射器を作動させるため
    に利用可能な電圧の現在の大きさを表わす電圧レベル信
    号を前記信号プロセッサに転送する手段と、 第２の組の補正値を記憶する手段であって、与えられた
    制御信号に応答して特定の大きさのバッテリ電圧が前記
    燃料噴射器により送出する燃料量を変更させる範囲を表
    わしている前記手段と、 前記電圧レベル信号に応答して第２の組の補正値から選
    択した一つの補正値を識別する処理手段と、 前記第２の組の補正値から前記選択した一つの補正値に
    関連する量により前記制御信号の長さを変更する手段と
    を備えていることを特徴とする請求項７記載の燃料噴射
    制御装置。
  9. 【請求項９】 前記燃料は圧縮ガスであることを特徴と
    する請求項８記載の燃料噴射制御装置。
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