JPH07504258A - 燃料調量装置を制御するシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 燃料調量装置を制御するシステム 技術の状況 本発明は、独立請求項の前文に記載の、特にディーゼル内燃機関の燃料調量装置 を制御するシステムに関するものである。

燃料調量装置を制御するこの種のシステムは、Ｓ　Ａ、、　Ｅペーパー８５０５ ４２から知られている。そこには、出力段を介して燃料ポンプに関連して設けら れている電磁操作弁が電子制御ユニットによって制御される燃料ポンプ用の制御 装置が記載されている。この制御ユニットによって内燃機関の運転状態に従って 燃料調量装置の送出開始と送出終了に対する所望の時点が定められる。この所望 の時点に基づいて制御ユニットは出力段の駆動時点を算出するので、電磁弁は燃 料ポンプが燃料を送出し、ないしは送出を終了するような位置をとる。

このようなシステムでは、単に送出開始と送出量が調節できるだけである。それ に対して送出率を独立して調節することは不可能である。カム形状により一定の 送出率にすることが可能でない場合には、送出開始を変えると強制的に送出率が 変わってしまう。任意のカム形状において、種々の送出開始時でも送出率を一定 にしたり、送出開始とは無関係に任意の送出率に調節することは、この種の装置 では不可能である。

送出率とは、通常時間当り噴射される燃料量ないしはカム軸角度当り噴射される 燃料量である。

ＤＥ−０５３５４０３１３から、送出開始をカムディスクを用いて調節できる装 置が知られている。送出終了、従って調量される燃料量は電磁弁によって決定さ れる。この装置によれば、送出率と送出開始を互いに独立して調節することは不 可能である。

本発明の課題 本発明の課題は、燃料調量装置を制御するシステムにおいて送出率と送出開始を 互いに独立して正確に調節することを可能にすることである。この課題は、独立 請求項に記載の特徴によって解決される。

本発明の利点 本発明によるシステムを用いて、送出開始と送出率を互いに全く無関係に極めて 正確に調節することができる。本発明の好ましい実施例が従属請求項に記載され ている。

図面 以下、図面に示す実施例を用いて本発明を説明する。

第１図は、本発明による装置の概略を示すものであり、第２図は、種々の信号間 の関係を示し、第３図は、噴射開始制御装置を備えた本発明による装置のブロッ ク図であり、 第４図は、送出開始制御装置を備えた本発明による装置のブロック図であり、か つ 第５図は、バスと関連させた本発明による装置のブロック図である。

実施例の説明 第１図には、本発明による燃料調量装置が概略的に図示されている。燃料ポンプ １００は種々の要素から構成されている。低圧部１１０では、燃料は不図示の燃 料フィードポンプによって維持される比較的低い圧力下にある。電磁弁１１５を 介して燃料が高圧部１２０へ達する。高圧部は送出率調節器１２５を介して駆動 装置１３０によって駆動される。高圧部１２０では燃料は噴射に必要な圧力に圧 縮される。センサ１３５を用いて駆動装置１３０の回転数が検出される。この回 転数はカム軸回転数にほぼ対応する。このセンサの代わりにカム軸あるいはクラ ンク軸に設けた回転数センサを使用することも可能である。

この回転数センサ１３５の出力信号はポンプ制御ユニット１４０へ達する。この ポンプ制御ユニット１４０は、電磁弁１１５と送出率調節器１２５に駆動信号を 供給する。

好ましい実施例においては、ポンプ制御ユニットは分離して配置された２つの要 素から構成されている。その場合、本来のポンプ制御ユニットは対応する接続手 段１４２を介してエンジン制御ユニット１５０並びに種々のセンサおよび場合に よっては他の制御ユニットと接続されている。接続手段１４２としては好ましく はバスシステムが使用される。

その場合にエンジン制御ユニットはエンジン固有のパラメータを処理し、かつ接 続手段１４２を介して対応する信号をポンプ制御ユニット１４０へ出力する。こ のエンジン制御ユニット１５０によりポンプ制御ユニット１４０には接続手段を 介して対応する信号が供給される。すなわち、例えば燃料送出を開始すべきカム 軸および／またはクランク軸の角度位置がデジタル量として伝達される。好まし くはデジタルの他の信号として所望の送出量並びに所望の送出率がある。ポンプ 制御ユニットはこれらの好ましくはデジタルの信号を対応する駆動信号に変換し 、電磁弁１１５および送出率調節器１２５に供給する。

ポンプ制御ユニットと接続されているセンサ１４５は、例えば駆動軸１３０の位 置など、ポンプ固有のデータを検出する。センサ１５５によってエンジン固有の データ並びに温度や圧力値など他の運転パラメータが検出され、エンジン制御ユ ニット１５０に供給されて、そこで処理される。アクセルペダル位置センサ１６ ０は運転者の要求を示す信号をエンジン制御ユニットに供給する。

燃料ポンプ１１０の機械的な要素はほぼ、ＤＥ　−０Ｓ３５４０３１３の第１図 に図示の燃料ポンプの要素に対応する。

しかし、本発明のポンプ制御ユニットに関連させたこの装置の動作は異なる。本 発明装置においては、電磁弁１１５を駆動することによって、送出開始並びに送 出終了が決定される。

電磁弁１１５は、送出開始と送出終了を定める第１のアクチュエータということ もできる。従来技術においては送出開始を調節するために用いられる送出率調節 器１２５は、ここでは単に送出率の調節にのみ使用される。送出率調節器１２５ は第２のアクチュエータとも呼ばれる。

制御ユニットの構成及びその動作を第２図から第５図に示す実施例を用いて以下 で説明する。

第２図には発生する種々の信号が角度に関して図示されている。ＯＴはクランク 軸の上死点を特徴付ける信号であり、Ｓはポンプの駆動軸上の同期パルスであり 、ＳＢは噴射時点を示している。上死点ＯＴに基づいて信号ＦＢＫにより噴射開 始が角度量として設定される。この信号ＦＢＫは上死点と噴射開始時点ＳＢ間の 角度間隔を示すものである。この信号の目標値は以下においてはＦＢＳＫで示し 、実際値はＦＢＩＫで示す。

同期パルスＳに基づいて信号ＦＢＮにより噴射開始が角度量として設定される。

この信号ＦＢＮは同期パルスＳと噴射開始ＳＢ間の角度間隔を示す。この信号の 目標値は以下においてＦＢＳＮと称し、実際値はＦＢＩＮと称する。

信号Ｆ　Ｂ　ＫとＦＢＮ間の位相ずれがＰで示されている。この変量Ｐは送出率 調節器１２５がどの程度変位（調節）されたかを示している。

噴射開始が上死点に基づいて信号ＦＢＫによりクランク軸に関係する角度量とし て設定される場合には、送出率調節器を調節しても噴射開始には影響を与えない 。しかし噴射開始が同期信号Ｓに基づいて信号ＦＢＮにより駆動軸に関係する角 度量として設定される場合には、送出率調節器を変位した場合その際に発生する 位相ずれを噴射開始決定時に考慮しなければならない。

第３図には制御ユニットの主要な部分が図示されている。この実施例では、噴射 開始の（閉ループ）制御が行なわれる。

内燃機関２００には燃料ポンプ１００によって所定の燃料量が供給される。正確 な噴射開始ＳＢはセンサ２１０によって検出される。そのために好ましくは、噴 射弁のニードルの移動を検出するいわゆるニードル移動センサが使用される。さ らに内燃機関２００には、クランク軸の回転数ＮＫおよび／または位置を検出す るセンサ２１５が配！される。この２つの信号は、実際の噴射開始を表わす信号 ＳＢＩを算出する装置２２０へ供給される。この信号ＳＢＩは負の符号で加算点 ２２５を介して制御器２３５へ供給される。この制御器は好ましくはＰＩ特性を 有する。加算点２２５の第２の入力には噴射開始マツプ２３０の出力信号が印加 される。この噴射開始マツプ２３０には種々のセンサの出力信号に従って噴射開 始の目標値ＳＢＳが格納されている。この信号は、最適な運転特性を得るために 、噴射開始を行うべきクランク軸の角度位置を示すものである。

制御器２３５の出力信号は結合点２４０において目標値ＳＢＳと結合される。そ れによって予め設定された制御値による制御が行なわれる。結合点２４０は加算 点２５５を介して電磁弁駆動装置２６０と接続されている。電磁弁駆動装置２６ ０によって電磁弁１１５には、カム軸の最適な角度位置において電磁弁を開閉さ せる信号が供給される。

さらに、送出率に関する目標値ＦＲ５を設定する送出率マツプ２４５が設けられ ている。送出開始計算装置２６５においてこの信号は送出開始信号ＦＢＮに変換 される。送出開始計算装置２６５の出力信号ＦＢＮは加算点２７０を介して、送 出率調節器１２５を駆動する送出率調節器駆動装置２７５へ達する。加算点２７ ０の出力には、駆動軸とクランク軸間の位相ずれの目標値を示す信号ＰＳが出力 される。この信号ＰＳは送出率調節器がどれだけの量回動されるべきかを示す。

　□さらに結合点２４０の出力信号ＦＢＫが加算点２７０へ供給される。加算点 ２７０の出力信号はまた送出率調節器モデル２８０を介して加算点２５５へ供給 される。

この装置は次のように動作する。

送出率マツプ２４５には送出率ＦＲ５が種々の運転パラメータに従って格納され ている。この送出率の目標値ＦＲ５に基づいて送出開始計算袋（ｉｆ　２６５に より送出率を得るために必要なカム軸に関連した送出開始ＦＢＮが算出される。

第２図に示すように、加算点２７０でＦＢＫとＦＢＮを引き算することによつて 位相ずれＰＳに対する必要な目標値が得られる。この位相ずれの目標値ＰＳは送 出率調節器１２５の変位角の目標値Ｐｓと同じ意味である。

送出率調節器駆動装置２７５はこの信号に基づいて送出率調節器１２５に供給さ れる駆動信号を算出して、それに従って送出率調節器を駆動する。

噴射開始マツプ２３０には種々の運転パラメータに従って所望の噴射開始ＳＢＳ が格納されている。この信号は噴射が開始されるべきクランク軸の角度位置を表 わす。

ブロック２２０はセンサ２１５の信号ＮＫとセンサ２１０の信号に基づいて、ク ランク軸がどの角度位置にあるときに実際に噴射が開始されるかを示す角度信号 ＳＢＩを算出する。

制御器２３５は目標信号ＳＢＳと実際の噴射開始ＳＢＩとの比較にしたがって、 送出開始マツプ２３０に格納されている目標値を補正する量をめる。目標信号Ｓ ＢＳは結合点２４０において制御器２３５の出力信号を用いて補正される。

制御器２３５によって補正された噴射開始マツプ２３０の出力は駆動軸の角度位 置に基づいて駆動信号を設定するので、位相ずれＰを用いて信号ＦＢＫを駆動軸 に関連した信号ＦＢＩＮに換算しなければならない。そのために加算点２５５に おいてクランク軸に関連する信号ＦＢＫからクランク軸と駆動軸間の位相ずれＰ が引き算される。

次に電磁弁駆動装置２６０は、電磁弁１１５を正しい時点で駆動するために、信 号ＦＢＩＮに基づいて駆動信号を出力し、それによって燃料噴射が正しい時点で 開始される。

送出率調節器１２５の調節（変位）によってクランク軸と駆動軸間の位相ずれＰ が変化する。それによって噴射開始も、それが駆動軸に関して設定される場合に は変化する。送出率調節器の変位に基づくこの噴射開始のずれは、電磁弁１１５ を駆動する際に考慮しなければならない。これを可能にするために、送出率調節 器モデル２８０が変位角の目標値ＰＳに基づいて送出率調節器の実際位置、従っ て位相ずれＰを算出する。送出率調節器モデル２８０は、好ましくは送出率調節 器１２５の駆動と反応間の遅延を考慮する遅延素子である。この信号は、電磁弁 １１５に供給する信号を算出する際に電磁弁駆動袋［２６゜によって考慮される 。

それぞれ噴射開始に従って送出率が異るので、さらに送出率調節器を変位させる とき信号ＦＢＫを考慮することが必要である。そのために加算点２７０において 送出開始計算袋Ｗ２６５の出力信号と加算点２４０の出力信号ＦＢＫが結合され る。この信号は送出率マツプ１２５用の駆動回路２７５へ達する。この変位角は 噴射開始を考慮して、所望の送出率を得るために送出率調節器１２５が変位すべ き角度を表わす。

噴射開始は電磁弁のスイッチオン時間を介して調節され、送出率は送出率調節器 を変位させることにより調節される。噴射開始の調節は、送出率調節器の動特性 とは無関係であって、回転数が大きい場合でも噴射毎に変化させることができる 。これは、噴射開始が動的に直接電磁弁駆動装置に作用し、送出率が送出率調節 器駆動装置に作用することによって得られる。

送出率調節器の実際の変位角は、適当なモデル２８０を用いてシミュレーション することができ、電磁弁の駆動信号を形成する際に送出率調節器を対応して考慮 することが可能になる。

第４図にはニードル移動センサ２１０を設けない実施例が図示されている。第３ 図におけるのと同様の部分は同様の参照符号で示されている。第３図とは異なり 、噴射開始センサ２１０の代わりに、カム軸の位置を検出するセンサ３１５が設 けられている。このセンサ３１５の出力信号は装置３００に達する。この装置は さらにセンサ２１５および第３図の加算点２２５に対応する加算点３０５と接続 されている。さらに送出開始計算装置の出力信号ＦＢＩＮが加算点３０５にフィ ードバックされる。さらに噴射開始制御器２３５は送出開始制御器３１０で置き 換えられている。

装置３００は、同期パルスＳと上死点を示す信号ＯＴに基づいて位相ずれＰ１従 って送出率調節器の変位の程度をめる。

位相ずれＰと送出開始計算装置の出力信号ＦＢＩＮの合計は送出開始の実際値Ｆ ＢＩＫに対応する。これは加算点３０５において送出開始マツプ３３０からの目 標値ＦＢＳと比較される。送出開始制御器３１．０はこの比較結果に基づいて電 磁弁駆動袋ｒ１１２６０へ供給する駆動信号ＦＢＫを定める。

本発明による装置の他の好ましい実施例が第５図に図示されている。第１図から 第４図においてすでに説明した、対応する部分は同一の参照符号で示し、詳しく は説明しない。

第５図にはエンジン制御ユニット１５０とポンプ制御ユニット１４０の構成が詳 細に図示されている。エンジン制御ユニット１５０には装置２２０、噴射開始マ ツプ２３０１送出率マツプ２４５および噴射開始制御Ｂ２３５が設けられている 。

送出率マツプ２４５は接続手段１４２を介してポンプ制御ユニットと接続されて いる。実際値検出装置４００は加算点４０１および加算点４０５を介して送出開 始制御器４１０と接続されている。送出開始制御器４１０は第１のスイッチ４１ ５のスイッチング接点と接続されている。第１のスイッチ４１５の常閉接点には 噴射開始制御器２３５の出力信号が印加される。その入力には加算点２２５の出 力信号が印加される。加算点２２５により噴射開始マツプ２３０と実際値検出装 置２２０の出力信号が結合される。

噴射開始マツプの出力信号ＳＢＳはさらに遅延時間検出装置４２０へ達する。遅 延時間検出装置４２０の出力信号ＦＢＳＫは加算点４０５へ達する。遅延時間検 出装置４２０の出力信号はさらに加算点４２５において第１のスイッチ４１５の 出力信号と結合される。この信号ＦＢＫは接続手段１４２を介してポンプ制御ユ ニッｌ−１４０に供給されるとともに、ＡＳＳ　（駆動信号）発生装置４３０に 供給される。ＡＳＳ発生装置４３０の出力信号Ａｓｓは好ましくは一つの信号線 を介してポンプ制御ユニット１４０へ達する。

接続手段ｉ４２を介して信号ＦＢＳＮがポンプ制御ユニットから加算点４０１に 達する。

ポンプ制御ユニット１４０は次のように構成されている。信号ＦＢＫは加算点４ ３０を介して第２のスイッチ４３５に達する。

さらに信号ＡＳＳが第２のスイッチ４３５へ達する。それぞれ第２のスイッチの 位置に従ってこの２つの信号のいずれかが電磁弁駆動装置２６０へ達する。

送出率の目標値ＦＲ５は特性値マツプ４４０へ達する。マツプ４４０の出力信号 ＦＢＳＮは加算点４４２と加算点４６５へそれぞれ負の符号で達する。加算点４ ４２は送出率制御器４４５の入力と接続されている。送出率制御器から第３のス イッチ４５０に信号が供給される。

加算点４６５は信号ＦＢＳＮとＦＢＫを結合する。この結合の結果は第３のスイ ッチ４５０へ達する。スイッチ４５０は２つの信号のいずれかを選択して、それ を送出率調節器１２５の駆動装置２７５と送出率調節器モデル２８０に供給する 。送出率調節器モデル２８０は加算点４３０へ信号を供給する。

信号ＡＳＳはさらにＡＳＳ検出器４６０を介して加算点４４２へ達する。

第１のスイッチ４１５は第１のスイッチング装置１４７０によって切り替えられ る。第２と第３のスイッチは第２のスイッチング装置４７５によって切り替えら れる。各スイッチング装置は制御ユニット１５０と１４０に内蔵しても、あるい はこれらとは別に配置することもできる。後者の場合には１つのスイッチング装 置のみが必要となる。

スイッチング装置は許容できない運転状態を識別する。この種の許容できない運 転状態は１．２つの制御ユニットの一方１５０あるいは１４０がもはや正確に動 作しない場合、ニードル移動センサ２１０が故障した場合、あるいは信頼性のあ るＡＳＳ信号が得られなくなった場合に発生する。

ポンプ制御ユニットとエンジン制御ユニットは次に説明するように動作する。

通常運転においては、スイッチは図示された位置にある。その場合にはエンジン 制御ユニット１５０は、クランク軸に関連して噴射開始を行なわせる信号ＡＳＳ を電磁弁駆動装置２６０へ出力する。そのために噴射開始制御器は第３図におい て説明したように、噴射開始が行なわれるクランク軸の角度を表わす信号ＦＢＫ を設定する。この角度信号はＡＳＳ発生装置４３０において角度時間換算（例え ば俳ゐ４クランク軸ＩＷＺ）を用いてパルス信号に変換される。このパルス信号 はエンジン制御ユニット１５０から別の信号線を介してポンプ制御ユニット１４ ０へ伝達され、電磁弁駆動装［２６０において噴射開始用駆動パルスが出力され る。

送出率マツプ２４５に格納されている送出率の目標値はデジタル信号として接続 手段１４２を介してエンジン制御ユニットからポンプ制御ユニットへ伝達される 。ポンプ制御ユニット１４０においてこの信号が特性値マツプ４４０で角度量Ｆ ＢＳＮに変換される。このマツプ４４０において高圧部１２０を駆動するカムの 形状がシミュレーションされる。

角度１ｌＦＢＳＮにより駆動軸に関連させた送出開始の目標値が設定される。Ａ ＳＳ検出装置４６０はパルス信号ＡＳＳに基づいて、駆動軸に関する送出開始の 実際値を示す角度量ＦＢＩＮをめる。この２つの信号の比較に基づいて送出率制 御器４４５は送出率調節器駆動装置２７５に供給される信号ＰＳを発生する。

この信号はクランク軸と駆動軸間の所望の位相ずれＰＳを表わす。

スイッチング装置のひとつ４７０あるいは４７５によって、許容できない運転状 態が存在することが明らかにされた場合には、スイッチング装置４７０及び４７ ５がスイッチ４１５．４３５および４５０を駆動して、各スイッチを第２の位置 へ切り替える。

常にＡＳＳ信号なしで処理が行なわれる場合には、スイッチ４３５と４５０およ びスイッチング装置４７５は省略することができる。

スイッチ４１５が作動すると、噴射開始制御から送出開始制御へ移行する。これ は好ましくは、センサ２１０が誤動作した場合、ないしはこの種のセンサが設け られていない場合に行われる。実際値検出装置４００において位相ずれＰがめら れる。そのためにセンサ３１５と２１５の信号が処理される。上死点を示す信号 ＯＴと同期パルスＳ間の間隔から直接位相ずれＰが得られる。

接続手段１４２を介してポンプ制御ユニットから形成される目標値ＦＢＳＮから 、加算点４０１においてクランク軸に関連する送出開始の実際値ＦＢＩＫが得ら れる。この実際値は加算点４０５において送出開始の目標値ＦＢＳＫと比較され る。この比較に基づいて送出開始制御器４１０により、クランク軸に関連する送 出開始を示す信号ＦＢＫがめられる。この信号ＦＢＫは接続手段１４２を介して ポンプ制御ユニット１４０へ伝達される。

電磁弁駆動装置２６０は駆動軸に関連する駆動信号を発生するので、エンジン制 御ユニットによって形成された送出開始の信号ＦＢＩＫを駆動軸に関連した信号 ＦＢＩＮに換算しなければならない。そのために、加算点４３０で信号ＦＢＩＫ から位相ずれＰが引き算される。位相ずれは送出率調節器モデル２８０によって 形成される。この送出率調節器モデルは所定モデルに従って位相ずれの目標値Ｐ Ｓに基づいて実際の位相ずれＰをシミュレーションする。このモデルは一時近似 で、送出率調節器１２５の特性をシミュレーションする遅延素子である。位相ず れの目標値ＰＳはマツプ４４０の出力信号とエンジン制御ユニットによって形成 される信号ＦＢＫ間の差から得られる。この差が加算点４６５の出力に得られる 。

位相ずれのこの目標値ＰＳは送出率調節器の駆動装置２７５にも供給される。さ らに出力信号ＦＢＳＮは駆動軸に関連する送出開始の目標値として接続手段１４ ２を介してエンジン制御ユニットに供給される。

ここで説明した個々の機能を２つの制御ユニットに分割することは好ましいこと である。どのように分割するかは、任意に変形させることができるので、個々の 機能を他の制御ユニットへ移すことも可能である。また、２つの制御ユニットを １つのユニットにまとめることも効果的である。その場合に第５図の実施例の機 能は非常走行運転では第４図の実施例の機能に対応する。

フロントページの続き （７２）発明者　ロイター・ウヴエ ドイツ連邦共和国　７１２５４　ディッツインゲン・クニールシュトラーセ　５ ８ （７２）発明者　ルッツ・ベーター ドイツ連邦共和国　７４１８９　ヴアインスベルク・オツプデムティーフェンヴ エーク（７２）発明者　シュミッツ・ベータードイツ連邦共和国　７１６４０　 ルートヴイッヒスブルク　オスヴアイル・シュポッテンベルガーヴエーク　１０

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）送出開始と送出終了を決める第１のアクチュエータ（１１５）を駆動する第 １の信号を発生する第１の手段と、送出率を決める第２のアクチュエータ（１２ ５）を駆動する第２の信号を発生する第２の手段とを有する、特にディーゼル内 燃機関の燃料調量装置を制御するシステムであって、第２の手段により送出開始 を特徴付ける信号が考慮されることを特徴とする燃料調量装置を制御するシステ ム。 ２）第１のオブザーバにより第１の信号に基づいて第２の信号を補正する補正信 号が求められることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のシステム。 ３）第１のアクチュエータが電磁弁であることを特徴とする請求の範囲第１項あ るいは第２項に記載のシステム。 ４）第１の手段は、目標値と実際値間の比較に従って第１の信号を設定する噴射 開始制御器あるいは送出開始制御器を有することを特徴とする請求の範囲第１項 から第３項までのいずれか１項に記載のシステム。 ５）第１の信号が第２の信号に従って補正可能であることを特徴とする請求の範 囲第１項から第４項までのいずれか１項に記載のシステム。 ６）第２の手段により送出率を特徴付ける信号（Ｐ）が考慮されることを特徴と する請求の範囲第１項から第５項までのいずれか１項に記載のシステム。 ７）第２のオブザーバにより第２の信号に基づいて第１の信号を補正する補正信 号が求められることを特徴とする請求の範囲第１項から第６項までのいずれか１ 項に記載のシステム。 ８）第２の手段は、目標値と実際値の比較に従って第２の信号を設定する送出率 制御器を有することを特徴とする請求の範囲第１項から第７項までのいずれか１ 項に記載のシステム。 ９）第２の信号が第１の信号に従って補正可能であることを特徴とする請求の範 囲第１項から第８項までのいずれか１項に記載のシステム。