JPH10510028A - 燃料調量装置の監視方法および監視装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 燃料調量装置、例えばディーゼル機関に対するコモン−レール装置の監視方法および監視装置が記載されている。衝撃波センサの出力信号に基づいて故障が識別される。

Description

【発明の詳細な説明】 燃料調量装置の監視方法および監視装置 従来の技術 本発明は、請求項１の上位概念による燃料調量装置の監視方法および監視装置 に関する。 このような方法および装置は、ＵＳ−Ａ５ ２４１９３３から公知である。そ こにはコモン−レール装置での高圧回路の監視方法および装置が記載されている 。そこの記載された装置では、レールの圧力が制御される。圧力制御回路の調整 量が所定の領域外にあると、装置はエラーを識別する。 さらに、レールの圧力に基づいてエー等の存在を推定する装置が公知である。 ここでは、ここでは圧力が下側限界値および上側限界値と比較され、圧力が所定 の値領域の外にあるときにエラーが識別される。 この構成の欠点は、圧力降下が大きいときに初めてエラーが識別されることで ある。 発明の課題 本発明の課題は、冒頭に述べた形式の燃料調量の監視装置および監視方法にお いて、確実に簡単にエラーを識別できるように構成することである。この課題は 本発明の独立請求項に記載された構成によって解決される。 発明の利点 本発明の方法および本発明の装置によって、調量装置におけるエラーを確実に 簡単に識別することができる。とくにコモン−レール装置におけるインジェクタ の故障を確実に検知することができる。 本発明の利点および有利な構成は従属請求項に記載されている。 図面 本発明を以下、実施例の示された図面に基づいて詳細に説明する。 図１は本発明のブロック回路図、 図２はノッキングセンサの出力信号を時間についてプロットした線図、 図３は本発明の方法ステップを説明するためのフローチャート、 図４は内燃機関の概略図、 図５は信号評価のブロック回路図、 図６は時間についてプロットした種々に信号の線図である。 以下本発明の装置を、自己着火形内燃機関の例で説明する。この内燃機関では 燃料調量が電磁弁によって制御される。図１に示された実施例は、いわゆるコモ ン−レール装置に該当する。しかし本発明の手段はこの装置に限定されるもので はない。本発明は、相応の燃料調量が可能であるすべての装置に使用することが できる。 １００により内燃機関が示されている。この内燃機関は吸気管路１０５を介し て新鮮空気の供給を受け、排気管路１１０を介して排ガスを放出する。 図示の内燃機関は４気筒内燃機関である。内燃機関の各気筒には、インジェク タ１２０、１２１、１２２、１２３が配属されている。インジェクタには電磁弁 １３０、１３１、１３２、１３３を介して燃料が調量される。燃料はいわゆるレ ール１３５からインジェクタ１２０、１２１、１２２、１２３を介して内燃機関 １００の気筒に達する。 レール１３５の燃料はこう会うポンプ１４５によって調整可能な圧力にもたら される。高圧ポンプ１４５は高圧ポンプ１４５は電磁弁１５０を介して燃料搬送 ポンプ１５５と連結している。燃料搬送ポンプは燃料リザーブ容器１６０と連結 している。 燃料搬送ポンプとして電気的燃料ポンプまたは機械的燃料ポンプを使用するこ とができる。電気的燃料ポンプを使用する場合は前置フィルタが必要である。高 い燃料温度のため、電気的燃料ポンプは有利にはタンクの近傍に配置される。こ のため電気的燃料ポンプと高圧ポンプとの間の容積が大きくなり、従って遮断時 間が長くなる。とくに故障の場合での迅速な圧力低減には高いコストが必要であ る。 内燃機関の近傍に配置された機械的予備搬送ポンプ は上記の欠点を有しない。機械的予備搬送ポンプの場合は付加的に電磁弁１５０ が必要である。この電磁弁は故障の場合に、高圧ポンプ１４５への燃料供給を中 止させる。遮断弁１５０は選択的に別個の構造ユニットとして構成することもで きる。しかしこの弁は高圧ポンプ１４５の吸入側ないし前置搬送ポンプ１５５へ の圧力側にも組み込むことができる。 弁１５０はコイル１５２を有する。電磁弁１３０、１３１、１３２、１３３は コイル１４０、１４１、１４２、１４３を有する。これらのコイルにはそれぞれ 出力段１７５により電流を印加することができる。出力段１７５は有利には制御 装置１７０に配置されており、制御装置はコイル１５２を相応に制御する。 さらにセンサ１７７が設けられており、このセンサはレール１３５の圧力を検 出し、相応の信号を制御装置１７０に導く。１８０によりいわゆる衝撃波センサ が示されている。このセンサは音響的に伝導の良好な個所に配置されている。こ の衝撃波センサは制御装置に相応の信号を供給する。衝撃波センサの代わりに、 加速度センサないしノッキングセンサを使用することもできる。 この装置は次のように動作する。燃料搬送ポンプ１５５は燃料をリザーブ容器 から弁１５０を介して高圧ポンプ１４５に搬送する。高圧ポンプ１４５はレール １３５に所定の圧力を形成する。通常、レール１３５ 内の圧力値は８００＊0.986ヘクトパスカルより大きい。 コイル１４０〜１４３に電流が流れることによって相応の電磁弁１３０〜１３ ３が制御される。コイルに対する制御信号はここでは、インジェクタ１２０〜１ ２３による燃料の噴射開始と噴射終了を設定する。制御信号は制御装置によって 、種々の動作条件、例えば運転者の希望、回転数および別のパラメータに依存し て設定される。 コモン−レール装置では、インジェクタのこのような持続的噴射は、レール内 の質量バランスが平衡のときには簡単に確実に検出することができない。このこ とは例えば、電磁弁に持続的に電流が流れている場合、またはインジェクタがロ ックされるか、または気密性が不十分であるときに発生する。このことは気筒に おいて不所望のトルク上昇につながることがあり、気筒ピーク圧ないし許容温度 を超える場合には機関の破壊にまで至ることもある。 衝撃波センサないし加速度センサを使用して、本発明では燃焼室から発する振 動を検出し、評価回路を用いて処理する。個々の気筒のこの検出された振動が通 常の値または期待値から有意に偏差する場合、相応するインジェクタのエラーが 推定される。 図２にはノッキングセンサの出力信号がクランクシャフトの角度位置に関して プロットされている。図２ ａは、すべてのインジェクタがエラー無しで動作している場合の衝撃波センサの 出力信号をクランクシャフトの角度位置について示すものである。第１気筒の上 死点領域、すなわちクランクシャフト０°で、第１気筒に燃料調量が行われる。 このことは調量中ないし燃焼中に衝撃波センサの有意な信号となる。相応の信号 が第２気筒での燃焼時、クラックシャフト１８０°で、第３気筒での燃焼時、３ ６０°で、および第４気筒の燃焼時、５４０°で発生する。 図２ｂは、第２気筒のインジェクタにエラーがある場合の相応する信号を示す 。第２気筒の燃焼時の音波放出は明らかに延長されている。このことは第２気筒 のインジェクタが正常に動作していないことを指示する。このインジェクタは所 期のものより長く開放状態にある。 図２ｃでは、第２気筒に燃料が噴射されない。このことは、第２気筒に配属さ れたインジェクタが燃料調量できないことを意味する。 図３には例として、エラー識別のための評価方法が示されている。ステップ３ ０１で衝撃波センサの出力信号が第１気筒Ｚ１への燃料調量の際に検出される。 相応してステップ３００では、第２気筒Ｚ２での燃焼時の衝撃波センサ信号が検 出される。ステップ３０２と３０３では、気筒Ｚ３とＺ４に対する衝撃波センサ 信号が検出される。ステップ３１０では、４つの信号 の振幅が加算され、４で割り算される。これにより４つの衝撃波センサ信号の平 均値Ｍが得られる。 ステップ３００でカウンタｉが０にセットされ、引き続きステップ３３０で１ だけカウントアップされる。問い合わせ３４０は、ｉ番目の気筒の振幅Ｚｉと平 均値Ｍとの差が閾値Ｓより大きいか否かを検査する。大きくなければ問い合わせ ３５０で、ｉが４以上であるか否かが検査される。４以上でなければ新たにステ ップ３３０が実行され、ｉが４以上であればステップ３００が続く。 問い合わせ３４０で、ｉ番目の気筒の振幅Ｚｉｔｐ平均値Ｍとの差の絶対値が 閾値Ｓより大きいことが識別されると、ステップ３６０でエラーが識別され、相 応の手段が開始される。 図示の方法は４気筒内燃機関の例で説明した。パラメータ、とくにｉを相応に 選択することにより、本発明の方法は他の気筒数の内燃機関にも拡張することが できる。 択一的に、信号の振幅ではなく信号の持続時間をエラー識別のために評価する ことができる。 別の有利な構成は以下の図面に示されてる。図４には概略的に２つの衝撃波セ ンサ４１０と４１１を有する４気筒ディーゼル機関が示されている。これらの衝 撃波センサは機関に音響的に伝導するよう取り付けられている。４１５によりニ ードル運動センサが、４２ ０により気筒圧力センサが示されている。１０５により新鮮空気管路が、１１０ により排ガス管路が示されている。 図５には、２つのノッキングセンサ４１０と４１１に対する信号評価部がブロ ック回路図として示されている。第１のノッキングセンサ４１０の出力信号は遅 延時間補正部２０１を介して気筒選択部２２０に供給される。相応して第２のノ ッキングセンサ４１１の出力信号は第２の遅延時間補正部２０２を介して気筒選 択部２２０に供給される。 気筒選択部２２０からは信号が第１のバンドパスフィルタ２１０と第２のバン ドパスフイルタ２１５に供給される。バンドパスフィルタの出力信号は信号処理 部２３０に供給され、信号処理部はさらに機関制御装置２４０に信号を供給する 。バンドパスフィルタ２１０と２１５の出力信号はさら機関制御装置２４０に直 接供給される。信号処理部２３０はさらに種々のセンサ２３５の信号を処理する 。 これらの装置は次のように動作する。信号が異なれば、信号源から異なるノッ キングセンサ４１０と４１１までの遅延時間も異なる。この遅延時間は遅延時間 補正部２０１と２０２によって補償される。気筒識別部は信号レベルに基づいて 、信号を所定のセンサに割り当てる。この信号レベルも信号源からセンサまでの 距離に依存する。このようにして検出された信号と所 属の気筒との割り当てが実行される。 基本的には以下に説明するステップは衝撃波センサによっても実行することが できる。２つまたはそれ以上の衝撃波センサを使用することによって信号品質が 格段に改善される。衝撃波センサを機関に空間的に異なる構造個所に配置すると とくに有利である。遅延時間補正された信号を加算することによって、有用信号 をノイズ信号に比較して格段に大きくすることができる。 本発明では、第１のバンドパスフイルタが１０ｋＨｚと３０ｋＨｚのカットオ フ周波数を有する。第２のバンドパスフィルタは５００Ｈｚと４ｋＨｚのカット オフ周波数を有する。この周波数値は単なるガイド値であり、内燃機関のそれぞ れの形式に従って変更することができる。 バンドパスフィルタはノッキングセンサ４１０、４１１の出力信号をろ波する 。ろ波された信号に基づいて信号処理部は、噴射ないし燃焼を特徴付ける種々の パラメータを検出する。このようにして得られた信号は機関制御部によって内燃 機関の制御および調整のために使用される。 図６ａには気筒圧が、ｂにはニードル運動センサの出力信号が、ｃにはノッキ ングセンサの１つの出力信号が、ｄには第１のバンドパスフィルタの出力信号が 、ｅには第２のバンドパスフィルタの出力信号がそれ ぞれ時間についてプロットされている。予噴射に対する量が少ない場合には、弁 ニードルは一般的には上部ストッパまで開放しない。 予噴射の際には、下側ストッパでのニードルの衝突が噴射過程の終了時に識別 されるだけである。この時点でノッキングセンサの出力信号の振幅が上昇する。 この時点でノッキングセンサの出力信号の高周波成分が増大する。この時点はＶ Ｅにより示されている。 主噴射の開始時と終了時に、ニードル運動センサのニードルが下側ストッパな いし上側ストッパまで運動する。この時点でノッキングセンサの出力信号の振幅 が上昇し、そのときにとくに高周波成分が増大する。この時点はＨＥにより示さ れている。 主噴射の噴射開始と噴射終了は、インジェクタ１２０〜１２３のニードルが開 放する際には上側ストッパまで、閉成する際には下側ストッパまで移動するとき に識別される。この時点は、第１のバンドパスフィルタの出力信号が第１の閾値 を越えて上昇することに基づいて識別される。インジェクタのニードルの衝突が 識別されない場合、ないしインジェクタの閉成時の衝突が識別されない場合には 、持続的噴射が識別される。 これらの信号に基づいて各噴射の際に、持続的噴射が存在しているか否かが検 出される。監視は有利には各気筒に対して個別に行われる。１つの気筒において 所定数の持続的噴射が識別されると、故障が識別される。 燃料搬送ポンプが機械的予搬送ポンプとして、例えば歯車ポンプとして構成さ れていれば、予搬送ポンプによる燃料の搬送を中断する直接的手段はない。なぜ なら、この予搬送ポンプは機関によって直接駆動されるからである。従って本発 明によれば、予搬送ポンプ１５５と高圧ポンプ１４５との間の電気的遮断弁によ って、予搬送ポンプ１５５による高圧ポンプ１４５への燃料搬送を中断する。 故障が識別された場合には、弁１５０は高圧ポンプ１４５への燃料供給を中断 する。ここで故障は例えば、前記のようにして識別することができる。しかし故 障を識別するための他の方法も可能である。 弁１５０が２/２弁として構成されていれば、すなわち、予搬送ポンプ１５５ と高圧ポンプ１４５との間の通流を阻止するなら、弁が閉じたときに弁の前に圧 力が形成される。この圧力形成を回避するために、適切な手段を設けなければな らない。例えば予搬送ポンプに圧力制限弁を組み込むことができる。択一的に遮 断弁を３/２弁として構成することもできる。この場合燃料は、弁１５０が制御 されているとき、破線で示した管路を介して予搬送ポンプ１５５から燃料リザー ブ容器１６０へ直接戻る。この構成の場合は予搬送ポンプ１５５の圧力制限弁を 省略することができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＪＰ，ＫＲ，ＵＳ (72)発明者 ユルゲン ビースター ドイツ連邦共和国 71034 ベープリンゲ ン ブントシューシュトラーセ 21 (72)発明者 マルティン グロッサー ドイツ連邦共和国 70825 コルンタール −ミュンヒンゲン シュテッティナー シ ュトラーセ 37 (72)発明者 ライナー エッティンガー ドイツ連邦共和国 75446 ヴィールンス ハイム シェッフェルシュトラーセ 11 (72)発明者 ヴィルヘルム アイベルク ドイツ連邦共和国 71229 レオンベルク アルベルトゥス−マグヌス−シュトラー セ 37 (72)発明者 ルッツ−マルティン フィンク ドイツ連邦共和国 71679 アスペルク シュトゥットガルター シュトラーセ 59

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．燃料調量装置、例えばディーゼル機関のコモン−レース装置の監視方法であ って、燃料が少なくとも１つのポンプにより低圧領域から高圧領域へ搬送される ものにおいて、 衝撃波センサおよび/または加速度センサの出力信号が所定の値から異なる ときに、調量装置の故障を識別する、ことを特徴とする監視方法。 ２．気筒の衝撃波センサの出力信号の振幅が、所定の値以上すべての気筒の平均 値から偏差するときに、故障を識別する、請求項１記載の監視方法。 ３．気筒の衝撃波センサの出力信号の持続時間が、所定の値以上すべての気筒の 平均値から偏差するときに、故障を識別する、請求項１または２記載の監視方法 。 ４．衝撃波センサの信号をろ波し、ろ波された信号に基づいて噴射の開始と終了 を表す信号を求め、 当該噴射の開始と終了を表す信号に基づいて、故障を識別する、請求項１か ら３までのいずれか１項記載の監視方法。 ５．衝撃波センサの信号をろ波し、ろ波された信号に基づいて噴射の開始と終了 を表す信号を求め、 当該噴射の開始と終了を表す２つの信号の間隔が許容されない値をとるとき 、故障を識別する、請求 項１から４までのいずれか１項記載の監視方法。 ６．燃料調量装置の電磁弁および／またはインジェクタの故障を識別する、請求 項１から５までのいずれか１項記載の監視方法。 ７．燃料調量装置、例えばディーゼル機関のコモン−レール装置の監視方法であ って、 燃料が少なくとも１つの予搬送ポンプにより低圧領域から高圧領域へ搬送さ れるものにおいて、 故障が識別されたとき、予搬送ポンプと高圧ポンプとの間の燃料流を遮断す る、ことを特徴とする監視方法。 ８．燃料調量装置、例えばディーゼル機関に対するコモン−レール装置の監視装 置であって、 燃料が少なくとも１つのポンプにより低圧領域から高圧領域へ搬送される形 式のものにおいて、 衝撃波センサおよび/または加速度センサの出力信号が所定の値から偏差す るときに調量装置の故障を識別する手段が設けられている、ことを特徴とする監 視装置。 ９．燃料調量装置、例えばディーゼル機関のコモン−レール装置の監視装置であ って、 燃料が少なくとも１つの予搬送ポンプにより低圧領域から高圧領域へ搬送さ れる形式のものにおいて、 予搬送ポンプと高圧ポンプとの間の燃料流を遮断 することのできる手段が設けられている、ことを特徴とする監視装置。