JPH1077895A - 内燃機関の制御方法および制御装置 - Google Patents
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Abstract
率のような燃料特性を、付加的なセンサを設けることな
く検出できるよう構成する。 【解決手段】 圧力信号が求められ、この圧力信号に依
存して燃料調量が制御される。この圧力信号は、時間あ
るいはシャフトの角度位置に対する燃料圧力経過特性に
依存する。この圧力信号に基づき、燃料特性を表わす信
号を供給する。
Description
該圧力信号に依存して燃料調量を制御し、該圧力信号は
時間および/または角度位置に対する燃料圧力経過特性
に依存する、内燃機関たとえばディーゼル内燃機関の制
御方法および制御装置に関する。
共和国特許出願公開第3118425号公報(アメリカ
合衆国特許第4426981号明細書)により公知であ
る。この文献には、ディーゼル内燃機関の燃焼室へ供給
される燃料量を求める装置が示されている。この目的
で、センサによりいわゆるエレメント室内の燃料圧力が
測定され、それに対応する信号が供給される。そしてこ
の信号に依存して、噴射量および/または噴射開始時点
ならびにたとえば排気ガスフィードバック量のようなそ
の他の量が制御される。
クシャフトまたはカムシャフトの角度位置に対する圧力
経過特性は、著しく変動するものである。上記の装置の
場合、燃料の温度を考慮するようには構成されていな
い。燃料の温度および組成は、内燃機関のパワー供給、
有害物質放出ならびに騒音発生に大きな影響を及ぼす。
設けることで、燃料の温度が考慮されるようにした装置
も公知である。このためには付加的な温度センサが必要
である。殊に、たとえば共同噴射方式(Common-Rail-Sy
stem)やポンプジェット方式(Pumpe-Duese-System)の
ような比較的新しい調量システムであると、温度センサ
を適切な個所に取り付けなければならない。
題は、たとえば燃料の温度および/または圧縮率のよう
な燃料特性を付加的なセンサを設けることなく捕捉でき
るよう構成することにある。
は、圧力信号に基づき燃料特性を表わす信号を供給する
ことにより解決される。
を、付加的なセンサを設けることなく燃料調量にあたり
考慮することができるようになる。
示されている。
本発明を詳細に説明する。
概略図がそれらの基本的な電子制御装置とともに示され
ている。参照符号10で内燃機関が示されており、これ
には吸気管11が導かれており排気管12が出ている。
参照符号13により、排気ガスフィードバックの様子が
示されている。内燃機関10へ供給される新しい空気と
排気ガスの配分は混合バルブ14により調整され、これ
は排気ガスフィードバック制御段15を介して制御信号
を受け取る。
てタンク18から燃料が供給される。図示の実施形態の
場合、このポンプ自体は燃料量のためと噴射開始時点の
ために2つの制御入力側19,20を有している。した
がってこれら2つの制御入力側19,20は、燃料量制
御段23および噴射開始制御段24の出力側21,22
と接続されている。
始制御部とが設けられた分配ポンプが用いられている。
比較的新しい電磁弁制御システムによれば、電気的に制
御可能なバルブが設けられており、このバルブにより噴
射開始時点も噴射量も制御される。この場合には、バル
ブを制御するためにただ1つの制御線しか設けられてい
ない。そして燃料量制御段と噴射開始制御段とが共働し
て、バルブを作動させるための信号が形成される。
として回転数、走行ペダル位置ならびに噴射すべき燃料
に関する圧力信号が重要である。したがってここでは、
回転数センサ25の出力信号が燃料量制御段23および
噴射開始制御段24の対応の入力側へ供給される。ま
た、相応のセンサ26によって走行ペダル位置信号が燃
料量制御段23へ供給される。
ンサ27によって信号処理段29へ出力信号が送出され
る。この信号処理段29は、噴射される燃料量および噴
射開始時点のために2つの出力側30,31を有してい
る。したがってこれらの出力側30,31は、排気ガス
フィードバック制御段15、燃料量制御段23および噴
射開始制御段24と接続されている。これら3つの制御
段15,23,24はすべてさらに付加的な入力側3
2,33,34を有しており、これらの入力側を介して
個々の値をさらに詳細に制御することができる。その種
の装置はたとえば、ドイツ連邦共和国特許出願公開第3
118425号公報(アメリカ合衆国特許第44269
81号明細書)に記載されている。
力経過特性に基づき噴射開始時点、噴射終了時点つまり
は噴射される燃料量だけしか求められない。本発明によ
り明らかにされたことは、燃料ポンプにおけるエレメン
ト室内の圧力Pの経過特性に基づき、たとえば燃料温度
のような他の燃料特性を推定できることである。このた
めには、時間tに関する圧力Pの経過特性を圧力発生時
および/または圧力消滅時に観察する必要がある。
列ポンプであると、ポンプのエレメント室内の圧力Pを
測定するために圧力センサが必要である。たとえばポン
プジェット方式(Pumpe-Duese-System)またはポンプガ
イドジェット方式(Pumpe-Leitungs-Duese-System)の
ように比較的新しいシステムであっても、圧縮時にエレ
メント室内の圧力を測定しなければならない。また、共
同噴射方式の場合、高圧ポンプおよび/またはレール内
の圧力を圧縮時に測定しなければならない。
度や粘性、濃度、音速、さらには燃料の弾性係数のよう
に燃料特性を特徴づける値が求められる。これらの値は
燃料量制御段21、噴射開始制御段22、排気ガスフィ
ードバック制御段15により用いられ、さらに場合によ
っては燃料調量部における別の制御段、あるいはたとえ
ば排気ガスフィードバックにおける他の制御部において
用いられる。
度を測定するのに付加的な温度センサを使う必要のない
ことである。したがって、それ相応の温度センサを省略
することができる。この場合、他の測定機能のために必
要とされる燃料圧力センサしか設けられていなくてよ
い。
力経過特性を求めることにより、温度に関する情報ない
し燃料の状態方程式が得られる。これらはたとえば液圧
的に関連する燃料品質である。
いる。図2のaには圧力Pの経過特性が時間軸上に示さ
れている。図2のbには第1の信号S1が、図2のcに
は第2の信号S2が、それぞれ時間軸上に示されてい
る。
された2つの圧力経過特性が時間軸上に描かれている。
これらの経過特性は単に実例にすぎず、燃料ポンプの構
成に応じて他の経過特性を有する可能性がある。この場
合、参照符号Iによって比較的低い温度に関する実例の
値が表わされており、参照符号IIによって比較的高い
温度のときの経過特性が描かれている。温度が低いほう
が圧力は速く上昇するし、相応にいっそう速く減少す
る。温度が高いと圧力はそれよりもゆっくりと上昇する
し、ゆっくりと減少する。
P2,P3,P4が書き込まれている。慣用のシステム
では、圧力閾値P1を超えると噴射開始と識別され、圧
力閾値P4よりも低くなると噴射終了と識別される。
の信号は慣用のシステムでは閾値P1を超えたときと閾
値P4を下回ったときに形成される。温度が低い場合、
圧力は時点t(P1)で閾値P1を超える。この時点で
信号S1は高レベルから低レベルに降下する。信号S1
のこの降下は制御装置により噴射開始と識別される。時
点t(P4)において圧力Pは第4の閾値P4よりも低
くなる。この時点t(P4)において信号S1は高レベ
ルへ上昇する。その際、t(P1)とt(P4)の間の
持続時間は噴射持続時間とみなされ、これにより噴射さ
れる燃料量が決まる。
よりも遅れた時点t′(P1)ではじめて閾値P1を超
える。そしてこの場合、圧力は温度が低い場合よりもあ
との時点t′(P4)ではじめて閾値P4よりも低くな
る。これに応じて信号S1は時点t′(P1)ではじめ
て降下し、時点t′(P4)で高レベルに上昇する。こ
のことは図2のbでは破線で表わされている。
合には温度が低い場合よりも噴射開始および噴射終了が
あとの時点にずれている。
量に依存するので、噴射開始および噴射終了を表わす信
号のずれを温度の測定に利用することはできない。した
がって別の圧力閾値P2,P3が導入される。これらの
閾値は圧力閾値P1,P4よりも高いものであるとよ
い。この場合、圧力閾値P2は圧力信号の上昇経過中に
あり、圧力閾値P3は圧力信号の下降経過中にある。
ル値へ下降し、圧力閾値P3を下回ればその信号は高レ
ベル値へ上昇する。図2のbと同様に図2のcには信号
S2の経過特性が示されており、その際、温度が低い場
合の経過特性は実線で描かれており、温度が高い場合の
経過特性は破線で描かれている。温度が低い場合、圧力
は時点t(P2)で閾値P2を超え、時点t(P3)で
閾値P3を下回る。
することができる。第1の実施形態の場合、圧力上昇領
域における2つの規定された圧力レベル間の角度差ない
しは時間差が測定される。つまりたとえば、時点t(P
1)とt(P2)の間隔ないしはt′(P1)とt′
(P2)の間隔が評価される。したがってこの場合、第
1の閾値P1を超えてから第2の閾値P2を超えるまで
の間隔が考慮される。温度が低い場合、時点t(P2)
と時点t(P1)の間の時間差Δtは温度が高い場合よ
りも小さい。
つの規定された圧力レベル間の間隔を測定することもで
きる。つまりこの場合、第3の閾値P3を下回ってから
第4の閾値P4を下回るまでの間隔が評価される。温度
が低い場合、時点t(P4)と時点t(P3)の間の時
間差Δt* は温度が高い場合よりも小さい。
る。これによれば最大圧力位置を考慮することができ
る。通常、最大圧力が大きくなればなるほど温度が低く
なる。この関数関係はポンプの形態に依存するものであ
り、適用事例の枠内で求める必要がある。
定の領域で時間について積分または微分により捕捉され
るように構成される。つまり、所定の時点における圧力
勾配が求められる。温度が低くなればなるほど、勾配の
大きさが大きくなる。
ンサにより温度が測定され、圧力経過特性に基づき燃料
品質および漏れ率に関する噴射液圧状態に対する情報が
得られる。所定の温度において、圧力変化の勾配は燃料
圧縮率の関数である。圧縮率が高ければ勾配は小さくな
る。これらの手法を個別にまたは燃料品質の判定と組み
合わせて利用できる。
クランクシャフトの角度位置に関する圧力経過特性が評
価される。この場合、時点またはクランクシャフトおよ
び/またはカムシャフトの対応する角度位置を利用でき
る。
す信号を供給するセンサを使用できる。殊に有利である
のは、閾値を越えたときにだけ変化した出力信号を供給
する圧力センサを使用することである。このようなセン
サは著しく低コストである。
るセンサを使用できる。第1の閾値P1を超えたときと
第4の閾値P4を下回ったときに、圧力信号の出力信号
が第1の値から第2の値へ変化する。第1の圧力閾値P
1は一般に50barの領域にあり、第4の圧力閾値P
4は75barの領域にある。
値が規定され、それらの閾値に達したことがセンサから
ディジタル信号として送出される。この目的で圧力セン
サに第2のディジタル出力側が設けられ、そこから信号
S2が送出される。このようにした場合の欠点は、セン
サのために第2の出力側を設けなければならないことで
ある。
しか必要としない実施形態が示されている。
過特性が時間軸t上に描かれている。図2のaと同様の
圧力閾値が図3のaにも相応に記されている。この場
合、圧力センサは、第1の閾値P1を越えると高レベル
から低レベルへ移行し、第2の閾値P2を超えると低レ
ベルから高レベルへ移行するように構成されている。そ
して第3の閾値P3を下回ったときには圧力センサは低
レベルへ移行し、さらに第4の閾値P4を下回ると高レ
ベルへ移行する。これらの信号レベルを逆にすることも
できる。
センサの出力信号Sが示されている。時点t′(P1)
において圧力(II)は第1の閾値P1を上回り、圧力
センサの出力信号Sが降下する。時点t′(P2)にお
いて圧力は第2の閾値P2を超え、圧力センサの出力信
号Sは高レベルへ上昇する。そして時点t′(P3)に
おいて圧力は第3の閾値P3を下回り、圧力センサの出
力信号Sは低レベルへ下降する。さらに時点t′(P
4)において圧力は第4の閾値P4を下回り、圧力セン
サの出力信号Sは再び高レベルへ移行する。
センサの信号Sが示されている。時点t(P1)におい
て圧力(I)は第1の閾値P1を超え、圧力センサの出
力信号Sは下降する。時点t(P2)において圧力は第
2の閾値P2を超え、圧力センサの出力信号Sは高レベ
ルへ上昇する。そして時点t(P3)において圧力は第
3の閾値P3を下回り、圧力センサの出力信号Sは低レ
ベルへ下降する。さらに時点t(P4)において圧力は
第4の閾値P4を下回り、圧力センサの出力信号Sは再
び高レベルへ上昇する。
同じようにして行われる。これら2つの実施形態の相違
点は、図3による実施形態であれば圧力センサに1つの
出力側しか設けなくてよいが、図2の場合には2つの出
力側を設ける必要がある点だけである。出力信号Sない
し出力信号S1,S2の立ち下がり縁および立ち上がり
縁によって、時点t(P1)〜t(P4)が規定され
る。
る圧力センサであれば、相応に構成された装置によっ
て、いつ閾値を上回ったのかあるいは下回ったかのかが
チェックされる。この場合、時点t(P1)〜t(P
4)は温度測定のために評価される。また、連続的な信
号であれば、微分および/または積分した圧力信号の評
価も行える。
れぞれ異なっている。しかし、閾値P1とP4ならびに
閾値P2とP3をそれぞれ同じ値に選定するのも有利で
ある。
連続的な圧力形成および圧力消滅の起こるシステムにお
いてのみ生じるものである。殊にいわゆる共同噴射方式
の場合、圧力は著しく高い値まで形成され、通常は内燃
機関の動作中、到達したその値に保持される。このよう
なシステムの場合には単に、圧力形成中に圧力上昇を評
価するのが有効である。
力Pの経過特性が時間軸t上に描かれている。図4の参
照符号Iにより、温度が低いときないしは燃料の圧縮率
が低いときの圧力経過特性が示されている。また、参照
符号IIにより、温度が高いときないしは燃料の圧縮率
が高いときの圧力経過特性が示されている。温度が低い
場合、圧力は時間に関して著しく急速に上昇する。この
ことは、圧力信号が大きな勾配を有することを意味す
る。温度が高い場合、圧力はゆっくりと上昇し、圧力は
比較的小さい勾配を有することになる。
する2つの閾値が示されている。温度が低い場合、圧力
は時点t(P1)において第1の閾値P1を上回り、時
点t(P2)において第2の閾値P2を上回る。温度が
高い場合、圧力は時点t′(P1)で第1の閾値P1を
上回り、時点t′(P2)で第2の閾値P2を上回る。
第1の閾値を超えた時点と第2の閾値を超えた時点の間
の間隔を評価することにより、つまり時点t(P1)と
t(P2)の間の間隔を評価することにより、温度を推
定することができる。
性が、実例として図5のフローチャートに示されてい
る。ステップ500において、内燃機関が新たに始動す
るたびにプログラムがスタートする。次のステップ51
0において、時間カウンタtが所定の値Δだけ高められ
る。これに続く問い合わせステップ520において、圧
力Pが第1の閾値P1よりも大きいか否かがチェックさ
れる。第1の閾値P1よりも大きくなければ、ステップ
500からもう1度はじめられる。圧力Pが閾値P1よ
りも大きいかまたはそれと等しければ、ステップ530
において時点t(P1)に時間カウンタtの値がセット
される。
タtが再び所定の値Δだけ高められる。これに続く問い
合わせステップ550において、圧力Pが第2の閾値P
2よりも大きいか否かがチェックされる。第2の閾値P
2よりも大きくなければ、ステップ540において時間
カウンタtが新たに高められる。圧力Pが第2の閾値P
2よりも大きいかまたはそれと等しければ、ステップ5
60において時点t(P2)に時間カウンタtの内容が
セットされる。
t(P2)と時点t(P1)の差が閾値SWよりも大き
いか否かがチェックされる。差が閾値SWよりも大きけ
れば、ステップ580においてエラーであると識別され
る。それというのはこの場合には、圧力上昇が過度に緩
慢に行われたことになるからである。時点t(P2)と
時点t(P1)の差値が閾値SWよりも小さければ、ス
テップ590においてその差に基づき燃料の温度Tない
し圧縮率が求められる。これは有利には、差Δt=t
(P2)−t(P1)と温度Tとの関係が特性マップま
たは特性曲線として格納されているようにして行われ
る。そして燃料温度ないし燃料圧縮率に対する値Tが、
有利にはその特性マップから読み出される。
時間について微分することにより燃料の勾配をじかに得
るようにし、値Δtの代わりに所定の時点での圧力信号
の勾配をじかに評価するように構成することもできる。
を表わした特性マップが示されている。差値Δtと燃料
温度Tとの関係は、ほぼ直線的である。つまり温度が上
昇するにつれて、第1の圧力閾値を超えた時点と第2の
圧力閾値を超えた時点の間隔Δtが大きくなる。一般に
特性マップが適用される基準温度において、差は値Δt
0をとる。この温度は、図示の実施形態では値45゜を
とる。この温度値と測定されたΔtの値に基づき温度が
特性マップから読み出され、および/または算出され
る。
数Nや噴射燃料量および/または相応の値に依存して格
納しておけば、いっそう精度を高めることができる。
よび/または燃料品質において基準温度のところでそれ
ぞれ異なるΔtの値が生じることである。図6にはその
ような特性マップが破線で示されている。この作用を補
償調整するために、基準温度におけるΔtの値が学習さ
れる。この目的で、温度が既知であり、および/また
は、たとえば冷却水温度センサのような他のセンサによ
り温度を測定できるような動作状態において、値Δtが
測定される。そして基準温度45゜のところで生じるこ
とになる値Δt0に対する差が格納される。格納される
この値は、図6において双方向矢印で示されている。こ
の格納された値と、測定された値Δtと、差値Δtと温
度Tの間の既知の関係つまり直線勾配に基づき、目下の
温度が算出される。
ていれば、値Δtと測定された温度とに基づき燃料品質
を推定できる。
度センサの検査に利用すると殊に有利である。両方の温
度値の間に許容値以上の隔たりがあれば、温度センサの
故障であると識別される。
開始に関する信号および供給期間に関する信号のような
調整信号が供給され、これに加えてさらに燃料の温度に
対応する信号が供給されると、殊に有利である。
サを省くことができるし、他方では、付加的な温度セン
サの利用により温度センサの故障および/または欠陥時
の障害に対する信頼性が高められる。温度センサがすで
に設けられているのであれば、燃料の特性および/また
は品質を簡単に求めることができる。
料温度および/または燃料特性は、内燃機関の種々のパ
ラメータの制御および/または調整に利用される。それ
らのパラメータは殊に噴射量、噴射開始時点、排気ガス
フィードバックレートおよび/または他の量の制御およ
び/または調整のために利用される。
る。
る。
る。
トである。
Claims (10)
- 【請求項1】 圧力信号を求め、該圧力信号に依存して
燃料調量を制御し、該圧力信号は時間および/または角
度位置に対する燃料圧力経過特性に依存する、内燃機関
の制御方法において、 前記圧力信号に基づき燃料特性を表わす信号を供給する
ことを特徴とする、内燃機関の制御方法。 - 【請求項2】 前記圧力信号に基づき燃料温度を表わす
信号を供給する、請求項1記載の方法。 - 【請求項3】 第1の圧力閾値と第2の圧力閾値を圧力
上昇領域および/または圧力下降領域にあらかじめ設定
する、請求項1または2記載の方法。 - 【請求項4】 前記信号を形成するため、第1の圧力閾
値への到達と第2の圧力閾値への到達の角度差および/
または時間差を評価する、請求項2または3記載の方
法。 - 【請求項5】 前記信号を形成するため、最大圧力の値
および/または位置を評価する、請求項1または2記載
の方法。 - 【請求項6】 前記信号を形成するため、圧力信号の経
過特性を微分および/または積分する、請求項1または
2記載の方法。 - 【請求項7】 圧力信号と温度信号に基づき、燃料圧縮
率および/または燃料品質を表わす信号を供給する、請
求項1〜6のいずれか1項記載の方法。 - 【請求項8】 前記信号を温度センサの監視に利用す
る、請求項1〜7のいずれか1項記載の方法。 - 【請求項9】 求められた信号を内燃機関の種々の値の
制御および/または調整に利用する、請求項1〜8のい
ずれか1項記載の方法。 - 【請求項10】 圧力信号を求め該圧力信号に依存して
燃料調量を制御する手段が設けられており、前記圧力信
号は時間および/またはシャフトの角度位置に対する燃
料圧力経過特性に依存する、内燃機関の制御装置におい
て、 前記圧力信号に基づき燃料特性を表わす信号を供給する
手段が設けられていることを特徴とする、内燃機関の制
御装置。
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