JP4219416B2 - 内燃エンジンの油圧作動式電子制御燃料噴射システムの適応制御 - 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、油圧作動式電子制御燃料噴射システムの作動における変化を検出し、調整を行う能力を有するシステムに関する。
背景分野
多くの可動部品を含む膨大な数の機械装置のように、油圧作動式燃料噴射器は、ブレーク・イン期間を有する傾向にある。エンジニアは、油圧作動式燃料噴射器から実際噴射された燃料量が、ブレーク・イン時間後定常状態に達するまで、時間の経過と共に多くなることを発見した。言換えれば、エンジニアは、一定の作動オンタイムに関し、油圧作動式燃料噴射器から実際噴射された燃料量が、一般的に、通常は作動時間の単位である初期のブレーク・イン期間にわたり測定しうる割合で高められるということを発見した。燃料噴射システムからの上昇したこの出力から、燃料噴射器が取付けられているエンジンにおいて動力増大していることがわかる。
一般的な油圧作動式電子制御燃料噴射システムにおいて、電子制御モジュールは燃料噴射器に、多数のセンサー入力から決定されるオンタイムの間作動するように指令を出す。例えば、別個の噴射器の作動オンタイムは、エンジン速度及び荷重状態、スロットル位置などを含む電子制御モジュールへの複数のセンサー入力に基いて、特定の性能パラメータの間最適化されることが好ましい。エンジン操作中に、好ましい燃料噴射オンタイムを常時算出する代りに、電子制御モジュールは、一般的に作動変数の各異なる組み合わせごとに、記録された噴射オンタイムを有する多方向性マップを含むメモリユニットを含んでいたり、これにアクセスする。一旦確立されると、噴射オンタイムの記録されたマップが新しい燃料噴射器のブレーク・イン時間中に自然に発生する性能変化を補償するように調整されない。所定の場合には、詳細には、より小型エンジンに関し、燃料噴射ブレークイン現象のために観察された動力成長は好ましいものより小さくなる。
本発明は、噴射システムの性能出力を制御するために、燃料噴射システム作動の変化を検出し、調整することに関する。
発明の開示
１実施例において、燃料噴射方法は、電子制御式油圧作動燃料噴射器を形成する初期段階からなる。所望量の燃料に相当する燃料噴射器のオンタイムが定められる。燃料噴射器は、オンタイムの間作動される。燃料噴射器によって噴射される実際の燃料量が推定される。実際の燃料量が所望量の燃料に比較される。実際量の燃料が所望の燃料量よりも実質的に多い場合には、次のオンタイムが調整される。
別の態様において、燃料噴射の方法が電子制御式油圧作動燃料噴射器を形成する初期段階からなる。燃料噴射器は、複数の噴射サイクル中、通常のオンタイムで作動される。次に、通常のオンタイムの間、燃料噴射器からの噴射量が所定の割合で変化したかどうかが判断される。そうである場合には、燃料噴射器は調整されたオンタイムで作動される。
更に別の態様において、油圧作動式燃料噴射システムは、加圧された作動流体を含む共通レールを含む。複数の電子制御式油圧作動式燃料噴射器が共通レールに接続される。電子制御モジュールとセンサーとを含む手段が、燃料噴射器によって実際に噴射される燃料量を推定するために設けられている。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明に関連する油圧作動式燃料噴射システムの概略図である。
図１Ａは、本発明の１態様に関する流量センサーの概略図である。
図２は、燃料噴射システムにおける複数の燃料噴射器の一定オンタイム対噴射ブレーク・イン時間長さに関する噴射量のグラフである。
図３は、本発明に関する従来技術の固定エンジン作動状態対噴射ブレーク・イン時間長さに関する平均噴射オンタイムのグラフである。
図４は、従来技術と本発明に関する固定作動状態対噴射ブレーク・イン時間長さに関するエンジン動力出力のグラフである。
本発明を実施するための最良の形態
図１を参照すると、油圧作動式電子制御燃料噴射システム10が、エンジン12に取付けられた６個の油圧作動式電子制御燃料噴射器14を含む。システム10の作動は、従来の電子制御モジュール11によって制御される。好ましい実施例において、燃料噴射器は、作動流体システム16によって供給されるエンジン潤滑油のような流体を用いて油圧作動される。本分野の当業者であれば、所定の場合において、燃料流体となりうる異なる流体も、個々の燃料噴射器を作動させるのに使用できることがわかる。燃料が分離した燃料供給システム18によって個々の燃料噴射器14に供給される。
燃料供給システム18は、燃料供給通路44と燃料戻り通路47とに接続された燃料タンク42を含む。燃料ポンプ46は、燃料をタンク42から引き出し、燃料が燃料レール（図示せず）を介し、燃料噴射器14の燃料入口間を自由に循環する前に、燃料を、フィルタ48を通して流す。燃料供給調整バルブ49は、燃料戻り通路47のなかに配置されていることが好ましく、比較的低い所定の圧力で個々の燃料噴射器14に供給される燃料を維持する。本例において、エンジン12は、稀釈ディーゼル燃料を利用する６気筒ディーゼルエンジンである。本分野の当業者であれば、本発明の原理は、６個の燃焼空間以外のものを有する別のタイプの内燃エンジンにも同様に適用できることがわかるであろう。
低圧ポンプ26がオイルをサンプ24から引き出し、作動流体クーラ28と作動流体フィルタ30を介し高圧サンプ32の方向にオイルを押し出す。エンジン12によって直接駆動される斜板式ポンプであることが好ましい、高圧ポンプ32が、作動流体供給通路25を介し高圧共通レール38に高圧オイルを供給する。個々の燃料噴射器14のそれぞれの作動流体入口が高圧共通レール38に個々のブランチ通路40を介し接続される。共通レール38内の圧力はレール圧制御バルブ29によって維持され、ポンプ23によって発生した所定量の高圧オイルを、作動流体戻り通路33を介しサンプ24に戻す。作動流体が個々の燃料噴射器14において作用を行った後、作動流体は作動流体際循環通路27を介し油圧エネルギー再循環手段22に戻る。油圧エネルギー再循環手段22からの流体の一部がポンプ32によって作動流体供給通路25を介し高圧レール38に戻され、流体の別の部分はレール圧制御バルブ29によってサンプ24に戻される。
燃料噴射システム10は、電子制御モジュール11によって主に２つの異なる信号Ｓ₁₁およびＳ₁₂によって制御される。Ｓ₁₁は、レール圧制御バルブ29によってサンプ24に戻される流体量を制御する。次に、レール圧制御バルブ29によって戻された流体量は、高圧共通レール38の圧力の大きさを制御する手段を提供する。別個の噴射事象は、燃料噴射ソレノイド制御信号Ｓ₁₂によって制御される。燃料噴射器14のそれぞれのソレノイドは独立して制御されるが、混乱を避けるために、１つのソレノイド制御信号Ｓ₁₂のみを図示１に図示する。ソレノイド制御信号Ｓ₁₂は、一定時間の間噴射ソレノイドに供給される電流と、従来の手段でセンサー入力に基く電子制御モジュール11によって求められるタイミングとを表す。
作動において、電子制御モジュール11は、制御信号Ｓ₁₁およびＳ₁₂を決定するための複数のセンサー入力信号Ｓ₁−Ｓ₁₀に依存する。本例において、Ｓ₁はエンジン速度を表し、Ｓ₂はエンジンクランクシャフトを、Ｓ₃はエンジン冷却温度を、Ｓ₄はエンジン排気ガス高圧を、Ｓ₅は吸気マニホルド圧を、Ｓ₆は作動流体圧を、Ｓ₇はスロットル位置を、Ｓ₈は伝達作動状態を、Ｓ₉は作動流体流量を、そしてＳ₁₀は作動流体温度を表す。センサー入力Ｓ₉は、作動流体供給通路25に配置された作動流体供給流量センサーによって電子制御モジュール11に供給される。作動流体温度信号Ｓ₁₀は温度センサー50によって与えられ、センサー50は作動流体供給システム16のどこに配置されていてもよいが、本実施例においては、高圧レール38に取付けられたものとして図示している。
本実施例の場合、作動流体供給流量センサー51は、図１Ａに図示されているように、供給通路25内に配置された流れオリフィス56の対向する両側部に配置された第１トランスジューサおよび第２トランスジューサ55を含む、異なった圧力センサーの形態を取ることが好ましい。この計算された流量は、作動流体が完全な組になった燃料噴射器14によって消費される割合に相当する。燃料噴射器によって消費された作動流体の量は、実際に噴射される燃料量に比例するので、個々の燃料噴射器によって噴射される平均燃料量が、センサー51によって発生した差圧信号から推定できる。本分野の当業者であればわかるように、図１Ａに図示した差圧センサーとは異なる別の種類のセンサーも供給通路25を介し流量を測定するのに使用できる。
本発明の本実施例において、電子制御モジュール11は、流れセンサー51を使って、高圧レール38に入る作動流体の量を測定することによって燃料噴射器14により実際に噴射される燃料量を推定できる。これは、燃料噴射器14によって消費された作動流体量が高圧レール38に供給される作動流体の量に等しいために達成される。燃料噴射器14によって噴射される燃料量は、噴射事象を実行する前に噴射器14によって消費された作動流体の量に比例する。このように、高圧共通レール38に入る作動流体の量を知ることによって、燃料噴射器14によって実際噴射される燃料量を推定できなければならない。従って、本発明は各噴射事象において各個々の燃料噴射器14によって噴射される平均燃料量を推定できる手段を提供する。
実際に噴射される燃料量を、電子制御モジュール11によって噴射されるのに望ましい燃料量と比較する。所望量の燃料量は、様々なセンサー入力変数の関数であり、様々な状態に関する所望の燃料量がメモリユニット内に記録され、メモリユニットは、複数の異なった燃料噴射オンタイムとして電子制御モジュール11の一部であり、これにアクセス可能である。これらの記録されたオンタイムが、試験、観察および、特定の作動状態における動力出力または排気エミッションのような１か、２以上の異なった性能パラメータを最適にするための様々な別の技術を通し、時間と共に展開された通常のオンタイムと考えられる。本発明は、所望量の燃料に対応するオンタイムに噴射される推定された実際の燃料量を比較できるので、調整されたオンタイムを計算する能力を与え、個々の燃料噴射器が噴射されるべき所望量の燃料により密に一致する燃料量を実際噴射できるようになる。
産業上の利用可能性
図２から４を参照すると、１組の新規な燃料噴射器がエンジン12に設置された後、以下に本発明が作動できるかについて表すのに、様々なグラフが形成されている。図２は、固定されたオンタイムの間、個々の燃料噴射器における多数の可動部品と、これらの部品に対する公差のために、わずかに変わる燃料量を全噴射器が噴射する。ブレーク・イン時間長さにわたり、個別の噴射器のそれぞれから実際に噴射された燃料量がより高く定常状態の量に成長することが観察された。この上昇は、一般的に測定可能な範囲にある。このように、実際に噴射される燃料量は個々の燃料噴射器の間で変わり、噴射がこれらの定常状態で性能出力に達するまで、ブレーク・イン期間中、時間とともに変わる。本発明は、ブレーク・イン期間中に全噴射器によって発生する性能変化に関する。しかながら、本分野の当業者であれば、適切なプログラムで、電子制御モジュール11が初期の通常のオンタイムを調整できるようになされ、燃料噴射器の平均的な性能が所望の初期性能レベルに対応する。
図１に図示された本発明の好ましい実施例においては、所定のオンタイムに噴射される燃料の平均的量を推定することが可能なだけである。これは、単一の供給流れセンサー51のみが利用されているからである。各個々の噴射器によって噴射されるべき燃料の実際の量をより確実に推定することが望まれる場合には、本分野の当業者であれば、分離した流量センサーがブランチ通路40のそれぞれの中に配置できることがわかるであろう。この複数のセンサーは電子制御モジュールによっても制御でき、各噴射器ごとにオンタイムを細かく調整し、全噴射器が特定の作動状態でほぼ均一に実施するようになる。図１に図示した実施例の別の代替では、個々の燃料噴射器のそれぞれに入る燃料を実際測定するいくつかの手段を提供することであり、そうでない場合には、燃料供給通路44内の流量から、燃料戻り通路47内の流量を引き算することによって噴射された平均燃料量を計算することによって得られる。いくつかの事象において、様々な手段と方法があり、これによって、実際に噴射される燃料量が求められる。
燃料噴射器がまず、エンジンに取り付けられた後、初期の通常の１組のオンタイムの確立の仕方を選択することが必要である。１つの考え方は、コンピュータモデリングまたは工場試験のような既知の技術に基いて全燃料噴射器の既知の平均性能特性に相当する１組の通常のオンタイムを記録することである。別の考え方は、燃料噴射器が設置された後に、エンジン作動の第１の初期期間中、１組の通常オンタイムを記録するために電子制御モジュールをプログラムすることである。更に別の考え方は、各個々の噴射器の性能特性を確実にし、設置時に個々の噴射器間の作動の違いを識別するための電子制御モジュールをプログラムすることである。いずれにおいても、別個の噴射器がエンジンに第１に取付けられるときに噴射される所望の燃料量に対応しなければならない１組の通常オンタイムが記録される。
システムが数時間作動された後、燃料噴射器はブレークインし始め、固定オンタイムの間実際に噴射されるべき燃料量が、図２に図示するように上昇し始める。この上昇量が所定の割合を超えると、電子制御モジュールが、いくつかの、あるいは全オンタイムマップを調整して、実際に噴射される燃料量を、噴射されるのに望まれた燃料量に更に一致させるようにする。噴射されるべき燃料量が所定の可測量に上昇した場合のみ、修正がなされることが好ましい。図３と４は、１例のシステムにおいて、固定作動状態に関し、既知の予期動力出力の少ない割合の範囲にエンジン動力出力を維持するために、３回のオンタイム調整がなされた。これらのグラフは、噴射オンタイムが図３の従来技術の線に図示されているように一定に維持されている場合、エンジン動力出力が、噴射ブレーク・イン時間長さの間、より高い定常状態に自然に成長することを示している。一方、本発明は、エンジンからの動力出力をほぼ一定に維持する。
本発明は、高圧供給レールへの流量と同様に、作動流体の温度を測定する能力を有しているために、これらの２つのセンサー入力は、電子制御モジュールによって使用して、燃料噴射器を作動させるのに使用されるオイルの粘性を計算できる。粘性を求めることができるために、コールドモードでの燃料噴射システムの作動は顕著に簡単になる。電子制御モジュールが粘性を求めることができる場合には、噴射事象に関する所望のオンタイムを、コールドモード作動中のより粘性が高い状態を補償するように調整できる。この手段において、燃料噴射オンタイムが延長されて、所望量の燃料を正確に噴射できる能力を有するようになる。
上述の記載は例示にすぎず、本発明の範囲をいかなる手段において制限するものではない。例えば、本分野の当業者は、燃料噴射器によって噴射される実際の燃料量を様々な手段で推定したり測定できることがわかる。

Claims (18)

1. 燃料噴射の方法であって、
   電子制御式油圧作動燃料噴射器（14）を設け、
   所望量の燃料に対応する前記燃料噴射器（14）のオンタイムを求め、
   前記オンタイムの間前記燃料噴射器（14）を作動させ、
   前記電子制御式油圧作動燃料噴射器（14）を作動させる流体が前記燃料噴射器（14）によって消費される量を推定することで、前記燃料噴射器（14）によって噴射される実際の燃料量を推定し、
   前記実際の燃料量を前記所望の燃料量と比較し、
   前記実際の燃料量が前記所望の燃料量よりも実質的に多い場合に、次のオンタイムを調整する、
   段階からなる燃料噴射方法。
2. 前記燃料噴射器（14）を作動させる前記流体は、加圧作動流体源（38）の作動流体であり、
   前記推定段階は、前記作動流体が前記燃料噴射器（14）により消費される量を推定する段階を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記複数の電子制御油圧作動式燃料噴射器（14）は、別個になったブランチ通路（40）を有する加圧作動流体の共通レール（38）に接続されており、
   どれだけの作動流体が消費されたかを推定する前記段階は、加圧作動流体が前記燃料噴射器（14）によって消費された量を推定する段階を含むこととを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 容積を推定する前記段階は、少なくとも一つの作動流体流れオリフィス（56）前後の差圧を測定する段階を含むことを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 前記少なくとも一つの作動流体流れオリフィスは、前記共通レール（38）への共通通路（25）であることを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 燃料噴射方法であって、
   電子制御油圧作動式燃料噴射器（14）を設け、
   複数の噴射サイクルに関し通常のオンタイムで前記燃料噴射器（14）を作動させ、
   前記通常のオンタイムの間、前記電子制御式油圧作動燃料噴射器（14）を作動させる流体が前記燃料噴射器（14）によって消費される量を推定することで、前記燃料噴射器（14）によって噴射される実際の燃料量を推定し、前記燃料噴射器（14）からの噴射量が所定の割合で変更されたかどうかを判断し、
   該変化が前記所定の割合よりも大きい場合には、調整されたオンタイムで前記燃料噴射器（14）を作動させる、
   段階からなる方法。
7. 前記燃料噴射器（14）を作動させる前記流体は、加圧作動流体源（38）の作動流体であり、前記判断段階は、前記燃料噴射器（14）による前記作動流体の消費量を推定する段階を含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. 複数の電子制御油圧作動式燃料噴射器（14）が前記加圧作動流体の共通レール（38）に接続されており、
   前記判断段階は、前記加圧作動流体の前記共通レール（38）から前記燃料噴射器（14）への流量を推定する段階を含むことを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 前記流量を推定する前記段階は、加圧作動流体の前記共通レール（38）までの供給通路（25）内の流れオリフィス前後の差圧を測定する段階を含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
10. 前記燃料噴射器（14）に供給された前記加圧作動流体の粘性を計算する段階と、
    前記粘性が所定の粘性よりも大きい場合に、前記燃料噴射器（14）に関するオンタイムを延長する段階と、
    からなる請求項７に記載の方法。
11. 前記判断段階は，前記通常のオンタイムに関する前記燃料噴射器（14）からの噴射量が所定の割合で上昇したかどうかを判断する段階を含むことを特徴とする請求項７に記載の方法。
12. 前記燃料噴射器（14）に関する１組の通常のオンタイムを記録する段階を含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
13. 前記判断段階は、推定された前記実際の燃料量を通常の燃料量と比較する段階であることを特徴とする請求項７に記載の方法。
14. 作動流体量を推定する前記段階は、少なくとも一つの作動流体流れ通路（25）内の流れオリフィス（56）前後の差圧を測定する段階を含むことを特徴とする請求項７に記載の方法。
15. 前記少なくとも一つの作動流体流れ通路は、加圧作動流体の前記共通通路（38）までの供給通路（25）を含むことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
16. 油圧作動式燃料噴射システム（10）であって、
    加圧作動流体を含む共通レールと、
    該共通レールに接続された複数の電子制御油圧作動式燃料噴射器（14）と、
    前記燃料噴射器によって実際噴射された燃料量を推定するための、電子制御モジュール（11）とセンサーとを含む手段と、
    からなり、前記センサーは、前記電子制御モジュール（11）と接続された差圧センサー（51）であり、前記共通レール（38）までの共通通路（25）内の流れオリフィス前後に作動的に配置されていることを特徴とする油圧作動式燃料噴射システム（10）。
17. 前記電子制御モジュール（11）にアクセス可能な記録場所に記録された１組の通常噴射器オンタイムを有することを特徴とする請求項１６に記載のシステム（10）。
18. 前記燃料噴射器（14）が、前記作動流体とは異なる流体源（42）に接続されていることを特徴とする請求項１７に記載のシステム（10）。

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