(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃式エンジン（５５）を始動するための油圧作動式噴射器（２５）の制御方法であって、
前記エンジンの温度を感知して、前記噴射器（２５）を油圧作動するのに使用する作動流体の温度を表すエンジン温度信号（Ｔｃ）を発生し、
前記温度信号（Ｔｃ）を受け取って、前記感知した温度における前記作動流体の、所定の圧力範囲内において時間で変化する圧力を表す所望の作動流体圧力信号（Ｐｄ）を発生し、
前記所望の作動流体圧力信号（Ｐｄ）を受け取って所望の電流を決定し、燃料噴射率を制御するために所望の電流信号（Ｉ）を発生する、
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、
現在の作動流体圧力を感知して、感知した作動流体圧力の大きさを表す現在作動流体圧力信号（Ｐｆ）を発生し、
前記現在作動流体圧力信号（Ｐｆ）と前記所望の作動流体圧力信号（Ｐｄ）を比較し、該比較された作動流体圧力信号（Ｐｆ，Ｐｄ）間の相違に応答して作動流体圧力誤差信号（Ｐｅ）を発生し、
該作動流体圧力誤差信号（Ｐｅ）を受け取り、該作動流体圧力誤差信号（Ｐｅ）に基づく前記所望の電流を決定し、前記所望の電流信号（Ｉ）を発生する、
段階を備えることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法において、前記作動流体の所定の圧力範囲は、エンジンクランキングの圧縮行程中に、前記燃料噴射器（２５）のノズルニードルを持ち上げ得る最小圧力から複数の噴射を生じさせる程の最大圧力までの範囲であることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法において、
前記温度信号（Ｔｃ）を受け取り、前記感知した温度の関数である持続時間の範囲内で時間で変化する最大持続時間信号（ｍd  ）であって、燃料が噴射される期間を示す最大持続時間信号（ｍd  ）を発生し、
該最大持続時間信号（ｍd  ）を受け取り、前記噴射期間を電子制御するために実際の持続時間信号（ｔd  ）を前記エンジン（２５）に送る、
段階を備えることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、一般に、油圧作動式燃料噴射装置に関する。より詳細には、エンジン始動のための燃料噴射率と燃料噴射持続時間とを別に制御するための電子制御装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
ディーゼルエンジンは、燃料を噴射してエンジンシリンダ内の高温空気に蒸発させることにより、燃焼を生じる。しかし、低温始動状況では、空気は熱の多くをシリンダ壁に奪われ、エンジン始動が困難になる。例えば、余りにも多くの燃料がシリンダに噴射されると、低温燃料を蒸発させるための熱が噴射点の空気温度を下げ、燃焼を妨げたり、消炎したりする。従って、燃料がゆっくりと噴射されて、燃焼室中至る所に燃料をまき散らし、燃焼が生じるように、熱の低下を均等に分散することが望ましい。
米国特許第  ５，１９１，８６７号と、第  ５，１８１，４９４号で説明されるものと同様な油圧作動式燃料噴射器装置の噴射率は、作動流体圧力と作動流体粘度によって制御される。しかし、流体温度と流体等級に応じて、流体粘度は変化する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
単一流体等級の流体温度関数として作動流体圧力を制御することは、可能であるが、流体等級がわからない場合には、エンジン始動のための作動流体の圧力を制御することは、困難である。
本発明は、前述の問題の一つか二つ以上を解決するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の一態様において、油圧作動式噴射器に供給される作動流体圧力の制御方法と、油圧作動式噴射器が燃料を噴射する持続時間の制御方法とが、開示される。所望の作動流体圧力と噴射持続時間が、エンジン始動のために、最適な数値の組合せになるように数値の範囲に渡ってスイープされる。
【０００５】
【実施例】
本発明は、油圧作動式電子制御ユニット噴射器燃料装置で使用する電子制御装置に関する。油圧作動式電子制御ユニット噴射器燃料装置は当業者には公知である。そのような装置の一例が、グラッセイに１９９３年  ３月  ９日に許可された米国特許第５，１９１，８６７  号で示されているので、これを引用する。
説明と図面においては、同じ参照番号は同じ構成要素及び部分を示すものとする。図１を参照すると、油圧作動式電子制御ユニット噴射器燃料装置の電子制御装置１０の好適な実施例が示されている。以下、これをＨＥＵＩ燃料装置と称する。制御装置は、電子制御モジュール１５を備える。以下、これをＥＣＭと称する。好適な実施例において、ＥＣＭは、モデル６８ＨＣ１１番のモトローラマイクロコントローラである。しかし、当業者には公知のように、多くの適当なコントローラが、本発明で使用できる。
【０００６】
電子制御装置１０は、電気コネクタ３０ａ−ｆ  によってそれぞれにＥＣＭの出力に結合される油圧作動電子制御ユニット噴射器２５ａ−ｆ  を、備えている。図１では、６個のユニット噴射器２５ａ−ｆ  が、６シリンダエンジン５５を有する電子制御装置１０に使用される例を示している。しかし、本発明は、６シリンダエンジンで使用する場合に限らない。逆に、多数のシリンダとユニット噴射器２５を有するエンジンで使用するために、容易に部分的に変更することができる。公知のように、ユニット噴射器２５ａ−ｆ  のそれぞれがエンジンシリンダと結合される。この好適な実施例を８シリンダエンジンで作動するように部分的に変更するためには、総計８つになるようにユニット噴射器２５を２つ加えればよい。
作動流体が、ユニット噴射器２５を開き、エンジンシリンダに燃料を噴射するのに十分な圧力を与えることを要求される。好適な実施例において、作動流体はエンジンオイルからなり、エンジンオイルパン３５がオイル供給部になる。低圧力オイルが、低圧力ポンプ４０からフィルタ４５を通って不純物を漉し、オイルパンから注入される。フィルタ４５は、エンジン５５に機械的に連結し、エンジン５５により駆動される高圧力定吐出量型の供給ポンプ５０に結合する。高圧力作動流体（好適な実施例では、エンジンオイル）が、噴射器作動圧力制御バルブ７６に入る。以下、これをＩＡＰＣＶと称する。当業者には公知の他の装置を、定吐出量ポンプ５０やＩＡＰＣＶの代わりに使用することができる。例えば、そのような装置の一つは、可変圧力高吐出量ポンプを備えている。
【０００７】
好適な実施例では、ＩＡＰＣＶと定吐出量ポンプ５０は、ＥＣＭに所望の作動流体圧力を維持させる。チエックバルブ８５も設けられる。
ＥＣＭは、最適な燃料装置作動パラメタを備えているソフトウェア決定理論と情報を含み、キー構成要素を制御する。種々のエンジンパラメタを表す複合センサ信号が、エンジン現在作動状況を確認するためにＥＣＭに送られる。燃料噴射量と噴射時期と作動流体圧力に関して、ＥＣＭは、燃料装置作動制御のためにこれらの入力信号を使用する。例えば、ＥＣＭは、ＩＡＰＣＶと噴射器２５のそれぞれの筒形コイルとの駆動に必要な波形を生じる。
電子制御は数個のセンサを使用するものであり、いくつかが図示されている。エンジン速度センサ９０は、エンジンカムシャフトに適用されるタイミング反復の記号を読み取り、ＥＣＭにエンジンの回転位置とエンジンの回転速度を表示する。作動流体圧力センサ９５はＥＣＭに信号を送り、作動流体圧力を表示する。エンジン冷却液温度センサ９７は、ＥＣＭに信号を送り、エンジン温度を表示する。
【０００８】
噴射器の働きが、図２で説明される。噴射器２５は、制御バルブ２０５と、増圧器２１０と、ノズル２１５との３つの主要な構成要素からなる。制御バルブの目的は、噴射工程を開始し、終了することである。制御バルブ２０５は、ポペットバルブ２２０と、電機子２２５と、ソレノイド２３０とを備えている。高圧力作動流体が、通路２１７を通ってポペットバルブの下部弁座に供給される。噴射が始まると、ソレノイドが加圧され、ポペットバルブは下部弁座から上部弁座に移動する。この働きで、高圧力流体がバネキャビティ２５０に入り、通路２５５を通って増圧器２１０に入る。噴射はソレノイドが電気を切られるまで持続し、ポペットが上部弁座から下部弁座に移動する。使用済み流体が、噴射器から開放上部弁座を通ってバルブ覆い領域に噴射されると、流体圧力と燃料圧力が減少する。
【０００９】
増圧器２１０は、油圧増圧器ピストン２３５と、プランジャ２４０と、戻りバネ２４５とを備える。所望の噴射圧力レベルへの燃料圧力の増圧は、増圧器ピストン２３５とプランジャ２４０との間の面積比により決定される。高圧力作動流体が増圧器ピストンの上部に供給されると、噴射が始まる。ピストンとプランジャが下方に移動すると、プランジャより下側の燃料圧力が増大する。ソレノイドの電気が切られ、ポペット２２０が下部弁座まで戻り、流体の流れを塞ぐまで、ピストンは下方に移動し続ける。プランジャ戻りバネ２４５は、ピストンとプランジャを初めの位置に戻す。プランジャが初めの位置に戻ると、補充燃料がボールチェックバルブを通ってプランジャ室に流れる。
燃料が、内部通路を通って、ノズル２１５に供給される。燃料圧力が増大すると、ニードルが下部弁座から離れ、噴射が生じる。噴射終わりで圧力が減少すると、バネ２６５はニードルを下部弁座に戻す。
【００１０】
燃料噴射の物理的特質と作動流体力学的要因により、作動流体粘度が高く、作動流体圧力が低い状態で、噴射期間において、複数回の燃料噴射が生じることがある。
より詳細には、噴射器２５が燃料を分配すると、増圧器プランジャ２４０は下方に移動し、作動流体を制御バルブキャビティ２５０に流す。しかし、作動流体粘度が高いと、作動流体の流れ損失が生じ、制御バルブキャビティ２５０内の作動流体圧力が減少する。制御バルブキャビティ２５０内の圧力が所定の数値以下になると、燃料噴射圧力の降下でニードル２６０が閉鎖される。しかし、制御バルブキャビティ内の圧力が高まると、燃料噴射圧力は増大し、ニードルを開き、再び燃料を分配する。このニードルの開閉の繰り返しが、全燃焼期間にわたって継続し、非常に短い噴射バーストが連る形で燃料が噴射されることになる。従って、複数回の噴射が、有害放出物の低減、騒音の減少、煙を減少、低温始動性の改善、白煙浄化、高地運転特性の改善など、多くの有利な効果をもたらす。
【００１１】
本発明は、従来の単一パルス噴射器よりも長い期間、燃料を噴射する。この結果、燃焼室中至る所に燃料をまき散らすように、燃料がゆっくり噴射されて、噴射点で熱の損失を妨げ、燃焼を促進するので、急速なエンジン始動が行われ、しかも、複数回の噴射が生じる状態では、複数の燃料パルスの一つ目が最初の火炎を生じ、これが次の燃料パルスを点火する熱を供給して、急速に燃焼を起こす。一般に、エンジン始動は、３つのエンジン速度域を備えている。例えば、０−２００回転では、エンジンはクランキング状態（クランキング速度域）と呼ばれる。エンジンが着火すると、エンジン速度がエンジンクランキング速度からエンジン運転速度まで加速される（加速域）。エンジン速度が所定のエンジン回転、例えば、９００回転に達すると、エンジンは運転状態（運転速度域）にあると言われる。本発明は、エンジンが運転速度まで加速する場合、特に、エンジン温度が所定の温度、例えば、１８°Ｃ以下の場合におけるエンジン始動のための燃料噴射制御に関係する。
【００１２】
エンジン始動状況で、エンジンがクランキング状態にあって着火に至る間、本発明は、所望の作動流体圧力と、燃料が噴射されるべき最大持続時間とを決定するために、スイープ方法を用いる。スイープ変数が図５で示され、所望の作動流体圧力マップが図６に示され、最大持続時間マップが図７に示されている。図６、図７のマップは、単に例示的なものに過ぎない。
スイープ変数の作用は、以下の通りである。まず、スイープの始動点は、所定の初期値であり、スイープ変数は、エンジンが着火するまで、最小値と最大値の範囲内で連続してスイープされる。例えば、最小値から最大値になり、再び最小値に戻るまでのスイープ変数の持続時間は、ほぼ１０秒であるとよい。
スイープ変数の所定の初期値は、現在作用状況に応じて部分的に変更されてよい。例えば、もし、現在初期値が、所定量によって、エンジンが着火された時間で決定されたスイープ変数値から変化するなら、着火において、初期値は、所定量を引いたスイープ変数値にセットされる。従って、初期スイープ方向が上向きである時は、初期値が最適スイープ変数値より僅かに下の値から始まる。
【００１３】
ソフトウェア制御は、現在エンジン速度を、スイープ方法が始められる以前に直接感知されたエンジン速度と比較することで、エンジン着火を決定する。例えば、現在エンジン速度が、スイープ方法を用いる以前に感知されたエンジン速度より上の所定の値、例えば、１００RPM  に到達すると、エンジンが着火したと言われる。
エンジンがクランク状態にあって着火に至る間、噴射器２５に供給される作動流体圧力の大きさを求めるソフトウェア決定ロジックが、図３に示されている。望ましくは、スイープ発電機３０５がスイープ変数信号ｓv  を発生するとよい。現在エンジン冷却液温度信号Ｔc  と共に、スイープ変数信号ｓv  が、ブロック３１０に入力される。エンジン冷却液温度は、作動流体温度を表す。スイープ変数と冷却液温度の大きさに基づいて、所望の作動流体圧力信号Ｐd  が出力として選択される。例えば、ブロック３１０は、図６に示すような、マップを備える。
【００１４】
作動流体圧力誤差信号Ｐｅ  を発生するために、現在作動流体圧力信号Ｐｆ  と所望の作動流体圧力信号Ｐｄ  がブロック３１５で比較される。作動流体圧力誤差信号  ｐｅ  はＰＩ制御ブロック３２０に入力されて、該ブロックの出力が所望の電流（Ｉ）として、ＩＡＰＣＶに与えられる。ＩＡＰＣＶへの電流（Ｉ）を変化させることにより、作動流体圧力Ｐｆ  を増減できる。ＰＩ制御ブロック３２０は、作動流体圧力  ｐｆ  を上下するために必要であり、作動流体圧力誤差信号  ｐｅ  が０になるようなＩＡＰＣＶへの電流（Ｉ）を計算する。例えば、制御のためのループタイムは、ほぼ１５／１０００  秒である。複合作動流体圧力は、噴射器２５を油圧作動するのに使用される。望ましくは、作動流体圧力回路３２５の高圧力部分での低作動流体圧力信号Ｐｒ  が、通常の手段３３０によって調整され、変換されて、雑音を消し、信号を有効な形に変換するとよい。ＰＩ制御について説明したが、他の制御方法も有効であることが当業者には明らかであろう。
【００１５】
エンジンがクランキング状態にあって運転状態になるまでの間、それぞれの噴射器２５により燃料が噴射される持続時間、及びタイムウィンドを求めるようなソフトウェア決定ロジックが、図４で示されている。望ましくは、現在エンジン冷却液温度信号Ｔc  と共に、スイープ変数信号Ｓv  がブロック４０５に入力される。例えば、ブロック４０５は、図５〜図７で示されるようなマップを備えるとよい。スイープ変数と冷却液温度の大きさに基づき、最大持続時間信号ｍd  が出力として選択される。
最大持続時間信号ｍd  は、燃料が噴射されるべき期間をクランクシャフト回転の角度で表す。現在エンジン速度信号と最大持続時間信号ｍd  がブロック４１０に入力され、該ブロック４１０は最大持続時間信号ｍd  を、時間の単位、例えば、1/1000秒、で表示する持続時間信号ｔd  に変換する。電流（Ｉ）が噴射器２５のソレノイドに対して正しい燃料量を噴射するためにどのくらいの長さ”on“を持続すべきかを決定するために、時間持続信号ｔd  が使用される。
【００１６】
以上、好適な実施例について本発明を詳細に示し、説明したが、本発明の精神及び範囲から逸脱することなしに種々の実施例が実現可能なことは、当業者に明らかであろう。
本発明は、燃料噴射率と燃料噴射持続時間を電子制御する。より詳細には、本発明は、噴射率を遅くするために適応され、作動流体圧力と噴射持続時間を低下することでエンジンが始動している間、噴射量がより急速な始動をもたらす。
ＨＥＵＩ燃料装置では、噴射率は、作動流体圧力と作動流体粘度に応答する。しかし、流体粘度は流体温度と流体等級によるので、所望の噴射率を生じるような所望の作動流体圧力の決定が、困難になる。ここで述べたスイープ方法は、流体等級がわからない流体の粘度変化に関連した問題を解決する。
【００１７】
本発明は、エンジン温度に基づく所望の圧力範囲を越えて、所望の作動流体圧力をスイープする。例えば、圧力は、最小圧力であってノズルニードルを持ち上げるような所定の最小圧力から、最大圧力であって複数の噴射を生じさせるような所定の最大圧力まで、範囲が及ぶ。従って、本発明は、複数の噴射を生じることで燃料噴射量の低下方法を提供する。
しかし、作動流体圧力だけが低粘度流体を完全に補償するわけではないので、燃料噴射持続時間を縮小することが望ましく、燃料噴射量を減少するために、所望の圧力が最小圧力で保持されるとよい。より詳細には、所望の作動流体圧力が所定の最小圧力である時、最大燃料噴射持続時間値を低くするために、最大燃料噴射持続時間がエンジン温度に基づく所定の持続時間範囲を越えてスイープされる。例えば、最大持続時間は、クランクシャフトの１２°回転に対応する所定の最小持続時間から、クランクシャフトの２５°回転に対応する所定の最大持続時間まで、範囲が及ぶ。
【００１８】
図６及び図７に示されるマップは、スイープ変数の所定の範囲内で変化する最大持続時間、又は所望の圧力のみを表す。所望の圧力が、所望の圧力範囲を越えてスイープ状態にある間、最大持続時間は、所定の最大持続時間値になる。しかし、所望の圧力が、最小圧力値である時、最大持続時間は所定の持続時間範囲を越えてスイープ状態になる。
それ故、本発明は、作動流体圧力の損失がほとんどないような流体特質を持った低粘度流体に対しても、不変の噴射量を備えるとよく、それにより単一噴射が生じる。従って、最大噴射持続時間が短縮される間、不変の燃料噴射量を与えるために、所望の圧力が最小圧力値を保持する。
本発明は、エンジンが着火する時に、所望の作動圧力と最大持続時間との組合せを決定するようなスイープ方法を利用する。エンジンを着火させるための所望の作動圧力と最大持続時間をもたらすスイープ変数値が、今後のエンジン始動のためのスイープ変数の所定の初期値として、使用されるであろう。従って、仮に、流体等級が変化しなくても、エンジンが始動する次の機会に、スイープ変数が所望の作動圧力と最大持続時間との最適な組み合わせをもたらすので、エンジンは非常に早く着火するであろう。しかし、もし、流体等級が先に利用されたものから変化しても、エンジン着火を生じるような所望の作動圧力と最大持続時間をもたらすスイープ変数値を決定するスイープ変数は、スイープ範囲を越えてスイープされるであろう。
【００１９】
本発明の他の目的と利点は、図面と説明及び添付の特許請求の範囲から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】複数の噴射器を有するエンジンの油圧作動式電子制御噴射器燃料装置の概略構成図である。
【図２】図１の燃料装置の油圧作動式電子制御噴射器の断面図である。
【図３】エンジンがクランキング状態で、着火に至る間の、図１の燃料装置の作動流体の圧力制御方法のブロック図である。
【図４】エンジンがクランキング状態で、着火に至る間の、図１の燃料装置の燃料噴射の持続時間制御方法のブロック図である。
【図５】スイープ変数と時間との関係を示すグラフである。
【図６】スイープ変数と温度と流体圧力とによって望ましい作動流体圧力を示すマップである。
【図７】スイープ変数と温度と持続時間とによって望ましい最大持続時間を示すマップである。
【符号の説明】
１０  電子制御装置
１５  電子制御モジュール
２５  噴射器
３０  電気コネクタ
３５  オイルパン
４０  低圧力ポンプ
４５  フィルタ
５０  定吐出量ポンプ
５５  エンジン
７６  圧力制御バルブ
８５  チェックバルブ
９０  速度センサ
９５  圧力センサ
９７  温度センサ
２０５  制御バルブ
２１０  増圧器
２１５  ノズル
２１７、２５５  通路
２２０  ポペットバルブ
２２５  電機子
２３０  ソレノイド
２３５  ピストン
２４０  プランジャ
２４５  戻りバネ
２５０  バネキャビティ
２６０  ニードル
２６５  バネ
３０５  発電機
３１０、３１５、３２０、４０５、４１０  ブロック
３２５  回路
３３０  通常の手段
【図１】
0003625533.tif 000002
【図２】
0003625533.tif 000003
【図３】
0003625533.tif 000004
【図４】
0003625533.tif 000005
【図５】
0003625533.tif 000006
【図６】
0003625533.tif 000007
【図７】
0003625533.tif 000008