(57)【要約】  実際のエンジン速度及び所望のエンジン速度のデータ値を処理してエンジン速度誤差のデータ値を生成し、エンジン速度誤差のデータ値をガバナーアルゴリズムに従って処理（２２）してエンジンに調整された燃料を供給するための質量燃料レートでのデータ値を生成し、ｃ）エンジンに調整された燃料を供給するための質量燃料レートでのデータ値及び実際のエンジン速度のデータ値を処理（２４）してシリンダ内のピストンの次のストローク中にエンジンシリンダ内へ噴射される燃料の量のデータ値を生成し、そしてｄ）その燃料の量をそのストローク中にそのシリンダ内へ噴射させる（３０）ことによって、圧縮点火エンジンのアイドリング速度に安定性を与える。
2007522385.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮点火エンジンを調速する方法であって、
ａ）実際のエンジン速度及び所望のエンジン速度のデータ値を処理してエンジン速度誤差のデータ値を生成するステップと、
ｂ）前記エンジン速度誤差のデータ値をガバナーアルゴリズムに従って処理してエンジンに調整された燃料を供給するための質量燃料レートのデータ値を生成するステップと、
ｃ）前記エンジンに調整された燃料を供給するための質量燃料レートのデータ値を処理してあるエンジンシリンダ内のピストンの次のストローク中に該シリンダ内に噴射される燃料の量のデータ値を生成するステップと、
ｄ）前記ストローク中に前記量の燃料を前記シリンダ内に噴射するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記ステップｃ）は、i）前記所望のエンジン速度のデータ値に対して前記実際のエンジン速度のデータ値が増加すると、前記シリンダ内のピストンの次のストローク中にエンジンシリンダ内に噴射される燃料の量のデータ値を減少させるステップと、ii）前記所望のエンジン速度のデータ値に対して前記実際のエンジン速度のデータ値が減少すると、前記シリンダ内のピストンの次のストローク中にエンジンシリンダ内に噴射される燃料の量のデータ値を増加させるように、前記エンジンに供給される燃料の質量燃料レートのデータ値及び前記実際のエンジン速度のデータ値を処理するステップとを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ステップｃ）は、前記エンジンに供給される燃料の質量燃料レートのデータ値を前記実際のエンジン速度のデータ値で除すステップと、その商のデータ値にある乗数を乗ずるステップとを含み、前記ステップｄ）は、前記次のストローク中に前記シリンダ内に前記乗算の積に対応する量の燃料を噴射するステップを含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記商のデータ値にある乗数を乗ずるステップは、前記商のデータ値にある定数を乗ずるステップを含むことを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
圧縮点火内燃エンジンであって、
ａ）エンジンサイクル中に燃料供給システムによって燃料が噴射される複数のシリンダと、
ｂ）前記エンジンを調速するガバナー、及び実際のエンジン速度及び所望のエンジン速度のデータ値を含むエンジン調速に有用な種々のデータを処理するデータ処理システムを含むエンジン制御システムと、
を含み、
ｃ）前記データ処理システムは、反復的に、i）前記実際のエンジン速度及び前記所望のエンジン速度のデータ値を処理してエンジン速度誤差のデータ値を生成し、ii）前記エンジン速度誤差のデータ値をあるアルゴリズムに従って処理して前記エンジンに供給する燃料の質量燃料レートのデータ値を生成し、iii）前記エンジンに供給する燃料の質量燃料レートのデータ値及び前記実際のエンジン速度のデータ値を処理してそれぞれのシリンダ内のピストンの次のストローク中に前記エンジンシリンダ内に噴射される燃料の量のデータ値を生成し、そしてiv）燃料供給システムに、これらの量の燃料をそれぞれの次のストローク中にそれぞれのシリンダ内に噴射させる、
ことを特徴とするエンジン。
【請求項６】
前記データ処理システムは、i）前記所望のエンジン速度のデータ値に対して前記実際のエンジン速度のデータ値が増加すると、前記それぞれのシリンダ内のピストンの次のストローク中に前記エンジンシリンダ内に噴射される燃料の量データ値を減少させ、ii）前記所望のエンジン速度のデータ値に対して前記実際のエンジン速度のデータ値が減少すると、前記それぞれのシリンダ内のピストンの次のストローク中に前記エンジンシリンダ内に噴射される燃料の量のデータ値を増加させるように、前記エンジンに供給する燃料の質量燃料レートのデータ値及び前記実際のエンジン速度のデータ値を処理することを特徴とする請求項５に記載のエンジン。
【請求項７】
前記データ処理システムは、前記エンジンに供給される燃料の質量燃料レートのデータ値を前記実際のエンジン速度のデータ値で除し、その商のデータ値にある乗数を乗ずることによって前記エンジンに供給される燃料の質量燃料レートのデータ値及び前記実際のエンジン速度のデータ値を処理し、前記燃料供給システムにそれぞれの次のストローク中にそれぞれのシリンダ内に前記乗算の積に対応する量の燃料を噴射させることを特徴とする請求項６に記載のエンジン。
【請求項８】
前記乗数はある定数であることを特徴とする請求項７に記載のエンジン。
【請求項９】
エンジンサイクル中に燃料供給システムによって燃料が噴射される複数のシリンダを有する圧縮点火内燃エンジンを調速する制御システムであって、
ａ）実際のエンジン速度及び所望のエンジン速度のデータ値を含む種々のデータを、前記エンジンを調速するためのあるアルゴリズムに従って処理するデータ処理システムを含み、
ｃ）前記データ処理システムは、反復的に、i）前記実際のエンジン速度と前記所望のエンジン速度のデータ値を処理してエンジン速度誤差のデータ値を生成し、ii）前記エンジン速度誤差のデータ値をあるアルゴリズムに従って処理して前記エンジンに供給される燃料の質量燃料レートのデータ値を生成し、iii）前記エンジンに供給される燃料の質量燃料レートのデータ値及び前記実際のエンジン速度のデータ値を処理してそれぞれのシリンダ内のピストンの次のストローク中にエンジンシリンダ内に噴射される燃料の量のデータ値を生成し、そしてiv）これらの量の燃料をそれぞれの次のストローク中にそれぞれのシリンダ内に噴射するように燃料供給システムに命令する、
ことを特徴とする制御システム。
【請求項１０】
前記データ処理システムは、i）前記所望のエンジン速度のデータ値に対して前記実際のエンジン速度のデータ値が増加すると、前記それぞれのシリンダ内のピストンの次のストローク中に前記エンジンシリンダ内に噴射される燃料の量のデータ値を減少させ、ii）前記所望のエンジン速度のデータ値に対して前記実際のエンジン速度のデータ値が減少すると、前記それぞれのシリンダ内のピストンの次のストローク中に前記エンジンシリンダ内に噴射される燃料の量のデータ値を増加させるように、前記エンジンに供給される燃料の質量燃料レートのデータ値及び前記実際のエンジン速度のデータ値を処理することを特徴とする請求項９に記載の制御システム。
【請求項１１】
前記データ処理システムは、前記エンジンに供給される燃料の質量燃料レートのデータ値を前記実際のエンジン速度のデータ値で除し、その商のデータ値にある乗数を乗ずることによって前記エンジンに供給される燃料の質量燃料レートのデータ値及び前記実際のエンジン速度のデータ値を処理し、前記燃料供給システムにそれぞれの次のストローク中にそれぞれのシリンダ内に前記乗算の積に対応する量の燃料を噴射するように命令することを特徴とする請求項１０に記載の制御システム。
【請求項１２】
前記乗数はある定数であることを特徴とする請求項１１に記載の制御システム。
【請求項１３】
圧縮点火エンジンのアイドリング速度を調整する方法であって、
ａ）実際のエンジン速度及び所望のアイドリング速度のデータ値を処理して速度誤差のデータ値を生成するステップと、
ｂ）前記速度誤差のデータ値をあるアルゴリズムに従って処理してエンジンに供給される燃料の質量燃料レートのデータ値を生成するステップと、
ｃ）前記エンジンに供給される燃料の質量燃料レートのデータ値及び前記実際のエンジン速度のデータ値を処理してシリンダ内のピストンの次のストローク中にエンジンシリンダ内へ噴射される燃料の量のデータ値を生成するステップと、
ｄ）前記量の燃料を前記ストローク中に前記シリンダ内へ噴射させるステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１４】
前記ステップｃ）は、i）前記所望のアイドリング速度のデータ値に対して前記実際のエンジン速度のデータ値が増加すると、前記シリンダ内のピストンの次のストローク中にエンジンシリンダ内に噴射される燃料の量のデータ値を減少させ、ii）前記所望のアイドリング速度のデータ値に対して前記実際のエンジン速度のデータ値が減少すると、前記シリンダ内のピストンの次のストローク中にエンジンシリンダ内に噴射される燃料の量のデータ値を増加させるように、前記エンジンに供給される燃料の質量燃料レートのデータ値及び前記実際のエンジン速度のデータ値を処理するステップを含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記ステップｃ）は、前記エンジンに供給される燃料の質量燃料レートのデータ値を前記実際のエンジン速度のデータ値で除すステップと、その商のデータ値にある乗数を乗ずるステップとを含み、前記ステップｄ）は、前記次のストローク中に前記シリンダ内に前記乗算の積に対応する量の燃料を噴射するステップを含むことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記商のデータ値にある乗数を乗ずるステップは、前記商のデータ値にある定数を乗ずるステップを含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
圧縮点火内燃エンジンであって、
ａ）エンジンサイクル中に燃料供給システムによって燃料が噴射される複数のシリンダと、
ｂ）前記エンジンを調速するガバナー、及び実際のエンジン速度及び所望のアイドリング速度のデータ値を含むエンジン調速に有用な種々のデータを処理するデータ処理システムを含むエンジン制御システムと、
を含み、
ｃ）前記データ処理システムは、反復的に、i）前記実際のエンジン速度と前記所望のアイドリング速度のデータ値を処理してアイドリング速度誤差のデータ値を生成し、ii）前記アイドリング速度誤差のデータ値をあるアルゴリズムに従って処理して前記エンジンに供給する燃料の質量燃料レートのデータ値を生成し、iii）前記エンジンに供給する燃料の質量燃料レートのデータ値及び前記実際のエンジン速度のデータ値を処理してそれぞれのシリンダ内のピストンの次のストローク中に前記エンジンシリンダ内に噴射する燃料の量のデータ値を生成し、そしてiv）燃料供給システムに、これらの量の燃料をそれぞれの次のストローク中にそれぞれのシリンダ内に噴射させる、
ことを特徴とするエンジン。
【請求項１８】
前記データ処理システムは、i）前記所望のアイドリング速度のデータ値に対して前記実際のエンジン速度のデータ値が増加すると、前記それぞれのシリンダ内のピストンの次のストローク中に前記エンジンシリンダ内に噴射される燃料の量のデータ値を減少させ、ii）前記所望のアイドリング速度のデータ値に対して前記実際のエンジン速度のデータ値が減少すると、前記それぞれのシリンダ内のピストンの次のストローク中に前記エンジンシリンダ内に噴射される燃料の量のデータ値を増加させるように、前記エンジンに供給される燃料の質量燃料レートのデータ値及び前記実際のエンジン速度のデータ値を処理することを特徴とする請求項１７に記載のエンジン。
【請求項１９】
前記データ処理システムは、前記エンジンに供給される燃料の質量燃料レートのデータ値を前記実際のエンジン速度のデータ値で除し、その商のデータ値にある乗数を乗ずることによって前記エンジンに供給される燃料の質量燃料レートのデータ値及び前記実際のエンジン速度のデータ値を処理し、それぞれの次のストローク中にそれぞれのシリンダ内に前記乗算の積に対応する量の燃料を前記燃料供給システムに噴射させることを特徴とする請求項１８に記載のエンジン。
【請求項２０】
前記乗数はある定数であることを特徴とする請求項１９に記載のエンジン。
【請求項２１】
エンジンサイクル中に燃料供給システムによって燃料が噴射される複数のシリンダを有する圧縮点火内燃エンジンを調速する制御システムであって、
ａ）実際のエンジン速度及び所望のアイドリング速度のデータ値を含む種々のデータを前記エンジンを調速するためのあるアルゴリズムに従って処理するデータ処理システムを含み、
ｃ）前記データ処理システムは、反復的に、i）前記実際のエンジン速度及び前記所望のアイドリング速度のデータ値を処理してアイドリング速度誤差のデータ値を生成し、ii）前記アイドリング速度誤差のデータ値をあるアルゴリズムに従って処理して前記エンジンに供給される燃料の質量燃料レートのデータ値を生成し、iii）前記エンジンに供給される燃料の質量燃料レートのデータ値及び前記実際のエンジン速度のデータ値を処理してそれぞれのシリンダ内のピストンの次のストローク中に前記エンジンシリンダ内に噴射される燃料の量のデータ値を生成し、そしてiv）これらの量の燃料をそれぞれの次のストローク中にそれぞれのシリンダ内に噴射するように燃料供給システムに命令する、
ことを特徴とする制御システム。
【請求項２２】
前記データ処理システムは、i）前記所望のアイドリング速度のデータ値に対して前記実際のエンジン速度のデータ値が増加すると、前記それぞれのシリンダ内のピストンの次のストローク中に前記エンジンシリンダ内に噴射される燃料の量のデータ値を減少させ、ii）前記所望のアイドリング速度のデータ値に対して前記実際のエンジン速度のデータ値が減少すると、前記それぞれのシリンダ内のピストンの次のストローク中に前記エンジンシリンダ内に噴射される燃料の量のデータ値を増加させるように、前記エンジンに供給される燃料の質量燃料レートのデータ値及び前記実際のエンジン速度のデータ値を処理することを特徴とする請求項２１に記載の制御システム。
【請求項２３】
前記データ処理システムは、前記エンジンに供給される燃料の質量燃料レートのデータ値を前記実際のエンジン速度のデータ値で除し、その商のデータ値にある乗数を乗ずることによって前記エンジンに供給される燃料の質量燃料レートのデータ値及び前記実際のエンジン速度のデータ値を処理し、それぞれの次のストローク中にそれぞれのシリンダ内に前記乗算の積に対応する量の燃料を噴射するように前記燃料供給システムに命令することを特徴とする請求項２２に記載の制御システム。
【請求項２４】
前記乗数はある定数であることを特徴とする請求項１１に記載の制御システム。
【請求項２５】
エンジンサイクル中に燃料供給システムによって燃料が噴射される複数のシリンダを有する圧縮点火内燃エンジンを調速する方法であって、
燃料の質量／単位時間で表された単位で調整された燃料流量を設定するようにガバナーを動作させるステップ、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２６】
前記ガバナーによって設定された調整された燃料流量のデータ値及び実際のエンジン速度のデータ値を含む前記エンジンを制御するのに有用な種々のデータを処理してそれぞれのシリンダ内のピストンの次のストローク中に前記エンジンシリンダ内に噴射される燃料の量を燃料の質量／ストロークで表すデータ値を生成するステップと、燃料供給システムにこれらの量の燃料をそれぞれの次のストローク中にそれぞれのシリンダ内に噴射させるステップとを更に含むことを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
圧縮点火内燃エンジンであって、
ａ）エンジンサイクル中に燃料供給システムによって燃料が噴射される複数のシリンダと、
ｂ）燃料質量／単位時間で表された単位で調整された燃料流量を設定するガバナーを含むエンジン制御システムと、
を含むことを特徴とするエンジン。
【請求項２８】
前記制御システムは、前記ガバナーによって設定された調整された燃料流量のデータ値及び実際のエンジン速度のデータ値を含む前記エンジンを制御するのに有用な種々のデータを処理してそれぞれのシリンダ内のピストンの次のストローク中に前記エンジンシリンダ内に噴射される燃料の量を燃料質量／ストロークで表すデータ値を生成するデータ処理システムを更に含むことを特徴とする請求項２７に記載のエンジン。
【請求項２９】
前記制御システムは更に、燃料供給システムに前記量の燃料をそれぞれの次のストローク中にそれぞれのシリンダ内に噴射させることを特徴とする請求項２８に記載のエンジン。
【請求項３０】
エンジンサイクル中に燃料供給システムによって燃料が噴射される複数のシリンダを有する圧縮点火内燃エンジンのための制御システムであって、
燃料質量／単位時間で表された単位で調整された燃料流量を設定するガバナー、
を含むことを特徴とする制御システム。
【請求項３１】
前記制御システムは、前記ガバナーによって設定された調整された燃料流量のデータ値及び実際のエンジン速度のデータ値を含む前記エンジンを制御するのに有用な種々のデータを処理してそれぞれのシリンダ内のピストンの次のストローク中に前記エンジンシリンダ内に噴射される燃料の量を燃料の質量／ストロークで表すデータ値を生成するデータ処理システムを含むことを特徴とする請求項３０に記載の制御システム。
【請求項３２】
前記制御システムは更に、燃料供給システムに前記量の燃料をそれぞれの次のストローク中にそれぞれのシリンダ内に噴射させる命令を発行することを特徴とする請求項３１に記載の制御システム。
【請求項３３】
圧縮点火内燃エンジンであって、
ａ）エンジンサイクル中に燃料供給システムによって燃料が噴射される複数のシリンダと、
ｂ）i）燃料供給レート測定単位で表された燃料供給命令を発行することによって前記エンジンを低アイドリング速度で運転させるように、エンジンに供給される燃料を調整する低アイドリングガバナーと、
ii）前記燃料供給命令を燃料供給レート測定単位から量／ストローク測定単位に変換する変換機能と、
iii）前記量／ストローク測定単位で表された燃料供給命令を発行することによって前記エンジンを低アイドリング速度から加速するアクセルと、
を含み、
前記燃料供給命令は、
前記エンジンが低アイドリング速度で運転されている時には、燃料を前記変換機能によって設定された量／ストロークで前記シリンダ内に噴射させ、
前記エンジンが低アイドリング速度から加速される時には、前記アクセルからの燃料供給命令を使用して前記シリンダ内に噴射される量／ストロークを設定する、
ことを特徴とするエンジン。
【請求項３４】
前記制御システムは、前記変換機能によって設定された量／ストローク測定と前記アクセルによって設定された量／ストローク測定とを加法的に加算し、次いでその和を使用してシリンダ内に噴射される量／ストロークを設定することを特徴とする請求項３３に記載のエンジン。
【請求項３５】
前記制御システムは、最大燃料限度を設定する燃料限度設定機能、及び前記燃料限度設定機能によって設定された量／ストローク最大燃料限度及び前記和から同一のまたは低い値を有する一方を選択する最小選択機能を含み、前記選択を使用してシリンダ内に噴射される量／ストロークを設定することを特徴とする請求項３４に記載のエンジン。
【請求項３６】
エンジンサイクル中に燃料供給システムによって燃料が噴射される複数のシリンダを有する圧縮点火内燃エンジンのための制御システムであって、
i）燃料供給レートの測定単位で表された燃料供給命令を発行することによって前記エンジンを低アイドリング速度で運転させるように、エンジンに供給される燃料を調整する低アイドリングガバナーと、
ii）前記燃料供給命令を燃料供給レート測定単位から量／ストローク測定単位に変換する変換機能と、
iii）前記量／ストローク測定単位で表された燃料供給命令を発行することによって前記エンジンを低アイドリング速度から加速させ、前記エンジンが低アイドリング速度で運転されている時には燃料を前記変換機能によって設定された量／ストロークで前記シリンダ内に噴射させ、前記エンジンが低アイドリング速度から加速される時には前記アクセルからの燃料供給命令を使用して前記シリンダ内に噴射される量／ストロークを設定するアクセルと、
を含むことを特徴とする制御システム。
【請求項３７】
前記制御システムは、前記変換機能によって設定された量／ストローク測定と前記アクセルによって設定された量／ストローク測定とを加法的に加算し、次いでその和を使用してシリンダ内に噴射される量／ストロークを設定することを特徴とする請求項３６に記載の制御システム。
【請求項３８】
前記制御システムは、最大燃料限度を設定する燃料限度設定機能、及び前記燃料限度設定機能によって設定された量／ストローク最大燃料限度及び前記和から同一のまたは低い値を有する一方を選択する最小選択機能を含み、前記選択を使用してシリンダ内に噴射される量／ストロークを設定することを特徴とする請求項３７に記載の制御システム。
【請求項３９】
エンジンサイクル中に燃料供給システムによって燃料が噴射される複数のシリンダを有する圧縮点火エンジンの低アイドリングにおける調速及びその後の加速方法であって、
ａ）i）前記エンジンへの燃料供給を調整して前記エンジンを低アイドリング速度で運転させるために、燃料供給レート測定単位で表された燃料供給命令のデータ値を生成するようにデータを処理することによって、
ii）前記アイドリング燃料供給命令を燃料供給レート測定単位から量／ストローク測定単位に変換するようにデータを処理することによって、及び
iii）前記変換から得られた量／ストロークで燃料を前記シリンダ内に噴射させることによって、
前記エンジンへの燃料供給を調整して前記エンジンを低アイドリング速度で運転させるステップと、
ｂ）i）量／ストローク測定単位で表された燃料供給命令を生成するようにアクセルからのデータを処理することによって、及び
ii）前記アクセルからの燃料供給命令を使用して前記シリンダ内に噴射される量／ストロークで設定することによって、
前記エンジンを低アイドリング速度から加速するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項４０】
前記変換によって設定された量／ストローク測定と前記アクセルによって設定された量／ストローク測定とを加法的に加算するステップと、次いでその和を使用してシリンダ内に噴射される量／ストロークを設定するステップとを更に含むことを特徴とする請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
量／ストローク最大燃料限度を設定するステップと、前記量／ストローク最大燃料限度及び前記和から同一のまたは低い値を有する一方を選択するステップと、次いで前記選択を使用してシリンダ内に噴射される量／ストロークを設定するステップを更に含むことを特徴とする請求項４０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には内燃エンジンに関する。特定的には、特に圧縮点火エンジンにおけるエンジンアイドリング速度の安定化を改善するための新規な戦略に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジン負荷の変化（たとえそれらが小さくても）によってアイドリング速度の安定性が貧弱になることは、基本的なディーゼルエンジンの外見的に固有の動作特性として知られている。速度の不安定性は、一定の速度に迅速に安定化するのではなく、負荷の変化の結果としてエンジン速度が振動及び／または漂動することによって自ら証明している。
【０００３】
より良好な速度安定性を確保するために、例えば特別なフライボールガバナーのような種々のデバイスをディーゼルエンジンに付加することが試みられてきた。ディーゼルエンジンが存在してきた多年にわたって多くの改良が行われてきたが、発明者らは、これらの何れもがこれらのエンジンのこの外見的に固有の、そして望ましくない特性を解消することに完全に成功していないと言うことが公平であると考える。
【０００４】
調速されたディーゼルエンジンのエンジンアイドリング速度の制御は、従来、シリンダ内を往復動するピストンのストローク中に各シリンダ内へ導入される燃料の量を制御する、即ち、燃料の量／ストローク基準に基づいていた。ほぼ同一の燃料の量／ストロークを使用してもディーゼルエンジンは多くの異なる速度の何れかで動作できることから、発明者らは厳密に燃料の量／ストロークだけを使用してアイドリング速度を制御する調速戦略ではアイドリング速度制御の有効な解決を得ることはできないと考える。
【０００５】
既知のデバイス及びハードウェアを介してエンジンへの燃料供給を制御するように作用する既知の調速アルゴリズムを実現した既知のアイドリング速度ガバナーは、燃料の量／ストローク基準で動作する場合には不安定になり易いという事実を、以下の状況によって説明する。
【０００６】
もしエンジンを所望のアイドリング速度で運転するためにアイドリング速度ガバナーが特定の燃料の量／ストロークにロックされていれば、エンジンによって駆動されるアクセサリの起動を原因とするエンジン負荷の変化のようなエンジン速度を低下させる何等かの変化があると、エンジンへの燃料供給レートを必然的に減少させる。換言すれば、エンジン速度が低くなるのでストローク数／単位時間は小さくなるにも拘わらず、燃料の量／ストロークは不変のままである。これは所望のアイドリング速度を維持するためにエンジンが実際に必要とすることとは正反対であり、従ってアイドリング速度は少なくとも一時的に不安定になる。
【０００７】
もしエンジンを同じ所望のアイドリング速度で運転するためにアイドリング速度ガバナーが同じ特定の燃料の量／ストロークにロックされていれば、エンジンによって駆動されるアクセサリが動作を停止したことを原因とするエンジン負荷の変化のようなエンジン速度を上昇させる何等かの変化があると、エンジンへの燃料供給レートを必然的に増加させる。換言すれば、エンジン速度が高くなるのでストローク数／単位時間はより大きくなるにも拘わらず、燃料の量／ストロークは不変のままである。これは、所望のアイドリング速度を維持するためにエンジンが実際に必要とすることとは正反対であり、従ってアイドリング速度は少なくとも一時的に不安定になる。
【０００８】
電子制御システムの出現は、ディーゼルエンジン制御技術及びそれによるエンジン性能にかなりの進歩をもたらしたが、調速戦略はアイドリング速度制御のための基準として量／ストロークに頼り続けている。電子式ディーゼルエンジン制御システムの発展は、エンジン制御及び燃料制御のために分離した電子モジュールの使用をもたらし、それらの存在はアイドリング速度調整にさらなる複雑さをもたらした。以下、エンジン制御モジュールをＥＣＭと呼び、燃料制御モジュールをＩＣＭ（噴射制御モジュール）と呼ぶ。これらは互いに通信し合うが、各々はそれ自体の別個の処理システムを有している。
【０００９】
分離したＥＣＭ及びＩＣＭモジュールの使用は、アイドリング速度ガバナーに付加的な要求を課し、アイドリング速度の安定化をより困難にする傾向がある。これは本質的に、異なるモジュール間の通信及びスケジューリングの遅れが、エンジン速度を測定する時点と、エンジン速度が変化した結果として燃料供給に変化を生じさせ得る時点との間に位相シフトを生じさせることが原因である。
【００１０】
電子式エンジンガバナーを一例とする何れのフィードバックシステムにおいても、位相シフトは一般的に、制御ループの利得の調整を制限するファクタである。位相シフトが増加すると制御の安定性が失われ始め、もし位相シフトが大き過ぎれば最終的に不安定になる。
【００１１】
ディーゼルエンジンの外見的に固有のアイドリング速度の不安定性と、分離した電子モジュールの使用によってもたらされる付加された位相シフトとの組合わせが、エンジンガバナーのアイドリング速度制御を最適にする目的に対する反目的であると考えられる。もし制御ループ利得が安定性を達成するように調整されていなければ、エンジン負荷が変化した時のエンジン応答が鈍くなる。もしより良好な応答を得ようとして利得を増加させれば、システムは不安定に向かう傾向を呈する。
【００１２】
発明者らは、調速されたディーゼルエンジンにおけるエンジンアイドリング速度の制御のための戦略を根本的に変えることが、エンジンアイドリング速度制御を最適化する最良可能な方策を得るために不可欠であると信ずる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、アイドリング速度における不安定性を回避するためのディーゼルエンジン制御システム戦略の改良に関する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の１つの一般的な面は、圧縮点火エンジンを調速する方法に関する。本方法は、ａ）実際のエンジン速度及び所望のエンジン速度のデータ値を処理してエンジン速度誤差のデータ値を生成するステップと、ｂ）エンジン速度誤差のデータ値をガバナーアルゴリズムに従って処理してエンジンに調整された燃料を供給するための質量燃料レートのデータ値を生成するステップと、ｃ）エンジンに調整された燃料を供給するための質量燃料レートのデータ値を処理してシリンダ内のピストンの次のストローク中にエンジンシリンダ内に噴射される燃料の量のデータ値を生成するステップと、ｄ）そのストローク中にその量の燃料をシリンダ内に噴射するステップとを含む。
【００１５】
本発明の別の一般的な面は、圧縮点火エンジンに関する。本エンジンは、エンジンサイクル中に燃料供給システムによって燃料が噴射される複数のシリンダと、エンジンを調速するガバナーを含むエンジン制御システムと、実際のエンジン速度と所望のエンジン速度のデータ値を含むエンジン調速に有用な種々のデータを処理するデータ処理システムとを含む。
【００１６】
データ処理システムは、反復的に、i）実際のエンジン速度と所望のエンジン速度のデータ値を処理してエンジン速度誤差のデータ値を生成し、ii）エンジン速度誤差のデータ値をあるアルゴリズムに従って処理してエンジンに供給される燃料の質量燃料レートのデータ値を生成し、iii）エンジンに供給される燃料の質量燃料レートのデータ値及び実際のエンジン速度のデータ値を処理してそれぞれのシリンダ内のピストンの次のストローク中にエンジン内に噴射される燃料の量のデータ値を生成し、iv）燃料供給システムにそれぞれの次のストローク中にそれらの量の燃料をそれぞれのシリンダ内に噴射させる。
【００１７】
更に別の一般的な面は、上述した制御システムに関する。
【００１８】
更に別の面は、圧縮点火エンジンのアイドリング速度を調整する方法に関する。本方法は、ａ）実際のエンジン速度及び所望のアイドリング速度のデータ値を処理してエンジン速度誤差のデータ値を生成するステップと、ｂ）速度誤差のデータ値をあるアルゴリズムに従って処理してエンジンに供給される燃料の質量燃料レートのデータ値を生成するステップと、ｃ）エンジンに供給される燃料の質量燃料レートのデータ値及び実際のエンジン速度のデータ値を処理してシリンダ内のピストンの次のストローク中にエンジンシリンダ内に噴射される燃料の量のデータ値を生成するステップと、ｄ）そのストローク中にその燃料の量をシリンダ内に噴射するステップとを含む。別の一般的な面は、圧縮点火内燃エンジンに関する。本エンジンは、エンジンサイクル中に燃料供給システムによって燃料が噴射される複数のシリンダと、エンジン制御システムとを含む。エンジン制御システムは、i）燃料供給レート測定単位で表された燃料供給命令を発行することによって低アイドリング速度でエンジンを運転するようにエンジンへの燃料供給を調整する低アイドリングガバナーと、ii）燃料供給命令を燃料供給レート測定単位から量／ストローク測定単位に変換する変換機能と、iii）量／ストローク測定単位で表された燃料供給命令を発行することによってエンジンを低アイドリング速度から加速するアクセルとを含む。エンジンが低アイドリング速度で運転されている時には、燃料は変換機能によって設定された量／ストロークでシリンダ内へ噴射され、エンジンが低アイドリング速度から加速される時には、アクセルからの燃料供給命令を使用してシリンダ内へ噴射される量／ストロークを設定する。
【００１９】
別の一般的な面は、上述した制御システムに関する。
【００２０】
更に別の一般的な面は、低アイドリング速度においてエンジンを調速し、次いでエンジンを加速する制御システム内に実現される方法に関する。
【００２１】
本発明の上述した、及びさらなる特色及び長所は、本発明を遂行するために現時点で考えられる最良のモードを示している本発明の現在では好ましい実施の形態の説明から明白になるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
図１は、ディーゼルエンジン用の既知の調速戦略１０を示している。この戦略は、エンジンのアイドリング速度を調整するために、適切なアルゴリズムを使用するプロセッサをベースとするエンジン制御システム内に実現することができる。
【００２３】
戦略１０は、実際のエンジン速度及び所望のエンジンアイドリング速度のデータを処理してエンジン速度誤差のデータ値を生成する。このデータ値は、ガバナー１２へのデータ入力を形成している。ガバナー１２は、例えばＥＣＭにおいては、ＥＣＭの処理システム内にプログラムされた適切なガバナーアルゴリズムとして実現されている。ガバナー１２は、エンジン速度誤差のデータ値をそのアルゴリズムに従って処理し、燃料質量／ストロークのような量／ストロークで（例えばミリグラム／ストロークのような何等かの適切な測定単位で）表したエンジンへの燃料供給のデータ値を生成する。
【００２４】
このデータ値は、エンジン燃料供給システムの噴射を制御するために、例えばＩＣＭ内に存在する燃料噴射器ドライバロジック１４へ印加される。ドライバロジック１４は、量／ストロークで表されたデータ値を、処理システム内にプログラムされている適切なアルゴリズムを介して電気信号に変換する。これらの電気信号が燃料噴射器に印加されると、エンジンサイクルの適切な時点にガバナーからのデータ値に対応する量の燃料が各シリンダ内へ噴射される。
【００２５】
図２は、本発明の原理による調速戦略２０を表している。この戦略は、ガバナー２２が処理システム内にプログラムされているガバナーアルゴリズムとして実現されたＥＣＭ内に実現されている。ガバナー１２と同様にガバナー２２はエンジン速度誤差のデータ値を処理するが、ガバナー１２とは異なってガバナー２２は質量燃料レートで（例えばポンド／時、またはグラム／秒のような何等かの適切な測定単位で）表されたエンジンへの燃料供給のデータ値を生成する。
【００２６】
燃料レートで表されたエンジンへの燃料供給のデータ値は、燃料レート変換ロジック２４への入力を形成している。変換ロジック２４への別の入力は、実際のエンジン速度のデータ値である。変換ロジック２４は、エンジンに調整された燃料を供給するための質量燃料レートのデータ値、及び実際のエンジン速度のデータ値を処理し、シリンダ内のピストンの次のストローク中にエンジンシリンダ内へ噴射される燃料の量のデータ値を生成する。最新処理システムにおいては、典型的に種々の戦略が種々の頻度で（あるものが他のものよりも頻繁に）実行される。“実際のエンジン速度”という語の使用は、エンジン速度を測定するある戦略による瞬時エンジン速度の極めて最新の更新を意味していることを理解されたい。
【００２７】
図３は、変換ロジック２４によって遂行される特定の処理を示している。除算機能２６は、エンジンに供給される調整された燃料の質量燃料レートのデータ値を、実際のエンジン速度のデータ値で除算する。その商は、その後に乗算機能２８によって処理されるデータ値である。乗算機能２８は、上記商とある変換定数とを乗算するように動作する。その積は、次のストローク中に噴射される燃料の量のデータ値である。
【００２８】
次いで戦略２０は、そのデータ値を燃料噴射器ドライバロジック３０（ＥＣＭから分離したＩＣＭ内に含まれ得る）へ供給する。ドライバロジック３０は、その処理システム内にプログラムされている適切なアルゴリズムを含んでいる。このアルゴリズムは、それぞれの電気信号を介して最終的に各燃料噴射器を動作させ、次のストローク中に変換ロジック２４からのデータ値に対応する量の燃料をそれぞれのシリンダ内へ噴射させる。
【００２９】
図３Ａは、図３の変換処理例の詳細を示している。パラメータＭＦＦ ＧＯＶのデータ値は、ガバナーから供給される調整された質量燃料の流量を燃料のポンド／時で表している。アルゴリズム機能３６はこのデータ値を、エンジンシリンダの数を表すパラメータＦＱＧ ＮＵＭ ＣＹＬ及びエンジン速度を表すＦＱＧ Ｎ ＬＩＭで除算する（ＦＱＧ Ｎ ＬＩＭは、発生し得る０による除算状況を回避するように制限されている）。ＦＱＧ Ｎ ＬＩＭのデータ値は、機能３８によって設定される。機能３８は、回転／分で表された実際のエンジン速度Ｎと、数100との大きい方を選択する。その結果に変換定数15117が乗ぜられるので、燃料質量／ストロークを表すＭＦＧＯＶ ＭＦＦのデータ値はミリグラム／ストロークの単位で与えられる。
【００３０】
もしガバナーがある特定の燃料レートにロックされていれば、エンジン負荷が増加してエンジン速度を遅くすると燃料の量／ストロークが増加するようになるが、これは増加した負荷を処理する時にエンジンに要求されることである。同様に、エンジン負荷が減少してエンジン速度を速くすると燃料の量／ストロークが減少するようになる。何れの場合もエンジンは不安定になることなく平衡速度に落ち着く。
【００３１】
ディーゼルエンジンのアイドリング速度制御のための基準として、燃料の量／ストロークではなく、燃料レートを使用する戦略によって、アイドリング速度制御は本質的に安定になる。これによってエンジンは、過補償または過大な遅れを伴うことなく、負荷の印加または負荷の切離しに反応することが可能になる。エンジンは、少ないエンジン速度フレア（flair）またはボギング（bogging）で、負荷変化に対応することができる。また本戦略によれば、エンジンの逸走または失速の危険性を伴うことなく、アイドリング速度制御にフィードフォワード補償をより効果的に適用することができる。アイドリング速度制御がアイドリング時に人工的な安定性を与える必要がないので、エンジンはアイドリング以外の動作時にバッキング（bucking）を受け難くなる。この固有の安定性によってエンジン始動の直後に滑らかな移行が可能になる。このことは、エンジン開発プロセス中にそのエンジンの特性をより良好に特徴付けることを可能にし、それによって新しいエンジンをより信頼可能に、及びより迅速に対応させ得るようにする。分離した制御モジュール間の位相シフトがより大きくても、許容できるようになる。
【００３２】
図４は、本発明の戦略が固有の安定性を呈することを示している。図４は、図２及び３に示した本発明の戦略と、図１の従来の戦略とを比較して示すグラフプロットである。２つのトレース３２、３４はそれぞれ、エンジン試験中に得られた試験データから、1000ｒｐｍのエンジン速度における100％燃料供給の点まで正規化されている。トレース３４が本発明の戦略を使用するエンジン速度の関数としての燃料供給を示している。
【００３３】
トレース３４は各燃料供給値が、それぞれの速度値と独自に相関するように合理的に一定の正の勾配を有している。これは、トレース３２には見られない。
【００３４】
トレース３２は、遙かに急峻な、そして１つの領域においては実際に負であるような不規則な勾配を有している。急峻な勾配は燃料供給変化が小さくても大きい速度変化を生じさせ得ることを意味しており、また負の勾配領域は各燃料供給値がそれぞれのエンジン速度に独自に相関していないことを示している。
【００３５】
図５は、エンジン始動時の10秒間にわたって得た３つのトレース４０、４２、４４を示している。トレース４０は量／ストロークで表されたエンジンへの燃料供給を表し、トレース４２は質量流量で表されたエンジンへの燃料供給を表し、そしてトレース４４はエンジン速度を表している。
【００３６】
この10秒間にわたって燃料流ガバナーは滑らかなエンジン始動をもたらし、ガバナーからの燃料レート命令が一定に保たれて安定したアイドリング速度をもたらしている（トレース４２）。エンジン速度（トレース４４）は、この場合600ｒｐｍよりも僅かに高い安定状態速度に対して非対称的に上昇している。量／ストロークで表されている燃料供給（トレース４０）は、エンジン速度が増加するにつれて非対称的に降下する。図は、一定の燃料流命令でアイドリング中、エンジン速度が比較的安定に維持されていることを示している。負荷の印加及び負荷の切離しを原因とするようなエンジン速度の変動は本質的に補正され、アイドリング速度は安定化されている。
【００３７】
図６は、低アイドリング時の、及びアイドリングからのエンジン加速のための強化された調速戦略５０を表している。戦略２０と同様に戦略５０はＥＣＭ内に実現されており、低アイドリングガバナー５２は処理システム内にプログラムされた低アイドリングガバナーアルゴリズムとして実現されている。ガバナー５２はエンジン速度誤差のデータ値を処理し、質量燃料レートのような燃料レートで（例えば、ポンド／時、またはグラム／秒のような何等かの適切な測定単位で）表されたエンジン低アイドリング燃料供給のデータ値を生成する。
【００３８】
燃料レートで表されたエンジンに供給される燃料のデータ値は、燃料レート変換ロジック５４への一方の入力を形成している。変換ロジック５４への別の入力は、実際のエンジン速度のデータ値である。変換ロジック５４は、これらの入力のデータ値を変換ロジック２４で説明したような手法で処理し、シリンダ内のピストンの次のストローク中にエンジンシリンダ内へ噴射される燃料の量のデータ値を生成する。 ここでも“実際のエンジン速度”という語は、エンジン速度を測定するある戦略による瞬時エンジン速度の極めて最新の更新を意味している。
【００３９】
変換ロジック５４から供給されるデータ値は、燃料噴射器ドライバロジック３０へ印加される前にさらなる処理を受ける。この処理は、変換ロジック５４から供給されるデータ値とペダル位置変換ロジック５８から供給されるデータ値とを加法的に合計する加算機能５６を含む。
【００４０】
ペダル位置変換ロジック５８は、１つの入力としてアクセルペダル位置を使用し、アクセル位置センサ（ＡＰＳ）から導出されたデータ値を処理する。ＡＰＳは、戦略５０を使用するエンジンによって駆動されるモータービークルの運転手が、そのビークル内のアクセルペダルを踏み込むと作動する。ロジック５８から供給されるデータ値は、量／ストロークとして何等かの適切な測定単位で表された燃料命令である。
【００４１】
アクセルペダルが踏み込まれずにエンジンが運転されている時には、ロジック５８から供給されるデータ値は、ロジック５４から供給されるデータ値と合計する加算機能５６に何も付加的な貢献はしない。従って、その出力はロジック５４から供給されるデータ値だけになり、これはその後に最小選択機能６０（その機能の詳細は後述する）によって処理される。
【００４２】
エンジンが低アイドリング速度における安定状態で運転されている場合に、アクセルペダルを踏み込んでエンジンを低アイドリングから加速すると、ロジック５８へのＡＰＳデータ入力が変化してロジック５８に非０データ値を発生させる。この非０データ値は、加算機能５６によってロジック５４から供給されるデータ値と加算される。両加数は、同一測定単位でそれぞれの質量燃料レートを表している。
【００４３】
低アイドリングガバナー５２からの、及びロジック５８からの異なる測定単位の（即ちそれぞれ質量燃料レート、及び量／ストローク）それぞれの燃料命令を同報することによって、ガバナー５２によるデータ処理における丸め誤差を減少させることができ、及び／または処理時間を短縮することができる。低アイドリングで運転中の場合、ガバナー５２からの燃料命令は、変動に対する迅速応答と、低アイドリング速度を狭い速度範囲内で安定に保つために必要な精細な分解能の両者を特徴としている。エンジンを低アイドリングから加速する場合、ペダルによって開始される燃料供給命令のデータ値は、典型的には低アイドリングにおけるような迅速応答を必要としないエンジン動作の全範囲を処理するために、遙かに広い範囲にわたり得る。
【００４４】
もしペダルによって開始される燃料供給命令が燃料レート命令として同報されれば、燃料レート命令の値の範囲、及び対応する長さが容易に過大になり得る。このような場合、ペダルによって開始される燃料供給命令は、それを受信した後にエンジン速度で除算するだけのために、それを同報する前にエンジン速度が乗算される。量／ストローク単位を質量レート単位に変換するために、ペダルによって開始される燃料レート命令にエンジン速度及び定数を乗じても値を付加することはないが、同報しなければならないメッセージの長さを増加させることになる。この理由から、戦略５０においてはペダルによって開始される燃料レート命令データがロジック５８から量／ストローク単位で同報され、次いでロジック５４からのデータと加算されるのである。
【００４５】
最小選択機能６０は、本質的にはリミタである。限度設定機能６２は、若干の条件の下で燃料制限を要求することができる１つまたはそれ以上のファクタに基づいて、エンジンへの燃料供給の最大限度を量／ストローク測定単位で設定する。これらのファクタの例は排気管からの排煙及びトルク制限である。加算機能５６からのデータ値が機能６２からのデータ値によって設定された限度より小さいか、または等しい場合には、前者が燃料噴射器ドライバロジック３０へ印加される。加算機能５６からのデータ値が機能６２からのデータ値によって設定された限度より大きい場合には、後者が燃料噴射器ドライバロジック３０へ印加される。
【００４６】
以上に本発明の現在では好ましい実施の形態を詳細に説明したが、本発明の原理は特許請求の範囲内に入る全ての実施の形態に適用されることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】ディーゼルエンジンのアイドリング速度制御のための従来の調速戦略を示す概要図である。
【図２】本発明の原理による調速戦略を示す図である。
【図３】図２の戦略の一部分の詳細図である。
【図３Ａ】図３の詳細例である。
【図４】本発明の戦略が従来の戦略から如何に弁別されるかを理解するのに有用なグラフプロットである。
【図５】本発明の調速戦略に従って動作するエンジンの始動中の、及び初期運転中のエンジンへの燃料供給及びエンジン速度を示すグラフプロットである。
【図６】若干の強化を含む本発明の調速戦略の一形状を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図３Ａ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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