(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コモン・レール系を備えた内燃機関において蓄圧器における圧力を調整操作部材によって制御する方法であって、
蓄圧器における圧力に対する目標値を前以て決めかつ蓄圧器における圧力の実際値と比較し、かつ該比較から出発して、制御器が前記調整操作部材に対するドライブ制御信号を形成するための量を前以て決める、
方法において、
前記蓄圧器における圧力（Ｐ）に対する目標値と実際値との制御偏差から前記制御器により前以て決められる、前記調整操作部材に対するドライブ制御信号を形成するための量である調整操作量（Ｑ・Ｒ）と、吐出流量（Ｑ・Ｐ）と調量流量（Ｑ・Ｉ）との差と、更に前記蓄圧器における圧力（Ｐ）とから、前記調整操作部材に対するドライブ制御信号を形成することにより、制御区間を線形化する
ことを特徴とする内燃機関の制御方法。
【請求項２】
前記制御器によって前以て決められる調整操作量（Ｑ・Ｒ）は圧力形成流量（Ｑ・Ｒ）である
請求項１記載の内燃機関の制御方法。
【請求項３】
前記制御器によって前以て決められる調整操作量（Ｑ・Ｒ）は圧力形成および／または圧力低減のために必要である燃料量に相応する量に依存して前以て決めることができる
請求項１または２記載の内燃機関の制御方法。
【請求項４】
前記調量流量（（Ｑ・Ｉ）は内燃機関に噴射すべき燃料流量（Ｑ・Ｋ）から出発して前以て決めることができる
請求項１から３までのいずれか１項記載の内燃機関の制御方法。
【請求項５】
前記吐出流量（Ｑ・Ｐ）を少なくとも回転数（Ｎ）から出発して前以て決めることができる
請求項１から４までのいずれか１項記載の内燃機関の制御方法。
【請求項６】
蓄圧器における圧力に対する目標値を前以て決めかつ蓄圧器における圧力の実際値と比較し、かつ該比較から出発して、制御器が前記調整操作部材に対するドライブ制御信号を形成するための量を前以て決める、コモン・レール系を備えた内燃機関において蓄圧器における圧力を調整操作部材によって制御する装置において、
前記蓄圧器における圧力（Ｐ）に対する目標値と実際値との制御偏差から前記制御器により前以て決められる、前記調整操作部材に対するドライブ制御信号を形成するための量である調整操作量（Ｑ・Ｒ）と、吐出流量（Ｑ・Ｐ）と調量流量（Ｑ・Ｉ）との差と、更に前記蓄圧器における圧力（Ｐ）とから、前記調整操作部材に対するドライブ制御信号を形成する手段を設けることにより、制御区間が線形化されている
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蓄圧器における圧力に対する目標値を前以て決めかつ実際値と比較し、かつ該比較から出発して制御器が調整操作部材に対するドライブ制御信号を形成するための量を前以て決める、内燃機関、例えばコモン・レール系を備えた内燃機関の制御方法およびこの方法を実施するための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の（開ループ）制御方法および装置は、ドイツ連邦共和国特許第１９５４８２７８号明細書から公知である。そこには、内燃機関において使用されるコモン・レール系における圧力を（閉ループ）制御するための方法および装置が記載されている。この系では、圧力制御弁に対する調整操作量が通例のＰＩ制御器を介して直接発生される。制御区間が著しく非線形であるので、制御器の構成設計は困難である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、制御構成をできるだけ簡単にした、冒頭に述べた形式の内燃機関の制御方法および装置を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
この課題は本発明によれば、それぞれ、請求項１の特徴部分に記載の構成および請求項７の特徴部分に記載の構成によって解決される。
【０００５】
制御区間の線形化によって制御パラメータの選定が簡単化される。
【０００６】
本発明の有利でかつ好適な実施例および改良例はその他の請求項に記載されている。
【０００７】
【実施例】
次に本発明を図示の実施例につき図面を用いて詳細に説明する。
【０００８】
図１には、高圧噴射装置を備えた内燃機関の燃料供給系の構成部分が本発明を理解するのに必要な範囲で示されている。図示の系は普通、コモン・レール系と称される。
【０００９】
１００で示されているのは、燃料貯蔵容器である。これは第１のフィルタ１０５およびパイロット吐出ポンプ１１０を介して第２のフィルタ手段１１５に接続されている。第２のフィルタ手段１１５から、燃料が導管を介して弁１２０に達する。フィルタ手段１１５と弁１２０との間の接続導管は低圧制限弁１４５を介して燃料貯蔵容器１００に接続されている。弁１２０は高圧ポンプ１２５を介してレール１３０に接続されている。このレールは蓄圧器とも称されかつ燃料導管を介して種々のインジェクタ１３１に接続されている。圧力制御弁１３５を介してレール１３０は燃料貯蔵容器１００に接続可能である。圧力制御弁１３５はコイル１３６を用いて制御可能である。
【００１０】
高圧ポンプ１２５の出口と圧力制御弁１３５の入口との間の導管は高圧領域と称される。この領域において燃料は高圧下にある。高圧領域における圧力はセンサ１４０を用いて検出される。タンク１００と高圧ポンプ１２５との間の導管は低圧領域と称される。
【００１１】
この装置は次のように動作する：貯蔵容器にある燃料は、パイロット吐出ポンプ１１０からフィルタ手段１０５および１１５を通って搬送される。パイロット吐出ポンプ１１０の出口では、燃料には１ｂａｒおよび約３ｂａｒ（１ｂａｒ＝１０５Ｐａ）の間の圧力がかかっている。燃料系の低圧領域における圧力が前以て決めることができる圧力に達したとき、弁１２０は開放しかつ高圧ポンプ１２５の入口には所定の圧力がかけられる。この圧力は弁１２０の構造に依存している。弁１２０は通例、約１ｂａｒの圧力においてそれが高圧ポンプ１２５との接続を行うように実現されている。
【００１２】
低圧領域における圧力が許容できない高い値に上昇すると、低圧制限弁１４５は開放しかつパイロット吐出ポンプ１１０の出口と貯蔵容器１００との間の接続を解放する。弁１２０と低圧制限弁１４５とを用いて、低圧領域における圧力は約１ｂａｒおよび３ｂａｒの値に保持される。
【００１３】
高圧ポンプ１２５は燃料を低圧領域から高圧領域に吐出する。高圧ポンプ１２５はレール１３０に非常に高い圧力を形成する。通例、外部点火される内燃機関に対する系では、約３０ｂａｒないし１００ｂａｒの圧力値が実現されかつ自己点火形の内燃機関に対する系では、約１０００ｂａｒないし２０００ｂａｒの圧力値が実現される。インジェクタ１３１を介して燃料を高圧下で内燃機関の個々のシリンダに調量することができる。
【００１４】
センサ１４０を用いて、レール１３０ないし高圧領域全体における圧力が検出される。コイル１３６によって制御可能である圧力制御弁１３５を用いて、高圧領域における圧力を制御することができる。コイル１３６に加わっている電圧ないしコイル１３６を流れる電流に依存して、圧力制御弁１３５は種々異なった圧力値において開放する。
【００１５】
パイロット吐出ポンプ１１０として、通例、直流モータ（ＤＣモータ）または電気的に整流される直流モータ（ＥＣモータ）を有する電子燃料ポンプが使用される。殊に商用車において必要である一層高い吐出流量に対して、複数の並列接続されているパイロット吐出ポンプを使用することもできる。この場合、一層高い寿命および一層高い使用性能のために、有利にはＥＣモータが使用される。
【００１６】
高圧領域における圧力Ｐの制御のために、別の調整操作部材を使用することもできる。これらは例えば、吐出量を調整可能である電気的なパイロット吐出ポンプ１１０または制御可能な高圧ポンプ１２５である。圧力制御弁１３５に対して付加的に、前以て決められた圧力値において高圧領域と低圧領域との間の接続を行うようにする圧力制限弁を設けることもできる。
【００１７】
以下、Ｑ・でそれぞれ、流量ないし流量変化が表されている。これらは、所定の時間間隔内に流れる量である。高圧ポンプ１２５から所定の時間間隔において吐出流量Ｑ・Ｐがレール１３０に吐出される。圧力制御弁１３５を介して、制御流量Ｑ・ＤＲＶが低圧領域に流される。圧力形成流量Ｑ・Ｒは圧力形成のために使用することができる。各インジェクタ１３１を介して調量流量Ｑ・Ｉが各シリンダに達する。量Ｑ・Ｉは、噴射される燃料量Ｑ・Ｋと、漏れ量と、インジェクタの制御量とから成っている。漏れ量および制御量は再び低圧領域に戻される。噴射された燃料量は内燃機関の燃焼室に達する。
【００１８】
図２には、圧力制御弁並びにレール１３０が略示されている。Ｐはレールにおける圧力であり、Ｉは圧力制御弁におけるコイル電流でありかつＸはプランジャー位置である。
【００１９】
球２００はプランジャー２１０によって弁座に圧着される。プランジャーには、電流Ｉが流れるコイル２２０によって力が加えられる。更に、ばね２３０が設けられていて、球２００を弁座に圧着している。プランジャーに、ひいては該プランジャーを弁座に押し付ける球に対する力は種々異なった量によって決められる。これは１つには、コイルを流れる電流Ｉおよびプランジャー位置Ｘに依存している磁気力ＦＭである。更に同じ方向に、プランジャーの位置Ｘに依存しているばね力ＦＦが作用する。これらの力に対向して、レール１３０における圧力Ｐおよびプランジャー位置Ｘの関数としてもしくは制御流量Ｑ・ＤＲＶおよびプランジャー位置Ｘの関数として表すことができる圧力の力ＦＰが作用する。
【００２０】
定常状態において結果生じる力は２つの量によって決められている。その他の量は相応に調整設定される。プランジャーの力ＦＡは次式が成り立つ：
【数１】
0004250227.tif 000002
プランジャーの力は、電流Ｉおよびプランジャーの位置Ｘに依存して力ＦＡ１として表すことができる。更に、プランジャーの力は、力ＦＡ２として、圧力Ｐおよびプランジャーの位置Ｘに依存して表すことができる。同様にこのプランジャーの力は、力ＦＡ３として、制御流量Ｑ・ＤＲＶおよびプランジャーの位置Ｘに依存して表すことができる。
【００２１】
図３には、これらの力が特性曲線として示されている。力ＦＡ１は、プランジャー位置Ｘに関してパラメータ電流Ｉを有する実線の特性曲線群として示されている。力ＦＡ２は、パラメータ圧力Ｐを有するパラメータ群として破線で示されている。力ＦＡ３は、一点鎖線群としてのパラメータ制御流量Ｑ・ＤＲＶを有するパラメータ群として示されている。
【００２２】
定常状態において次の関係が成り立つ：
【数２】
0004250227.tif 000003
非定常状態において、即ち圧力形成または圧力低減の際には次の関係が成り立つ：
【数３】
0004250227.tif 000004
圧力形成流量Ｑ・Ｒで、レール１３０における圧力が形成されることになる。
【００２３】
磁気回路およびプランジャーの時定数は、常に、ＦＡ１＝ＦＡ２＝ＦＡ３が成り立つ程度に小さい。図３に図示の特性曲線群を用いて、圧力形成流量Ｑ・Ｒが決定される。レール圧力Ｐおよびプランジャー電流Ｉによって、プランジャー力ＦＡおよびプランジャー位置Ｘが一義的に決まってくる。これにより特性曲線ＦＡ３、ひいては量Ｑ・ＤＲＶが確定される。その際次の関係が成り立つ：
【数４】
0004250227.tif 000005
制御流量Ｑ・ＤＲＶは圧力Ｐおよび電流Ｉの関数である。圧力形成流量Ｑ・Ｒは、吐出流量と調量流量との間の差Ｑ・Ｐ−Ｑ・Ｉ、圧力Ｐおよび電流Ｉに依存している。この依存性は制御区間の非線形の特性を表している。本発明によればこの依存性に３次元の特性マップが前置接続されるので、この縦続接続によって線形の関係が成り立つ。
【００２４】
相応の制御構成は図４に示されている。４００は本来の圧力制御器である。これは調整操作量Ｑ・Ｒを特性マップ４１０に供給する。特性マップは制御区間４３６に信号Ｉを加える。このことは、コイル１３６に目標値ＰＳと実際値Ｐとの間の制御偏差に依存して電流Ｉが供給されることを意味している。
【００２５】
別の入力量として、特性マップに、圧力センサ１４０の出力信号Ｐ並びに結合点４１５の出力信号が達する。結合点４１５の第１の入力側には量Ｑ・Ｐが加わりかつ負の極性を有する第２の入力側に量Ｑ・Ｉが加わる。量Ｑ・ＰはＱ・Ｐ予設定部４２５によって用意されかつ量Ｑ・Ｉは量Ｑ・Ｉ予設定部４３０によって用意される。
【００２６】
制御器４００に、入力信号として、結合点４４０によって形成される制御偏差が供給される。結合点４４０の第１の入力側に負の極性を以て圧力に対する実際値Ｐが加わり、第２の入力側に正の極性を以て目標値予設定部４５０の目標値ＰＳが加わる。特性マップは後置接続されている、制御区間４３６、図１の実施例の圧力制御弁に電流Ｉを供給する。
【００２７】
そこでこの装置は次のように動作する。Ｑ・Ｐ予設定部は、回転数Ｎと定数Ｋ１とから出発して、ポンプ吐出出力に対応する吐出流量Ｑ・Ｐを次式に従って計算する：
【数５】
0004250227.tif 000006
Ｑ・Ｉ予設定部４３０は、調量流量Ｑ・Ｉを、噴射すべき燃料流量Ｑ・Ｋ、インジェクタに対する制御流量プラス漏れ量に基づいて次式に従って計算する：
【数６】
0004250227.tif 000007
その際制御量と漏れ量との和が噴射すべき燃料流量Ｑ・Ｋの固定のパーセンテージであることから出発している。調量流量Ｑ・Ｉを計算するために、噴射流量Ｑ・Ｋが制御流量および漏れ量に相応する所定のパーセンテージＡ分だけ高められる。２つの信号Ｑ・ＰおよびＱ・Ｉの差によって特性マップ４１０が制御される。
【００２８】
圧力制御器４００は、目標値ＰＳと実際値Ｐとの間の制御偏差に依存して、圧力形成および／または圧力低減のために必要である燃料量に相応する量を予め定める。この量は、圧力形成のために必要である流量Ｑ・Ｒ１と称される。特性マップ４１０において、実際の圧力Ｐ、吐出流量Ｑ・Ｐおよび調量流量Ｑ・Ｉに依存して、与えられた作動パラメータにおいて、圧力形成のために制御器が所望する流量Ｑ・Ｒ１を用意するために必要である電流Ｉが格納されている。その際特性マップは次の依存性ｆＬを含んでいる：
【数７】
0004250227.tif 000008
相応の電流Ｉによって、制御区間４３６が制御される。圧力制御弁のコイル１３６を流れる電流Ｉ、レール１３０における圧力Ｐおよび吐出流量Ｑ・Ｐおよび調量流量Ｑ・Ｉに依存して、次の依存性に従って実際の流量Ｑ・Ｒ２が設定される：
【数８】
0004250227.tif 000009
上記の量の関数関係ｆは非線形である。この依存性に依存性ｆＬが前置されると、Ｑ・Ｒ１はＱ・Ｒ２に等しいということが成り立つ。これにより区間の非線形性は除去されることになる。
【００２９】
圧力形成流量Ｑ・Ｒは圧力制御回路に対する調整操作量として使用される。制御区間は特性マップ４１０によって線形化される。調整操作量としての圧力形成流量Ｑ・Ｒによって線形の制御区間が得られる。制御区間はこの例では積分器である。圧力低減の際、圧力形成流量Ｑ・Ｒは負の値をとる。
【００３０】
【数９】
0004250227.tif 000010
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の装置のブロック線図である。
【図２】  圧力制御弁の略図である。
【図３】  特性マップの線図である。
【図４】  制御構成のブロック線図である。
【符号の説明】
１００  燃料貯蔵容器、  １０５，１１５  フィルタ手段、  １１０  パイロット吐出ポンプ、  １２０  弁、  １２５  高圧ポンプ、  １３０  レール、  １３５  圧力制御弁、  １３６  コイル、  １４０  センサ、  ４００  圧力制御器、  ４１０  特性マップ、  ４３６  制御区間
【図１】
0004250227.tif 000011
【図２】
0004250227.tif 000012
【図３】
0004250227.tif 000013
【図４】
0004250227.tif 000014