(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コモンレールシステムを有する内燃機関に対する制御方法であって、
少なくとも１つのポンプが燃料を低圧領域からリザーバに搬送し、
該リザーバの燃料圧力が圧力センサにより検出され、
前記燃料圧力が制御器により目標値に調整される、内燃機関の制御方法において、
前記制御器の少なくともＰＩ特性を、以下の動作パラメータに依存して設定し、
・前記リザーバ内での圧力形成のために使用される圧力形成量（Ｑ'Ｒ）、
・前記内燃機関の回転数、
・制御偏差の符号、
ここで前記圧力形成量（Ｑ’Ｒ）は
Ｑ’Ｒ＝Ｑ’Ｐ−Ｑ’Ｉ−Ｑ’ＤＲＶにより求められ、ただし
Ｑ’Ｒは圧力形成量、
Ｑ’Ｐは高圧ポンプからレールへの搬送量、
Ｑ’Ｉはインジェクタへの調量
Ｑ’ＤＲＶは低圧領域に流出する制御量である、
ことを特徴とする内燃機関の制御方法。
【請求項２】
制御器の特性を定める制御パラメータを、内燃機関に噴射される燃料量に相応するパラメータに依存して設定する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
制御器の特性を定める制御パラメータを、前記制御器の制御偏差の絶対値に依存して設定する、請求項１または２項記載の方法。
【請求項４】
コモンレールシステムを有する内燃機関に対する制御装置であって、
少なくとも１つのポンプが燃料を低圧領域からリザーバへ搬送し、
圧力センサが前記リザーバ内の燃料圧力を検出し、
制御器が前記燃料圧力を目標値に調整する形式の制御装置において、
前記制御器の少なくともＰＩ特性を、以下の動作パラメータに依存して設定する手段が設けられており、
・前記リザーバ内での圧力形成のために使用される圧力形成量（Ｑ'Ｒ）、
・前記内燃機関の回転数、
・制御偏差の符号、
ここで前記圧力形成量（Ｑ’Ｒ）は
Ｑ’Ｒ＝Ｑ’Ｐ−Ｑ’Ｉ−Ｑ’ＤＲＶにより求められ、ただし
Ｑ’Ｒは圧力形成量、
Ｑ’Ｐは高圧ポンプからレールへの搬送量、
Ｑ’Ｉはインジェクタへの調量、
Ｑ’ＤＲＶは低圧領域に流出する制御量である、
ことを特徴とする制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コモンレールシステムを有する内燃機関に対する制御方法であって、少なくとも１つのポンプが燃料を低圧領域からリザーバに搬送し、リザーバの燃料圧力が圧力センサにより検出され、圧力が制御器により目標値に調整される、内燃機関の制御方法、およびコモンレールシステムを有する内燃機関に対する制御装置であって、少なくとも１つのポンプが燃料を低圧領域からリザーバへ搬送し、圧力センサがリザーバ内の燃料圧力を検出し、制御器が圧力を目標値に調整する形式の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
このような内燃機関を制御するための方法および装置は、ＤＥ−ＯＳ１９５４８２７８から公知である。そこではコモンレールシステムでのレール圧を制御することが記載されている。ポンプによって燃料が低圧領域からリザーバに搬送される。リザーバの燃料圧はセンサによって検出される。制御器は、圧力制御弁に印加するための制御信号を、目標値と実際値との偏差に依存して検出する。
【０００３】
圧力制御弁とリザーバからなる制御区間の区間増幅度およびダイナミック特性は動作点に大きく依存する。所定の動作状態では、急速な圧力上昇が生じる。別の動作状態では、緩慢な圧力上昇が生じる。さらに制御偏差が大きい場合または小さい場合には発振および不安定性が発生することがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、例えばコモンレールシステムの内燃機関を制御するための方法および装置において、すべての動作状態で燃料圧の安定した制御を保証することができるように構成することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この課題は本発明により、制御器の少なくともＰＩ特性を、以下の動作パラメータに依存して設定し、
・前記リザーバ内での圧力形成のために使用される圧力形成量（Ｑ'Ｒ）、
・前記内燃機関の回転数、
・制御偏差の符号、
ここで前記圧力形成量（Ｑ’Ｒ）は
Ｑ’Ｒ＝Ｑ’Ｐ−Ｑ’Ｉ−Ｑ’ＤＲＶにより求められ、ただし
Ｑ’Ｒは圧力形成量、
Ｑ’Ｐは高圧ポンプからレールへの搬送量、
Ｑ’Ｉはインジェクタへの調量
Ｑ’ＤＲＶは低圧領域に流出する制御量である、
ことを特徴とする内燃機関の制御方法によって解決される。
【０００６】
【発明の実施の形態】
制御器の伝達特性を動作パラメータに依存して設定することにより、すべての動作状態で安定し、良好なダイナミック特性で動作するレール圧制御を得ることができる。
【０００７】
本発明の有利な構成および改善形態は従属請求項に記載されている。
【０００８】
【実施例】
図１には、本発明を理解するのに必要な構成部材が示されている。この構成部材は、高圧噴射部を有する内燃機関の燃料供給装置の構成部材である。図示の装置は通常、コモンレールシステムと称される。
【０００９】
１００により燃料貯蔵容器が示されている。この容器は、第１のフィルタ１０５，および第２のフィルタ手段１１５を有する有利には制御可能な搬送ポンプ１１０と連結している。第２のフィルタ手段１１５から燃料は管路を介して弁１２０に達する。フィルタ手段１１５と弁１２０との間の接続管は低圧制限弁１４５を介して貯蔵容器１００と連通している。弁１２０は高圧ポンプ１２５を介してレール１３０と連通している。レールはリザーバとも称され、燃料管を介して種々のインジェクタ１３１と接続している。圧力制御弁１３５を介してレール１３０は燃料貯蔵容器１１０と連通することができる。圧力制御弁１３５はコイル１３６により制御される。
【００１０】
高圧ポンプ１２５の出口側と圧力制御弁１３５の入口側との間の管路は高圧領域と称される。この領域では燃料は高圧下にある。高圧領域の圧力はセンサ１４０により検出される。タンク１００と高圧ポンプ１２５との間の管路は低圧領域と称される。
【００１１】
制御部１６０は圧力制御器を有し、相応の調整素子、例えば圧力制御弁１３５のコイル１３６に制御信号Ａを供給する。制御部１６０は、内燃機関および／または自動車の動作状態を表す、種々のセンサ１６５の信号を処理し、内燃機関を駆動する。このような動作状態とは例えば、内燃機関の回転数である。
【００１２】
制御器は有利にはＰＩ制御器として構成されており、少なくともＰＩ特性を有する。別の成分、例えばＤ成分を有する制御器を設けることもできる。
【００１３】
この装置は次のように動作する：貯蔵容器に存在する燃料が予搬送ポンプ１１０からフィルタ手段１０５と１１５を通って搬送される。予搬送ポンプの出口側で燃料には約３ｂａｒの圧力が加えられる。燃料システムの低圧領域での圧力が所定の圧力に達すると、弁１２０が開放し、高圧ポンプ１２５の入口側には所定の圧力が加えられる。この圧力は、弁１２０の構成に依存する。通常、弁１２０は約１ｂａｒの圧力の時に高圧ポンプ１２５への接続を開放するように構成されている。
【００１４】
低圧領域の圧力が許容できないほど高い値に上昇すると、低圧制限弁１４５が開放し、予搬送ポンプ１１０の出口側と貯蔵容器１００との間の接続を開放する。弁１２０と点圧制限弁１４５によって低圧領域の圧力は約１および３ｂａｒの値に維持される。
【００１５】
高圧ポンプ１２５は燃料を低圧領域から高圧領域に搬送する。高圧ポンプ１２５はレール１３０に非常に高い圧力を形成する。通常、外部点火式内燃機関に対するシステムの場合、圧力値は約３０から１００ｂａｒであり、自己着火式内燃機関の場合は約１０００から２０００ｂａｒが得られる。インジェクタ１３１を介して燃料を高圧下で、内燃機関の個々の気筒に調量することができる。
【００１６】
センサ１４０によって、レールの圧力ないしは高圧領域全体の圧力が検出される。コイル１３６によって制御される圧力制御弁１３５によって、高圧領域の圧力を制御することができる。コイル１３６に印加される電圧、ないしコイル１３６を流れる電流に依存して、圧力制御弁１３５は種々異なる圧力値で開放する。
【００１７】
圧力制御弁１３５はまた、流れる電流および／または印加される電圧に依存して、所定量が低圧領域に流れるように構成することもできる。
【００１８】
予搬送ポンプ１１０として通常は、直流モータ（ＤＣモータ）または電子整流形直流モータ（ＥＣモータ）を有する電子燃料ポンプが使用される。例えば実用車で必要であるような比較的に大きな搬送量に対しては、複数の並列に接続された予搬送ポンプを使用することもできる。この場合、寿命が長いことと使用性の点から有利にはＥＣモータを使用する。
【００１９】
高圧領域の圧力Ｐを制御するために択一的および／または付加的に別の調整素子を使用することができる。この調整素子は例えば、搬送量が調整可能な電気予搬送ポンプ１１０または、制御可能な高圧ポンプ１２５である。圧力制御弁１３５に加えて、圧力制限弁を設けることもでき、圧力制限弁は所定の圧力の際に、高圧領域と低圧領域との間の接続を開放する。
【００２０】
以下、量変化または個々の燃料の搬入量について述べる。この量変化はそれぞれＱ'により表されており、量として表現される。ここでは、所定の時間に流れる量がそれぞれ示される。
【００２１】
高圧ポンプ１２５から搬送量Ｑ'Ｐがレール１３０に搬送される。圧力制御弁１３５を介して制御量Ｑ'ＤＲＶが低圧領域に流出する。圧力形成量Ｑ'Ｒが圧力形成に対して使用される。インジェクタ１３１を介して調量Ｑ'Ｉがインジェクタ１３１に達する。量Ｑ'Ｉは、噴射される燃料量ＱＫ、漏れ量およびインジェクタの制御量からなる。漏れ量と制御量は再び低圧領域に戻される。噴射される燃料量は内燃機関の燃焼室に達する。
【００２２】
圧力形成のための量変化Ｑ'Ｒに対しては次式が当てはまる。
【００２３】
Ｑ'Ｒ＝Ｑ'Ｐ−Ｑ'Ｉ−Ｑ'ＤＲＶ
このパラメータは、リザーバ１３０内の量変化に相応する。パラメータＱ'ＤＲＶは常にゼロより大きいか、または等しいから、
Ｑ'Ｒ≦Ｑ'Ｐ−Ｑ'Ｉ
が当てはまる。
【００２４】
レール１３０の圧力形成は、量Ｑ'Ｒの圧縮により行われる。圧力の変化速度ｄＰ／ｄｔは量変化Ｑ'Ｒに比例する。値Ｑ'Ｐ−Ｑ'Ｉが大きくなればなるほど、比較的に大きな圧力勾配が達成される。レールと圧力制御弁からなる制御区間の実質的時定数はパラメータＱ'Ｒないしは差Ｑ'Ｐ−Ｑ'Ｉである。
【００２５】
本発明では、圧力制御器の制御パラメータがＱ'ＰおよびＱ'Ｉの関数として設定される。高圧ポンプ１２５により搬送される量Ｑ'Ｐに対しては、次式が一次近似で当てはまる。
【００２６】
Ｑ'Ｐ＝Ｋ１＊Ｎ
Ｋ１は定数、Ｎは内燃機関の回転数である。量Ｑ'Ｉに対しては次式が当てはまる。
【００２７】
Ｑ'Ｉ＝Ｋ２＊ＱＫ＊Ｎ
量ＱＫは、内燃機関に行程ごとに噴射される燃料量に相応する。パラメータＫ２は定数である。パラメータＱ'Ｐ−Ｑ'Ｉに対しては次式が当てはまる。
【００２８】
Ｑ'Ｐ−Ｑ'Ｉ＝Ｋ１＊Ｎ−Ｋ２＊ＱＫ＊Ｎ
図２には、目標値ＰＳ、実際値Ｐ、および圧力制御のために調整素子に印加される制御信号Ａが時間ｔについて、内燃機関の種々の回転数に対して示されている。目標値ＰＳは点線により、実際値Ｐは実線により、制御信号Ａは破線により示されている。それぞれ時点ｔ１で、圧力に対する目標値ＰＳは跳躍的に比較的に高い値に上昇する。
【００２９】
図２のａには、中程度の回転数の場合の関係が示されている。時点ｔ１での目標値跳躍の後、実際値は急速に上昇し、漸近的に新たな目標値に近似する。調整量も同じように連続的にその新たな値に移行する。この特性は通常、制御区間により期待されるものである。
【００３０】
図２のｂには、量変化Ｑ'Ｒが大きい場合の関係が示されている。これは例えば回転数が高い場合である。なぜなら、この場合は大きな燃料量が搬送されるからである。このことは、実際値が非常に急速に上昇することを意味する。そのために調整量は緩慢にしか上昇しない。なぜなら、制御偏差が非常に短時間の後に再び非常に小さくなるからである。そのため、実際値は本来の目標値に達する前に再び降下し、続いて再び上昇する。調整量の緩慢な上昇により、実際値は目標値に。中程度の回転数の場合と同じように比較的に後の時点で初めて到達する。この特性は望ましいものではない。
【００３１】
図２のｃには、量変化Ｑ'Ｒが小さい場合の関係が示されている。これは例えば回転数が低い場合である。なぜならここでは、高圧ポンプが非常に僅かな燃料しか搬送しないからである。このことは、実際値が非常に緩慢に上昇することを意味する。そのため調整量Ａは非常に急速に上昇し、このことはまた実際値が急速に上昇し、目標値を大きく上回ることを意味する。実際値が目標値を上回ると、パラメータＡは再び降下し、漸近的に新たな値に近似する。レール１３０には強い過励振が発生する。この特性も望ましいものではない。
【００３２】
類似の依存関係が噴射される燃料量にも生じる。噴射される燃料量ＱＫが中程度の場合、図２ａの特性が生じ、噴射される燃料量が小さい場合、図２ｂの特性が生じ、噴射される燃料量が大きい場合、図２ｃの特性が生じる。
【００３３】
回転数が低く、噴射される燃料量も小さい場合、平均的な燃料量Ｑ'Ｒが圧力形成に使用される。同じことが回転数が高く、噴射される燃料量も大きい場合に当てはまる。この特性は、図２ａに示した特性に類似する。
【００３４】
回転数が高く、噴射される燃料量が小さい場合は非常に多くの燃料が圧力形成に使用される。値Ｑ'Ｒは大きな値となる。また実際値の非常に急速な上昇が生じる。この特性は図２ｂに相応する。
【００３５】
回転数が低く、噴射される燃料量が多い場合は、非常に僅かな燃料が圧力形成に使用される。パラメータＱ'Ｒは小さな値をとる。実際値の緩慢な上昇が生じる。この特性は図２ｃに相応する。
【００３６】
大きな制御偏差が発生すると、圧力調整素子はストッパの位置になり、飽和現象が発生する。このことは、制御偏差が大きい場合、とりわけ強い圧力減少が所望される場合に圧力制御弁が完全に開放された状態にあることを意味する。調整パラメータがさらに上昇する場合も、制御量Ｑ'ＤＲＶの変化は生じない。
【００３７】
圧力減少の場合は次の関係が生じる。
【００３８】
回転数が低く、噴射される燃料量が小さい場合、平均的な燃料量Ｑ'Ｒが圧力減少に対して使用される。相応のことが回転数が高く、噴射される燃料量が大きい場合に当てはまる。
【００３９】
回転数が高く、噴射される燃料量が小さい場合、非常に少量の燃料が圧力減少に使用される。パラメータＱ'Ｒは小さな値をとる。実際値の緩慢な降下が生じる。
【００４０】
回転数が低く、噴射される燃料量が大きい場合、非常に多量の燃料が圧力減少に対して使用される。値Ｑ'Ｒは大きな値となる。実際値の急速な降下が生じる。
【００４１】
したがって本発明によれば、種々異なる動作パラメータに対して、とりわけ回転数、噴射される燃料量および制御偏差の符号に依存して、種々の制御パラメータ、例えば異なる制御増幅度が設定される。
【００４２】
制御偏差に依存して、すなわち圧力形成または圧力減少が所望されているかに依存して、種々異なるデータセットがファイルされている。
【００４３】
圧力変化に対して大きな量が用意されていれば、すなわちパラメータＱ'Ｒが大きな値をとれば、それぞれ比例増幅度および／または積分定数に対して大きな値が設定される。圧力形成の場合、このことはとりわけ回転数が高くおよび／または噴射される燃料量ＱＫが小さい場合である。
【００４４】
Ｑ'Ｒに対する値が小さいとき、それぞれ比例増幅度および／または積分定数に対して小さな値が設定される。圧力減少の場合、これは回転数が低くおよび／または噴射される燃料量が大きい場合である。
【００４５】
不安定状態を回避し、制御器を制御区間の大信号特性および小信号特性に適合するため、制御偏差が大きい場合と小さい場合とで異なるパラメータセットが使用される。
【００４６】
図３には、圧力制御器の実施例が詳細に示されている。制御器は３００により示されている。この制御器は圧力制御弁１３６に制御信号Ａを供給する。
【００４７】
圧力制御器が別の調整素子またはさらに別の調整素子に作用するようにも構成できる。これは例えば、制御可能な高圧ポンプ１２５，制御可能な予搬送ポンプ１１０および／または搬送量および／または圧力を制御する別の構成素子とすることができる。さらに別の制御構造を選択することもできる。これは例えば、異なる調整素子に作用する２つの制御器を有する制御構造とすることができる。
【００４８】
制御器３００には結合点３１０の出力信号が供給される。結合点３１０の第１の入力側には正の符号で圧力センサ１４０の出力信号Ｐが供給され、第２の入力側には目標値設定部３２０の目標値ＰＳが供給される。
【００４９】
特性マップ３３０には、制御器３０の伝達特性を定める種々異なる制御パラメータが、種々の動作特性量に依存してファイルされている。特性マップには結合点３４０と結合点３１０の出力信号が供給される。結合点３４０の第１の入力側には正の符号で、第１の比例素子３５０の出力信号が印加される。比例素子３５０の入力側には回転数センサ１６５の出力信号が印加される。回転数センサ１６５の出力信号はさらに結合点３６０に達する。結合点３６０の出力信号は負の符号で結合点３４０の第２の入力側に印加される。
【００５０】
結合点３６０の第２の入力側には第２の比例素子３７０の出力信号が印加される。この比例素子３７０には量設定部３８０の出力信号が供給される。量設定部３８０は、内燃機関に行程ごとに噴射される燃料量ＱＫに相応する信号を設定する。ここで有利には、制御装置に存在し、内燃機関の制御と噴射すべき燃料量の制御に使用される信号が取り扱われる。このために例えば、行程ごとおよび気筒ごとの噴射量または別の噴射量信号、例えばインジェクタの制御持続時間が使用される。
【００５１】
目標値設定部３２０は同じように制御部の一部であり、目標値ＰＳを種々の動作特性量に依存して設定する。
【００５２】
第１の比例素子３５０は回転数を第１の増幅係数Ｋ１と乗算する。第２の比例素子は噴射される燃料量を第２の増幅係数Ｋ２と乗算する。結合点３６０では、増幅された燃料量信号が回転数Ｎと乗算される。結合点３４０の出力側にはパラメータＱ'Ｐ−Ｑ'Ｉが発生する。このパラメータは次式により形成される。
【００５３】
Ｑ'Ｐ−Ｑ'Ｉ＝Ｋ１＊Ｎ−Ｋ２＊ＱＫ＊Ｎ
このパラメータに依存して、特性マップ３３０には圧力制御器３００に対する制御パラメータがファイルされている。制御パラメータを制御偏差の符号と制御偏差の絶対値に依存してファイルすればとくに有利である。
【００５４】
有利には特性マップ３３０にパラメータＱ'Ｒ＝Ｑ'Ｐ−Ｑ'Ｉに依存して、比例増幅度Ｐおよび積分定数Ｉを制御器に対し、大きな正の制御偏差および大きな負の制御偏差並びに中程度の制御偏差ごとにファイルすると有利である。
【００５５】
本明細書中のＱ'は、Ｑの微分を表す。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の装置のブロック回路図である。
【図２】時間についての種々の信号の線図である。
【図３】本発明の装置の詳細なブロック回路図である。
【符号の説明】
１００  燃料貯蔵容器
１１０  予搬送ポンプ
１１５  フィルタ手段
１２０  弁
１２５  高圧ポンプ
１３０  レール
１３１  インジェクタ
１３５  圧力制御弁
１３６  コイル
１４０  センサ
１６０  制御部
【図１】
0004276718.tif 000002
【図２】
0004276718.tif 000003
【図３】
0004276718.tif 000004