JPH0463221B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 (イ) 技術分野 本発明は内燃機関の燃料供給量制御装置、更に
詳細には燃料噴射量を決める操作部材を作動させ
る電気油圧式変換器等の操作部を備えた内燃機関
の燃料供給量制御装置に関する。

(ロ) 従来技術 このようなデイーゼル式内燃機関において操作
部は、例えば電気油圧式変換器並びに油圧調節ピ
ストンから構成されている。従来の調節装置は
種々の駆動パラメータ、例えば負荷、回転数、排
気ガス値、エンジン温度あるいは燃料等に従つて
噴射ポンプを最適に制御するように用いられてい
る。制御回路に異常が発生した場合特に操作部材
の位置を検出する位置センサからの信号が欠除し
た場合、もはや正確な燃料供給量の制御を行なう
ことが不可能となる。この場合、内燃機関が破壊
するのを保護するために安全装置が設けられてお
り、障害が発生した場合内燃機関の負荷を減少し
回転数領域を制限して駆動させそれにより内燃機
関を過負荷から守るような装置が知られている。

例えばドイツ特許公開公報第3007663号には例
えは噴射ポンプの操作部材を操作する油圧式の操
作装置が開示されている。この操作装置の考え方
は、調節器に故障が発生した場合噴射ポンプの操
作部材を所定の最終位置に変位させるようにして
いることである。このように制御により調節器に
故障が発生したりあるいは電子回路に障害が発生
した場合操作部材を所定の最終位置に移動させ、
それによつてエンジンが機械的な損害を被ること
を防止している。

又ドイツ特許公告公報第1962570号にはデイー
ゼルエンジンの噴射ポンプを操作する操作機器に
対する制御装置が開示されており、その場合制御
回路が故障した場合実際値を非常に大きくし、そ
れにより操作機器の操作部材を自動的に０位置に
戻すような制御を行なつている。

このような従来の制御装置の機能は、制御回路
が遮断したりあるいは制御回路の各部品に故障が
発生した場合内燃機関の出力があまり大きくなら
ないようにするようにしていることである。障害
発生時燃料供給量を調節する部材を供給量が最小
値になる位置に移動させ、それにより内燃機関は
極めて小さい噴射量で回転させるかあるいはそも
そも停止させることによつて内燃機関に過負荷が
かかることを防止している。

障害発生時燃料供給量を減少させる方法が必ず
しも有利でないことが判明している。このような
制御装置を自動車に用いる場合には、エンジンの
駆動が止まつてしまうことを意味し、自動車はも
はや自力で動くことができないことになつてしま
う。このような状況は避けるようにしなければな
らない。というのは自動車の運転手に非常走行モ
ードで運転を続け、次の修理場所迄移動させるよ
うな可能性を残しておかなければならないからで
ある。制御回路を開ループにして非常走行させる
のは、開ループ制御で操作部材が安定になる制限
された負荷と回転数領域において十分な正確な位
置制御が可能な場合にのみ可能となる。

又パルス信号によつて駆動される電気機械式変
換器も知られている。その場合過渡時間な接極子
がその全体のストロークにわたつて移動するに必
要な最小時間よりも短く選ばれている。その場合
電気機械式変換器はパルス信号のデユーテイ比に
比例する平均位置をとつており、その場合ピスト
ンストロークに非常に小型の振動素子が重ねて設
けられている。電気機械式変換器を限界周波数を
上回つてオンオフ駆動する場合には油圧式変換器
のピストンをパルスによつてそのストローク全領
域にわたつて移動させる限界周波数以下での駆動
に対して利点を得ることができる。限界周波数以
上での駆動時における材質の摩耗は顕著に減少さ
せることができ、又限界周波数を上回つた駆動時
の場合、振動素子が小型であることにより変換器
の機械的な出力部における制御の不感性を克服す
ることが可能になる。

(ハ) 目的 従つて本発明はこのような点に鑑み成されたも
ので、障害発生時内燃機関の出力を調節し非常走
行が可能になるようにした内燃機関の燃料供給量
制御装置を提供することを目的とする。

(ニ) 実施例 以下図面に示す実施例に従い本発明を詳細に説
明する。

第１図にはデイーゼル式内燃機関の燃料供給量
を制御する装置が概略図示されている。符号１０
で示した内燃機関に供給される燃料の量はアクセ
ルペダル１１に基づき、アクセルペダル位置セン
サ１２、制御段１３、調節器１４、パルス幅変調
器１５、出力段１６、電気油圧式変換器１７、操
作部１８、並びにパイプ２０を介して内燃機関と
接続された噴射ポンプ１９から成る一連の回路を
介して制御される。ばね２２′によつて付勢され
た操作部１８の操作ピストン２２の位置を検出す
る移動量センサ２１が設けられており、その出力
信号が調節器１４に入力され、それによつて制御
回路は閉ループを構成する。移動量センサ２１の
出力信号は障害識別回路２３に入力され、この識
別回路２３の出力はパルス幅変調器１５と接続さ
れる。制御段１３にはアクセルペダル位置センサ
１２からの信号の外に、更にエンジンに関係した
信号、例えば負荷信号(L)、回転数信号(j)、温度信
号(T)、排気ガス組成（λ）に関する信号並びに他
の信号（詳細には図示せず）が入力される。制御
段１３、障害識別回路２３、調節器１４、パルス
幅変調器１５並びに出力段１６は、点線で図示し
たように制御装置１３′としてまとめることがで
きる。電磁石２４並び本実施例では連続的に動作
する3/3位置制御スライダー２５として構成され
た電気油圧式変換器１７はパイプ２６を介して圧
力タンク２７と、又パイプ２８を介して収集タン
ク２９と、更にパイプ３０を介して操作部１８と
接続される。

このように構成された制御装置は次のように動
作する。即ち制御量の実際値と目標値が一致して
いる場合電気油圧式変換器１７には所定のデユー
テイ比、即ち制御スライダー２５が第１図に図示
した中央の位置に存在し操作部１８と圧力タンク
２７ないし収集タンク２９間の接続が遮断される
位置に留まるようなデユーテイ比をもつたパルス
電圧が印加される。入力パルスのパルス周波数は
大きく選ばれており、それによつて制御スライダ
ーがその機械的な慣性によりパルス的に駆動され
てもそれに応じて振動することはなく平均電流に
対応した位置をとるように駆動される（以下これ
を限界周波数以上の周波数による駆動という）。
目標値が変化した場合あるいは外乱の影響により
変換器に入力される信号のデユーテイ比は変化
し、それにより制御スライダーはパイプ３０と２
８が接続されて操作部１８の操作ピストン２２に
対する押圧力を弱めるかあるいはパイプ３０と２
６を接続して押圧力を強めるように変化させられ
る。操作部１８の操作ピストン２２はそれに作用
する力に応じて所定の方向に移動し、それに応じ
て噴射ポンプ１９を介しデイーゼル機関１０に供
給される燃料を変化させる。これは移動量センサ
２１に検知される制御量の実際値が目標値に一致
する値をとる迄継続される。制御装置の制御機能
が確実な正常時には限界周波数を上回る領域で駆
動される電気油圧式変換器１７により最適な噴射
量が得られる正確な噴射制御が行なわれる。

このような制御は制御回路が遮断した場合、特
に移動量センサ２１に障害が発生した場合に全く
異なつたものとなる。移動量センサ２１の故障は
障害識別回路２３によつて識別され、障害が発生
した時パルス幅変調器１５は電気油圧式変換器１
７に入力される信号のパルス周波数が限界周波数
以下の値になるように制御される。

本発明による制御装置は移動量センサに障害が
発生した時だけでなく、制御装置１３′あるいは
調節器１４に故障が発生した場合にも利用するこ
とができる。又例えばニードル移動量センサある
いはピエゾセンサ等を用いて燃料供給量を決める
ような装置の場合にも障害が発生した場合には本
発明による制御装置を用いることが可能である。
又本発明による制御装置は噴射すべき燃料の量を
制御するだけでなく、噴射時点の制御のようにノ
イズがつきまとう制御についても用いることがで
きる。

電気油圧式変換器１７を限界周波数以下で駆動
する場合には変換器に入力される信号のパルス周
波数は小さく選ばれ、制御スライダー２５に機械
的な慣性があるにも拘らず制御スライダー２５は
各パルスに従つて移動するようにすることができ
る。次にこれを第２図に参照して更に詳細に説明
する。第２図ａ〜ｅには移動の関係を示す波形図
が図示されている。

第２図ａには電気油圧式変換器１７に入力され
る信号のデユーテイ比Ｔが段階的に変化する様子
が図示されている。第２図ｂ〜ｅには電気油圧式
変換器のストロークないしは操作部１８の操作量
が限界周波数を下回わる領域ないし上回わる領域
でそれぞれ図示されている。第２図ｂには限界周
波数を上回わる領域において電気油圧式変換器１
７の制御スライダー２５のストロークH₂₅が時間
に関係して変化する状態が図示されている。限界
周波数を上回わる駆動の定義に従い制御スライダ
ー２５はデユーテイ比によつて定められ電磁力２
４に供給される平均電流に従つた位置をとる。こ
のようにして電気油圧式変換器１７のストローク
は入力信号のデユーテイ比に関して制御される。
第２図ｃには操作ピストン２２の位置S₂₂が時間
に関係して図示されている。ｔ＝t₁迄は制御スラ
イダーの移動量は正の値をとる。即ち圧力タンク
２７はパイプ２６を介してパイプ３０と接続さ
れ、その結果操果ピストン２２には圧力タンクの
圧力P_Dが印加される。ｔ＜t₁の時間に対しては圧
力P_Dによりばねの付勢力に抗して操作ピストン
は最左端に押し付けられる。この状態が第２図ｃ
でS_naxで図示されている。t₁＜ｔ＜t₂の時間に対
しては連続的に作用を受ける制御スライダー２５
は正確に中心位置を占める。即ちこの状態では操
作部はパイプ２６ないし２８と接続されないので
この位置は不変のままとなつている。ｔ＞t₂では
パイプ２８と３０が接続されることにより操作ピ
ストン２２は油圧から解放される。その場合操作
ピストンはばねの付勢力により右端位置に押され
る。その場合操作ピストンの移動速度は機械的な
摩擦、ばね定数等の種々のパラメータに従つて決
められる。

このように操作部がデユーテイ比に従つて異な
つた特性を示すこと、即ち電気油圧式変換器１７
を限界周波数以上で駆動した場合デユーテイ比に
従つて噴射される燃料が異なるわけであるが、移
動量センサが故障したことにより制御回路が遮断
された場合には内燃機関から得られる出力は不安
定なものとなり、このような内燃機関を装備した
自動車の運転手にとつては非常に危険を背負うこ
とになる。

自動車の運転手に対して不愉快なこのような状
況を避けるために、制御回路が遮断された場合操
作部を最小値に調節し内燃機関に供給される燃料
を最小にし、それにより内燃機関を通常静止状態
にさせる方法が知られている。しかしこのような
従来の制御装置の場合には非常走行が不可能とな
つてしまう。

本発明によれば移動量センサが故障した場合障
害識別回路２３により電気油圧式変換器１７に入
力される信号のパルス周波数が制御スライダー２
５を限界周波数以下で駆動できる値に減少され
る。デユーテイ比が第２図ａに図示されたような
変化をとる場合限界周波数以下での制御スライダ
ー２５のストロークが第２図ｄに図示されてい
る。制御スライダーは２つの極値間を変動し、そ
の場合最大値並びに最小値ストロークに対流する
時間の比はデユーテイ比によつて与えられる。操
作ピストン２２がこの急激な圧力変化に応答でき
るかどうかは時定数T_sによつて特徴づけられる
操作ピストン２２の調節速度に関係している。従
つて電気油圧式変換器に入力される信号の振幅な
いしパルス周波数を操作部の調節速度に合わせる
ようにする。第２図ｅにはパルス周波数と時定数
をうまく選んだ場合の操作ピストンの移動量が図
示されている。操作ピストンの平均移動量は常に
デユーテイ比の移動量に対応していることが理解
できる。しかしこの平均移動量にT_sに関係した
振幅で微小振動する交流成分が重ねられることに
なる。

第２図ｅから明らかなように移動量センサが故
障した場合電気油圧式変換器１７を限界周波数以
下で駆動した時操作ピストン２２の制御、従つて
燃料供給量が入力信号のデユーテイ比を変えるこ
とによつて制御することが可能になることが理解
できる。更にデユーテイ比の利用範囲を制限する
ことにより噴射される燃料供給量を制限すること
も可能になる。操作ピストン２２の平均位置に重
畳される微小振動がどれだけ許容できるかはそれ
ぞれ使用される内燃機関のタイプに従つて異な
る。この微小振動の大きさは電気油圧式変換器の
入力信号の周波数に従つて変えることができると
同時に入力信号の振幅によつても変化させること
ができる。連続的に動作する制御スライダー２５
をその利用できる全ストローク領域に渡つて利用
しない場合には、操作ピストン２２の微小振動を
減少させることもできる。

上述したことを更に理解するためにデユーテイ
比と操作量の間の理論的な関係を説明しておく。
以下の説明で各記号は次のようなことを意味す
る。T₁は操作が油圧により付勢される時の期間、
T₂は操作部の油圧による付勢が解除される時の
期間、P_Dは圧力タンク内の圧力、Ａは制御スラ
イダーの制御断面（制御スライダーのストローク
に比例する）、Ｋは制御スライダーの絞り係数、
A_pは操作部ピストンの断面、Ｆは操作ピストン
を付勢するばねの復帰力で、Ｆ＝F_p＋Ｃ・ｙで表
わされる（Ｃはばね定数、ｙは移動量である）。

操作部に支配している内圧がP_i＝Ｆ／A_pである
場合時間T₁に圧力タンク２７から操作部１８に
流れる量m₁は m₁＝Ａ・Ｋ・T₁・√_D−_i これに対し操作部が制御スライダー２５を介し
て収集タンク２９に接続されている場合には時間
T₂の間に操作部１８から収集タンク２９に流れ
る量m₂は m₂＝Ａ・Ｋ・T₂・√_i となる。m₁＝m₂の場合に平衡状態が得られ、
２、３の僅かな変形をした後操作部１８の操作量
ｙと時間T₁，T₂の間には加算定数に従う比例関
係 ｙP_D・T₁ ²／（T₁ ²＋T₂ ²） が得られる。この関係により圧力タンク内の圧力
P_Dが与えられた場合所望の操作量ｙに対応した
デユーテイ比T₁／T₂を計算しそれにより操作量
ｙに比例した非常走行時の噴射量を設定し又制限
することが可能になる。

電気油圧式変換器１７を限界周波数以下で駆動
することにより燃料供給量ないし噴射時点の調節
を非常走行時に行なうことが可能になるけれど
も、この開ループ制御の燃料供給量制御に回転数
に関係した閉ループ制御を設けるのが好ましいの
が判明した。この回転数に関係した燃料供給量の
制御を第３図を参照して説明する。同図において
燃料供給量の制御回路は調節器１４によつて駆動
されるパルス幅変調器１５、出力段１６、電気油
圧式変換器１７、操作部１８、噴射ポンプ１９並
びに内燃機関１０から構成される。この時点では
上述した制御系は移動量センサ２１が故障した場
合での第１図の制御系と同一である。しかし第３
図の実施例では内燃機関１０に接続された回転数
センサ４０からの回転数に関係した出力信号が特
性信号発生器４１に入力される。この信号発生器
４１からの出力信号はパルス幅変調器１５からの
出力信号と共に出力段１６を介して電気油圧式変
換器１７に入力される。

エンジンの回転数の制御に対しては種々の特性
曲線が考えられる。どの特性曲線を選ぶかは、例
えば利用する内燃機関のタイプ等種々のフアクタ
ーに関係しており、又同様に回転数制御を全体の
回転数領域で行なうかどうか、又アイドリング領
域だけで行なうかどうか等個々の問題にも関係し
ている。特性信号発生器４１は最小回転数を下回
つた場合燃料を増大させる出力信号を発生するこ
とができ、それにより回転数が内燃機関を停止さ
せてしまう迄小さな値になつてしまうのを防止す
ることができる。同様に内燃機関の回転数を高域
回転数領域で減少させ、それによつて内燃機関を
オーバー回転することから生じる機械的損害から
保護するようにすることもできる。高域回転数限
界値を越えた場合特性信号発生器４１は燃料供給
を減少させ、最大許容回転数を越えないように作
用させる出力信号を発生することができる。

このように非常走行時燃料供給量の制御に重量
される回転数に関係した制御によつて内燃機関を
装備した自動車の運転手に対して安定が保証され
ると同時に内燃機関が機械的な過負荷から被害を
受けるのを保護することが可能になる。

(ホ) 効果 以上説明したように、本発明によれば、燃料供
給量の閉ループ制御が不可能な障害が発生したと
き変換器に入力される電気信号のパルス周波数を
前記限界周波数以下の値に減少させ、かつ燃料供
給量を調節する操作部材の位置を開ループ制御し
非常走行できるようにしたので、特に機械的な装
置を更に必要とすることなく、内燃機関の出力を
確保することができ、確実な非常走行が可能にな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の概略構成を示したブロツ
ク図、第２図ａ〜ｅはそれぞれ第１図装置の動作
を説明する信号波形図、第３図は移動量センサが
故障した場合回転数に関係した制御を重畳させる
実施例を示したブロツク図である。 １０……内燃機関、１１……アクセルペダル、
１２……アクセルペダル位置センサ、１３……制
御段、１４……調節器、１５……パルス幅変調
器、１６……出力段、１７……電気油圧式変換
器、１８……操作部、１９……噴射ポンプ、２１
……移動量センサ、２２……操作ピストン、２３
……障害識別回路、２７……圧力タンク、２９…
…収集タンク。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 燃料供給量を調節する操作部材を作動させる
   電気油圧式変換器を備えた内燃機関の燃料供給量
   制御装置において、前記電気油圧式変換器はその
   変換器の可動部の慣性により特徴づけられる限界
   周波数以上のパルス幅変調された所定パルス周波
   数の電気信号で駆動され、操作部材の位置制御に
   対して閉ループ制御が不可能な障害が発生したと
   き前記電気信号のパルス周波数を前記限界周波数
   以下の値に減少させ、かつ前記操作部材の位置を
   開ループ制御し非常走行できるようにすることを
   特徴とする内燃機関の燃料供給量制御装置。 ２ 燃料供給量を検出するセンサに障害が発生し
   た時前記パルス周波数を限界周波数以下の値に減
   少させるようにした特許請求の範囲第１項に記載
   の内燃機関の燃料供給量制御装置。 ３ 操作部材の位置を検出する移動量センサ２１
   に障害が発生した時前記パルス周波数を限界周波
   数以下の値に減少させるようにした特許請求の範
   囲第２項に記載の内燃機関の燃料供給量制御装
   置。 ４ 燃料供給量の制御を電気油圧式変換器１７に
   入力される信号のデユーテイ比に従つて行なうよ
   うにした特許請求の範囲第１項に記載の内燃機関
   の燃料供給制御装置。 ５ 移動量センサに障害が発生した場合、電気油
   圧式変換器１７に入力される信号の振幅を操作部
   １８の調節速度に合わせるようにした特許請求の
   範囲第２項から第４項迄のいずれか１項に記載の
   内燃機関の燃料供給量制御装置。 ６ 移動量センサ２１に障害が発生した場合、回
   転数に関係した燃料供給量の制御を重畳するよう
   にした特許請求の範囲第２項から第５項迄のいず
   れか１項に記載の内燃機関の燃料供給量制御装
   置。 ７ 回転数に関係した燃料供給量の制御特性を特
   性信号発生器に従つて個々に調節できるようにし
   た特許請求の範囲第６項に記載の内燃機関の燃料
   供給量制御装置。 ８ 低域回転数領域で燃料供給量を回転数に関係
   して制御する場合回転数が減少するに従い燃料供
   給量を増量するようにした特許請求の範囲第７項
   に記載の内燃機関の燃料供給量制御装置。 ９ 高域回転数領域で燃料供給量を回転数に関係
   して制御する場合回転数が上昇するに従い燃料供
   給量を減少させるようにした特許請求の範囲第６
   項、第７項又は第８項に記載の内燃機関の燃料供
   給量制御装置。 １０ 中間回転数領域では回転数に従つて燃料供
   給量を制御するのを中断するようにした特許請求
   の範囲第６項から第９項迄のいずれか１項に記載
   の内燃機関の燃料供給量制御装置。