JPH1068349A - 内燃機関用燃料制御システム - Google Patents

内燃機関用燃料制御システム

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 目標レートにマッチするようにシリンダ中へ
の燃料噴射レートのフィードバック制御を提供する燃料
流量制御システムを提供する。 【解決手段】 内燃機関における燃料噴射レートを制御
する燃料制御システム２００は、燃料−電流テーブル２
０２、リード補償装置２０４、加算器２０６、比例積分
コントローラ２０８、加算器２１０、電流制御２１２、
障害補償スイッチ２１４、圧力−燃料テーブル２１６、
加算器２１８、及び圧力調整２２０を含む。燃料制御シ
ステム２００は、電子制御モジュール２２２から所望燃
料流量レートとして燃料コマンド信号２２６を受信し、
内燃機関２２４のフィードバック制御を提供するように
接続される。燃料制御システム２００は、この所望の燃
料流量レートを圧力に変換してその圧力を得るように制
御するのではなく、制御対象として直接的に所望燃料流
量レートを使用する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関における
燃料の流量を制御する装置及び方法に関する。より詳細
には、本発明は既存のエンジン制御方式を許容し、利得
スイッチングを用いて燃料の噴射量を制御して、安定し
ていながら敏感な燃料流量制御を提供する燃料流量制御
システムに関する。
【０００２】一般に、燃料噴射デバイスを有する内燃機
関はよく知られている。このような内燃機関では、噴射
される燃料の正確な量と内燃機関のピストンの位置に対
する燃料噴射のタイミングが、燃料噴射システムの制御
における決定要因である。従って、燃料噴射のタイミン
グを制御することが重要である。噴射される燃料の量を
正確に制御することも同様に重要である。本発明は、各
シリンダ中に噴射される燃料の量を制御する新規方法及
び装置を提供する。
【０００３】
【従来の技術】電子的燃料インジェクタに対する多くの
従来の制御システムは、規定されたパルス幅を有する電
子的パルスを与えることにより燃料インジェクタをオン
オフする。かかるシステムでは、パルス幅は、内燃機関
の回転速度、吸気マニホルドの圧力、燃料の温度、及び
内燃機関の動作の他のパラメータに基づいて決定され
る。決定されるパルス幅は、感知された状況の下で動作
する内燃機関により要求される燃料の正確な量に対応す
る。かかるシステムは、内燃機関の信号を、計画された
燃料噴射駆動データに変換する式を用いたり、ルックア
ップテーブル中にターゲット値を維持することが可能で
ある。次いで、実際の燃料噴射データと計画された燃料
噴射データを比較することによりフィードバックが提供
されて、内燃機関の燃料の要求を満たすように燃料供給
の調節が補助される。時間の経過に伴って、質の低下及
び消耗により内燃機関の燃料要求特徴が変化する。従っ
て所与のセットの動作状況の下で、内燃機関が新しかっ
た時の同様の状況の下で必要であった燃料の量よりも多
量の又は少量の燃料が必要となる可能性がある。また、
燃料システムの消耗と構成要素の質の低下によっても、
特定の燃料インジェクタのセッティングに対して供給さ
れる燃料の量が変化する可能性がある。故に、フィード
バック制御により、燃料インジェクタ制御システムは実
時間の動作においてこれらの変化を補償することができ
る。
【０００４】フィードバック制御を使用する、かかる燃
料配給システムの１つは、ベトキ（Betki ）らの米国特
許番号第５，２３７，９７５号に開示されている。この
タイプのシステムは、主にインジェクタの作動のタイミ
ングを変化させることを通してシリンダに与えられる燃
料の量を制御する。ベトキはさらに、インジェクタにつ
ながる燃料ラインにおいて一定のターゲット圧力を維持
するフィードバック制御方法を開示している。この制御
方法は、吸気マニホルドと燃料レールの間の実際の示差
圧力を所望の示差圧力にマッチさせることにより、一貫
した燃料レール圧力を維持する。
【０００５】上記特許の譲受人であるカミンスエンジン
カンパニー（Cummins Engine Company）は、燃料レール
圧力を変化させてインジェクタのメータリングチャンバ
中にメータリングされる燃料の量を制御する圧力−時間
（ＰＴ）燃料噴射システムを開発した。インジェクタメ
ータリングチャンバへの入口ポートの開放のタイミング
は、インジェクタプランジャの動作により制御される。
この開放のタイミングはメータリングされる燃料の量に
影響するが、補助的である。燃料レールにおける圧力
が、噴射される燃料の量の主な決定要素である。
【０００６】発明者は、このタイプのシステムでは、タ
ーゲットが多くの不具合を有する時に所望の燃料レール
圧力を用いて燃料インジェクタに対する燃料の流量をフ
ィードバックが制御することを発見した。まず、レール
への燃料の流量は、アクチュエータに送られる信号によ
り制御される。内燃機関内に設置されるときに各アクチ
ュエータはアクチュエータコイルにより生じる電界の変
化と他の製造公差の変化により僅かに異なる作用特徴を
有する。従って、２つの異なるアクチュエータに同一量
の電流が送られると、異なる量の燃料が噴射される結果
となる。故に実際の示差圧力と所望の示差圧力の比較を
介してフィードバックループにより決定されるオフセッ
トは、アクチュエータに依存して変化し得る。
【０００７】発明者は、圧力はアクチュエータに供給さ
れる電子的燃料制御信号に非線形的に関連するので、圧
力ベースの制御がアクチュエータの変化に極めて敏感で
あることを見出した。この非線形的な関係により、燃料
コントローラの閉ループオペレーションが変化する圧力
測定に依存する結果となり、圧力が変化するにつれて燃
料制御が不安定となる。圧力制御を用いるには、２つの
変換テーブルが必要である。予測された燃料の流量は制
御のための圧力比較を実行するために圧力値に変換さ
れ、圧力値は燃料コントローラを作動させるために電流
に変換されなければならない。これらのマッピングの組
合せは安定した利得決定のために線形的でなければなら
ないので、変換は線形的な関係を得るように慎重に較正
されなければならない。較正により２つのマッピングが
適切に調和されなければ、誤った挙動となり、速度の安
定性に悪影響が及ぼされるおそれがある。従って発明者
は、かかるシステムでは噴射される燃料の量のような制
御変数に一層線形的に関連する燃料制御信号に基づく新
たな燃料制御方法が必要であることを決定した。
【０００８】従来の燃料制御システムでは、一般的に内
燃機関の速度とアクチュエータのペダル位置（トルク）
の両方を使用して、所望の燃料噴射量が決定される。内
燃機関の速度を用いて燃料噴射が制御される場合には、
圧力フィードバックコントローラは低い利得を有するべ
きであり、さもなければフィードバックループが不安定
となり速度の安定性に悪影響が及ぼされるおそれがあ
る。しかし、利得が低すぎれば、燃料制御システムは過
渡現象に正確には応じない。従って発明者は、速度とト
ルク制御モードの両方に対して適切な利得レベルを提供
できるコントローラが必要であることを決定した。
【０００９】概して、燃料レールにおいて圧力の安定し
た有効なフィードバック制御を提供して、燃料噴射レー
トを制御する燃料制御システムが必要であることが明ら
かである。さらに、利得決定モードをスイッチングし
て、より安定してしっかりとした燃料制御を提供する燃
料制御システムが必要である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の一般
的な目的は、目標レートにマッチするようにシリンダ中
への燃料噴射レートのフィードバック制御を提供する、
改良された燃料流量制御システムを提供することであ
る。
【００１１】従来技術に関連する前述の欠点を克服する
ことも本発明の目的である。
【００１２】本発明の別の目的は、安定していながら敏
感な燃料流量制御システムの制御を提供することであ
る。
【００１３】本発明のまた別の目的は、多様な内燃機関
に使用される標準化された制御構造と協調する燃料流量
制御システムを提供することである。
【００１４】本発明のさらなる目的は、元の動作特徴か
らのアクチュエータ及びエンジンドリフトに耐えうる燃
料流量制御システムを提供することである。
【００１５】本発明のまた別の目的は、速度制御モード
での比較的低い利得と、トルク制御モードでのより高い
利得を含めて、内燃機関の動作の異なるモードに対して
異なる利得を提供する燃料流量制御システムを提供する
ことである。
【００１６】電気的燃料制御信号が燃料インジェクタへ
の燃料の流量に線形的に関連する内燃機関用燃料流量制
御システムを提供することも本発明の目的である。
【００１７】本発明の別の目的は、フィードバック制御
ループを用いて感知した燃料噴射を所望の燃料流量にマ
ッチングすることにより燃料の流量を調整する燃料制御
システムを提供することである。
【００１８】本発明のさらなる目的は、内燃機関内への
燃料の流量を決定するために使用される制御モードのス
イッチングにより燃料コントローラの利得が決定される
燃料流量制御システムを提供することである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】本発明のこれらの目的と
さらなる目的は、内燃機関における燃料噴射レートを制
御する改良システム及び方法を提供することにより達成
される。内燃機関の電気的制御モジュール（ＥＣＭ）
は、内燃機関速度、アクセルペダル位置、温度等の内燃
機関動作パラメータを感知して、その時点の動作状況の
下で所望の燃料流量を決定する。次いでフィードバック
較正において燃料−電流ルックアップテーブルを用い
て、所望の燃料流量コマンドが所望のアクチュエータ電
流の推定に変換される。
【００２０】アクチュエータの電流はアクチュエータの
制御バルブを制御して、燃料レール内に所望量の燃料を
噴射する。与えられるアクチュエータの電流はさらに、
比例積分フィードバック燃料コントローラを用いて調整
され、コントローラの出力は所望の燃料流量目標を得る
ためにフィードフォワード推定と組み合わせられる。燃
料レールと吸気マニホルドの間の示差圧力が感知され、
ＥＣＭに格納された圧力−燃料流量ルックアップテーブ
ルを用いて対応する感知燃料流量値に変換される。コン
パレータは感知燃料流量値と所望の燃料流量との差を決
定し、この差を誤差信号として比例積分コントローラに
提供する。比例積分コントローラは修正電気信号を生成
し、この修正電気信号は（フィードフォワード回路から
の）推定された電流信号と組み合わされてアクチュエー
タが制御される。フィードバックコントローラは、或る
モードが高い利得セットを有し、他のモードが低い利得
セットを有する少なくとも２つの別個の利得決定モード
の間をスイッチングすることが好ましい。好ましくは、
燃料流量制御システムがトルクを使用して内燃機関の動
作を制御するときにはより高い利得が使用され、内燃機
関の速度ベースで内燃機関が制御される場合には、より
低い利得が使用される。
【００２１】本発明は一般に、フィードフォワード／フ
ィードバックコントローラを用いて燃料メータリングレ
ートを直接制御することにより内燃機関の燃料供給を制
御する方法と燃料供給制御装置に関する。メータリング
レートの制御は、燃料レール圧力を変化させて、各サイ
クル中に内燃機関の燃料インジェクタのメータリングチ
ャンバにおいて所望量の燃料を得るように用いられる。
燃料レールにおける圧力は、噴射される燃料の量の主な
決定要素であるが、フィードバックコントローラは燃料
レールにおける所望の圧力を確定するのではなく、噴射
レートを所望の値に制御する。
【００２２】内燃機関は、他の要因の中でもとりわけ、
アクセルのペダル位置、エンジン速度、アイドル速度ガ
バナーセッティング、及び最大ＲＰＭガバナーセッティ
ングに基づいて所望の燃料供給レートを決定する電気的
制御モジュール（ＥＣＭ）により制御されるのが好まし
い。以下により詳細に説明するが、発明者は、内燃機関
燃料制御のために複数の動作モードを規定することが望
ましいことを見出した。理解されるように、燃料制御シ
ステムのプログラム化されたオペレーションは、内燃機
関の優勢の動作モードに依存して変化する。
【００２３】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の電子的制御モジ
ュールの動作モードを示す状態遷移図である。より詳細
に説明するが、電子的制御モジュールの動作状態は、燃
料コントローラにおいて利得セッティングを決定するた
めに使用される。
【００２４】図１で示されるように、本発明と共に使用
される内燃機関制御システムは、始動診断状態１００、
開始状態１０２、停止状態１０４、速度制御状態１０
６、トルク制御状態１０８及び休止状態１１０の６つの
状態を有する。燃料制御システムの動作状態を決定する
制御アルゴリズムは、ＥＣＭのメモリに格納されると共
に、ＥＣＭ中のマイクロプロセッサ又は同様のマイクロ
コントローラにより実行される。
【００２５】制御アルゴリズムは、燃料制御システムの
動作状態を決定するために、最終燃料供給値、平均内燃
機関速度、燃料供給制御状態、最小燃料供給、及び内燃
機関診断といった複数の入力変数を有する。始動診断状
態１００は、ＥＣＭのパワーアップ時に実行される。開
始状態１０２は、燃料供給制御状態がクランク状態にあ
るときに実行される。休止状態１１０は、内燃機関が休
止してはいるがまだ停止してはいないときに作用し、停
止状態１０４は内燃機関が停止したときに作用する。ト
ルク制御状態１０８は、アクセルペダル、ＡＦＣ又はト
ルク曲線等のスピードガバナ以外のものにより燃料供給
が制御されるときに実行される。従って、内燃機関が停
止して始動される時以外には、燃料コントローラの利得
スケジューリングを決定する燃料制御システムの２つの
主な動作状態は、速度制御状態１０６とトルク制御状態
１０８である。
【００２６】燃料制御システムは、始動診断状態１００
への遷移（図１の変移Ｇで示される）を実行すべきとき
を決定するタイマを含む。タイマはパワーアップ時に始
動され、その較正時間上限に到達するまで連続して増分
し、その上限ではその出力が凍結される。診断がまだ実
行されていなければ、始動診断状態が作動される。開始
確認読取りを与える内燃機関診断入力変数により示され
るように始動診断が完了された後、燃料制御システムは
遷移Ｈにおいて停止状態１０４にスイッチする。
【００２７】内燃機関がクランク状態にあり、始動診断
が完了した後、又は内燃機関がすでに動作していれば、
遷移Ｆにおいて開始状態１０２が燃料制御システムにお
いて動作状態となる。内燃機関スピードガバナが燃料供
給を制御し、最終の燃料供給が所定の最小燃料供給より
も多い場合には、燃料制御システムは遷移Ａにおいて速
度制御状態１０６にスイッチする。
【００２８】燃料制御状態がクランク状態になく、内燃
機関スピードガバナが内燃機関動作を制御しない場合に
は、燃料制御システムは遷移Ｂにおいてトルク制御状態
１０８にスイッチする。燃料制御システムはまた、最終
燃料供給入力が最小燃料供給入力に等しいときにも、遷
移Ｂにおいてトルク制御状態１０８にスイッチする。遷
移Ｃでは、燃料制御システムは、燃料供給制御状態が燃
料供給クランク状態に等しいときにはいつでも開始状態
１０２にスイッチバックする。内燃機関休止が開始され
ると、燃料制御システムは遷移Ｄにおいて休止状態１１
０にスイッチする。内燃機関が完全に停止すると、燃料
制御システムは遷移Ｅにおいて停止状態１０４にスイッ
チする。
【００２９】図２を参照すると、新規の燃料制御システ
ム２００は、内燃機関における燃料噴射レートを制御す
るために提供される。燃料制御システム２００のコンポ
ーネントは、燃料−電流テーブル２０２、リード補償装
置２０４、加算器２０６、比例積分（ＰＩ）コントロー
ラ２０８、加算器２１０、電流制御２１２、障害補償ス
イッチ２１４、圧力−燃料テーブル２１６、加算器２１
８、及び圧力調整２２０を含む。燃料制御システム２０
０は、電子制御モジュール（ＥＣＭ）２２２から燃料コ
マンド信号を受信するように接続される。燃料制御シス
テム２００は、内燃機関２２４のフィードバック制御を
提供するように接続される。
【００３０】電子制御モジュール２２２は、センサ、ス
ピードガバナ、及びアクセルペダル入力を介しての内燃
機関のモニタリング及び動作の制御、プログラム化され
たアルゴリズムを用いての適切な動作パラメータの計
算、並びに生成制御出力といった従来の機能を実行し
て、動作状況の範囲にわたって所望の内燃機関の動作を
生成する。本発明による燃料制御に関して電子制御モジ
ュール２２２の重要な出力は燃料コマンド２２６であ
り、電子制御モジュール２２２の従来の制御出力と入力
は図面から省かれている。
【００３１】電子制御モジュール２２２は、噴射事象中
に各シリンダに噴射されるべきmm3の単位の燃料の所望
燃料流量レートとして燃料コマンド２２６を提供する。
燃料制御システム２００は、この所望の燃料流量レート
を圧力に変換してその圧力を得るように制御するのでは
なく、燃料制御システム２００が制御対象として直接的
に所望燃料流量レートを使用する点で、従来の燃料制御
システムとは異なっている。燃料制御システム２００は
次いで、特定された燃料コマンド目標を満たすように内
燃機関２２４において燃料の噴射を正確に制御する。
【００３２】例示のために、燃料制御システム２００の
コンポーネントは離散した形態で示されている。しかし
好適な実施の形態では、以下に述べる燃料制御システム
２００の機能は、電子制御モジュール２２２の一部とし
てファームウェアで実行される。
【００３３】図３は、燃料制御システム２００に連結さ
れる内燃機関２２４の特徴を示す。図３に示されるよう
に、内燃機関２２４は複数の燃焼チャンバ３０２を含
み、その各々は吸気バルブ３０４と燃料インジェクタ３
０６を有する。吸気バルブ３０４は、内燃機関の吸気マ
ニホルド３２４に連結され、吸気マニホルド３２４には
マニホルド圧力センサ３２６が設けられている。例え
ば、燃料インジェクタ３０６は高圧オープンノズルイン
ジェクタであり得る。複数の燃料インジェクタ３０６の
各々は、共通の燃料レール３０８に接続されている。下
方プランジャ３１０と上方プランジャ３１２は、各噴射
サイクル中の特定のタイミングを有する規定周期の間噴
射チャンバ３１４を燃料レール３０８に対して開放する
ように制御される。各噴射サイクルにおいて噴射チャン
バ３１４内に入る燃料の量は、燃料レール３０８におけ
る圧力と燃焼チャンバ３０２における気圧との差に依存
し、この差は吸気マニホルド圧力により決定される。故
に、噴射される燃料の量は、燃料レール３０８おける圧
力を制御することにより調整され得る。
【００３４】燃料レール３０８内の圧力は、関連する圧
力調整器（図示せず）を有するポンプ３１６により確立
される。ポンプ３１６は、電流により制御される線形ア
クチュエータバルブ３１８だけ燃料レール３０８から離
間されており、この電流制御線形アクチュエータバルブ
３１８はターミナル３２２に供給される電流に依存して
燃料レール３０８を加圧する。圧力センサ３２０は、燃
料レール３０８における圧力を感知するように接続され
る。ターミナル３２２は、電流コントロール２１２（図
２で図示される）の出力を受け取るように接続される。
燃料レール圧力センサ３２０の感知した圧力出力は、加
算器２１８（図２で示される）の正の入力に接続され、
一方吸気センサ３２６の感知した吸気圧力出力は圧力調
節２２０（図２で示される）に接続されるので、加算器
２１８の負の入力に接続されることになる。内燃機関２
２４は、電子制御モジュール２２２に接続されるエンジ
ンスピード及び他のセンサのように多くの他のコンポー
ネント及びセンサを有する。これらの他のコンポーネン
トは従来のものであり、明白さのために省略する。
【００３５】各噴射事象に対して特定量の燃料をインジ
ェクタ３０６に提供するように燃料噴射の制御を行う手
段について、再び図２を参照して詳細に説明する。図２
に示されるように、燃料コマンド２２６は、燃料−電流
テーブル２０２、障害補償スイッチ２１４及び加算器２
０６に転送される。
【００３６】燃料−電流テーブル２０２は、リード補償
装置２０４と共に適切なアクチュエータ電流の開ループ
フィードフォワード推定を生成して、燃料レール圧力を
制御する線形アクチュエータの所望の動作を生成する。
この推定により迅速な応答が提供されるが、内燃機関に
おけるドリフトとハイドロメカニカルコンポーネントに
より必要な電流が正確には決定されることができない。
従って燃料−電流テーブル２０２は、指令された燃料供
給を、必要な電流の近似であるコマンド電流にマッピン
グする。詳細には、燃料−電流テーブル２０２は、(1)
電子的制御モジュール２２２から得られる一噴射事象当
りの所望の燃料（mm3 ）と(2) 平均の内燃機関スピード
の入力に基づいて、電流の単位で出力を生成する。２つ
の入力値に基づいて表の値から出力値を決定するため
に、面内挿アルゴリズムが使用される。カミンス（Cumm
ins ）ＱＳＫ−１９タイプのパワー生成エンジンに適切
な燃料−電流テーブル２０２のサンプル値を表１（値の
単位はアンペアである）に示す。
【００３７】
【表１】
【００３８】燃料−電流テーブル２０２の出力は、リー
ド補償装置２０４に提供される。リード補償装置２０４
は、過渡現象状態におけるアクチュエータの電流の変化
に対するレール圧力の概して遅い応答を補償するディジ
タルフィルタである。リード補償装置２０４は、１．０
の定常状態利得と約２．０のより高い周波数の利得を提
供することにより、燃料−電流テーブル出力の高周波数
応答を効果的に増大する。燃料供給コマンドにおける変
化率が大きい場合には、計算される電流推定における変
化は大きくなる。その結果、高い内燃機関トルクが望ま
しい場合には、定常状態のコンディションの下で所望の
燃料圧力を生成するポイントを越えるように電流値がア
クチュエータを開放する。燃料レール圧力が所望のレベ
ルに達し、内燃機関がその新たなコマンドオペレーショ
ンに調整すると、定常状態利得がリード補償装置２０４
において優勢となり、アクチュエータは定常状態におけ
る所望の燃料圧力を生成するポイントにその開放を減少
する。
【００３９】図４は、リード補償装置２０４の好適な実
施の形態の図である。図４で示されるように、燃料−電
流テーブル２０２の出力は、リード補償装置２０４、詳
細にはインテグレータ（積分器）４０２及び加算器４０
４に提供される。インテグレータ４０２の出力は加算器
４０６に接続され、加算器４０６の出力は乗算器４０８
に接続される。乗算器４０８は１．７の高周波数利得を
提供するのが好ましい。乗算器４０８の出力は、加算器
４１０の減算入力に接続される。
【００４０】加算器４１０の出力はリード補償装置２０
４の出力であり、加算器２１０（図２に示される）に接
続される。加算器４１０の出力はインテグレータ４１２
にも接続される。インテグレータ４１２の出力は、加算
器４０６の減算入力、加算器４１０の加算入力、及び加
算器４０４の減算入力に接続される。
【００４１】加算器４０４の出力は乗算器４１４に接続
される。乗算器４１４は、乗算器４０８の高周波数利得
の合計である２．１の利得と、０．４のフィルタ定数を
有する。乗算器４１４の出力は、加算器４１０の加算入
力に接続される。
【００４２】再び図２を参照すると、リード補償装置２
０４の出力は、比例積分コントローラ２０８の出力とと
もに加算器２１０への入力として供給される。比例積分
コントローラ２０８は、フィードバック制御入力を提供
し、燃料−電流テーブル２０２とリード補償装置２０４
のフィードフォワード計算により提供される必要なアク
チュエータ電流の「推定」を調整する。比例積分コント
ローラ２０８とそのフィードバックループは、異なるア
クチュエータバルブを同位置に開放するのに必要な電流
の変化を補償する効果を有する。
【００４３】電流制御２１２の出力は、指令された燃料
供給レートを生成する所望の総有効電流を生成するデュ
ーティサイクルを有するパルス幅変調信号である。ＰＷ
Ｍドライバ回路を提供してこの機能を達成するのに加え
て、電流制御２１２がバッテリ電圧及び周囲温度におけ
る変化を補償するのが好ましい。さもなければ、バッテ
リ電圧における変化は、アクチュエータに与えられる電
流の必要なデューティサイクルを変化させる可能性があ
る。詳細には、バッテリ電圧が低下すると、アクチュエ
ータの抵抗が一定だと仮定した場合に、アクチュエータ
に同一の有効電流を与えるのにデューティサイクルが増
大されなければならない。周囲温度の変化は、有効なア
クチュエータの抵抗を非線形的な形態で変化させる傾向
があり、結果として出力のデューティサイクルの要求を
変化させることになる。電流制御２１２の提供により、
このような非線形的な要因が略なくなるので、燃料制御
システム２００のフィードバック制御ループはこれらの
要因を補償する必要がない。必要な電流と必要なデュー
ティサイクルの関係は、公知の線形関数である。アクチ
ュエータの抵抗の近似は、この線形関数の勾配にバッテ
リ電圧を乗算して、正規化された勾配（抵抗）値を生成
することにより得られる。低い電流レベルでは、計算が
不正確になるためにこのように抵抗を計算することがで
きないので、標準値が用いられる。さらに、抵抗の計算
はノイズを減少するために厳密にフィルタ処理される。
さらに、電流が与えられると、デューティサイクルステ
ップにおいて電流が電圧を遅れさせるので、計算された
抵抗値が瞬間的に誤差を含むことになる。このため、計
算される抵抗は、フィルタリングプロセスの一部として
レートを限定される。このように所望のＰＷＭ電流出力
が内燃機関２２４に提供される。
【００４４】比例積分コントローラ２０８（吸気センサ
３２６、圧力センサ３２０、圧力調整２２０、加算器２
１８、圧力−燃料テーブル２１６及びスイッチ２１４を
含む）に対するフィードバックループの好適な構成を詳
細に述べる。センサ３２６により測定される吸気圧力
は、加算器２１８に伝送される前に圧力調整２２０によ
り調整され、加算器２１８において圧力センサ３２０に
より決定された感知レール圧力の値から減算されて、圧
力−燃料テーブル２１６への入力として示差圧力を提供
する。
【００４５】この示差圧力の使用は、本発明において重
要な利点を提供する。発明者は、噴射される燃料の量
が、燃料レール圧力だけではなく、燃料レール圧力と吸
気マニホルド圧力の差に依存することを決定した。オー
プンノズルインジェクタの特徴により、燃料メータリン
グ圧力は、メータリングの時にシリンダ圧力に対して働
きかけなければならない。シリンダ圧力は、インジェク
タ内で燃料のメータリングが行われるときにストローク
中の吸気マニホルド圧力に密接に関連する。この依存性
は、内燃機関の過渡現象中にも低い周囲圧力のコンディ
ション（高振幅動作）中にも通用する。即ち、所望の燃
料供給レートを得るために必要な燃料圧力は、振幅の関
数として変化する。フィードバック制御の示差圧力測定
を用いることにより、本発明は過渡現象ブースト圧の変
化と特定のレール圧力において噴射される燃料の量にお
ける振幅の影響を補償する。
【００４６】圧力調整２２０はセンサ３２６の出力を、
使用されるセンサのタイプに依存してゲージ圧読取り又
は絶対圧力読取りのいずれかからポンド／平方インチの
単位の絶対的な吸気マニホルド圧力の推定に変換する。
圧力調整２２０はまた、圧力センサ３２６が適切に動作
していない場合にブースト圧の推定を用いて圧力センサ
３２６の障害を補償する。この場合には、圧力調整２２
０内のルックアップテーブルが用いられて、推定値が提
供される。このルックアップテーブルへの入力は内燃機
関スピードと電流燃料レートであり、これらにより定常
状態のブースト圧の推定が決定される。
【００４７】圧力−燃料テーブル２１６は、測定された
示差燃料レール圧力を燃料供給レートにマッピングす
る。圧力−燃料テーブル２１６は、(1) 燃料レールと内
燃機関吸気マニホルドの間の示差圧力と(2) 電子的制御
モジュール２２２から得られる平均内燃機関スピードの
入力に基づいて、一噴射事象当りの燃料をmm3 の単位で
出力として生成する。２つの入力値に基づいて、表の値
から出力値を決定するために面内挿アルゴリズムが使用
される。カミンスＱＳＫ−１９に適する圧力−燃料テー
ブル２１６のサンプル値を表２（値の単位はmm3 ／str
(ストローク) である）に示す。
【００４８】
【表２】
【００４９】表１及び表２の両表における値は、特定の
内燃機関の動作に対する必要なレール圧力とデューティ
サイクルを演繹的にマッピングすることにより決定され
る。内燃機関スピードと噴射のタイミングの一定のセッ
ティングに沿ってこのデータを収集して、データの変数
の数を最少化することが好ましい。このように、任意の
所望の内燃機関に対して適切な変換表が生成され得る。
【００５０】圧力−燃料テーブル２１６の出力は、スイ
ッチ２１４を介して加算器２０６に伝送される。スイッ
チ２１４は通常、表２１６の出力を加算器２０６に渡す
ようにセットされる。好ましくは、燃料レール圧力セン
サと吸気マニホルド圧力センサの動作及び出力はモニタ
リングされて、いずれかのセンサが誤って動作していな
いかどうかを決定される。いずれかの圧力センサが誤っ
て動作している場合には、スイッチ２１４は加算器２０
６から圧力−燃料テーブル２１６の出力を断ち切って、
燃料コマンド２２６を加算器２０６の減算入力に接続す
る。この場合には、加算器２０６はゼロの出力を生成
し、比例積分コントローラ２０８への誤差信号がゼロに
セットされる。比例積分コントローラ２０８はその出力
を既存値からデフォルト値に変化させ、その値はスイッ
チ２１４の動作により提供されるゼロ誤差信号により変
化することなく用いられる。
【００５１】比例積分コントローラ２０８の好適な実施
の形態のデザイン及び動作を図５のブロック図で示す。
入力５１０は、加算器２０６（図２で示される）の出力
を受信して、エラーリミッタ５１２に接続される。エラ
ーリミッタ５１２の出力は、積分利得乗算器５１４と比
例利得乗算器５１６に接続される。比例利得乗算器５１
６の出力は、加算器５１８に接続される。加算器５１８
の出力は、スイッチ５２０を介して燃料供給電流オフセ
ット出力５２２に接続される。加算器５１８の出力は、
供給レートリミッタ５２４に接続され、リミッタ５２４
の出力はスイッチ５２０に接続される。スイッチ５２０
は、燃料供給電流オフセット出力５２２を加算器５１８
の出力か又は供給レートリミッタ５２４により提供され
る加算器５１８のレート制限出力かに選択的に接続す
る。燃料供給電流オフセット出力５２２は、比例積分コ
ントローラ２０８の出力を提供し、（図２に示される）
加算器２１０に接続される。
【００５２】スイッチ５２０は、加算器５１８の出力の
変化率が所定の率を越える場合にレートリミッタ５２４
を回路に接続するように作動する。この機能により動作
の安定性が向上する。
【００５３】積分利得乗算器５１４の出力は加算器５２
６の入力に接続される。加算器５２６の出力はリミッタ
５２８に接続される。リミッタ５２８の出力は加算器５
１８に接続され、インテグレータ５３０を介して加算器
５２６にも接続される。
【００５４】比例積分コントローラ２０８は、所望の燃
料供給レート（図２で示される補償装置２０４の出力か
ら得られる）を得るために必要とされる推定電流と実際
に必要な電流との間の差を表す電流オフセットを生成す
るフィードバックコントローラである。燃料供給コマン
ド２２６は、コントローラ２０８への基準入力として使
用され、圧力−燃料テーブル２１６により生成される推
定燃料供給値は、コントローラ２０８へのフィードバッ
ク入力である。
【００５５】重要なことに、比例利得乗算器５１６と積
分利得乗算器５１４の両者は、内燃機関動作状態に依存
して、それらの利得を選択的に変化させる制御入力を有
する。これは、ガバナ制限（スピード制御）モードとア
クセルペダル制御（トルク制御）モードの両モードにお
いて内燃機関の最適な動作を可能にする利得スケジュー
リング特徴を提供する。乗算器５１４及び５１６により
使用される利得は、内燃機関の制御状態により決定され
る。
【００５６】内燃機関の動作がガバナにない場合に、即
ちトルク制御モードの場合には、より高いセットの利得
が実行されるのが好ましい。動作がガバナー（スピード
制御モード）にあるときには、より低い利得が実行され
るべきである。
【００５７】開始状態、休止状態、停止状態及び診断状
態では、比例利得に対して例えば０．００１０アンペア
／mm3 ／ストローク、及び積分利得に対して０．０００
０１アンペア／mm3 ／ストロークといった「開始状態」
利得が使用される。トルク（燃料）制御モードでは、例
えば比例利得０．０００５アンペア／mm3 ／ストローク
と積分利得０．００００５アンペア／mm3 ／ストローク
が使用され得る。スピード制御モードに対する一例とし
ての利得値は、比例利得に対して０．０００５アンペア
／mm3 ／ストローク、積分利得に対して０．００００１
アンペア／mm3／ストロークである。理解されるよう
に、トルク制御モードに対する積分利得値は、スピード
制御モードで使用される値の約５倍である。
【００５８】内燃機関がモード間でスイッチするときに
は、燃料供給における急激なシフトを避けるために利得
の変化はランピングプロセスにより実行される。増分的
な利得値が確立され、新たな利得値が確立されるまで各
内燃機関ストローク中に増分的な利得量だけ利得が変化
される。例えば、比例利得は０．０００１０アンペア／
mm3 ／ストロークの増分において所望の値にランピング
され、積分利得は０．００００１アンペア／mm3 ／スト
ロークの増分においてランピングされ得る。
【００５９】この利得スケジューリング特徴は、重要な
利点を提供する。関連するシステムの研究を通して、発
明者は、所望の動作目的に対して閉ループレール圧力が
所望の定常状態値を非常に遅く達成することを発見し
た。従って、内燃機関動作中に過渡現象を正確にトラッ
クするにはかなり高い利得が必要とされる。しかしなが
ら、内燃機関がスピード制御モードで動作しているとき
には、閉ループは高い利得により不安定となる傾向があ
る。このモードでは、内燃機関制御動作は感知された内
燃機関スピードに基づき、電子制御モジュールに対する
フィードバックを主に制御することに加えて内燃機関ス
ピードが燃料制御システム２００内で使用される。発明
者は、スピード制御モードに適切な利得の制限レベルが
トルク制御モードに対して望ましいものよりも低いこと
を決定した。これらの２つの異なるモードに対して２つ
の異なる利得を提供することにより、スピード制御モー
ドにおける安定性を維持することができると共に、トル
ク制御モードにおける過渡現象に迅速に応答する内燃機
関動作を生成することもできる。
【００６０】センサ３２０又は３２６における障害のよ
うにスタックアクチュエータ又はセンサの障害が検出さ
れると、インテグレータ値Ｘ１（リミッタ５２８の出力
である）が直ちにデフォルト値にリセットされる。出力
５２２も、例えばゼロのようなデフォルト値にリセット
されるが、出力５２２はレートリミッタ５２４によりデ
フォルト値にランピングされるのが好ましい。
【００６１】本発明は、所望の燃料圧力を制御するとい
うよりはターゲット値として燃料流量を直接的に制御す
ることにより、いくつかの重要な利点を提供する。まず
本発明の方法は、ほぼ負荷とは関係のない閉ループ応答
時間を提供するので、正確さが増す。第２にシステムの
較正は、ターゲットとして圧力を使用するフィードバッ
ク制御システムの場合と同じように、ルックアップテー
ブルの構成の線形性に特には反応しない。故に、内燃機
関における燃料の流量を制御する改良されたシステム及
び方法が示された。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における内燃機関スピード制御とトルク
制御モードの間のスイッチングを示す状態図である。
【図２】本発明による制御回路の好適な実施の形態の概
略ブロック図である。
【図３】、図２の回路により制御される内燃機関、燃料
供給アクチュエータ及びセンサの概略ブロック図であ
る。
【図４】図２の回路で使用されるリード補償装置の概略
ブロック図である．
【図５】図２で示される比例積分コントローラの好適な
実施の形態の概略ブロック図である。
【符号の説明】
２００ 燃料制御システム ２０２ 燃料−電流テーブル ２０４ リード較正装置 ２０６ 加算器 ２０８ 比例積分コントローラ ２１０ 加算器 ２１２ 電流制御 ２１４ 障害補償スイッチ ２１６ 圧力−燃料テーブル ２１８ 加算器 ２２０ 圧力調整 ２２２ 電子制御モジュール
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジェイムズ エイチ．ロス アメリカ合衆国 50613 アイオア州 セ ダーフォールズ ダラス ドライブ 3312 (72)発明者 マイケル ジェイ．ルス アメリカ合衆国 46131 インディアナ州 フランクリン サウス ホーム アベニ ュ 500 (72)発明者 プラカシュ ベダプディ アメリカ合衆国 47201 インディアナ州 コロンバス オークブルック ドライブ 490 (72)発明者 デイビッド エー．ボリス アメリカ合衆国 47448 インディアナ州 ナッシュビル モリソン ロード 3547 (72)発明者 ステファン エム．ホル アメリカ合衆国 47203 インディアナ州 コロンバス サーティーファースト ス トリート 2813 (72)発明者 キース エル．マッサー アメリカ合衆国 インディアナ州 コロン バス カメロット レーン 2930 (72)発明者 ダニエル ディー．ウィルヘルム アメリカ合衆国 47448 インディアナ州 ナッシュビル クレンマー ドライブ 737 (72)発明者 デイビッド エー．オルソン アメリカ合衆国 インディアナ州 コロン バス パッター プレイス 3432 (72)発明者 ジェフリー ピー．セガー アメリカ合衆国 47201 インディアナ州 コロンバス アコーン ドライブ 6060

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複数の燃料インジェクタに分配するため
    に燃料レールに燃料を供給する内燃機関用燃料制御シス
    テムであって、 内燃機関の動作状態を示す複数の動作状態信号を受信
    し、該動作状態信号に基づいて燃料インジェクタの１つ
    に供給される燃料の所望量を示す所望燃料量信号を生成
    する計算手段を含み、 前記所望燃料量信号を推定アクチュエータ電流信号に変
    換するために前記計算手段と接続される第１変換手段を
    含み、 前記第１変換手段及び比例積分コントローラ手段の出力
    と接続される調整手段を含み、該調整手段が前記比例積
    分コントローラ手段から受信されたオフセット電流信号
    を前記推定アクチュエータ電流信号と結合して、アクチ
    ュエータ制御信号を生成し、 前記アクチュエータ電流制御信号を受信し、該アクチュ
    エータ電流制御信号に基づいて前記燃料レールに供給さ
    れる燃料の量を制御するように前記調整手段と接続され
    るアクチュエータ手段を含み、 前記燃料レールにおける燃料の圧力を感知し、該燃料の
    圧力に対応する燃料レール圧力信号を生成するように前
    記燃料レールと接続される圧力感知手段を含み、 前記燃料レール圧力信号を受信し、該燃料レール圧力信
    号を、インジェクタの１つに供給される推定された実際
    の燃料の供給レートを示す推定燃料量信号に変換するよ
    うに、前記圧力感知手段と接続される第２変換手段を含
    み、 前記推定燃料量信号と前記所望燃料量信号との差に対応
    する燃料量誤差信号を生成し、該燃料量誤差信号を前記
    比例積分コントローラ手段に提供するように、前記第２
    変換手段、前記計算手段及び前記比例積分コントローラ
    手段と接続される比較手段を含み、 前記比例積分コントローラ手段が、前記燃料量誤差信号
    に基づいてオフセット電流信号を生成する、ことを特徴
    とする内燃機関用燃料制御システム。
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