JP2003056390A - 直噴内燃エンジン用の燃料噴射制御方法 - Google Patents

直噴内燃エンジン用の燃料噴射制御方法

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JP2003056390A
JP2003056390A JP2002217804A JP2002217804A JP2003056390A JP 2003056390 A JP2003056390 A JP 2003056390A JP 2002217804 A JP2002217804 A JP 2002217804A JP 2002217804 A JP2002217804 A JP 2002217804A JP 2003056390 A JP2003056390 A JP 2003056390A
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piston
fuel
cylinder
injection
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Bruno Walter
ブルノ ヴァルテ
Bertrand Gatellier
ベルトラン ガテリィエ
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  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)
  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 大幅に変化する噴射条件を使用できるように
する燃料噴射方法を提供する。 【解決手段】 本発明は、燃料ジェットのナッペ角度が
ａ1のインジェクタ２０、シリンダ１０、シリンダヘッ
ド１２、クランクシャフトに連結され、このシリンダ内
を滑動するピストン１８、およびシリンダの壁２６とシ
リンダヘッド１２とピストン１８の上面２４とによって
形成された燃焼室を少なくとも有する直噴内燃エンジン
用の燃料噴射制御方法に関する。本発明によれば、本方
法は、下限位置ＰＬよりも下方のシリンダの壁２６がイ
ンジェクタ２０からの燃料ジェットで濡れるであろうピ
ストン１８の下限位置ＰＬを求めることと、このピスト
ン１８の実際の位置を求めることと、下限位置ＰＬに対
するピストン１８のこの実際の位置を特定することと、
下限位置ＰＬに対するピストン１８の実際の位置に応じ
て燃料噴射パラメータを調節することとからなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、直噴内燃エンジン
用の燃料噴射制御方法に関する。
【０００２】より詳細には、本発明は、噴射された燃料
と空気、または噴射された燃料と再循環された排気ガス
と空気との混合物とを均一に混合できるようにする燃料
噴射方法に関する。
【０００３】
【従来の技術】内燃エンジンの開発は、排出物の削減、
燃料の消費量、トルクおよび質量出力密度の増大、燃焼
騒音の低減に関する要求事項を耐久基準に適合させなが
ら満たさなくてはならない。
【０００４】そのため、噴射装置のあるパラメータ（圧
力、制御法則など）、または燃料ジェットのあるパラメ
ータ（これらのジェットによって噴射ノズルに形成され
るナッペ角度など）を変更することが考えられる。
【０００５】しかしながら、これらのパラメータのうち
の１つを改善すると、他方のパラメータの悪化を招いて
しまう。
【０００６】したがって、これは、例えば、使用されて
いるインジェクタのタイプによって定まるナッペ角度で
液体燃料が噴射される燃焼室内における液体燃料の噴射
の場合に当てはまる。
【０００７】このナッペ角度を変更すると燃料がシリン
ダ壁上に射出することがあり、それによって、この壁上
に付着している潤滑剤の働きおよびすすの形成が劣化す
る。
【０００８】これは、排出物の増大および／または全負
荷運転特性の低減および／または騒音の増加を招くとい
う欠点がある。
【０００９】欧州特許出願第８４９，４４８号または同
第５８９，１７８号に記載されているように、燃料は、
各シリンダと一致して配置されたインジェクタによって
燃焼室内に１４０°〜１６０°のオーダーという極めて
広いナッペ角度で供給される。
【００１０】このインジェクタによって、燃料ジェット
はシリンダ壁に全く接触することなく、したがってその
潤滑状態に影響を及ぼすことなく放出されて気化する。
【００１１】この効果を得るために、当然のことなが
ら、ピストンはその上死点（ＰＭＨ）に相当近くなくて
はならず、したがって、燃料噴射時間の選択のための自
由度が限定されている。
【００１２】早くからの燃料噴射および／または遅くま
での燃料噴射によって多くの利点がもたらされることも
知られているので、この欠点は決して無視できるもので
はない。
【００１３】例えば、上死点前の先立ち噴射および主噴
射により、燃焼時の騒音を減少させることができる。
【００１４】さらに、周知の通り、排気部における温度
の上昇によって開始する粒子フィルタの再生には、排気
弁を開く直前の燃料の噴射が要求される。
【００１５】膨張時または排気段階中の燃料噴射は、Ｎ
ｏx捕捉器の再生のための排気部での好ましい状態を得
るのにも有用である。
【００１６】さらに、燃料混合物の均一性を達成するた
めに、燃料を早くに噴射することが望ましいこともあ
る。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】一般に使用されている
インジェクタは、ナッペ角度が１４０°〜１６０°の範
囲であるので、噴射制御範囲は燃料による潤滑剤の希釈
の問題を抑えるために減少される。
【００１８】本発明は、大幅に変化する噴射条件を使用
できるようにする燃料噴射方法によって前述の欠点を克
服することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】その実施のために、燃料
ジェットのナッペ角度がａ1のインジェクタ、シリン
ダ、シリンダヘッド、クランクシャフトに連結され、こ
のシリンダ内を滑動するピストン、およびシリンダの壁
とシリンダヘッドとピストンの上面とによって形成され
た燃焼室を少なくとも有する直噴内燃エンジン用の燃料
噴射制御方法は、ピストンの下限位置であって、その下
限位置よりも下方のシリンダの壁がインジェクタからの
燃料ジェットで濡れるであろうピストンの下限位置を求
めることと、このピストンの実際の位置を求めること
と、下限位置に対するピストンのこの実際の位置を特定
することと、下限位置に対するピストンの実際の位置に
応じて燃料噴射パラメータを調節することとからなるこ
とを特徴とする。
【００２０】本方法は、有利に、ピストンの下限位置と
シリンダヘッドから最も遠い位置との間の任意のピスト
ンの位置に対して燃焼室内への燃料ジェットの進入を制
限するように噴射パラメータを調節することからなるこ
とができる。
【００２１】本方法は、好ましくは、決められた量の燃
料を非常に高い圧力、好ましくは１００ＭＰａを超える
圧力で噴射することからなってもよい。
【００２２】この方法は、決められた量の燃料をごく短
時間の間噴射することからなることが可能である。
【００２３】本方法は、決められた量の燃料の噴射を総
燃料噴射量に達するまで繰り返すことからなることが可
能である。
【００２４】その決められた量は、総燃料噴射量の２５
％を越えてはならない。
【００２５】本方法は、有利に、ピストンの下限位置
を、Ｄを燃料ジェットの原点Ｏとシリンダの壁との間の
半径方向の距離として、式Ｄ×ｔａｎ（ａ1／２）によ
って求めることからなることができる。
【００２６】本方法は、ピストンの下限位置とピストン
のシリンダヘッドに最も近い位置との間のピストンの任
意の位置に対して燃料を従来のやり方で噴射させるよう
に噴射パラメータを使用することからなることができ
る。
【００２７】本発明による方法のその他の特徴と利点
は、非限定例として示されている以下の説明を、添付図
面を参照しながら読むことによって明らかになるであろ
う。
【００２８】
【発明の実施の形態】図１において、例えばディーゼル
タイプの直噴内燃エンジンは、軸線ＸＸ’および直径Ｃ
Ｄのシリンダ１０と、シリンダ１０の上部を閉じている
シリンダヘッド１２と、ここではそれぞれ１つまたは２
つ以上の吸気弁１４である空気供給手段と、ここでは１
つまたは２つ以上の排気弁１６である既燃ガスの排出手
段と、クランクシャフト（不図示）に連結され、シリン
ダ１０内を滑動するピストン１８と、好ましくはシリン
ダ１０の軸線ＸＸ’と一致して配置され、一般軸が本実
施例におけるシリンダ１０の軸と同化している燃料ジェ
ットのナッペ２２を形成する燃料インジェクタ２０とを
有している。
【００２９】もちろん、インジェクタ２０を軸線ＸＸ’
と一致して配置しないことも可能であるが、この場合に
は、この燃料インジェクタ２０によって形成される燃料
ジェットのナッペの一般軸がこの軸線ＸＸ’と少なくと
も平行である。
【００３０】より詳細には、燃料インジェクタ２０はナ
ッペ角度ａ1が小さいタイプのものであり、ナッペ角度
ａ1は、大きくても１２０°、好ましくは４０°〜１０
０°が選択される。
【００３１】燃焼室は、片側がシリンダヘッド１２によ
って、反対側がピストン１８の上面２４によって、横方
向がシリンダ１０の壁２６によって従来通りに形成され
ている。
【００３２】選択されたナッペ角度ａ1によって、燃料
ジェットがシリンダ１０の下限位置とピストン１８の上
側位置との間の壁２６には接触しない、ピストン１８の
下限位置ＰＬが定まる。
【００３３】この下限位置は、インジェクタ２０のノズ
ルからの燃料ジェットの原点Ｏとピストン１８の上面２
４との間の距離Ｆによって定まり、Ｄ×ｔａｎ（ａ1／
２）に等しい。ここで、Ｄは燃料ジェットの原点Ｏとこ
の原点Ｏに最も近いシリンダ内壁２６との間の半径方向
の距離である。
【００３４】上記の例では、距離ＤはＣＤ／２である。
ここで、ＣＤはシリンダ１０の直径である。
【００３５】ピストン１８とクランクシャフトとの間に
通常配置される連結用のロッド−クランク機構の幾何学
的な計算により、図２により明確に示されているよう
に、距離Ｆによってクランクシャフトの角度位置を求め
ることができ、それによってクランクシャフトの下死点
（ＰＭＢ）からの角度αが得られる。
【００３６】この角度αを求めることによって、０°と
１８０°−αとの間および１８０°＋αと３６０°との
間のピストン１８の任意の位置では、シリンダ１０の壁
２６が燃料によって絶対に濡れないことが明示される。
ここで、０°と３６０°はピストン１８の上側位置に対
応する上死点（ＰＭＨ）におけるクランクシャフトの角
度を表し、１８０°はピストン１８の下側位置に対応す
る下死点（ＰＭＢ）におけるクランクシャフトの角度を
表している。
【００３７】上死点（ＰＭＨ）と下死点（ＰＭＢ）は、
特に吸気、圧縮、または排気段階中の内燃エンジンの、
燃料を噴射するのに好ましい運転段階に対応している。
【００３８】このようにして、それぞれがピストンの行
程に対応している、０°と１８０°−αとの間または１
８０°＋αと３６０°との間の許容領域とよばれる第１
の型と、１８０°−αと１８０°＋αとの間のクランク
シャフトの偏り角度に対応する、制限領域と呼ばれる第
２の型との、クランクシャフトの偏りの２つの角度領域
の型が求められる。
【００３９】このことは、ピストンの行程との関係か
ら、許容領域においては、ピストン１８の下側位置と
（シリンダヘッド１２に最も近い）上側位置との間のピ
ストン１８の位置では壁２６が燃料によって濡れること
がないことを意味する。
【００４０】制限領域に関しては、ピストンはこのよう
にしてその下限位置とシリンダヘッド１２から最も離れ
た位置との間にある。
【００４１】燃料噴射パラメータは、許容領域について
は従来通りに噴射し、制限領域については特定の燃料噴
射の調整を用いて噴射するように、ピストンが存在する
領域の型にしたがって調整される。
【００４２】より詳細には、制限領域における噴射の調
整は、燃焼室内への燃料ジェットの進入を制限するとい
うようなことである。
【００４３】したがって、制限領域における噴射の調整
は、ナッペの横方向の末端縁部によって定まる燃料ジェ
ットの進入距離を、燃料ジェットの原点Ｏとシリンダ１
０の壁２６との間の距離よりも小さくするというような
ことである。
【００４４】図１において文字Ｇで表されているこの距
離は、Ｄ×ｓｉｎ（ａ1／２）に等しい。ここで、Ｄは
上に定義された距離であり、上記の例ではＣＤ／２に相
当している。
【００４５】この進入を制限するために、燃料の総噴射
量の多くとも２５％に相当する限られた量の燃料を、こ
の燃料がシリンダの壁２６に届く前に空気中、または再
循環された排気ガスと空気との混合物中にこの燃料を気
化させることを可能にする、１０００ｂａｒ（１００Ｍ
Ｐａ）以上の高圧でごく短い噴射時間噴射する。
【００４６】当然のことながら、この限られた量の燃料
の噴射は何回か、より詳細には、記載された例では、燃
料の総噴射量の２５％に相当する燃料噴射が４回、繰り
返される。
【００４７】燃料の噴射が極めて高い圧力で実施される
ことにより、空気中または再循環させた排気ガスと空気
との混合物中に液体ジェットよりも速やかに気化する雲
状物を形成する非常に微細な燃料液滴を得ることができ
るのは、事実である。
【００４８】当然のことながら、これらの液滴の生成を
有利にするために、１００μｍのオーダーの小さくなく
てはならないインジェクタ２０の噴射口の直径などの他
のパラメータを、噴射圧力の調整および噴射時間の調整
と関連付けることも可能である。
【００４９】実際には、エンジンコンピュータなどの、
エンジンに通常含まれる噴射装置制御手段は、ピストン
１８の下限位置ＰＬと、この下限位置に対応するクラン
クシャフトの角度αをデータベースに記憶している。
【００５０】このコンピュータは、許容領域（０°と１
８０°−αとの間または１８０°＋αと３６０°との間
のクランクシャフト角）および制限領域（１８０°−α
と１８０°＋αとの間のクランクシャフト角）に応じた
燃料噴射パラメータも記憶している。
【００５１】エンジンコンピュータが噴射命令をインジ
ェクタに与えようとすると、このコンピュータは最初に
燃焼室内におけるピストン１８の実際の位置を特定す
る。
【００５２】ピストンのこの位置は、例えば、クランク
シャフトに設けられた、上死点からのクランクシャフト
の角度を測定する角度位置検出器によって推定できる。
【００５３】クランクシャフトの角度（および、その結
果としてピストンの実際の位置）が求められると、コン
ピュータはこの角度が許容領域または制限領域内に含ま
れているかをチェックする。
【００５４】この角度が許容領域の１つの中にある場合
には、このコンピュータは、従来の噴射プロセスに即す
るように、燃料を噴射するための命令をエンジンの噴射
装置に与える。
【００５５】この角度が制限領域内の場合には、コンピ
ュータは前述のように燃焼室内への燃料の進入を制限す
るように噴射パラメータを変更する。
【００５６】このように、本発明によれば、前述の方法
によってシリンダの壁を濡らさない燃料ジェットのナッ
ペを求めることができるので、噴射時間の選択のための
高い自由度を得ることができる。
【００５７】本発明は上に記載された例に限定されるも
のではなく、任意の変形例も含む。
【００５８】本発明は、特に、空気または再循環された
排気ガスと空気との混合物と均一に混合できるガソリン
タイプの燃料の噴射方法を含む。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による方法を使用する内燃エンジンの概
略図である。
【図２】本発明による方法を使用するエンジンのピスト
ンに連結されたクランクシャフトの偏り角度を示す図で
ある。
【符号の説明】
１０ シリンダ １２ シリンダヘッド １４ 吸気弁 １６ 排気弁 １８ ピストン ２０ 燃料インジェクタ ２２ ナッペ ２４ 上面 ２６ 壁
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ガテリィエ ベルトラン フランス国 78380 ブジヴァル ル パ スツール ３ Ｆターム(参考） 3G301 HA04 JA01 JA02 JA05 JA09 JA23 JA24 JA25 JA26 JA37 LB06 LB11 LB17 MA15 MA19 MA20 MA23 MA26 MA27 MA28 MA29 NA07 NA09 NB06 NB11 NB14 NC02 ND03 ND12 ND45 NE13 NE14 PE04Z

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 燃料ジェットのナッペ角度がａ1である
    インジェクタ（２０）、シリンダ（１０）、シリンダヘ
    ッド（１２）、クランクシャフトに連結され、このシリ
    ンダ内を滑動するピストン（１８）、および前記シリン
    ダの壁（２６）と前記シリンダヘッド（１２）と前記ピ
    ストン（１８）の上面（２４）とによって形成された燃
    焼室を少なくとも有する直噴内燃エンジン用の燃料噴射
    制御方法において、該方法が、 前記ピストン（１８）の下限位置（ＰＬ）であって、該
    下限位置よりも下方の前記シリンダの壁（２６）が前記
    インジェクタからの前記燃料ジェットで濡れるであろう
    前記ピストン（１８）の下限位置（ＰＬ）を求めること
    と、 このピストンの実際の位置を求めることと、 前記下限位置に対する前記ピストンのこの実際の位置を
    特定することと、 前記下限位置に対する前記ピストンの実際の位置に応じ
    て燃料噴射パラメータを調節することとからなることを
    特徴とする、直噴内燃エンジン用の燃料噴射制御方法。
  2. 【請求項２】 前記ピストン（１８）の前記下限位置
    （ＰＬ）と前記シリンダヘッド（１２）から最も遠い位
    置との間の任意の前記ピストン（１８）の位置に対して
    前記燃焼室内への燃料ジェットの進入を制限するように
    前記噴射パラメータを調節することからなる、請求項１
    に記載の方法。
  3. 【請求項３】 決められた量の燃料を非常に高い圧力で
    噴射することからなる、請求項２に記載の方法。
  4. 【請求項４】 決められた量の燃料を１００ＭＰａを超
    える圧力で噴射することからなる、請求項３に記載の方
    法。
  5. 【請求項５】 決められた量の燃料をごく短時間の間噴
    射することからなる、請求項２または３に記載の方法。
  6. 【請求項６】 決められた量の燃料の噴射を総燃料噴射
    量に達するまで繰り返すことからなる、請求項３から５
    のいずれか１項に記載の方法。
  7. 【請求項７】 総燃料噴射量の２５％以下の決められた
    量を噴射することからなる、請求項３から６のいずれか
    １項に記載の方法。
  8. 【請求項８】 前記ピストンの前記下限位置（ＰＬ）
    を、Ｄを前記燃料ジェットの原点Ｏと前記シリンダ（１
    ０）の前記壁（２６）との間の半径方向の距離として、
    式Ｄ×ｔａｎ（ａ1／２）によって求めることからな
    る、請求項１に記載の方法。
  9. 【請求項９】 前記ピストンの下限位置（ＰＬ）と前記
    ピストンの前記シリンダヘッド（１２）に最も近い位置
    との間の前記ピストン（１８）の任意の位置に対して燃
    料を従来のやり方で噴射させるように噴射パラメータを
    使用することからなる、請求項１に記載の方法。
JP2002217804A 2001-07-27 2002-07-26 直噴内燃エンジン用の燃料噴射制御方法 Pending JP2003056390A (ja)

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AT (1) ATE349610T1 (ja)
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