JP2003161226A - 内燃機関の運転法、コンピュータプログラム、制御装置及び／又は調整装置並びに内燃機関のための燃料システム - Google Patents

内燃機関の運転法、コンピュータプログラム、制御装置及び／又は調整装置並びに内燃機関のための燃料システム

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JP2003161226A
JP2003161226A JP2002287593A JP2002287593A JP2003161226A JP 2003161226 A JP2003161226 A JP 2003161226A JP 2002287593 A JP2002287593 A JP 2002287593A JP 2002287593 A JP2002287593 A JP 2002287593A JP 2003161226 A JP2003161226 A JP 2003161226A
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fuel pump
internal combustion
combustion engine
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Helmut Rembold
レンボルト ヘルムート
Jens Boettcher
ベトヒャー イェンス
Manfred Kirschner
キルシュナー マンフレート
Uwe Mueller
ミュラー ウーヴェ
Ruediger Schnell
シュネル リューディガー
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M63/0225—Fuel-injection apparatus having a common rail feeding several injectors ; Means for varying pressure in common rails; Pumps feeding common rails
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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 内燃機関が全体的により少ないノイズで作動
する方法を提供する。 【解決手段】 弁部材（７６）を２つの終端位置の内の
少なくとも一方（６４）の到達直前に制動するようにし
た。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、特に直接噴射を伴
う内燃機関の運転法であって、第１の燃料ポンプが燃料
を第２の燃料ポンプの作業室へ圧送し、第２の燃料ポン
プが燃料を燃料集合導管へ圧送し、第２の燃料ポンプの
作業室と接続された電気的な弁装置の弁部材を第２の燃
料ポンプの圧送行程の間の規定された時点で開放し、こ
れにより、第２の燃料ポンプの作業室を低圧域と接続す
ることによって、第２の燃料ポンプから燃料集合導管へ
圧送される燃料量に影響を及ぼすことができる形式のも
のに関する。
【０００２】
【従来の技術】このような形式の方法は市場から公知で
ある。この方法では、燃料を燃料タンクから電気的なプ
レフィードポンプによって、モータ駆動される高圧燃料
ポンプへ圧送する。この高圧燃料ポンプは燃料を高圧下
で更に燃料集合導管へ圧送する。この燃料集合導管は一
般に「レール」とも呼ばれ、内部に燃料が高圧下で蓄え
られている。燃料集合導管には燃料を内燃機関の燃焼室
に噴射する複数のインジェクタが接続されている。高圧
燃料ポンプから燃料集合導管へ圧送される燃料量の制御
は電磁作動式の量制御弁によって行われ、この量制御弁
により、高圧燃料ポンプの出口側の領域又は作業室を、
当該高圧燃料ポンプの入口側の低圧域と接続することが
できる。量制御弁の開放状態では、圧送行程の間に燃料
は燃料集合導管ではなく高圧燃料ポンプの入口側の領域
へ戻される。
【０００３】量制御弁は、高圧燃料ポンプの圧送行程に
対してハイダイナミック且つ同期的に開閉する必要があ
ると理解される。この切換過程において、量制御弁と、
高圧系及び低圧系に所属する構成部材（導管、高圧集合
導管、ポンプ等）とにノイズが発生する。今日の内燃機
関は比較的静かになるので、量制御弁のノイズは特に内
燃機関のアイドリングにおいて認められて、不快に感じ
られる恐れがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、冒頭
で述べた形式の方法を改良して、内燃機関が全体的によ
り少ないノイズで作動する方法を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明では、弁部材を２つの終端位置の内の少なくと
も一方の到達直前に制動するようにした。
【０００６】
【発明の効果】本発明による手段により、弁装置を切り
換える際のノイズ発生が減少される。同時に弁装置の高
いダイナミクスが維持され続ける。弁装置の切換時のノ
イズ減少は、弁部材が終端位置に到達する速度が減少さ
れているということに基づいている。従って、終端位置
で行われる弁部材の突然の制動は比較的低い速度から行
われ、このことがノイズを減少させる。更に、燃料ポン
プの作業室内に小さな圧力勾配が生ぜしめられる。それ
というのも、弁部材のストローク運動が全体的に遅らさ
れるからである。このこともやはり、ノイズを減少させ
る。
【０００７】本発明による方法の有利な改良は、従属請
求項に記載されている。
【０００８】例えば、弁部材が開放終端位置に到達する
直前だけ制動される改良が有利である。これにより、開
放終端位置に向かう弁部材の制動時のノイズ発生が、閉
鎖終端位置へ向かう弁部材の制動時のノイズ発生よりも
大きいという事実が考慮される。このことは、遅らされ
た開放行程が全体として燃料ポンプの作業室内の減圧を
遅らせる、つまり減圧勾配はもはやあまり急峻ではなく
且つ対応する衝撃が最早あまり「シャープ」ではないと
いうことにも関連している。この改良により、既に高度
のノイズ減少が達成されると同時に、更に、弁装置のダ
イナミクスに比較的小さな影響が及ぼされるということ
が達成される。
【０００９】特に有利な本発明による方法の改良は、弁
部材の両終端位置の内の少なくとも一方に到達する直前
に、少なくとも１つの電気的な制動パルスを発生させる
ことである。このような電気的な制動パルスは、例えば
適当なソフトウェアによって簡単に実現され得る。
【００１０】この場合、電気的な制動パルスの時点及び
／又は継続時間及び／又は電気的な制動パルスの数が内
燃機関の回転数若しくは第２の燃料ポンプの回転数に関
連していても有利である。この場合、弁部材の制動は、
内燃機関の特定の運転状態のために必要とされる弁ダイ
ナミクスに関連させることができる。特に、比較的小さ
な弁ダイナミクスしか必要とされないが、同時に弁装置
によるノイズ発生が比較的早期に際立つ低い回転数にお
いて、弁部材の最適な制動を実現することができる。こ
の場合、制動はいずれにしろ、弁部材が逆方向で不都合
な運動をしないように行う必要がある。弁部材が、終端
位置の到達時に速度がほぼ０であるように制動されると
最適である。
【００１１】電気的な制動パルスを内燃機関のアイドル
回転数の範囲内でしか発生させないということも可能で
ある。既に述べたように、アイドル回転数の範囲内では
内燃機関の小さなノイズや、例えば自動車で内燃機関を
使用する場合は小さな走行ノイズに基づいて、弁装置の
ノイズ発生は特に際立つ。これに対して、高回転数では
弁ダイナミクスは損なわれない。
【００１２】提案した改良は、弁部材を電磁石で作動さ
せ、該電磁石が無電流状態の場合に、緊締装置によって
開放終端位置へ負荷するということにも関連している。
この場合、電磁石は開放終端位置到達直前にパルス状に
給電される。このような電流パルスは簡単に実現され得
る。
【００１３】本発明は、前記方法がコンピュータで実施
される場合にこの方法を実施するために適したコンピュ
ータプログラムにも関する。この場合、このコンピュー
タプログラムがメモリ、特にフラッシュメモリにメモリ
されていると、特に有利である。
【００１４】更に、本発明は内燃機関の少なくとも１つ
の機能を制御及び／又は調整するための制御装置及び／
又は調整装置に関する。このような制御装置及び／又は
調整装置は、前記のようなコンピュータプログラムが設
けられていると特に有利である。
【００１５】また、燃料システム、即ち特に直接噴射を
伴う内燃機関のための燃料システムも本発明の部分であ
り、該燃料システムには入口側が燃料タンクと接続され
た第１の燃料ポンプ、入口側が第１の燃料ポンプと接続
されており且つ出口側が燃料集合導管と接続された少な
くとも１つの作業室を有する第２の燃料ポンプ、及び一
方では第２の燃料ポンプの作業室と接続されており且つ
他方では低圧域と接続された電気的な弁装置が設けられ
ている。
【００１６】このような燃料システムの運転時のノイズ
発生を減少するためには、弁装置の弁部材を、２つの終
端位置の内の少なくとも一方に到達する直前に制動する
ことのできる制動装置が設けられているということを提
案する。この燃料システムの利点は、適切な方法の利点
に対応している。
【００１７】前記のような燃料システムの有利な改良で
は、制動装置がパルス状の給電に基づき弁部材を制動す
る電磁石を有しているということが提案される。このよ
うな燃料システムは、一般に付加的な構成手間無しで実
現可能である。それというのも、弁装置はいずれにせよ
一般に電磁式で作動されるからである。
【００１８】弁装置が、開放終端位置で弁部材が接触す
るストッパを有していると、燃料システムの本発明によ
る構成は特に有利である。前記のようなストッパによ
り、一方では弁部材の開放終端位置が明確に規定され
る。他方では、弁部材とストッパとの急激な接触は、弁
部材が接触時点で高い速度を有していると、弁装置の運
転時に著しいノイズを発生させる恐れがある。本発明に
より弁部材を終端位置の到達直前に制動することに基づ
き、特に前記のようなストッパを備えた弁装置において
ノイズ発生が著しく減少される。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を図
面につき詳しく説明する。
【００２０】図１では燃料システム全体に符号１０が付
されている。この燃料システムは燃料タンク１２を有し
ており、この燃料タンク１２から電気的な燃料ポンプ１
４が燃料を低圧燃料導管１６へ圧送する。この低圧燃料
導管１６にはフィルタ１８が配置されている。前記の電
気的な燃料ポンプ１４の下流側で、燃料タンク１２に戻
り且つ内部にプレッシャリリーフ弁の設けられた分岐導
管２０が、低圧燃料導管１６から分岐している。フィル
タ１８の下流側で別の分岐導管２４が低圧燃料導管１６
から分岐しており、前記分岐導管２４には圧力制御弁２
６が配置されており且つ当該分岐導管２４は遮断弁２８
を介して燃料タンク１２に戻っている。
【００２１】低圧燃料導管１６は、内燃機関のカムシャ
フト（図示せず）によって機械的に駆動される高圧燃料
ポンプ３０に通じている。この高圧燃料ポンプ３０は、
以下で更に詳しく説明するように１シリンダ型ピストン
ポンプである。高圧燃料ポンプ３０では、入口側と出口
側とにそれぞれ逆止弁３２；３４が設けられている。そ
の間には作業室３３が位置している。高圧燃料ポンプ３
０は、燃料集合導管３８に開口する高圧燃料導管３６に
燃料を圧送する。前記燃料集合導管３８には燃料が高圧
下で蓄えられている。
【００２２】燃料集合導管３８には、燃料を燃焼室（図
示せず）に噴射する複数のインジェクタ４０が接続され
ている。当該燃料集合導管３８は、圧力センサ４２及び
プレッシャリリーフ弁４４に接続されている。このプレ
ッシャリリーフ弁４４は、戻し導管４６を介して低圧燃
料導管１６に接続されている。圧力センサ４２は、制御
兼調整装置４８に信号を送る。更に、この制御兼調整装
置４８は回転数センサ５０からの信号を受信する。
【００２３】流入弁３２の上流では低圧燃料導管１６が
圧力ダンパ５２と接続されている。この圧力ダンパ５２
と流入弁３２との間では、戻り絞り５６を備えた絞り導
管５４が分岐してよい。これらの構成要素はオプション
なので点線でしか図示していない。高圧燃料ポンプ３０
からは漏れ導管５８が、圧力制御弁２６と遮断弁２８と
の間に位置する分岐導管２４の区分に通じている。
【００２４】高圧燃料ポンプ３０から燃料集合導管３８
へ圧送される燃料量は、量制御弁６０によって調節され
る。この量制御弁６０は、低圧燃料導管１６と作業室３
３とに接続されている。当該量制御弁６０は、ばね６２
によって開放終端位置６４へもたらされ且つ電磁石６６
によって閉鎖終端位置６８にもたらされる２ポート２位
置弁である。量制御弁６０の電磁石６６も、やはり制御
兼調整装置４８によって制御される。
【００２５】高圧燃料ポンプの正確な構成及び機能は図
２〜図４に基づき明らかである。これらの図では、高圧
燃料ポンプ３０は、ピストン７２が軸方向で摺動可能に
収容されたケーシング７０を有している。前記ピストン
７２は、カムシャフト７４によって往復運動させられ
る。作業室３は、図２〜図４ではピストン７２の上位に
形成されている。
【００２６】量制御弁６０は皿状の弁部材７６を有して
おり、この弁部材７６は閉鎖状態では弁座７８に当接し
ている（ニードル状の弁部材を使用することも可能であ
る）。弁プランジャ８０を介して前記弁部材７６は可動
子８２と結合されている。この可動子８２は電磁石６６
によって取り囲まれている。量制御弁６０の開放終端位
置６４はストッパ８４によって規定される。
【００２７】吸込み行程中にピストン７２は図２に示し
たように下方に向かって運動し、これにより、作業室３
３の体積が拡大する。流入弁３２が開き、燃料が低圧燃
料導管１６から作業室３３に流入する。電磁石６６は、
図６から判るように吸込み行程中は給電されているの
で、量制御弁６０は閉鎖されている。
【００２８】ピストン７２の下死点に到達した後で圧送
行程が始まる。この場合、カムシャフト７４を駆動する
ピストン７２は上方に向かって運動する。作業室３３内
の圧力は上昇し、流入弁３２は閉じる。作業室３３と高
圧燃料導管３６との間の差圧が適当な場合に、流出弁３
４が開く。量制御弁６０の電磁石６６は引き続き給電さ
れているので、当該量制御弁６０は閉鎖されている。こ
の状態は図３に示されている。対応範囲は図５において
符号８６で示されている。
【００２９】内燃機関の特定の運転状態では、高圧燃料
ポンプ３０から燃料集合導管３８へ圧送される燃料量が
制限されねばならない。このことは、圧送行程中の規定
された時点ｔ１に電磁石６６の給電が制御兼調整装置４
８によって終了される（図６参照）ということによって
生ぜしめられる。作業室３３内を支配する高圧及びばね
６２の力に基づき、弁部材７６は急激に弁座７８から持
ち上がる。作業室３３に封入された燃料は低圧燃料導管
１６へ漏出することができる。これにより流出弁３４が
閉鎖して、最早燃料は燃料集合導管３８に圧送されな
い。この状態は図４に示されている。図５では、対応す
る曲線範囲に符号８８が付されている。
【００３０】可動子８２が量制御弁６０の開放運動中に
全速でストッパ８４に当接して、著しいノイズ発生を惹
起することを防止するためには、図６から判るように時
点ｔ１の直後に電磁石６６が再度パルス状に給電され
る。このパルスは、図６では符号９０を付されている。
パルス９０の時点は、可動子８２がストッパ８４に接触
する前に、電磁石が適当な制動力を可動子８２に加える
ように選択されている。
【００３１】パルス９０の位置及び継続時間は、弁部材
７６が制動されはするが、再度弁座７８に向かって運動
されないように選択されている。可動子８２、弁プラン
ジャ８０及び弁部材７６から成るユニットの、パルス９
０によって生ぜしめられた制動に基づき、可動子８２は
ストッパ８４に比較的小さな速度でしかぶつからない。
最適なのは、可動子８２がストッパ８４に０の範囲内の
速度で接触した場合である。このようにして、量制御弁
６０のノイズは、該量制御弁６０の弁部材７６が開放終
端位置６４へ運動される場合に著しく減少される。
【００３２】電気的な制動パルス９０の時点及び／又は
継続時間は制御兼調整装置４８によって、回転数センサ
５０によって検出される内燃機関の回転数に関連して規
定される。１実施例（図示せず）では、制御兼調整装置
４８により電流パルスは内燃機関のアイドル回転数の範
囲内でしか発生されない。別の実施例（やはり図示せ
ず）では、唯一の電流パルスだけでなく、弁部材の運動
を遅らせることのできる複数の電流パルスが生ぜしめら
れる。電流パルスの規定及び発生は、制御兼調整装置４
８において、そこにメモリされたコンピュータプログラ
ムに基づいて行われる。
【００３３】図７には、圧送行程中の高圧燃料ポンプ３
０の作業室３３内の圧力経過が示されている。符号９２
で圧送行程開始時の圧力上昇、符号９４で量制御弁６０
の開放時の圧力低下が示されている。制動パルス９０が
存在しない場合に生じる圧力フランクの低下が破線で書
き込まれている。圧力低下が制動パルス９０によって遅
らされるということが認識される。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の燃料ポンプ及び第２の燃料ポンプ並びに
弁装置を備えた燃料システムの原理図である。
【図２】弁装置の閉鎖状態における吸込み行程の間の、
図１に示した第２の燃料ポンプ及び弁装置の概略図であ
る。
【図３】弁装置の閉鎖状態における圧送行程の間の、図
１に示した第２の燃料ポンプ及び弁装置の概略図であ
る。
【図４】弁装置の開放状態における圧送行程の間の、図
１に示した第２の燃料ポンプ及び弁装置の概略図であ
る。
【図５】時間にわたる燃料ポンプのピストン行程が示さ
れた線図である。
【図６】図１に示した弁装置の電磁石の、時間にわたる
給電が示された線図である。
【図７】時間にわたる燃料ポンプの作業室内の圧力経過
が示された線図である。
【符号の説明】
１０ 燃料システム、 １２ 燃料タンク、 １４ 燃
料ポンプ、 １６ 低圧燃料導管、 １８ フィルタ、
２０，２４ 分岐導管、 ２２，４４ プレッシャリ
リーフ弁、 ２６ 圧力制御弁、 ２８ 遮断弁、 ３
０ 高圧燃料ポンプ、 ３２，３４ 逆止弁、 ３３
作業室、 ３６ 高圧燃料導管、 ３８燃料集合導管、
４０ インジェクタ、 ４２ 圧力センサ、 ４６
戻し導管、 ４８ 制御兼調整装置、 ５０ 回転数セ
ンサ、 ５２ 圧力ダンパ、５４ 絞り導管、 ５６
戻り絞り、 ５８ 漏れ導管、 ６０ 量制御弁、６２
ばね、 ６４ 開放終端位置、 ６６ 電磁石、 ６
８ 閉鎖終端位置、７０ ケーシング、 ７２ ピスト
ン、 ７４ カムシャフト、 ７６ 弁部材、 ７８
弁座、 ８０ 弁プランジャ、 ８２ 可動子、 ８４
ストッパ、 ９０ 電流パルス
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｍ 59/36 Ｆ０２Ｍ 59/36 (72)発明者 イェンス ベトヒャー ドイツ連邦共和国 シュヴィーバーディン ゲン シユツツトガルター シュトラーセ 94 (72)発明者 マンフレート キルシュナー ドイツ連邦共和国 シュツツトガルト ラ インスブルクシュトラーセ 204 (72)発明者 ウーヴェ ミュラー ドイツ連邦共和国 ヘミンゲン ヒルシュ シュトラーセ ３／２ (72)発明者 リューディガー シュネル ドイツ連邦共和国 エバースバッハ クリ ンゲンヴェーク 33／１ Ｆターム(参考） 3G066 AA07 AB02 AC09 AD02 BA22 CA05U CA22U CA32U CE22 DB07 3G301 HA02 JA37 KA07 LB16 LB17 LC01 MA11 PB08A PE01Z

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 内燃機関の運転法であって、第１の燃料
    ポンプ（１４）が燃料を第２の燃料ポンプ（３０）の作
    業室（３３）へ圧送し、第２の燃料ポンプが燃料を燃料
    集合導管（３８）へ圧送し、第２の燃料ポンプ（３０）
    の作業室（３３）と接続された電気的な弁装置（６０）
    の弁部材（７６）を第２の燃料ポンプ（３０）の圧送行
    程の間の規定された時点で開放し、これにより、第２の
    燃料ポンプ（３０）の作業室（３３）を低圧域（１８）
    と接続することによって、第２の燃料ポンプ（３０）か
    ら燃料集合導管（３８）へ圧送される燃料量に影響を及
    ぼすことができる形式のものにおいて、 弁部材（７６）を２つの終端位置の内の少なくとも一方
    （６４）の到達直前に制動することを特徴とする、内燃
    機関の運転法。
  2. 【請求項２】 弁部材（７６）を開放終端位置（６４）
    に到達する直前だけ制動する、請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 弁部材（７６）が両終端位置の内の少な
    くとも一方（６４）に到達する直前に、少なくとも１つ
    の電気的な制動パルス（９０）を発生させる、請求項１
    又は２記載の方法。
  4. 【請求項４】 電気的な制動パルス（９０）の時点及び
    ／又は継続時間及び／又は電気的な制動パルスの数を、
    内燃機関の回転数若しくは第２の燃料ポンプ（３０）の
    回転数に関連させる、請求項３記載の方法。
  5. 【請求項５】 電気的な制動パルス（９０）を、内燃機
    関のアイドル回転数の範囲内でのみ発生させる、請求項
    ４記載の方法。
  6. 【請求項６】 弁部材（７６）を電磁石（６６）によっ
    て作動させ且つ該電磁石が無電流状態のときに緊締装置
    （６２）によって開放終端位置（６４）へ負荷し、開放
    終端位置（６４）の到達直前に前記電磁石（６６）にパ
    ルス状に給電する、請求項３から５までのいずれか１項
    記載の方法。
  7. 【請求項７】 前記方法がコンピュータで実施される場
    合に請求項１から６までのいずれか１項記載の方法を実
    施するために適したコンピュータプログラム。
  8. 【請求項８】 メモリ、特にフラッシュメモリにメモリ
    された請求項７記載のコンピュータプログラム。
  9. 【請求項９】 請求項７又は８記載のコンピュータプロ
    グラムを有していることを特徴とする、内燃機関の少な
    くとも１つの機能を制御及び／又は調整するための制御
    装置及び／又は調整装置（４８）。
  10. 【請求項１０】 特に直接噴射を伴う内燃機関のための
    燃料システム（１０）であって、入口側が燃料タンク
    （１３）と接続された第１の燃料ポンプ（１４）と、少
    なくとも１つの作業室（３３）を備えた第２の燃料ポン
    プ（３０）とが設けられており、前記作業室が、入口側
    を第１の燃料ポンプ（１４）に接続されており且つ出口
    側を燃料集合導管（３８）と接続されており、更に、一
    方では第２の燃料ポンプ（３０）の作業室（３３）と接
    続されており且つ他方では低圧域（１８）と接続された
    電気的な弁装置（６０）が設けられている形式のものに
    おいて、 弁装置（６０）の弁部材（７６）を、両終端位置の内の
    少なくとも一方（６４）に到達する直前に制動すること
    のできる制動装置（６６，８２）が設けられていること
    を特徴とする、内燃機関のための燃料システム。
  11. 【請求項１１】 制動装置が、パルス状の給電によって
    弁部材（７６）を制動する電磁石（６６）を有してい
    る、請求項１０記載の燃料システム。
  12. 【請求項１２】 弁装置（６０）が、開放終端位置（６
    ４）で弁部材（７６）が接触するストッパ（８４）を有
    している、請求項１０又は１１記載の燃料システム。
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