JP2004011642A - 内燃機関に用いられる燃料噴射システムを運転するための方法 - Google Patents

Abstract

【課題】１回の作動サイクル内の種々異なるインジェクタの噴射量の差を著しく減少させることができるようにする。
【解決手段】内燃機関の運転状態と、負荷要求とに関連して噴射の開始と終了とを算出し、高圧ポンプの圧送段階の期間Ｔ_{Ｆｏｅｒｄｅｒ}を算出し、量制御弁を制御して、高圧ポンプの圧送段階が噴射の開始と終了とに対して対称的に配置されているようにするようにした。
【選択図】　　　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高圧ポンプと、該高圧ポンプの圧送量を制御するための量制御弁と、コモンレールと、少なくとも２つの噴射弁と、量制御弁および噴射弁を制御するための制御装置とを備えた、内燃機関に用いられる燃料噴射システムを運転するための方法に関する。
【０００２】
さらに、本発明は、コンピュータプログラムに関する。
【０００３】
さらに、本発明は、制御装置に関する。
【０００４】
【従来の技術】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９９１２９６６号明細書に基づき公知の燃料噴射システムでは、コモンレール内の圧力が量制御弁の適切な制御によって生ぜしめられる。この量制御弁は高圧ポンプの吸込み側に配置されている。量制御弁が開放されている限り、高圧ポンプは燃料を吸い込むことができる。この燃料の圧力は増加させられ、次いで、コモンレール内に圧送される。コモンレール内の圧力を調整するためには、量制御弁が制御され、これによって、高圧ポンプが、コモンレール内の所望の圧力を獲得するために必要となる燃料と同じくらい多くの燃料をまさにコモンレール内に圧送する。ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９９１２９６６号明細書に記載された燃料噴射装置では、コモンレールを介して燃料が供給されるインジェクタが量制御弁と同時に制御される。
【０００５】
【特許文献１】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９９１２９６６号明細書
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の課題は、１回の作動サイクル内の種々異なるインジェクタの噴射量の差を著しく減少させることができるようにすることである。
【０００７】
【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の方法では、内燃機関の運転状態と、負荷要求とに関連して噴射の開始と終了とを算出し、高圧ポンプの圧送段階の期間を算出し、量制御弁を制御して、高圧ポンプの圧送段階が噴射の開始と終了とに対して対称的に配置されているようにするようにした。
【０００８】
【発明の効果】
内燃機関の運転状態と、負荷要求とに関連して噴射の開始と終了とを算出し、高圧ポンプの圧送段階の期間を算出し、量制御弁を制御して、高圧ポンプの圧送段階が噴射の開始と終了とに対して対称的に配置されているようにする本発明による方法によって、種々異なるインジェクタが制御装置によって開閉される時点でコモンレール内の圧力がほぼ等しくなり、これによって、種々異なるインジェクタの噴射量のばらつきがより少なくなることが達成される。言い換えると、インジェクタの開放の間のコモンレール内の平均的な圧力が本発明による方法によって均一化される。
【０００９】
これによって、内燃機関の運転静粛性が向上させられ、内燃機関のエミッション・消費率特性が改善される。この場合、本発明は、噴射量とコモンレール内の圧力との関係を利用している。時間的に平均化されたコモンレール内の圧力が燃料噴射システムの種々異なるインジェクタにおける噴射の間に均一であればあるほど、種々異なるインジェクタによって噴射される燃料量の差はますます少なくなる。本発明による方法は、吸込み側だけでなく圧送側でも調整される高圧ポンプに使用することができる。
【００１０】
本発明による方法は燃料噴射装置の変更を要求しないので、多額の費用なしに制御装置の適切な再プログラミングによって使用することができる。
【００１１】
シミュレーション演算によってかつ実際の内燃機関につき、種々異なるインジェクタの噴射量の差を、さもなければ同じ条件で、本発明による方法を使用しない場合の１回の作動サイクル内の２．９％から、本発明による方法を使用した場合の１．８％に減少させることができることを証明することができた。これによって、本発明による方法の有効性および効率性も証明されている。
【００１２】
本発明による方法の有利な実施態様では、圧送段階の期間を、量制御弁の通電の期間から量制御弁の始動期間と高圧ポンプの圧縮段階の期間とを差し引いて検出することが提案されている。圧送段階の期間のこのような形式の算出によって、同じく付加的な手間が不要となる。なぜならば、量制御弁の始動期間と高圧ポンプの圧縮段階の期間とを、内燃機関の回転数とコモンレール内の圧力とに関連して特性マップから読み出ことができるからである。この特性マップは、冒頭で述べた形式の、内燃機関に用いられるあらゆる制御装置に設けられている。なぜならば、特性マップは別の制御タスクのためにも必要となるからである。
【００１３】
本発明による方法の別の有利な実施態様では、高圧ポンプが、複数の圧送段階を内燃機関の１回の作動サイクルの間に有しており、複数の圧送段階が、内燃機関の１つまたはそれ以上の点火間隔だけ互いにずらされていることが提案されていてよい。４サイクル法により作業する内燃機関の１回の作動サイクルとは、本発明によれば、７２０゜のクランク角を意味している。なぜならば、このクランク角内で内燃機関の４つのサイクル（吸入、圧縮、燃焼・膨張および排気）が実行されるからである。複数の圧送段階が本発明による有利な実施態様により互いにずらされている場合には、これによって、コモンレール内の圧力のさらなる均一化が得られる。なぜならば、高圧ポンプによって圧送される燃料量が２回分のまたはそれ以上の分量でコモンレール内に圧送されるからである。原理的には、圧送段階の回数を内燃機関のシリンダの数と同じ大きさにすることも有利であるが、しかし、量制御弁の切換時間は圧送段階の回数に関して制限されている。実際には、作動サイクル１回あたり、４つのシリンダを備えた内燃機関に対して２つの圧送段階が設けられるかもしくは６つのシリンダを備えた内燃機関に対して３つの圧送段階が設けられると有利であると分かった。
【００１４】
複数の圧送段階が、互いに均一な間隔を有していても有利であると分かった。このことは、特に奇数のシリンダ数を備えた内燃機関、たとえば５気筒内燃機関の場合に有利である。
【００１５】
本発明のさらなる利点および有利な実施態様は、図面の簡単な説明、発明の実施の形態および特許請求の範囲から知ることができる。
【００１６】
【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。
【００１７】
図１には、内燃機関に用いられる燃料噴射システムが概略的に示してある。この噴射システムにつき、本発明による方法を以下に詳しく説明する。
【００１８】
符号１００によって複数のインジェクタが示してある。これらのインジェクタ１００を介して燃料が内燃機関（図示せず）の個々の燃焼室に付与される。各インジェクタ１００は内燃機関（図示せず）の１つのシリンダに対応配置されている。図１による実施例には、３気筒内燃機関の３つのインジェクタ１００が示してある。異なるシリンダ数では、インジェクタ１００の数が相応に変えられる。
【００１９】
インジェクタ１００は、「コモンレール」とも呼ばれる蓄圧器２００によって燃料で負荷される。コモンレール２００は管路２１０を介して高圧ポンプ２２０に接続されている。さらに、この高圧ポンプ２２０は低圧管路２４０を介して低圧ポンプ２５０に接続されている。この低圧ポンプ２５０はたいてい電動式の燃料ポンプとして形成される。低圧ポンプ２５０は有利には燃料タンク２５５内に配置されている。
【００２０】
蓄圧器２００には圧力調整弁２０５が配置されている。低圧ポンプ２５０と高圧ポンプ２２０との間には量制御弁２３０が配置されている。択一的には、この量制御弁２３０が高圧ポンプ２２０とコモンレール２００との間に配置されていてもよい（図示せず）。量制御弁２３０と、インジェクタ１００と、場合によっては、圧力調整弁２０５とが最終段１６０によって電圧で負荷される。この最終段１６０は有利には制御装置２６０に組み込まれている。この制御装置２６０は種々異なるセンサ２７０の出力信号を処理する。
【００２１】
いま、燃料噴射システムは次のように作業する：低圧ポンプ２５０が、タンク２５５内に位置する燃料を低圧管路２４０を介して高圧ポンプ２２０に圧送する。この高圧ポンプ２２０は燃料を圧縮し、この燃料を高圧管路２１０を介して蓄圧器２００内に圧送する。インジェクタ１００の制御によって、規定されたシリンダ内での燃料の噴射の開始および終了が制御される。この制御は、内燃機関の、センサ２７０によって検出された運転特性量に関連して行われる。
【００２２】
圧力センサ２０５によって、蓄圧器２００内に形成された燃料圧Ｐが検出され、有利には、制御装置２６０で圧力調整の方向に評価される。
【００２３】
量制御弁２３０は、測定された圧力値Ｐと、目標値との偏差に関連して制御される。量制御弁２３０によって、高圧ポンプ２２０により圧送される燃料量を制御することができ、これによって、蓄圧器２００内の圧力増加を制御することができる。このためには、量制御弁２３０が、規定された第１の時点で制御され、第２の時点での制御が取り消されることが必要となる。正確な圧力制御を獲得するためには、量制御弁２３０が、正確に予め算出された時点で開放しかつ／または閉鎖することが必要となる。この場合、量制御弁２３０の制御と、実際の反応、すなわち、量制御弁２３０の開放および／または閉鎖との間の遅れ時間が可能な限り小さいと有利である。
【００２４】
要求に適合した圧力制御時には、高圧ポンプ２２０が、蓄圧器２００内の圧力Ｐを維持するために必要となる燃料質量を圧送する。量制御弁２３０の制御の期間Ｔ_{ｇｅｓａｍｔ}は、量制御弁２３０の始動期間Ｔ_{Ａｎｚｕｇ}と、量制御弁２３０の圧縮期間Ｔ_{Ｋｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ}と、量制御弁２３０の圧送段階の期間Ｔ_{Ｆｏｅｒｄｅｒ}とから成っている。これに関しては、図４に基づく以下の詳しい説明を参照されたい。
【００２５】
いま、量制御弁２３０の圧送段階Ｔ_{Ｆｏｅｒｄｅｒ}の期間がインジェクタ１００−１〜１００−６の噴射時点および期間に調和されていない場合には、内燃機関の１回の作動サイクルの間、コモンレール２００内の圧力Ｐが比較的大きく変化させられる可能性があるので、１回の作動サイクル内のそれぞれ異なる時点で燃料を噴射する種々異なるインジェクタ１００−１〜１００−６が、コモンレール２００からの種々異なる圧力Ｐで負荷される。インジェクタ１００の噴射量は、噴射期間Ｔ_{Ｅｉｎｓｐｒｉｔｚ}のほかに、コモンレール２００内の圧力Ｐにも高い程度で関連しているので、したがって、種々異なるインジェクタ１００によって噴射される燃料量も１回の作動サイクル内で異なっている。本発明によれば、作動サイクルとは、内燃機関（図示せず）のクランクシャフトの７２０゜のクランク角を意味している。このような作動サイクル内では、各シリンダが４サイクルエンジンの４サイクルを実行している。
【００２６】
図２には、圧送段階の期間と噴射期間Ｔ_{Ｅｉｎｓｐｒｉｔｚ}とが互いに調和されていないような状況が示してある。第１の線１は燃料高圧ポンプ２２０の状態を表示している。線１が０と異なっている場合には、燃料高圧ポンプ２２０が燃料を圧送している。高圧ポンプ２２０の圧送期間は図２に符号Ｔ_{Ｆｏｅｒｄｅｒ}で示してある。図２から分かるように、圧送は１回の作動サイクル内で３つの圧送段階Ｔ_{Ｆｏｅｒｄｅｒ１}，Ｔ_{Ｆｏｅｒｄｅｒ２}，Ｔ_{Ｆｏｅｒｄｅｒ３}に分割されている。これによって、コモンレール２２０内の圧力Ｐの均一化が達成される。１回の作動サイクルの間のコモンレール２００内の圧力Ｐの経過は、符号Ｐによって特徴付けた線で図２に示してある。
【００２７】
図２から明確に知ることができるように、所定の圧送段階の開始時には、コモンレール２００内の圧力Ｐが最小値を有していて、所定の圧送段階の終了時には、その最大値に到達している。図２には、線２および線３によって、１回の作動サイクル内の種々異なるインジェクタ１００−１〜１００−６の噴射期間Ｔ_{Ｅｉｎｓｐｒｉｔｚ}と噴射の時間的な中点とが部分的に示してある。図２に示したように、噴射期間Ｔ_{Ｅｉｎｓｐｒｉｔｚ}の時間的な中点（線３参照）が圧送段階Ｔ_{Ｆｏｅｒｄｅｒ１}の開始にほぼ合致している場合、このことは、第１のインジェクタ１００−１の噴射の間のコモンレール２００内の平均的な圧力Ｐが極めて低いことを意味している。これに対して、圧送段階Ｔ_{Ｆｏｅｒｄｅｒ１}の終了に位置する時間的な中点を備えた別のインジェクタ１００−２の噴射の間の圧力は最大である。この結果、同じ噴射期間Ｔ_{Ｅｉｎｓｐｒｉｔｚ}およびさもなければ同じ周辺条件にもかかわらず、インジェクタ１００−１によって噴射される燃料量は、インジェクタ１００−２によって噴射される燃料量よりも著しく小さくなる。これに対する原因は、噴射期間の間のコモンレール２００内の種々異なる平均的な圧力Ｐにある。第３のインジェクタ１００−３は、第１のインジェクタ１００−１とほぼ同じコモンレール２００内の平均的な圧力Ｐを噴射の間に提供している。相応のことがインジェクタ１００−４およびインジェクタ１００−２等に当てはまる。
【００２８】
図２によれば、高圧ポンプ２２０とインジェクタ１００との制御時には、約３％の噴射量の差が生ぜしめられることが分かった。この差は、主として、噴射期間Ｔ_{Ｅｉｎｓｐｒｉｔ}の間の種々異なる平均的な圧力Ｐに起因している。
【００２９】
いま、本発明によれば、インジェクタまたは所定のインジェクタ１００−１の噴射段階Ｔ_{Ｅｉｎｓｐｒｉｔ}を高圧ポンプ２２０の圧送段階Ｔ_{Ｆｏｅｒｄｅｒ}に調和させることが提案される。これによって、１回の作動サイクル内のインジェクタ１００−１〜１００−６の噴射量の間の差を著しく減少させることができる。
【００３０】
図３には、圧送段階Ｔ_{Ｆｏｅｒｄｅｒ１}，Ｔ_{Ｆｏｅｒｄｅｒ２}，Ｔ_{Ｆｏｅｒｄｅｒ３}が示してある。この場合、線３によって示したように、圧送段階Ｔ_{Ｆｏｅｒｄｅｒ１}，Ｔ_{Ｆｏｅｒｄｅｒ２}，Ｔ_{Ｆｏｅｒｄｅｒ３}の時間的な中点は、少なくとも１つのインジェクタ１００−１，１００−３，１００−５の噴射段階Ｔ_{Ｅｉｎｓｐｒｉｔ}の中点に合致している。これによって、インジェクタ１００−１がその噴射の間、１回の作動サイクルの間のコモンレール２００内の平均的な圧力にほぼ相当する圧力Ｐで負荷されることが達成される。
【００３１】
インジェクタ１００−２，１００−４，１００−６は圧送段階Ｔ_{Ｆｏｅｒｄｅｒ１}，Ｔ_{Ｆｏｅｒｄｅｒ２}，Ｔ_{Ｆｏｅｒｄｅｒ３}の間に燃料を噴射する。この場合、インジェクタ１００−１の噴射時とほぼ同じ平均的な圧力Ｐがコモンレール２００内に形成される。図２に示した状況と比較して、インジェクタ１００−２は著しく少ない平均的な圧力Ｐで噴射の間に負荷される。
【００３２】
相応のことがインジェクタ１００−３〜１００−６に当てはまる。インジェクタ１００−１〜１００−６の間の噴射時の平均的な圧力の間の差は、噴射段階Ｔ_{Ｅｉｎｓｐｒｉｔ}への圧送段階Ｔ_{Ｆｏｅｒｄｅｒ１}，Ｔ_{Ｆｏｅｒｄｅｒ２}，Ｔ_{Ｆｏｅｒｄｅｒ３}の本発明による調和時には、図２に示した例におけるインジェクタ１００−１とインジェクタ１００−２との間の平均的な圧力の差の事例よりも著しく少なくなっている。
【００３３】
実際の内燃機関における具体的な測定につき、種々異なる平均的な圧力に基づき噴射の間の生ぜしめられる種々に噴射される燃料量を、図２に示した事例のように３％の代わりに、約１．８％に低減させることができることが分かった。これに基づき、内燃機関の同期作動と内燃機関のエミッション特性との著しい改善が得られる。高圧ポンプ２２０の１回の圧送が時間的に２つのインジェクタ１００の噴射期間にわたって延びている事例では、量ばらつきを理論的に０にさえ低減させることができる。
【００３４】
原理的には、当然ながら、１回の作動サイクル内で圧送段階Ｔ_{Ｆｏｅｒｄｅｒ}の回数が噴射の回数に相当していても有利である。この場合、各インジェクタが同じ平均的な圧力を噴射の間に提供することが望ましい。しかし、このことは、大量使用事例では実現することができない。なぜならば、量制御弁２３０の極端に短い所要の切換時間を達成することができないからである。しかし、実際には、高圧ポンプ２２０の圧送が１回の作動サイクル内で２つまたは３つの圧送段階Ｔ_{Ｆｏｅｒｄｅｒ}に分割されれば有利であると共に十分であると分かった。この場合、内燃機関のシリンダ数ひいてはインジェクタの数も考慮しなければならない。
【００３５】
たとえば５気筒内燃機関を本発明による方法により運転したい場合には、１回の作動サイクル内の圧送段階の間隔が正確に３６０゜のクランク角ではなく、内燃機関の不均一な点火間隔に調和するように圧送段階が分割され、これによって、結果的に５気筒内燃機関（図示せず）の種々異なるインジェクタ１００−１〜１００−５の噴射の間の平均的な圧力Ｐにおける差が最小となると有利である得る。
【００３６】
図４には、量制御弁２３０の制御期間が概略的に示してある。この制御期間は時点Ｔ_０で始まり、時点Ｔ_１で終了する。制御期間は３つの段階、つまり、始動期間Ｔ_{Ａｎｚｕｇ}と、この始動期間Ｔ_{Ａｎｚｕｇ}に次いで、圧縮期間Ｔ_{Ｋｏｍｐ ｒｅｓｓｉｏｎ}と、量制御弁２３０の圧送段階Ｔ_{Ｆｏｅｒｄｅｒ}の期間とに分割されなければならない。始動期間は量制御弁２３０の応答特性によって設定されている。圧縮期間の間、高圧ポンプ２２０内に位置する燃料が、コモンレール２００の圧力に到達するまで圧縮される。圧縮期間には、高圧ポンプ２２０が燃料をコモンレール２００内に圧送する圧送段階Ｔ_{Ｆｏｅｒｄｅｒ}が続いている。本発明によれば、この圧送段階Ｔ_{Ｆｏｅｒｄｅｒ}の期間が噴射期間に調和されると有利である。特にすでに記載したように、圧送段階Ｔ_{Ｆｏｅｒｄｅｒ}の中点が噴射期間Ｔ_{Ｅｉｎｓｐｒｉｔ}の中点に合致していると特に有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】コモンレールと複数のインジェクタとを備えた燃料噴射システムのブロック回路図である。
【図２】コモンレール内の圧力経過と、高圧ポンプの圧送段階と、噴射時点とを１回の作動サイクルにわたって示す公知先行技術による線図である。
【図３】コモンレール内の圧力経過と、高圧ポンプの圧送段階と、噴射時点とを１回の作動サイクルにわたって示す本発明による線図である。
【図４】高圧ポンプの圧送段階の期間の算出を時間的に示す図である。
【符号の説明】
１００，１００−１，１００−２，１００−３，１００−４，１００−５，１００−６　インジェクタ、　１６０　最終段、　２００　蓄圧器、　２０５　圧力調整弁、　２１０　高圧管路、　２２０　高圧ポンプ、　２３０　量制御弁、２４０　低圧管路、　２５０　低圧ポンプ、　２５５　燃料タンク、　２６０制御装置、　２７０　センサ、　Ｐ　圧力、　Ｔ_{Ａｎｚｕｇ}　始動期間、　Ｔ_{Ｋｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ}　圧縮期間、　Ｔ_{Ｆｏｅｒｄｅｒ}，Ｔ_{Ｆｏｅｒｄｅｒ１}，Ｔ_{Ｆｏｅｒｄｅｒ２}，Ｔ_{Ｆｏｅｒｄｅｒ３}　圧送段階、　Ｔ_{Ｅｉｎｓｐｒｉｔｚ}　噴射期間

Claims (8)

1. 高圧ポンプ（２２０）と、該高圧ポンプ（２２０）の圧送量を制御するための量制御弁（２３０）と、コモンレール（２００）と、少なくとも２つの噴射弁（１００）と、量制御弁（２３０）および噴射弁（１００）を制御するための制御装置（１６０）とを備えた、内燃機関に用いられる燃料噴射システムを運転するための方法において、以下の方法ステップ：
   −内燃機関の運転状態と、負荷要求とに関連して噴射の開始と終了とを算出し、−高圧ポンプ（２２０）の圧送段階の期間（Ｔ_{Ｆｏｅｒｄｅｒ}）を算出し、
   −量制御弁（２３０）を制御して、高圧ポンプ（２２０）の圧送段階が噴射の開始と終了とに対して対称的に配置されているようにする
   ことを特徴とする、内燃機関に用いられる燃料噴射システムを運転するための方法。
2. 圧送段階の期間（Ｔ_{Ｆｏｅｒｄｅｒ}）を、量制御弁（２３０）の通電の期間（Ｔ_１〜Ｔ_０）から量制御弁（２３０）の始動期間（Ｔ_{Ａｎｚｕｇ}）と高圧ポンプ（２２０）の圧縮段階の期間（Ｔ_{Ｋｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ}）とを差し引いて検出する、請求項１記載の方法。
3. 量制御弁（２３０）の始動期間（Ｔ_{Ａｎｚｕｇ}）と高圧ポンプ（２２０）の圧縮段階の期間（Ｔ_{Ｋｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ}）とを、内燃機関の回転数とコモンレール（２００）内の圧力とに関連して特性マップから読み出す、請求項２記載の方法。
4. 高圧ポンプ（２２０）が、複数の圧送段階（Ｔ_{Ｆｏｅｒｄｅｒ}）を内燃機関の１つのシリンダの１回の作動サイクル（７２０゜ＫＷ）の間に有しており、複数の圧送段階（Ｔ_{Ｆｏｅｒｄｅｒ}）が、内燃機関の１つまたはそれ以上の点火間隔だけ互いにずらされている、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
5. 高圧ポンプ（２２０）が、複数の圧送段階（Ｔ_{Ｆｏｅｒｄｅｒ}）を内燃機関の１回の作動サイクルの間に有しており、複数の圧送段階（Ｔ_{Ｆ ｏｅｒｄｅｒ}）が、互いに均一な間隔を有している、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
6. コンピュータプログラムにおいて、当該コンピュータプログラムが、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法を実施するために適していることを特徴とする、コンピュータプログラム。
7. 当該コンピュータプログラムが、記憶媒体に記憶可能である、請求項６記載のコンピュータプログラム。
8. 制御装置において、当該制御装置が、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法を実施するために適していることを特徴とする、制御装置。

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