JP2005180420A - 高圧ポンプのフィード間隔の決定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 燃料計量システムにおける高圧ポンプのフィード間隔を簡単に決定するための方法を提供する。
【解決手段】 燃料計量システムにおける高圧ポンプのフィード間隔の決定方法において、燃料計量システムの少なくとも作動開始の間に圧力変化が求められ、圧力変化に基づいて高圧ポンプのフィード間隔が決定される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、燃料計量システムにおける高圧ポンプのフィード間隔を決定するための方法に関する。

直接噴射式のディーゼルエンジン或いはガソリンエンジンの場合には一般に、噴射のために必要な燃料圧力を生成する非逆転高圧ポンプが用いられる。圧力タンク内の圧力センサが燃料圧力を監視し、量制御弁を介して燃料圧力を調節するための制御信号を送り出す。燃料圧力を調節することが可能であるためには、量制御弁を高圧ポンプのフィードストロークの間に角度同期で制御することが必要である。

高圧ポンプは、しばしばカムシャフトに取り付けられているか或いはカムシャフトを介して駆動される。一般に、位相位置はカムシャフトの位相センサホイールと位相センサとを介して決定され、クランクシャフトの角度位置と関係付けられる。カムシャフトのための位相センサが無い場合或いはそれが断念される場合には、位相位置を明確に決定するために更に別の措置が必要である。

ＤＥ １００ ２３ ２２７ Ａ１ から既に、直接噴射式内燃機関の燃料計量システムの単シリンダ高圧ポンプのピストンの位置を決定するための方法が知られているが、該方法では、高圧ポンプのフィード量は制御可能な量制御弁によって調節される。圧力タンクが満たされており且つ且つ一定の作動圧力が存在していると、位相位置の認知のために、量制御弁は定期的間隔でパルスを用いて制御される。高圧ポンプがフィードストロークの状態にあると、量制御弁のパルス用の制御に対する反応として圧力タンク内の圧力の短時間の変化が観察されるが、吸入ストロークの時には観察されない。タンク圧力の短時間の圧力変化が測定され、対応するクランクシャフトの角度位置が決定される。これにより、多くの測定からフィードストロークの初めと終わりをクランクシャフトの角度位置に関連させて決定することができる。

本発明の課題は、燃料計量システムにおける高圧ポンプのフィード間隔を簡単に決定するための方法を提供することである。

本発明によれば、燃料計量システムにおける高圧ポンプのフィード間隔の決定方法において、燃料計量システムの少なくとも作動開始の間に圧力変化が求められ、圧力変化に基づいて前記高圧ポンプのフィード間隔が決定される。

本発明に基づく方法は、高圧ポンプのフィード間隔を、既に高圧ポンプの運転開始の際に、高圧ポンプの圧力変化に基づいて求めることができるという利点を有している。更に、追加として駆動シャフトの上に位相センサを配置する必要なしに、高圧ポンプの駆動シャフトの位置或いはフィード間隔の位置を有利な手法で決定することができる。

有利な手法で、フィード間隔の初めには圧力変化が圧力定位状態から圧力上昇へ向かう時点が決定され、フィード間隔の終わりには圧力変化が圧力上昇から圧力定位状態へ向かう時点が決定される。

別の有利な実施例によれば、高圧ポンプの圧力変化の一次の時間微分導関数が形成される。この一次の時間微分導関数が閾値を超える時点がフィード間隔の初めとして決定される。また第一の時間微分導関数がこの閾値を下回る時点がフィード間隔の終わりとして決定される。

別の有利な実施例によれば、高圧ポンプの駆動シャフトは内燃機関のクランクシャフトに対して一定の変速比の関係にあり、フィード間隔の初めと終わりはクランクシャフトの角度位置に対する関係から決定される。

本発明のその他の特徴、応用可能性、及び利点は、図面に示されている本発明の実施例についての以下の説明から明らかとなる。その際、説明されている或いは図に示されている全てのメルクマールは、特許請求の範囲でのそれ等の要約の仕方或いはそれ等の背後関係とは係わり無く、また説明或いは図面でのそれ等の表現或いは描写とは係わり無く、それ自体として或いは任意の組み合わせとして本発明の目的を形成している。

図１は、本発明に基づく方法の技術的背景としての燃料計量システム１を略示している。燃料ポンプ１０は、燃料タンク６０から燃料を高圧ポンプ３０へ供給する。高圧ポンプ３０は更に、下流側にある高圧側で多数の噴射ノズル５０の上方にある圧力タンク４０に燃料を供給する。高圧ポンプ３０の上流側と下流側には、逆止弁３５、３６があり、低圧領域への燃料の逆流を防止している。高圧ポンプ３０と並列に量制御弁２０が配置されており、その際、第一の接続路は燃料ポンプ１０と逆止め弁３５との間の低圧領域に接続されており、第二の接続路は高圧ポンプ３０と逆止め弁３６との間の高圧領域に接続されている。必要なときに、量制御弁２０を通じて燃料を高圧領域から低圧領域へ導くことができ、これによって高圧ポンプの燃料フィード量が、又それによって圧力タンク４０内の圧力が調節される。高圧領域内には圧力センサ８０が配置されており、圧力センサ８０は圧力信号を制御装置９０へ送り、制御装置９０は該圧力信号に基づき、又場合によってはその他の信号、測定値、或いは条件を考慮しながら、圧力調節のために量制御弁２０を制御する。

製造法によって、高圧ポンプ、量制御弁、更には逆止弁も一つの共通のポンプハウジングに配置することができる。
一般的には、例えばガソリン直接噴射（ＢＤＥ）の場合には、噴射のために必要な２００バールまでの燃料圧力を生成する、非逆転高圧ポンプが用いられる。高圧ポンプのフィー度量を、従って圧力タンク内の圧力を調節するために、フィード段階の間に或いは高圧ポンプのフィードストロークの間に、量制御弁を制御することが必要である。その様な制御は、一般的にはクランクシャフトの角度位置に関連して行われるので、位相位置もこの角度位置に関連させることが目的にかなっている。

本発明に基づく一つの実施例では、量制御弁２０は、エンジンスタートの間常に閉じられている。これによって、カムストローク或いはフィードストローク毎に燃料が圧力タンク４０の中へ送られて圧力が上昇する。

図２には、単シリンダ高圧ポンプに特徴的な、圧力変化１００或いは圧力上昇が略示されている。ポンプのピストンが上（ＯＴ）から下（ＵＴ）へ動く吸入段階の間、高圧領域内の圧力は本質的に一定にとどまっている。ピストンが下の死点（UT）を超えると、フィード段階（ｔ＿ｅｉｎ）が始まり、高圧側の圧力が上昇して行く。ポンプのピストンが再び上の死点（ＯＴ）に到達すると、フィード段階が終わり（ｔ＿ｅｎｄｅ）、圧力はそれ以上上昇せず、吸入段階の間、改めてフィード段階が始まるまでいわゆる圧力定位状態にとどまる。

高圧ポンプのフィード段階或いはフィード間隔は、かくして有利なことにエンジン或いは燃料計量システムの始動の間の高圧ポンプの圧力変化から求められる。
その様にして求められた、フィード間隔の始めｔ＿ｅｉｎ及び／又は終わりｔ＿ｅｎｄｅの時点は、今や高圧ポンプに接続されたシャフトの角度位置と関係付けることができる。一般的には、クランクシャフト角度に対するフィード間隔の位置が決定される。

高圧ポンプを、クランクシャフトに対して２：１の変速比を有するカムシャフトを介して駆動すれば、それだけで十分にクランクシャフトに対するフィード間隔の始め或いは終わりを決定することができる。クランクシャフトの位置が分かっていれば、それによって常に高圧ポンプのフィード間隔の状態（位相位置）も分かる。

しかしながら、高圧ポンプがクランクシャフトに対して非線形的関係にあるシャフト、例えば変速比が０．８３のバランスシャフトを用いて駆動されると、位相は最早クランクシャフトの特定の位置と一致せず、クランクシャフトの回転と共に移動する。かくして、高圧ポンプの位相位置は、最早クランクシャフトの角度位置からだけで簡単に決定することはできなくなる。

本発明によれば、フィード間隔は既に内燃機関の始動時或いは燃料計量システムの作動開始時に決定されるので（量制御弁或いは噴射弁が制御される前に）、実際のクランクシャフト位置に対するフィード間隔の位置を有利な手法で求めることが可能である。その後のフィード間隔の位置は、駆動シャフトとクランクシャフトとの間の既知の変速比から得られる。ここで問題となっている位相変位は、簡単な手法で、例えば制御装置によって考慮することができる。高圧ポンプが上に述べられた例の様に、変速比０．８３のバランスシャフトを用いて駆動されると、クランクシャフトは、最初のフィード間隔の始めとその後のフィード間隔の始めとの間におよそ３００゜の角度を掃引する。従って、位相はクランクシャフトの回転毎にそれぞれ約６０゜ずれる。

図３は、フィード間隔の位置を圧力変化から計算によって求める手法を示している。このグラフは、図２に示された圧力変化１００の一次の時間微分導関数２００を略示している。吸入段階の間、圧力は本質的に一定であるから、導関数２００は値０か或いは０に近い値を取っている。フィード間隔の始めｔ＿ｅｉｎに、一次の時間微分導関数が閾値を超える時点が定められ、フィード間隔の終わりｔ＿ｅｎｄｅに、一次の時間微分導関数２００が閾値ＳＷを下回る時点が決定される。閾値の値は、適用のケースに応じて要求に合わせて選択することができる。閾値を高くすると、求められたフィード間隔の時間的長さを確かに制限することができるけれども、決定を運転に基づく圧力変動に対応させることがそれだけ難しくなる。

特に、フィード間隔の始めと終わりに別の閾値を用いることを提案することができる。それによれば、例えば最初の圧力上昇に含まれないフィード間隔を定めることが可能となる。

更に、別の導関数に基づいて圧力変化を評価することを提案することができる。
その上更に、圧力立ち上げの際の偶発的なむだ時間（ｄｅａｄｔｉｍｅ）を考慮することを提案することができる。

フィードストロークとは、ここではポンプピストンの下の死点（ＵＴ）から上の死点（ＯＴ）への運動であると理解されている。下の死点を通過する際には、必ずしも圧力タンク内の圧力上昇が期待される訳ではないから、フィード間隔の始めとフィードストロークの始めは互いに僅かにずれることがある。原理的には、フィード間隔とフィードストロークの長さは同じであると見なすことができるから、特別に選ばれた利用例或いは選択された方法によって、初めて違いが生まれる。そこで図３では、定められている閾値ＳＷの既に下側で圧力が上昇していると言うことが認められる。かくして、フィード間隔はフィードストロークの限界内にあるものの、フィードストロークの限界とは正確には一致していない。

しかしながら、定められたフィード間隔に基づいて、必要な際に、正確なフィードストロークを、従って高圧ポンプ上と下の死点の位相位置を決定することもできる。
別の実施例では、多シリンダ高圧ポンプの圧力変化を評価し、それに対応して位相位置を決定することを考えることができる。

燃料計量システムの略図、 高圧ポンプの圧力変化と時間との関係を略示したグラフ、 図２による圧力変化の一次時間微分導関数のグラフ。

符号の説明

１…燃料計量システム
１０…燃料ポンプ
２０…量制御弁
３０…高圧ポンプ
３５、３６…逆止弁
４０…圧力タンク
５０…噴射ノズル
６０…燃料タンク
８０…圧力センサ
９０…制御装置
１００…圧力変化
２００…一次の時間微分導関数
ｐ…圧力
ｔ…時間
ｔ＿ｅｉｎ…フィード間隔の始め
ｔ＿ｅｎｄｅ…フィード間隔の終わり
ＳＷ…閾値
ｄｐ／ｄｔ…圧力変化の時間微分

Claims (6)

1. 燃料計量システムにおける高圧ポンプのフィード間隔の決定方法において、
   前記燃料計量システムの少なくとも作動開始の間に圧力変化が求められること、
   前記圧力変化に基づいて前記高圧ポンプのフィード間隔が決定されること、
   を特徴とする高圧ポンプのフィード間隔の決定方法。
2. 前記圧力変化が高圧領域内で求められることを特徴とする請求項１に記載の決定方法。
3. 圧力変化が圧力定位状態から圧力上昇へ向かう時点が、フィード間隔の始め（ｔ＿ｅｉｎ）として決定されること、及び
   圧力変化が圧力上昇から圧力定位状態へ向かう時点が、フィード間隔の終わり（ｔ＿ｅｎｄｅ）として決定されること、
   を特徴とする請求項１または２に記載の決定方法。
4. 前記圧力変化の一次の時間微分導関数が形成されること、及び
   前記一次の時間微分導関数が閾値よりも大きい時点が、フィード間隔の始め（ｔ＿ｅｉｎ）として決定されること、及び
   前記一次の時間微分導関数が前記閾値よりも小さい時点が、フィード間隔の終わり（ｔ＿ｅｎｄｅ）として決定されること、
   を特徴とする請求項１または２に記載の決定方法。
5. 前記フィード間隔の始めと終わりのために、異なる閾値が考慮されることを特徴とする請求項４に記載の決定方法。
6. 前記高圧ポンプの駆動シャフトが、内燃機関のクランクシャフトに対して一定の変速比にあること、及び
   前記フィード間隔の始め或いは終わりが、前記クランクシャフトの角度位置に対する関係から決定されること、
   を特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の決定方法。

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