JP2005502813A

JP2005502813A - 低エンジン速及び高エンジン速に於ける間欠的再循環を用いた燃料ポンプの複合型制御方法

Info

Publication number: JP2005502813A
Application number: JP2003527263A
Authority: JP
Inventors: ジョルジェヴィクイリジャ
Original assignee: スタナダインコーポレイション
Priority date: 2001-09-10
Filing date: 2002-09-10
Publication date: 2005-01-27
Also published as: US6694950B2; ATE290164T1; DE60203130D1; EP1427935A1; US20020174855A1; WO2003023221A1; DE60203130T2; EP1427935B1

Abstract

内燃エンジンのための燃料供給システムに於いて、高圧の、往復動するピストンを有し、エンジンにより駆動される燃料ポンプ（１８）からエンジンのシリンダ内へ燃料を噴射するための複数の燃料噴射ノズルを有する高圧のコモンレール（２０）への燃料量の送出を制御する方法。低エンジン速度時のポンプ作動と高エンジン速度時のポンプ作動とに対応する少なくとも二つの制御方式が確立される。低速時作動のための制御方式に於いて、ポンピングピストンへ調節されない低い圧力の燃料が供給され、ポンピングピストンとコモンレールとの間の位置にてポンピングピストンから吐出された過剰な燃料がポンピングピストンの上流の燃料供給システムにおける比較的低圧の場所へ分流される。高速時作動のための制御方式に於いて、ポンピングピストンにより加圧された低圧の供給燃料量が調節され、ポンピングピストンから吐出される全ての燃料がコモンレールへ送出される。
【選択図】図１

Description

【技術分野】
【０００１】
本願は、１９９９年２月１７日に出願された米国特許出願第６０／１２０，５４６号に基づく３５ＵＳＣ§１１９（ｅ）による優先権を伴う２０００年２月１７日に出願されたＰＣＴ／ＵＳ００／０４０９６の国内段階として、２００１年１２月５日に出願された米国出願第０９／９１３，６６１号に係る３５ＵＳＣ§１２０の利益と、２００１年９月１０日に出願された米国出願第６０／３１８，３７５号に係る３５ＵＳＣ§１１９（ｅ）による利益とを主張する。
【０００２】
本発明は、燃料ポンプ、特に、内燃エンジンへの噴射のための高圧にて燃料を供給する形式の燃料ポンプに係る。
【背景技術】
【０００３】
典型的なガソリン直接噴射システムは、例えば、直接噴射式ディーゼル燃料噴射システムに比べて、実質的に低い圧力レベルにて動作する。高圧ポンプを作動するのに必要なエネルギー量は、全エネルギーバランスに於いては僅かである。しかしながら、定出力のポンプを用いて変動する燃料要求を受けるシステムに於いては、使用されない加圧された燃料の全ては、低圧回路へ戻されなければならない。燃料を加圧するために初めに用いられた相当量のエネルギーは、その後、熱エネルギーへ変換され、散逸されなければならない。比較的穏やかな熱排出（２００−５００ワット）であっても、燃料の温度を上昇することなり（特にもし燃料タンクが部分的にのみ満たされている場合）、このことは、典型的なガソリン燃料の低い蒸気圧に起因する既に深刻となっている問題を、更に悪化することとなる。
【０００４】
かくして、可変出力の高圧供給ポンプが強く望まれている。更に、典型的なガソリンエンジンの速度範囲は、ディーゼルエンジンの速度範囲よりも実質的に広い（例えばアイドリング時の５００ｒｐｍから定格速度の７０００ｒｐｍ以上まで）。例えば、要求制御式ポンプによりポンプ圧力を可変にできれば、任意のエンジン速度にて噴射率を最適化することが容易となろう。
【０００５】
現在主流となっている要求制御方式は、高速のソレノイド制御弁を用い、レールへの燃料の追加が望まれていない間に燃料を内部の高圧回路からポンプの燃料溜めへ逃す（スピルする）ようになっている。内部高圧回路は、逆止弁によってレールから分離されている。この回路の体積は比較的小さいので、内部圧力が低下した後、ポンプによって供給された燃料量の残部は、比較的低圧にてスピルされる（望まれれば、ポンプの供給圧よりも僅かに高い程度にできる。）。このことにより、かかるシステムの熱排出は、加圧された燃料を定常的にスピルするシステム（即ち、スピルを行うレール圧力調節器を有する定出力ポンプ）に比して、非常に低い。しかしながら、高速作動中においては、かかる低い熱排出であっても、過剰な温度上昇を惹き起こし得るため、許容できないことが有り得る。
【０００６】
要求ベース直接噴射式ガソリン供給ポンプのための幾つかの構成が、「ガソリンコモンレールのための供給ポンプ」として１９９９年６月２９日付出願の米国特許出願第０９／３４２，５６６号（現在は、米国特許第６，３４５，６０９号）と、ＷＯ／００４９２８３として公開された国際出願ＰＣＴ／ＵＳ００／０４０９６に示されており、それらの開示はここに於いて参照により組み込まれる。本発明は、前記の出願に示されている実施態様の一つ若しくはそれ以上、及びそのバリエーションに於いて実行するのに特に適したものとして考えることができる。特に、本発明は、前記の国際公報に記載された可変出力制御の考え方を、排出される非生産的な熱エネルギーを低減するべく、改良したものである。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、コモンレールへ燃料を供給する高圧供給ポンプを有するコモンレールガソリン燃料噴射システムを制御するための複合的な方法であって、改良点として、レール圧力よりも低い圧力にて燃料タンクへ或いはポンプ吸入口を介してポンプの過剰な吐出流を再循環させる低速時制御と、予め調量し或いは予めスピルすることによる高速時制御とを組み合わせることを含む方法として概ね考えることができる。
【０００８】
好ましい実施形態において、高速時に於いて、要求されていない燃料は、まず高い圧力が生成される前に、ポンピングチャンバからスピルされる。このことにより、熱排出が低減される利点が得られるだけでなく、スピル弁が閉弁している間、圧力が漸増するという利点が得られる。その結果、制限された装填中に生成される如何なる蒸気キャビティも、高圧のポンピングが開始される前に、穏やかな割合で破裂することとなり、雑音やキャビテーション浸食が低減される。又、スピル弁が、漸増する圧力に圧されて閉弁され、これにより、閉弁は、より低い磁力で、潜在的に早い速度で或いは同じ速度で達成される。ポンピングが自然に終了した後のみスピルが起きるので、最大速度においても容易に制御可能とすべくデューティサイクルが延長される。更に、ポンピング動作はピストンが上死点（ＴＤＣ）に到達するのとともに既に終了しているので、開弁速度は、高いエンジン速度には関連しない。かくして、弁は、より弱い戻しばねを用いて閉弁動作について最適化され、或いは、磁力が概ね低減され、その結果、ソレノイド弁及びそれに関連した制御回路は、より小さく且より廉価なものとすることができる。
【０００９】
本発明は、内燃エンジンのためのガソリン燃料噴射システムであって、複数のエンジンシリンダの各々へ燃料を分配するための複数のインジェクタと、全てのインジェクタを同じ高圧燃料の供給に曝すべく全てのインジェクタに流体的に連通したコモンレール導管とを有するシステムに於いてよりよく理解されるであろう。電子的エンジン管理ユニットは、エンジンの各々のサイクルに於いてある定められた間隔にて、各々のインジェクタを、個別に、或る選択された異なる時間にて作動するための手段を含む。高圧吐出通路を有する高圧燃料供給ポンプは、コモンレールと低圧供給燃料吸入通路とへ流体的に接続されている。本発明の方法及びそれに関連したシステムは、それぞれエンジン速度が低い場合及び高い場合に対応した少なくとも二つの制御方式を確立する。低速時の作動中においては、低圧の燃料が調節されずにポンピングピストンへ供給され、コモンレールが間欠的にポンプから隔離され、その間、ポンプから吐出される燃料は、ポンプの上流の、燃料供給システムにおける比較的圧力の低い場所へ分流される。高速作動中においては、ポンピングピストンからの加圧された低圧の燃料量が調節され、これにより、コモンレールへ送出される高度に加圧された燃料量を低減する。
【００１０】
第一の、低速用の制御サブシステムは、ポンプの吐出流を、コモンレールへ送出するのではなく、低圧にて流れがポンプ内を再循環するよう分流させることによって、噴射動作の間のポンプの吐出圧を制御する。このことは、好ましくは、低圧供給燃料吸入通路へ流体的に接続された再循環制御通路と、高圧吐出通路へ流体的に接続された吐出制御通路と、吐出制御通路とコモンレールとの間にありコモンレールへ向かって開く高圧吐出通路内の逆止弁とによって達成される。制御弁が再循環制御通路と吐出制御通路とへ流体的に接続され、スイッチ手段が各々のインジェクタを作動するための手段と関連付けられ、制御弁を、吐出制御通路から再循環制御通路を実質的に隔離するための実質的に閉じた位置と再循環制御通路を吐出制御通路へ開くための実質的に開いた位置との間にて作動する。
【００１１】
第二の、供給量を調節するための高速用の制御サブシステムは、校正されたオリフィス、比例ソレノイド弁、予スピル又は予調量を含む種々の方法で構成され得る。好ましい実施形態において、低圧にてポンプの吐出の間欠的な分流又は再循環のために用いられるのと同一のソレノイド弁がタイミングサイクルの内の異なる時点にて用いられ、高速用の制御方式のための予スピルを実行する。
【００１２】
また、本発明は、内燃エンジンのための高圧コモンレール直接ガソリン噴射システムの作動を制御するための方法であって、低圧にて供給燃料を受け入れ且つコモンレールへ高圧燃料を送出するべく開く逆止弁へ高圧にて燃料を吐出する高圧燃料ポンプを連続的に作動することを含む方法として考えることができる。低速時作動中において、各々のインジェクタの作動の後、液圧制御回路が逆止弁の上流にて開き、これにより、ポンプの吐出流が、逆止弁ではなく、制御回路を、高圧から該高圧と供給圧との間の或る保持圧まで低減される圧力にて通ることとなる。ポンプの吐出流が制御回路を通過する間であって各々のインジェクタの作動の直前に、液圧回路は、実質的に閉じられ、これにより、ポンプ出力圧が保持圧から高圧まで上昇する。ポンプ出力圧が高圧に達するとインジェクタが作動される。エンジン速度が高い場合においては、一つ若しくはそれ以上の前記の燃料量調節技術が、高圧にて実際に圧送される燃料量の制御のために実行される。
【００１３】
この制御方式の主な利点は、制御が単純であることと、運転者の認知が最も敏感である低速運転に於いて、トルクの均一性だけでなく、（音響的及び液圧的ノイズについて）静かな作動が提供されるということである。
【００１４】
二つの制御方式が区別されてもよく、即ち、制御がある遷移速度に於ける遷移領域を通って一方の方式から他方の方式へ移行するようになっていってもよく、又、制御方式が互いに重畳されていてもよく、即ち、遷移速度を通過した後、低速に於ける過剰燃料の再循環が高速にて継続され、少なくとも幾分かの高速条件に於いて低圧時の再循環とポンピングチャンバへの燃料量の調節が同時に行われてもよい、ということは理解されるべきである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の好ましい実施態様は添付の図面により以下に説明される。
【００１６】
図１は、燃料タンク１４内に配置された低圧供給ポンプ１２と、複数の燃料噴射器ノズル２２Ａ−Ｄが流体的に接続されたコモンレール２０内の高作動圧を維持する高圧燃料供給ポンプ１８の上流にある燃料フィルタ１６との基本的な構成要素を有する燃料供給システム１０の模式図である。従来の技術と同様に、燃料供給ポンプ１８は、車両のエンジンによって駆動され（即ち、ポンプの速度がエンジンの速度に比例するようにポンプの駆動軸がエンジンの回転に同期して回転する。）、各々のノズルは、エンジン内に置かれ、燃料管理電子的制御ユニット２４の制御によるタイミングシーケンスに従って、対応するエンジンシリンダへ燃料を噴射する。
【００１７】
供給ポンプ１２は、比較的低圧にて（５バール以下、典型的には、２‐４バール）供給線２６を介してフィルタ１６へ燃料を送出し、そこから、低圧の燃料は吸入通路２８を介してポンプへ入る。ポンプは、吐出通路３０を介して、逆止弁３２を通してレール２０へ燃料を吐出する。レール圧力は、通常、１００バールより高く維持されるが、背景技術に於いて述べた如く、レール２０内の目標作動圧を維持するために必要な燃料量は、エンジン（従って、ポンプ）の速度に常に適合しているわけではない。
【００１８】
本発明によれば、要求ベース制御スキームが実行され、それによれば、低速作動中においては、燃料は調節されることなく吸入通路２８を介してポンプへ供給されるが、線３０に吐出される燃料は、コモンレール２０から間欠的に隔離され、燃料供給システムに於ける相対的に低い圧力を有する場所へ接続される。図示されている実施形態においては、このことは、低圧バイパス回路３４によって実行され、好ましくは、ポンプのケース又はハウジングの内部で実行される。特に、バイパス回路３４は、一方の端にてポンプ１８からの吐出流を受け入れるべく逆止弁３２の上流に流体的に配置され、他方の端にてポンプ１８の上流の吸入通路２８へ流体的に接続され、回路内の質量制御弁３６とともに、ポンプからポンプの吸入線２８へ過剰な燃料の吐出を分流する。
【００１９】
高速作動中においては、ポンピングピストンによって加圧されるべき低圧供給燃料量が調節され、コモンレールへ実際に送出される高圧燃料量は、目標レール圧力を維持するのに必要な燃料量に対応する。図示された実施形態においては、このことは、ポンプの吸入通路２８内（吸入通路２８とバイパス回路３４の流体的接続部の下流）に流れ制御オリフィス３８が存在することにより達成される。
【００２０】
図１に示されている如き要求制御システムの任意の特徴として、過剰圧力安全弁４０が、逆止弁３２の下流を、吸入通路２８の如き燃料システム内の低圧の場所へ流体的に接続し、通常の制御スキームから離れた、コモンレール２０に於ける非常に高い圧力を逃す。又、バイパス回路３４内の制御弁３６と吸入通路２８への流体的接続部との間にて最小の圧力調節器４２が置かれ、ポンプ自体に於ける燃料圧力がキャビテーションなどを生じ得る最小の圧力以上に維持されることを保証し、且つ、二つの隣接するポンプ回路間の分離を低減し、緊急の「リンプホーム（limp home）」作動のための最小の噴射圧力を提供する。
【００２１】
図２は、本発明のもう一つの実施形態を、異なった形式の模式図にて、示しており、ポンプ１８は、ポンプ１４からの吸入通路２８に沿った吸入流と、逆止弁３２を介してコモンレール２０へ通ずる吐出線３０との間に置かれる。この実施形態においては、供給流の高速時制御の圧力調節に於ける高い圧力は調節可能な吸入流絞りに供給燃料を通すことにより達成される。特に、比例制御ソレノイド弁４４は、供給燃料溜め４８から通路４６を介した流れを受け入れるよう配置され、これにより内部装填回路６０に於ける燃料圧力に影響を及ぼす。（知られているように）ボンピングシュー５４を介してポンプ駆動軸５６によって作動される複数の放射方向ピストン５０は、ポンピングチャンバへ供給燃料を供給するためのピストン壁に流れオリフィス５２を含んでいる。各々のピストンは、ポンプ内に送出された燃料量を吐出通路３０を通してレール２０ヘ送出すべく高圧回路５８へ圧送する。エンジン速度が高い場合に、比例ソレノイド４４と校正されたオリフィス５２の組み合わせによってレール内の圧力を一定に保つべく必要な調節された燃料量が提供されるということは理解されるであろう。
【００２２】
低速作動中における制御のために、図１に示されているものに相当する質量制御弁３６が、燃料を低圧にて間欠的に再循環するべく、低圧の吸入通路２８へ接続されるとともに、逆止弁３２の上流にて高圧回路５８へ接続される。又、逆止弁３２の下流の吐出通路と低圧の供給通路２８の間に超過圧力安全弁４０が接続されていることが示されている。
【００２３】
図３は、好ましいポンピングプランジャ若しくはピストン組立体５０の詳細を示しており、バネにより付勢された逆止弁６８の制御の下でポンピングチャンバ６６に通ずる通路６４が設けられ、ピストン壁には、関連したオリフィス５２が設けられている。吸入逆止弁６８の上流における各々のポンピングプランジャについての吸入流路は、校正されたオリフィス５２によって制限され、最大（定格）速度におけるＷＯＴ量の直上の燃料量の装填のみ許す。好ましいシューは、高圧制御作動モードに於ける部分的装填の実行中に、ピストンの有効領域に作用しピストンの戻しバネ力に対抗するピストンの吸入口を横切る圧力降下（調量オリフィスと吸入逆止弁に於ける開口圧力）によって生ずる第一の要素による問題に対処するよう構成される。もしシューが偏心駆動部から過度に長い距離にて分離されると、シューは、ずれて、ピストン上のブルとの係合が緩み、ポンプハウジングと軸との間のギャップへ液圧的な力がかかり、脱離し、その結果、ポンプに破滅的な損傷が生ずる。シュー５４は、突出した分割されたリムの如きものを有し、リム等は、ピストン孔内にシューを保持し、シューの軸線方向運動によって惹き起こされる液圧的な力を最小にする複数の分離された案内要素を形成する。分離された案内要素（構築）の結果として、シューは、ポンピング孔（即ち、ポンピングチャンバ装着孔）内で案内され、これにより、シューが装着孔から離れることが阻止されるだけなく、偏心駆動部が全回転する間にピストンの端部に於けるボールがそのソケットを見つけることが確実となる。
【００２４】
不完全な装填により、ポンプのポンピング特性は、典型的な連続的な（重畳した）様相（図４及び５）から一回転当たり三つの別々のポンピング動作（図６−１２）に変化することとなる。速度が上昇した場合に於いて、噴射頻度が高くなることにより、要求ソレノイド弁は、全てのその他の噴射動作と同期しなければならず、その結果、ポンプの一回転当たり三つの制御イベントが生ずる。図４に於いて、三つのプランジャの各々の作動は、曲線７０、７２及び７４によってそれぞれ示されている。組み合わされたポンピング流量（ポンプの吐出し量）は、曲線７６により示され、平均のポンピング流量は、曲線７８により示されている。始動時のポンピングは、０度にあり、ポンプ出力は、約１０００ｍｍ³／回転である。始動時のポンピングは、ポンピングピストンの吸入オリフィスの大きさ（図３の５２参照）と速度によって決定される。図４に示されている関係は、全エンジン速度に於ける非制限の吸入流（例えば、０．０９の直径の通路）と、エンジン速度が低い場合（例えば、２４００ｒｐｍまで）の制限された流れ（例えば、０．０３の直径のオリフィス）を示す。
【００２５】
中低速に於ける低圧のバイパスが、図５に例示されている。図５において、スパイク８０は、制御弁３６（図１参照）が閉じられている期間に於けるコモンレールへ送出可能な瞬間的なポンピング流量を組み合わせたものを示しており、サイクルの残りの期間において、制御弁は開けられ、ポンプの吐出流は、低圧にて再循環される。等価な吸入流直径は、０.０３であり、これは、図５に描かれている低速時制御作動中において制限されていない。線８２に於いて示されている平均的なポンピング流量は、１５７ｍｍ³／回転である。この制御方式は、全ての又は全ての他の噴射作動に同期される。この方式の主な利点は、１０００ＲＰＭ以下に於いてデューティサイクルの１％の変化が１０から１００％までポンプ出力を変更してしまう吸入調量方式と異なり、最低の速度まで制御可能であることである。
【００２６】
もし開弁の開始が各々のポンピングチャンバのポンピング作動の自然な終了時と一致するように、ポンプのタイミングがエンジンに対して定められているとすると、同一のスピル弁がポンプ作動中の二つの異なる制御方式に於いて用いることができる。
【００２７】
最高速度に於ける予スピル制御が図６−９に例示されている。図６は、６０００ｒｐｍに於けるポンプの自然な特性を示す。図７−９に於いては、予スピルの結果として、燃料が完全に装填されないプランジャ番号１に関連したポンピング流量は、０から１０６度まで回転する間には燃料が圧送されず、圧送が約１０６度に開始され１８０度にて終了するようになっている。同一のパターンは、曲線７２にて示された第二のピストン及び曲線７４で示された第三のピストンについても明らかである。平均のポンピング流量は、線８４にて表され、ポンプ出力は、約４２１ｍｍ³／回転となっている。等価な吸入流直径は、０．０３である。図７は、ポンピング動作の自然な終了に同期されるようバイパス弁の開弁の位相が調整されていること（整相）を示す（図６も示されている。）。ＷＯＴ作動中において、ソレノイド弁は、閉弁されたままの状態に保持されていてよく、もしそれが過剰な熱の発生により可能でなければ、制限された装填動作により決定される自然なポンピングサイクルより僅かに長いデューティサイクルにて作動されてよい。もう一つの態様は、自然なポンピングサイクルの開始を延長し、スピル弁を、より短いデューティサイクルにて動作することであり、これにより、閉弁がポンプ出力を決定する。
【００２８】
図８は、図７と同様であるが、ポンプ出力が６０００ｅｒｐｍに於ける部分負荷に対応する１８２ｍｍ³／回転となるようにバイパス弁の整相がなされている。図７及び図８の如く、バイパス弁の整相に於いて、図７のバイパス弁の流れ（ＷＯＴ）に比して、図８のバイパス弁の流れ（部分負荷に対応する）が長期間であることが理解される。図９は、図８と同様であり、バイパス弁の流れが更に長期間に亙り、６０００ｅｒｐｍに於ける高アイドルに対応する６０ｍｍ³／回転のポンプ出力を生ずるようバイパス弁の整相が為される場合が示されている。この場合、不要な燃料は、高圧が発生する前に、ポンピングチャンバからスピルされる（例えば、図３の６６）。
【００２９】
図７、８及び９の小さいグラフに例示されたバイパス弁の整相と、特定の速度に於ける最大のポンプ出力との関係は、図１４に関連して以下に述べる複合的なグラフに例示されている。
【００３０】
熱排出が低減されることに加えて、追加的な非常に重要な利点がある。即ち、スピル弁の閉弁中に、圧力が漸増し、このことにより、制限された装填の間に生成される蒸気キャビティが、高圧のポンピング作動が始まる前に、低圧にて破裂し、その結果、雑音が低減され、キャビテーション浸食が抑えられるということである。好ましくは、スピル弁の排出流路は、加圧されたポンプの燃料溜め（典型的には４から５バール）へ通ずる。スピル弁が完全に閉じられるまで、ポンピングチャンバからの燃料の逆流があり、この流れを確立するためには、ポンピングチャンバ内の圧力は、燃料溜め圧力より高くなければならない。また、スピル弁は、漸増する圧力の作用を受けて閉じ、これにより、閉弁は、より低い磁力で潜在的に早いか又は同一の速度が達成される。開弁がポンピング動作の自然な終了の後のみに生じることにより、デューティサイクルを、延長したり、遅延したりすることが、容易に制御可能な態様で、最高速度であっても可能となる。更に、ピストンがＴＤＣに到達すると共にポンピング動作が既に終了しているので、ソレノイド弁の開弁速度は、それらの高いエンジン速度には、関連がない。かくして、ソレノイド弁は、より弱い戻しバネを用いることにより閉弁動作のために最適化することができ、或いは、磁力が概ね低減され、その結果、ソレノイド弁とそれに関連する制御回路を、より小さく且廉価なものとすることができる。
【００３１】
速度の低下に伴うポンピング流量の特性が図１０−１３及び４に示されている。速度が低減すると、ポンプが供給し得る最大の燃料量が増大し、図１３に示されている特性となる。例えば、２４００ＥＲＰＭより低い速度に於いて、装填に於ける制限はなく、ポンプは、最大燃料量を供給できることとなる。かくして、クランキングに於いて、最大の必要とされる燃料量が保証される。
【００３２】
図１３に於いて、或る特定のエンジン回転数（例えば、６０００ｅｒｐｍ）に於いて最大出力点を有し或る低いエンジン回転数に於いて最大トルクを有するエンジンについて、本発明の制御方式は、０から概ね最大トルクを発生するエンジン回転数までのエンジン速度において、制限されない装填を実行し、その後、最大トルクを発生するエンジン回転数からＷＯＴのエンジン回転数までの間に、次第に制限される装填を実行するといった一般化が可能となる。このことは、図１３に基づいて言い換えるならば、ＷＯＴに対応するポンピング流量について、ＷＯＴに於けるエンジン回転数の概ね半分までは、ポンプの装填は、低速時制御方式のために制限されず、より高いエンジン回転数に於いては、ＷＯＴまで、装填は、徐々に制限される。エンジン速度が０から約７０００ｅｒｐｍまで変化する典型的な実行例において、制限されない装填作動から制限された装填作動への遷移は、２０００−４０００ｒｐｍの範囲に於ける或るエンジン回転数に於いて起きることとなる。好ましくは、制限された装填は、最大トルク点に対応するエンジン回転数の僅かに下のエンジン回転数にて始まる。例として、６０００ｅｒｐｍに於いて最大出力点を有し３０００ｅｒｐｍに於いて最大トルク点を有するエンジンについて、非制限装填から制限装填への遷移は、約２６００ｅｒｐｍにて起きる。
【００３３】
例えば、図７、８及び９に示されている整相に基づいて、図１３に示されている如き要求制御が高速にて実行される態様は、図１４を参照して、よりよく理解される。図１４は図８に示されている状態に対応する。曲線７０、７２及び７４は、図６−９に示されている対応する曲線７０、７２及び７４、即ち、６０００ｒｐｍのエンジン速度に於ける各々のピストンの最大瞬間ポンピング流量に対応する。特に、曲線７２は、８６にて示されている如く、最初のポンピング動作の開始（装填動作の終了の際にポンピングチャンバに存在する燃料量によって決定される）が２４０度より低い回転角にて始まり、８８にて示されている如く、３００度の回転角にてポンピング動作の終了（即ち、ピストンが上死点にある。）までの曲線に続く。早期の、素早い開弁に対応する、９０にて示されたパターンによるバイパス弁の作動によって、制御弁の流面積のパーセント９２は、０に始まり、急激に１００％まで上昇し、そこにおいて軸が実質的な角度を回転する間止まり、その後、約２４０度の回転角にて急速に０まで降下する。燃料は、制御弁が実質的に閉じられるまでポンピングチャンバ内にて高度に加圧されず、従って、９４にて示されたポンピングの実際の開始は、弁が閉じる回転角に概ね対応する。この例における約１８０度の回転角に於ける開弁の開始が前に動いたピストン７０のポンピング動作の終了に対応するということは理解できるであろう。同様に、弁は、回転角が約２４０度から約３００度の間、閉じられる。次の開弁曲線の最初の上昇は、８８に於けるピストン７２のポンピング動作の終了に対応する約３００度の回転角にて始まる。この特定の例から、制限されない吸入装填による６０００ｅｒｐｍに於ける平均ポンピング流量は、図６に於ける線８４にて示されている如く、約１.３ｍｍ³／度である（図７−９に示されているものと同一の流量）であるのに対し、制限された装填により、部分的にのみ高い圧力のポンプ出力は、平均ポンピング流量９６により示されている如く、０.６ｍｍ³／度以下である。
【００３４】
又、図１４は、線９８により示されている如く、バイパス弁の開弁の遅延及び速度の低減の効果を例示している。かかる線によれば、開弁は、曲線９０によって示されている開弁に比して数度遅れ、この遅れによって、又、８８に於けるポンピング点の終了の数度後に、弁が開けられることとなる。又、開弁は、より遅い速度にて行われ、曲線９０に示されている角度よりも遅い角度にて完全な流量（１００％）が達成される。言うまでもなく、閉弁は、曲線９０にて示されているものと同一の閉弁スロープに従う。図７、８及び９に於けるバイパス弁の整相曲線と比較して理解される如く、バイパス弁の作動曲線の形の変化は、利用可能なバイパス流路がなく、ポンピングチャンバが燃料の「固い」スラッグを有する時間に影響する。かくして、制御弁の作動を変更することにより、ポンピング流量の曲線の形状が修正され、図１０−１２に示されている如き更なる関係と組み合わされて、図１３に表されている高速時の制御挙動を生ずる。
【００３５】
ここに記載されている好ましい実施形態について本発明の変更は、添付の特許請求の範囲の概念及び範囲に含まれるということは理解されるべきである。例えば、レール圧力に基づいた閉ループモードによる作動も可能である。この場合において、弁は、一定の閉弁及び可変の開弁にて作動する。高速時における制限された供給は、例えば、ピストン壁に於ける予調量、比例ソレノイド、調節可能な流れ絞り、燃料タンクへの予スピル又はポンプの吸入口への予スピルによって達成可能である。
【００３６】
これらの方法の全ては、潜在的に、複合的な制御方式に於いて用いることができるが、有効性について種々の程度があり、いくつかの制限を受け得る。
【００３７】
ピストン壁に於ける校正されたオリフィスによる予調量が、複合的な制御方式の実行のために必要なポンピング動作の分離を達成するのに最も良い方法である。比例ソレノイドは、装填圧力を制御するのに用いることができるが、分離された装填回路を必要とする。かかる分離された装填回路は、ポンピングピストンの校正されたオリフィスに通ずる比例ソレノイド弁の排出路及び通路から成っており、二つの理由から必要とされる。（１）ポンプの燃料溜めに於いて十分な圧力レベルを維持し、これにより、有害な蒸気キャビティの形成を阻止するため（摺動要素と、温度上昇と磨耗を生ずる摩擦の潤滑）及び（２）複数のポンピングチャンバに於ける燃料装填量の分布を均一にするため。そして、高速時のポンプの出力は、装填圧力を修正することにより、即ち、吸入調量により制御される。しかしながら、低速時に低い出力を信頼性よく制御することは難しい。ポンプ出力を決定する制御パラメータは装填圧力であり、従って、同一の効果が供給ポンプ（タンク内のポンプ）の圧力の調節によっても達成される。
【００３８】
吸入回路に於ける低圧比例ソレノイドは、信号の分解能が過剰に粗いため（１％の信号の変化＝９０％の出力変化）、中間の速度及び高速に於いてのみポンプ出力を有効に制御できる。レール圧力を制御する高圧回路に置かれた比例ソレノイドは、エネルギー効率が低いが、低速時に於いては、全体のエネルギーレベルが低く、高速時に於いては、エネルギーレベルは、装填を制限することにより低減され、かくして、この制御方式は、実行可能であるばかりでなく、熱排出が許容可能な限界内である限り望ましいと言える。
【００３９】
上記の如く、複合的な制御は、中速及び高速時に於けるピストンの校正されたオリフィスによる装填の制限により既に低減されたポンピングチャンバの含有量の部分的な予スピルを含み、低速時に於いては、同一の作動指令により、低圧のバイパスがなされ、高速時（３０００、４０００、５０００及び６０００ｒｐｍ）に於ける遅延されたスピル弁の閉成と、低速時（０−２４００ｅｒｐｍ）に於ける間欠的な閉弁及び開弁を特徴とする。タイミングの調整は、低速時の方式における噴射イベント間の低圧の再循環を実行する同一のパルス作動されるソレノイドが、高速時の方式における予スピル供給制御のために、ポンピングサイクルの間に於いて制御弁を作動してポンピングピストンの装填チャンバへの低い圧力の供給燃料量を調節し、ポンプから吐出された燃料の全てをコモンレールへ送出することにより用いられるよう行うことができる。
【００４０】
低圧のバイパスの場合に、個々のポンピングチャンバの出力は重畳するので、予スピルと後スピルとを区別することは難しく、これにより、ポンピングの開始とポンピングの終了とを（ポンプの全体的な点から）識別することは不可能である。各々のポンピングチャンバの開始と終了とを考えることは可能であるが、全てのチャンバは、接続され、単一のオン−オフソレノイド弁によって制御されるので、弁の間欠的な閉成及び開成を参照することが、より適切であり、それは任意の時間に（ランダムに）が実行されてよい。しかしながら、ポンピングの均一性及びレール圧力の脈動においては、制御イベントを自然なポンピング流量特性に同期することが有利である。
【００４１】
しかしながら、校正されたオリフィスによる吸入の制限により、ポンピング流量特性は、連続的な（重畳した）ポンピング動作から三つの区別しうる分離された（高速なほど顕著となる）ポンピング動作に変化する。ポンピング動作は、圧縮行程中に於いて、次の条件が同時に満たされるとすぐに始まる。即ち、ポンピングチャンバに固い燃料のみが存在する状態でピストンがＴＤＣに向かって運動し且スピル弁が閉じられたままである状態のとき。スピル弁の閉成を遅らすことにより、出力は、ポンプの燃料溜め又はタンクへ戻される予めスピルされる燃料量の分だけ低減される。これらのいずれの方式が最終的に実行されるかは、ポンピング中に生ずる熱の量が耐え得るものか否かに依存することとなる。
【００４２】
ピストンがＴＤＣに到達するとすぐにポンピングは終了し、これにより、ソレノイド弁がそのとき閉じられているかは、問題とならない。出力が低減された作動中において、スピル弁は、初期の圧縮行程に於いて開いていなければならず、従って、開弁動作は、ポンピングの終了と圧縮行程の開始の間のいつかに生じるべきであるが、正確な開弁速度は、厳密でなくてよい。ポンピング動作は既に終了しており、後スピルは行われないので、そのときの開弁は、弁座を跨いで作用する流体的な力が弁を閉じようとするので、「本当の」スピル動作に比して、早くなりがちである。更に、ソレノイド弁の一端に置かれた低圧のチャンバを離れようとするスピルされた燃料の大きな体積により、スピル動作時に弁を再閉弁しようとする圧力の増大が生ずる。
【００４３】
間欠的なバイパス作動は、ポンピング動作間にソレノイド弁をパルス作動することにより、例えば、周期的に完全にソレノイド弁をパルス作動するか、噴射イベントに部分的に同期することにより（全てのイベント毎に、全ての他のイベント毎に、全ての第三又は第四の噴射イベント毎になど）達成される。かかる半分の同期によれば、レールに於いて、僅かに高い圧力変動（二段階）とＷＯＴ作動に於いて高い圧力の脈動（ポンピングイベント中に、完全な同期の場合に比して、二倍の燃料が供給される）が生ずるが、利用可能な短い時間に、特に高速時に、レールを完全に再充填すること（内部の高圧回路に於ける引き出しと再加圧による非効率）は困難であるか不可能であるので、望ましい。
【００４４】
予スピルと後スピルという語は、カムの輪郭に関連したスピル動作のタイミングに関連している。予スピルは、基本円からのカムの輪郭に従って、スピル弁がピストンの運動中の初期の部分に開いたままにされるときに用いられる語である。このことは、スピル動作がポンピング動作に先行し、ポンピング動作の開始がスピル弁の閉成に一致することを意味する。ポンピング動作は、ピストンがＴＤＣに到達すると終了する。後スピルの語は、ポンピング動作がすぐに（ピストンがＢＤＣからＴＤＣまで移動し始めてすぐに）開始し、ポンピング動作がスピル弁の開弁により（例えば、カム突起上のヘルツ応力を低減するために）終了したときに用いられる。この場合、スピル動作は、ポンピング動作に続き、これにより、後スピルと呼ばれる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】図１は、本発明の好ましい実施形態を組み込んだ燃料送出システムの模式図であり、低速時作動中に於いて、ソレノイド制御弁が低圧にてポンプから吐出された燃料を間欠的に再循環し、高速時作動中に於いて、ポンピングチャンバへの供給燃料の送出が流れ制御オリフィスによって調節される。
【図２】図２は、修正された制御スキームを実行するための高圧ポンプの模式図であり、低速時作動中においては、ソレノイド弁が低圧にてポンプから吐出される燃料を間欠的に再循環し、高速時作動中においては、ポンピングチャンバへの燃料送出が校正された流れ制御オリフィスと比例ソレノイド弁との組み合わせによって調節される。
【図３】図３は、図１及び図２のいずれの実施形態においても使用可能なポンピングプランジャの構成の断面図であり、ポンピングプランジャの壁には流れ制御オリフィスが組み込まれている。
【図４】図４は、ポンプ駆動軸の回転角の関数として示された、三つのポンピングプランジャの各々についての瞬間的なポンピング流量と、それらを組み合わせたポンピング流量と、平均ポンピング流量とを示すグラフであり、ポンピング流量は０から２４００ｅｒｐｍまでの低速作動において約１０００ｍｍ³／回転のポンプ出力を発生する。
【図５】図５は、図４と同様のグラフであるが、約１３％のデューティサイクルにて噴射イベント間に付勢されるソレノイド弁による低圧における間欠的な再循環の作用が重ね合わされており、ポンプの高圧出力が約１５７ｍｍ³／回転まで低減されていることが示されている。
【図６】図６は、高速作動における高圧にて圧送される燃料量の通常のポンピング特性を示すグラフ図であり、そこに於いてスロットルが広く開いた状態で６０００ｅｒｐｍにて作動が行われており、調節制御弁が、１００％のデューティーサイクル（常閉）にて作動し、約４２１ｍｍ³／回転を送出している。
【図７】図７は、図６と同様のグラフであって、スロットルが広く開いた状態で６０００ｅｒｐｍにて、７５％のデューティサイクルで高速用制御弁を作動する効果を示しているが、４２１ｍｍ³／回転の平均ポンピング流量に変化はない。
【図８】図８は、図７と同様のグラフであって、６０００ｅｒｐｍ、３７．５％のデューティサイクルで、部分負荷に相当する約１８２ｍｍ³／回転のポンプ出力を生ずる制御弁の作動を示している。
【図９】図９は、図８と同様のグラフであって、６０００ｅｒｐｍで３３％のデューティサイクルにて作動する制御弁を示しており、６０ｍｍ³／回転のポンプ出力を生ずる。
【図１０】図１０は、図６に示されている６０００ｅｒｐｍでスロットルを広く開いた状態での作動に対して速度を５０００ｅｒｐｍまで低減する４８３ｍｍ³／回転に於けるポンピング流量特性を示す。
【図１１】図１１は、図１０に示されている５０００ｅｒｐｍに対して速度を４０００ｅｒｐｍまで低減する６０６ｍｍ³／回転のポンピング流量特性を示す。
【図１２】図１２は、図１１に示されている４０００ｅｒｐｍに対して速度を３０００ｅｒｐｍまで低減する７９８ｍｍ³／回転のポンピング流量特性のグラフを示す。
【図１３】図１３は、速度の関数としてのポンプ出力を示しており、ポンプ出力は、吸入制限された装填によりエンジン速度の増大とともに低減し、制限された装填は、吸入オリフィス等によって、約３０００ｅｒｐｍのすぐ下にて行われ、これにより、ポンプ出力は、、スロットルが広く開いた状態に対応する６０００ｅｒｐｍのエンジン速度の時の５０％以上低減される。
【図１４】図１４は、図７、８、９に関連したスピル弁の位相と最大ポンプ出力の関係を示す複合的なグラフ図である。

Claims

内燃エンジンのための燃料供給システムに於いて、高圧の、往復動するピストンを有し、エンジンにより駆動される燃料ポンプから前記エンジンのシリンダ内へ燃料を噴射するための複数の燃料噴射ノズルを有する高圧のコモンレールへの燃料量の送出を制御する方法であって、
低エンジン速度時のポンプ作動と高エンジン速度時のポンプ作動とに対応する少なくとも二つの制御方式を確立することと、
低速時作動のための制御方式に於いて、前記ポンピングピストンへ調節されない低い圧力の燃料を供給し、前記ポンピングピストンと前記コモンレールとの間の位置にて前記ポンピングピストンから吐出された過剰な燃料を前記ポンピングピストンの上流の前記燃料供給システムにおける比較的低圧の場所へ分流することと、
高速時作動のための制御方式に於いて、前記ポンピングピストンにより加圧される低圧の供給燃料量を調節し、前記ポンピングピストンから吐出される全ての燃料を前記コモンレールへ送出することと
を含む方法。
請求項１の方法であって、高速時作動に於いて、前記ポンピングピストンにより加圧される低圧の供給燃料量の調節が、前記供給燃料を調節可能な吸入流絞りに通すことにより達成される方法。
請求項２の方法であって、前記吸入流絞りが比例ソレノイド弁により作動される方法。
請求項１の方法であって、高速時作動に於いて、前記ポンピングピストンにより加圧される低圧の供給燃料量の調節が、供給燃料の幾分かを予スピルすることにより達成される方法。
請求項４の方法であって、前記予スピルがソレノイド弁によって達成される方法。
請求項５の方法であって、低速時作動に於ける過剰な燃料を分流することには、噴射動作に同期して前記ソレノイド弁をパルス作動することが含まれる方法。
請求項１の方法であって、低速時作動に於いて、前記ポンピングピストンから前記燃料供給システムにおける比較的低圧の場所へ吐出される過剰な燃料を分流することが噴射動作間の時間に於いて制御弁を開き前記燃料を分流することにより達成される方法。
請求項７の方法であって、前記制御弁の開弁が、複数のサイクルに於いて前記ノズルのいずれもが前記エンジンへ燃料を噴射していないときにソレノイド弁をパルス作動することにより達成される方法。
請求項７の方法であって、一方向逆止弁が前記ポンピングピストンと前記コモンレールとの間に置かれ、過剰な燃料を分流するための前記ポンピングピストンと前記コモンレールとの間の場所が前記ポンピングピストンと前記逆止弁との間である方法。
請求項９の方法であって、前記燃料供給システムが、燃料タンクと該燃料タンクから低圧のポンプ吸入通路への低圧燃料供給線を含み、前記過剰な燃料が前記低圧供給線へ分流される方法。
請求項９の方法であって、前記燃料供給システムが、燃料タンクと該燃料タンクから低圧のポンプ吸入通路への低圧燃料供給線を含み、前記過剰な燃料が前記低圧供給線へ分流される方法。
請求項１の方法であって、低圧燃料量を調節することには、校正されたオリフィスに前記燃料を通すことが含まれる方法。
請求項１の方法であって、前記エンジンが最大出力に対応する速度と、最大トルクに対応するより低いエンジン速度とを有し、前記高速時制御が、最大トルクに対応する前記速度よりも高い全てのエンジン速度に於いて実行される方法。
請求項１の方法であって、前記エンジンが最大出力に対応する速度と、最大トルクに対応するより低いエンジン速度とを有し、最大トルクに対応する前記速度よりも高い速度の実質的に全てに於いて、低圧の燃料を調節することには、ポンピング流量がエンジン速度とともに単調に低減するようエンジン速度とともに供給時の流れの絞りを増大することを含む方法。
請求項１の方法であって、前記エンジンがスロットルを広く開いた状態に対応する速度を有し、低速時制御方式が前記スロットルを広く開いた状態に対応する速度の約半分までのエンジン速度に対して実行され、前記スロットルを広く開いた状態に対応する速度の約半分の速度よりも高い速度に於いて、高速時制御方式により、前記ポンピングピストンへの供給流が、増大するエンジン速度とともに次第に制限される方法。
請求項１の方法であって、スロットルを広く開いた状態に対応するエンジン速度が少なくとも約６０００ｒｐｍであり、前記高速時制御方式が前記ポンピングピストンへの供給流を制限するべく開始される速度が約２０００‐４０００ｒｐｍの範囲のエンジン速度に於いて生ずる方法。
請求項１６方法であって、制限されていない装填から制限された装填への遷移が約２６００から３０００ｒｐｍの範囲のエンジン速度にて生ずる方法。
燃料タンクと、往復動するピストンを有しエンジンにより駆動される燃料ポンプの吸入通路へ低い圧力の燃料を送出する低圧燃料供給線とを有する内燃エンジンにして、前記ピストンが、装填相に於いて前記吸入通路へ流体的に接続された装填チャンバから燃料を受け取り、吐出相に於いて前記エンジンのシリンダへ燃料を噴射するための複数の燃料噴射ノズルを有するコモンレールへ高圧の燃料を送出するための吐出線へ高圧の燃料を吐出し、前記ピストンと前記コモンレールとの間の前記吐出線に一方向逆止弁が配置され、前記ピストンと前記逆止弁との間に作動的に接続され、前記ピストンから吐出された過剰の燃料を前記ポンプの吸入通路へ分流する制御弁が設けられているエンジンのための燃料供給システムに於いて、前記コモンレールへの燃料量の送出を制御する方法であって、
低エンジン速度時のポンプ作動と高エンジン速度時のポンプ作動とに対応する少なくとも二つの制御方式を確立することと、
低速時作動に於いて、前記ピストンの装填チャンバへ調節されていない低い圧力の燃料を供給し、前記ピストンと前記コモンレールとの間の場所にて、前記ピストンから吐出された過剰な燃料を前記ポンプの吸入通路へ分流するためにノズルの噴射動作の間に前記制御弁を作動し、これにより、前記ポンプに於ける間欠的な低い圧力の再循環を確立することと、
高速時作動に於いて、ピストンの吐出動作の間に前記制御弁を作動し、前記装填チャンバへの低圧の供給燃料量を調節し、前記ピストンから吐出された燃料の全てを前記コモンレールへ送出することと
を含む方法。
請求項１８の方法であって、前記制御弁の開弁の開始時間が、各々のピストンの吐出の完了に一致するよう定められている方法。
請求項１８の方法であって、前記ピストンの吐出動作の間に於ける前記制御弁の作動により、前記ポンプの吸入通路から前記装填チャンバへの低圧の燃料の流れを停止するべく弁が閉じられる方法。
請求項１８の方法であって、前記吸入通路に流れ制御オリフィスが設けられ、前記低速時制御方式に於いて供給量が調節されず、前記高速時制御方式に於いて、前記制御オリフィスが供給流を最大（定格）エンジン速度に於いてスロットルを広く開いた状態に対応する流量に等しいか又は僅かに大きい流量に制限する方法。