JP2010535977A - 燃料インジェクタ及びその制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の内燃エンジン用燃料インジェクタは、インジェクタ本体と、インジェクタ本体内に形成された、インジェクタの使用時に高圧燃料を収容する燃料供給通路と、使用時に通路内の燃料の圧力を計測するための圧力センサとを含み、圧力センサは、インジェクタ本体内に配置されており、使用時に通路内の燃料から分離されている。本発明の燃料噴射方法は、燃料の圧力を計測することによって液圧挙動分布を形成する工程と、この液圧挙動分布を使用し、噴射イベント中のインジェクタ内の燃料圧力を予測する工程と、制御信号を燃料インジェクタに供給して、噴射イベント中に噴射される燃料の量を予測燃料圧力に従って制御する工程とを含む。噴射イベント中の燃料圧力を予測することによって、噴射イベント中に送出される燃料を正確に制御できる。
【選択図】図4
Description
燃料レール圧力センサ38は、燃料温度センサと組み合わせてもよい。ECU34は、出力信号によって、高圧ポンプ26の入口に設けられた計量流量バルブ40、レール圧力制御バルブ42、及び個々のインジェクタ30の制御バルブを作動する様々なアクチュエータの制御を行う。
本発明のこの特徴により、例えば、所望量の燃料を送出するために必要とされる噴射イベントの持続時間に亘って正確な値を決定するために「圧力−時間」原理内で予測燃料圧力特性を使用できる。この目的のため、本発明は、公称燃料噴射要求を補正する方法において、燃料圧力特性を上文中に説明したように予測する工程と、噴射イベント中の予測された燃料圧力特性に基づいて補正ファクタを計算する工程と、補正ファクタを公称燃料噴射要求に適用し、噴射イベント中の燃料圧力の変化を補償する工程とを含む、方法を提供する。公称燃料噴射要求は、例えば、燃料インジェクタの燃料圧力特性が、インジェクタの上流のアキュムレータ内の燃料の公称圧力と等しい一定の圧力である場合、所望量の燃料を送出するのに必要とされる燃料噴射イベントの持続時間を含む。
方法は、記憶された補償オフセット、例えば燃料センサの出力におけるエラーを漸次補正するための所定の値を検索する工程を含んでいてもよい。別の変形例では、方法は、燃料圧力センサの平均出力と基準値との間の差を計算する工程と、差を燃料圧力センサの出力に補正オフセットとして適用する工程とを含む。この場合、方法は、更に、補償オフセットを記憶する工程を含む。
インジェクタ本体に設けられた圧力センサは、任意の適当な種類であってもよい。例えば、本出願人の米国特許第7,234,361号及び第7,146,866号又は本出願人の米国特許出願第2006/0016277号に記載された種類のうちの任意のセンサと対応する磁歪センサが設けられていてもよい。出典を明示することにより、これらの文献に開示された全ての内容は本明細書の開示の一部とされる。センサのコアをインジェクタ本体と一体化してもよいと考えられる。
図7は、本発明による燃料噴射システム150を示す。燃料噴射システム150は、上文中に説明した燃料圧力センサが各燃料インジェクタ152に一体に設けられており、ECU154が各燃料インジェクタ152の圧力センサから信号を受け取ることを除き、図1に示す従来のシステムと同様である。
インジェクタ152の供給通路内の燃料の圧力についての値を得るため、インジェクタ152の圧力センサからの出力信号をECU154によって評価する。ECU154には較正曲線が記憶されており、この曲線が、圧力センサからの信号の値を供給通路内の燃料圧力についての対応する値と関連付ける。
較正曲線を得るための別の方法を図8に示す。図9は、図8の方法を実施するのに適した装置を示す。この場合には、センサ特性又は較正曲線は、個々のインジェクタ152を、その製造後に、例えば、流体供給装置412によって既知の流体圧力を供給通路に加え(図8の工程400)、インジェクタ152の圧力センサ158の出力値を計測し(図8の工程402)、データレコーダー414を使用して出力値及び流体圧力をセンサ特性として記録する(図8の工程404)ことによって、得られる。次いで、圧力センサ158の別の出力値の計測及び記録を行うため、供給通路内の流体圧力を別の既知の値に対して調節する(図8の工程408)。所定数の構成値が記録された後(図8の工程406)、エンコーダ416を使用してセンサ特性をエンコードする(図8の工程410)。
Claims (57)
- 内燃エンジン用燃料インジェクタ(46)において、
インジェクタ本体(50)と、
前記インジェクタ本体(50)内に形成された、前記インジェクタ(46)の使用時に高圧燃料を収容する燃料供給通路(66、110)と、
使用時に前記燃料供給通路(66、110)内の燃料の圧力を計測するための圧力センサ(64)とを含み、
前記圧力センサ(64)は、前記インジェクタ本体(50)内に配置されており、使用時に前記燃料供給通路(66、110)内の燃料から分離されている、燃料インジェクタ。 - 請求項1に記載の燃料インジェクタにおいて、
前記燃料供給通路(66、110)は、少なくとも部分的に前記インジェクタ本体(50)の壁(68)によって形成されており、前記圧力センサ(64)は、前記燃料供給通路(66、110)内の燃料から前記壁(68)によって分離されている、燃料インジェクタ。 - 請求項1又は2に記載の燃料インジェクタにおいて、
前記圧力センサ(64)は、使用時の前記燃料供給通路(66、110)内の燃料の圧力により生じる、この燃料圧力と関連した、前記インジェクタ本体(50)に加わる歪みを計測する、燃料インジェクタ。 - 請求項1、2、又は3に記載の燃料インジェクタにおいて、
前記インジェクタ本体(50)には、前記圧力センサ(64)を収容する圧力センサキャビティ(60、78)が形成されており、前記圧力センサキャビティ(60、78)は前記燃料供給通路(66、110)から分離されている、燃料インジェクタ。 - 請求項4に記載の燃料インジェクタにおいて、
前記圧力センサキャビティ(60)は、前記インジェクタ(46)のアクチュエータ用の電気接続部を収容する、燃料インジェクタ。 - 請求項4又は5に記載の燃料インジェクタにおいて、
前記インジェクタ本体(50)には、更に、アクチュエータキャビティ(58)が形成されており、前記圧力センサキャビティ(60、78)は前記アクチュエータキャビティ(58)と連通している、燃料インジェクタ。 - 請求項4、5、又は6に記載の燃料インジェクタにおいて、
前記圧力センサキャビティ(60、78)は、前記インジェクタ(46)の側部から内方に延びている、燃料インジェクタ。 - 請求項4、5、又は6に記載の燃料インジェクタにおいて、
前記圧力センサキャビティ(60、78)は、前記インジェクタ(46)の端部から内方に延びている、燃料インジェクタ。 - 請求項4乃至8のうちのいずれか一項に記載の燃料インジェクタにおいて、
前記圧力センサキャビティ(60、78)は、前記圧力センサと電気的に通信する電子式モジュールを収容する、燃料インジェクタ。 - 請求項1乃至9のうちのいずれか一項に記載の燃料インジェクタにおいて、
前記燃料供給通路(66、110)及び前記圧力センサ(64)は、夫々、長さ方向中央軸線を形成し、これらの軸線が実質的に交差する、燃料インジェクタ。 - 請求項1乃至10のうちのいずれか一項に記載の燃料インジェクタにおいて、
前記燃料供給通路(66、110)は、拡径断面積部分を含み、前記圧力センサ(64)は、前記燃料供給通路(66、110)の前記部分と整合する、燃料インジェクタ。 - 請求項1乃至11のうちのいずれか一項に記載の燃料インジェクタにおいて、
前記インジェクタ本体(50)には、外壁及び前記燃料供給通路(66、110)を中心として前記外壁とは反対側の内壁が形成されており、前記圧力センサ(64)は、使用時に、前記燃料供給通路(66、110)内の燃料から前記内壁によって分離されている、燃料インジェクタ。 - 請求項1乃至12のうちのいずれか一項に記載の燃料インジェクタにおいて、
前記圧力センサ(64)の面(88)は、前記燃料供給通路(66、110)の壁と平行に延びる、燃料インジェクタ。 - 請求項1乃至13のうちのいずれか一項に記載の燃料インジェクタにおいて、
前記インジェクタ(46)は細長く、長さ方向軸線を形成し、前記圧力センサ(64)は、前記インジェクタの長さ方向軸線と実質的に平行に延びる前記燃料供給通路(66、110)の壁と協働する、燃料インジェクタ。 - 請求項1乃至13のうちのいずれか一項に記載の燃料インジェクタにおいて、
前記インジェクタ(46)は細長く、長さ方向軸線を形成し、前記圧力センサ(64)は、前記インジェクタの長さ方向軸線を横切って延びる前記燃料供給通路(66、110)の壁と協働する、燃料インジェクタ。 - 請求項1乃至15のうちのいずれか一項に記載の燃料インジェクタにおいて、
前記圧力センサ(64)の面(88)は、前記燃料供給通路(66、110)を形成する壁に当接する、燃料インジェクタ。 - 請求項16に記載の燃料インジェクタにおいて、更に、
前記面(88)を前記壁(68)に押し付けるクランプエレメント(104、128)を含む、燃料インジェクタ。 - 請求項17に記載の燃料インジェクタにおいて、
前記インジェクタ本体(50)にはポート(80)が形成されており、前記クランプエレメント(104、128)は、前記ポート(80)内で前記インジェクタ本体(50)と螺合したプラグである、燃料インジェクタ。 - 請求項17又は18に記載の燃料インジェクタにおいて、
前記圧力センサ(64、82)用の電気接続部は、前記クランプエレメント(104、128)内に収容されている、燃料インジェクタ。 - 請求項17、18、又は19に記載の燃料インジェクタにおいて、
前記圧力センサ(64、82)と電気的に通信する電子式モジュールが前記クランプエレメント(104、128)内に収容されている、燃料インジェクタ。 - 請求項1乃至20のうちのいずれか一項に記載の燃料インジェクタにおいて、
前記圧力センサ(64、82)は、磁歪材料製コアを持つ磁歪圧力センサを含む、燃料インジェクタ。 - 請求項1乃至21のうちのいずれか一項に記載の燃料インジェクタにおいて、
前記圧力センサ(64、82)は、全体にI字形状断面の回転体であるコアを有する、燃料インジェクタ。 - 請求項1乃至22のうちのいずれか一項に記載の燃料インジェクタにおいて、
前記圧力センサ(64、82)は、前記インジェクタ本体(50)と一体のコアを含む、燃料インジェクタ。 - 内燃エンジン用燃料噴射システム(150)において、
複数の燃料インジェクタ(152)と、
使用時に前記燃料インジェクタ(46、108、152)に燃料を供給するように構成されたアキュムレータ(28)と、
使用時に前記燃料噴射システム内の燃料の圧力を計測するための少なくとも一つの圧力センサ(28、64、82)と、
液圧挙動分布を形成し、この液圧挙動分布を使用し、噴射イベント中のインジェクタ内の燃料圧力を予測し、制御信号を燃料インジェクタに供給して、噴射イベント中に噴射される燃料の量を予測燃料圧力に従って制御するため、前記少なくとも一つの圧力センサ(28、64、82)から圧力信号を受け取るように形成された制御ユニット(34)とを含む、燃料噴射システム。 - 請求項24に記載の燃料噴射システムにおいて、
前記制御ユニット(34)は、
前記少なくとも一つの圧力センサ(28、64、82)から圧力信号をサンプリングし、前記液圧挙動分布を形成するように繰り返しプログラムされるプロセッサを含む、燃料噴射システム。 - 請求項24又は25に記載の燃料噴射システムにおいて、
前記制御ユニット(34)は、
液圧挙動モデルを記憶するためのメモリーと、
前記液圧挙動分布を記憶されたモデルに適用し、噴射イベント中に前記燃料インジェクタ(46、108、152)に作用する燃料圧力を予測するようにプログラムされたプロセッサとを含む、燃料噴射システム。 - 請求項24、25、又は26に記載の燃料噴射システムにおいて、
前記少なくとも一つの圧力センサ(28、64、82)は、前記アキュムレータ内の燃料の圧力を検出するため、前記アキュムレータに配置された圧力センサである、燃料噴射システム。 - 請求項24、25、又は26に記載の燃料噴射システムにおいて、
前記複数の燃料インジェクタ(46、108、152)の各々は、その内部の燃料の圧力を計測するための圧力センサを含む、燃料噴射システム。 - 噴射イベント中の燃料噴射システムの燃料インジェクタの燃料圧力特性を予測する方法において、
前記噴射イベント前に前記燃料噴射システム内の燃料圧力特性を計測する工程と、
計測した燃料圧力特性を使用し、噴射イベント中の前記燃料インジェクタの予測燃料圧力特性を決定する工程とを含む、方法。 - 請求項29に記載の方法において、
前記燃料圧力特性は、噴射イベント前に圧力センサに繰り返し呼掛けることによって計測される、方法。 - 請求項29又は30に記載の方法において、
前記燃料圧力特性は、前記燃料インジェクタ内で計測される、方法。 - 請求項29又は30に記載の方法において、
前記燃料圧力特性は、前記燃料噴射システムの前記燃料インジェクタの上流の位置で計測される、方法。 - 請求項32に記載の方法において、
前記燃料圧力特性は、前記燃料インジェクタの上流のアキュムレータ内で計測される、方法。 - 請求項29乃至33のうちのいずれか一項に記載の方法において、
計測された燃料圧力特性を液圧挙動モデルに入力し、前記噴射イベント中の前記燃料インジェクタ内の予測燃料圧力特性を決定する、方法。 - 請求項29乃至34のうちのいずれか一項に記載の方法において、
前記計測された燃料圧力特性は、一連の燃料圧力値を含む、方法。 - 請求項29乃至35のうちのいずれか一項に記載の方法において、
前記予測燃料圧力特性は、前記噴射イベント中の前記燃料インジェクタ内の予測された平均燃料圧力を含む、方法。 - 請求項29乃至36のうちのいずれか一項に記載の方法において、
制御信号を前記燃料インジェクタに供給し、噴射イベント中に噴射される燃料の量を、前記予測燃料圧力特性に従って制御する、方法。 - 実施環境で実施されたときに請求項29乃至37のうちのいずれか一項に記載の方法を実行するように作動できる少なくとも一つのコンピュータプログラムソフトウェア部分を含むコンピュータプログラム製品。
- 請求項38に記載のコンピュータプログラムソフトウェア部分又は各コンピュータプログラムソフトウェア部分を記憶したデータ記憶媒体。
- 公称燃料噴射要求を補正する方法において、
請求項29乃至37のうちのいずれか一項に記載の方法に従って燃料圧力特性を予測する工程と、
前記噴射イベント中の前記予測燃料圧力特性に基づいて補正ファクタを計算する工程と、
前記補正ファクタを前記公称燃料噴射要求に適用し、前記噴射イベント中の燃料圧力の変化を補償する工程とを含む、方法。 - 燃料噴射方法において、
公称燃料噴射要求をエンジン作動パラメータに従って決定する工程と、
前記公称燃料噴射要求を請求項40に記載の方法に従って補正する工程とを含む、方法。 - 燃料圧力センサの出力のエラーを補償する方法において、
前記燃料圧力センサの平均出力を決定する工程と、
前記燃料圧力センサの前記平均出力を基準値と比較する工程と、
前記燃料圧力センサの前記平均出力が、前記基準値から、所定の第1閾値よりも大きく異なる場合に、前記燃料圧力センサの前記出力に補償オフセットを適用する工程とを含む、方法。 - 請求項42に記載の方法において、
記憶された補償オフセットを検索する工程を含む、方法。 - 請求項42又は43に記載の方法において、更に、
前記燃料圧力センサの前記平均出力と前記基準値との間の差を計算する工程と、
前記差を前記燃料圧力センサの前記出力に前記補償オフセットとして適用する工程とを含む、方法。 - 請求項44に記載の方法において、更に、
前記補償オフセットを記憶する工程を含む、方法。 - 請求項42乃至45のうちのいずれか一項に記載の方法において、
前記補償オフセットの適用後、前記燃料センサの平均出力を決定する工程と、
前記燃料圧力センサの前記平均出力を前記基準値と比較する工程と、
前記燃料圧力センサの前記平均出力が、前記基準値から、所定の第2閾値よりも大きく異なる場合に、前記燃料圧力センサの前記出力に更なる補償オフセットを適用する工程とを含む、方法。 - 請求項42乃至46のうちのいずれか一項に記載の方法において、
記憶された基準値を検索する工程を含む、方法。 - 請求項42乃至46のうちのいずれか一項に記載の方法において、
一つ又はそれ以上の更なる燃料圧力センサの平均出力を使用し、前記基準値を計算する工程を含む、方法。 - 実施環境で実施されたときに請求項42乃至48のうちのいずれか一項に記載の方法を実行するように作動できる少なくとも一つのコンピュータプログラムソフトウェア部分を含むコンピュータプログラム製品。
- 請求項49に記載のコンピュータプログラムソフトウェア部分又は各コンピュータプログラムソフトウェア部分を記憶したデータ記憶媒体。
- 圧力センサを持つ、請求項1乃至23のうちのいずれか一項に記載の燃料インジェクタの較正方法において、
前記圧力センサの出力値を計測する工程と、
前記出力値と対応する前記供給通路内の流体の圧力を決定する工程と、
前記出力値と対応する前記流体圧力を前記インジェクタのセンサ特性として記録する工程と、
前記センサ特性をエンコードする工程とを含む、方法。 - 請求項51に記載の方法において、更に、
前記圧力センサの複数の出力値を計測する工程と、
前記複数の出力値の各々について、供給通路内の対応する流体圧力を決定する工程とを含む、方法。 - 請求項51又は52に記載の方法において、
前記供給通路には流体が既知の圧力で供給される、方法。 - 請求項51、52、又は53に記載の方法において、
前記センサ特性を、機械が読み取ることができるデータフォーマットでエンコードする工程を含む、方法。 - 請求項54に記載の方法において、
前記センサ特性をバーコードとしてエンコードする工程を含む、方法。 - 実施環境で実施されたときに請求項51乃至55のうちのいずれか一項に記載の方法を実行するように作動できる少なくとも一つのコンピュータプログラムソフトウェア部分を含むコンピュータプログラム製品。
- 請求項56に記載のコンピュータプログラムソフトウェア部分又は各コンピュータプログラムソフトウェア部分を記憶したデータ記憶媒体。
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