JP2012514160A - 内燃機関のための高動作再現性および高安定性の燃料噴射システム - Google Patents

Abstract

少なくとも１つの燃料電気インジェクタと、１つの電子制御ユニットとを備える、内燃機関のための燃料噴射システム。電子制御ユニットは、エンジンのシリンダにおける燃料噴射段階において、少なくとも、パイロットの燃料噴射を実行するための第１の電気的コマンドと、メインの燃料噴射を実行するための第２の電気的コマンドとを燃料電気インジェクタに提供するように設計されている。第１および第２の電気的コマンドは、メインの燃料噴射（Ｍ）が前記パイロットの燃料噴射に対して途切れることなく開始するように、電気的ドエルタイムにより時間的に離れている。第１および第２のコマンド間の電気的ドエルタイムは、エンジンのシリンダにおける燃料噴射段階でのパイロットおよびメインの燃料噴射において噴射される総燃料量が実質的に一定である、電気的ドエルタイムの範囲に属する。

Description

発明の技術分野

本発明は、内燃機関のための、高動作再現性および高安定性の燃料噴射システムに関連する。

通常、燃料噴射システムは、複数の燃料電気インジェクタを備え、それぞれには、加圧燃料が供給される制御室を備える計量サーボバルブが設けられ、弾性付勢手段を介して、開／閉エレメントにより通常閉じられる燃料アウトレットが設けられている。開／閉エレメントは、燃料を噴射させるための弾性付勢手段に反して作動する電気アクチュエータにより、制御室の燃料アウトレットを開くように操作される。制御室中の燃料圧力は、インジェクタ本体中で軸方向に可動な制御棒に作用し、制御棒は、ネブライザノズル中の燃料噴射孔を開閉するように軸方向に移動可能なネブライザニードルと連動する。

燃料噴射システムはさらに、各燃料噴射に対して、対応する電気的コマンドを電気アクチュエータに供給するようにプログラムされている電子制御ユニットを備えている。対応する電気的コマンドに対する制御棒の動きの時間遅延は、計量サーボバルブの開／閉エレメントに作用する付勢手段の予荷重と、制御室の体積と、それについての燃料インレットおよびアウトレットのセクション間の比とに依存する。

エンジンの性能を向上させるために、ＥＰ１６５７４２２およびＥＰ１７９５７３８から、燃料噴射システムは、（エンジンのスピード、負荷、冷却液温度などに基づく）予め定義されたエンジン動作条件において、電子制御ユニットが、エンジンのシリンダにおける、燃料噴射段階と、対応する燃料燃焼段階とにおいて、パイロットの燃料噴射を実行するための、予め定められている時間分の第１の電気的コマンドと、メインの燃料噴射を実行するための、エンジン動作条件に依存する時間分の後続の電気的コマンドとを少なくとも提供することが知られている。メインの燃料噴射が、パイロットの燃料噴射に対して途切れることなく開始するように、すなわち、燃料噴射段階の間の瞬間の燃料流量が、いわゆる“ふたこぶプロファイル（two-hump profile）”を仮定するように、２つの電気的コマンドは、電気的ドエルタイムにより、時間が隔てられている。

発明の目的および概要

前述の特許において説明されている燃料噴射システムにおいて、いったん、パイロットおよびメインの燃料噴射に対する電気的コマンドの時間分と、燃料圧力と、一般的に体積で表される、パイロットの燃料噴射の間に噴射される燃料量とが、エンジンの動作条件に基づいて固定されると、パイロットおよびメインの燃料噴射によりエンジンのシリンダに全体として噴射される総燃料量は、電子制御ユニットにより発行される、対応する電気的コマンド間の電気的ドエルタイムの関数として変化することを、出願人は実験により見出している。特に、燃料電気インジェクタの２つの異なる挙動が、パイロットおよびメインの燃料噴射に対する電気的コマンド間の電気的ドエルタイムの関数として識別されている。実際、制限された、電気的ドエルタイムを識別することが可能であり、制限された電気的ドエルタイムに関して、メインの燃料噴射の間に噴射される燃料量は、対応する電気的コマンドの時間分だけでなく、事前設定された量である、燃料圧力と、パイロットの燃料噴射の間に噴射される燃料量とにも依存し、加えて、燃料が燃料電気インジェクタに対して送り出される燃料送出パイプ中で設定され、パイロットの燃料噴射によりもたらされる、燃料圧力の変動にも依存する。

この制限された電気的ドエルタイムよりも短い、パイロットおよびメインの燃料噴射に対する電気的コマンド間の電気的ドエルタイムに対して、メインの燃料噴射の間に噴射される燃料量は、代わりに、先に説明した要因、すなわち、燃料圧力およびパイロットの燃料噴射の間に噴射される燃料量に加えて、多数の要因、すなわち、電気的コマンド間の電気的ドエルタイムや、制御室の燃料アウトレットの閉じの間の、バルブシートに対する開／閉エレメントの反動により影響を及ぼされる。反動は、制御室の燃料アウトレットを再び開き、制御室における燃料圧力の発展に影響を与え、したがって、それによって制御される制御棒の動力学と、メインの燃料噴射のための電気的コマンドの開始における、ネブライザニードルの位置と、さらに、計量サーボバルブの開／閉エレメントの流体密なエリアの近くで設定される流体力学条件とに影響を与える。

さらに、流体密な部品の磨耗、または極度に小さい隙間を有する相対的に可動の部品の磨耗が、開／閉エレメントのバウンシングに著しく影響を与え、一方、ネブライザのノズル孔に影響を与え、本質的に、燃焼室の高温度と高燃料噴射圧力との組み合わせにより生成される炭素の堆積物の沈殿によりもたらされる、孔部のプログレッシブなせばまりにある、いわゆる“コーキング現象”が、孔部セクションを低減させ、それに応じて、燃料電気インジェクタの燃料の流量を低減させる限りにおいて、燃料電気インジェクタのエイジも考慮に入れることが必要である。

先に述べたように、メインの燃料噴射に対する電気的コマンドが提供されるとき、パイロットの燃料噴射は、燃料電気インジェクタの流体力学条件を事実上変更する。特に、乗用自動車のエンジンに対する適用において典型的である、約１ないし３ｍｍ³と、産業用自動車のエンジンに対する適用において典型的である、約５ないし７ｍｍ³との、パイロットの燃料噴射の間に噴射される燃料量に対して、パイロットおよびメインの燃料噴射の２つの挙動を分離する、パイロットおよびメインの燃料噴射に対する電気的コマンド間の、制限された電気的ドエルタイムは、おおよそ３００μｓである。

パイロットおよびメインの燃料噴射に対する電気的コマンド間の電気的ドエルタイムが、前述の制限された電気的ドエルタイムよりもよりも短いときに、特に、電気的ドエルタイムが非常に短くなり、そのため、パイロットの燃料噴射が後続のメインの燃料噴射に対して、より大きな範囲で干渉するときに、燃料電気インジェクタの動作のロバスト性は、際立って危険にさらされることを、出願人は、さらに実験により見出している。

燃料電気手インジェクタの耐用寿命の間に、パイロットおよびメインの燃料噴射に対する電気的コマンド間の電気的ドエルタイムを変えるように、電子制御ユニットをプログラムすることがたとえ可能であっても、パイロットおよびメインの燃料噴射中の瞬間の燃料流量が、ふたこぶのプロファイルを有することを継続するように、導入すべき補正量を事前に決定するのは、いずれのケースにおいても不可能である。特に、パイロットおよびメインの燃料噴射の間に噴射される燃料量間の予め規定されている比を、変えずに保つことは不可能であり、それが変化することから、単一の燃料噴射への２つの燃料噴射の実質的な併合がある、制限された状況に到達する可能性があり、そのような状況は、エンジンの排気ガス放出に悪影響を及ぼす過度の燃料量を燃焼室に導入することに関係づけられる。

実際、記述したタイプの既知の燃料噴射システムにおいて経験される欠点は、パイロットおよびメインの燃料噴射の間に瞬間の燃料流量のふたこぶのプロファイルを取得するために、たとえ隣接していても、いずれのケースにおいてもメインの燃料噴射から十分に識別され、区別できるパイロットの燃料噴射により、対応する電気的コマンド間の非常に短い電気的ドエルタイムを設定することが必要であることに起因する。それゆえに、流体力学の条件が際立って変わりやすく、以前に言及したパラメータに依存するときに、メインの燃料噴射を取得するための計量サーボバルブを再度開けることの開始が生じ、エンジンの効率および汚染物質の排気ガス放出に対して有害な影響を有する。

上述の欠点は、燃料電気インジェクタの耐用寿命の間に、急速に増加する：特に、燃料電気インジェクタ中の相対的に可動のコンポーネントの磨耗と、ネブライザのノズル孔のコーキングのような現象は、固定された燃料圧力に対して、対応する電気的コマンドの時間分に対する、メインの燃料噴射の間に噴射される燃料量を描写する、いわゆる“燃料流量曲線”、または、所定の燃料圧力と電気的コマンドの時間分とに対して、対応する電気的コマンド間の電気的ドエルタイムに対する、パイロットの燃料噴射および後続のメインの燃料噴射の間に全体として噴射される総燃料量を描写し、後により詳細に説明する、いわゆる“アプローチ曲線”のような、電気インジェクタの性能曲線を変更する。電子制御ユニットにより発行される電気的コマンドは、燃料電気インジェクタの前述の性能曲線に基づいており、また、それらが、磨耗またはコーキングの結果として時間においてどのように変化するかを正確に予知することは不可能であることから、燃料電気インジェクタの全耐用寿命の間に、１つの燃料電気インジェクタから別のものに再現可能であるロバストな動作を電子制御ユニットが保証することを可能にする制御アルゴリズムを算出することはかなり困難である。特に、燃料電気インジェクタが、すべてのエンジンのシリンダの排気マニホルドのダウンストリームに位置しており、それゆえに、平均の排気ガス放出を分析する限りでは、それぞれの個々の燃料電気インジェクタのマッピングの連続的な補正に対してＵＥＧＯプローブを用いることは可能ではない。排気ガス放出に関する、新しくて厳しい制限に従うために、そのような対抗策は十分でない。なぜなら、まず第１に、１つの燃料電気インジェクタの性能曲線は、別の燃料電気インジェクタの性能曲線に完全に重ね合わせることができず；さらに、前述したように、問題になっている動作範囲において、パイロットおよびメインの燃料噴射に対する電気的コマンド間の電気的ドエルタイムにおける最小の変化でさえ、燃料電気インジェクタの動作において著しい差異をもたらすからである。

本発明の目的は、時間に対して高い動作再現性および安定性を有するコモンレールの燃料噴射システムを提供し、それゆえに、最新技術にしたがった燃料噴射システムの欠点を解消することである。

本発明にしたがうと、上述の目的は、添付の特許請求の範囲に規定されている、内燃機関のためのコモンレールの燃料噴射システムにより達成される。

本発明のよりよい理解のために、それらについてのいくつかの好ましい実施形態を、単に一例として、また、添付図面の支援を得て、ここで説明する。
図１は、内燃機関に対する、燃料噴射システムのための燃料電気インジェクタを概略的に示す。 図２は、燃料噴射システム中の物理量の発展を描写する図を示す。 図３は、燃料噴射システム中の物理量の発展を描写する図を示す。 図４は、燃料噴射システム中の物理量の発展を描写する図を示す。 図５は、燃料噴射システム中の物理量の発展を描写する図を示す。 図６は、燃料噴射システム中の物理量の発展を描写する図を示す。

発明の好ましい実施形態の詳細な説明

図１において、高圧燃料噴射システム２、特に、（示していない）内燃機関、特にディーゼルエンジンに対する、コモンレール燃料噴射システムに対する燃料電気インジェクタが、１により全体として指定されている。

燃料電気インジェクタ１は、中空のインジェクタ本体３を備え、インジェクタ本体３は、縦軸に沿って伸びており、横の燃料インレット４を有している。燃料インレット４は、高圧燃料送り出し管により、コモンレールに接続されるように設計されており、共通のレールは、次に、燃料噴射システム２の（示していない）高圧ポンプに接続されている。インジェクタ本体３は、ネブライザ５で終了し、ネブライザ５は、本質的には、ノズル５を構成し、ノズル５は、パイプ６を通して燃料インレット４と連通し、燃料噴射孔が設けられている、円錐の先端部を有している。ノズルは通常、円錐の先端部を有するニードルシャッター７により閉じられた状態に保たれ、ニードルシャッター７は、ノズルの円錐の先端部と係合するように設計されており、制御棒８の作用の下でノズル孔を開閉するように、ネブライザ内で軸方向に動かせる。制御棒８は、インジェクタ本体３の底部において軸方向に動かせる。異なる実施形態において、ニードルシャッター７は、制御棒８と単一の部品で製造され、その結果、直接ノズル孔を開閉する。

インジェクタ本体３の上部において、燃料計量サーボバルブ９が収容されており、燃料計量サーボバルブ９は、制御棒８の動きを制御するように動作可能である。計量サーボバルブ９は、電気アクチュエータ１０を備えており、電気アクチュエータ１０は、エンジンのシリンダにおける、各燃料噴射段階と、対応する燃料燃焼サイクルとに対して、対応する燃料噴射を実行するための１つ以上の電気的コマンドを電気アクチュエータ１０に提供するようにプログラムされている電子制御１１により制御される。本記述において、また、特許請求の範囲において、用語“電気的コマンド”は、予め定められている時間分と、予め定められている時間発展とを有する電流信号を意味する。

計量サーボバルブ９はさらに、制御室１２を備え、制御室１２は、燃料インレット通路１３を通して燃料インレット４と、そして、燃料アウトレット通路１４を通して（示していない）燃料吐出と永続的に連通する。燃料アウトレット通路１４は、対応するバルブシートと協働するシャッター１５により開閉され、アウトレット通路１４は、制御室１２を満たすか、または、空にし、それゆえに、制御室１２中の燃料圧力の低減または増加に応答して、軸方向の開閉のストロークを制御棒８に実行させるように配置されており、その結果、ネブライザ５の開閉を決定し、それゆえに、それぞれのエンジンのシリンダへの燃料噴射またはそうでない場合を決定する。

計量サーボバルブ９は、ソレノイド電気アクチュエータ１０を有するタイプのものであってもよく、または、圧電電気アクチュエータ１０を有するタイプのものであってもよい。加えて、計量サーボバルブ９は、一方では、いわゆる“アンバランスな”油圧アーキテクチャを有するタイプのものであってもよく、シャッター１５は、燃料アウトレット通路１４を閉じるときに、一般的にばねにより形成される付勢手段の、燃料圧力の相反作用にさらされ、他方では、いわゆる“バランスのとれた”油圧アーキテクチャを有するタイプであってもよく、燃料アウトレット通路１４を閉じるときに、シャッター１５に対して燃料により作用される軸方向の付勢が、実質的にゼロである限りでは、シャッター１５は、付勢手段の作用にさらされる。

ＥＰ１１０６８１６から、例えば、ソレノイド電気アクチュエータとアンバランスな油圧アーキテクチャとを有する計量サーボバルブが知られており、バルブシートは、制御室の燃料アウトレット通路の較正部分が発する円錐のシートにより形成され、一方、シャッターは、電気アクチュエータの作用の下で、スリーブ中でスライドするステムにより制御されるボールにより形成される。

前述のＥＰ１７９５７３８から、およびＥＰ１６２１７６４から、ソレノイド電気アクチュエータと、バランスのとれた油圧アーキテクチャとを有する計量サーボバルブが代わりに知られており、シャッターは、軸方向に固定されたステム上で、流体密な方法で軸方向にスライド可能なスリーブにより形成され、燃料アウトレット通路が配置され、一方、バルブシートは、ステムとフランジとの間の接続エリアにより定義される環状のショルダーにより形成され、フランジは、ステムと単一の部品から製造されており、そこからステムが突出し、インジェクタ本体に収容され、雌ねじで取り付けられたねじ込みリングナットにより、インジェクタ本体のショルダーに対して、流体密な方法で、軸方向に接触するように保たれている。

前述の２つの特許中で説明されているものとは異なる、ソレノイドアクチュエータと、バランスのとれた油圧アーキテクチャとを有する計量サーボバルブは、例えば、ＷＯ２００９０９２５０７と、ＷＯ２００９０９２４８４とから知られる。

ＥＰ１６１２３９８およびＷＯ２００８１３８８００から、圧電電気アクチュエータと、バランスのとれた油圧アーキテクチャとを有する計量サーボバルブが代わりに知られており、シャッターが、軸方向に固定されたスリーブ上で流体密な方法で軸方向にスライド可能なステムにより形成され、一方、バルブシートが、スリーブの環状のショルダーにより形成される。

高いエンジン効率を取得し、汚染物質の排気ガスの放出を低減させるために、エンジンのシリンダにおける各燃料燃焼サイクルに対して、電子制御ユニット１１は、燃料電気インジェクタ１が、パイロットの燃料噴射と、パイロットの燃料噴射と途切れることなく開始する、後続のメインの燃料噴射とを少なくとも含む燃料噴射段階を実行するような方法で計量サーボバルブ９を制御するようにプログラムされている。

前記目的のために、エンジンのシリンダにおける各燃料噴射段階において、電子制御ユニット１１は、パイロット燃料噴射を実行するために、電気アクチュエータ１０と、それゆえに、シャッター１５とを動作させ、対応する第１の閉ストロークが後に続く、第１の開ストロークを制御棒８に実行させるための、予め定められている時間分を有する第１の電気的コマンドＳ₁と、メインの燃料噴射を実行するために、電気アクチュエータ１０と、それゆえに、シャッター１５とを動作させ、対応する第２の閉ストロークが後に続く第２の開ストロークを制御棒８に実行させるための、エンジン動作条件の関数である時間分を有する第２の電気的コマンドＳ₂とを少なくとも発生させるようにプログラムされている。２つの電気的コマンドＳ₁およびＳ₂は、ＤＴにより指定される、電気的ドエルタイムにより、時間が隔てられており、燃料電気インジェクタ１の動作安定性とロバスト性とを決定する際のＤＴの役割を、後により詳細に説明する。

パイロットの燃料噴射の間に噴射される燃料量Ｖ_pは、実質的に燃料の圧力から独立しており、シリンダの燃焼室の体積に比例している。特に、乗用自動車のエンジンに対する適用において、パイロットの燃料噴射の間に噴射される燃料の量は、約１ないしｍｍ³であるのに対して、産業用自動車のエンジンに対する適用において、値は、５ないし７ｍｍ³まで増加する。

メインの燃料噴射の間に噴射される燃料量Ｖ_Mは、代わりに、エンジンのシリンダの排気量だけでなく、エンジンのスピードおよび負荷により規定されるエンジン動作点にも依存し、アイドリング中に仮定する、５ｍｍ³の最小値から開始し、最大トルク中に、すなわち、１９００および２３００ｒ．ｐ．ｍの間に仮定する、（おおよそ３３０ｃｃのエンジンシリンダの排気量に対して）約５５ｍｍ³または（おおよそ５００ｃｃのシリンダの排気量に対して）約７０ｍｍ³の最大値まで増加する。

図２は、電子制御ユニット１１により提供される、パイロットおよびメインの燃料噴射に対する電気的コマンドＳ₁およびＳ₂の時間発展が破線により描写され、一方、ネブライザ５が閉じられている、縦座標“ゼロ”を基準にして、電気的コマンドＳ₁およびＳ₂に応答した、制御棒８の対応する変位Ｐが、実線により描写されている、上部のグラフを示す。また、図２は、それぞれ、ＰおよびＭにより指定され、制御棒８の変位Ｐに対応する、パイロットおよびメインの燃料噴射の間にエンジンのシリンダに噴射される瞬間燃料流量Ｑ_iの時間発展が描写されている、下部のグラフを示す。

図２の下部のグラフにおいて、パイロットおよびメインの燃料噴射が、時間的に連続しているか、または、異なる観点から、瞬間燃料流量Ｑ_iのふたこぶプロファイルを達成することを可能にし、ひいては、電気インジェクタ１の動作安定性およびロバスト性の点で所定の利益を達成することを可能にする、実質的にゼロである、油圧のドエルタイムにより隔てられていると理解してもよく、以下において、より十分に説明する。

図２の上部のグラフにおいて、Ｔ₁により指定される時点から開始する、パイロットの燃料噴射に対する第１の電気的コマンドＳ₁が生成され、次に、燃料電気インジェクタ１に提供され、電気的コマンドＳ₁は、電気アクチュエータ１０に通電するために、最大値までの比較的速い成長を有する立ち上がり区間を有する発展を有し、最大値よりも小さい値を有する励起維持区間が後に続き、最終的に、Ｔ₂により指定される時点において終了する、最後の減少区間が後に続く。

Ｔ₃により指定された時点から開始する第２の電気的コマンドＳ₂が生成され、次に、燃料電気インジェクタ１に提供され、それにより、制御棒８は、第１の電気的コマンドＳ₁の結果生じる閉ストロークの終わりに到達した後ではなく、対応する開ストロークを開始し、それゆえに、パイロットの燃料噴射と途切れることなく開始するメインの燃料噴射を引き起こす。特に、図２の下部の図中で示されている瞬間の燃料流量Ｑ_iのふたこぶプロファイルを正確に取得するために、時点Ｔ₃は、制御棒８が、第１の電気的コマンドＳ₁の結果生じる閉ストロークの終わりに到達する時点において、正確に、第２の電気的コマンドＳ₂の結果生じる開ストロークを開始するものである。制御棒８の変位に等しい、いずれの中断も有さない変位はまた、制御棒８が作用するニードル７により実行され、それゆえに、実質的にゼロである、パイロットおよびメインの燃料噴射間の油圧のドエルタイムに対応する実質的にゼロ時間に対して、ネブライザのノズル孔の閉じを決定する。

時間間隔Ｔ₃−Ｔ₂は、代わりに、２つの電気的コマンドＳ₁およびＳ₂の間の、前述の電気的ドエルタイムＤＴを規定する。

第２の電気的コマンドＳ₂はまた、電気アクチュエータ１０に通電するために、最大値までの立ち上がり区間を有する時間発展を有し、最大値よりも小さい値と、第１の電気的コマンドＳ₁の励起維持区間の時間分よりも長い時間分とを有し、エンジンの動作条件の関数として可変である励起維持区間が後に続く。最後に、第２の電気信号Ｓ₂の励起維持区間は、Ｔ₄により指定される時点において終了する、最後の減少区間が後に続く。

メインの燃料噴射の間に噴射される燃料の量が、パイロットの燃料噴射の間に噴射される燃料の量よりも高いという状況から、メインの燃料噴射の間に、制御棒８は、パイロットの燃料噴射の間に実行する開ストロークよりも長い開ストロークを実行し、特に、全負荷のエンジン動作条件の間に、制御棒８は、その最大リフトに到達する。言い換えれば、パイロットの燃料噴射の間に、制御棒８の動きは、いわゆる“バリスティック（ballistic）”条件で生じるのに対して、メインの燃料噴射の間に、制御棒８は、最大リフトに到達して、メインの燃料噴射のロバスト性および再現性を支持する。

上述したことのよりよい理解のために、図３は、別々に考慮される、すなわち、連続した燃料噴射の部分を形成しない、パイロットの燃料噴射と、メインの燃料噴射との間の比較を示す。特に、図３において、Ｐ₁およびＰ₂により指定される曲線は、Ｓ₁およびＳ₂により指定される、それぞれの電気的コマンドに応答した、それぞれ、パイロットおよびメインの燃料噴射の間の、制御棒８の時間ｔに対する変位を示す。Ｓ₁およびＳ₂は、図２中で示されているものと同様であり、描写の便宜を図って、同じ時点Ｔ₁において開始するものとして示されている。理解されるように、パイロットの燃料噴射の間に、制御棒８の動きは、Ｃ₁により指定されるリフトを有する、バリスティックタイプであり、時点Ｔ₆において到達されるのに対して、メインの燃料噴射の間に、制御棒８は、時点Ｔ₇において、Ｃ₂により指定されるリフトに到達し、時点Ｔ₈まで一定のままであり、Ｔ₈において、閉ストロークが開始する。第１の電気的コマンドＳ₁の時間分に対応する、時間間隔Ｔ₁−Ｔ₂は、第１の電気的コマンドＳ₁の結果生じる、制御棒８の開ストロークに対応する時間間隔Ｔ₅−Ｔ₆よりもどれほど短いかをさらに理解でき、これは、電気的コマンドに対する計量サーボバルブ９の応答が、制御棒８の応答よりも速いことを示している。

先に参照した特許において説明されている燃料電気インジェクタはすべて、電気的コマンドに対する非常に速い応答を有する計量サーボバルブにより特徴付けられており、特に、それらは、非常に小さい制御室を有する。このタイプの燃料電気インジェクタにおいて、メインの燃料噴射がパイロットの燃料噴射と途切れることなく開始するように、電気的ドエルタイムＤＴにより時間間隔があけられた電気的コマンドＳ₁およびＳ₂により、制御棒８を移動させ、特定のケースとして、図２中で示した、瞬間燃料流量Ｑ_iのふたこぶのプロファイルを決定し、他の条件を同じままにすることにより、電気的コマンド間の電気的ドエルタイムＤＴが変化するとき、各燃料噴射段階において全体として噴射される燃料量、すなわち、パイロットの燃料噴射と、後続のメインの燃料噴射とにおいて全体として噴射される燃料量もまた、著しく変化することを、出願人は、実験的に見出している。

特に、２つの電気的コマンド間の電気的ドエルタイムが減少するとき、第２の電気的コマンドの開始が生じる一方で、制御棒はまだ、第１の電気的コマンドにより決定された、その開ストローク中であることが生じるかもしれない。これは、パイロットおよびメインの燃料噴射の部分的なオーバラッピングを伴う限り、際立って望ましくない状況であり、オーバラッピングは、望ましい燃料量と比較して、過度に燃料量の導入を決定し、エンジン動作の不均衡と排気ガス放出の悪化とが付随する。

この状況は、図４中で図示されており、図４は、それぞれ、２つの異なる電気的ドエルタイムＤＴにより時間間隔があけられている、２つの電気的コマンドＳ₁およびＳ₂の結果生じる瞬間の燃料流量Ｑ₁およびＱ₂の時間発展を、実線と破線とにより、比較して示しており、一方は長く（実線）、他方は極端に短い（破線）。理解できるように、電気的ドエルタイムＤＴが減少するにつれて、実線により描写されている瞬間の燃料流量Ｑ₁の時間発展は、破線により描写されている瞬間の燃料流量Ｑ₂に劣化する可能性があり、望ましい燃料量と比較して、斜線がひかれているエリアにより表されている、過度の燃料の量の噴射が結果として生じる。

図５は、本記述の導入部分において参照されている、燃料電気インジェクタのアプローチ曲線を実線により示している。図５は、パイロットおよびメインの燃料噴射に対する対応する電気的コマンドＳ₁およびＳ₂間の電気的ドエルタイムＤＴの関数として、パイロットの燃料噴射と、パイロットの燃料噴射に対して途切れることなく開始する後続のメインの燃料噴射とを含む燃料噴射段階において全体として噴射される総燃料量Ｖ（体積の単位で一般的に表現され、通常はｍｍ³）の時間発展に他ならない。特に、図５中で示されているアプローチ曲線は、燃料圧力と、パイロットおよびメインの燃料噴射に対する電気的コマンドの時間分との予め定められている条件において、前述のＥＰ１７９５７３８およびＥＰ１６２１７６４中で説明されている、バランスのとれた油圧アーキテクチャのタイプによる計量サーボバルブを有する燃料電気インジェクタに対して実験により決定されている。

アプローチ曲線の分析から理解できるように、ある最小値よりも短い、また、ある最大値よりも長い、電気的ドエルタイムに対して、それぞれ、おおよそ６０μｓおよび１００μｓに等しいと考えられる例において、パイロットおよびメインの燃料噴射において全体として噴射される総燃料量Ｖは、電気的ドエルタイムＤＴが増加するにつれて、非常に高く、かつ、実質的に一定の勾配により、次第に急速に減少する。その結果、これらの電気的ドエルタイムの範囲において、部品の磨耗またはコーキング現象によりもたらされる、アプローチ曲線の変化が最小（例えば、小さい水平の平行移動）であったとしても、エンジンのシリンダに全体として噴射される総燃料量Ｖの著しい変化が結果として生じ、それにより、燃料噴射は、再現性が乏しいものとなる。

代わりに、前述の最小値および最大値により規定される中間範囲における電気的ドエルタイムＤＴに対して、総燃料量Ｖの変化は、中間の電気的ドエルタイムの範囲のすぐ外側にある電気的ドエルタイムに対して代わりに取得される総燃料量Ｖの変化と比較して、はるかに小さく、事実上無視できる。特に、中間の電気的ドエルタイムの範囲において、総燃料量Ｖは、乗用自動車のエンジンに対する適用において、４０μｓの時間ベースでおおよそ３ｍｍ³だけ変化するのに対して、産業用自動車のエンジンに対する適用においては、６０μｓの時間ベースでおおよそ６ｍｍ³だけ変化する。したがって、この中間の電気的ドエルタイムの範囲において、総燃料量Ｖは、中間の電気的ドエルタイムの範囲のすぐ外側にある、電気的ドエルタイムＤＴに対して取得される変化よりも、少なくとも４倍小さく、したがって、総燃料量は、最初の近似に対するものであり、実質的に一定であり、そのため、中間の電気的ドエルタイムの範囲内の、電気的ドエルタイムＤＴの可能性のある変化は、総燃料量Ｖを事実上変えず、それゆえに、燃料電気インジェクタ１の動作は、時間に対して高い再現性および安定性を有することになる。

電気的ドエルタイムＤＴが、中間の電気的ドエルタイムの範囲において変化するときの総燃料量Ｖの、この実質的な不変性または比較的低減される変化は、図５中で示されているアプローチ曲線において、Ｚにより指定される区間により描写されており、Ｚにより指定される区間は、前の、および後続の区間の傾斜と比較して、すべての目的および効果に対して、おおよそ水平であると考えることができる。

さらに、パイロットの燃料噴射がメインの燃料噴射と実際には区別がつかない、破線により図４中で描写された瞬間燃料流量Ｑ_iのプロファイルの代わりに、図２の下部のグラフ中で示されている瞬間燃料流量Ｑ_iの、望ましいふたこぶのプロファイルを達成することを可能にするのは、総燃料量Ｖが実質上一定であるか、または極度に制限された変化を有する、まさに中間の電気的ドエルタイムの範囲であることを、出願人は、実験により見出している。

それゆえに、この実験に基づく発見から開始して、エンジンの動作条件に基づいて、パイロットおよびメインの燃料噴射の間に噴射される燃料量Ｖ_PおよびＶ_Mがいったん決定されると、本発明は、基本的に以下のことを含む燃料インジェクションの制御により、燃料噴射システム２の動作安定性およびロバスト性を向上させることを提案する：
−燃料電気インジェクタを特徴づけて、異なる燃料噴射圧力における燃料流量曲線を決定すること；一例として、図６は、燃料電気インジェクタの燃料流量の曲線と、対応する燃料噴射圧力Ｐとを示し、縦座標の軸は、燃料電気インジェクタにより噴射される燃料量Ｖを表し、横座標の軸は、燃料電気インジェクタに対する通電時間ＥＴを表し、ＥＴは、燃料電気インジェクタに、対応する燃料量を噴射させる；
−パイロットの燃料噴射と途切れることなく開始するメインの燃料噴射が後に続くパイロットの燃料噴射を含む燃料噴射段階を実行するように向けられているエンジン動作点における所定の燃料噴射圧力に対応する燃料流量曲線に基づいて、パイロットの燃料噴射に対して望ましい燃料量Ｖ_Pを燃料電気インジェクタに噴射させる、燃料電気インジェクタに対する通電時間ＥＴ_Pと、メインの燃料噴射に対して望ましい燃料量Ｖ_Mを燃料電気インジェクタに噴射せる、燃料電気インジェクタに対する通電ＥＴ_Mとを決定すること；
−前の時点において決定されたパイロットおよびメインの燃料噴射に関する通電時間ＥＴ_PとＥＴ_Mとを使用して、燃料電気インジェクタを特徴づけて、それについてのアプローチ曲線を決定すること；
−アプローチ曲線を分析して、第１および第２の電気的コマンドＳ₁、Ｓ₂間の電気的ドエルタイムＤＴが、第１の、すぐ前の電気的ドエルタイムの範囲と、第２のすぐ後の電気的ドエルタイムの範囲との間の、中間の電気的ドエルタイムの範囲Ｚにおいて変化するときに、メインの燃料噴射Ｍがパイロットの燃料噴射Ｐと途切れることなく開始するように、パイロットおよびメインの燃料噴射の間に噴射される総燃料量Ｖが、最初の近似に対して、実質的に一定であると考えることができるほどまでに、総燃料量が第１および第２の電気的ドエルタイムの範囲における変化よりも際立って小さい変化を有するかどうかをチェックすること；特に、燃料電気インジェクタが、時間に対して望ましい動作再現性と安定性とを有するために、中間の電気的ドエルタイムの範囲は、相対的には、総燃料量Ｖが第１および第２の電気的ドエルタイムの範囲における変化よりも少なくとも４倍小さい変化を有し、および／または、絶対的には、総燃料量Ｖが、乗用自動車のエンジンに対する適用において、４０μｓの時間ベースで３ｍｍ³よりも大きく変化せず、また、産業用自動車のエンジンに対する適用において、６０μｓの時間ベースで６ｍｍ³よりも大きく変化しないように、都合よくなければならない；
−チェックが肯定的な結果を有するケースにおいて、例えば、ネブライザのノズル孔が被る、磨耗またはコーキング現象の結果として、アプローチ曲線が時間に対してドリフトする方法に関するデータの利用可能性に基づいて、識別された中間の電気的ドエルタイムの範囲Ｚ内で、パイロットおよびメインの燃料噴射間の特定の電気的ドエルタイムＤＴを選ぶこと；したがって、例えば、燃料電気インジェクタの部品の時間効果のために、アプローチ曲線がやがて右にシフトする傾向があることが知られている場合、中間の電気的ドエルタイムの範囲の右端に対応する電気的ドエルタイムを選ぶことが適切であるのに対して、アプローチ曲線の、時間に対するドリフトのモードに関する情報がない場合は、中間の電気的ドエルタイムの範囲中の中間値に対応する、電気的ドエルタイムを選ぶことが適切であろう；最後に、
−パイロットの燃料噴射と途切れることなくメインの燃料噴射を開始させ、パイロットおよびメインの燃料噴射の間に噴射される総燃料量Ｖが、記憶されている電気的ドエルタイムＤＴのあたりで実質的に一定になるように、記憶されている電気的ドエルタイムＤＴだけ時間間隔があけられた、パイロットの燃料噴射と後続のメインの燃料噴射とを燃料電気的インジェクタ１が実行するような方法で、燃料電気的インジェクタ１を電気的に動作させることができるように、選ばれた電気的ドエルタイムＤＴを電子制御ユニット１１中に記憶させること。

既知の技術と比較して、本発明にしたがった燃料噴射システムの利益は、前述の視点において明白である。まず第１に、総燃料量Ｖの変化が非常に制限され、区間Ｚの前後の区間にける変化と比較して事実上ゼロである、図５中で示されているアプローチ曲線の区間Ｚに対応する、電気的ドエルタイムＤＴの選択は、燃料電気インジェクタの時間に対して、高い動作再現性および安定性を保証する。

添付の特許請求の範囲により規定される本発明の範囲から逸脱することなく、他の修正および改良を、記述した燃料噴射システムに対して実施してもよいことは明白である。

例えば、燃料噴射システムは、先に記述したコモンレールアーキテクチャ、特に、単一の集中したコモンレールにより規定される代わりに、加圧された燃料ストレージの体積が、分散された別個のストレージの体積に分割される、ＥＰ１６１２４０１、ＥＰ１６１２４０５およびＥＰ１６１２４０６において記述したタイプのアーキテクチャ、または、燃料インジェクタが、燃料インジェクタの動作と同期して加圧された燃料を送り出すように動作する高圧燃料ポンプにより直接提供され、送り出しは、すなわち、時間的に不連続であり、エンジンにより段階的に実行され、周期的に一定である、コモンレールアーキテクチャのマーケティングに先立って使用された他のタイプのアーキテクチャ、とは異なるアーキテクチャを有することができる。

Claims (15)

1. 内燃機関のための燃料噴射システム（２）において、
   少なくとも１つの燃料電気インジェクタ（１）と、
   電子制御ユニット（１１）とを具備し、
   前記電子制御ユニット（１１）は、エンジンのシリンダにおける燃料噴射段階で、少なくとも、パイロットの燃料噴射（Ｐ）を実行するための第１の電気的コマンド（Ｓ₁）と、メインの燃料噴射（Ｍ）を実行するための第２の電気的コマンド（Ｓ₂）とを前記燃料電気インジェクタ（１）に提供するように設計されており、前記第１および第２の電気的コマンド（Ｓ₁、Ｓ₂）は、前記メインの燃料噴射（Ｍ）が前記パイロットの燃料噴射（Ｐ）に対して途切れることなく開始するように、電気的ドエルタイム（ＤＴ）により時間的に離れており、
   前記燃料噴射システムは、
   第１および第２の、電気的ドエルタイムの範囲の間の、中間の電気的ドエルタイムの範囲（Ｚ）内で、前記第１および第２の電気的コマンド（Ｓ₁、Ｓ₂）間の前記電気的ドエルタイム（ＤＴ）が変化するときに、前記メインの燃料噴射（Ｍ）が、前記パイロットの燃料噴射（Ｐ）に対して途切れることなく開始するように、エンジンのシリンダにおける燃料噴射段階で前記パイロットおよびメインの燃料噴射（Ｐ、Ｍ）の間に噴射される総燃料量（Ｖ）が、前記第１および第２の、電気的ドエルタイムの範囲における変化よりも小さい変化を有する、前記燃料電気インジェクタ（１）と、
   前記第１および第２の電気的コマンド（Ｓ₁、Ｓ₂）間の前記電気的ドエルタイム（ＤＴ）が、前記中間の電気的ドエルタイムの範囲（Ｚ）に属することとを特徴とする燃料噴射システム。
2. 前記中間の電気的ドエルタイムの範囲において、前記燃料噴射段階で噴射される総燃料量（Ｖ）は、実質的に一定である請求項１記載の燃料噴射システム。
3. 前記中間の電気的ドエルタイムの範囲において、前記燃料噴射段階で噴射される総燃料量（Ｖ）は、乗用自動車のエンジンに対する適用においては、４０μｓの時間ベースで３ｍｍ³よりも大きく変化せず、産業用自動車のエンジンに対する適用においては、６０μｓの時間ベースで６ｍｍ³よりも大きく変化しない請求項１または２に記載の燃料噴射システム。
4. 前記中間の電気的ドエルタイムの範囲において、前記燃料噴射段階で噴射される総燃料量（Ｖ）は、前記第１および第２の、電気的ドエルタイムの範囲における変化よりも少なくとも４倍低い請求項１ないし３のいずれか１項記載の燃料噴射システム。
5. 前記第１および第２の電気的コマンド（Ｓ₁、Ｓ₂）間の前記電気的ドエルタイム（ＤＴ）は、前記メインの燃料噴射（Ｍ）が前記パイロットの燃料噴射（Ｐ）に対して途切れることなく開始するように、実質的に、前記パイロットの燃料噴射（Ｐ）が終了する瞬間におけるものである請求項１ないし４のいずれか１項記載の燃料噴射システム。
6. 前記燃料電気インジェクタ（１）は、計量サーボバルブ（９）を具備し、
   前記計量サーボバルブ（９）は、
   燃料が提供されるように設計され、燃料アウトレット（１４）を有する制御室（１２）と、
   前記燃料アウトレット（１４）をそれぞれ開閉する開ストロークおよび閉ストロークに沿って可動の開／閉エレメント（１５）と、
   前記開／閉エレメント（１５）に作用して前記燃料アウトレット（１４）を閉じるように設計されている付勢手段と、
   前記付勢手段の作用に対抗して前記開／閉エレメント（１５）に作用して、前記燃料アウトレット通路（１４）を開くように設計されている電気アクチュエータ（１０）とを備えている請求項１ないし５のいずれか１項記載の燃料噴射システム。
7. 前記燃料噴射システムは、コモンレール燃料噴射システムである請求項１ないし６のいずれか１項記載の燃料噴射システム。
8. 請求項１ないし７のいずれか１項記載の燃料噴射システム（２）のための燃料電気インジェクタ（１）。
9. 請求項１または５に記載の燃料噴射システム（２）のための電子制御ユニット（１１）。
10. 燃料噴射システム（１）の電子制御ユニット（１１）中にロード可能であり、実行されるとき、前記電子制御ユニット（１１）が請求項１または５において請求されている構成になることをもたらすように設計されているソフトウェア。
11. 燃料噴射システム（２）を装備している内燃機関中で燃料噴射を制御する方法において、
    前記燃料噴射システム（２）は、
    少なくとも１つの燃料電気インジェクタ（１）と、
    電子制御ユニット（１１）とを備えており、
    前記電子制御ユニット（１１）は、エンジンのシリンダにおける燃料噴射段階で、少なくとも、パイロットの燃料噴射を実行するための第１の電気的コマンド（Ｓ₁）と、メインの燃料噴射を実行するための第２の電気的コマンド（Ｓ₂）とを前記燃料電気インジェクタ（１）に提供するように設計されており、前記第１および第２の電気的コマンド（Ｓ₁、Ｓ₂）は、前記メインの燃料噴射（Ｍ）が前記パイロットの燃料噴射（Ｐ）に対して途切れることなく開始するように、電気的ドエルタイム（ＤＴ）により時間的に離れており、
    前記燃料噴射の制御方法は、
    前記燃料電気インジェクタ（１）を特徴づけて、前記第１および第２の電気的コマンド（Ｓ₁、Ｓ₂）間の前記電気的ドエルタイム（ＤＴ）の関数として、エンジンのシリンダにおける燃料噴射段階で前記パイロットおよびメインの燃料噴射（Ｐ、Ｍ）の間に噴射される総燃料量（Ｑ）を決定することと、
    第１および第２の、電気的ドエルタイムの範囲の間の、中間の電気的ドエルタイムの範囲（Ｚ）内で、前記第１および第２の電気的コマンド（Ｓ₁、Ｓ₂）の間の前記電気的ドエルタイム（ＤＴ）が変化するときに、前記メインの燃料噴射（Ｍ）が、前記パイロットの燃料噴射（Ｐ）に対して途切れることなく開始するように、前記総燃料量（Ｑ）が、前記第１および第２の、電気的ドエルタイムの範囲における変化よりも小さい変化を有するかどうかをチェックすることと、
    前記チェックが肯定的な結果を有する場合、前記中間の電気的ドエルタイムの範囲（Ｚ）において、前記電気的ドエルタイム（ＤＴ）を選ぶこととを含むことを特徴とする燃料噴射の制御方法。
12. 前記中間の電気的ドエルタイムの範囲（Ｚ）において、前記燃料噴射段階で噴射される総燃料量（Ｖ）は、実質的に一定である請求項１１記載の燃料噴射の制御方法。
13. 前記中間の電気的ドエルタイムの範囲（Ｚ）において、前記燃料噴射段階で噴射される総燃料量（Ｖ）は、乗用自動車のエンジンに対する適用においては、４０μｓの時間ベースで３ｍｍ³よりも大きく変化せず、産業用自動車のエンジンに対する適用においては、６０μｓの時間ベースで６ｍｍ³よりも大きく変化しない請求項１１または１２に記載の燃料噴射の制御方法。
14. 前記燃料電気インジェクタ（１）は、前記中間の電気的ドエルタイムの範囲（Ｚ）において、前記燃料噴射段階で噴射される総燃料量（Ｖ）が、前記第１および第２の、電気的ドエルタイムの範囲における変化よりも少なくとも４倍低い変化を有する請求項１１ないし１３のいずれか１項記載の燃料噴射の制御方法。
15. 前記第１および第２の電気的コマンド（Ｓ₁、Ｓ₂）間の前記電気的ドエルタイム（ＤＴ）は、前記メインの燃料噴射（Ｍ）が前記パイロットの燃料噴射（Ｐ）に対して途切れることなく開始するように、実質的に、前記パイロットの燃料噴射（Ｐ）が終了する瞬間におけるものである請求項１１ないし１４のいずれか１項記載の燃料噴射の制御方法。

Images