JP2020186725A - コモンレール燃料供給システムを運転するための方法及び制御装置 - Google Patents

コモンレール燃料供給システムを運転するための方法及び制御装置 Download PDF

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Abstract

【課題】コモンレール燃料供給システムの絞り弁の寿命を延長できる方法を提供すること。
【解決手段】低圧領域４と高圧領域６と燃料を低圧領域から高圧領域に輸送する高圧ポンプ２を有する高圧ポンプ装置３とを有する内燃機関のコモンレール燃料供給システムを運転する方法において、装置３とインジェクタ１の間の高圧領域に蓄圧システム７設け、装置３の輸送量は絞り弁１３で調整できる。内燃機関の動作点により、ポンプ装置３の設定輸送量と、蓄圧システム７に関する設定圧力とが決定される。設定輸送量により、絞り弁１３の位置に関する開ループ制御分が決定され、開ループ制御分で絞り弁１３が作動する。蓄圧システム７内での設定圧力と実圧力の差に依存して、絞り弁１３の第１の部分量に関して、絞り弁の位置に関する閉ループ制御分が決定され、閉ループ制御分で、絞り弁１３の第２の部分量の絞り弁１３又は絞り弁１３は専ら開ループ制御分で作動する。
【選択図】図１

Description

本発明は、コモンレール燃料供給システムを運転するための方法と制御装置とに関する。
図１は、先行技術から知られた内燃機関、すなわち重油で動作する船舶用ディーゼル内燃機関のコモンレール燃料供給システムの基本的な構造を示している。当該構造は、特許文献１から知られている。図１に係るコモンレール燃料供給システムは、シリンダごとにそれぞれ少なくとも１つのインジェクタ１を含んでいる。インジェクタ１を通じて、内燃機関のシリンダそれぞれに、燃料が噴射可能である。コモンレール燃料供給システムは、さらに、コモンレール燃料供給システムの低圧領域４から、コモンレール燃料供給システムの高圧領域６に燃料を輸送するために、少なくとも１つの低圧ポンプ５と、複数の高圧ポンプ２及び１つの高圧ポンプ貯蔵装置８を有する高圧ポンプ装置３と、を含んでおり、高圧ポンプ装置３とインジェクタ１との間の高圧領域６には、持続的に高圧下にある蓄圧システム７が設けられている。コモンレールとも呼ばれる、持続的に高圧下にある蓄圧システム７は、複数の分配ユニット９を有している。分配ユニット９は、持続的に高圧下にある高圧導管１０を通じて、高圧ポンプ装置３と、及び、互いに接続されている。蓄圧システム７、すなわち分配ユニット９は、さらに、噴射サイクルに依存して一時的に高圧下にある高圧導管１１を通じて、インジェクタ１と接続されている。インジェクタ１を分配ユニット９と接続する、噴射サイクルに依存して一時的に高圧下にある高圧導管１１には、切り替え弁１２が配設されており、切り替え弁１２は、噴射サイクルに依存して、インジェクタに燃料を供給する。
図１は、さらに、絞り弁１３を示しており、絞り弁１３は、高圧ポンプ装置３の高圧ポンプ２の上流に配置されている。絞り弁１３を通じて、高圧ポンプ２の輸送量と、それに伴って高圧ポンプ装置３の輸送量とが調整され得る。図１は、さらに、空気抜き弁１４と、安全弁１５とを示している。図１に示されたコモンレール燃料供給システムの構造とは異なり、燃料は、高圧燃料ポンプ２から直接にも、すなわちポンプ貯蔵装置８を介在させずに、複数の分配ユニット９を有する蓄圧システム７に輸送され得るということが指摘される。
上述のように、高圧ポンプ２の輸送量は、絞り弁１３を用いて調整され得る。その際、実践によると、全ての絞り弁１３は、閉ループ制御下で動作する。全ての絞り弁１３を閉ループ制御する結果、絞り弁１３の位置は、動作中、持続的に変化する。その際、絞り弁１３は摩耗する。これによって、絞り弁１３の寿命が制限される。
独国特許発明第１０１５７１３５号明細書
このような事情に鑑み、本発明の課題は、コモンレール燃料供給システムを運転するための新しい方法であって、絞り弁の寿命を延ばすことができるような方法を提供することにある。
本課題は、請求項１に記載の、内燃機関のコモンレール燃料供給システムを運転するための方法によって解決される。
本発明によると、内燃機関の要求される動作点に依存して、一方では高圧ポンプ装置の設定輸送量が、他方では高圧下にある蓄圧システムの設定圧力が決定される。
高圧ポンプ装置の設定輸送量に依存して、全ての絞り弁に関して、各絞り弁の位置に関する開ループ制御分が決定され、当該開ループ制御分で、各絞り弁が作動する。
高圧下にある蓄圧システムにおける設定圧力と実圧力との差に依存して、絞り弁の第１の部分量に関して、各絞り弁の位置に関する閉ループ制御分が決定され、当該閉ループ制御分で、開ループ制御分に加えて、絞り弁の第１の部分量の各絞り弁が、各絞り弁の可変的な位置を供給しながら作動するのみであるが、これに対して、絞り弁の第２の部分量の１つ又は各絞り弁は、専ら開ループ制御分で、各絞り弁の可変的ではない位置を供給しながら作動する。
従って、本発明では、絞り弁の第１の部分量のみを、各動作点において、閉ループ制御下で動作させ、それに対して、第２の部分量の別の絞り弁を、各動作点に関して固定された開ループ制御分で作動することが重要である。これによって、特に、各動作点において閉ループ制御下で動作する絞り弁の部分量の１つ又は各絞り弁が、内燃機関の運転時間にわたって変更、又は、交換される場合、すなわち第２の部分量の各絞り弁と交換される場合に、絞り弁の寿命が延長され得る。
本発明の有利なさらなる発展形態によると、開ループ制御分と閉ループ制御分とで作動する絞り弁の第１の部分量は、シリンダバンクごとに、ただ１つの絞り弁を含んでいる。これによって、絞り弁の寿命が、特に有利に延長され得る。
本発明の有利なさらなる発展形態によると、時間制御下及び／又は事象制御下で、開ループ制御分と閉ループ制御分とで作動する絞り弁の第１の部分量の１つ又は各絞り弁は、変更又は交換される。これもまた、有利なことに、絞り弁の寿命の延長に資するものである。
コモンレール燃料供給システムを運転するための制御装置は、請求項８に規定されている。
本発明の好ましいさらなる発展形態は、従属請求項及び以下の説明から明らかになる。本発明の実施例を、図面を用いて詳細に説明するが、これに限定されるものではない。示されているのは以下の図である。
先行技術から知られた燃料供給システムの概略図である。 コモンレール燃料供給システムを運転するための方法を明確に示すためのブロック図である。
本発明は、特に大型ディーゼル内燃機関又は船舶用ディーゼル内燃機関として構成された内燃機関のコモンレール燃料供給システムを運転するための方法及び制御装置に関する。コモンレール燃料供給システムの基本的な構造は、関係する当業者にはよく知られており、すでに図１に関連して記載されている。本発明は、コモンレール燃料供給システムを運転するための方法及び制御装置に関するものであり、当該方法及び制御装置は、高圧ポンプ２の燃料輸送量の開ループ制御及び／又は閉ループ制御に用いられる絞り弁１３の寿命を延長することができる。
内燃機関の要求される動作点に依存して、特に内燃機関の要求される負荷に依存して、一方では高圧ポンプ装置３の設定輸送量が、他方では高圧下にある蓄圧システム７に関する設定圧力が決定される。
高圧ポンプ装置３の設定輸送量に依存して、全ての絞り弁１３に関して、又は、各絞り弁１３に関して、各絞り弁１３の位置に関する開ループ制御分が決定され、当該開ループ制御分で、各絞り弁１３は、パイロット制御の意味で作動する。
高圧下にある蓄圧システム７における設定圧力と実圧力との差に依存して、第１の部分量と呼ばれる絞り弁１３の部分量に関して、開ループ制御分に加えて、各絞り弁１３の位置に関する閉ループ制御分が決定され、当該閉ループ制御分で、開ループ制御分に加えて、絞り弁１３の第１の部分量の各絞り弁１３が、各動作点において可変的な各絞り弁の位置を供給しながら作動するのみである。閉ループ制御分は、閉ループ制御器分とも呼ばれる。絞り弁１３の第１の部分量の絞り弁１３のために、開ループ制御分は、いわゆるパイロット制御分を供給する。残された１つ又は各絞り弁１３、すなわち絞り弁１３の第２の部分量の１つ又は各絞り弁は、専ら開ループ制御分で、各動作点において可変的ではない各絞り弁１３の位置を供給しながら作動する。
つまり、図１に示された実施例では、両方の絞り弁１３に関して、各動作点において、それぞれ開ループ制御分が算出されるが、これらの絞り弁１３の内の１つに関してのみは、各動作点において、付加的に閉ループ制御分が算出され、当該閉ループ制御分は、開ループ制御分に重ねられる。
開ループ制御分のみで作動する絞り弁１３の位置は、要求される動作点に依存しては変化せず、むしろ一定である。別の絞り弁１３のみが、蓄圧システム７における実圧力を設定圧力に適合させるために、各動作点において、閉ループ制御下で動作する。
さらなる詳細は、以下において、図２に関連して記載される。図２は、コモンレール燃料供給システム、つまりコモンレール燃料供給システムの絞り弁１３を動作させるための開ループ制御構造及び閉ループ制御構造のブロック図を示している。
ブロック１７では、内燃機関の要求される動作点に依存して、高圧ポンプ装置３の設定輸送量が決定され、ブロック１８では、高圧ポンプ装置３の設定輸送量に依存して、各絞り弁１３に関して、各絞り弁１３の位置に関する開ループ制御分が決定される。
ブロック１９では、内燃機関の要求される動作点に依存して、高圧下にある蓄圧システム７に関する設定圧力が決定される。ブロック２０では、蓄圧システム７の実圧力が、好ましくは少なくとも１つの圧力センサを用いて決定される。
ブロック１９の設定圧力及びブロック２０の実圧力に依存して、閉ループ制御偏差２１、２２が決定され、閉ループ制御器２３に、入力変数として供給される。閉ループ制御偏差２１は、ブロック１９の設定圧力と、ブロック２０の遅延していない実圧力との間における閉ループ制御偏差である。閉ループ制御偏差２２は、ブロック１９の設定圧力と、ブロック３３において時間的に遅延しているブロック２０の実圧力との間における閉ループ制御偏差である。
図２に示された実施例では、閉ループ制御器２３は、Ｐ部分２３ａ、Ｉ部分２３ｂ、及び、Ｄ部分２３ｃを有している。閉ループ制御器２３のＰ部分２３ａに関する比例定数は、ブロック２４において、内燃機関の回転速度、及び／又は、内燃機関の負荷、及び／又は、閉ループ制御偏差２１に依存して決定される。ブロック２５では、閉ループ制御器２３のＩ部分２３ｂに関するＩ定数が、同様に、内燃機関の回転速度、及び／又は、内燃機関の負荷、及び／又は、閉ループ制御偏差２１に依存して決定される。ブロック２６では、閉ループ制御器２３のＤ部分２３ｃに関するＤ定数が、内燃機関の回転速度、及び／又は、内燃機関の負荷に依存して決定される。
閉ループ制御器２３のＰ部分２３ａ、Ｉ部分２３ｂ及びＤ部分２３ｃの出力変数は、閉ループ制御器２３の出力変数２７を供給するために重ねられ、図示された実施例では、Ｉ部分２３ｂの出力は、リミッター２８で制限される。
上述したように、ブロック１８の開ループ制御分が、全ての絞り弁１３に関して算出される。しかしながら、絞り弁１３の第１の部分量に関してのみは、閉ループ制御器２３によって、各絞り弁１３の位置に関する閉ループ制御分が決定され、当該閉ループ制御分は、図２によると、絞り弁の第１の部分量の各絞り弁１３の作動に関する制御変数２９を得るために、開ループ制御分と重ねられる。絞り弁１３の第１の部分量に属していない、残された１つ又は各絞り弁１３、すなわち絞り弁１３の第２の部分量は、専らブロック１８の開ループ制御分で作動するので、内燃機関の運転の間、各動作点において、ブロック１８の開ループ制御分及び閉ループ制御器２３の閉ループ制御分２７で作動する１つ又は各絞り弁１３では、各絞り弁１３の可変的な位置が生じるが、これに対して、専らブロック１８の開ループ制御分で作動する別の１つ又は各絞り弁１３の位置は、各動作点において可変的ではない。
図２において、ブロック３０は、絞り弁の第１の部分量を可視化しており、第１の部分量は、ブロック１８の開ループ制御分でも、閉ループ制御器２３の閉ループ制御分２７でも作動する。ブロック３１は、残された１つ又は各絞り弁１３、又は、専らブロック１８の開ループ制御分で作動する絞り弁の第２の部分量を可視化している。
図２の両矢印３２によって、開ループ制御分及び閉ループ制御分で作動する、絞り弁１３の第１の部分量３０の１つ又は各絞り弁が、つねに同じ絞り弁１３をその位置において閉ループ制御するのではなく、閉ループ制御下で動作する絞り弁１３を交換するために、変更又は交換されることが可視化されている。その際、第１の部分量３０の絞り弁１３が、第２の部分量３１の絞り弁１３と交換又は取り替えられる。
その際、開ループ制御分及び閉ループ制御分で作動する、第１の部分量３０の１つ又は各絞り弁１３の変更又は交換は、時間制御下及び／又は事象制御下で、変更又は交換され得る。
各絞り弁１３の時間制御下での変更又は交換の場合、第１の部分量３０の各絞り弁１３の、第２の部分量３１の絞り弁１３との交換又は変更は、所定の時間の後、又は、内燃機関の運転時間の後で行われる。
各絞り弁１３の事象制御下での変更又は交換の場合、第１の部分量３０の各絞り弁１３の、第２の部分量３１の絞り弁１３との交換又は変更は、好ましくは内燃機関のエンジンの始動ごとに行われる。
本発明は、さらに、本発明に係る方法を実施するための制御装置に関する。制御装置は、内燃機関の要求される動作点に依存して、高圧ポンプ装置の設定輸送量と、蓄圧システム７に関する設定圧力とを決定する。
制御装置は、高圧ポンプ装置の設定輸送量に依存して、各絞り弁に関して、各絞り弁の位置に関する開ループ制御分を決定し、当該開ループ制御分で、制御装置は、各絞り弁１３を作動させる。
制御装置は、高圧下にある蓄圧システム７における設定圧力と実圧力との差に依存して、絞り弁１３の第１の部分量に関して、各絞り弁１３の位置に関する閉ループ制御分を決定し、当該閉ループ制御分で、制御装置は、開ループ制御分に加えて、絞り弁１３の第１の部分量の各絞り弁１３を、内燃機関の各動作点における、各絞り弁１３の可変的な位置を供給しながら作動させるのみであるが、これに対して、制御装置は、絞り弁１３の第２の部分量の１つ又は各絞り弁１３を、専ら開ループ制御分で、内燃機関の各動作点における、各絞り弁１３の可変的ではない位置を供給しながら作動させる。
本発明は、コモンレール燃料供給システムの絞り弁１３を、少ない摩耗で動作させ、結果として、その寿命を延長することを可能とする。
１ インジェクタ
２ 高圧ポンプ
３ 高圧ポンプ装置
４ 低圧領域
５ 低圧ポンプ
６ 高圧領域
７ 蓄圧システム
８ 高圧ポンプ貯蔵装置
９ 分配ユニット
１０ 高圧導管
１１ 高圧導管
１２ 切り替え弁
１３ 絞り弁
１４ 空気抜き弁
１５ 安全弁
１７ 設定輸送量決定ブロック
１８ 開ループ制御分ブロック
１９ 設定圧力決定ブロック
２０ 実圧力決定ブロック
２１ 閉ループ制御偏差
２２ 閉ループ制御偏差
２３ 閉ループ制御器
２３ａ Ｐ部分
２３ｂ Ｉ部分
２３ｃ Ｄ部分
２４ Ｐ閉ループ制御定数決定ブロック
２５ Ｉ閉ループ制御定数決定ブロック
２６ Ｄ閉ループ制御定数決定ブロック
２７ 閉ループ制御分
２８ リミッター
２９ 制御変数
３０ 絞り弁の第１の部分量
３１ 絞り弁の第２の部分量
３２ 絞り弁の変更、交換

Claims (9)

  1. 内燃機関のコモンレール燃料供給システムを運転するための方法であって、
    前記コモンレール燃料供給システムは、低圧領域（４）と、高圧領域（６）と、少なくとも２つの高圧ポンプ（２）を有する高圧ポンプ装置（３）と、を有しており、
    前記高圧ポンプ装置を用いて、燃料が、前記コモンレール燃料供給システムの前記低圧領域（４）から、前記コモンレール燃料供給システムの前記高圧領域（６）に輸送可能であり、前記高圧ポンプ装置（３）と、シリンダに配設されたインジェクタ（１）との間における前記高圧領域（６）には、持続的に高圧下にある蓄圧システム（７）が設けられており、前記高圧ポンプ装置（３）の輸送量は、前記高圧ポンプ（２）の上流に配置された絞り弁（１３）によって調整可能であり、
    内燃機関の要求される動作点に依存して、一方では前記高圧ポンプ装置（３）の設定輸送量が、他方では高圧下にある前記蓄圧システム（７）に関する設定圧力が決定され、
    前記高圧ポンプ装置（３）の設定輸送量に依存して、全ての前記絞り弁（１３）に関して、前記絞り弁（１３）それぞれの位置に関する開ループ制御分が決定され、前記開ループ制御分で、前記絞り弁（１３）それぞれが作動し、
    高圧下にある前記蓄圧システム（７）内での設定圧力と実圧力との差に依存して、前記絞り弁（１３）の第１の部分量に関して、前記絞り弁（１３）それぞれの位置に関する閉ループ制御分が決定され、前記閉ループ制御分で、前記開ループ制御分に加えて、前記絞り弁（１３）の前記第１の部分量の前記絞り弁（１３）それぞれが作動するのみであるが、これに対して、前記絞り弁（１３）の第２の部分量の前記絞り弁（１３）又は前記絞り弁（１３）それぞれは、専ら前記開ループ制御分で作動する方法。
  2. 前記開ループ制御分及び前記閉ループ制御分で作動する前記絞り弁（１３）の前記第１の部分量が、シリンダバンクごとに、ただ１つの絞り弁を含んでいることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
  3. 前記開ループ制御分及び前記閉ループ制御分で作動する前記絞り弁（１３）の前記第１の部分量の前記絞り弁（１３）又は前記絞り弁（１３）それぞれが、時間制御下で変更又は交換されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
  4. 所定の時間が経過した後に、前記開ループ制御分及び前記閉ループ制御分で作動する前記絞り弁（１３）の前記第１の部分量の前記絞り弁（１３）又は前記絞り弁（１３）それぞれが、変更又は交換されることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
  5. 前記開ループ制御分及び前記閉ループ制御分で作動する前記絞り弁（１３）の部分量の前記絞り弁（１３）又は前記絞り弁（１３）それぞれが、事象制御下で変更又は交換されることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
  6. 前記開ループ制御分及び前記閉ループ制御分で作動する前記絞り弁（１３）の部分量の前記絞り弁（１３）又は前記絞り弁（１３）それぞれが、エンジンの始動に際して変更又は交換されることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
  7. 内燃機関の要求される負荷に依存して、前記設定輸送量及び前記設定圧力が決定されることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
  8. 内燃機関のコモンレール燃料供給システムを運転するための制御装置であって、
    前記コモンレール燃料供給システムは、低圧領域（４）と、高圧領域（６）と、少なくとも２つの高圧ポンプ（２）を有する高圧ポンプ装置（３）と、を有しており、
    前記高圧ポンプ装置を用いて、燃料が、前記コモンレール燃料供給システムの前記低圧領域（４）から、前記コモンレール燃料供給システムの前記高圧領域（６）に輸送可能であり、前記高圧ポンプ装置（３）と、シリンダに配設されたインジェクタ（１）との間における前記高圧領域（６）には、持続的に高圧下にある蓄圧システム（７）が設けられており、前記高圧ポンプ装置（３）の輸送量は、前記高圧ポンプ（２）の上流に配置された絞り弁（１３）によって調整可能であり、
    前記制御装置は、内燃機関の要求される動作点に依存して、一方では前記高圧ポンプ装置（３）の設定輸送量を、他方では高圧下にある前記蓄圧システム（７）に関する設定圧力を決定し、
    前記制御装置は、前記高圧ポンプ装置（３）の設定輸送量に依存して、前記絞り弁（１３）それぞれに関して、前記絞り弁（１３）それぞれの位置に関する開ループ制御分を決定し、前記開ループ制御分で、前記制御装置は、前記絞り弁（１３）それぞれを作動させ、
    前記制御装置は、高圧下にある前記蓄圧システム（７）内での設定圧力と実圧力との差に依存して、前記絞り弁（１３）の第１の部分量に関して、前記絞り弁（１３）それぞれの位置に関する閉ループ制御分を決定し、前記制御装置は、前記閉ループ制御分で、前記開ループ制御分に加えて、前記絞り弁（１３）の前記第１の部分量の前記絞り弁（１３）それぞれを作動させるのみであるが、これに対して、前記制御装置は、前記絞り弁（１３）の第２の部分量の前記絞り弁（１３）又は前記絞り弁（１３）それぞれを、専ら前記開ループ制御分で作動させる制御装置。
  9. 請求項１から７のいずれか一項に記載の方法を、制御側において実施するように構成されていることを特徴とする制御装置。
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