JP4536978B2 - 燃料噴射弁を用いて燃料を調量する方法 - Google Patents

Description

【０００１】
従来技術
本発明は独立請求項に記載した形式の燃料噴射弁から出発している。
【０００２】
ＤＥ１９６４２６５３Ｃ１号からは、請求項１の上位概念として記載した特徴を有する、燃料噴射弁を用いて燃料を調量する方法が公知である。この場合には、回転数と負荷とによって規定されている内燃機関の各運転点のために、噴射特性フィールドにて弁閉鎖体の弁ストローク及び噴射時間長さの最適な調節パラメータが記録されている。
【０００３】
内燃機関の任意の運転点に達した場合には、相応する調節パラメータが噴射特性フィールドから取出されかつ制御回路により、内燃機関の運転のために弁ストロークと噴射時間を調節する根底とされる。次いで内燃機関の運転騒音が測定されかつ運転点個有の目標値と比較される。目標値から外れている場合には調整ユニットによって、内燃機関の騒音が目標値に補償されるまで調節パラメータが変化させられる。この場合には目標値の達成の根拠である調節パラメータは当該運転点にて新しい、適正化された値として噴射特性フィールドの当該運転点に記録されかつこれまでの調節パラメータと置き換えられる。
【０００４】
ＤＥ１９６４２６５３Ｃｌ号によって公知である、燃料噴射弁を用いて燃料を調量する方法は、噴射特性フィールドを検出するためにまず内燃機関を運転しなければならないという欠点を有している。この場合、弁ストロークと噴射時間の適性化は調整ユニットの目標値に関連しているので、事情によっては理想的な運転点は達成されない。さらに例えば調節パラメータに基づかない測定された内燃機関の目標値からの偏差に基づく内燃機関の老巧化に起因する内燃機関の騒音の増大に際しては、内燃機関の運転点における調節パラメータの減調節をもたらす。さらに内燃機関の騒音の低さは数多くのファクタ、例えば排ガスの組成と供給空気の温度又は内燃機関温度に関連するので、噴射特性フィールドに関係付けられた目標値を提示することには問題がある。
【０００５】
別の欠点は回転数と負荷とのあらゆる組合わせに弁ストロークも噴射時間も記憶する必要があり、単純ではないメモリーにおける大きなメモリー所要量が必要となることである。
【０００６】
ＤＥ４００５４５５Ａ１号によれば圧電式のアクチェータと、アクチェータにより弁ストロークで作動可能で、弁座保持体に設けられた弁座面と協働してシール座を形成する弁閉鎖体とを有する燃料噴射弁が公知である。この場合にはアクチェータはシール座を開くために、シール座を閉鎖するために遮断される緊締力で負荷されている。燃料噴射弁は燃料流入管片を有し、該燃料流入管片を介して燃料は燃料噴射弁へ導かれる。燃料ポンプによって燃料噴射弁内へ導かれた燃料は燃料流入圧で負荷される。
【０００７】
ＤＥ４００５４５５Ａｌ号から公知である燃料噴射弁の場合には以下の欠点がある。内燃機械の全負荷運転のために必要な燃料の最大量を噴射するためには、弁ニードルの行程が与えられかつ最大切換え時間が与えられている場合には高い燃料流入圧が必要である。燃料噴射弁から噴射された燃料量を減少させるためには、まず燃料噴射弁の切換え時間が短縮される。開放及び閉鎖過程の間に同様に燃料が燃料噴射弁から噴射されるので、燃料噴射弁の開放もしくは閉鎖時間の領域にある切換え時間が短い場合に燃料の再現可能ではない放出をもたらす。したがって例えばアイドリング運転に必要な最小燃料量のために、放出された燃料量を切換え時間によって調節することはもはやできない。したがって必要な最小燃料量を放出することができるためには燃料流入圧が低下せられなければならない。問題であるのは特に過給された機関の場合である。何故ならば短い最大噴射時間によって極めて低い切換え時間が要求されかつそれでも場合によってはまだ圧力降下が見込まれなければならないからである。
【０００８】
別の欠点は噴射された燃料ジェット流の開き角が弁座の幾何学的な形状によって決定されかつ燃料噴射弁の運転の間は変えることができないことである。
【０００９】
本発明の利点
これに対し、本発明の請求項１の特徴を有する燃料噴射弁を用いて燃料を調量する本発明の方法は、制御信号の若干の調節に関連して燃料流を求めることによって、燃料噴射弁の構造形式を特徴づける補償曲線が得られるので、補償曲線を使用して制御信号で任意の燃料流を調節することができる。これにより、燃料流を噴射時間に亘って積分することによって、燃料噴射弁により噴射された燃料量を求めることが可能になった。これにより内燃機関のどの運転点においても所定の燃料流が制御信号によって調節される。この結果、目標値は特別な調整を必要とすることなしで直接的に調節することができる。さらに機関個有の変動が容易に補償されるようになる。
【００１０】
従属請求項によれば請求項１に記載した方法の有利な実施が可能である。
【００１１】
有利であることは制御信号の変化によって燃料噴射弁によって噴射された燃料ジェット流の開き角が変化させられることである。これにより、燃料が燃焼空気と混合される空間領域があらかじめ規定され得るようになる。
【００１２】
さらに有利であることは、燃料噴射弁により噴射される燃料ジェット流が制御信号に関連して特性線を生ぜしめるために測定され、該特性線を使用して燃料ジェット流の所定の開き角が制御信号で調節されることである。これによって開き角の目標値は、特別な調整を必要とすることなく直接的に調節され得るようになる。さらにこの場合には機関個有の変動が容易に補償されることができる。
【００１３】
有利な形式で燃料噴射弁に供給された燃料は時間的に少なくともほぼコンスタントな燃料流入圧で負荷されている。
【００１４】
さらに有利であることは、燃料が内燃機関の燃焼室に直接的に噴射されることであり、制御信号に内燃機関の少なくとも１つの制御値より影響を及ぼすことである。この場合には制御値は、例えば内燃機関のトルク又は回転数であるか又は制御値は内燃機関により発生させられた排ガスの組成に関連することができるこれによりシリンダ等化及び機関特性の最適化が達成される。同様に燃料噴射弁の長時間ドラフトが補償されることができる。特に有利であることは、制御値が内燃機関の個々のシリンダのために個別に求められることである。これによって個々のシリンダの異なる特性は迅速に捉えられるようになる。
【００１５】
実施例
図１には燃料噴射弁１を用いて燃料を調量する本発明による方法を説明するための装置が示されている。この場合には燃料噴射弁１は内へ開く燃料噴射弁１として構成されているが、当該方法は外へ開く燃料噴射弁１にも適している。燃料噴射弁はこの実施例では燃料、特にガソリンを混合気圧縮式の外部点火型の内燃機関の燃焼室２へ直接噴射するいわゆるガソリン直接噴射弁として役立つ。しかし本発明の燃料噴射弁１は他の使用目的のためにも適している。
【００１６】
燃料噴射弁１は電気的なケーブル４を介して制御装置５と接続されている。さらに燃料噴射弁１は燃料導管６を介して燃料ポンプ７と接続されている。
【００１７】
燃料噴射弁１の弁ケーシング１０は一端に弁座体１１を有している。他端にて弁ケーシング１０は弁カバー１２で閉じられている。弁座体１１には弁座面１３が構成され、該弁座面１３は円錐台形の、噴射方向に先細の弁閉鎖体１４と協働してシール座を形成している。この弁閉鎖体１４は弁ニードル１５で作動されかつ図示の実施例では弁ニードル１５と一体に構成されている。
【００１８】
燃料噴射弁１の作動は圧電式又は磁気ひずみ式に構成されたアクチェータ１６で行われる。アクチェータ１６は中央に切欠きを有し、該切欠きを弁ニードル１５が貫通しているので、アクチェータ１６は弁ニードル１５を少なくとも区分的に取囲んでいる。アクチェータ１６は、シールプレート１８により燃料室１９から仕切られたアクチェータ室１７内に位置している。弁ニードル１５は圧力プレート２０と結合されている。アクチェータ１６は一方では圧力プレート２０に支えられかつ他方ではシールプレート１８に支えられている。さらにシールプレート１８によっては弁ニードル１５の案内が与えられている。弁閉鎖体１４は弁ニードル１５と圧力プレート２０とを介して圧縮ばね２１によって弁座体１１の弁座面１３内へプレスされ、これによてってシール座が閉じられている。
【００１９】
燃料噴射弁１の作動は制御装置５により発生させられた制御信号によって行われる。この制御信号は電気的なケーブル４と電気的な供給導線２５とを介しアクチェータ１６に導かれる。アクチェータ１６を作動すると、アクチェータ１６は圧縮ばね２１の力に抗して膨張し、これによって弁ニードル５に弁ストロークが与えられかつ弁閉鎖体１４が弁座面１３から離れる。弁閉鎖体１４と弁座面１３との間に発生したギャップを通って燃料は燃料室１９から噴射通路２６に流出する。これによって燃料は内燃機関３の燃焼室２へ噴射される。
【００２０】
燃料を燃料室１９へ供給することは燃料導管６と燃料ポンプ７とで行われる。燃料ポンプ７は燃料室１９内を支配している燃料流入圧を可変に調節するために役立つ。燃料導管６は結合部材２７でねじ山２８を介して燃料噴射弁１の弁ケーシング１０に結合されている。燃料ポンプは図示されていない燃料タンクに接続され、この燃料タンクから燃料は燃料室１９へ圧送される。
【００２１】
アクチェータ１６を制御装置５で作動することによって弁ニードル１５に弁ニードルストロークが与えられ、弁閉鎖体１４と弁座面１３との間には、弁ニードルのストロークの大きさに相当する横断面のギャップが発生する。発生するギャップを通って燃料ジェット流は燃料噴射弁１から噴射される。噴射された燃料ジェット流は、時間的に導かれた燃料量から成る燃料流によって特徴づけられる。したがって燃料噴射弁１の作動サイクルの間に噴射された燃料量は噴射サイクルに亘って積分された燃料流によって与えられる。
【００２２】
内燃機関３を均質運転で運転するためには噴射された燃料量のためには存在する燃料量を完全に燃焼させるためにちょうど必要な所定の空気量が必要である。しかしながら、内燃機関の均質運転のためには燃料と空気との理想的な混合が必要であるので、内燃機関３を希薄運転で運転すること、つまり内燃機関３の内燃室２内に存在する空気量が必要とされる空気量よりも大きいことの方がしばしば有利である。特に存在する空気量が常に少量なものでしかないと、燃料噴射弁１を制御してわずかな燃料しか与えられないように制御できることが必要である。
【００２３】
燃料室１９における燃料の燃料流入圧が変わらない場合に、内燃機関３の燃焼室２内へ小さな量の燃料を噴射するためには、アクチェータ１６は燃料噴射弁１が部分的にしか開放しないように可変な制御信号で制御される。これによって、弁閉鎖体１４と弁座体１１の弁座面１３との間に生ぜしめられた開放横断面は次いで所定の時間コンスタントに保ち、その時間のあとで制御信号により再び閉じられることができる。このような形式で、最小の燃料量を燃焼室２内へ噴射することができる。この場合、この最小の燃料量は燃料ポンプ７から燃料室１９にて生ぜしめられた燃料流入圧がコンスタントである場合にも調量することができる。したがって制御装置５により生ぜしめられた制御信号の変化だけで、零から最大値まで可変な燃料流を生ぜしめることが可能である。これにより燃焼室２内へ噴射された燃料量は再現可能に調節できる。この場合、最大の燃料量は燃料流入圧、弁座幾何学的形状及び最大弁ストロークによって与えられる。
【００２４】
内燃機関３の燃焼室２内へ噴射された燃料に、内燃機関３の制御値によって影響を及ぼすためには、制御装置５は駆動軸測定装置３０と排ガス測定装置３１と結合されている。このためには結合線３２，３３が設けられている。駆動軸測定装置３０は内燃機関のトルク及び／又は回転数を測定する駆動軸センサ３４と接続されている。回転数と関係付けられたトルク変動を介して内燃機関３の個々のシリンダにおける燃料条件についての推論が得られる。駆動軸センサ３４は駆動軸３８に作用するか又は駆動軸センサ３４は内燃機関のトルク又は回転数を決定するために他の装置に作用することができる。排ガス測定装置３１は内燃機関３の排ガス導管３６内に取り付けられた排ガスセンサ３５を有している。排ガスセンサ３５は接続部３７を介し排ガス測定装置３１と接続されている。排ガスセンサ３５は内燃機関３の個々のシリンダのマニホルドにて発生した排ガス又は内燃機関の個々のシリンダのマニホルド集合の後で生ぜしめられた燃焼ガスに位置することができる。
【００２５】
駆動軸測定装置３０と排ガス測定装置３１とから発生する制御値は、接続線３２，３３を介して制御装置５へ導かれかつ機関制御の枠内で後続加工される。これによってシリンダ個別の制御によってシリンダが相互に調節される。同様に燃料噴射弁１の噴射特性の長期ドリフトが修正される。
【００２６】
図２と図３には図１にて符号ＩＩで示された区分が示されている。この場合、燃料噴射弁１は種々異なって制御されている。既に述べたエレメントには同じ符号が付けられている。燃料噴射弁１の弁ストロークに際しては弁閉鎖体１４と弁座面１３とによって形成されたシール座にて燃料流が発生させられ、これによって円錐台形の燃料ジェット流４０が燃料噴射弁１の噴射通路２６から噴射される。この場合、燃料ジェット流４０は燃料流の大きさに関係した開き角αを有している。
【００２７】
図３では制御信号によって、図２におけるよりも大きく調節された弁ニードルストロークが調節されている。これにより燃料流が拡大され、円錐形の燃料ジェット流４０の開き角αが達成される。したがって制御信号を変化させることによって燃料噴射弁１から噴射される燃料ジェット４０の開き角αを変えることができる。
【００２８】
図４には燃料流Ｑと燃料ジェット流４０とを燃料噴射弁１の弁ストロークｈに関連して示す測定列が示されている。この場合、弁ストロークｈは制御装置５の制御信号に関連してアクチェータ１６の膨張によって生じる。横軸には弁ストロークｈの代わりに物理的な値、例えば制御信号の電圧を示すこともできる。制御信号の変化によって弁ストロークｈも変化する。この場合には弁ストロークｈが変わらない状態で短時間後に静的な燃料流Ｑが生じる。静的な燃料流Ｑは図示の線図では塗り潰された菱形で示されている。この場合にはｎ＝０の弁ストロークでは燃料流Ｑは消去している。ｎ＝８２μｍの弁ストロークではこの実施例では最大の燃料流Ｑで達成される。測定点４５ａ−４５ｅを通っては、例えば２次の多項式によって与えられることのできる補償曲線が示されている。しかし、補償曲線はそれぞれ隣り合った２つの測定点、例えば４５ｂ，４５ｃを直線で結ぶことで与えられていることができる。この場合には所定の燃料流Ｑに対しては補償カーブ４６の助けを借りて必要な弁ストロークｈもしくは必要な制御信号の大きさを求めることができる。燃料噴射弁１にて所定の燃料流Ｑを調節するためにはこのようにして求められた大きさの制御信号が燃料噴射弁１に導かれ、これによって所望の燃料流Ｑが燃料噴射弁１にて調節される。この調整兼制御アルゴリズムは例えば制御装置５のマイクロプロセッサで行うことができる。
【００２９】
同じ形式で開き角αは弁ストロークｈもしくは制御信号の大きさに関連して求められる図示の実施例では測定点４７ａ−４７ｄが得られる。それぞれ隣り合った２つの測定点、例えば４７ｂ、４７ｃは直線部分、例えば４８ｂで結合されている。これによって特性線４８ａ−４８ｃが生じる。同様に燃料流Ｑの場合のように、特性線４８ａ−４８ｃの助けを借りて所望の開き角αに対し必要な弁ストロークｈもしくは制御信号の必要な大きさを求めることができる。この場合、燃料噴射弁１を適当な制御信号で制御することによって所望の開き角αが与えられる。補償曲線と特性線４６と４８ａ−４８ｃとは他の形式で、特に補間法又は近似法で求めることができる。
【００３０】
燃料流Ｑが固定した場合に開き角αを変化させるためには燃料の燃料流入圧が燃料ポンプ７によって変化させられることができる。この場合には燃料流Ｑと開き角αが弁ストロークもしくは制御信号の大きさと燃料流入圧とに関連して示されている２次元の特性フィールドが生じる。この場合には燃料流と開き角とから成る所望される対偶（Ｑ、α）にて必要な弁ストロークｈもしくは燃料流入圧が求められる。燃料噴射弁１と燃料ポンプ７の制御によって燃料流Ｑと開き角αは互いに無関係に調節される。これを実施するためには制御装置５は接続線（５０図１）を介して燃料ポンプ７と接続されている。
【００３１】
本発明は記述した実施例に限定されるものではない。本発明は特に弁ストロークの変化する制御を可能にする任意の燃料噴射弁１に適している。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の方法を説明するための概略的な実施例を示した図。
【図２】 第１の運転位置で図１に符号ＩＩで示した部分を示した図。
【図３】 第２の運転位置で図１に符号ＩＩで示した部分を示した図。
【図４】 本発明の方法を説明するための線図。
【符号の説明】
１ 燃料噴射弁、３ 燃焼室、３ 内燃機関、４ ケーブル、５ 制御装置、６ 燃料導管、７ 燃料ポンプ、１０ 弁ケーシング、１１ 弁座体、１２ 弁カバー、１３ 弁座面、１４ 弁閉鎖体、１５ 弁ニードル、１６ アクチェータ、１７ アクチェータ室、１８ シールプレート、１９ 燃料室、２０ 圧力プレート、２１ 圧縮ばね

Claims (7)

1. 燃料を内燃機関（３）の燃焼室（２）内へ直接的に噴射させる燃料噴射弁（１）と圧電式又は磁気ひずみ式のアクチェータ（１６）と該アクチェータ（１６）により弁ストローク（ｈ）で作動可能な、弁座体（１１）に設けられた弁座面（１３）とシール座を成して協働する弁閉鎖体（１４）とを用いて燃料を調量する方法であって、前記シール座において変化する燃料流（Ｑ）を生ぜしめるために前記弁ストローク（ｈ）が、前記アクチェータ（１６）を制御する変化可能な制御信号に関連して可変に調節され、燃料噴射弁（１）から噴射される燃料ジェット流（４０）の燃料流（Ｑ）が、前記制御信号に関連して補償カーブ（４６）を生ぜしめるために測定され、前記補償カーブ（４６）を使用して所定の燃料流（Ｑ）が前記制御信号で調節される形式のものにおいて、前記制御信号が内燃機関（３）の少なくとも１つの制御量に関連しており、かつ該少なくとも１つの制御量が内燃機関（３）により発生させられた排ガスの組成に関連しており、該制御量が内燃機関の各燃焼室（２）のために個別に求められることを特徴とする、内燃機関の燃料を調量する方法。
2. 前記制御量が制御装置（５）を介して制御信号に加工され、制御装置（５）が排ガス測定装置（３１）に結合されている、請求項１記載の方法。
3. 排ガス測定装置（３１）が排ガスセンサ（３５）を有し、該排ガスセンサ（３５）が内燃機関（３）の排ガス導管内に取付けられており、該排ガスセンサ（３５）から、内燃機関（３）の前記少なくとも１つの制御値が制御装置（５）に供給される、請求項２記載の方法。
4. 排ガスに関連した制御値を介し内燃機関（３）の個々の燃焼室（２）の等化を行う、請求項２又は３記載の方法。
5. 前記制御信号の変化により、燃料噴射弁（１）から噴射された燃料ジェット流（４０）の開き角（α）が変化させられる、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
6. 燃料噴射弁（１）から噴射された燃料ジェット流（４０）の開き角（４０）が制御信号に関連して特性線（４８ａ−４８ｃ）を生ぜしめるために測定されかつ該特性線（４８ａ−４８ｃ）を使用して燃料ジェット流（４０）の所定の開放角（α）を前記制御信号で調節する、請求項５記載の方法。
7. 燃料噴射弁（１）に供給された燃料が時間的に少なくともほぼコンスタントな燃料流入圧で負荷されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。

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