JP4871364B2 - 燃料噴射器及びその運転方法 - Google Patents
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Description
こす。燃料噴射事象は、一般に、燃料噴射器の運転サイクルに関しては短いことから、燃料噴射器針は、燃料噴射器の運転サイクルの内ほぼ95%の期間は、その関係付けられた弁座と係合している。
T−2からT−1まで)の間印加して、スタックを、スタック横断初期差動電圧レベル(V−1)からスタック横断第1差動電圧レベル(V0)まで放電する段階を含んでいるのが適切である。(b)段階は、充電電流(ICHARGE)をアクチュエータに充電期間(T0からT1まで)の間印加し、スタックを、スタック横断第1差動電圧レベル(V0)からスタック横断第2差動電圧レベル(V1;V2)まで充電する段階を含んでいる。(c)段階は、放電電流(IDISCHARGE)をアクチュエータに放電期間(T2からT3まで)の間印加し、スタックを、第2差動電圧レベルから第3差動電圧レベル(V3)まで放電する段階を含んでいる。
い。而して、電圧印加噴射様式の噴射器では、アクチュエータが電圧印加されると、アクチュエータの伸延が生じ、これにより弁針が持ち上げられて、噴射が開始される(即ち、燃料噴射事象が始まる)。また、制御室内の燃料圧の変化によって、弁針の弁針座に対する位置、ひいては、弁針と弁針座の間の係合の状態が決まる。
より速い燃料噴射を発生させることができる。
のと同様の理由で、制御室内の燃料圧を調節するための機構は、制御室内の燃料圧を実質的に上昇させること無しに、ひいては、弁針と弁針座の係合の状態を変えること無しに、圧電アクチュエータの或る特定の(事前に設定された)伸延率を可能にする働きをする。本発明は、好都合にも、アクチュエータに掛かる電圧を、噴射の合間に、例えば、負の差動電圧から正の差動電圧へと、但し、噴射を開始させること無しに、上げることができるようにする。電圧加圧噴射様式の噴射器では、噴射事象の開始及び終結共にバイポーラ様式で運転するのが望ましいので、本実施形態は、アクチュエータが負の差動電圧に曝される時間の比率を下げ、圧電アクチュエータが減極されるのを防止し、ひいてはアクチュエータの寿命延長に役立ち、噴射器の耐用年数を延ばすために、使用することができる。
なお、何れの実施形態でも、本発明の方法は、更に、(b)段階と(c)段階の間に、第2差動電圧レベル(V1)を、期間(T1からT2まで、「滞留期間」)の間、実質的に維持する(b’)段階を含んでもよい。滞留期間は、故に、特定の燃料噴射事象中に圧電アクチュエータの電圧印加最高レベルが維持される時間の長さを表している、と考えることができる。対照的に、Tonは、特定の燃料噴射事象の総持続時間を表している、即ち、T0からT2までの期間を表している、と考えることができる。
第4の態様では、本発明は、本発明の第3の態様のデータ記憶媒体を設けたマイクロコンピュータに関する。
対する弁針の運動が制御されるように噴射制御室内の燃料圧に曝されている弁針と関係付けられた表面と、制御室と加圧燃料の供給源の間の燃料用漏出流路と、を備えており、漏出流路は、使用時、アクチュエータに掛かる差動電圧が事前に設定された遅い速度(RT0;RT0’;RT3;RT3’)で変化した時、制御室内の燃料圧が、弁針と関係付けられた弁針座との間の係合の状態を変えるに足る程には変化せず、一方、アクチュエータに掛かる差動電圧が事前に設定された、より速い速度(RT1;RT2)で変化した時、制御室内の燃料圧が、弁針と関係付けられた弁針座との間の係合の状態を変えるに足る程変化するように、配置されている。
針座から係合解除される時(弁針の開運動時)の方が、より大幅に減衰されるように作られている。減衰室は、弁針を弁針座に向けて付勢する働きをするばねを備えているのが適切である。
によって、アクチュエータ装置又は関係付けられた駆動回路に故障が発生した場合に弁針を自動的に閉じるための機構にもなっているのが好都合である。
更に別の態様では、本発明は、本発明の燃料噴射器の駆動回路を提供しており、この駆動回路は、(A)初期放電電流(IINI;IINI’)をアクチュエータに初期期間(T−2からT−1)の間印加して、スタックを、スタック横断初期差動電圧レベル(V−1)からスタック横断第1差動電圧レベル(V0)まで放電するための単数又は複数の第1要素と、(B)充電電流(ICHARGE)をアクチュエータに充電期間(T0からT1)の間印加して、スタックを、スタック横断第1差動電圧レベル(V0)からスタック横断第2差動電圧レベル(V1;V2)まで充電するための第2要素又は各要素と、(C)第2差動電圧レベルを期間(T1からT2)の間維持するための第3要素又は各要素と、(D)放電電流(IDISCHARGE)をアクチュエータに放電期間(T2からT3)の間印加して、スタックを、スタック横断第2差動電圧レベル(V2)からスタック横断第3差動電圧レベル(V3)まで放電するための第4要素又は各要素と、(E)次の充電電流(ISUB;ISUB’)をアクチュエータに次の期間(T3からT4;T3’からT4)の間印加して、スタックを、スタック横断第3差動電圧レベル(V3)からスタック横断次期(又は第4)差動電圧レベル(V4)まで充電するための第5要素又は各要素と、を備えており、ここでは、次の放電電流(ISUB;ISUB’)は、燃料噴射事象を開始させる程大きくはない。
る必要はないと理解頂きたい。而して、単数又は複数の第1と第4の要素は、同じ要素(各要素)を備えていてもよい。一例として、単数又は複数の要素は、回路内の放電スイッチを備えていてもよい。同様に、単数又は複数の第2と第5の要素は、充電スイッチの様な同一の単数又は複数の要素を備えていてもよい。駆動回路にもよるが、第3要素は、単数又は複数の第1、第2、第4、及び第5の要素の組合せを備えていてもよい。例えば、第2差動電圧は、充電スイッチ(例えば、第2と第5の要素)と放電スイッチ(例えば、第1と第4の要素)の組合せを使用して、許容可能レベルに維持されていてもよい。
当業者には理解頂けるように、本発明の何れか1つの態様の何れか又は全ての関連した特性は、適切な場合には、本発明の何れか他の態様に等価的特性として組み込むことができる。
各図に示されている本発明の特定の実施形態を説明する前に、以下の定義事項を提示しておく。
ノズル本体4の下側端(即ち、第1領域4a)は、ノズル先端90に設けられた噴射器出口21(その内の1つだけを図示)が、使用時、エンジンシリンダ(図示せず)の中まで伸びることができるように、アクチュエータハウジング18から突き出ている。アクチュエータハウジング18の上側(又は遠位側)端は、一般にはコモンレールの形態の燃料供給源(図示せず)から高圧燃料を受けるための入口26を含んでいる、上側ハウジング24(図1に図示)内に受け入れられている。入口26は、上側ハウジング24に設けられた供給通路28と連通している。アクチュエータハウジング18には、貫通穿孔19が
設けられており、その上側領域は内部容積部又は「アキュムレータ容積部」30を画定している。供給通路28はアキュムレータ容積部30に繋がっていて、そこに高圧の燃料が充填される。圧電スタック22は、水分及び燃料に対する浸透性が容認可能に低い、可撓性を有するシーラント材料のシーラント被覆23内に封入され、アキュムレータ容積部30内の燃料圧により生じる大きい液圧力にスタックが継続的に曝されるように、容積部30内に収容されている。シーラント被覆23は、アキュムレータ容積部30からの燃料が、圧電アクチュエータスタックを形成している個々の要素の間の接合部の中に進入してくるのを阻止又は制限し、ひいては、アクチュエータスタックに対する損傷の危険性を低減する役目を果たしている。更に、スタックは圧力下の燃料により加えられる圧縮負荷に曝されることから、ひび割れが広がっていく危険性が低減される。圧電スタック22は、例えば、EP1555427に記載されているやり方など、どの様な適した既知のやり方で、燃料噴射器内に配置され、弁針10に結合されていてもよい。
切である。
図3は、図2の燃料噴射器において、噴射器針が、アクチュエータの電圧解除による燃料噴射事象に備えて、但し、弁針10と弁針剤16の間の係合の力を不要に増大させること無しに、準備されている様子を示している。
と減衰室48の燃料圧と実質的に均衡化されており、従って、スリーブ38と弁針10の長さに沿って圧力が降下しても降下は最小限に抑えられ、制御室42とアキュムレータ容積部30との間の燃料の漏出は阻止されるか又は少なくとも最小限に抑えられる。而して、圧電スタック22がその収縮状態にある時、制御室42内の燃料圧は十分に低いため、弁針10に対する真の下向きの力が真の上向きの力を上回り、而して、弁針10は弁針座16に押し付けられて着座したままである。
針座16から持ち上げられ始める。
追加的な流れ経路(即ち、57、53)を設けたおかげで、減衰室48内の燃料圧を、(噴射器弁針10が開かれる際の燃料圧の降下に比べ)相対的に迅速に上昇させることができるようになり、弁針10の閉運動を支援し且つこの運動の激しい減衰が起こらないようにすることになる。
図3に示す非噴射状態(例えば、第3差動電圧レベルが第1差動電圧レベルと同じである場合)から始めると、弁針10は弁針座16に押し付けられて着座している。燃料は、前と同じく、送出経路58、60、62を通して送り込まれるが、弁針10が着座しているため、弁針座16を通り越して噴射器出口21まで流れることはできない。この状態で、圧電スタック22に掛かる差動電圧は、相対的低い第3電圧レベル(V3;V3’)にあるため、圧電スタック22は相対的に短尺である。一般に、圧電スタック22に掛かる第3電圧レベルは、0から−50Vの間にある。圧電スタック22がその収縮状態にあれば、スリーブ38に作用する力は弱い。制御室42内の燃料圧も相対的に低く、従って、制御室42の燃料圧によって生じるスラスト面44に作用する上向きの力も相対的に弱い。
で増大させるため、正(充電)電圧がアクチュエータに印加される。なお、この第3速度(RT3、RT3’)は、第1速度(RT1)より低いのが適切であり、そうすれば、下に説明するように、燃料噴射は回避できることが理解頂けるであろう。とはいえ、幾つかの実施形態では、第3速度RT3’は、(下で論じている様に)第1速度RT1と同様の速度である。アクチュエータ20に電圧印加すれば、アクチュエータ20は伸びて、噴射器ノズル先端90に近接している端が予測できる速さで下方向に動く。アクチュエータ20の伸延により、スリーブ38は、矢印「G」(図7)で示されるように下方向に動き、その結果、制御室42に予想できる収縮と内部の圧力上昇が生じる。制御室42内部の燃料圧の上昇により、制御室42からの燃料は、点線矢印「g」で示すように、漏出流路5と(1つ又は複数の)ベント通路57を経由してアキュムレータ容積部30の中に吐き出される。選択された運転条件の下で、制御室42内の圧力上昇並びにその結果起こるスラスト面44を介しての弁針10に対する持ち上げ力の増大は、減衰室48の高圧燃料と弁針ばね力によって生じる弁針10に対する閉じる力に打ち勝つ程には高くない。故に、弁針10は、弁針座16から係合解除されず、結果的に燃料噴射は起こらない。
充電度が低い状態にあるため、アクチュエータスタックは相対的に短尺で、弁針10はその弁針座16と係合しており、燃料噴射は起こっていない(図2に図示)。上記の状況では、燃料噴射器の駆動回路は、ECUからの初期電圧解除コマンド信号又は噴射(電圧印加)コマンド信号の何れかを待っている状態にある。
200V)に維持するのに使用され、上記滞留期間中、噴射器弁針10は、噴射が行われるように開いた状態に保持される。弁針が開いた状態に保持される期間は、必要量の燃料が関係付けられた燃焼シリンダの中に確実に噴射されるように制御されている。
に維持されることであり、即ち、別のやり方では、バイポーラ運転の有益性は利用できない。本発明の方法は、故に、アクチュエータ20の耐用年数を延ばし、ひいては噴射器の耐用年数を延ばすことができる。
される。アクチュエータ20が相対的に速い速度で充電されても、電圧上昇は、燃料噴射事象を開始させるには十分でないことから、ISUB’の平均充電電流レベルは、より高い速度RT3’で維持できると判定されている。
T−1時に、初期放電位相は、燃料噴射器2をそれ以上放電させないために終結される。T−2からT−1の期間中、圧電アクチュエータ20に掛かる電圧は、ほぼ0Vの相対的に放電が進んだ初期電圧レベル(V−1)から、例えば、−20から−50Vの一層放電が進んだ第1電圧レベル(V0)まで降下する。第1の燃料噴射事象110はパイロット噴射なので、幾つかの実施形態では、第1差動電圧レベル(V0)は、図8の様な、第1の燃料噴射事象がメイン噴射130である場合ほど低くなくてもよい。
T0時に、圧電アクチュエータ20に掛かる電圧は、充電電流(ICAHRGE)をアクチュエータに印加することにより、第1充電速度RT1で上げられる。而して、第1充電位相(T0からT1まで)の間に、アクチュエータに掛かる電圧は、スタック横断第1差動電圧レベル(V0)から第2差動電圧レベル(V1;V2)まで上昇し、パイロット燃料噴射110が開始される。
えば、50から100Vの間にすることができる。
第2差動電圧レベル(V1)は、事前に設定された滞留期間T1からT2の間維持され、この間、噴射器弁針10は、パイロット噴射110が行われるように開いた状態に保持される。前と同じように、弁針が開いた状態に保持される期間は、必要量の燃料が関係付けられた燃焼シリンダの中に確実に噴射されるように制御されている。
上記実施形態の何れにおいても、噴射器のアクチュエータに掛かる電圧は、噴射中以外はほぼ0Vに調節されるので、全体として噴射器は正又は負の差動電圧レベルに曝される期間が著しく短縮され、故に、その耐用年数が伸びる、という利点が実現されている。
当業者には理解頂けるように、エンジンは、一般に複数の燃料噴射器を備えている。従って、上で言及した方法は、エンジンの各噴射器の何れにでも適用することができる。同様に、本発明は、本発明の1つ又はそれ以上の燃料噴射器又は噴射ノズルを備えたエンジンも包含している。
これまでに、そして特許請求の範囲の中で、列挙されている本発明の方法の様々な段階は、全ての場合において、それらが紹介されている順序で行う必要はなく、順序を逆にしても入れ替えてもよく、その場合でも本発明に伴う各利点はなおもたらされるものと理解頂きたい。
燃料の噴射制御室(42)と、
前記制御室内の燃料圧を、負荷伝達装置(36)を介して制御するように装備された圧電アクチュエータ(20)と、
一組のノズル出口(21)を通した燃料噴射を制御するために弁針座(16)と係合することができる弁針(10)であって、前記弁針と関係付けられた面(44)は、前記制御室内の燃料圧の変動によって前記弁針座に対する前記弁針の運動が制御されるように、前記噴射制御室内の燃料圧に曝されている、弁針と、
加圧燃料の供給源(57;30)から前記制御室に流入及び流出する燃料のための漏出流路(5)と、を備えており、
前記漏出流路は、使用時、前記アクチュエータ横断する差動電圧が事前に設定された速度(RT0;RT0’;RT3;RT3’)で変化した時、前記制御室内の燃料圧が、前記弁針と前記関係付けられた弁針座との間の係合の状態を変えることができる程には変化せず、一方、前記アクチュエータに掛かる差動電圧が事前に設定された速度(RT1;RT2)で変化した時、前記制御室内の燃料圧が、前記弁針と前記関係付けられた弁針座との間の係合の状態を変えることができる程変化するように、配置されている、燃料噴射器(2)。
(A)初期放電電流(I INI ;I INI’ )を前記アクチュエータ(20)に初期期間(T−2からT−1)の間印加して、前記スタックを、スタック横断初期差動電圧レベル(V −1 )からスタック(22)横断第1差動電圧レベル(V 0 )まで放電させるための第1要素又は各要素と、
(B)充電電流(I CHARGE )を前記アクチュエータ(20)に充電期間(T0からT1)の間印加して、前記スタックを、前記スタック横断第1差動電圧レベル(V 0 )からスタック横断第2差動電圧レベル(V 1 )まで充電するための第2要素又は各要素と、
(C)前記第2差動電圧レベルを期間(T1からT2)の間維持するための第3要素又は各要素と、
(D)放電電流(I DISCHARGE )を前記アクチュエータ(20)に放電期間(T2からT3)の間印加して、前記スタックを、前記スタック横断第2差動電圧レベル(V 2 )からスタック横断第3差動電圧レベル(V 3 )まで放電させるための第4要素又は各要素と、
(E)次の充電電流(I SUB ;I SUB’ )を前記アクチュエータ(20)に次の期間(T3からT4;T3’からT4)の間印加して、前記スタックを、前記スタック横断第3差動電圧レベル(V 3 )からスタック横断次期差動電圧レベル(V 4 )まで充電するための第5要素又は各要素と、を備えており、
前記次の放電電流(I SUB ;I SUB’ )は、燃料噴射事象を開始させる程大きくはない、駆動回路。
Claims (19)
- 噴射器弁針(10)の運動を制御するための圧電アクチュエータ(22)を有する燃料噴射器(2)を運転する方法において、
(a)初期燃料噴射事象に先立ち、前記アクチュエータに掛かる電圧を初期速度(RT0;RT0’)で前記燃料噴射器が非噴射状態である初期差動電圧レベル(V −1 )から前記燃料噴射器が非噴射状態である第1差動電圧レベル(V 0 )まで下げて、前記アクチュエータに電圧解除を行う段階と、
(b)第1の燃料噴射シーケンスの初期燃料噴射事象(110;120;130)を開始させるために、前記アクチュエータに掛かる電圧を前記第1差動電圧レベル(V 0 )から第1速度(RT1)で上げる段階と、
(c)前記初期燃料噴射事象を終結させるために、前記アクチュエータに掛かる電圧を第2速度(RT2)で下げる段階と、
(d)前記初期燃料噴射事象が終結した後で、次の燃料噴射事象(110;120;130)が開始される前に、前記アクチュエータに掛かる電圧を第3速度(RT3;RT3’)で上げて、前記アクチュエータに電圧印加を、但し噴射事象を開始すること無しに、行う段階、から成る方法。 - 前記(a)段階は、初期放電電流(IINI;IINI’)を前記アクチュエータ(22)に初期期間(T−2からT−1まで)の間印加し、前記スタックを、スタック横断初期差動電圧レベル(V−1)からスタック横断第1差動電圧レベル(V0)まで放電する段階を含んでおり、
前記(b)段階は、充電電流(ICHARGE)を前記アクチュエータに充電期間(T0からT1まで)の間印加し、前記スタックを、スタック横断第1差動電圧レベル(V0)からスタック横断第2差動電圧レベル(V1;V2)まで充電する段階を含んでおり、
前記(c)段階は、放電電流(IDISCHARGE)を前記アクチュエータに放電期間(T2からT3まで)の間印加し、前記スタックを、第2差動電圧レベルから第3差動電圧レベル(V3)まで放電する段階を含んでおり、
前記(d)段階は、次の充電電流(ISUB;ISUB’)を前記アクチュエータに次の期間(T3からT4;T3’からT4’)の間印加し、前記スタックを、前記第3差動電圧レベル(V3)から次の差動電圧レベル(V4)に充電する段階を含んでおり、前記次の放電電流(ISUB;ISUB’)は、燃料噴射事象を開始させる程大きくはない、請求項1に記載の方法。 - 前記(b)段階と前記(c)段階の間に、
(b’)前記第2差動電圧レベル(V1;V2)を或る期間(T1からT2まで、「滞留期間」)の間実質的に維持する段階、を更に含んでいる、請求項2に記載の方法。 - 前記初期差動電圧レベル(V−1)及び/又は次の差動電圧レベル(V4)は、+50から−20Vまでの範囲にある、請求項2又は3に記載の方法。
- 前記初期差動電圧レベル(V−1)及び/又は次の差動電圧レベル(V4)は、ほぼ0Vである、請求項4に記載の方法。
- 前記第1差動電圧レベル(V0)は、−20Vから−50Vの範囲にある、請求項2から5の何れかに記載の方法。
- 前記第1差動電圧レベル(V0)及び/又は次の差動電圧レベル(V4)は、燃料レール内の燃料圧(レール圧力P)、電気パルス時間(Ton)、圧電スタックの温度(Temp)、スタックに掛かる初期差動電圧レベル(V−1)、エンジン燃料需要、及び意図されるアクチュエータ運用年数、から成る群より選択された少なくとも1つのエンジンパラメータに基づいて選択される、請求項2から6の何れかに記載の方法。
- エンジン制御装置の制御下で、前記アクチュエータに掛かる電圧を初期速度(RT0;RT0’)で積極的に下げる段階を含んでいる、請求項1から7の何れかに記載の方法。
- 前記初期噴射事象は、第1の噴射シーケンスの初期燃料噴射事象(110;120)であり、前記次の燃料噴射事象は、前記同噴射シーケンスの次の燃料噴射事象(120;130)である、請求項1から8の何れかに記載の方法。
- 前記初期燃料噴射事象は、前記第1の噴射シーケンスのパイロット噴射(120)であり、前記次の噴射は前記第1の噴射シーケンスのメイン噴射(130)である、請求項9に記載の方法。
- 前記初期燃料噴射事象は、前記第1の噴射シーケンスのパイロット噴射(110)であり、前記次の噴射は、前記第1の噴射シーケンスの別のパイロット噴射(120)である、請求項9に記載の方法。
- 前記初期燃料噴射事象は、第1の噴射シーケンスの或る燃料噴射事象(110;120;130)であり、前記次の燃料噴射事象は、第2の噴射シーケンスの或る燃料噴射事象である、請求項1から8の何れかに記載の方法。
- 前記アクチュエータに掛かる電圧を、前記初期燃料噴射事象(110;120;130)後経過した時間の関数として前記第3速度(RT3;RT3’)で上げる段階を含んでいる、請求項1から12の何れかに記載の方法。
- 前記アクチュエータに掛かる電圧を前記第3速度(RT3;RT3’)で上げる段階は、前記初期噴射(110;120;130)が終結してから事前に設定された時間が経過した時点で開始される、請求項1から13の何れかに記載の方法。
- 前記(a)段階で、前記アクチュエータ(20)に掛かる電圧を下げて前記アクチュエータに電圧解除を行う際の前記初期速度(RT0)は、前記(c)段階で前記アクチュエータに掛かる電圧を下げた時の前記速度(RT2)より低くなっている、請求項1から14の何れかに記載の方法。
- 前記(d)段階で、前記アクチュエータ(20)に掛かる電圧を上げて前記アクチュエータに電圧印加を行う際の前記速度(RT3)は、前記(b)段階で前記アクチュエータに掛かる電圧を上げた時の前記速度(RT1)より低くなっている、請求項1から15の何れかに記載の方法。
- 実行環境で実行された時、請求項1から16の何れかの方法を実施するよう機能する、少なくとも1つのコンピュータプログラムソフトウェア部分を備えているコンピュータプログラム製品。
- 請求項17の前記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させたデータ記憶媒体。
- 請求項18の前記データ記憶媒体を装備したマイクロコンピュータ。
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