JP6697799B2

JP6697799B2 - エンジン内の燃料の噴射を制御するためのシステム

Info

Publication number: JP6697799B2
Application number: JP2015235296A
Authority: JP
Inventors: ヤシン・マルセル・フリッツ; ディノ・マティアス・イムホフ
Original assignee: GE Global Sourcing LLC
Current assignee: Transportation IP Holdings LLC
Priority date: 2014-12-09
Filing date: 2015-12-02
Publication date: 2020-05-27
Anticipated expiration: 2035-12-02
Also published as: CN105697159B; EP3032077B1; BR102015030675A8; KR20160070031A; BR102015030675A2; US10294884B2; CN105697159A; US20160160791A1; JP2016109130A; EP3032077A1

Description

本発明の実施形態は、一般的には、エンジンに関する。より具体的には、本発明の実施形態は、エンジン内の燃料の噴射を制御するためのシステムおよび方法に関する。

燃料費の低減および燃料自由度の向上は、往復エンジンの開発における目的の一部である。デュアル燃料エンジンは、そのような目的に対処するために開発された。デュアル燃料エンジンはまた、単一燃料のディーゼルエンジンと比較して、デュアル燃料燃焼モードにおける排出物の低減という利点を提供することができる。通常、デュアル燃料エンジンは、２つの燃料、すなわち第１の燃料および第２の燃料によって動作することができる。例を挙げると、第１の燃料は、ディーゼル燃料、バイオディーゼル燃料、重油（ＨＦＯ）、またはこれらの組み合わせなどの液体燃料を含むことができる。第２の燃料は、エタノール、天然ガス、バイオガス、液化石油ガス、水素、原料ガス、随伴ガス、鋼鉄ガス、またはこれらの組み合わせなどの気体燃料を含むことができる。

デュアル燃料エンジンのデュアル燃料燃焼モードでは、液体燃料（たとえば、第１の燃料）は気体燃料（たとえば、第２の燃料）を点火するために使用される。気体燃料の燃料コストがより低く、あるいは気体燃料の燃焼中の排出物がより少ないという利点は、デュアル燃料燃焼モードにおける全体的な熱／エネルギー放出に対する気体燃料の燃焼の寄与の増加に伴って増加することができる。気体燃料のエネルギーの割合を最大にするためには、最小量の第１の燃料を噴射する能力が必要になる。そのうえ、良好な燃焼安定性およびサイクル変動目標に対する所望のサイクルを達成しつつ、第２の燃料の点火のために噴射される第１の燃料を正確に計量することは、燃料噴射器の寿命にわたって課題となっている。これは、特に、純粋な第１の燃料の動作と同様に、デュアル燃料動作における第１の燃料の噴射のために単一の燃料噴射器のみが用いられる場合である。

したがって、エンジン内の燃料の噴射を制御するための改良されたシステムおよび方法に対する継続的な必要性がある。

国際公開第２０１４／０４０６０６号

本発明の一実施形態は、エンジン内の燃料の噴射を制御するためのシステムに関する。エンジンは、シリンダと、シリンダに第１の燃料を噴射する第１の燃料噴射器と、を含む。システムは、第１の燃料噴射器に配置され、または第１の燃料噴射器に近接して配置され、第１の燃料の噴射の開始および噴射の終了の少なくとも一方を示す電気信号を生成するように構成されたセンサを含む。システムは、電気信号に基づいて第１の燃料噴射器によって噴射される第１の燃料の噴射の質量および開始の少なくとも一方を調整するように構成されたコントローラをさらに含む。

本発明の別の実施形態は、デュアル燃料エンジンに関する。デュアル燃料エンジンは、シリンダと、第１の燃料噴射器と、ノックセンサと、コントローラと、を含む。第１の燃料噴射器は、シリンダのシリンダヘッドに装着され、シリンダに第１の燃料を噴射するように構成される。ノックセンサは、第１の燃料噴射器に配置され、または第１の燃料噴射器に近接して配置される。ノックセンサは、第１の燃料の噴射の開始および噴射の終了の少なくとも一方を示す電気信号を生成するように構成される。コントローラは、第１の燃料噴射器およびノックセンサに結合され、コントローラは、電気信号および第１の燃料噴射器と関係する１つもしくは複数の所定の特性に基づいて第１の燃料噴射器によって噴射される、第１の燃料の噴射の質量および開始の少なくとも一方を調整するように構成される。

本発明の別の実施形態は、デュアル燃料エンジンにおける第１の燃料の噴射を制御するための方法に関する。本方法は、第１の燃料噴射器を介して、デュアル燃料エンジンのシリンダに第１の燃料を噴射するステップを含む。本方法は、第１の燃料噴射器に配置された、または第１の燃料噴射器に近接して配置されたセンサにより、第１の燃料の噴射の開始および噴射の終了の少なくとも一方を示す電気信号を生成するステップをさらに含む。さらに、本方法はまた、電気信号および第１の燃料噴射器と関係する１つもしくは複数の較正パラメータに基づいて噴射される第１の燃料の噴射の質量および開始の少なくとも一方を調整するステップを含む。

本発明のさらに別の実施形態は、非一時的なコンピュータ可読媒体に関する。非一時的コンピュータ可読媒体は、燃料噴射器を介してエンジンのシリンダに燃料の噴射を可能にするステップと、燃料噴射器に配置された、または燃料噴射器に近接して配置されたセンサから、燃料の噴射の開始および噴射の終了の少なくとも一方を示す電気信号を受け取るステップと、電気信号および第１の燃料噴射器と関係する１つもしくは複数の較正パラメータに基づいて噴射される燃料の前記噴射の質量および開始の少なくとも一方を調整するステップと、の方法を実施する実行可能コードを記憶する。

本発明のこれらの、ならびに他の特徴、態様および利点は、添付の図面を参照しつつ以下の詳細な説明を読めば、よりよく理解されよう。添付の図面では、図面の全体にわたって、類似する符号は類似する部分を表す。

本発明の一実施形態による、エンジン内の燃料の噴射を制御するためのシステムを有するエンジンのブロック図である。本発明の一実施形態による、エンジン内の燃料の噴射を制御するための例示的な方法のフローチャートである。

本開示は、本明細書に記載された図面および詳細な説明を参照することによって、最もよく理解することができる。様々な実施形態について図面を参照して以下で説明する。しかし、これらの図面に関して本明細書で与えられる詳細な説明は、説明の目的のためだけであって、本システムが記載した実施形態を超えて拡張されることを、当業者であれば容易に理解するであろう。

近似する文言は、本明細書および特許請求の範囲の全体にわたってここで用いられるように、それが関連する基本的機能の変更をもたらすことなく許容範囲で変化することができる定量的表現を修飾するために適用することができる。したがって、「約」および「実質的に」などの用語で修飾された値は、明記された厳密な値に限定されるものではない。ここで、ならびに明細書および特許請求の範囲の全体を通じて、範囲の限定は組み合わせおよび／または置き換えが可能であり、文脈および文言が特に指示しない限り、このような範囲は識別され、それに包含されるすべての部分範囲を含む。

以下の明細書および特許請求の範囲では、単数形（「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」）は、文脈が特に明確に指示しない限り、複数の言及を含む。本明細書で用いる「または」という用語は、排他的であることを意味せず、存在する参照された構成要素のうちの少なくとも１つを指し、文脈が別途明確に指示しない限り、参照された構成要素の組み合わせが存在し得る場合を含む。

本明細書で用いる「することができる」および「してもよい」という用語は、一組の状況内での発生の可能性、指定された性質、特性もしくは機能の所有を示し、および／または修飾された動詞と関係する能力、性能、もしくは可能性のうちの１つまたは複数を表現することによって別の動詞を修飾する。したがって、「することができる」および「してもよい」の使用は、修飾された用語が示された能力、機能、または使用について、明らかに適切であるか、可能であるか、または好適であることを示すが、いくつかの状況では、修飾された用語が適切でなかったり、可能でなかったり、または好適でなかったりする場合があり得ることを考慮する。

以下の用語は、特に断らない限り、以下の意味を有すると理解されるものとする。

本明細書で用いる「エンジン」という用語は、エネルギーの一形態（たとえば、化学的エネルギー）を、運動を生成するための機械的エネルギーに変換する機械を指すことができる。エンジンの様々な例は、限定はしないが、内燃エンジンおよび外燃エンジンを含む。本発明の様々な実施形態を、デュアル燃料エンジンなどの内燃エンジンの一例で示したが、本実施形態は、本明細書の範囲を限定することなく、他の種類のエンジンに適用可能である。デュアル燃料エンジンは、２つの燃料、すなわち第１の燃料および第２の燃料で動作することができる。

本明細書で用いる「吸気口」という用語は、周囲空気がエンジンのシリンダ内に入る吸気通路の一部を指すことができる。

本明細書で用いる「吸気マニホールド」という用語は、エンジンの複数のシリンダ（たとえば、シリンダのバンク）の吸気口に周囲空気を供給する吸気通路の一部を指すことができる。

本明細書で用いる「共通マニホールド」という用語は、複数の吸気マニホールドに周囲空気を供給する吸気通路の一部を指すことができる。たとえば２つのバンクのシリンダを有するＶシリーズエンジンの場合には、共通マニホールドは、シリンダの２つのバンクの両方の吸気マニホールドに周囲空気を供給する吸気通路の一部を指すことができる。

本明細書で用いる「クランク角」という用語は、クランクシャフトの角度位置を指すことができる。クランク角は、所与のシリンダのピストンの上死点（ＴＤＣ）位置の前のクランクシャフトの回転度数で表すことができる。

本明細書で用いる「噴射事象」または「噴射」という用語は、燃料を噴射する単一の事例を指すことができる。噴射事象は、噴射の開始および噴射の終了によって特徴付けることができる。

本明細書で用いる「噴射の開始」という用語は、シリンダ内に燃料を噴射することを開始する事象を指すことができる。

本明細書で用いる「噴射の終了」という用語は、シリンダ内に燃料を噴射することを停止する事象を指すことができる。

本明細書で用いる「噴射された質量」という用語は、１つの噴射事象においてシリンダ内に噴射された燃料の質量を指すことができる。

本明細書で使用される「噴射率」とは、単位時間あたりに噴射される燃料の体積を指すことができる。本発明のいくつかの実施形態では、噴射率は、ｍｍ^３／秒またはｍｍ^３／噴射事象により測定することができる。

本明細書で用いる「ノック」または「ノック事象」という用語は、シリンダ内における燃料の異常燃焼に起因する事象を指すことができる。

本明細書で用いる「電気信号」という用語は、電圧信号または電流信号の１つまたは複数を指すことができる。

本明細書で用いる「トリガ信号の持続時間」という用語は、燃料の噴射を生じさせるために、燃料噴射器に印加されるトリガ信号がアクティブ（たとえばアクティブローまたはアクティブハイ）になる期間を指すことができる。

本明細書で用いる「トリガ信号の開始時刻」という用語は、トリガ信号が燃料噴射器に印加された時刻を指すことができる。本発明のいくつかの実施形態では、トリガ信号の開始時刻は、所与のシリンダのピストンのＴＤＣ位置の前のクランクシャフトの回転度数で表すことができる。

本明細書で用いる「トリガ信号」という用語は、電圧信号または電流信号のいずれかを指すことができる。本発明の一実施形態では、トリガ信号は、アナログ形式でもよいし、あるいはデジタル形式であってもよい。またトリガ信号は、電流パルスまたは電圧パルスなどのパルス形式であってもよい。本発明のいくつかの実施形態では、トリガ信号は、コード形式であってもよい。

本明細書で用いる、燃料噴射器（たとえば、第１の燃料噴射器）の「ターンダウン比」という用語は、燃料噴射器の定格噴射量と噴射事象において燃料噴射器により噴射される燃料の量との間の関係を指すことができる。たとえば、燃料噴射器のターンダウン比１００は、燃料噴射器が燃料噴射器の定格噴射量の１％を噴射できることを示すことができる。同様に、燃料噴射器のターンダウン比２００は、燃料噴射器が燃料噴射器の定格噴射量の０．５％を噴射できることを示すことができる。

本明細書で用いる「高ターンダウンモード」という用語は、燃料噴射器がより高いターンダウン比で動作する場合の第１の燃料噴射器などの燃料噴射器の動作モードを指すことができる。

本明細書で用いる「置換率」という用語は、特定の噴射事象に対応する燃焼事象における、第２の燃料によって与えられるエネルギー量と、第１の燃料によって与えられるエネルギー量と、の比を指すことができる。

本明細書で用いる「弾道領域」という用語は、燃料噴射器のニードルが閉位置から完全開位置に向かって移動するが、完全開位置に到達することができず、したがって完全開位置に到達する前に閉位置に戻る場合の燃料噴射器の動作を指すことができる。

図１は、本発明の一実施形態による、エンジン１００内の燃料の噴射を制御するためのシステム１０１を有するエンジン１００のブロック図である。図１の実施形態では、エンジン１００は、例示目的のためのデュアル燃料エンジンとして示す。理解されるように、本発明の実施形態は、これらに限定されないが、単一燃料エンジンおよび／または多種燃料エンジンなどの他の種類のエンジンに適用可能である。

図１のエンジン１００は、２種の燃料、すなわち第１の燃料および第２の燃料で動作することができる。第１の燃料は、液体燃料とすることができる。第１の燃料の例としては、これらに限定されないが、ディーゼル燃料、バイオディーゼル燃料、バイオマス液化燃料（ＢＴＬ）に、ガス液化燃料（ＧＴＬ）、重油（ＨＦＯ）、ライト・サイクル・オイル、ガソリン、船舶用ディーゼル油、軽油、またはこれらの組み合わせを挙げることができる。第２の燃料は、気体燃料とすることができる。第２の燃料の例としては、これらに限定されないが、エタノール、天然ガス、バイオガス、液化石油ガス、水素、原料ガス、鋼鉄ガス、またはこれらの組み合わせを挙げることができる。本明細書では説明のために、仮に、第２の燃料として用いる気体燃料は、第１の燃料として用いる液体燃料よりも相対的に安価であると仮定する。

本発明のいくつかの実施形態では、エンジン１００は、全体の燃焼に対する第２の燃料の高い寄与を利用するために、高ターンダウンの動作モードで動作することができる。たとえば、高ターンダウンの動作モードでは、すべての噴射事象において、噴射される第１の燃料の質量は、噴射される第２の燃料の質量に比べて実質的に低くなる。より具体的には、一実施例では、エンジン１００は、ターンダウン比１００以上を達成するように動作することができる。

さらに、経年変化や摩耗による所与の燃料噴射器の劣化によって、対応する噴射される燃料の量の偏差が生じるおそれがある。特に、弾道領域では、経年変化および／または摩耗によって、所望のエンジン性能を維持するために補正が必要となる偏差が生じるおそれがある。シリンダごとの燃料噴射器の差は、シリンダごとに異なる補正を必要とする場合がある（これは、新しいエンジンでもあり得ることに留意）。

これに関して、本発明のいくつかの実施形態は、噴射される第１の燃料などの燃料の質量および／または噴射の開始を動的に調整することによって高ターンダウン比を達成するためのシステムに関する。より具体的には、エンジン１００は、本発明の一実施形態による、第１の燃料の噴射を制御するように構成されたシステム１０１（破線領域で示す）を備えることができる。システム１０１は、コントローラ１０２、およびコントローラ１０２に動作可能に結合されたセンサ１５４を含むことができる。エンジン１００は、コントローラ１０２によって少なくとも部分的に制御することができる。

本発明の一実施形態では、コントローラ１０２は、マイクロプロセッサ、入出力ポート、および電子メモリなどの記憶媒体を含むことができる。マイクロプロセッサの様々な例としては、これらに限定されないが、縮小命令セットコンピュータ（ＲＩＳＣ）アーキテクチャ型マイクロプロセッサ、または複合命令セットコンピュータ（ＣＩＳＣ）アーキテクチャ型マイクロプロセッサを挙げることができる。さらに、マイクロプロセッサは、シングルコア型またはマルチコア型であってもよい。記憶媒体は、以下に説明する方法を実行するためにマイクロプロセッサによって実行可能なコンピュータ可読命令、ならびに予想されるが具体的には列挙されていない他の変形例を記憶することができる。本発明のいくつかの実施形態では、コントローラ１０２は、プリント回路基板（ＰＣＢ）１０４上に実装することができる。

エンジン１００は、１つまたは複数のシリンダを含むことができる。簡潔にするために、以下では１つのシリンダ１０６のみについて説明する。シリンダ１０６は、その中に配置されたピストン１０８を含む。ピストン１０８の往復運動がクランクシャフト１１０の回転運動に変換されるように、ピストン１０８をクランクシャフト１１０に結合することができる。本発明の一実施形態では、エンジン１００は、４ストロークエンジンであってもよい。本発明の別の実施形態では、エンジン１００は、２ストロークエンジンであってもよい。

エンジン１００のシリンダ１０６などの各シリンダは、吸気弁１１２と、吸気弁１１２に結合されたアクチュエータ１１４と、をさらに含むことができる。さらに、エンジン１００のシリンダ１０６などの各シリンダはまた、排気弁１１６と、排気弁１１６に結合されたアクチュエータ１１８と、を含むことができる。図１の実施形態では、シリンダ１０６は、シリンダ１０６の上部領域に位置する１つの吸気弁１１２および１つの排気弁１１６を含んで示す。本発明のいくつかの他の実施形態では、エンジン１００の各シリンダは、シリンダの上部領域に位置する２つ以上の吸気弁および２つ以上の排気弁を含むことができる。本発明のいくつかの実施形態では、アクチュエータ１１４および１１８は、たとえば、電気弁駆動型またはカム駆動型、あるいはこれらの組み合わせであってもよい。吸気弁１１２および排気弁１１６の開閉は、同時に、あるいは可変吸気カムタイミング、可変排気カムタイミング、二重独立可変カムタイミング、または固定カムタイミングのいずれかに基づいて制御することができる。

本発明のいくつかの実施形態では、エンジン１００は、シリンダ１０６内に第１の燃料を噴射するための第１の燃料噴射システム１２２をさらに含むことができる。第１の燃料噴射システム１２２は、第１の燃料タンク（図示せず）、第１の燃料ポンプ１２４、および第１の燃料アキュムレータ１２６を含むことができる。第１の燃料ポンプ１２４は、第１の燃料タンクから受け取られた第１の燃料の圧力を増大させることができる。本発明の一実施形態では、コントローラ１０２は、第１の燃料の所望の圧力を維持／生成するために、第１の燃料ポンプ１２４を制御するように構成することができる。第１の燃料ポンプ１２４は、第１の燃料アキュムレータ１２６に流体結合することができる。第１の燃料ポンプ１２４は、第１の燃料アキュムレータ１２６に加圧された第１の燃料を供給する。第１の燃料アキュムレータ１２６は、加圧された第１の燃料を保持するように構成することができる。

第１の燃料アキュムレータ１２６は、（各シリンダの）第１の燃料噴射器１２８に流体結合される。第１の燃料アキュムレータ１２６と第１の燃料噴射器１２８との間の流体結合を符号１２９で示す。本発明のいくつかの実施形態では、シリンダ１０６を含む各シリンダにおいて、図１に示すように、第１の燃料噴射器１２８は上部位置（すなわちシリンダヘッド）に配置することができる。コントローラ１０２は、第１の燃料噴射器１２８に結合される。本発明の一実施形態では、コントローラ１０２は、第１の燃料噴射器１２８に印加されるトリガ信号の持続時間と開始時刻を決定するように構成することができる。それから、コントローラ１０２は、第１の燃料噴射器１２８にトリガ信号を送って、第１の燃料の噴射の開始を始動することができる。コントローラ１０２から受信したトリガ信号に基づいて、第１の燃料噴射器１２８は、第１の燃料アキュムレータ１２６から第１の燃料の所望の質量を吸い込んで、シリンダ１０６の燃焼室１３０に吸い込んだ第１の燃料を噴射する。第１の燃料の噴射された質量は、トリガ信号の持続時間に比例する。

本発明の特定の実施形態では、第１の燃料噴射器１２８は、シリンダ１０６内に噴射するために第１の燃料を保持する一体化したアキュムレータを有する共通レール噴射型であってもよい。一体化したアキュムレータは、次に圧力下で第１の燃料を運ぶ高圧ライン（たとえば、共通レール）に流体結合することができる。

本発明の一実施形態では、エンジン１００は、高ターンダウンモードで動作するように構成することができる。高ターンダウンモードでは、第１の燃料噴射器１２８の所与のターンダウン比で所望の置換率に基づいて、第１の燃料噴射器１２８が第１の燃料の低減された質量を噴射するように、コントローラ１０２はトリガ信号を修正するように構成することができる。

本発明のいくつかの実施形態では、第１の燃料噴射システム１２２はまた、圧力センサ１３２を含むことができる。圧力センサ１３２は、第１の燃料アキュムレータ１２６に配置することができる。圧力センサ１３２は、第１の燃料アキュムレータ１２６における第１の燃料の瞬間的な圧力を示す第１の電気信号を生成することができる。それから、圧力センサ１３２は、第１の電気信号をコントローラ１０２に送信することができる。本発明のいくつかの実施形態では、第１の燃料噴射システム１２２はまた、温度センサ（図示せず）を含むことができる。温度センサは、第１の燃料噴射システム１２２に配置することができる。より具体的には、温度センサは、第１の燃料タンクまたは第１の燃料アキュムレータ１２６に配置することができる。温度センサは、第１の燃料の瞬間的な温度を示す信号を生成して、コントローラ１０２に送ることができる。

エンジン１００は、第２の燃料を噴射するための第２の燃料噴射システム１３４をさらに含むことができる。第２の燃料噴射システム１３４はまた、第２の燃料タンク（図示せず）、第２の燃料ポンプ（図示せず）、および第２の燃料アキュムレータ（図示せず）を含むことができる。第２の燃料アキュムレータは、第２の燃料噴射器１３３に流体結合することができる。第２の燃料アキュムレータと第２の燃料噴射器１３３との間の流体結合を符号１３５で示す。第２の燃料を注入するために、本明細書の範囲を限定することなく、第２の燃料噴射器１３３は、シリンダ、吸気口、吸気マニホールド（図示せず）、共通マニホールド（図示せず）、ターボ過給機の高圧側（後述する）、またはターボ過給機の低圧側（後述する）のいずれかに配置することができる。本発明のいくつかの実施形態では、第２の燃料噴射器１３３は、吸気口、吸気マニホールド、共通マニホールド、ターボ過給機の高圧側、ターボ過給機の低圧側のいずれかに配置された場合に、第２の燃料噴射器１３３は気体混合器を含むことができる。

エンジン１００はまた、エンジン１００の外部からの空気を濾過するエアフィルタ（図示せず）から周囲空気を受け取る吸気口１３６を含むことができる。吸気口１３６は、シリンダ１０６内の燃焼を助けるための吸気を供給する。シリンダ１０６への吸気の供給は、吸気弁１１２によって制御される。吸気弁１１２の開閉は、アクチュエータ１１４を介してコントローラ１０２によって制御することができる。

さらに、エンジン１００は、シリンダ１０６の燃焼室１３０から燃焼残留物（たとえば排気ガス）を受け取る排気口１３８を含むことができる。シリンダ１０６からの排気ガスの供給は、排気弁１１６によって制御される。排気弁１１６の開閉は、アクチュエータ１１８を介してコントローラ１０２によって制御することができる。

本発明のいくつかの実施形態では、エンジン１００はまた、ターボ過給機１４０を含む。ターボ過給機１４０は、吸気口１３６、吸気マニホールド、または共通マニホールドのいずれかに結合することができる。図１の実施形態は、吸気口１３６に結合されたターボ過給機１４０を示す。ターボ過給機１４０は、タービン１４２およびコンプレッサ１４４を含んでもよい。たとえば、図１は、吸気口１３６に配置されたコンプレッサ１４４と、排気口１３８に沿って配置されたタービン１４２と、を含むターボ過給機１４０を有するエンジン１００を示す。タービン１４２は、排気ガスの流れによって動作する。コンプレッサ１４４は、シャフト２４７を介してタービン１４２によって少なくとも部分的に駆動される。ターボ過給機１４０は、燃焼中により大きな給気密度を提供して、動力出力および／またはエンジン動作効率を増加させるために、吸気口１３６に吸い込まれる周囲空気の給気を増加させる。コンプレッサ１４４の下流側の吸気口１３６の一部は、ターボ過給機１４０の高圧側と呼ぶことができる。同様に、コンプレッサ１４４の上流側の吸気口１３６の一部は、ターボ過給機１４０の高圧側と呼ぶことができる。図１で説明した実施形態は、単一のコンプレッサおよび単一のタービンを含むターボ過給機１４０を示しているが、本発明の他の実施形態では、ターボ過給機１４０は、複数のタービンおよびコンプレッサ段、または複数の単段タービンおよびコンプレッサを含んでもよい。

さらに、本発明のいくつかの実施形態では、エンジン１００は、排気ガス再循環（ＥＧＲ）システム１４６を含むことができる。ＥＧＲシステム１４６は、タービン１４２の上流側の排気口１３８から排気の一部をターボ過給機１４０のコンプレッサ１４４の下流側の吸気口１３６に導くように構成される。ＥＧＲシステム１４６は、排気ガスが吸気口１３６に還流することができるＥＧＲ通路１４８を含む。ＥＧＲシステム１４６はまた、排気口１３８から吸気口１３６へ再循環される排気ガスの量を制御するためのＥＧＲ弁１５０を含むことができる。吸気口１３６を介してシリンダ１０６に排気ガスを導入することにより、燃焼に利用可能な吸気酸素量が減少し、それによって燃焼火炎温度を低下させて、ＮＯ_Ｘの形成を低減させる。ＥＧＲ弁１５０は、たとえば、コントローラ１０２により制御される開閉弁であってもよい。発明のいくつかの実施形態では、ＥＧＲシステム１４６は、排気ガスが吸気口１３６に入る前に排気ガスの温度を下げるためのＥＧＲ冷却器１５２をさらに含むことができる。図１の例示的な実施形態に示すように、ＥＧＲシステム１４６は、高圧ＥＧＲシステムである。本発明の他の実施形態では、エンジン１００は、追加的または代替的に、低圧ＥＧＲシステムを含んでもよい。低圧ＥＧＲシステムは、排気ガスをタービン１４２の下流側からコンプレッサ１４４の上流側に導くように構成することができる。

第１の燃料の噴射の制御を助けるために、システム１０１はセンサ１５４を含む。本発明の一実施形態では、図１に示すように、センサ１５４は第１の燃料噴射器１２８に配置することができる。本発明の別の実施形態では、センサ１５４は、第１の燃料噴射器１２８に近接して配置することができる。センサ１５４の例としては、これらに限定されないが、音響センサ、加速度センサ、圧電センサ、またはマイクロフォンを挙げることができる。より具体的には、ノックセンサをセンサ１５４として用いることができる。

本発明の一実施形態では、センサ１５４は、第１の燃料の噴射の開始および噴射の終了の少なくとも一方を示す第２の電気信号を生成するように構成することができる。本発明のいくつかの実施形態では、第２の電気信号はまた、ノック事象を示すことができる。センサ１５４は、第１の燃料の噴射事象ごとに第２の電気信号を生成することができる。本発明の一実施形態では、センサ１５４はまた、第１の燃料噴射器１２８の健全性／状態を示す第３の電気信号を生成することができる。センサ１５４は、第２および／または第３の電気信号をコントローラ１０２に送るようにさらに構成される。

コントローラ１０２は、有線（図１に示す）または無線媒体を介してセンサ１５４に結合することができる。コントローラ１０２は、センサ１５４から第２の電気信号および／または第３の電気信号を受信するように構成される。コントローラ１０２は、第２および／または第３の電気信号の周波数領域解析（たとえば、フーリエ解析）などの解析を行うように構成することができる。第３の電気信号の解析は、状態に基づく保守または車載診断に役立つ。

第２の電気信号の解析に基づいて、コントローラ１０２は、第１の燃料噴射器１２８により噴射される第１の燃料の噴射の開始および噴射の終了の少なくとも一方に対応するクランク角を決定するように構成することができる。さらに、コントローラ１０２は、第１の燃料の噴射の開始および噴射の終了に対応するクランク角に基づいて、第１の燃料の噴射された質量を決定するように構成することができる。コントローラ１０２はまた、第１の燃料の噴射された質量を決定するために、第１の燃料の瞬間的な圧力（たとえば、第１の電気信号に基づいて決定される）、密度、および温度などの１つまたは複数の動作パラメータの値を考慮することができることに留意されたい。いくつかの実施形態では、瞬間的な圧力に関する情報はまた、第１の燃料噴射器１２８の開閉時刻を検出するために、コントローラ１０２が利用することができる。

いくつかの例では、第１の燃料噴射器１２８の経時変化および／または摩耗に起因して、第１の燃料噴射器１２８に印加されるトリガ信号の開始時刻と第１の燃料の噴射の開始との間の遅延の偏差があり得る。したがって、本発明の一実施形態では、コントローラ１０２はまた、第１の燃料噴射器１２８に印加されるトリガ信号の開始時刻と第１の燃料の噴射の開始との間の遅延を決定するように構成することができる。

加えて、本発明のいくつかの実施形態では、トレーニング段階（あるいは較正段階と呼ぶ）中に、コントローラ１０２は、コントローラ１０２に関係するメモリ（図示せず）に較正パラメータに対応する情報を記憶することにより、較正パラメータを用いて構成することができる。本発明の一実施形態では、較正パラメータのうちの１つまたは複数は、第１の燃料噴射器１２８の部品試験および／または設計固有の特性に基づいて決定することができ、部品試験はエンジン１００に第１の燃料噴射器１２８を取り付ける前に行われる。本発明の別の実施形態では、較正パラメータのうちの１つまたは複数は、エンジン試験手順の間に決定することができる。較正パラメータは、第１の燃料噴射器１２８などの燃料噴射器の１つもしくは複数の噴射特性および／または各シリンダ（たとえばシリンダ１０６）のセンサ（たとえば、センサ１５４）の信号特性に関する情報を含む。１つまたは複数の噴射特性は単一の噴射器に固有のものなので、各シリンダの各噴射器に対する制御の個々の較正を容易にすることができる。噴射試験（たとえば、部品試験）またはトレーニング段階で決定された１つまたは複数の噴射特性の例としては、これらに限定されないが、指定された条件に対する噴射された質量、指定された条件に対する噴射速度、指定された条件におけるトリガ信号の所与の開始のための噴射の開始、トリガ信号の開始およびトリガ信号の持続時間に依存する第１の燃料噴射器１２８によって噴射される第１の燃料の噴射の終了、トリガ信号の持続時間に依存する噴射持続時間、対応する指定された条件、第１の燃料噴射器１２８に印加されるトリガ信号の開始時刻と第１の燃料の噴射の開始との間の遅延、またはこれらの組み合わせを挙げることができる。さらに、較正パラメータは、第１の燃料の動作パラメータに関して定義することができる。

一実施形態では、較正パラメータの値は、第１の燃料の動作パラメータに関して、メモリ内の１つまたは複数のルックアップテーブルの形式で記憶することができる。さらに、本発明のいくつかの実施形態では、コントローラ１０２は、１つもしくは複数のモデル（たとえば、数学的モデル）または１つもしくは複数の伝達関数を用いて構成することができる。モデルまたは伝達関数は、較正パラメータおよび動作パラメータの１つまたは複数の間の関係を示すことができる。コントローラが予め構成される段階および／または較正段階の後に、コントローラ１０２は、較正パラメータおよび動作パラメータの１つまたは複数の異なる値に基づく、１つもしくは複数のルックアップテーブル、モデル、または伝達関数のうちの少なくとも１つを含むことができる。

トレーニング／較正段階が完了した後のエンジン１００の動作時において、噴射事象を始動するために、コントローラ１０２は、第１の燃料噴射器１２８にトリガ信号を印加するように構成することができる。噴射事象の間、センサ１５４は、第１の燃料の噴射の開始および噴射の終了を示す第２の電気信号を生成することができる。コントローラ１０２は、センサ１５４から第２の電気信号を受信するように構成することができる。第２の電気信号に応答して、コントローラ１０２は、第２の電気信号に基づいて、第１の燃料噴射器１２８によって噴射される第１の燃料の噴射の質量および開始の少なくとも一方を調整するように構成することができる。コントローラ１０２が第１の燃料の噴射の質量および／または開始を調整する方法の詳細は、以下で説明する。

コントローラ１０２は、第２の電気信号を処理するように構成することができる。コントローラ１０２は、第２の電気信号の処理に基づいて、第１の燃料噴射器１２８により噴射される第１の燃料の噴射の開始および噴射の終了の少なくとも一方に対応するクランク角を決定することができる。さらに、コントローラ１０２はまた、噴射事象についての第１の燃料の動作パラメータの対応する値を決定することができる。さらに、コントローラ１０２は、動作パラメータのうちの１つまたは複数、ならびに第１の燃料の噴射の開始および噴射の終了に対応するクランク角に基づいて、第１の燃料の噴射された質量を決定するように構成することができる。さらに、本発明の一実施形態では、コントローラ１０２はまた、第１の燃料噴射器１２８に印加されるトリガ信号の開始時刻と第１の燃料の噴射の開始との間の遅延を決定するように構成することができる。

本発明の一実施形態では、コントローラ１０２は、第１の燃料噴射器１２８により供給される第１の燃料の質量の任意の偏差を補償するための第１の補正係数を決定するように構成することができる。第１の補正係数は、第１の燃料の次の噴射事象のために第１の燃料噴射器１２８に印加されるトリガ信号の持続時間に対する修正を示すことができる。

本発明の別の実施形態では、コントローラ１０２は、第１の燃料噴射器１２８により供給される第１の燃料の質量の任意の偏差を補償するための第２の補正係数を決定するように構成することができる。第２の補正係数は、第１の燃料の次の噴射事象において噴射される第１の燃料の圧力に必要な修正を示すことができる。より具体的には、第２の補正係数は、第１の燃料アキュムレータ１２６および／または共通レール（共通レール噴射型の場合）の第１の燃料の圧力が修正される量を示すことができる。一実施形態では、第２の補正係数は、圧力下で第１の燃料を保持または担持する１つまたは複数の部品の第１の燃料の圧力が修正される量を示すことができる。

本発明のさらに別の実施形態では、コントローラ１０２は、第１の燃料の噴射の開始時刻の任意の偏差を補償するための第３の補正係数を決定するように構成することができる。第３の補正係数は、第１の燃料の次の噴射事象のために第１の燃料噴射器１２８に印加されるトリガ信号の開始時刻に必要な遅れまたは進みの量を示すことができる。本発明のいくつかの実施形態では、コントローラ１０２は、第１、第２、および第３の補正係数のすべてを決定するように構成することができる。以下では、第１、第２、および第３の補正係数をあわせて補正係数とも呼ぶ。

コントローラ１０２は、較正段階で決定された較正パラメータ、センサ１５４によって生成された第２の電気信号、および／または噴射事象のための第１の燃料の決定された動作パラメータに基づいて、補正係数を決定することができる。より具体的には、較正パラメータおよび動作パラメータの決定された値に加えて、第２の電気信号から導出された、噴射の開始、噴射の終了、噴射された質量、および／または第１の燃料の噴射率、第１の燃料噴射器１２８に印加されるトリガ信号の開始時刻と第１の燃料の噴射の開始との間の遅延の決定された値などの情報は、補正係数を決定するためにコントローラ１０２によって用いられ得る。コントローラ１０２は、補正係数を算出するために、所定の値（たとえば、較正段階で決定された較正パラメータの値）を、センサ１５４（たとえばノックセンサ）からの第２の電気信号に基づいて検出／決定された値と比較するように構成することができる。たとえば、測定された遅延時間に対する、電流／トリガ信号の終了と実際の噴射の終了との間の記憶されている遅延時間の差から、次の噴射事象について適用される対応する補正係数を得ることができる。

コントローラ１０２は、１つまたは複数の補正係数に基づいて、第１の燃料の噴射の質量および／または開始を調整するように構成される。本発明の一実施形態では、コントローラ１０２は、次の噴射事象で噴射される第１の燃料の質量を調整するために、第１の燃料噴射器１２８に印加されるトリガ信号の持続時間および燃料アキュムレータ１２６の第１の燃料の圧力の少なくとも一方を修正するように構成することができる。本発明の他の実施形態では、コントローラ１０２は、第１の燃料の噴射の開始を調整するために、第１の燃料噴射器１２８に印加されるトリガ信号の開始時刻を修正するように構成することができる。したがって、トリガ信号の持続期間、トリガ信号の開始時刻、および第１の燃料の圧力の少なくとも１つを適応可能に修正することにより、第１の燃料噴射器１２８の性能を、第１の燃料噴射器１２８がエンジン１００に新たに取り付けられた時の性能と同様に維持することができる。

図２は、本発明の一実施形態による、エンジン１００などのエンジン内の燃料の噴射を制御するための方法のフローチャート２００である。フローチャート２００について、図１と関連して説明する。上で指摘したように、エンジン１００は、第１の燃料などの燃料の噴射を制御することに役立つシステム１０１を用いて構成される。較正段階において、システム１０１のコントローラ１０２は、較正パラメータ、データベース（たとえばルックアップテーブル）、モデル、または伝達関数のうちの１つまたは複数を用いて構成することができる。

本方法は、第１の燃料の噴射事象を開始するために、ステップ２０２で第１の燃料噴射器１２８にトリガ信号を印加することによって開始することができる。本発明の一実施形態では、トリガ信号の持続時間および開始時刻は、コントローラ１０２により決定することができる。ステップ２０４で、印加されたトリガ信号に基づいて、第１の燃料がエンジン１００のシリンダ１０６内に噴射され得る。第１の燃料は、第１の燃料噴射器１２８により噴射することができる。

ステップ２０６に示すように、第１の燃料の噴射の開始および噴射の終了を示す第２の電気信号などの電気信号が生成される。本発明の一実施形態では、第２の電気信号は、噴射事象についてセンサ１５４などのセンサによって生成することができる。その後、ステップ２０８で、第２の電気信号は、コントローラ１０２によって受信することができる。

ステップ２１０で、第１の燃料の噴射の開始および噴射の終了の少なくとも一方に対応するクランク角を決定することができる。本発明の一実施形態では、クランク角は、第２の電気信号に基づいて、コントローラ１０２によって決定することができる。

さらに、第１の燃料の１つまたは複数の動作パラメータはまた、ステップ２１２で決定することができる。第１の燃料の動作パラメータは、第１の燃料の種類、密度、瞬間的な圧力、瞬間的な温度を含むことができる。本明細書で用いる第１の燃料の「種類」は、第１の燃料の識別情報を参照することができる。たとえば、使用される第１の燃料がディーゼル燃料であれば、第１の燃料の種類はディーゼル燃料である。一実施形態では、第１の燃料の種類および密度を予め定めることができる。あるいは、コントローラ１０２は、第１の燃料噴射システム１２２に配置された適切なセンサ（図示せず）と連動して第１の燃料の種類および密度を決定するように構成することができる。さらに、第１の燃料の瞬間的な圧力は、圧力センサ１３２から受信した第１の電気信号に基づいて、コントローラ１０２によって決定することができる。そのうえ、第１の燃料の温度は、第１の燃料噴射システム１２２に配置された温度センサから受信した信号に基づいて、コントローラ１０２によって決定することができる。

ステップ２１４で、第１の燃料噴射器１２８から噴射される第１の燃料の噴射された質量を、ステップ２１０で決定されたクランク角およびステップ２１２で決定された動作パラメータの値に基づいて決定することができる。さらに、第１の燃料噴射器１２８に印加されるトリガ信号の開始時刻と第１の燃料の噴射の開始との間の遅延を、ステップ２１６で決定することができる。第１の燃料噴射器１２８に印加されるトリガ信号の開始時刻と第１の燃料の噴射の開始との間の遅延は、ステップ２０２で第１の燃料噴射器１２８に印加されたトリガ信号の開始時刻と、ステップ２１０で決定された第１の燃料の噴射の開始に対応するクランク角と、に基づいて、コントローラ１０２によって決定することができる。たとえば、コントローラ１０２は、遅延を決定するために、トリガ信号が第１の燃料噴射器１２８に印加されるクランク角と、第１の燃料の噴射の開始に対応するクランク角と、の比較を行うことができる。図２の例示的な方法では、ステップ２１４およびステップ２１６が並列に実行されるように示しているが、ステップ２１４および２１６はまた、本明細書の範囲を限定することなく異なる順序で実行することができる。

ステップ２１８で、１つまたは複数の補正係数を決定することができる。一実施形態では、補正係数は、較正段階で決定された較正パラメータ、センサ１５４で生成された第２の電気信号（ステップ２０６）、および／または噴射事象のための第１の燃料の動作パラメータ（ステップ２１２で決定された）のうちの１つまたは複数に基づいて、コントローラ１０２によって決定することができる。より具体的には、較正パラメータおよび動作パラメータの決定された値に加えて、第２の電気信号から導出された、噴射の開始、噴射の終了、噴射された質量、および／または第１の燃料の噴射率、第１の燃料噴射器１２８に印加されるトリガ信号の開始時刻と第１の燃料の噴射の開始との間の遅延の決定された値などの情報は、補正係数を決定するためにコントローラ１０２によって用いられ得る。コントローラ１０２は、補正係数を算出するために、所定の値（たとえば、較正段階で決定された較正パラメータの値）を、センサ１５４（たとえばノックセンサ）からの第２の電気信号に基づいて検出／決定された値と比較するように構成することができる。非限定的な例では、３つの補正係数、すなわち第１、第２、および第３の補正係数をコントローラ１０２によって決定することができる。

補正係数の決定の後、続いて行われる噴射事象のために、第１の燃料の噴射の質量および開始の少なくとも一方は、１つまたは複数の補正係数に基づいてステップ２２０で調整される。本発明の一実施形態では、次の噴射事象のために噴射される第１の燃料の質量を調整するために、第１の補正係数に基づいて、第１の燃料噴射器１２８に印加されるトリガ信号の持続時間をコントローラ１０２によって修正することができる。本発明の別の実施形態では、次の噴射事象のために噴射される第１の燃料の質量を調整するために、第２の補正係数に基づいて、第１の燃料アキュムレータ１２６内の第１の燃料の圧力をコントローラ１０２によって修正することができる。たとえば、第１の燃料アキュムレータ１２６内の第１の燃料の圧力を修正するために、コントローラ１０２は、第１の燃料ポンプ１２４に印加される信号またはコマンドを修正することができる。本発明のさらに別の実施形態では、次の噴射事象のための第１の燃料の噴射の開始を調整するために、第３の補正係数に基づいて、第１の燃料噴射器１２８に印加されるトリガ信号の開始時刻を、コントローラ１０２によって遅らせる、または進ませることができる。

上述したステップおよび／またはシステム要素のいずれも、適切に置換、順序変更、または削除することができ、特定の用途の必要性に応じて、追加のステップおよび／またはシステム要素を挿入することができ、上述した実施形態のシステムは、多種多様な好適なプロセスおよびシステム要素を用いて実現することができ、また特定のコンピュータハードウェア、ソフトウェア、ミドルウェア、ファームウェア、マイクロコードなどに限定されない。

さらに、上述した実施例、実証、およびコントローラ１０２によって実行することができるような方法ステップは、汎用コンピュータまたは専用コンピュータなどのプロセッサベースのシステム上の好適なコードによって実現することができる。システムおよび方法の種々の実施形態は、本明細書に記載したステップの一部またはすべてを、異なる順序で、または並列に、または実質的に同時に実行することができる。さらに、機能は、これに限定されないが、Ｃ＋＋またはＪａｖａ（登録商標）を含む様々なプログラミング言語で実現することができる。このようなコードは、データレポジトリチップ、ローカルもしくはリモートハードディスク、光ディスク（すなわち、ＣＤまたはＤＶＤ）、メモリ、または他の媒体などの、１つもしくは複数の有形または非一時的コンピュータ可読媒体上に記憶または適合させることができ、記憶されたコードを実行するためにプロセッサベースのシステムによってアクセスすることができる。有形の媒体は、命令が印刷された紙または別の適切な媒体を含んでもよいことに留意されたい。たとえば、命令は、紙または他の媒体の光学的走査によって電子的に取り込み、それからコンパイルし、必要に応じて解釈または適切な方法で処理し、それからデータレポジトリまたはメモリに記憶することができる。

非一時的コンピュータ可読媒体は、第１の燃料噴射器１２８を介してエンジン１００のシリンダ１０３内に燃料（たとえば、第１の燃料）の噴射を可能にするステップと、第１の燃料噴射器１２８に配置された、または第１の燃料噴射器１２８に近接して配置されたセンサ１５４から、燃料の噴射の開始および噴射の終了の少なくとも一方を示す第２の電気信号などの電気信号を受け取るステップと、電気信号および第１の燃料噴射器１２８と関係する１つもしくは複数の較正パラメータに基づいて噴射される燃料の噴射の質量および／または開始を調整するステップと、の方法を実施する実行可能コードを記憶する。

本発明のいくつかの実施形態によれば、説明したシステムおよび技術は、コストの全体的な低減をもたらすことができる。これは、燃料の噴射を適応可能に制御することによって部分的に達成することができる。第１の燃料の噴射のこのような制御は、燃料噴射器の経年変化および／または摩耗の影響を少なくとも部分的に補償することができ、それによって、噴射事象において噴射される燃料の所望の質量を達成することができる。

本発明について、いくつかの特定の実施形態に関して説明してきた。それらは例示するためだけのものであり、いかなる意味でも限定するものではない。したがって、それらに対して変更を行うことができ、それらは本発明および添付の特許請求の範囲の範囲内であることを理解するべきである。

上に開示した特徴および機能、ならびに他の特徴および機能の変形例、あるいはこれらの代替例を組み合わせて他の多くの異なるシステムまたは用途を創出することができることが理解されよう。様々な予想されてない代替例、修正例、変形例、または改善が後に当業者によって成されることがあり得るが、それらもまた以下の特許請求の範囲によって包含されるように意図されている。

１００エンジン
１０１システム
１０２コントローラ
１０３シリンダ
１０４プリント回路基板（ＰＣＢ）
１０６シリンダ
１０８ピストン
１１０クランクシャフト
１１２吸気弁
１１４アクチュエータ
１１６排気弁
１１８アクチュエータ
１２２第１の燃料噴射システム
１２４第１の燃料ポンプ
１２６第１の燃料アキュムレータ
１２８第１の燃料噴射器
１２９流体結合
１３０燃焼室
１３２圧力センサ
１３３第２の燃料噴射器
１３４第２の燃料噴射システム
１３５流体結合
１３６吸気口
１３８排気口
１４０ターボ過給機
１４２タービン
１４４コンプレッサ
１４６排気ガス再循環（ＥＧＲ）システム
１４８ＥＧＲ通路
１５０ＥＧＲ弁
１５２ＥＧＲ冷却器
１５４センサ
２００フローチャート
２０２ステップ
２０４ステップ
２０６ステップ
２０８ステップ
２１０ステップ
２１２ステップ
２１４ステップ
２１６ステップ
２１８ステップ
２２０ステップ
２４７シャフト

Claims

デュアル燃料エンジンにおける第１の燃料の噴射を制御するための方法であって、
第１の燃料噴射器（１２８）を介して、前記デュアル燃料エンジンのシリンダ（１０６）に前記第１の燃料を噴射するステップ（２０４）と、
前記第１の燃料噴射器（１２８）に配置された、または前記第１の燃料噴射器（１２８）に近接して配置されたノックセンサ（１５４）により、前記第１の燃料の前記噴射の開始および前記噴射の終了の少なくとも一方を示す電気信号を生成するステップ（２０６）と、
前記電気信号に基づいて、前記第１の燃料の前記噴射の前記開始および前記噴射の前記終了の少なくとも一方に対応するクランク角を決定するステップ（２１０）と、
前記電気信号および前記第１の燃料噴射器（１２８）と関係する１つもしくは複数の較正パラメータに基づいて噴射される前記第１の燃料の前記噴射の質量および前記開始の少なくとも一方を調整するステップ（２２０）と、を含み、
前記クランク角に基づいて、トリガ信号の前記開始と噴射の前記開始との間の遅延を決定するステップ（２１６）をさらに含んでなる
ことを特徴とするデュアル燃料エンジンにおける第１の燃料の噴射を制御するための方法。
前記第１の燃料噴射器（１２８）の部品試験およびエンジン試験手続の少なくとも一方の間に、前記１つもしくは複数の較正パラメータまたは前記ノックセンサ（１５４）の信号特性の少なくとも１つを決定するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
前記クランク角、前記１つもしくは複数の較正パラメータ、または前記第１の燃料の１つもしくは複数の動作パラメータの少なくとも１つに基づいて、前記第１の燃料噴射器（１２８）によって噴射される前記第１の燃料の噴射された質量を決定するステップ（２１４）をさらに含む、請求項１に記載の方法。
１つまたは複数の補正係数を決定するステップ（２１８）であって、前記１つまたは複数の補正係数は、前記１つもしくは複数の較正パラメータ、前記１つもしくは複数の動作パラメータ、およびトリガ信号の前記開始と噴射の前記開始との間の前記遅延のうちの少なくとも１つに基づいて決定される、ステップと、
前記１つまたは複数の補正係数に基づいて、圧力、トリガ信号の持続時間、および前記第１の燃料噴射器（１２８）に印加される前記トリガ信号の開始のうちの少なくとも１つを修正するステップと、をさらに含む、請求項１に記載の方法。