JP2008510101A

JP2008510101A - パイロット点火エンジンにおける燃料量調節

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Publication number: JP2008510101A
Application number: JP2007527843A
Authority: JP
Inventors: メイ，アンドルー
Original assignee: Dresser LLC
Current assignee: Dresser LLC
Priority date: 2004-08-16
Filing date: 2005-08-02
Publication date: 2008-04-03
Also published as: EP1784568A1; RU2390643C2; US7044103B2; AU2005277766A1; NO20071398L; RU2007109603A; US20060032477A1; WO2006023256A1; CN101006264A; CA2575732A1

Abstract

エンジン・システム（１００）が、エンジンに供給される第１の燃料の量を制御するようになされた第１の燃料調整装置（３２２）、エンジンに供給されている第１の燃料と同時にエンジンに供給される第２の燃料の量を制御するようになされた第２の燃料調整装置（３２４）、および少なくとも第２の燃料調整装置に接続された制御装置（１０４）を備える。制御装置（１０４）は、定常状態のエンジン動作の際に特定の時間に第１の燃料を点火させる働きをするために、エンジンに供給される第１の燃料の量に対する関係でエンジンに供給される第２の燃料の量を決定するようになされ、過渡的なエンジン動作の際に、定常状態のエンジン動作での関係とは異なる様式でエンジンに供給される第２の燃料の量を決定するようになされる。

Description

本出願は、２００４年８月１６日提出の米国特許出願第１０／９１９４１９号の優先権を主張する。

本開示は、内燃機関に関し、より詳細には内燃機関を動作させることに関する。

パイロット点火エンジンは、同時に２つの燃料によって動作し、主燃料が主にトルクを生じる役割を果たし、パイロット燃料が主に主燃料を点火させる役割を果たす。パイロット燃料は、主に主燃料を点火させるために意図されるので、パイロット燃料によって生成されたトルクは、一般に主燃料によって生成されたトルクと比べて非常に小さい。パイロット燃料の燃焼は、燃焼室内の圧力と温度を主燃料の点火閾値（ｉｇｎｉｔｉｏｎｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）に上昇させる。点火閾値に達すると、主燃料が燃焼を開始する。パイロット燃料が燃焼室に導入される量とタイミングは、燃焼サイクルに関連して特定の時間に点火閾値に達するように正確に計量される。主燃料のタイミングは、綿密には制御されない。主燃料を計量するために吸気口でガス・ミキサを使用するエンジンでは、ガス・ミキサでの燃料供給の変化と、その燃料供給の変化がエンジン・トルクの変化として実現される間で給送が遅延し、それによって、速度またはエンジン負荷の変化などのエンジン燃料供給の要求に影響を与える変化に対するエンジンの応答が遅くなる。

発明の要約

したがって、パイロット点火エンジンでは、エンジン燃料供給要件に影響を与える変化に対する応答性を改善することが求められる。

本開示は、エンジンの燃料供給要件に影響を与える変化に対する応答性を向上させるために、パイロット点火エンジンを制御するシステムおよび方法を対象とする。

１つの実装形態は、内燃機関、エンジンに供給される第１の燃料の量を制御するようになされた第１の燃料調整装置、および第１の燃料がエンジンに供給されるのと同時に、エンジンに供給される第２の燃料の量を制御するようになされた第２の燃料調整装置を備えるエンジン・システムを包含する。エンジン・システムは、第２の燃料調整装置に連結され、特定の時間に第１の燃料を点火させる際に、動作させるためにエンジンに供給される第１の燃料の量との関係でエンジンに供給される第２の燃料の量を調整するために、定常状態のエンジン動作の間、第２の燃料調整装置に信号を送るようになされた制御装置も備える。制御装置は同時に、定常状態のエンジン動作での関係とは異なる様式で、エンジンに供給される第２の燃料の量を調整するために過渡的なエンジン動作の間に第２の燃料調整装置に信号を送るようになされている。

別の実装形態は、プロセッサを備えるエンジン制御装置を包含する。プロセッサは、エンジンに供給するための第１の燃料の量を決定すること、特定の時間に第１の燃料を点火させるためにエンジンに供給される第１の燃料の量に関連して、定常状態のエンジン動作状態で第１の燃料と同時にエンジンに供給するための第２の燃料の量を決定すること、過渡的なエンジン動作状態で、定常状態のエンジン動作での関係とは異なる様式で第１の燃料と同時にエンジンに供給するための第２の燃料の量を決定することを含む動作を遂行するように構成されている。

別の実装形態は、燃料をエンジンに供給する方法を包含する。方法では、エンジンに供給するための第１の燃料の量が決定される。定常状態のエンジン動作で第１の燃料と同時にエンジンに供給するための第２の燃料の量は、特定のタイミングで第１の燃料を点火させるための第１の燃料に関連して決定される。過渡的なエンジン動作で第１の燃料と同時にエンジンに供給するための第２の燃料の量は、定常状態のエンジン動作での関係とは異なる様式で決定される。

本発明の１つまたは複数の実施形態の詳細が、添付の図面および以下の説明に明記される。本発明のその他の特徴、目的、および利点は、説明、図面、および特許請求の範囲から明らかになる。

様々な図面での同じ参照符号は、同様の要素を示す。

最初に図１を参照すると、本発明に従って構築された例示のエンジン・システム１００が概略的に示される。エンジン制御システム１００は、１つまたは複数のエンジン・センサ１０６、および１つまたは複数のアクチュエータ１０８と連絡するために動作的に連結されたエンジン制御モジュール（ＥＣＭ）１０４を備える。エンジン・センサ１０６は、内燃機関１０２に連結され、エンジン１０２および／またはエンジン・システム１００の１つまたは複数の動作特性を感知し、動作特性を表す信号を出力することができる。一般的なエンジン動作特性のいくつかの例には、エンジン速度、マニホルド絶対圧力（ｍａｎｉｆｏｌｄａｂｓｏｌｕｔｅｐｒｅｓｓｕｒｅ）（ＭＡＰ）または吸気マニホルド密度（ＩＭＤ）（ｉｎｔａｋｅｍａｎｉｆｏｌｄｄｅｎｓｉｔｙ）などのトルク指示特性（ｔｏｒｑｕｅｉｎｄｉｃａｔｉｎｇｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ）、エンジンの出力、排気ガス酸素含有量（ｅｘｈａｕｓｔｏｘｙｇｅｎｃｏｎｔｅｎｔ）などのエンジンの空燃比を示す特性、周囲および／またはエンジン温度、周囲圧力、その他が含まれる。アクチュエータ１０８は、エンジンおよびその他のエンジン・システム構成要素を制御するのに使用される様々なエンジン・システム構成要素（具体的には示されない）を制御するようになされる。一般的なエンジン構成要素のいくつかの例には、スロットル、ターボチャージャ・バイパス（ｔｕｒｂｏｃｈａｒｇｅｒｂｙｐａｓｓ）またはウエイスト・ゲート（ｗａｓｔｅｇａｔｅ）、点火システム、調整可能な燃料混合気などの空気／燃料調整デバイス、燃料圧力調整器、燃料噴射器、その他が含まれる。ＥＣＭ１０４は、その他の構成要素１１０と連絡するように連結されることもできる。その他の構成要素１１０のいくつかの例には、使用者がＥＣＭ１０４を検索し、あるいはデータまたは命令をＥＣＭ１０４に入力できるようにするユーザ・インターフェース、エンジンまたはエンジン・システムの動作特性以外の情報を感知する１つまたは複数の外部センサ、ＥＣＭ１０４がシステムの特性を連絡することができる監視または診断装置、その他を含めることができる。

図２を参照すると、ＥＣＭ１０４は、コンピュータが読取り可能な媒体またはメモリ１１４に動作的に接続されたプロセッサ１１２を備える。コンピュータが読取り可能な媒体１１４は、ＥＣＭ１０４から全体的にまたは部分的に取外し可能である。コンピュータが読取り可能な媒体１１４は、本明細書に述べられた方法のうちの１つまたは複数を遂行するプロセッサ１１２によって使用される命令を含む。ＥＣＭ１０４は、センサ１０６、アクチュエータ１０８、およびその他の構成要素１１０などから１つまたは複数の入力信号（入力_１…入力_ｎ）を受け取ることができ、センサ１０６、アクチュエータ１０８、およびその他の構成要素１１０などに１つまたは複数の出力信号（出力_１…出力_ｎ）を出力することができる。

ＥＣＭ１０４は、エンジン１０２（図１）をたとえば特定の速度、トルク出力、またはその他の特定の動作状態などの特定の動作状態に加速（ａｃｃｅｌｅｒａｔｅ）または減速（ｄｅｃｅｌｅｒａｔｅ）させ、エンジンを定常状態の動作に維持するように動作する。この目的のために、ＥＣＭ１０４は、エンジン状態パラメータを含むセンサ１０６から入力を受け取り、エンジン１０２を動作させるためにアクチュエータ１０８を制御するようになされた１つまたは複数のアクチュエータ制御信号を決定し、出力する。

図３は、エンジンに供給される空気と燃料の混合物を制御するのに使用するための例示のＥＣＭ１０４を示す。図３の例示のＥＣＭ１０４は、エンジン状態パラメータの入力をセンサ１０６、この場合には、ＭＡＰまたはＩＭＤセンサなどのトルク指示特性センサ３１６およびエンジン速度センサ３１８から受け取り、信号をアクチュエータ１０８に出力する。アクチュエータ１０８は、少なくとも、エンジンに供給される空気および燃料の比率を制御するように動作可能な主燃料制御調整装置３２２およびパイロット燃料制御調整装置３２４を備える。主燃料制御調整装置３２２は主燃料を制御し、パイロット燃料制御調整装置３２４はパイロット燃料を制御する。燃料制御調整装置３２２および３２４の例には、燃料圧力調整装置または固定された空気／燃料混合器を使用するエンジン・システム内のエア・バイパス、調整可能な空気／燃料混合器、燃焼室内に直接的に噴射し、あるいは燃焼室から離れて噴射する１つまたは複数の燃料噴射器、あるいはその他の空気／燃料調整装置が含まれる。パイロット燃料制御調整装置３２４などの燃料噴射器を使用すると、主燃料に関連するパイロット燃料の正確なタイミングおよび計量が可能になる。したがって、１つの例示のエンジン・システムでは、燃料制御調整装置３２２は、調整可能な空気／燃料混合器、または燃料圧力調整装置または固定された空気／燃料混合器によって供給される空気および主燃料の比率を制御するのに使用されるエア・バイパスのいずれかである。パイロット燃料調整装置３２２は、パイロット燃料を燃焼室内に直接的に噴射するように配置された１つまたは複数の燃料噴射器である。ＥＣＭ１０４は、トルク指示特性センサ３１６およびエンジン速度センサ３１８から入力を受け取り、下記に論じられているような空気／燃料制御調整装置３２２および３２４の動作を制御するために、アクチュエータ制御信号を決定し、出力する。

ＥＣＭ１０４は、ラムダ目標値決定器３２６を備え、その決定器は、１つまたは複数のエンジン状態パラメータを受け取り、所望のラムダ目標値を維持するように選択された、主燃料の寄与およびパイロット燃料の寄与を決定し、出力する。ラムダ目標値は、エンジン動作を実質的に定常状態に維持するように選択される。下記により詳細に論じられるように、主燃料およびパイロット燃料の寄与は、燃料制御調整装置３２２および３２４を制御するように動作可能なアクチュエータ制御信号を決定するのに使用される。主燃料およびパイロット燃料の寄与を決定する際に、例示のＥＣＭ１０４は、エンジン速度センサ３１８からのエンジン速度、トルク指示特性センサ３１６からのトルクを指示する特性（たとえばＭＡＰまたはＩＭＤ）、および任意で、たとえば、周囲および／または吸気温度などのその他のパラメータを使用する。ＥＣＭ１０４は、マスエア・センサ（ｍａｓｓ‐ａｉｒｓｅｎｓｏｒ）または燃焼混合物の流れ容量センサなどの他のセンサをその代わりに使用し、または上述のものと組み合わせて使用できることも予見される。

パイロット燃料供給の構成として、パイロット燃料の燃焼は、燃焼室内の圧力と温度を主燃料の点火閾値に上昇させることによって主燃料を点火させることで作用する。主燃料の点火閾値に達すると、主燃料は（残りのパイロット燃料に加えて）燃焼を開始する。パイロット燃料の寄与の量は、エンジンの燃焼サイクルでの特定の時間に主燃料の点火閾値に達するように（１サイクルは燃焼室の吸気から排気までである）、主燃料の寄与の量に関連してラムダ目標値決定器３２６によって選択される。特定の時間は、燃焼のエネルギーをエンジンからのトルク出力に効率的に変換するために、燃焼室内で空気、主燃料、およびパイロット燃料の実質的な完全燃焼を達成することと、燃焼からのピーク圧力の発生を燃焼室内でのピストンの位置と同期させることとの間の均衡で選択される。

ラムダ目標値決定器３２６は、定常状態のエンジン動作を維持するために決定された主燃料およびパイロット燃料の寄与と相関関係にある、エンジン速度およびトルク指示特性を表す値を少なくとも含む参照表を使用して、主燃料およびパイロット燃料の寄与を決定することができる。その代わりに、または参照表と組み合わせて、ラムダ目標値決定器３２４は、１つまたは複数のセンサ１０６からの入力、たとえば、エンジン速度およびトルク指示特性の関数としての公式をなす計算を使用してラムダ目標値を決定することができる。どちらの場合にも、主燃料の寄与およびパイロット燃料の寄与は、定常状態の動作を維持するためにエンジンに特定の燃焼混合気を提供する目的で、それぞれのエンジン速度およびトルク指示特性値に関連して選択される。したがって、異なるラムダ目標値は、異なるエンジン動作状態を達成することができる。さらに、どちらの場合にも、パイロット燃料の寄与は、特定の時間に主燃料の点火閾値を達成するために、主燃料の寄与の関数として選択される。

ＥＣＭ１０４は、燃料決定器３４０からのトルク要求からの入力を受け取り、過渡的なエンジン動作状態に応答して主燃料の寄与およびパイロット燃料の寄与を増加または減少させるための量を決定する、ラムダ・オフセット決定器（ｌａｍｂｄａｏｆｆｓｅｔｄｅｔｅｒｍｉｎｅｒ）３３８を備える。ラムダ・オフセット決定器３３８の出力は、主燃料アクチュエータ伝達機能３３６の前の主燃料の寄与を修正する（正または負の値の）主燃料のオフセット、およびパイロット燃料アクチュエータ伝達機能３３４の前のパイロット燃料の寄与を修正する（正または負の値の）パイロット燃料オフセットである。例示のＥＣＭ１０４では、主燃料のオフセットおよびパイロット燃料のオフセットは、それぞれ主燃料の寄与およびパイロット燃料の寄与に加えられるが、主燃料およびパイロット燃料のオフセットが乗数としてまたは公式をなす計算で適用される可能性があり、または（たとえば主燃料オフセットが加数（ａｄｄｅｒ）として適用され、パイロット燃料のオフセットが乗数として適用されるなど）それぞれ異なった形で適用される可能性があることが予見される。

過渡的な状態では、エンジンをトルク、速度または両方において加速または減速させた場合、エンジンの空気／燃料要求は、加速（ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ）の間に増加し、減速（ｄｅｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ）の間に減少する傾向にある。アクセレレーションの間に補償するために、希薄または理論混合比付近（たとえば空気／燃料比を濃厚にするなど）で稼動しているとき、ラムダ・オフセット決定器３３８は、エンジンに供給される燃料の量をエンジンを新しい定常状態の動作状態で動作させることが要求されるところの上に一時的に上昇させる。アクセレレーションの間に供給される燃料の量を増加させることにより、エンジンのトルク出力が増加し、より応答性の良い性能、および増加したトルク負荷のより敏速な許容をもたらす。デセレレーションの間には、ラムダ・オフセット決定器３３８は、供給される燃料の量をエンジンを新しい定常状態の動作状態で動作させることがエンジンによって要求されるところの下に減少させ（すなわち空気／燃料比を希薄にする）、それによってエンジンが不必要なトルク出力を発散し、過回転を防止するのを助ける。エンジンに供給される燃料の量の増加または減少の量は、エンジンの過渡性の度合いと関連付けることができる。たとえば、エンジンが定常状態の動作から偏るにつれ、定常状態の動作からの偏りが生じる比率は、過渡性の度合いを示す。

主燃料のオフセットおよびパイロット燃料のオフセットが主燃料の寄与およびパイロット燃料の寄与と加数として結び付けられる場合の構成では、ラムダ・オフセット決定器３３８は、正の主燃料およびパイロット燃料のオフセットを出力することによってアクセレレーションの間に供給される燃料の量を増加させ、主燃料およびパイロット燃料の寄与から減算する負のオフセットを出力することによってデセレレーションの間に供給される燃料の量を減少させる。

ラムダ・オフセット決定器３３８がパイロット燃料の寄与に影響を与える量は、主燃料に対してそれが定常状態の動作の下で決定されるのと同様な関係で決定される必要はない。たとえば、オフセット決定器３３８は、燃焼サイクルの特定の時間に主燃料を点火させるのに必要なよりも多くのパイロット燃料がエンジンに提供されるように、アクセレレーションの間のパイロット燃料のオフセットを決定することができる。場合によっては、パイロット燃料のオフセットは、主燃料のオフセットよりも大きくなるように、またはエンジンが主燃料よりも多くのパイロット燃料を与えられるように決定できる。パイロット燃料のオフセットを決定する１つの様式は、速度またはトルクのアクセレレーションの少なくとも一部分の間に、主にパイロット燃料によってエンジンが加速されるようにパイロット燃料のオフセットを選択することを含むことができる。言い換えれば、速度またはトルクのアクセレレーションの少なくとも一部分に関しては、エンジンによって生み出されたトルクの大部分は、パイロット燃料を燃焼させることから生み出される。この目的のために、主燃料とパイロット燃料は、それぞれが所与の燃焼サイクルで生み出すトルクの量を示す相対トルク寄与を割り当てられることができる。上記に示したように、定常状態の動作では、パイロット燃料の燃焼に起因するいかなるトルク寄与も二次的であり、主燃料を点火させるのに必要なパイロット燃料の量はほんのわずかなので、パイロット燃料のトルク寄与は小さなものである。しかし、アクセレレーションにおいては、ラムダ・オフセット決定器３３８によって決定されたパイロット燃料のオフセットは、主燃料のトルク寄与を上回るパイロット燃料からの相対的なトルク寄与を増加させるように選択できる。ほとんどの場合に、これは特定の時間に主燃料を点火させるのに必要なよりも多くのパイロット燃料を提供し、ならびにたいていは主燃料より多くのパイロット燃料を提供する。増加したパイロット・トルク寄与は、過渡的な状態の間に定常状態の状態から偏るエンジンの動作の量の関数として、また場合によってはその量に比例して選択できる。そのような偏りは、下記により詳細に論じられる燃料決定器３４０からのトルク要求から導き出すことができる。

デセレレーションの際には、ラムダ・オフセット決定器３３８は、定常状態での関係と同様な関係で主燃料オフセットおよびパイロット燃料のオフセットを選択するように構成できる。言い換えれば、パイロット燃料のオフセットは、燃焼サイクルでの特定の時間に主燃料を点火させるように主燃料のオフセットに関連して選択できる。主燃料およびパイロット燃料の増加または減少は、過渡的な状態の間に定常状態の状態から偏るエンジンの動作の量の関数として、また場合によってはその量に比例して選択できる。そのような偏りは、下記により詳細に論じられる燃料決定器３４０からのトルク要求から導き出すことができる。

ラムダ・オフセット決定器３３８は、（燃料決定器３４０からのトルク要求からの）燃料からのトルクと、トルク指示特性センサ３１６からのＭＡＰまたはＩＭＤ、ならびにエンジン速度センサ３１８およびエンジン速度目標値３２０からのエンジン速度などの１つまたは複数のエンジン状態パラメータとを、主燃料オフセット値と関連付ける参照表を使用して、パイロット燃料のオフセットを決定できる。あるいは、または参照表と組み合わせて、ラムダ・オフセット決定器３３８は、パイロット燃料のオフセットを決定するための公式をなす計算を使用することができる。同様にして、主燃料のオフセットは、１つまたは複数のエンジン状態のパラメータを主燃料のオフセット値および／または公式をなす計算と関連付ける参照表を使用して決定できる。主燃料のオフセットに関する参照表または公式をなす計算は、燃料決定器３４０からのトルク要求による燃料からのトルクを評価することができ、または燃料からのトルクを除外することができる。主燃料のオフセットに関する参照表または公式をなす計算が、燃料決定器３４０からのトルク要求による燃料からのトルクを評価する場合、ラムダ・オフセット決定器３３８は、たとえば主燃料のオフセットを決定するのに使用される燃料からのトルクの量を低下させることによって量を調整する（入力３２８として受け取られる）較正係数を適用することができる。燃料からのトルクの残りの部分は、パイロット燃料オフセットを決定するのに使用される。較正係数は、燃料からのトルクの大部分がアクセレレーションの間にパイロット燃料のオフセットを決定するのに使用されるように選択できる。主燃料のオフセットに関する参照表または公式をなす計算が燃料からのトルクを評価しない場合には、燃料の値からの全体のトルクがパイロット燃料のオフセットを決定するのに使用される。あるいは、または較正係数と組み合わせて、参照表または公式をなす計算は、アクセレレーションの際の燃料の要求からのトルクを適合させる際にパイロット燃料のオフセットからの増加された入力を有するための要求を評価することができる。

アクセレレーションの間のパイロット燃料の意図的に増加されたトルク寄与を評価しないラムダ・オフセット決定器によるパイロット燃料のオフセットの決定は、それが主燃料のオフセットのみによってパイロット燃料のオフセットを決定する点でラムダ・オフセット決定器３３８でのパイロット燃料のオフセットの決定とは異なる。言い換えれば、パイロット燃料のオフセットは、主燃料のオフセットによって加えられた追加の主燃料を点火させるのに必要なパイロット燃料の追加の量の関数として決定される。増加されたトルクの寄与をもたらすためにアクセレレーションの間のパイロット燃料のオフセットを選択することにより、より速い過渡的な応答（たとえば、アクセレレーションおよび負荷の受容など）をもたらすことができる。たとえば、気体状の天然ガスを主燃料とし、ディーゼルをパイロット燃料とするエンジンは多くの場合そうであるように、主燃料がエンジンの吸気のガス・ミキサを使用して導入され、パイロット燃料が燃焼室に直接的に噴射できる。ガス・ミキサは実質的に燃焼室から移動しているので、ガス・ミキサでの主燃料の燃料供給の変化を生じさせることと、エンジンのトルク出力の変化として実現されている燃料の変化との間の給送の遅れは、その結果として（すなわち、負荷における変化への遅い応答、または速度における変化を開始させるのが遅いなど）過渡的な応答を遅くさせる。燃料が燃焼室に直接的に噴射されるので、燃焼室内に直接的に噴射されるパイロット燃料の燃料供給の変化を遂行すること、およびそれがエンジンのトルク出力の変化として実現されることがはるかに速い。

ラムダ・オフセット決定器３３８は、たとえば多気筒機関の異なるシリンダによって生成されたトルクを均衡させるために、シリンダごとのパイロット燃料のオフセットを調整するように機能することもできる。調整は、たとえば、エンジンの周期的な試験によるなどして予め決められ、エンジンの各燃焼サイクルでエンジンに適用される、静的なものであることができる。あるいは、異なるシリンダによって生成されたトルクが変化するので、調整は、エンジンに連結されたトルクセンサなどから連続的に導かれ、異なる調整の量がパイロット燃料のオフセットに加えられて動的に決定することができる。調整は、所与のシリンダのトルク出力から直接的に決定される必要はないが、ピーク・シリンダ圧、図示平均有効圧力、全放熱量、および瞬時クランクシャフト角速度などのトルクに関連付けられたその他のパラメータに基づくことができる。さらに、ラムダ・オフセット決定器３３８は、過渡的なエンジン動作状態の間のみ、異なるシリンダによって生成されたトルクを均衡させる働きをする必要はなく、定常状態の状態の間にも動作することができる。パイロット燃料のオフセットを使用するシリンダごとに基づいた調整は、ＥＣＭ１０４がシリンダ間のばらつきに対して補償できるようにし、主燃料がガス・ミキサによって計量され、パイロット燃料が燃焼室内に直接的に噴射される場合にシリンダごとに補償できるようにする。

主燃料アクチュエータ転送機能３３６は、少なくとも主燃料寄与信号（主燃料オフセット信号を組み込む）を受け取り、主燃料調整装置３２２を動作させるようになされたアクチュエータ制御信号を決定する。パイロット燃料アクチュエータ転送機能３３４は、少なくともパイロット燃料寄与信号（パイロット燃料オフセット信号を組み込む）を受け取り、パイロット燃料調整装置３２４を動作させるようになされたアクチュエータ制御信号を決定する。アクチュエータ転送機能３３６および３３４は、上述のエンジン状態パラメータ、燃料圧力、周囲圧力、エンジン温度、周囲温度、その他などの、そのそれぞれのアクチュエータ制御信号を決定する際のその他の入力を受け取り、評価することができる。アクチュエータ転送機能３３４および３３６は、主／パイロット寄与信号と任意のその他の入力の関数としての計算によって、また参照表および計算の組合せによって、またはその他の方法によって、主／パイロット寄与信号および任意のその他の入力をアクチュエータ制御信号に関連付ける参照表を使用してそのそれぞれのアクチュエータ制御信号を決定する。

図４は、決定器３４０に適した燃料決定器からの例示のトルク要求の機能的な動作を示す。例示の決定器３４０は、エンジンのガバナに使用されるＰＩＤ制御器などのＰＩＤ制御装置４１０を備える。ＰＩＤ制御器４１０は、定常状態のエンジン速度を維持するように構成される場合、使用者が定めたエンジン速度目標値３２０、およびエンジン速度センサ３１８から測定されたエンジン速度を受け取る。ＰＩＤ制御器４１０は、エンジン速度目標値（ｓｅｔ−ｐｏｉｎｔ）３２０と測定されたエンジン速度（たとえばエラー）の間の差を示す比例ターム（ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌｔｅｒｍ）、時間によるエラーの積分を示す積分ターム（ｉｎｔｅｇｒａｌｔｅｒｍ）、および時間によるエラーの変化の比率を示す微分ターム（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｔｅｒｍ）を決定する。個別にまたは共に受け取られる比例タームおよび微分タームは、エンジンの過渡性の度合いを示す。したがって、比例タームは、燃料濃縮オーソリティ因数（ｆｕｅｌｅｎｒｉｃｈｍｅｎｔａｕｔｈｏｒｉｔｙｆａｃｔｏｒ）３４２によって因数分解され、燃料からのトルクとして出力される。比例タームの残りの部分、すなわち比例タームとオーソリティ因数３４２によって因数分解された比例タームの間の差は、積分タームおよび微分タームによって合計され、チャージ制御からのトルクとして出力される。あるいは、決定器３４０は、燃料からのトルクを決定する際に燃料濃縮オーソリティ因数３４２によって因数分解された比例タームおよび微分タームを使用し、チャージ制御からのトルクを決定するために、積分タームと共に比例タームおよび微分タームの残りの部分を使用することができる。チャージ制御からのトルクは、エンジンに供給される燃焼混合物（チャージ）の量を制御するためのエンジンの吸気のスロットル・バルブを動作させるのに使用できる。どちらの場合にも、定常状態の動作において比例タームおよび微分タームは０に等しくなる。したがって、燃料からのトルクも０になり、主燃料寄与またはパイロット燃料寄与を修正しない。しかし、アクセレレーションまたはデセレレーション（過渡的な動作状態）の際に、比例タームおよび微分タームの非ゼロ値が燃料からの非ゼロ・トルクを生じる。燃料からの非ゼロ・トルクも主燃料寄与またはパイロット燃料寄与を修正することができる。過渡的な燃料調整は、燃料濃縮オーソリティ因数３４２を０に設定することによって不能にすることができる。

ラムダ目標値決定器３２６は任意選択で、負荷の到来信号を導くためにエンジンに加えられる負荷（特別に示されない）または負荷のための制御器と連絡することによってフィード・フォワード補償を含むことができる。この場合には、ラムダ目標値決定器３２４が負荷の変化を示す負荷の到来信号を受け取り、任意選択で負荷の到来の大きさを任意入力３１４として受け取る。負荷の到来信号を使用して、ラムダ目標値決定器３２６は、負荷の到来信号によって連絡された負荷の到来する変化に基づいたエンジン出力要件を予期し、負荷の到来する変化を見越して、決定された主燃料の寄与およびパイロット燃料の寄与を調整することができる。エンジン・システム１００で使用できるフィード・フォワード補償の例がＦｅｅｄｆｏｒｗａｒｄＥｎｇｉｎｅＣｏｎｔｒｏｌＧｏｖｅｒｎｉｎｇＳｙｓｔｅｍという名称の米国特許第６，５６４，４７７号に開示され、その開示は本明細書にその全体が組み込まれる。

図５を参照すると、ＥＣＭの動作が概略的に示されている。ブロック５１０で、ＥＣＭは１つまたは複数のエンジン状態パラメータを示す信号を受け取る。上述のように、エンジン状態パラメータは、１つの場合に、エンジン速度、ＭＡＰもしくは吸気マニホルド密度ＩＭＤなどのエンジン・トルク指示パラメータ、エンジンの出力、排気ガス酸素含有量などのエンジンの空燃比を示す特性、周囲および／またはエンジン温度、周囲圧力、その他を含むことができる。

ブロック５２０で、ＥＣＭは、受け取ったエンジン状態パラメータから、定常状態でのエンジンの動作に関する主燃料およびパイロット燃料の寄与を決定する。定常状態の動作において、パイロット燃料の寄与は、少なくとも部分的には燃焼サイクルの所定の時間に主燃料の寄与を点火させる働きをする主燃料の寄与に関連して決定される。

ブロック５３０で、ＥＣＭは、受け取ったエンジン状態パラメータから、過渡的な状態でのエンジンの動作に関して主燃料およびパイロット燃料の寄与に適用するための主燃料およびパイロット燃料のオフセットを決定する。オフセットは、過渡的な状態が速度またはトルクにおいてアクセレレーションまたはデセレレーションであるかにどうか応じてエンジンに供給される主燃料およびパイロット燃料の量を増加または減少させることができる。定常状態の動作では、オフセットはエンジンに供給される主燃料およびパイロット燃料の量に影響を与えない。ブロック５３０で、ＥＣＭは、第１の燃料との関係とは異なる様式でパイロット燃料のオフセットを決定し、それによってパイロット燃料の寄与がブロック５２２０で決定される。たとえば、定常状態の動作では、パイロット燃料の寄与に従ってエンジンに供給されるパイロット燃料の量は、エンジンに供給される主燃料よりもはるかに少ない。上記に論じたように、アクセレレーションの際には、パイロット燃料の量が燃焼サイクルの所定の時間に主燃料を点火させるのに必要なよりも多いように、場合によっては、エンジンに供給されるパイロット燃料の量がエンジンに供給される主燃料の量よりも多いようにエンジンに加えられるパイロット燃料の量に影響を与えるようにパイロット燃料のオフセットが決定できる。パイロット燃料のオフセットは、アクセレレーションの際にパイロット燃料によってエンジンの燃焼サイクルに寄与するトルクが、主燃料によって燃焼サイクルに寄与するトルクよりも大きいように決定できる。デセレレーションの際には、パイロット燃料のオフセットは、定常状態の際と同様にパイロット燃料の主燃料に対しての同じ関係を維持するように決定でき、またはその他の様式で決定できる。

ブロック５４０で、主燃料およびパイロット燃料のオフセットが主燃料の寄与と結び付けられる。ブロック５５０で、エンジンに供給される主燃料とパイロット燃料の量がブロック５４０の出力によって調整される。次いで、一連のブロック５１０〜５５０は、エンジンを動作させるのに必要なように連続的に繰り返されることが可能である。

本発明のいくつかの実施形態を説明してきた。それにもかかわらず、本発明の趣旨および範囲から逸脱せずに様々な修正を行なうことができることが理解されるであろう。したがって、その他の実施形態が添付の特許請求の範囲の範囲内にある。

本発明に従って構築されたエンジン・システムの概略図である。本発明に従って構築されたエンジン・システムで使用するためのエンジン制御モジュールの概略図である。本発明に従って構築されたエンジン・システムの機能上の動作の概略図である。本発明に従って構築されたエンジン・システムで使用するためのエンジン・トルク要求決定器の機能上の動作の概略図である。本発明に従って構築されたエンジン制御モジュールの動作の流れ図である。

Claims

エンジン・システムであって、
内燃機関と、
前記エンジンに供給される第１の燃料の量を制御するようになされた第１の燃料調整装置と、
前記第１の燃料が前記エンジンに供給されるのと同時に前記エンジンに供給される第２の燃料の量を制御するようになされた第２の燃料調整装置と、
前記第２の燃料調整装置に連結された制御装置であって、特定の時間に前記第１の燃料を点火させる働きをするために、前記エンジンに供給される前記第１の燃料の量との関係で前記エンジンに供給される前記第２の燃料の量を調整するために、定常状態のエンジン動作の間、前記第２の燃料調整装置に信号を送るようになされ、定常状態のエンジン動作での関係とは異なる様式で前記エンジンに供給される前記第２の燃料の量を調整するための過渡的なエンジン動作の間、前記第２の燃料調整装置に信号を送るようになされた制御装置とを備えるエンジン・システム。
前記過渡的なエンジン動作がアクセレレーションであり、定常状態のエンジン動作での関係に従って決定された量より多い量で前記エンジンに供給される前記第２の燃料の量を調整するために、前記制御装置が前記第２の燃料調整装置に信号を送るようになされた、請求項１に記載のエンジン・システム。
前記制御装置が、前記エンジンに供給される前記第１の燃料の量を調整するために、前記第１の燃料調整装置に信号を送るようになされた、請求項１に記載のエンジン・システム。
前記制御装置が、前記第１の燃料のトルク寄与に関連して前記第２の燃料のトルク寄与を調整するために前記エンジンに供給される前記第２の燃料の量を調整するために、過渡的なエンジン動作の間、前記第２の燃料調整装置に信号を送るようになされた、請求項１に記載のエンジン・システム。
前記制御装置が、前記過渡的なエンジン動作状態に応答して、実質的に定常状態のエンジン動作時よりも多い、前記第１の燃料の前記トルク寄与に対する前記第２の燃料の前記トルク寄与の比率を生成するように前記エンジンに供給される前記第２の燃料の量を調整するために、過渡的なエンジン動作の間、前記第２の燃料調整装置に信号を送るようになされた、請求項４に記載のエンジン・システム。
前記制御装置が、前記過渡的なエンジン動作状態において、前記エンジンに供給される前記第２の燃料の量を前記第１の燃料を点火させるのに必要なよりも多い量に調整するようになされた、請求項１に記載のエンジン・システム。
前記制御装置が、前記過渡的なエンジン動作状態において、前記特定の時間に前記第１の燃料を点火させるのに必要なよりも多い量に前記エンジンに供給される前記第２の燃料の量を調整するようになされた、請求項１に記載のエンジン・システム。
前記制御装置が、特定のエンジン動作状態と測定されたエンジン動作状態との間の差に関連して、前記エンジンに供給される前記第２の燃料の量を調整するために、過渡的なエンジン動作の間、前記第２の燃料調整装置に信号を送るようになされた、請求項１に記載のエンジン・システム。
前記制御装置が、さらに前記特定のエンジン動作状態と前記測定されたエンジン動作状態との間の前記差の変化の比率に関連して、前記エンジンに供給される前記第２の燃料の量を調整するために、過渡的なエンジン動作の間、前記第２の燃料調整装置に信号を送るようになされた、請求項８に記載のエンジン・システム。
前記制御装置が、特定のエンジン動作状態と測定されたエンジン動作状態との間の差の縮小された部分に関連して、前記エンジンに供給される前記第２の燃料の量を調整するために、過渡的なエンジン動作の間、前記第２の燃料調整装置に信号を送るようになされ、前記特定のエンジン動作状態と前記測定されたエンジン動作状態との間の前記差の残りの部分が前記エンジン・システムの吸気の際にスロットルを動作させるのに使用される、請求項１に記載のエンジン・システム。
前記過渡的なエンジン動作状態が、変化するエンジン速度、変化するエンジン負荷、前記エンジン速度の予期された変化、またはエンジン負荷の予期された変化のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載のエンジン・システム。
前記制御装置が、負荷の到来信号を受け取るために前記エンジンの負荷に連結され、前記負荷の到来信号に関連して、前記エンジンに供給される前記第２の燃料の量を調整するために前記第２の燃料調整装置に信号を送るようになされた、請求項１に記載のエンジン・システム。
前記制御装置が、前記エンジンに供給される前記第１の燃料の量を調整するために、前記第１の燃料調整装置に連結され、前記負荷到来信号に関連して、前記エンジンに供給される前記第１の燃料の量を調整するために、前記第１の燃料調整装置に信号を送るようになされた、請求項１２に記載のエンジン・システム。
前記第１の燃料調整装置がガス・ミキサを備え、前記第２の燃料調整装置が噴射装置を備える、請求項１に記載のエンジン・システム。
前記第１の燃料が天然ガスであり、前記第２の燃料がディーゼルである、請求項１に記載のエンジン・システム。
内燃機関が複数の燃焼室を備え、
前記第２の燃料調整装置が、前記燃焼室に供給されている前記第１の燃料と同時に前記複数の燃焼室に供給される前記第２の燃料の量を個別に制御するようになされた複数の第２の燃料調整装置を備え、
前記制御装置が、異なる燃焼室に対して異なる量で供給される前記第２の燃料の量を個別に調整するために、前記複数の第２の燃料調整装置に信号を送るようになされた、請求項１に記載のエンジン・システム。
前記制御装置が、前記複数の燃焼室のそれぞれで生成されるトルクの差に対して補償するために供給される前記第２の燃料の量を個別に調整するために、前記複数の第２の燃料調整装置に信号を送るようになされた、請求項１６に記載のエンジン・システム。
前記制御装置が、前記複数の燃焼室のそれぞれで生成される前記トルクを示す信号を受け取るようになされ、前記信号に関連して前記補償を決定する、請求項１７に記載のエンジン・システム。
プロセッサを備えるエンジン制御装置であって、
定常状態のエンジン動作状態で、前記エンジンに供給されている第１の燃料と同時に前記エンジンに供給するための第２の燃料の量を特定の時間に前記第１の燃料を点火させるために前記エンジンに供給される前記第１の燃料の量に関連して決定することと、
過渡的なエンジン動作状態で前記第１の燃料と同時に前記エンジンに供給するための前記第２の燃料の量を定常状態のエンジン動作での前記関係とは異なる様式で決定することとを含む動作を遂行するように構成された、プロセッサを備えるエンジン制御装置。
前記過渡的なエンジン動作がアクセレレーションであり、前記プロセッサが、
前記過渡的なエンジン動作状態で前記第２の燃料の量を定常状態のエンジン動作での前記関係に従って決定された量よりも多くなるように決定することを含む動作を遂行するように構成された、請求項１９に記載のエンジン制御装置。
前記プロセッサが、前記第１の燃料のトルク寄与に関連して前記第２の燃料のトルク寄与を調整するために、前記過渡的なエンジン動作において前記第２の燃料の量を決定するように構成された、請求項１９に記載のエンジン制御装置。
前記プロセッサが、前記過渡的なエンジン動作に応答して、前記第１の燃料の前記トルク寄与に対する前記第２の燃料の前記トルク寄与の比率が実質的に定常状態のエンジン動作においてよりも大きくなるように、前記第２の燃料の量を決定するように構成された、請求項２１に記載のエンジン制御装置。
前記プロセッサが、前記過渡的なエンジン動作状態において、前記第１の燃料を点火させるのに必要なよりも多い量になるように前記第２の燃料の量を決定するように構成された、請求項１９に記載のエンジン制御装置。
前記プロセッサが、前記過渡的なエンジン動作状態において、前記特定の時間に前記第１の燃料を点火させるのに必要なよりも多い量になるように前記第２の燃料の量を決定するように構成された、請求項１９に記載のエンジン制御装置。
前記プロセッサが、前記過渡的なエンジン動作状態において、特定のエンジン動作状態と測定されたエンジン動作状態との間の差に関連して、前記第２の燃料の量を決定するように構成された、請求項１９に記載のエンジン制御装置。
前記プロセッサが、前記過渡的なエンジン動作状態において、さらに前記特定のエンジン動作状態と前記測定されたエンジン動作状態との間の前記差の変化の比率に関連して、前記第２の燃料の量を決定するように構成された、請求項２５に記載のエンジン制御装置。
前記プロセッサが、前記過渡的なエンジン動作状態において、特定のエンジン動作状態と測定されたエンジン動作状態との間の差の縮小された部分に関連して前記第２の燃料の量を決定するように構成され、前記特定のエンジン動作状態と前記測定されたエンジン動作状態との間の前記差の残りの部分が、前記エンジン・システムの吸気においてスロットルを動作させるのに使用される、請求項１９に記載のエンジン制御装置。
前記プロセッサが、前記エンジンに連結された負荷から負荷の到来信号を受け取るように構成され、前記プロセッサが前記負荷の到来信号に関連して前記エンジンに供給される前記第２の燃料の量を決定するように動作可能である、請求項１９に記載のエンジン制御装置。
前記プロセッサがさらに、エンジンの複数の燃焼室に対して個別に前記第２の燃料の量を決定するように構成された、請求項１９に記載のエンジン制御装置。
前記プロセッサがさらに、前記複数の燃焼室のそれぞれで生成されるトルクの差に対して補償するために、エンジンの複数の燃焼室に対して個別に前記第２の燃料の量を決定するように構成された、請求項２９に記載のエンジン制御装置。
前記プロセッサがさらに、前記複数の燃焼室のそれぞれで生成される前記トルクを示す信号を受け取るように構成され、前記信号に関連して前記補償を決定する、請求項３０に記載のエンジン制御装置。
エンジンに燃料を供給する方法であって、
特定のタイミングで前記第１の燃料を点火させるために、定常状態のエンジン動作で前記第１の燃料に関連して、前記エンジンに供給されている第１の燃料と同時に前記エンジンに供給するための第２の燃料の量を決定するステップと、
過渡的なエンジン動作で前記第１の燃料と同時に前記エンジンに供給するための前記第２の燃料の量を前記定常状態のエンジン動作での関係とは異なる様式で決定するステップとを含む方法。
過渡的なエンジン動作において前記第２の燃料の量を決定するステップが、アクセレレーションでの前記第２の燃料の量を定常状態のエンジン動作での前記関係に従って決定された量よりも多くなるように決定するステップを備える、請求項３２に記載の方法。
過渡的なエンジン動作において前記第２の燃料の量を決定するステップが、前記第１の燃料のトルク寄与に関連して前記第２の燃料のトルク寄与を調整するために前記第２の燃料の量を決定するステップを含む、請求項３２に記載の方法。
前記第２の燃料のトルク寄与を調整するために前記第２の燃料の量を決定するステップが、過渡的なエンジン動作において、実質的に定常状態のエンジン動作においてよりも多い前記第１の燃料の前記トルク寄与に対する前記第２の燃料の前記トルク寄与の比率を生成するために、前記第２の燃料の量を調整するステップを含む、請求項３４に記載の方法。
過渡的なエンジン動作において前記第２の燃料の量を決定するステップが、前記第１の燃料を点火させるのに必要なよりも多い量になるように前記第２の燃料の量を決定するステップを含む、請求項３２に記載の方法。
過渡的なエンジン動作において前記第２の燃料の量を決定するステップが、前記特定のタイミングで前記第１の燃料を点火させるのに必要なよりも多い量になるように前記第２の燃料の量を決定するステップを含む、請求項３２に記載の方法。
過渡的なエンジン動作状態において前記第２の燃料の量を決定するステップが、特定のエンジン動作状態と測定されたエンジン動作状態との間の差に関連して前記第２の燃料の量を決定するステップを含む、請求項３２に記載の方法。
前記第２の燃料の量を決定するステップが、さらに前記特定のエンジン動作状態と前記測定されたエンジン動作状態との間の前記差の変化の比率に関連して前記第２の燃料の量を決定するステップを含む、請求項３８に記載の方法。
過渡的なエンジン動作状態において前記第２の燃料の量を決定するステップが、特定のエンジン動作状態と測定されたエンジン動作状態との間の前記差の一部分に関連して前記第２の燃料の量を決定するステップ、および前記エンジンの吸気のスロットルを動作させる際に前記特定のエンジン動作状態と前記測定されたエンジン動作状態との間の前記差の残りの部分を使用するステップを含む、請求項３２に記載の方法。
前記エンジンの到来する負荷の変化を示す信号を受け取るステップと、前記到来する負荷の変化を見越して前記第２の燃料の量を決定するステップとをさらに含む、請求項３２に記載の方法。
前記第２の燃料の量を決定するステップが、前記エンジンの複数の燃焼室に対して個別に前記第２の燃料の量を決定するステップを含む、請求項３２に記載の方法。
前記第２の燃料の量を決定するステップが、前記エンジンの前記複数の燃焼室のそれぞれで生成されたトルクでの差に対して補償する量を決定するステップを含む、請求項４２に記載の方法。
前記複数の燃焼室のそれぞれで生成された前記トルクを示す信号を受け取るステップをさらに含み、
トルクの差に対して補償するための前記第２の燃料の量を決定するステップが、前記信号に関連して前記第２の燃料の量を決定するステップを含む、請求項４２に記載の方法。