JP2011501033A - 内燃機関の燃料噴射装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

燃料噴射装置（１０）が、マニホルド（２４）および高圧ポンプ（２０）を含み、前記高圧ポンプ（２０）は燃料配量ユニット（１６）に付属され、前記燃料配量ユニット（１６）は、供給される燃料量を制御する、内燃機関の燃料噴射装置（１０）の制御方法において、内燃機関の運転のために必要な燃料量は、前記高圧ポンプ（２０）の入口における燃料圧力および／または供給されるべき燃料の蒸気圧に基づく補正係数の関数として決定される。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料噴射装置が、マニホルドと、エンジン回転速度に依存して駆動される高圧ポンプとを含み、高圧ポンプは、燃料を供給するための電磁操作可能な制御弁を備えた燃料配量ユニットに付属され、燃料配量ユニットは、供給される燃料量を制御する、内燃機関の燃料噴射装置の制御方法に関するものである。

このような燃料噴射装置は、ドイツ特許公開第１９８５３１０３号から既知である。燃料噴射装置は高圧ポンプを含み、高圧ポンプの供給量は、高圧ポンプの吐出室内に到達した燃料量が配量されることにより設定可能である。このために、吐出室の上流側に燃料配量ユニットが設けられ、燃料配量ユニットは電磁操作可能な制御弁を含む。この電磁制御弁の弁要素の位置に応じてそれぞれ、燃料がそこを通過して吐出室に流入することになる開口断面積が適切に提供される。この場合、高圧ポンプの供給量は開口断面積に比例していることが仮定される。

ドイツ特許公開第１９８５３１０３号から、さらに、開口断面積が、スリット形、円形または三角形の形状を有していてもよいことは既知である。
ドイツ特許公開第１０２００５０２５１１４号から、制御弁の開口断面積に比例する高圧ポンプの供給量がポンプ固有の追加形状により調節されることが既知である。さらに、高圧ポンプの入口における燃料圧力および供給されるべき燃料の蒸気圧もまた高圧ポンプの供給量に影響を与える。

ドイツ特許公開第１９８５３１０３号 ドイツ特許公開第１０２００５０２５１１４号

したがって、本発明の課題は、燃料噴射装置内に設けられている高圧ポンプに供給される燃料量の改善された配量（配分）を可能にする方法および装置を提供することである。

この課題は、内燃機関の燃料噴射装置の制御方法により解決される。燃料噴射装置はマニホルドおよび高圧ポンプを含む。高圧ポンプは燃料配量ユニット（燃料配分ユニット）に付属されている。燃料配量ユニットは供給される燃料量を制御する。内燃機関の運転のために必要な燃料量は、高圧ポンプの入口における燃料圧力および／または供給されるべき燃料の蒸気圧に基づく補正係数の関数として決定される。

高圧ポンプは、例えばクランク軸と結合されている駆動装置により、エンジン回転速度に依存して駆動されることが好ましい。燃料配量ユニットは、燃料を供給するための電磁操作可能な制御弁を含むことが好ましい。

したがって、本発明は、高圧ポンプに供給される燃料量の改善された配量を保証するために、供給される燃料量を、高圧ポンプの入口における燃料圧力および／または供給されるべき燃料の蒸気圧の関数として調節することを可能にする。これにより、マニホルド内の圧力制御の制御性が本発明により改善され、および高圧ポンプないしは燃料配量ユニットの形状公差および／または電気公差が補償可能である。

本発明による補正係数は、高圧ポンプの入口における燃料圧力と供給されるべき燃料の蒸気圧との間の圧力差として決定される。高圧ポンプは、入口側に配置されている逆止弁を備えた吐出室を有することが好ましく、この場合、補正係数を決定するために、逆止弁の開放圧力が決定される。圧力補正値を決定するために、開放圧力が圧力差から減算される。

したがって、供給される燃料量を調節する、制御弁における有効な圧力差が決定され、この圧力差が、高圧ポンプに供給される燃料量を補正するための補正係数として使用される。これにより、燃料配量ユニットによって高圧ポンプのより正確な前制御が達成され、この場合、燃料タイプおよび対応供給圧力の影響が低減され且つ改善された診断が可能となる。

高圧ポンプに供給されるべき目標燃料容量が決定されることが好ましく、この場合、必要な燃料量は、目標燃料容量および補正係数に基づいて決定される。ここで、補正係数は、可能な圧力補正値に対して適切な容量補正値を定義する特性曲線により決定されてもよい。

特性曲線の使用は補正係数の急速且つ簡単な決定を可能にする。
本発明により、補正係数の関数として、必要な燃料量を供給するために設定されるべき制御弁の開口断面積が決定される。制御弁の開口断面積およびそれぞれの実際エンジン回転速度を用いて、制御弁に対する操作信号が決定される。操作信号は、可能な開口断面積および実際エンジン回転速度の関数として適切な操作信号を定義する特性曲線により決定される。

したがって、制御弁の操作において、高圧ポンプの入口における燃料圧力および／または供給されるべき燃料の蒸気圧が考慮されるように、制御弁は補正係数の関数として操作され、これにより供給される燃料量の改善された配量が保証される。ここで、特性曲線の使用は操作信号の急速且つ簡単な決定を可能にする。

蒸気圧は実際温度から少なくとも１つの基準蒸気圧曲線を用いて決定される。代替態様として、蒸気圧はアフタ・スタート係数および／または暖機運転係数および／または過渡補償係数から決定される。さらに、蒸気圧の決定のために、高圧ポンプの吐出量が０になるまで入口圧力が低下され、および蒸気圧は入口圧力と高圧ポンプの逆止弁の開放圧力との差から決定されることが可能である。

冒頭記載の課題は、プログラムがコンピュータ内において実行されるとき、本発明による方法の全てのステップを実行するためのプログラム・コードを有するコンピュータ・プログラムによってもまた解決される。

冒頭記載の課題は、マニホルドおよび高圧ポンプを含む燃料配量装置を有する内燃機関によってもまた解決される。高圧ポンプは燃料配量ユニットに付属されている。燃料配量ユニットは供給される燃料量を制御する。内燃機関の運転のために必要な燃料量は、高圧ポンプの入口における燃料圧力および／または供給されるべき燃料の蒸気圧に基づく補正係数の関数として決定可能である。

以下に本発明の一実施例が添付図面により詳細に説明される。

図１は、高圧ポンプおよび燃料配量ユニットを有する、内燃機関の燃料噴射装置の略図を示す。 図２は、図１の燃料配量ユニットの破断図示範囲の部分断面図を示す。 図３は、図１の燃料配量ユニットの制御弁に対する開口断面積の決定方法の略図を示す。 図４は、図１の燃料配量ユニットの制御弁に対する操作信号の決定方法の略図を示す。

図１は内燃機関の燃料噴射装置１０の略図を示す。燃料噴射装置１０は燃料タンク１２を含み、燃料タンク１２から供給ポンプ１４が燃料を燃料配量ユニット（燃料配分ユニット）１６の入口１５に供給する。燃料配量ユニット１６の出口１８は燃料高圧ポンプ２０に通じている。燃料タンク１２から高圧ポンプ２０まで伸長している低圧配管は、全体として符号２２を有している。

高圧ポンプ２０は、入口側に配置されている逆止弁を備えた吐出室を有することが好ましく、高圧ポンプ２０は、燃料をきわめて高い圧力に圧縮し且つ燃料を燃料マニホルド２４内に供給し、燃料マニホルド２４内において燃料はきわめて高い圧力で貯蔵される。燃料マニホルド２４は「マニホルド」ないしは「レール」とも呼ばれる。燃料マニホルド２４に複数のインジェクタ２６が接続され、インジェクタ２６は、さらに詳細には示されていない内燃機関の、インジェクタ２６に付属の燃焼室２８内に燃料を直接噴射する。内燃機関は例えば自動車を駆動するために使用される。

燃料マニホルド２４内の圧力は圧力センサ３０により測定される。圧力センサ３０はその信号を操作／制御装置３２に伝送し、操作／制御装置３２の出口側は特に燃料配量ユニット１６と結合されている。燃料配量ユニット１６により、のちに記載のように、高圧ポンプ２０の供給量が設定される。これにより、圧力センサ３０により測定される燃料マニホルド２４内の実際圧力は目標圧力に追従可能である。

図２から明らかなように、燃料配量ユニット１６は吸込み絞りとして形成されている。燃料配量ユニット１６はハウジング３４を含み、ハウジング３４内に弁ピストン３６が軸方向に移動可能に受け入れられている。弁ピストン３６は弁室３８内に突出し、弁室３８内に弁スライダ４０が軸方向に移動可能に受け入れられている。弁スライダ４０は、弁ピストン３６に当接するように圧縮ばね４２により押圧されている。燃料配量ユニット１６の入口１５は弁室３８の軸方向端部に形成され、一方、出口１８は弁室３８のラジアル壁４４内に制御開口４６の形で形成されている。

弁ピストン３６の位置は電磁操作装置４８により設定される。無電流状態において、弁ばね４２は、弁スライダ４０および弁ピストン３６を、図２において完全に下方に押圧する。この状態が図２の左側半分に示されている。これに対して、電磁操作装置４８が通電された場合、弁ピストン３６は、弁ばね４２の力に抗して、弁スライダ４０を図２において上方に押圧し、これにより、弁スライダ４０はラジアル壁４４内の制御開口４６を一部遮蔽したり、または終端位置においては完全に遮蔽したりする。この状態が図２の右側半分に示されている。制御開口４６が全開の場合、供給ポンプ１４から高圧ポンプ２０に最大燃料量が到達し且つ高圧ポンプ２０からさらにレール２４内に到達する。この作動状態は全供給と呼ばれる。これに対して、制御開口４６が弁スライダ４０により一部遮蔽されている場合、より少ない燃料量が高圧ポンプ２０に、およびレール２４内に到達する。この作動状態は「部分供給」と呼ばれる。

以下に、図１の燃料噴射装置１０の制御方法が、本発明の一実施形態により、図３および４を参照しながら詳細に説明される。
図３は、弁ピストン３６、電磁操作装置４８、弁ばね４２および弁スライダ４０から形成されている、図１および２の燃料配量ユニット１６の電磁操作可能な制御弁に対する開口断面積ｒｏｚｍｅ＿ｗの決定方法の略図を示す。本発明の好ましい一実施形態により、本方法はコンピュータ・プログラムとして形成され且つ操作／制御装置３２により実行される。したがって、本発明は、内燃機関の既存の部品を用いて簡単且つコスト的に有利に実行可能である。

本発明による方法の以下の説明において、従来技術から既知の方法ステップの詳細な説明は省略される。
ステップ１５１において、高圧ポンプ２０によりマニホルド２４内に噴射される燃料質量ｍｋｒｅｆｆ＿ｗが計算される。燃料質量ｍｋｒｅｆｆ＿ｗは、ステップ１５３において、温度の関数としての燃料密度ＫＬＲＯＨＫＲＴＦの関数として、高圧ポンプ２０に供給されるべき目標燃料容量ｖｍｋｒｅｆｆ＿ｗに換算される。温度の関数としての燃料密度ＫＬＲＯＨＫＲＴＦは、本発明により、ステップ１５２において、適切な特性曲線により、測定された燃料温度ｔｆｕｅｌｓｑに基づいて決定可能である。

ステップ１５４において、供給されるべき目標燃料容量ｖｍｋｒｅｆｆ＿ｗおよび補正係数ＫＬＦＯＺＭＥＤＰから、内燃機関の運転のために必要な燃料量が決定される。ここで内燃機関のそれぞれの運転状態に必要な燃料圧力および燃料流量を保証するために、この必要な燃料量は高圧ポンプ２０に供給され、および高圧ポンプ２０からマニホルド２４に供給されなければならない。

本発明により、ステップ１５４において、制御弁の開口断面積ｒｏｚｍｅ＿ｗが決定される。開口断面積ｒｏｚｍｅ＿ｗは高圧ポンプ２０に必要な燃料量を供給するように設定される。のちに図４において説明されるように、決定された開口断面積ｒｏｚｍｅ＿ｗに基づいて制御弁に対する適切な操作信号が決定される。

補正係数ＫＬＦＯＺＭＥＤＰはステップ１４８において特性曲線群により決定可能である。特性曲線群は、容量補正値を可能な圧力補正値の関数として表わし、圧力補正値は、必要な燃料量を決定するための補正係数ＫＬＦＯＺＭＥＤＰとして適切である。

本発明による方法は、内燃機関の運転時に、操作／制御装置によりループ状に実行されることが好ましい。それに対応して、ステップ１４８において、実際圧力補正値ｄｐｚｍｅ＿ｗに対してそれぞれ補正係数ＫＬＦＯＺＭＥＤＰが決定される。実際圧力補正値ｄｐｚｍｅ＿ｗは、ステップ１４６において、供給されるべき燃料の蒸気圧Ｐｄａｍｐｆ並びに逆止弁の開放圧力ｐｅｉｖを、高圧ポンプ２０の入口における燃料圧力ｐｅｋｐから減算することにより決定される。ここで、供給されるべき燃料の蒸気圧Ｐｄａｍｐｆおよび逆止弁の開放圧力ｐｅｉｖはステップ１４４において予め加算されてもよい。

この代わりに、はじめに、高圧ポンプ２０の入口における燃料圧力ｐｅｋｐと供給されるべき燃料の蒸気圧Ｐｄａｍｐｆとの間の圧力差が決定されてもよい。この場合、圧力補正値を決定するために、逆止弁の開放圧力ｐｅｉｖが、決定された圧力差から減算される。

本発明の他の実施形態により、実際圧力補正値ｄｐｚｍｅ＿ｗは、例えば特性曲線群のような実験で決定された関係により決定されてもよい。適切な特性曲線群は、例えば可変燃料圧力を有する低圧系に対しては蒸気圧Ｐｄａｍｐｆおよび燃料圧力ｐｅｋｐの関数として、または例えば一定燃料圧力ｐｅｋｐを有する低圧系に対しては蒸気圧Ｐｄａｍｐｆのみの関数として決定されてもよい。

蒸気圧Ｐｄａｍｐｆは種々の方法で決定可能である。蒸気圧Ｐｄａｍｐｆは本質的に温度の関数であり且つ使用される燃料のみにより制約される。これに対応して、最も簡単な場合、蒸気圧Ｐｄａｍｐｆは、それぞれの実際温度の関数として、適切ないわゆる基準蒸気圧曲線から決定可能である。ここで、使用される燃料と蒸気圧Ｐｄａｍｐｆとの関係を考慮するために、特にいわゆる「フレックス燃料システム」においては、燃料システムに応じてそれぞれ複数の基準蒸気圧曲線が使用されてもよく、この場合、可能な各燃料に対応曲線が付属されている。

さらに、蒸気圧Ｐｄａｍｐｆは、適応アフタ・スタート係数ないしは暖機運転係数または過渡補償の適応係数を用いて決定されてもよい。これらの係数は燃料の蒸発傾向に対する尺度を表わしているので、使用される燃料の蒸気圧Ｐｄａｍｐｆと直接相関を有している。

蒸気圧Ｐｄａｍｐｆを決定するための他の可能性は、高圧ポンプ２０の吐出量が０になるまで入口圧力Ｐｖｏｒａｄｐを低下させることにある。このとき、設定された圧力は、高圧ポンプ２０内において逆止弁の開放圧力ｐｅｉｖだけ増大された蒸気圧Ｐｄａｍｐｆに対応し、したがって、蒸気圧Ｐｄａｍｐｆは、Ｐｄａｍｐｆ＝Ｐｖｏｒａｄｐ−ｐｅｉｖから得られる。開放圧力ｐｅｉｖは良好な近似として一定とみなされてもよい。

さらに、蒸気圧Ｐｄａｍｐｆは、タンク通気の範囲内において、付属の活性炭フィルタの充填量に対する尺度として使用される値が決定されることによって決定されてもよく、この場合、高い値はきわめて揮発性の燃料を示している。この値からそれぞれの実際温度を考慮して蒸気圧Ｐｄａｍｐｆが決定可能である。

入口圧力ｐｅｋｐは、本発明により、適切なセンサを用いて測定されても、または電動燃料ポンプ１４の操作パラメータによりモデル化されてもよい。ここで、機械式圧力制御器を用いた定圧システムの場合、燃料配管２２の圧力降下を考慮して設定されたその開放圧力が使用されてもよい。

図４は図１および２の燃料配量ユニット１６の制御弁に対する操作信号の決定方法の略図を示す。本発明の好ましい一実施形態により、この方法は同様にコンピュータ・プログラムとして形成され且つ操作／制御装置３２により実行される。

ステップ１６０において、図３により決定された開口断面積ｒｏｚｍｅ＿ｗおよびそれぞれの実際エンジン回転速度ｎｍｏｔ＿ｗに基づいて、制御弁に対する適切な操作信号ｔａｖｓｔｚｍｅ＿ｗが決定される。操作信号ｔａｖｓｔｚｍｅ＿ｗは、可能な異なる実際エンジン回転速度ｎｍｏｔ＿ｗに対する異なる特性曲線を有する特性曲線群により決定されることが好ましく、この場合、各特性曲線は、可能な開口断面積ｒｏｚｍｅ＿ｗの関数として適切な操作信号ｔａｖｓｔｚｍｅ＿ｗを定義する。

１０ 燃料噴射装置
１２ 燃料タンク
１４ 供給ポンプ（燃料ポンプ）
１５ 入口
１６ 燃料配量ユニット
１８ 出口
２０ 高圧ポンプ
２２ 低圧配管（燃料配管）
２４ 燃料マニホルド（レール）
２６ インジェクタ
２８ 燃焼室
３０ 圧力センサ
３２ 操作／制御装置
３４ ハウジング
３６ 弁ピストン
３８ 弁室
４０ 弁スライダ
４２ 圧縮ばね（弁ばね）
４４ ラジアル壁
４６ 制御開口
４８ 電磁操作装置
ｄｐｚｍｅ＿ｗ 圧力補正値
ＫＬＦＯＺＭＥＤＰ 補正係数
ＫＬＲＯＨＫＲＴＦ 燃料密度
ｍｋｒｅｆｆ＿ｗ 燃料質量
ｎｍｏｔ＿ｗ エンジン回転速度
Ｐｄａｍｐｆ 蒸気圧
ｐｅｉｖ 逆止弁の開放圧力
ｐｅｋｐ 燃料圧力（高圧ポンプの入口における）
ｒｏｚｍｅ＿ｗ 開口断面積
ｔａｖｓｔｚｍｅ＿ｗ 操作信号
ｔｆｕｅｌｓｑ 燃料温度
ｖｍｋｒｅｆｆ＿ｗ 目標燃料容量

Claims (13)

1. 燃料噴射装置（１０）が、マニホルド（２４）および高圧ポンプ（２０）を含み、
   前記高圧ポンプ（２０）は燃料配量ユニット（１６）に付属されており、
   前記燃料配量ユニット（１６）は、供給される燃料量を制御する、内燃機関の燃料噴射装置（１０）の制御方法において、
   内燃機関の運転のために必要な燃料量が、前記高圧ポンプ（２０）の入口における燃料圧力および／または供給されるべき燃料の蒸気圧に基づく補正係数の関数として決定されることを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置の制御方法。
2. 請求項１に記載の方法において、
   前記補正係数を決定するために、前記高圧ポンプ（２０）の入口における燃料圧力と供給されるべき燃料の蒸気圧との間の圧力差が決定されることを特徴とする方法。
3. 請求項２に記載の方法において、
   前記高圧ポンプ（２０）は、入口側に配置されている逆止弁を備えた吐出室を有しており、
   前記補正係数を決定するために、前記逆止弁の開放圧力が決定され、圧力補正値を決定するために、前記開放圧力が前記圧力差から減算されることを特徴とする方法。
4. 請求項３に記載の方法において、
   前記高圧ポンプ（２０）に供給されるべき目標燃料容量が決定され、必要な燃料量が、前記目標燃料容量および前記補正係数に基づいて決定されることを特徴とする方法。
5. 請求項４に記載の方法において、
   前記補正係数が、可能な圧力補正値に対して適切な容量補正値を定義する特性曲線により決定されることを特徴とする方法。
6. 請求項１ないし５のいずれかに１項に記載の方法において、
   前記補正係数の関数として、必要な燃料量を供給するために設定されるべき制御弁の開口断面積が決定されることを特徴とする方法。
7. 請求項６に記載の方法において、
   前記制御弁の開口断面積およびそれぞれの実際エンジン回転速度を用いて、制御弁に対する操作信号が決定されることを特徴とする方法。
8. 請求項７に記載の方法において、
   前記操作信号が、可能な開口断面積および実際エンジン回転速度の関数として適切な操作信号を定義する特性曲線により決定されることを特徴とする方法。
9. 請求項１ないし８のいずれかに記載の方法において、
   前記蒸気圧（Ｐｄａｍｐｆ）が、実際温度から少なくとも１つの基準蒸気圧曲線を用いて決定されることを特徴とする方法。
10. 請求項１ないし８のいずれか１項に記載の方法において、
    前記蒸気圧（Ｐｄａｍｐｆ）が、アフタ・スタート係数および／または暖機運転係数および／または過渡補償係数から決定されることを特徴とする方法。
11. 請求項１ないし８のいずれか１項に記載の方法において、
    高圧ポンプの吐出量が０になるまで入口圧力（Ｐｖｏｒａｄｐ）が低下され、前記蒸気圧（Ｐｄａｍｐｆ）が、前記入口圧力と高圧ポンプの逆止弁の開放圧力（ｐｅｉｖ）との差から決定されることを特徴とする方法。
12. プログラムがコンピュータ内において実行されるとき、請求項１ないし８のいずれかに１項に記載の全てのステップを実行するためのプログラム・コードを有するコンピュータ・プログラム。
13. 燃料噴射装置（１０）がマニホルド（２４）および高圧ポンプ（２０）を含み、
    前記高圧ポンプ（２０）は、燃料配量ユニット（１６）に付属され、
    前記燃料配量ユニット（１６）は、供給される燃料量を制御する、前記燃料噴射装置（１０）を有する内燃機関において、
    内燃機関の運転のために必要な燃料量が、前記高圧ポンプ（２０）の入口における燃料圧力および／または供給されるべき燃料の蒸気圧に基づく補正係数の関数として決定可能であることを特徴とする、燃料噴射装置を有する内燃機関。

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