(57)【要約】  内燃機関（１０）を作動する方法が提供される。本方法は、エンジン（１０）の少なくとも１つのシリンダ（２０）内に第１の燃料量を噴射するステップを含む。さらに、本方法は、シリンダ圧力及びシリンダ圧力の変化速度の少なくとも一方を示す値を決定するステップを含む。さらに、本方法は、所定の閾値を超える決定されたシリンダ圧力又はシリンダ圧力の変化速度であり得る所定の不測事態の発生の際に、少なくとも１つのシリンダ（２０）内に第２の燃料量を噴射するステップを含む。さらに、制御アルゴリズムを有する電子制御器（３０）を含む内燃機関（１０）が提供される。制御アルゴリズムは、エンジン（１０）の少なくとも１つのシリンダ（２０）のシリンダ圧力及びシリンダ圧力の変化速度の少なくとも一方を示す値を決定するためのソフトウェアを含む。さらに、制御アルゴリズムは、決定された値であり得る所定の不測事態の発生に基づき、モード間でエンジン（１０）の燃料噴射器（５０）を移行するためのロジックを含む。
2009500566.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
混合モード燃料噴射器（５０）が少なくとも部分的に内部に配置された少なくとも１つのシリンダ（２０）を含む内燃機関（１０）を作動する方法であって、
混合モード燃料噴射器（５０）の第１の噴霧パターンを介して少なくとも１つのシリンダ（２０）内に第１の燃料量を噴射するステップと、
少なくとも１つのシリンダ（２０）のシリンダ圧力及びシリンダ圧力の変化速度の少なくとも一方を示す値を決定するステップと、
所定の不測事態の発生の際に、第１の噴霧パターンと異なる混合モード燃料噴射器（５０）の第２の噴霧パターンを介して少なくとも１つのシリンダ（２０）内に第２の燃料量を噴射するステップと
を含む方法。
【請求項２】
決定するステップが、少なくとも１つのシリンダ（２０）の流体圧力にさらされかつ電子制御器（３０）と結合された圧力センサ（３６）を介して値を決定するステップを含み、
第１の燃料量を噴射するステップが、第１の噴霧パターンを規定する混合モード燃料噴射器（５０）の第１の組の噴射オリフィス（５８）を介して第１の燃料量を噴射するステップを含み、決定された値が所定の閾値を超えた場合、第２の燃料量を噴射するステップが、第２の噴霧パターンを規定する混合モード燃料噴射器（５０）の第２の組の噴射オリフィス（６８）を介して第２の燃料量を噴射するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
所定のエンジンサイクル中に少なくとも１つのシリンダ（２０）の第１の燃料量を点火するステップと、
第１の燃料量の点火に引き続き、しかし同一のエンジンサイクル中に、少なくとも１つのシリンダ（２０）の第２の燃料量を点火するステップと
をさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
第１の燃料量を噴射するステップが、シリンダ状態が所定のエンジンサイクル中に自己点火点になる前に、少なくとも１つのシリンダ（２０）の軸に対し第１の平均噴霧角度で前記燃料量を噴射するステップを含み、
第２の燃料量を噴射するステップが、同一のエンジンサイクル中に、しかしシリンダ状態が自己点火点になった後に前記第２の燃料量を噴射するステップを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
内燃機関（１０）であって、
少なくとも１つのシリンダ（２０）を有するエンジンハウジング（１２）と、
前記少なくとも１つのシリンダ（２０）内に少なくとも部分的に配置された混合モード燃料噴射器（５０）と、
少なくとも１つのシリンダ（２０）のシリンダ圧力及びシリンダ圧力の変化速度の少なくとも一方を示す値を決定するための手段と、
前記燃料噴射器（５０）と前記決定するための手段とに制御連通する電子制御器（３０）であって、所定の不測事態の発生に基づき前記混合モード燃料噴射器（５０）の第１及び第２の噴射モードの間で移行するための手段を含む制御アルゴリズムが記録されたコンピュータ可読媒体を含む電子制御器（３０）と
を備える内燃機関（１０）。
【請求項６】
前記制御アルゴリズムが閉ループ制御アルゴリズムであり、
前記移行するための手段が、決定された値が所定の閾値を超えた場合、第１及び第２の噴射モードの間で移行するための手段を含み、
前記決定するための手段が、少なくとも１つのシリンダ（２０）の流体圧力にさらされかつ前記電子制御器（３０）と結合された圧力センサ（３６）を含む、請求項５に記載の内燃機関（１０）。
【請求項７】
前記混合モード燃料噴射器（５０）が、第１の組の出口オリフィス（５８）を開放又は閉鎖するように移動可能な第１のチェック部材（５２）と、第２の組の出口オリフィス（６８）を開放又は閉鎖するように移動可能な第２のチェック部材（６２）とを備え、
前記移行するための手段が、前記第１のチェック部材（５２）のみが所定のエンジンサイクル中に開放される第１の噴射モードから、決定されたシリンダ圧力又はシリンダ圧力の変化速度が、それぞれ、所定のシリンダ圧力閾値又はシリンダ圧力閾値の変化速度を超えた場合、前記第２のチェック部材（６２）が所定のエンジンサイクル中に同様に開放される第２の噴射モードに移行するための手段を含む、請求項６に記載の内燃機関（１０）。
【請求項８】
物品であって、
制御アルゴリズムが記録されたコンピュータ可読媒体を備え、前記制御アルゴリズムが、内燃機関（１０）の少なくとも１つのシリンダ（２０）のシリンダ圧力及びシリンダ圧力の変化速度の少なくとも一方を示す値を決定するための手段と、所定の不測事態の発生に基づき、前記内燃機関（１０）の少なくとも１つの混合モード燃料噴射器（５０）を第１の燃料噴射モードと第２の燃料噴射モードとの間で移行するための手段とを含む、物品。
【請求項９】
前記決定するための手段が、シリンダ（２０）の流体圧力にさらされた圧力センサ（３６）を介して少なくとも１つのシリンダ（２０）のシリンダ圧力及びシリンダ圧力の変化速度の少なくとも一方を決定するための手段を含み、
決定されたシリンダ圧力又は決定されたシリンダ圧力の変化速度が、それぞれ、所定のシリンダ圧力閾値又はシリンダ圧力閾値の変化速度を超えた場合、前記移行するための手段が、前記少なくとも１つの燃料噴射器（５０）を第１の燃料噴射モードから第２の燃料噴射モードに移行するための手段をさらに含む、請求項８に記載の物品。
【請求項１０】
混合モード燃料噴射器（５０）が少なくとも部分的に内部に配置された少なくとも１つのシリンダ（２０）を含む内燃機関（１０）を作動する方法であって、
混合モード燃料噴射器（５０）の第１の噴霧パターンを介して少なくとも１つのシリンダ（２０）内に第１の燃料量を噴射するステップと、
エンジン負荷以外の所定の不測事態の発生の際に、第１の噴霧パターンと異なる混合モード燃料噴射器（５０）の第２の噴霧パターンを介して少なくとも１つのシリンダ（２０）内に第２の燃料量を噴射するステップと
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の開示は、一般に、内燃機関及びその作動方法に関し、より詳しくは、所定の不測事態が発生した際のこのようなエンジンの作動モード間の移行方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関及びエンジン作動機構の精巧さは増し続けており、設計及び操作における革新がほぼ毎日明らかにされている。近年の多くの設計変更を後押しする１つの力は、ますます厳しさを増しているエミッション要件である。エミッション品質の改善の１つの一般的な方法は、エンジンの下流側の燃焼生成物の処理に関係する。言い換えれば、エンジンによって発生される排気ガスは、望ましくない成分を除去するか又は低減する試みにおいて様々な化学的及び／又は物理的プロセスを介して処理される。他のエンジン開発者は、燃焼行程それ自体により一層専心している。燃料噴射量、頻度、タイミング及び噴霧パターンのタイプでさえも、それらの操作がエンジン排気に様々な影響を有することが示されている。エンジニアの関心を特に引いているのは、集合的に「ＮＯｘ」として知られている様々な窒素酸素化合物に対するエミッション制限に関するますます厳しさを増している政府要件である。
【０００３】
内燃機関シリンダにおける点火前に空気と燃料との混合を強化することにより、エンジン排気内のＮＯｘレベルの低減を補助できることが発見されている。特に、１つの方法は、関連技術で「均一チャージ」点火として知られている。圧縮点火エンジンでは、この方法は広く「ＨＣＣＩ」と称される。均一チャージモードでは、燃料は、シリンダ状態が自己点火を誘発するエンジンサイクル中の点の前に圧縮点火エンジンシリンダに噴射可能である。これは、燃料が、エンジンサイクル中に自己点火を行うことができる点に近接して主に噴射されるより伝統的な方法とは異なる。言い換えれば、燃料が燃料噴射器の先端を離れるときに多少とも連続的に燃焼する燃料ではなく、均一チャージモードにおいて、ピストンがシリンダ内で上方に移動しているときに燃料及び空気の混合時間が比較的長くなるように、自己点火状態に先行して燃料を噴射することが可能である。
【０００４】
均一チャージ作動は、エンジンの外部及びエンジンの内部の様々な作動条件に比較的影響を受けやすい傾向がある。例えば、周囲の温度及び圧力ならびにエンジンサイクルの自己点火状態のタイミングは、均一チャージモードで順調に作動するエンジンの能力に影響を及ぼすことがある。順調な作動に影響を及ぼす他の要因は、均一チャージエンジンをそれらの理論的な負荷範囲部分のみに限定することに関係する。エンジンに対するパワー要求の増大は、所定のエンジンサイクルで燃焼される燃料量の増加によって典型的に対応される。エンジンが均一チャージモードで作動される場合、噴射燃料は、より均一に点火する傾向があり、多くの場合、等価の燃料量の従来の点火よりも比較的大きなシリンダ圧力及びシリンダ圧力スパイクを発生する。パワー要求、したがって噴射燃料量が増加するとき、エンジンは、エンジンハードウェアに対する物理的応力があまりにも大きいためにより大きな均一チャージ燃焼イベントを受け入れることができない点に達成することがある。
【０００５】
シェーファー（Ｓｈａｆｅｒ）らへの（特許文献１）は、均一チャージモード、従来のモード又は混合モードで作動するための二重モード能力を有する１つの燃料噴射器を開示している。シェーファーは様々な設計及び作動方策を説明しているが、常に改良の余地がある。
【０００６】
【特許文献１】米国特許第６，７２５，８３８号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の開示は、上述した問題又は不都合の１つ以上を克服することに関する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
一形態において、本発明の開示は、混合モード燃料噴射器が少なくとも部分的に内部に配置された少なくとも１つのシリンダを含む内燃機関を作動する方法を提供する。本方法は、混合モード燃料噴射器の第１の噴霧パターンを介して少なくとも１つのシリンダ内に第１の燃料量（ｆｕｅｌ  ｃｈａｒｇｅ）を噴射するステップを含む。さらに、本方法は、少なくとも１つのシリンダのシリンダ圧力及びシリンダ圧力の変化速度の少なくとも一方を示す値を決定するステップを含む。なおさらに、所定の不測事態の発生の際に、第１の噴霧パターンと異なる混合モード燃料噴射器の第２の噴霧パターンを介して少なくとも１つのシリンダ内に第２の燃料量を噴射するステップを含む。
【０００９】
他の形態において、本発明の開示は内燃機関を提供する。内燃機関は、少なくとも１つのシリンダを有するエンジンハウジングと、少なくとも１つのシリンダ内に少なくとも部分的に配置された混合モード燃料噴射器とを含む。さらに、エンジンは、少なくとも１つのシリンダのシリンダ圧力及びシリンダ圧力の変化速度の少なくとも一方を示す値を決定するための手段を含む。なおさらに、エンジンは、燃料噴射器と決定するための手段とに制御連通する電子制御器を含む。電子制御器は、所定の不測事態の発生に基づき燃料噴射器の第１及び第２の噴射モードの間で移行するための手段を含む制御アルゴリズムが記録されたコンピュータ可読媒体を含む。
【００１０】
なお他の形態において、本発明の開示は、制御アルゴリズムが記録されたコンピュータ可読媒体を有する物品を提供する。制御アルゴリズムは、少なくとも１つのシリンダを有する内燃機関のシリンダ圧力及びシリンダ圧力の変化速度の少なくとも一方を示す値を決定するための手段と、所定の不測事態の発生に基づき、内燃機関の少なくとも１つの混合モード燃料噴射器を第１の燃料噴射モードと第２の燃料噴射モードとの間で移行するための手段とを含む。
【００１１】
なお他の形態において、本発明の開示は、混合モード燃料噴射器が少なくとも部分的に内部に配置された少なくとも１つのシリンダを含む内燃機関を作動する方法を提供する。本方法は、混合モード燃料噴射器の第１の噴霧パターンを介して少なくとも１つのシリンダ内に第１の燃料量を噴射するステップを含む。なおさらに、本方法は、エンジン負荷以外の所定の不測事態の発生の際に、第１の噴霧パターンと異なる混合モード燃料噴射器の第２の噴霧パターンを介して少なくとも１つのシリンダ内に第２の燃料量を噴射するステップを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１を参照すると、本発明の開示によるエンジン１０が示されている。エンジン１０は、少なくとも１つのシリンダ２０、例えば、複数のシリンダが内部に配置されたエンジンハウジング１２を含む。さらに、エンジン１０は、シリンダ２０内に少なくとも部分的に位置付けられかつ従来の方法で往復動可能なピストン１４を含むことが可能である。ピストンロッド１６は、従来の方法でピストン１４とクランクシャフト１８とを連結する。加圧燃料源又はポンプ４０を設け、共通レール４２と供給通路４６とを介して複数の燃料噴射器５０に流体連結してもよい。エンジン１０は、典型的に、対応する燃料噴射器をそれぞれが有する複数のシリンダを含むが、分かりやすくするため、本明細書は、単数のシリンダ２０及び燃料噴射器５０に主に言及する。さらに、エンジンハウジング１２は、排気システム４４、及びターボチャージャ（図示せず）と結合してもよい。一実施形態において、エンジン１０は共通レールエンジンであろうことが考えられるが、代替実施形態、例えば、個々の燃料噴射器と結合された１つ以上のユニットポンプを有するエンジンが考えられる。エンジン１０は圧縮点火エンジンでもよいことがさらに考えられるが、火花点火エンジンのような他のエンジン設計、ならびにガソリンのような他の燃料種類を代替実施形態に使用可能であることを認識すべきである。
【００１３】
さらに、エンジン１０は、エンジン１０のある作動局面を制御及び／又は監視するように動作可能な電子制御器３０を含んでもよい。電子制御器３０は、シリンダ２０の流体圧力にさらされた圧力センサ３６と連通してもよい。例えば、圧力センサ３６を、シリンダ２０内に少なくとも部分的に配置して、通信ライン３７を介して電子制御器３０と結合してもよい。１つのみのシリンダがそれと関連付けられた圧力センサを含む実施形態、ならびにエンジンシリンダの２つ以上又はすべてが圧力センサと結合される実施形態が考えられる。圧力センサ３６は、様々な公知の圧力センサの任意のもの、例えば、シリンダ２０からの流体圧力によって変位させられるダイアフラムを有する圧電抵抗センサでよい。
【００１４】
同様に図２を参照すると、電子制御器３０はまた、他の通信ライン５１を介してそれぞれの燃料噴射器５０と制御連通してもよい。それぞれの燃料噴射器５０は、シリンダ２０内に少なくとも部分的に配置された混合モード燃料噴射器でもよい。様々な適切な混合モード燃料噴射器は当分野で知られている。１つの典型的な混合モード燃料噴射器は、シェーファーらへの（特許文献１）から公知である。他の適切な混合モード燃料噴射器は噴射器５０であり、その部分が図２に示されている。
【００１５】
噴射器５０は、第１又は外側のチェック部材５２及び第２又は内側のチェック部材６２を含む二重の同心のチェック燃料噴射器（ｃｈｅｃｋ  ｆｕｅｌ  ｉｎｊｅｃｔｏｒ）であることが可能である。外側チェック部材５２は、それぞれ第１の座部５６から離れて又はそれに向かって移動することによって、第１の組の噴射オリフィス５８を開放又は閉鎖するように動作可能な第１の弁部材５４を含むことが可能である。次に、内側チェック部材６２は、それぞれ第２の座部６６から離れて又はそれに向かって移動することによって、第１の組５８と異なる第２の組の噴射オリフィス６８を開放又は閉鎖するように動作可能な第２の弁部材６４を含むことが可能である。制御弁アセンブリ７０は、燃料噴射器５０及び電子制御器３０と結合して、外側チェック部材５２及び内側チェック部材６２の開閉を制御することが可能である。考えられる一実施形態において、電子制御器３０は、第１のチェック部材５２及び第２のチェック部材６２の一方又は両方を選択的に開放して、噴射オリフィスの所望の対応する組を通して燃料を噴射することが可能である。さらに、電子制御器３０は、本明細書に記載したように、所定のエンジンサイクル中に選択された時間に個々の噴射を命令するように動作可能である。
【００１６】
第１の組の噴射オリフィス５８は、シリンダ２０の軸Ｚに対し第１の平均噴霧角度αに配置された複数の噴射オリフィスを含むことが可能である。第２の組の噴射オリフィス６８は、第１の平均噴霧角度αよりも大きな軸Ｚに対する第２の平均噴霧角度θに配置される第１の組５８と異なる複数の噴射オリフィスを含むことが可能である。噴射オリフィス５８は、燃料噴射器５０の第１の噴霧パターンを規定し、これに対し、噴射オリフィス６８は燃料噴射器５０の第２の異なる噴霧パターンを規定する。第１の組の噴射オリフィス５８を介した燃料噴射は、主に均一チャージモード作動のためでもよく、これに対し、第２の組６８を介した燃料噴射は主に従来の作動のためでもよいことが考えられる。例えば比較的大きな燃料噴射体積がそれぞれの噴射について望まれる場合、第１の組５８及び第２の組６８の両方を介した同時の噴射を行うことが可能である。同一のエンジンサイクル中に、本明細書に記載したような「混合モード」で、均一チャージモード及び従来のモードの両方の作動を使用してもよい。当業者は、本発明の開示の範囲から逸脱することなく、異なる噴霧パターンを提供するための代わりの手段を使用してもよいことを認識するであろう。例えば、異なる平均噴霧角度を有する噴射オリフィスの別個の組よりもむしろ、燃料噴射器５０の２つ以上の利用可能な噴霧パターンを提供するために、異なる寸法又は異なる数を有する複数の組のオリフィスを利用してもよい。
【００１７】
さらに、本発明の開示は、混合モード燃料噴射器５０が少なくとも部分的に内部に配置された少なくとも１つのシリンダ２０を含む内燃機関１０を作動する方法を提供する。本方法は、混合モード燃料噴射器５０の第１の噴霧パターンを介して少なくとも１つのシリンダ２０内に第１の燃料量を噴射するステップを含む。噴霧パターンは、例えば、第１の組の噴射オリフィス５８によって規定される噴霧パターンでもよい。エンジン１０が均一チャージモードで作動している場合、第１の燃料量は、自己点火状態が特定のシリンダで行われる点の前に、例えば、ピストン１４が所定のエンジンサイクルの圧縮行程中に上死点位置に達する点の前に、所定のエンジンサイクル中に噴射してもよい。さらに、第１の燃料量の噴射は、第１のチェック部材５２を座部５６から移動することによって少なくとも部分的に行ってもよく、また第１のチェック部材５２を席部５６に向かって移動することによって少なくとも部分的に終了してもよい。
【００１８】
さらに、本方法は、シリンダ２０のシリンダ圧力及びシリンダ圧力の変化速度の少なくとも一方を示す値を決定するステップを含む。本明細書に使用されているように、「を示す値」という用語は、対象の量又は特性の両方の直接測定から得られる値、ならびに対象の特性と公知の又は確認可能な関係を有する値、量等に基づく間接測定値又は推定値を指すと理解されるべきである。本発明の開示において、記載した決定は、シリンダ２０の流体圧力にさらされたシリンダ圧力センサ３６で少なくとも部分的に、又は他の適切な手段によって行うことが可能である。
【００１９】
シリンダ圧力センサ３６は、例えば、シリンダ２０に露出された圧電センサを含んでもよい。圧電センサは、シリンダ圧力によるある程度の変位又は変位の変化速度を経験する際に、特定の電圧又は電圧の変化を発生する１つ以上の圧電性ダイアフラムを含んでもよい。シリンダ圧力を直接測定するのではない、シリンダ圧力及びシリンダ圧力の変化速度の少なくとも一方を示す値を決定するための他の手段は、光学センサを含み得る。シリンダ圧力と公知の関係を有するシリンダ内で伝送される光の振幅を決定するために、ある光学センサを使用してもよい。このようなセンサは、プリマス、ミシガンのオプトランド社（Ｏｐｔｒａｎｄ，Ｉｎｃ．）から商業的に入手可能である。他の適切な光学センサには、シリンダ圧力に基づき形状を変える半透過性の空洞内の光周波数の変化を測定するように動作可能である干渉計が含まれる。このような干渉計センサは、ハイポイント、ノースカロライナのファイバダイナミクス社（Ｆｉｂｅｒ  Ｄｙｎａｍｉｃｓ，Ｉｎｃ．）から商業的に入手可能である。さらに他の適切なセンサ種類は、ミクロひずみゲージのシリンダ圧力センサを含んでもよい。このようなセンサは、シリンダ圧力の変化に比例してシリンダ内のグロープラグロッドの比較的小さな移動を決定するように動作可能であり、ダラス、テキサスのテキサスインスツルメンツ（Ｔｅｘａｓ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ）から商業的に入手可能である。シリンダ内プローブの近傍のイオンレベルを測定するロックフォード、イリノイのウッドワードガバナ（Ｗｏｏｄｗａｒｄ  Ｇｏｖｅｒｎｏｒ）によって製造されるイオンセンサを使用してもよい。当業者は、シリンダ圧力及び／又はシリンダ圧力の変化を示す値を決定するためになおさらに適切な手段が利用可能であり、あるいはなお発見されるはずであり、本発明の主旨におけるその使用は、本発明の開示の意図する精神及び範囲内に含まれることを認識するであろう。
【００２０】
さらに、本発明の方法は、所定の不測事態の発生に基づき、燃料噴射器５０の第２の噴霧パターンを介して少なくとも１つのシリンダ内に第２の燃料量を噴射するステップを含むことが可能である。いくつかの実施形態において、所定の不測事態は、エンジン負荷、又はエンジン負荷に関係するパラメータであり得る。所定の不測事態は、例えば、所定のシリンダ圧力閾値又はシリンダ圧力閾値の所定の変化速度でもよい。
【００２１】
所定のエンジンサイクル中の第２の燃料量の噴射、したがって、一方の作動モードから第２の作動モードへの移行は、比較的より高い運転者命令速度又はエンジン１０の負荷に少なくとも部分的に基づくことが可能であることがさらに考えられる。ある作動環境では、エンジン１０の負荷範囲にわたって均一チャージ作動の使用を最大にすることが望ましいかもしれない。運転者が速度又は負荷の増加を命令する場合、エンジン１０は、一般に、従来の作動を引き起こす前に、決定されたシリンダ圧力及び／又は圧力スパイクが、エンジンハードウェアが耐えることができる限界に達する点又はそれに近い点まで、均一チャージモードで作動可能である。言い換えれば、速度又は負荷増加の命令の際、均一チャージ作動を使用して、命令された増加を所望の閾値（すなわち所定の不測事態）まで受け入れることが可能であり、この閾値の上方で、均一チャージ作動によって提供されたエンジン出力を補完するために、従来の作動を使用してもよい。シリンダ圧力及びシリンダ圧力の変化速度の少なくとも一方を使用して、補完的な従来の燃料噴射を開始することが望ましいか又は必要であることを決定することが可能である。適切な状態が存在する時点を決定する１つの手段は、本明細書に記載したように、圧力センサ３６を介してである。所定の閾値の上方の命令された負荷はまた、本発明の開示による所定の不測事態でもよい。
【００２２】
しかし、移行に関し、エンジン負荷に関係しないか又は必ずしも関係しない代わりの所定の不測事態が考えられる。例えば、エンジン１０と結合されたターボチャージャのブースト圧力又はエンジン１０の排気温度は、第２の噴霧パターンを介して選択的に噴射を開始するための所定の不測事態として使用してもよい。一般に、典型的に、従来の作動の場合よりも、燃焼中に所定の燃料量の利用可能な燃焼エネルギのより多くがピストン１４の機械的エネルギに変換されるので、均一チャージ作動は、比較的より低温の排気温度及び圧力をもたらす傾向がある。排気温度及び／又は圧力を高めることが望ましい場合、混合モード作動を選択的に開始して、追加の排気エネルギを提供してもよく、このように、モード間の移行は、エンジン負荷以外の所定の不測事態に基づく。
【００２３】
さらに、第２の燃料量を噴射するステップは、少なくとも部分的に第２のチェック部材６２を席部６６から移動することによって、オリフィス６８を介して第２の燃料量を噴射するステップを含んでもよい。第２のチャージは、所定のエンジンサイクルの第１のチャージの噴射に続き噴射してもよい。さらに、第２のチャージは、自己点火状態がシリンダ２０内にすでに存在している点で又はそれに近接して噴射してもよい。エンジン１０が本明細書に記載したような混合モードで作動している場合、第１及び第２の燃料量の両方の点火は、同一のエンジンサイクル中に典型的に行われる。第２の燃料量は、自己点火状態が存在するとき、ピストン１４が上死点位置に近いときに噴射可能であるか、あるいは第１のチャージの点火からの残余の熱を介して、又は火花点火のような他のある手段によって点火可能である。
【００２４】
さらに、本方法は、命令されたエンジン回転速度及び命令されたエンジン負荷の少なくとも一方を決定するステップを含んでもよい。考えられる一実施形態において、電子制御器３０は、通信ライン８１を介して１組の運転者制御部８０と通信して、例えば、命令されたスロットル位置を決定するか又は実際のスロットル位置を決定することによって、運転者が命令／要求している速度及び／又は負荷を決定することが可能である。運転者が、実行可能な均一チャージモード作動の上方の閾値を超えて作動するために、エンジン１０に必要とされる回転速度又は負荷を命令すると、例えば、電子制御器３０は、適切な移行点に達するまでシリンダ圧力状態を監視することが可能である。例えば、電子制御器３０は、ルックアップテーブルでプログラミング可能であり、この場合、シリンダ圧力及び／又はシリンダ圧力の変化速度は、所定のエンジンサイクルの従来の燃料噴射タイミング及び量にマッピングされる。電子制御器３０がエンジン１０を所望に応じて作動モード間で移行し得るように、ニューラルネットワーク又は他の適切な手段を使用してもよい。シリンダ圧力及び／又はシリンダ圧力の増加が、エンジン１０のスロットル位置にマッピングされる実施形態がさらに考えられる。このような実施形態は、例えば、シリンダ圧力センサを含まなくてもよい。
【００２５】
さらに、電子制御器３０は、制御アルゴリズムが記録されたコンピュータ可読媒体を有する物品を含む。コンピュータ可読媒体は、ＲＡＭ、ＲＯＭ又は他の任意の適切な媒体を備えてもよい。制御アルゴリズムは、シリンダ２０のシリンダ圧力及びシリンダ圧力の変化速度の少なくとも一方を示す値を決定するための手段を含む。さらに、制御アルゴリズムは、所定の不測事態の発生に基づき、燃料噴射器５０を第１の燃料噴射モードと第２の燃料噴射モードとの間で移行するための手段を含む。
【００２６】
本明細書に記載したように、第１及び第２の噴射モードは、燃料噴射器５０の第１及び第２の噴霧パターンを介した燃料噴射に対応してもよく、また所定のエンジンサイクル中の異なる時間に行われてもよい。シリンダ圧力及びシリンダ圧力の変化速度の少なくとも一方を示す値を決定するための手段は、電子制御器３０と圧力センサ３６との間の制御信号を介して前記値を決定するための手段をさらに含むことが可能である。さらに、移行するための手段は、決定されたシリンダ圧力又はシリンダ圧力の変化速度の少なくとも一方が対応する所定の閾値を超えた場合、燃料噴射器５０を移行するための手段を含むことが可能である。所定の閾値は、エンジンハードウェアに損傷の危険をもたらす圧力レベル及び／又は圧力スパイク又は速度又は増加に対応することが可能である。
【００２７】
さらに、制御アルゴリズムは、エンジン１０のクランク角を示す値を決定するための手段と、約１８０°〜３６０°のクランク角範囲内の第１の燃料噴射を命令するための手段とを含んでもよい。ある実施形態において、このクランク角範囲は、自己点火状態がシリンダ２０に生じ得る前の範囲に対応し、また均一チャージモード作動のために、第１の燃料量の噴射が自己点火状態の前に行われることが考えられる。なおさらに、制御アルゴリズムは、約３４０°と２０°との間のクランク角範囲内において第１の噴射に続く第２の噴射を命令するための手段を含んでもよく、その範囲はピストン１４の上死点位置の両側における約２０°のクランク角範囲に一致する。第２の燃料量の噴射は、典型的に、シリンダ２０の自己点火状態の時間に又はその近くで行われることが考えられる。
【００２８】
さらに、制御アルゴリズムは、命令されたエンジン速度及び命令されたエンジン負荷の少なくとも一方を決定するための手段を含んでもよい。移行するための手段は、命令されたエンジン速度及び命令されたエンジン負荷の少なくとも一方に少なくとも部分的に基づき、第１の噴射モード、例えば均一チャージモードと、第２の噴射モード、例えば従来のモードとの間で燃料噴射器５０を移行するための手段を含んでもよい。
【００２９】
電子制御器３０の制御アルゴリズムは、シリンダ圧力及びシリンダ圧力の変化速度の少なくとも一方を示す決定された値に基づくフィードバックターム（ｆｅｅｄｂａｃｋ  ｔｅｒｍ）を組み込んだ閉ループ制御アルゴリズムであり得る。命令されたエンジン速度及び命令されたエンジン負荷の少なくとも一方が所定のレベルを超える場合、電子制御器３０は、エンジン１０に対するパワー要求を受け入れるために、シリンダ圧力及びシリンダ圧力の変化速度の少なくとも一方を連続的に監視して、補完的な従来の噴射が始まる適切な移行点を決定することが可能である。所定のスロットル位置を越える命令されたスロットル位置が、所定の不測事態である開ループ方策も考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
考えられる一実施形態において、エンジン１０がその利用可能なパワー範囲の下方部分で作動している限り、エンジン１０の均一チャージ作動が使用され得る。このように、エンジン１０の燃料噴射動作は、少なくとも主に、燃料噴射器５０の記載した第１の噴霧パターンを介して行うことが可能である。例えば、ピストン１４が上死点位置から十分に離れている場合、適切な時間に、電子制御器３０は、第１の組のオリフィス５８及び第１のチェック部材５２の開口部を介して燃料噴射を命令することが可能である。噴射燃料、本明細書に記載したような第１の燃料量は、ピストン１４が上死点位置に向かって上向きに移動するとき、シリンダ２０内の空気と混合する。本明細書に記載したように、第１の燃料量は、燃料噴霧がシリンダ壁に衝突しないようにシリンダ２０内に概してより深く又はより下方に方向付けられるように、比較的狭い噴霧角度θで噴射することが可能である。典型的に、自己点火状態は、ピストンが下死点から上死点に向かって移動するとき、少なくとも部分的にピストン１４によるシリンダ内の空気圧縮によりシリンダ２０に生じ得る。第１の燃料量は、自己点火状態に達するときに圧縮点火し、次に、例えば４サイクルの実施形態では、膨張行程の準備で、ピストン１４を下死点位置に向かって付勢して戻すことが可能である。
【００３１】
運転者が速度又は負荷の増加を命令した場合、電子制御器３０は、第１の噴霧パターンを介したより大きな燃料量の噴射を命令して、エンジン１０をスピードアップするか、あるいは例えば、エンジン１０を使用するハイウェイトラックが傾斜に遭遇した場合、負荷の増加を受け入れることが可能である。均一チャージ作動により、典型的に、ある望ましくないエミッションの発生レベルは比較的より低いので、多くの場合、実行できる限り高い負荷レベルまで均一チャージ作動のみを介して、エンジン１０を作動することが望ましいであろう。しかし、ある運転環境では、またあるエンジン設計では、均一チャージモード作動の負荷増加を受け入れるためにピークシリンダ圧力及び燃料噴射量を増加することによるシリンダ圧力の上昇速度は、望ましくないか又は統制できないレベルに高まることがある。
【００３２】
このような場合、燃料噴射器５０を作動して、補完の燃料噴射を行い、燃料噴射器の第２の噴霧パターンを介してパワー要求の増大を受け入れることが可能である。従来の作動は、所定の燃料噴射量について、均一チャージモード作動よりも比較的より低い圧力及び圧力上昇速度を生じる可能性がある。第２の従来の噴射を選択的に加えることによって、エンジンハードウェアへの損傷の危険性なしにパワー要求の増大を受け入れることができる。このように、考えられる一実施形態において、第１の燃料量は、所定のエンジンサイクルで比較的早期に噴射して、ハードウェア又はエンジンの他の制限を超えることなく、実行できる限り多くのパワーをエンジン１０に提供することが可能である。使用する場合、第２の燃料量は、エンジン１０に対するパワー要求のバランスを形成し得る。第２の燃料量を噴射することが望ましい場合、電子制御器３０は、典型的に、自己点火状態がすでにシリンダ２０で発生しているとき、第２のチェック部材６２の開口を命令して、第２の組のオリフィス６８を介した燃料の噴射を可能にし得る。それぞれのチャージで噴射される関連の燃料体積は、所望のように又は必要に応じて、変更又は再配分可能である。エンジン１０に対するパワー要求が均一チャージ作動を介してのみ実行可能に受け入れることができる範囲に戻る場合、作動は、第１の噴霧パターンのみを介した噴射に戻ることが可能である。
【００３３】
均一チャージ作動のみを使用する第１のモードから、均一チャージ及び従来の作動の両方を使用する第２のモードへの移行の特定のタイミングは、本発明の開示の閉ループ制御アルゴリズムによって決定可能であることが考えられる。エンジン１０が比較的より高い負荷範囲に入るか又はそれに近づくように命令されると、シリンダ２０のピーク圧力及び圧力上昇を測定して、第２の噴霧パターンを介した補完噴射が始まるべき点を決定することが可能である。このようにして、実行できる限り長く均一チャージモードのみを使用して、ある望ましくないエミッション低減することが可能であり、またシリンダ圧力及び／又はその変化速度が対応する所定の閾値に達したとき、第２の噴霧パターンを介した噴射が始まる。
【００３４】
次に図３を参照すると、本発明の開示による典型的な制御プロセスを示したフローチャート１００が示されている。フローチャート１００のプロセスは、ボックス１１０、開始（ＳＴＡＲＴ）で始まる。ボックス１１０から、第１の燃料量をボックス１２０で噴射し得る。第１の燃料量の噴射に続き、プロセスはボックス１３０に進んでもよく、ここで、電子制御器３０は、運転者によって要求された速度及び／又は負荷を決定することが可能である。ボックス１３０から、プロセスはボックス１４０に進んでもよく、ここで、電子制御器３０は、要求された速度及び／又は負荷が所定の閾値を上回っているかどうかを質問してもよい。上回っていない場合、プロセスはボックス１３０に戻ることが可能である。上回っている場合、プロセスはボックス１５０に進んでもよく、ここで、電子制御器３０は、シリンダ圧力３０及び／又はシリンダ圧力の変化速度を示す当該の値を決定することが可能である。
【００３５】
ボックス１５０から、プロセスはボックス１６０に進んでもよく、ここで、電子制御器３０は、シリンダ圧力がエンジンサイクル中のある時間に所定の閾値を上回っているかどうかを質問してもよい。上回っていない場合、プロセスはボックス１５０に戻ることが可能である。上回っている場合、プロセスはボックス１７０に進んでもよく、ここで、電子制御器３０は、混合モード作動への移行が適切であることを決定することが可能である。ボックス１７０から、プロセスはボックス１７５に進んでもよく、ここで、電子制御器３０は第２の燃料量の噴射を命令してもよい。プロセスは、ボックス１８０、終わり（ＦＩＮＩＳＨ）で終了してもよい。
【００３６】
本発明の開示に従って内燃機関を作動することにより、このようにＨＣＣＩ作動から導かれるエンジンのパワーの部分を最大にすることが可能である。ＨＣＣＩの上方の閾値は、圧力センサ３６が、最大圧力又は最大圧力上昇速度が生じたか又は生じていることを示した場合、典型的に達成される。ＨＣＣＩパワーの上方の領域に達したことが電子制御器３０により決定されると、電子制御器３０は、本明細書に記載したように、従来の燃焼イベントによりエンジン１０のパワー出力を補完し始め得る。
【００３７】
本明細書は例示目的のみのためであり、また本発明の開示の幅を狭くすると決して解釈されるべきでない。このように、当業者は、本発明の開示の意図する精神及び範囲から逸脱することなく、本発明に開示した実施形態に様々な修正をなし得ることを認識するであろう。例えば、第１の燃料量は典型的に第２の噴霧パターンを介し、また第２の燃料量は第２の噴霧パターンのみを介するが、第２の燃料量は、第１及び第２の噴霧パターンの両方を介した同時の噴射を含んでもよい。さらに、本発明の開示は、第１及び第２の任意の噴射のみに限定されない。様々な追加のパイロット、主及び／又は後噴射を、本発明の範囲から逸脱することなく所定のエンジンサイクルで行うことが可能である。なおさらに、本発明の開示は、大部分、適切な移行点を決定するために圧力センサを使用する観点で説明されているが、他の実施形態が考えられる。例えば、シリンダ圧力を監視して、混合モードへの移行が行われる適切な点を決定するよりもむしろ、排気温度、ターボチャージャ速度、エンジン１０に対するパワー要求又はエンジン構成要素の応力のような他のパラメータに、移行をマッピングできるであろう。言い換えれば、対象のパラメータが所定値を有する場合、電子制御器３０は、特定値の所定のマップに基づき、適切な移行点に達したことを決定することが可能である。他の観点、特徴及び利点は、添付図面及び添付の特許請求の範囲を吟味すれば明白であろう。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の開示による内燃機関の概略側面図である。
【図２】図１の内燃機関の部分の部分分割側面図である。
【図３】本発明の開示による制御プロセスを示したフローチャートである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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