(57)【要約】  高圧ポンプ（１８）としてのピストンポンプを内燃機関（１０）の駆動軸（２８）によって駆動し、この場合、燃料を高圧ポンプ（１８）によって低圧領域（１６）から高圧側（３８）に圧送し、高圧ポンプ（１８）によって圧送される燃料の量を量制御弁（４４）によって調整して、内燃機関（１０）を運転するための方法では、高圧ポンプ（１８）を二点運転で交互に、個々のまたは連続するピストンストロークに対する全圧送と、個々のまたは連続するピストンストロークに対する空圧送とによって運転し、全圧送を、下側の圧力限界の下回り時に、上側の圧力限界に到達するまで実施することによって、高圧ポンプの音響的な放射が減少させられる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧ポンプ（１８）としてのピストンポンプを内燃機関（１０）の駆動軸（２８）によって駆動し、この場合、燃料を高圧ポンプ（１８）によって低圧領域（１６）から高圧側（３８）に圧送し、高圧ポンプ（１８）によって圧送される燃料の量を量制御弁（４４）によって調整して、内燃機関（１０）を運転するための方法において、高圧ポンプ（１８）を二点運転で交互に、個々のまたは連続するピストンストロークに対する全圧送と、個々のまたは連続するピストンストロークに対する空圧送とによって運転し、全圧送を、下側の圧力限界の下回り時に、上側の圧力限界に到達するまで実施することを特徴とする、内燃機関を運転するための方法。
【請求項２】
二点運転を、最低回転数を下回る機関回転数の低下時にかつ／または最小量を下回る噴射量の減少時に実施する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
高圧ポンプ（１８）を、最低回転数を上回る範囲内で部分圧送で運転する、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
高圧ポンプ（１８）を、上側の圧力限界への到達後に、下側の圧力限界を再び下回るまで空圧送に切り換える、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
高圧ポンプ（１８）を、量制御弁（４４）の閉鎖時に全圧送の運転モードで運転し、量制御弁（４４）の一時的なまたは永続的な開放時に部分圧送の運転モードで運転する、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
量制御弁（４４）を下側の圧力閾値まで開放し続け、下側の圧力閾値への到達時に、上側の圧力閾値への到達まで閉鎖する、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
量制御弁（４４）を、上側の圧力閾値への到達時に開放する、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
内燃機関（１０）であって、高圧ポンプ（１８）としてのピストンポンプが設けられており、該ピストンポンプが、当該内燃機関（１０）の駆動軸（２８）によって駆動されるようになっており、燃料が、燃料ポンプ（１８）によって低圧領域（１６）から高圧側（３８）に圧送されるようになっており、燃料ポンプ（１８）によって蓄え管路（２２）内に圧送される燃料の量（ｍ）が、量制御弁（４４）によって調整されるようになっている形式のものにおいて、高圧ポンプ（１８）が、アイドリング運転中に全圧送ならびに空圧送で運転されるようになっていることを特徴とする、内燃機関。
【請求項９】
内燃機関に用いられる制御装置において、当該制御装置が、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法を実施するようになっていることを特徴とする、内燃機関に用いられる制御装置。
【請求項１０】
内燃機関に用いられるメモリプログラミング可能な制御装置のためのソフトウェアにおいて、当該ソフトウェアが、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法を実施するようになっていることを特徴とする、内燃機関に用いられるメモリプログラミング可能な制御装置のためのソフトウェア。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
背景技術
本発明は、高圧ポンプとしてのピストンポンプを内燃機関の駆動軸によって駆動し、この場合、燃料を高圧ポンプによって低圧領域から高圧側に圧送し、高圧ポンプによって圧送される燃料の量を量制御弁によって調整して、内燃機関を運転するための方法に関する。
【０００２】
さらに、本発明は、内燃機関であって、高圧ポンプとしてのピストンポンプが設けられており、該ピストンポンプが、当該内燃機関の駆動軸によって駆動されるようになっており、燃料が、燃料ポンプによって低圧領域から高圧側に圧送されるようになっており、燃料ポンプによって蓄え管路内に圧送される燃料の量が、量制御弁によって調整されるようになっている形式のものに関する。
【０００３】
さらに、本発明は、内燃機関に用いられる制御装置に関する。
【０００４】
さらに、本発明は、内燃機関に用いられるメモリプログラミング可能な制御装置のためのソフトウェアに関する。
【０００５】
直接噴射式の火花点火機関（ＢＤＥ＝ガソリン直接噴射）では、圧力をプリフィードポンプ（ＥＫＰ＝電動式の燃料ポンプ）の前圧から、直接噴射のために必要となる圧力（５０〜２００ｂａｒ）に増加させるために、シングルシリンダ型高圧ポンプが使用される。このシングルシリンダポンプは、機関の燃料要求に応じて、カムシャフト１回転あたり２回、３回または４回のポンプ行程で運転される。駆動は、通常、カムシャフトに設けられたカムを介して行われる。通常の運転中には、各ポンプ行程が使用される。この場合、必要となる量が、たとえば量制御弁によって調整される。すなわち、アイドリング運転および部分負荷運転では、ポンプ行程１回につき可能な量の一部しか圧送されない。
【０００６】
欧州特許出願公開第１３２７７６６号明細書には、小さな圧送量で圧送行程の一部しか使用しない方法が開示されている。動機付けは、より良好な調整可能性と同時に極めて小さな圧送量である。公知の方法では、使用される圧送行程と、使用されない圧送行程との固定のパターンがカムシャフト１回転に関して調整され、たとえば４回の圧送行程のうち２回しか使用されない。
【０００７】
背景技術の問題
高圧ポンプは圧送時に固体伝播音振動を発生させる。この固体伝播音振動は空気伝播音に繋がり、音響的な負荷として感じられる。当該方法は、ＨＤＰ（高圧ポンプ）の音響的な放射を減少させるかもしくはこの音響的な放射が煩わしく感じられないように変化させることが望ましい。
【０００８】
発明の利点
この問題を解決するために本発明の方法では、高圧ポンプを二点運転で交互に、個々のまたは連続するピストンストロークに対する全圧送と、個々のまたは連続するピストンストロークに対する空圧送とによって運転し、全圧送を、下側の圧力限界の下回り時に、上側の圧力限界に到達するまで実施するようにした。
【０００９】
本発明の有利な実施態様によれば、二点運転を、最低回転数を下回る機関回転数の低下時にかつ／または最小量を下回る噴射量の減少時に実施する。
【００１０】
本発明の有利な実施態様によれば、高圧ポンプを、最低回転数を上回る範囲内で部分圧送で運転する。
【００１１】
本発明の有利な実施態様によれば、高圧ポンプを、上側の圧力限界への到達後に、下側の圧力限界を再び下回るまで空圧送に切り換える。
【００１２】
本発明の有利な実施態様によれば、高圧ポンプを、量制御弁の閉鎖時に全圧送の運転モードで運転し、量制御弁の一時的なまたは永続的な開放時に部分圧送の運転モードで運転する。
【００１３】
本発明の有利な実施態様によれば、量制御弁を下側の圧力閾値まで開放し続け、下側の圧力閾値への到達時に、上側の圧力閾値への到達まで閉鎖する。
【００１４】
本発明の有利な実施態様によれば、量制御弁を、上側の圧力閾値への到達時に開放する。
【００１５】
さらに、前述した問題を解決するために本発明の内燃機関では、高圧ポンプが、アイドリング運転中に全圧送ならびに空圧送で運転されるようになっているようにした。
【００１６】
さらに、前述した問題を解決するために本発明の制御装置では、本発明による方法を実施するようになっているようにした。
【００１７】
さらに、前述した問題を解決するために本発明のソフトウェアでは、本発明による方法を実施するようになっているようにした。
【００１８】
全圧送とは、ここでは、高圧ポンプが最大の量を圧送する、すなわち、量制御弁が全ピストンストロークの間に閉鎖され続けると解されたい。空（から）圧送とは、全く逆に、高圧ポンプが全ピストンストロークにわたって燃料を圧送しない、すなわち、量制御弁が永続的に開放されていると解される。部分圧送とは、空圧送と全圧送との間の圧送量と解され、ここでは、ピストンポンプのピストンストロークの間、量制御弁が一時的に開放され、これによって、零と最大の圧送量との間の所定の圧送量を達成することができる。上側の圧力限界ならびに下側の圧力限界は、１回の噴射の確実な実施のために蓄え管路内に必要となる圧力に関連している。両圧力限界は同一であってよく、高圧側の目標圧に相当しているかまたはそれぞれ僅かしか目標圧から上側範囲にもしくは下側範囲に異なっていない。
【００１９】
当該方法の主要な観点は、ＨＤＰの圧送の頻度を、絶対的に必要となる量に制限することである。これは、アイドリング運転で二点調整に切り換えられ、実施される各圧送が最大の圧送量によって変換されることにより達成される。この場合、付加的には、ＨＤＰの全圧送が部分圧送よりも静粛であるという効果が使用される。両効果は、音響的な放射が、この制御法の場合、今日使用される方法よりも著しく低いことを生ぜしめる。
【００２０】
有利には、二点運転は、最低回転数を下回る機関回転数の低下時にかつ／または最小量を下回る噴射量の減少時に実施される。最低回転数の下回りは、たとえばアイドリング運転回転数の達成であってよい。さらに、当該方法の１つの実施態様では、高圧ポンプがアイドリング運転以外で部分圧送で運転されることが提案されている。
【００２１】
アイドリング運転は、ここでは、１つには、内燃機関に対して一般的な回転数範囲によって規定され、もう１つには、運転中の運転者の回転数要求によって、たとえば自動車のガスペダルがアイドリング運転位置にもたらされる場合に規定される。運転者の、アイドリング運転の回転数要求を信号化する別の要求は、たとえば自動変速機または自動化された変速装置において、セレクトレバーがパーキング位置にもたらされる場合である。
【００２２】
当該方法の別の実施態様では、高圧ポンプが、上側の圧力限界への到達後に、下側の圧力限界が再び下回られるまで、空圧送に切り換えられることが提案されている。高圧ポンプは、量制御弁の閉鎖時に全圧送の運転モードで運転され、量制御弁の一時的なまたは永続的な開放時に部分圧送の運転モードで運転される。量制御弁は、下側の圧力閾値まで開放され続け、この下側の圧力閾値への到達時に、上側の圧力閾値への到達まで閉鎖される。
【００２３】
当該方法の別の実施態様では、量制御弁が、上側の圧力閾値への到達時に開放されることが提案されている。
【００２４】
内燃機関であって、高圧ポンプとしてのピストンポンプが設けられており、このピストンポンプが、内燃機関の駆動軸によって駆動され、この場合、燃料が、燃料ポンプによって低圧領域から高圧側に圧送され、燃料ポンプによって蓄え管路内に圧送される燃料の量が、量制御弁によって調整される形式のものにおいて、高圧ポンプが、アイドリング運転中に全圧送ならびに空圧送で運転されることによっても、冒頭で述べた問題は解決される。
【００２５】
内燃機関に用いられる制御装置において、この制御装置が、前述した請求項のいずれか１項記載の方法を実施することができることによっても、冒頭で述べた問題は解決される。
【００２６】
内燃機関に用いられるメモリプログラミング可能な制御装置のためのソフトウェアにおいて、このソフトウェアが、前述した請求項のいずれか１項記載の方法を実施することができることによっても、冒頭で述べた問題は解決される。
【００２７】
以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。
【００２８】
図１に示した、特に直接噴射式の火花点火機関であってよい内燃機関１０は、燃料容器１２を有している。この燃料容器１２から、電気的に駆動されるプリフィードポンプ１４が燃料を低圧管路１６を介して高圧ポンプ１８に圧送する。高圧管路２０を介して、燃料は引き続き蓄え管路２２（コモンレールとも呼ばれる）に到達する。この蓄え管路２２内には、燃料が高い圧力下で蓄えられている。蓄え管路２２には、複数の噴射装置２４が接続されている。これらの噴射装置２４は燃料を燃焼室２６内に直接噴射する。この燃焼室２６内での燃料の燃焼によって、クランクシャフト２８が回転させられる。図１にシンボリックにしか示していない機械的なカップリング３０を介して、高圧ポンプ１８が駆動軸としてのクランクシャフト２８によって駆動される。高圧ポンプ１８はシングルシリンダ型ピストンポンプである。このシングルシリンダ型ピストンポンプでは、シャフト３３に配置された駆動カム３２によって、ピストン３４が往復運動させられる。このピストン３４はハウジング３６内にガイドされている。ピストン３４は圧送室３８を仕切っている。流入弁４０を介して、圧送室３８を低圧燃料管路１６に接続することができる。流入弁４０は、ばね負荷された逆止弁として形成されている。流出弁４２を介して、圧送室３８を高圧管路２０に接続することができる。流出弁４２も、ばね負荷された逆止弁である。さらに、圧送室３８は量制御弁４４を介して低圧管路１６に接続することができる。量制御弁４４は、２ポート２位置切換弁である。開放された休止位置に量制御弁４４はばね４６によって負荷される。閉鎖された切換位置に量制御弁４４は電磁式の操作装置４８によってもたらされる。この操作装置４８は、弁エレメント５０に結合されたソレノイドプランジャ５２を有している。このソレノイドプランジャ５２はソレノイドコイル５４によって取り囲まれている。このソレノイドコイル５４は制御装置５６の最終段（図示せず）によって通電される。この制御装置５６は信号を回転数センサ５８から獲得する。この回転数センサ５８は内燃機関１０のクランクシャフト２８の回転数を検出する。さらに、制御装置５６は入力側で圧力センサ６０に接続されている。この圧力センサ６０は、蓄え管路２２内に形成された圧力を検出し、相応の信号を制御装置５６に伝送する。いま、高圧ポンプ１８によって圧送される燃料量の調整の原理を図２〜図４に相俟って説明する。図２に示した吸入行程の間には、ピストン３４が下向きに運動させられ、これによって、燃料が流入弁４０を介して圧送室３８内に流れ込む。下死点への到達後、ピストン３４は再び上向きに運動させられる（図３参照）。ピストン３４の吸入行程の間、量制御弁４４のソレノイドコイル５４が通電され、これによって、量制御弁４４が遅くともピストン３４の下死点への到達と共に閉鎖する。流入弁４０も閉鎖する。ピストン３４の圧送行程の間、流出弁４２の開放圧が圧送室３８内で上回られると、流出弁４２が開放する。したがって、燃料が蓄え管路２２内に押し込まれ得る。ピストン３４の１回の圧送行程の間、蓄え管路２２内への燃料の圧送を終了したい場合には、量制御弁４４のソレノイドコイル５４の通電が終了され、これによって、量制御弁４４が再びその開放された休止位置に切り換わる。このことは、図４に示してある。したがって、燃料が圧送室３８から、開放された量制御弁４４を介して低圧管路１６内に逃げ出すことができる。相応して、流出弁４２も閉鎖する。最大でピストン３４の１回の圧送行程の間に圧送可能な燃料量は、主として、クランクシャフト２８の回転数と、これに関連した１回の圧送行程の期間とに無関係である。圧送室３８は、ｃｉ回目の各圧送行程の間、規定された期間に対して量制御弁４４によって低圧管路１６から分離されてよい。
【００２９】
アイドリング運転以外の運転中、量制御弁４４は、ポンプの各圧送行程が使用されるように制御される。量調整は、前述したように、量制御弁４４の一時的な開放による部分行程の使用によって行われる。これに対して、アイドリング運転中には、全圧送を伴う二点調整に切り換えられる。これは、高圧側で所定の圧力閾値が下回られた場合にのみ、１回の圧送ひいては量制御弁４４の制御が生ぜしめられることを意味している。圧送は、この運転状態では、常に全圧送として実施され、これによって、高圧システムにおける圧力が比較的大きな量だけ増加する。続く噴射によって、圧力がなだらかに再び減少する。しかし、アイドリング運転中の噴射量は僅かであるので、次の圧送を生ぜしめる下側の圧力閾値が下回られるまでには、比較的長い時間がかかる。
【００３０】
図５には、当該方法の時間的な経過に対する線図が示してある。高圧レール内の圧力である蓄え管路２２内の圧力ｐＨｄが時間ｔに対して図示してある。圧力経過は、任意に選択された時点ｔ０と、任意に選択された時点ｔ４との間に及んでいる。時点ｔ０では、圧力ｐＨｄが下側の圧力閾値ｐＵの値にある。この時点では、量制御弁４４が閉鎖され、これによって、高圧ポンプが全ピストンストロークにわたって燃料を圧送し、以下で全圧送と呼ぶ運転モードで運転される。量制御弁４４は、上側の圧力閾値ｐＯに到達するまで閉鎖され続ける。これは、時点ｔ１の事例に当てはまる。この時点ｔ１では、量制御弁４４が完全に開放され、これによって、高圧ポンプ１８がもはや燃料を高圧側に圧送しない。この運転モードを以下では空（から）圧送と呼ぶ。噴射装置２４がさらに噴射を実施することによって、蓄え管路２２（高圧レール）内の圧力ｐＨｄが各噴射につれて減少する。便宜上、このことは、図５に連続的な線として示してあるが、実際には、このことは、連続的ではなく、図面において時間に対して多かれ少なかれ階段状になる。時点ｔ２では、下側の圧力閾値ｐＵに再び到達し、これによって、量制御弁４４の閉鎖により、高圧ポンプ１８が再び全圧送の運転モードに切り換えられる。時点ｔ３での上側の圧力閾値ｐＯへの到達によって、高圧ポンプ１８が再び空圧送に切り換えられ、これによって、圧力ｐＨｄが再び減少する。期間ｔ０〜ｔ１；ｔ２〜ｔ３では、高圧ポンプ１８の最大の圧送量に応じて、１回またはそれ以上の回数のピストンストロークがなされる。空圧送の期間、すなわち、たとえば時点ｔ１と時点ｔ２との間の期間は、主として、蓄え管路２２の蓄え容量と、その都度噴射される量とに関連している。図５につき示した運転モードは、内燃機関のアイドリング運転中にしか選択されない。このアイドリング運転以外では、高圧ポンプ１８の運転が部分圧送の運転モードで行われる。この運転モードでは、燃料ポンプ１８の各ピストンストローク時に燃料が高圧側に圧送される。燃料量は、量制御弁４４が、必要な場合（たとえば部分負荷時）に燃料ポンプ１８のピストンストロークの間に一時的に開放されることによって、量制御弁４４により制御される。図５には、各運転範囲で（高圧側における）レール圧として生ぜしめたい目標圧ｐＳＯが付加的にマーキングしてある。下側の圧力閾値ｐＵと上側の圧力閾値ｐＯとは、目標圧の近くに位置している。前述した二点調整に対する切換条件として、たとえば最低回転数を下回る機関回転数の低下（たとえばアイドリング運転回転数の達成）または最小量を下回る噴射量の減少が選択され得る。この場合、空気過剰率調整がアクティブであり、機関温度が、許容可能なインターバル（通常温度）の範囲内にあり、機関始動が十分に長引き、これによって、始動が安定していることが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】燃料ポンプと量制御弁とを備えた内燃機関の原理図である。
【図２】吸入行程の間の図１の燃料ポンプと量制御弁との詳細図である。
【図３】圧送行程の開始時を図２に類似して示す図である。
【図４】圧送行程の終了頃を図２に類似して示す図である。
【図５】方法の時間的な経過に対する線図である。
【符号の説明】
【００３２】
１０  内燃機関、  １２  燃料容器、  １４  プリフィードポンプ、  １６  低圧管路、  １８  高圧ポンプ、  ２０  高圧管路、  ２２  蓄え管路、  ２４  噴射装置、  ２６  燃焼室、  ２８  クランクシャフト、  ３０  カップリング、  ３２  駆動カム、  ３３  シャフト、  ３４  ピストン、  ３６  ハウジング、  ３８  圧送室、  ４０  流入弁、  ４２  流出弁、  ４４  量制御弁、  ４６  ばね、  ４８  操作装置、  ５０  弁エレメント、  ５２  ソレノイドプランジャ、  ５４  ソレノイドコイル、  ５６  制御装置、  ５８  回転数センサ、  ６０  圧力センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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2008534849.tif 000009
2008534849.tif 000010
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