(57)【要約】多点燃料噴射エンジンのための気体燃料又はデュアル燃料電子式圧力調整システム（ＥＰＲＳ）の実施の形態についてここで説明する。更に、ＥＰＲＳを制御するための方法の実施の形態が提供される。特に、ＥＰＲＳは、ガス流入バルブ（ＧＡＶ）の圧力ドループ並びに過大加圧及び過小加圧を避けるために、燃料レールへ入る気体燃料のマスフローを精確に特定及び制御できる電子式圧力調整器（ＥＰＲ）を採用する。上記ＥＰＲＳを用いることによって、マスフローを下流のマニホールド又はエンジンシリンダへ非常に精確に分配でき、ＧＡＶを、その精確で反復可能な作動に最適な圧力／パルス持続時間で同時に駆動できる。
2021518507.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料レールが気体燃料を複数のガス流入バルブへ提供する多点燃料噴射システムにおいて前記気体燃料のフローを調整する方法であって：
電子式圧力調整器を用いて、前記燃料レールへ入る前記気体燃料の第１のマスフローを特定するステップと；
前記燃料レールを出る前記気体燃料の第２のマスフローを特定するステップと；
前記第２のマスフローと前記第１のマスフローとの間の差の関数として、前記燃料レール内の圧力変化率を計算するステップと；
前記計算された圧力変化率に応じて、前記電子式圧力調整器の第１の有効面積、又は、前記複数のガス流入バルブの第２の有効面積、の少なくとも１つを調節するステップと；を備える、
気体燃料のフローを調整する方法。
【請求項２】
前記燃料レール内の圧力が所定の上限へ向かう傾向のときに、負の圧力変化率を生成するステップを更に備える、
請求項１に記載の方法。 
【請求項３】
負の圧力変化率を生成する前記ステップは、前記第２のマスフローが前記第１のマスフローよりも大きくなるように、前記第１のマスフローの一時的な削減を実行するステップを更に備える、
請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記燃料レール内の圧力が所定の下限へ向かう傾向のときに、正の圧力変化率を生成するステップを更に備える、
請求項１に記載の方法。
【請求項５】
正の圧力変化率を生成する前記ステップは、前記第１のマスフローが前記第２のマスフローよりも大きくなるように、前記第１のマスフローの一時的な増加を実行するステップを更に備える、
請求項４に記載の方法。
【請求項６】
圧力変化率を計算する前記ステップは、圧力設定点を数値微分するステップを備える、
請求項１に記載の方法。
【請求項７】
圧力変化率を計算する前記ステップは、圧力設定点をフィルタ処理するステップと速度項を抽出するステップとを備える、
請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記圧力変化率がゼロである時間の間に、前記複数のガス流入バルブを較正するステップを更に備える、
請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記複数のガス流入バルブを較正する前記ステップは、前記電子式圧力調整器によって特定された前記第１のマスフローに基づいて較正するステップを更に備える、
請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
圧力変化を生成するように、前記電子式圧力調整器の前記第１の有効面積を変化させるステップを更に備え、
調節する前記ステップは、前記計算された圧力変化率に応じて、前記複数のガス流入バルブの前記第２の有効面積を調節するステップを備える、
請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記電子式圧力調整器の前記第１の有効面積を変化させる前記ステップと、前記複数のガス流入バルブを通る所望の第２のマスフローを維持するように、前記複数のガス流入バルブの前記第２の有効面積を調節する前記ステップとを協調させる（coordinating）ステップを更に備える、
請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記電子式圧力調整器の前記第１の有効面積に対する第１の有限帯域幅制限と、前記複数のガス流入バルブの前記第２の有効面積に対する第２の有限帯域幅制限とを提供するステップを更に備え、
前記電子式圧力調整器の前記第１の有効面積を変化させる前記ステップは、前記第１の有限帯域幅制限を超えず、
前記複数のガス流入バルブの前記第２の有効面積を調節する前記ステップは、前記第２の有限帯域幅制限を超えず、
前記圧力変化率は、前記第１の有効面積及び前記第２の有効面積を調節する両前記ステップの期間中、飽和する、
請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
調節する前記ステップは、前記圧力変化率がゼロに移行するように、前記電子式圧力調整器の前記第１の有効面積、又は、前記複数のガス流入バルブの前記第２の有効面積、の少なくとも一つを調節するステップを更に備える、
請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記圧力変化率がゼロへ移行した後、前記第１のマスフローと前記第２のマスフローの両方は、前記第１のマスフローと前記第２のマスフローのいずれとも異なる第３のマスフローに等しい、
請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
気体燃料調整システムであって：
燃料レールと；
前記燃料レールの上流にあり、前記燃料レールに流体連通する電子式圧力調整器（ＥＰＲ）であって、前記ＥＰＲを通って流れる気体燃料の第１のマスフローを計測するように構成される、前記電子式圧力調整器（ＥＰＲ）と；
複数のガス流入バルブであって、各ガス流入バルブは前記燃料レールの下流にあり且つ前記燃料レールに流体連通する、前記複数のガス流入バルブと；
コントローラであって、前記コントローラは、マスフロー供給指令を受け取り、前記マスフロー供給指令及び前記第１のマスフローに少なくとも部分的に基づいて、前記ＥＰＲの第１の有効面積と、前記複数のガス流入バルブの第２の有効面積とを設定するように構成される、前記コントローラと；を備える、
気体燃料調整システム。
【請求項１６】
前記燃料レールの圧力は、前記コントローラへ伝送され、
前記コントローラは、前記圧力の変化率を計算するように構成され、
前記コントローラは、前記圧力の変化率にも基づいて、前記第１及び第２の有効面積を設定するように構成される、
請求項１５に記載の気体燃料調整システム。
【請求項１７】
前記圧力の前記変化率を計算するために、圧力設定点をフィルタ処理し速度項を抽出するように構成される一次フィルタを更に備える、
請求項１６に記載の気体燃料調整システム。
【請求項１８】
前記コントローラは、動的モデル又は動的システムから速度項を抽出することによって前記圧力の前記変化率を計算するように構成される、
請求項１６に記載の気体燃料調整システム。
【請求項１９】
前記圧力の前記変化率が正であるとき、前記コントローラは、前記第１の有効面積を減少させるように構成される、
請求項１６に記載の気体燃料調整システム。
【請求項２０】
前記圧力の前記変化率が負であるとき、前記コントローラは、前記第１の有効面積を増加させるように構成される、
請求項１９に記載の気体燃料調整システム。
【請求項２１】
所与のマスフロー指令に対して、前記コントローラは、前記第２の有効面積を調節することなく、前記第１の有効面積を増加又は減少させるように構成される、
請求項２０に記載の気体燃料調整システム。
【請求項２２】
前記コントローラは、前記第１の有効面積及び前記第２の有効面積を非同期に設定するように構成される、
請求項１５に記載の気体燃料調整システム。
【請求項２３】
前記複数のガス流入バルブはそれぞれ、上限及び下限の作動可能圧力を有し、
前記コントローラは、前記ガス流入バルブの前記上限及び下限の作動可能圧力内に前記燃料レール内の圧力を維持するように構成される、
請求項１５に記載の気体燃料調整システム。
【請求項２４】
デュアル燃料システムであって:
液体燃料を運ぶ第１の燃料レールと；
気体燃料を運ぶ第２の燃料レールと；
複数のエンジンシリンダと；を備え、
前記液体燃料及び前記気体燃料は、前記複数のエンジンシリンダ内で燃焼され、
前記複数のエンジンシリンダへの前記気体燃料のフローは、請求項１５の気体燃料調整システムによって制御される、
デュアル燃料システム。
【請求項２５】
前記液体燃料は、ディーゼル燃料を備える、
請求項２４に記載のデュアル燃料システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、燃料システム及び燃料システムの制御システムに関する。より具体的には、本発明は、気体燃料を含む燃料システム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、多点燃料計量（計測）システムを有する大型往復動機関は、固定された設定圧力でマニホールド絶対圧力（ＭＡＰ、manifold absolute pressure）が付勢される機械式圧力調整器（機械式プレッシャーレギュレータ、mechanical pressure regulator）を有する。すなわち、機械式圧力調整器は、ＭＡＰの読取値に由来するフィードバックに基づいて制御される。図８は、そのような従来の燃料システムを表す。該当部分で見られるように、気体燃料システム１００は、燃料レール１２０へ入る気体燃料のフロー（流れ）を制御する機械式圧力調整器１１０を含む。燃料レール１２０は、気体燃料を、複数のガス流入バルブ１３０へ分配する。ガス流入バルブ（gas admission valve）１３０は、コントローラ１４０によって制御されるが、コントローラはマスフロー要求を受け取り、そのマスフロー要求に応じてガス流入バルブ１３０の開閉の持続時間を設定する。
【０００３】
そのような気体燃料システム１００では、機械式圧力調整器１１０は、燃料レール１２０を加圧するために、所望の燃料圧力に設定される。しかし、液体燃料システムとは異なり、気体燃料は、時間をかけて燃料レール１２０を充填し、しかも、コントローラ１４０は燃料レール１２０の加圧状態を認識できないので、システム１００は過大加圧状態又は過小加圧状態になることがある。すなわち、コントローラ１４０がガス流入バルブ１３０を開閉するとき、所望量より多い気体燃料又は少ない気体燃料が下流の燃料マニホールド（不図示）又はエンジンシリンダ（不図示）へ供給されることがある。
【０００４】
更に、このような気体燃料システム１００は、ある特定の環境下で、電子式Ｉ／Ｐ調整機構を用いて補正するように構成された機械式圧力調整器１１０も含め、機械式圧力調整器１１０に由来する圧力ドループ（降下）を被ることがある。この圧力ドループにより、ガス流入バルブ１３０の適用可能な作動範囲は制限されることがある。更に、機械式圧力調整器１１０からの設定された固定圧力は、低いエンジン負荷では、ガス流入バルブ１３０にとって短いオープン（開）持続時間をもたらすことがあり、それが燃料フローの不精確さを招くことになる。更に、このシステム構成は、気体燃料システム１００の初期加圧時の過大加圧から、ガス流入バルブ１３０（及び圧力調整器の下流にある全体システム）を十分に保護することを困難にする。更に、このシステム構成に潜む別の欠点は、先に述べたガス流入バルブ１３０の不精確さの結果としてデュアル（二元）燃料エンジンでの気体置換割合の決定が困難である点に関係する。
【０００５】
ここに開示するシステム及び方法の実施の形態は、システムの構成要素を保護するように、及び精確な燃料供給を提供するように、気体燃料システムの加圧を特定することの難しさに対処する。本発明のこれらの利点及び他の利点並びに更なる発明性のある特徴は、ここで述べる本発明の説明から明らかになるであろう。
【発明の概要】
【０００６】
特に、ここで開示する本発明の実施の形態は、エンジンコントローラと、電子式圧力調整器と、ガス流入バルブ（ガス噴射弁、ＧＡＶ、gas admission valve）との間の協調制御（coordinated control）を有する気体燃料システム及び方法を提供する。コントローラへは、システムの容積と、ガス流入バルブ持続時間（gas admission valve duration）と、エンジン燃料要求とを含む、気体燃料システムの特定の物理的パラメータが提供される。このようにして、圧力及びマスフローの両方を、電子式圧力調整システムを介して独立に制御できる。したがって、機械式調整器の圧力ドループは、ガス流入バルブへかける圧力を、所与の燃料フローにおけるガス流入バルブの働きが最適化される範囲内に制御することによって、解消される。更に、燃料システムは、下降運転の改善を受けて、システムに必要な、ガス流入バルブサイズの数を減らせる可能性がある。その上、システムは、負荷点に関係なく、ガス流入バルブの持続時間を最大にするように、最適な最小加圧で作動可能である。このようにして、システム能力のうちの精度及び再現性が強化される。
【０００７】
ここに開示するシステム及び方法の更なる利点は、フロー及び圧力の制御を介した、電子式圧力調整器の下流にある燃料システムの過大加圧及び過小加圧の防止に関する。これらの加圧状態は、システムに大きな差圧が発生した場合、例えば、システムの初期起動時の充填過渡期の間にブレーカが落ちてエンジンが全負荷から無負荷へ移行した場合、又は、システムがシャットダウンし、遮断バルブが燃料レールのはるか上流に配置されている場合などに発生する。このような事象は、ガス流入バルブの作動限界を超える圧力差を発生させる可能性がある。ここに開示するシステム及び方法は、電子式圧力調整器を用いることによってそのような加圧事象を回避し、そのような事象中におけるレール圧力に、より速く応答する。更に、電子式圧力調整器は、常時開の状態で起動する必要がないため、過大加圧の可能性は最小限に抑えられる。
【０００８】
一の態様において、本発明の実施の形態は、多点（マルチポイント）燃料噴射システムにおいて気体燃料のフローを調整する方法を提供する。このシステムにおいて、燃料レールは、複数のガス流入バルブ（ガス噴射弁）へ気体燃料を提供する。気体燃料の第１のマスフロー（質量流量）が、電子式圧力調整器を用いて、燃料レールに入ると推定される。気体燃料の第２のマスフロー（質量流量）が、燃料レールを出ると特定される。燃料レール内の圧力変化率は、第２のマスフローと第１のマスフローとの差の関数として計算される。更に、電子式圧力調整器の第１の有効面積、又は、複数のガス流入バルブのパルス持続時間（pulse duration）、の少なくとも一つは、計算された圧力変化率に応じて調節される。
【０００９】
別の態様では、気体燃料調整システムの実施の形態が提供される。このシステムは、燃料レールと、電子式圧力調整器（ＥＰＲ、electronic pressure regulator）と、複数のガス流入バルブと、エンジン制御ユニット（ＥＣＵ、engine control unit）とを含む。ＥＰＲは、燃料レールの上流にあって、燃料レールと流体連通しており、ＥＰＲは、ＥＰＲを通って流れる気体燃料の第１のマスフローを計測するように構成される。各ガス流入バルブは、燃料レールの下流にあって、燃料レールに流体連通する。更に、ＥＣＵは、マスフロー供給指令（mass flow delivery command）を受け取り、ＥＰＲの第１の有効面積と、複数のガス流入バルブの第２の有効面積とを、マスフロー供給指令と第１のマスフローとに少なくとも部分的に基づいて設定するように構成される。
【００１０】
更に別の態様では、デュアル燃料システムの実施の形態が提供される。デュアル燃料システムは、液体燃料を運ぶ第１の燃料レールと、気体燃料を運ぶ第２の燃料レールと、複数のエンジンシリンダとを含む。液体燃料及び気体燃料は、複数のエンジンシリンダ内で燃焼され、複数のエンジンシリンダへの気体燃料の流れは、上記及び以下でより詳細に説明するように、気体燃料調整システムによって制御される。
【００１１】
本発明の他の態様、目的、及び利点は、添付の図面と併せて以下の詳細な説明から、更に明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
本明細書に組み込むまれ、本明細書の一部を形成する添付図面は、本発明の態様のいくつかを図解し、記述と共に本発明の原理を説明する。
【００１３】
【図１】図１は、例示の実施の形態による、電子式圧力調整システムの概略図である。
【００１４】
【図２】図２は、例示の実施の形態による、電子式圧力調整器、燃料レール、及びガス流入バルブの単純な簡略図である。
【００１５】
【図３】図３は、例示の実施の形態による、電子式圧力調整システムの制御構成の概略図である。
【００１６】
【図４】図４は、例示の実施の形態による、燃料レールの圧力変化率を特定するための一次フィルタの概略図である。
【００１７】
【図５】図５は、例示の実施の形態による、マスフロー要求の変化に対するガス流入バルブ及び電子式圧力調整器の応答のグラフ表示である。
【００１８】
【図６】図６は、例示の実施の形態による、図５のマスフローの変化から生じる基準圧力の変化に対する実際のレール圧力の応答のグラフ表示である。
【００１９】
【図７】図７は、例示の実施の形態による、図５のマスフローの変化から生じるガス流入バルブ及び電子式圧力調整器の有効面積（effective area）の変化のグラフ表示である。
【００２０】
【図８】図８は、気体燃料システムの従来技術の概略図である。
【００２１】
本発明を特定の好ましい実施の形態に関連させて説明するが、本発明をこれらの実施の形態に限定する意図はない。むしろ、添付の請求項に規定される本発明の精神及び範囲に含まれる代替、改変及び均等物の全てを網羅することを意図している。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
ここでは、多点燃料噴射（ＭＰＦＩ、multipoint fuel injection）エンジンのための気体燃料又はデュアル燃料の電子式圧力調整システム（ＥＰＲＳ、electronic pressure regulation system）の実施の形態について説明する。更に、ＥＰＲＳを制御するための方法の実施の形態を提供する。特に、ＥＰＲＳには、ガス流入バルブ（ガス噴射弁、ＧＡＶ、gas admission valve）の圧力ドループ並びに過大及び過小加圧を回避するために、燃料レールへの気体燃料のマスフローを精確に特定及び制御できる電子式圧力調整器（ＥＰＲ、electronic pressure regulator）が採用される。特に、開示のＥＰＲＳを用いることにより、多点（マルチポイント）システムにおいてマスフローを制御するためのもう一つの自由度が与えられる。（先に検討され、図８に示される）従来の燃料制御システムの供給圧力は固定されており、ＭＰＦＩシステムの限界を目立たせている。上記ＥＰＲＳを用いることによって、下流のマニホールド又はエンジンシリンダへのマスフローを非常に精確に制御でき、複数のＧＡＶを、精確且つ反復可能な作動のために、最適な圧力／パルス持続時間で同時に駆動できる。例示の実施の形態は説明のためのものであり、限定のためのものではない。当業者は、本開示を考察することで、本開示の趣旨及び範囲に含まれる更なる実施の形態又は改変を認識できるであろう。
【００２３】
図１は、ＭＰＦＩエンジンのための気体用ＥＰＲＳ１０の概略図である。概ね、気体燃料は、圧力Ｐ１でＥＰＲＳ１０へ供給される。ＥＰＲＳ１０では、ＥＰＲ１２（例えば、コロラド州フォートコリンズ所在のＷｏｏｄｗａｒｄ，Ｉｎｃ．から入手可能なＴｅｃＪｅｔ（商標）シリーズの燃料計量バルブ）が、気体燃料のフローを特定及び制御して所望の質量流量の気体燃料を燃料レール１４内へ供給する。ここで用いられるように、ＥＰＲＳ１０のパラメータを「特定（determine）する」ことは、ＥＰＲＳ１０において、パラメータを直接に測定すること、又は、例えば他の直接に測定されたパラメータを考慮する数学モデルを用いてパラメータを推定することを含んでもよい。気体燃料は、燃料レール１４から複数のＧＡＶ１６を通って下流のマニホールド１８へ、又は、実施の形態によっては、直接に下流のエンジンシリンダ（不図示）へ分配される。実施の形態によっては、ＧＡＶ１６は、ポート噴射を介して気体燃料をマニホールド１８へ供給し、別の実施の形態によっては、ＧＡＶ１６は、直接噴射を介して気体燃料をシリンダへ供給する。エンジン制御ユニット（ＥＣＵ、engine control unit）２０などのコントローラは、ＥＰＲ１２の質量流量及びＧＡＶ１６の持続時間の設定を含む、ＥＰＲＳ１０の作動を協調させる。そうすることで、ＥＣＵ２０は、燃料の比重（ＳＧ、specific gravity）及び断熱指数（γ）などの気体燃料に関する情報とともに、ＥＰＲ１２に圧力要求とＧＡＶ要求とを提供する。更に、ＥＣＵ２０は、ＥＰＲＳ１０内からの様々な圧力読取値を受け取る。特に、ＥＣＵ２０は、ＧＡＶ入口圧力Ｐ２と、ＧＡＶ出口圧力すなわちマニホールド絶対圧力（ＭＡＰ、manifold absolute pressure）であるＰ３を受け取る。こうして説明したシステムは気体燃料システムであるが、ここで説明するコンセプトは、ディーゼル燃料と気体燃料とが別々のレールを介してエンジンシリンダへ分配される、ディーゼルと天然ガスとの組み合わせエンジンなど、デュアル燃料システムの気体成分にも適用される。
【００２４】
システムの構成要素について概ね説明したが、制御方法を表す単純化した概略図を図２に示す。図２に、ＥＰＲ１２と、燃料レール１４と、ＧＡＶ１６とを、各位置に関連付けられた、及び／又は、各位置で検出される変数とともに示す。見て取れるように、温度Ｔ及び圧力Ｐ１は、ＥＰＲ１２又はその付近で検出される。更に、ＥＰＲ１２は、ＥＰＲ１２を通って燃料レール１４に入る質量流量（ｍドットＲ）を設定するが、これは、部分的には、ＥＰＲ１２を通るフローの有効面積（ＡＣｄ）Ｒによって特定される。燃料レール１４の容積（Ｖ）は既知であり、燃料レール１４の圧力Ｐ２（これは、ＧＡＶ１６の入口圧力でもある）が検出される。ＧＡＶ１６では、（図１に示すように）ＧＡＶ１６を通ってマニホールド１８へ入る質量流量（ｍドットＶ）は、部分的には、ＧＡＶ１６を通るフローの有効面積（ＡＣｄ）Ｖによって特定される。
なお、ｍドットＲ、ｍドットＶ、Ｐドット２は、それぞれ下記を意味する：
2021518507.tif 000003
【００２５】
有利なことに、ＥＰＲ１２は、気体燃料のマスフローを精確に制御できる。更に、ＥＰＲ１２はマスフローを制御する能力を有するので、図３に示すように、ＥＣＵ２０は、制御方法に関する以下の実施の形態を通じて、（ＥＰＲ１２を介する）マスフローと、ＧＡＶ１６へ供給する燃料レール１４の圧力とを同時に制御できる。この制御方法では、ＥＣＵ２０は以下の非線形結合方程式を用いて以下のモデルを提供する：
2021518507.tif 000004
ここで、ｍドットＲ、（ＡＣｄ）Ｒ、Ｐ１、Ｐ２、ｍドットＶ、ｍドットＲ、（ＡＣｄ）Ｖ、及びＰ３が上で与えられる。気体特性は、気体燃料の熱力学的特性をともなう従来のマクロ的特性（圧力、容積（Ｖ）、粒子数、温度（Ｔ））である。レール形状は、燃料レールの物理的寸法である。Ｐドット２は、圧力Ｐ２の変化率であり、Δｍドットｒは、ｍドットＲがｍドットＶより大きいか小さいかの結果としての、燃料レール１４内の質量流量の不均衡である。
【００２６】
このモデルでは、ＥＰＲ１２及びＧＡＶ１６に対する質量流量ｍドットＲ及び質量流量ｍドットＶは、それぞれ、標準オリフィス流動方程式（standard orifice flow equation）、バルブの流動特性、又は様々なデータベース（例えば、ＮＩＳＴ  ＲＥＦＰＲＯＰデータベース）の一つに格納された情報の使用を含めた、いくつかの方法で特定できる。上記の方程式１及び方程式２に対する、下記式で与えられるｆ（・）関数の標準オリフィス流動方程式の実行例：
2021518507.tif 000005
【００２７】
この関数は、直接に実行しても、近似しても、ルックアップテーブルを介して完成してもよい。上記方程式中、γは断熱指数である。
【００２８】
式３では、ｆ（・）関数は様々な方法で定式化できる。理想気体の仮定が成り立ち、温度と燃料組成とが一定である場合、Ｐドット２は、質量不均衡に定数（ＲＳ＊Ｔ／Ｖなど）を乗じて表すことができる。ただし、これは熱力学的特性と実際の気体特性とを用いてモデル化することもできる。レールのダイナミクス（力学、挙動、dynamics）が重要な場合には、これらもこのモデルに含めることができる。空間ダイナミクスが含まれている場合には、モデル化されたＰ２はレールの任意の点とすることができるだろう。
【００２９】
制御の目的は、（パルス持続時間を変化させることを介して）ＧＡＶ１６を通るマスフローと、燃料レール１４の容積Ｖ内の圧力Ｐ２との両方を独立して制御することである。この制御目的を達成するＡＣｄの方程式の一般形式は、以下で与えられる：
2021518507.tif 000006
【００３０】
このモデルで、フローは、有効面積（ＡＣｄ）の変化に伴って瞬間的に変化すると仮定しており、燃料レール１４の容積Ｖを満たす空間ダイナミクスは無い。以下で更に説明するように、これらの仮定は、ＥＰＲＳ１０の特定の構成次第で変わり得る。
【００３１】
所望圧力Ｐ２が活発に変化している場合、式４と式５は基準質量の不均衡Δｍドットｒｒｅｆを利用するが、この不均衡は、指定された一連の気体特性に対して式３を逆算する（inverting）ことによって得られる。これには、基準の圧力変化率Ｐドット２ｒｅｆが必要である。この基準の圧力変化率は、設定点Ｐ２ｓｅｔを数値微分することによって、さもなければ、設定点をフィルタ処理して速度項（velocity term）を抽出することによって取得できる。図４は、Ｐドット２ｒｅｆを得るための一次フィルタ３０の概略図である。図４から分かるように、一次フィルタ３０は、指令された容積圧力Ｐ２ｓｅｔに対応する入力信号３２を有する。入力信号３２は、加算点３６で、Ｐ２ｒｅｆに対応するフィードバック信号３４を加えられる。入力信号３２とフィードバック信号３４との和は、緩衝増幅器（buffer amplifier）３８に提供され、Ｐドット２ｒｅｆに対応する緩衝増幅器３８の出力信号４０はＰドット２ｒｅｆに対応し、積分器４２の一方の入力となる。他方の積分器入力４４は、検出された圧力Ｐ２である。このような一次フィルタ３０を用いて、Ｐ２ｒｅｆ及びＰドット２ｒｅｆは、容積圧力が実際にたどる軌跡を定義する。ＡＣｄのために式４及び式５においてＰ２ｒｅｆ及びＰドット２ｒｅｆを用いることによって、（図１から図３に示すように）ＧＡＶ１６を通る質量流量ｍドットＶ及び容積圧力Ｐ２の独立した制御が提供される。
【００３２】
式４及び式５に基づいた、図４の一次フィルタ３０によるＥＰＲＳ１０の仮想応答（hypothetical response）の例示である実施の形態を図５から図７に示す。図５に示すように、スロットル又はＧＡＶ１６を通る質量流量ｍドットＶは、３５ｋｇ／ｈｒから１０ｋｇ／ｈｒまで瞬時に変化する。ＥＰＲ１２の充填容積は、ＧＡＶ１６を通る質量流量ｍドットＶに影響を与えることなくＰ２を調節する。図６に示すように、基準圧力Ｐ２ｒｅｆは、１．５バールから１．３バールへ階段状に減少し、システムによって追跡される実際の圧力Ｐ２は、階段状に減少した容積圧力１．３バールまで低下することが見て取れる。図７に示すように、有効面積（ＡＣｄ）Ｒ及び（ＡＣｄ）Ｖには、マスフローの変化を生み出すための最初のジャンプがある。特に、有効面積（ＡＣｄ）Ｖの変化はＧＡＶ１６のパルス持続時間を変化させることによって生成され、有効面積（ＡＣｄ）Ｒの変化はＥＰＲ１２の開度（開き）を調節することによって生成される。見て分かるように、一定の圧力Ｐ２を維持するために、有効面積（ＡＣｄ）Ｒと（ＡＣｄ）Ｖとの間にギャップが提供される。マスフローの変化に応じて、ギャップは最初のうちは広くなるが、制御スキームは、一定の圧力Ｐ２に対応するギャップを再確立して維持するように反応する。このように、ＥＰＲＳ１０は、両方のＡＣｄ値を動的に変化させる制御スキームを利用して、Ｐ２が変化するときにもＧＡＶ１６を通るマスフローを一定に保つ。
【００３３】
有利なことに、制御スキームの基礎となるコンセプトは、ＥＰＲ１２及びＧＡＶ１６のＡＣｄ値が容積基準軌跡（volume reference trajectory）と確実に同期することによって、有限の帯域幅（bandwidth）を有するアクチュエータに対して拡張可能である。有限の帯域幅の制限は２つの条件に関連する。第１に、ＥＰＲ１２とＧＡＶ１６は、有効面積を変化させるためのゼロではない時間を要する。例えば、ＥＰＲ１２のアクチュエータは作動するために加速し、停止するために減速する、すなわち、有効面積（ＡＣｄ）Ｒの変化は瞬間的ではない。同様に、ＧＡＶ１６は、パルスごと（pulse-by-pulse basis）にパルス持続時間を変化させることによって、有効面積（ＡＣｄ）Ｖを変化させる。このように、ＧＡＶ１６のパルス持続時間の変化は、有効面積（ＡＣｄ）Ｒの変化のタイミングにわたって、ＥＰＲ１２の有効面積（ＡＣｄ）Ｒの変化と協調することができる。第２に、ＥＰＲ１２とＧＡＶ１６とは、有効面積ＡＣｄの絶対的な作動制限を有する。例えば、ＥＰＲ１２は、完全な開状態と完全な閉状態との間に動きが制限される。ＧＡＶ１６は、システムへの燃料の供給を維持するために必要な最大パルス持続時間及び最小パルス持続時間を有する。この第２の条件の場合、有限の帯域幅制限は、基準Ｐ２の速度（reference P2 velocity）を飽和させることによって、例えば、図４に示すＰドット２ｒｅｆ（出力信号４０）を飽和させることによって観察できる。
【００３４】
先の例は、燃料レール１４の容積Ｖを充填する際に空間ダイナミクスを考慮しなかったが、実施の形態によっては、ＥＰＲ１２は、ＧＡＶ１６（又はスロットル）がそれらの有効面積ＡＣｄが変化を始める前に、容積圧力Ｐ２が変化を開始するように構成される。このようにして、ＥＰＲ１２はＧＡＶ１６を導くが、これは、上記のように、従来の機械式調整器では実行できないものである。更に、ここで説明するＥＰＲＳ１０は、ＥＰＲ１２及びＧＡＶ１６の非同期制御を提供する。すなわち、有効面積（ＡＣｄ）Ｒと（ＡＣｄ）Ｖは、異なる時間に独立して変化させることができる。又は、有効面積（ＡＣｄ）Ｒと（ＡＣｄ）Ｖを同時に変化させる必要はないと言い換えることができる。
【００３５】
図３に戻ると、上記の制御方法は、ＥＣＵ２０にアルゴリズムを追加することによって実現される。このアルゴリズムは、燃料レール１４の容積Ｖの状態をリアルタイムで計算する。特に、状態パラメータは圧力Ｐ２によって定義され、Ｐ２は式３で定義された質量不均衡に基づいて決定される。ＥＰＲＳ１０の状態に基づく制御は、質量制御（マスコントロール）デバイスの機能を、高精度のマスフローの監視及び制御に組み合わせて提供できる。状態に基づく制御の利点は、ユーザが所望のマスフローなどの単純な要求を入力でき、ＥＣＵ２０がＥＰＲＳ１０をその要求に従って構成するという点でユーザに優しいことである。
【００３６】
ＥＰＲＳ１０に従って、ＥＣＵ２０は、エンジン要件（例えば、スピード、負荷、環境など）に基づくマスフロー供給指令を受け取る。ＥＣＵ２０は、上記のアルゴリズムを用いて、燃料レール１４の一定圧力Ｐ２の知見を利用してＧＡＶ１６の持続時間を変化させることによって出口マスフロー指令に適合する。したがって、このアルゴリズムは、ＧＡＶ１６の持続時間を精確に計算するために用いられる圧力設定点に燃料レール１４内の圧力Ｐ２を使用することにより、新しいマスフロー設定点の実行の間、燃料レール１４内の圧力Ｐ２を規定する能力を提供する。更に、目標となるマスフローに対する実際のマスフローのどの不一致も、燃料レール１４の圧力Ｐ２の変化として現れる。このようにして、圧力Ｐ２の安定は、ＧＡＶ１６を出る質量流量ｍドットＶが、ＥＰＲ１２を通って燃料レール１４へ入る質量流量ｍドットＲと一致していることの兆候として役立つ。このようにして、ＥＰＲ１２は、故障予測技術（prognostics）の観点から用いられて、いつＧＡＶ１６を整備する必要があるかを特定できる。
【００３７】
更に、ＥＰＲ１２内の入口マスフローコントローラ（inlet mass flow controller）は非常に精確であるので、ＧＡＶ１６の較正定数（calibration constants）は、定常圧力時（すなわち、圧力変化率がゼロ又はゼロに近いとき）に、ＥＰＲ１２からのマスフローを用いて更新及び保存することができる。これにより、ＧＡＶ１６の耐用期間中、自動再較正が可能になる。更に、本システム及び方法は、圧力を管理するためにＥＰＲ１２を用いることによって、大きな過渡事象の間のＧＡＶ１６の過大加圧の防止に役に立つ。このような大きな過渡事象の例として、全負荷遮断状態の間に、マニホールド絶対圧力（manifold absolute pressure）が大幅に低下することがあり、このとき、ＧＡＶ１６全体に大きな差圧が発生してしまうだろう。別の例として、遮断バルブが燃料レールのかなり上流に配置されている状態での停止事象の間に、大きな圧力差が生じてしまうだろう。このような状況では、ＥＰＲ１２をＧＡＶ１６と密接に結合することにより、このような事象の間の燃料レール１４の圧力Ｐ２をより迅速に低減することが可能になる。
【００３８】
ＧＡＶ１６には更なる保護が提供される。というのは、このアルゴリズムはＧＡＶ１６の作動可能圧力の上限と下限（すなわち、有限の帯域幅制限）を認識しており、入口質量流量ｍドットＲに一時的な偏差を指令することによって燃料レール１４の圧力Ｐ２を管理してそれらの作動可能制限内に留めることができるからである。同様の保護がＥＰＲ１２に提供され、ＥＰＲ１２がその有限の帯域幅制限内で作動してＥＰＲ１２の精度を維持し且つ損傷を回避する。このように、圧力Ｐ２が高まる傾向の場合、入口のマスフローコントローラは一時的な質量流量（mass flow rate）の削減／不均衡を実行して、流出が流入を超え、圧力差が負になるようにする。逆に、圧力Ｐ２が低くなる傾向の場合、入口のマスフローデバイスは一時的にマスフローを増やして圧力Ｐ２を増加させる。更に、理想的には、燃料レール１４内の圧力Ｐ２は、ＧＡＶ１６の持続時間をできるだけ長く維持するために、（余裕を持って）できるだけ低く維持される。しかし、開示されたＥＰＲＳ１０によって提供される制御も監視レベルもなければ、圧力Ｐ２は、作動可能圧力未満にまで落ち込む可能性があるので、通常は、それほど低く設定されないであろう。
【００３９】
本明細書中で引用する刊行物、特許出願及び特許を含むすべての文献は、各文献が参照によって組み込まれるように個々に具体的に示されているかのように、また、その内容のすべてが本明細書に記載されているかのように、参照により本明細書に組み込まれる。
【００４０】
本発明の説明に関連して（特に以下のクレームに関連して）用いられる単数表現の名詞及び同様な指示語の使用は、本明細書中で特に指摘したり、明らかに文脈と矛盾したりしない限り、単数及び複数の両方に及ぶものと解釈される。語句「備える」、「有する」、「含む」及び「包含する」は、特に断りのない限り、オープンエンドターム（すなわち「〜を含むが限定しない」という意味）として解釈される。本明細書中の数値範囲の具陳は、本明細書中で特に指摘しない限り、単にその範囲内に該当する各値を個々に言及するための略記法としての役割を果たすことだけを意図しており、各値は、本明細書中で個々に列挙されているかのように、明細書に組み込まれる。本明細書中で説明されるすべての方法は、本明細書中で特に指摘したり、明らかに文脈と矛盾したりしない限り、あらゆる適切な順番で行うことができる。本明細書中で使用するあらゆる例又は例示的な言い回し（例えば「など」）は、特に主張しない限り、単に本発明をよりよく説明することだけを意図し、本発明の範囲に対する制限を設けるものではない。明細書中の如何なる言い回しも、本発明の実施に不可欠である、請求項に記載されていない要素を示すものとは解釈されないものとする。
【００４１】
本明細書中では、発明を実施するため本発明者が知っている最良の形態を含め、本発明の好ましい実施の形態について説明している。当業者にとっては、上記説明を読んだ上で、これらの好ましい実施の形態の変形が明らかとなろう。本発明者は、熟練者が適宜このような変形を適用することを予期しており、本明細書中で具体的に説明される以外の方法で発明が実施されることを予定している。したがって本発明は、準拠法で許されているように、本明細書に添付された請求項に記載の内容の変更及び均等物をすべて含む。更に、本明細書中で特に指摘したり、明らかに文脈と矛盾したりしない限り、好ましい実施の形態で考えられるすべての変形における上記要素のいずれの組合せも本発明に包含される。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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