(57)【要約】【課題】　低減エミッションの燃料噴射制御方式を提供する。【解決手段】　燃料噴射装置を作動するための方法。ラックが第１の所定のしきい値よりも小さい場合に単一の燃料ショットが供給される。ラックが第１の所定のしきい値の上方にありかつ第２の所定のしきい値の下方にある場合に第１の燃料ショットと第２の燃料ショットとが供給される。ラックが第３の所定のしきい値の上方にある場合に単一の燃料ショットが供給される。【選択図】　図２
2004144079.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
　燃料噴射装置を作動するための方法であって、
　ラックが第１の所定のしきい値よりも小さい場合に単一の燃料ショットを供給するステップと、
　ラックが第１の所定のしきい値の上方にありかつ第２の所定のしきい値の下方にある場合に第１の燃料ショットと第２の燃料ショットとを供給するステップと、
　ラックが第３の所定のしきい値の上方にある場合に単一の燃料ショットを供給するステップと
を含む方法。
【請求項２】
　燃料噴射装置を作動するための方法であって、
　ラックが第１の所定のしきい値よりも小さい場合に単一の第１の燃料ショットを供給するステップであって、第１の燃料ショットが約３０〜５ＢＴＤＣのクランク角で供給されるステップと、
　ラックが第１の所定のしきい値の下方で増加するときに第１の燃料ショットの燃料量を増加するステップと、
　ラックが第１の所定のしきい値以上である場合に単一の第１の燃料ショットと単一の第２の燃料ショットとを供給するステップであって、第１の燃料ショットが約３０〜５ＢＴＤＣのクランク角で供給され、第２の燃料ショットが約１０ＢＴＤＣ〜１０ＡＴＤＣのクランク角で供給されるステップと、
　ラックが第１の所定のしきい値の上方でかつ第２の所定のしきい値の下方で増加するときに第１の燃料ショットおよび第２の燃料ショットの燃料量を増加するステップと、
　ラックが第１の所定のしきい値の上方で増加するときに第１の燃料ショットを所定の量に制限するステップと、
　ラックが第３の所定のしきい値以上である場合に第２の燃料ショットのみを供給するステップと
を含む方法。
【請求項３】
　燃料噴射装置を作動するための方法であって、
　ラックが第１の所定のしきい値よりも小さい場合に単一の燃料ショットを供給するステップと、
　ラックが第１の所定のしきい値の上方にありかつ第１の燃料ショット量が第２の所定のしきい値の下方にある場合に第１の燃料ショットと第２の燃料ショットとを供給するステップと、
　ラックが第１の所定のしきい値の上方にありかつ第３の所定のしきい値の下方にある場合に、第２の所定のしきい値に等しい第１の燃料ショットと、第２の燃料ショットとを供給するステップと、
　ラックが第３の所定のしきい値の上方にある場合に単一の燃料ショットを供給するステップと
を含む方法。
【請求項４】
　燃料噴射装置を作動するための方法であって、
　ラックが第１の所定のしきい値よりも小さい場合に単一の第１の燃料ショットを供給するステップであって、第１の燃料ショットが約３０〜５ＢＴＤＣのクランク角で供給されるステップと、
　ラックが第１の所定のしきい値の下方で増加するときに第１の燃料ショットの燃料量を増加するステップと、
　ラックが第１の所定のしきい値以上である場合に単一の第１の燃料ショットと単一の第２の燃料ショットとを供給するステップであって、第１の燃料ショットが約３０〜５ＢＴＤＣのクランク角で供給され、第２の燃料ショットが約１０ＢＴＤＣ〜１０ＡＴＤＣのクランク角で供給されるステップと、
　ラックが第１の所定のしきい値の上方でかつ第１のショット燃料量が第２の所定のしきい値の下方で増加するときに第１の燃料ショットおよび第２の燃料ショットの燃料量を増加するステップと、
　ラックが第１の所定のしきい値の上方であるが、第３の所定のしきい値の下方で増加するときに第１の燃料ショットを第２の所定の量に制限するステップと、
　ラックが第３の所定のしきい値以上である場合に第２の燃料ショットのみを供給するステップと
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明は、一般に、燃料噴射システム、より詳しくは、シリンダ毎の燃焼サイクル当たりの燃料のショット数をラックの関数として変更することに関する。
【背景技術】
【０００２】
　油圧作動式電子制御燃料噴射器ならびに機械作動式電子制御燃料噴射器の両方を含む電子制御燃料噴射器のような電子制御直接燃料噴射装置が、当分野でよく知られている。電子制御燃料噴射器は、典型的に、燃料を電子燃料噴射制御装置（コントローラ）またはシステムから受信される電子燃料噴射信号の関数として特定のエンジンシリンダ内に噴射する。これらの信号は、シリンダ内に噴射される燃料の所望の噴射率ならびに所望のタイミングおよび量を示す波形を含む。
【０００３】
　例えば、炭化水素、一酸化炭素エミッション、微粒子の放出、および窒素酸化物（ＮＯｘ）の放出に対する制限を含むエンジン排気エミッションに関するエミッション規制が、世界中でますます制限されつつある。シリンダの燃焼サイクル中に、電子燃料噴射電流信号波形、および燃焼室に対して行われる得られる燃料噴射数および燃焼噴射率、ならびにこのような燃料噴射の量とタイミングを調整することは、エミッションを改善して、より高いエミッション基準を満たすための１つの方法である。この結果、エミッションおよび雑音レベルの低減を試みようとして燃焼プロセスの燃焼特性を修正するために、電子燃料噴射信号波形が複数の別個の燃料噴射信号を含む多燃料噴射技術が利用されてきた。多燃料噴射は、特定の噴射イベント中のシリンダへの合計燃料供給を、３つの燃料噴射（３ショット噴射）が望まれる場合に、パイロット噴射、メイン噴射、およびアンカ噴射のような別々の燃料噴射に分割することを典型的に含む。これらの噴射のそれぞれは、一般にショットと呼んでもよく、また当分野で使用されているようなショットという用語は、実際の燃料噴射またはコマンド電流信号（電子燃料噴射電流信号）も指す場合があり、この電流信号は、単に、エンジンへの燃料の噴射または供給を示す燃料噴射器への燃料噴射信号とも呼ばれる。異なるエンジン作動状態においては、所望のエンジン性能およびエミッション制御の両方を達成するために、異なる噴射方式を使用することが必要であろう。
【０００４】
【特許文献１】米国特許第５，９４７，３８０号明細書
【特許文献２】米国特許第５，４０７，１３１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
　エンジンの通常の作動中、噴射方式は数回変化し得る。典型的に、それぞれの噴射方式は、発生される雑音レベルおよびトルク量の両方において他の噴射方式と僅かに異なるであろう。ある場合には、１つの方式から他の方式への移行は、これらの特性および／または他の特性の一方または両方において顕著な「ステップチェンジ」を引き起こす可能性がある。特性のこの突然の変化は望ましくないことが多い。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
　本発明は、燃料噴射装置を作動するための方法を提供する。ラックが第１の所定のしきい値よりも小さい場合に単一の燃料ショットが供給される。ラックが第１の所定のしきい値の上方にありかつ第２の所定のしきい値の下方にある場合に、第１の燃料ショットと第２の燃料ショットとが供給される。ラックが第３の所定のしきい値の上方にある場合に、単一の燃料ショットが供給される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
　本明細書全体にわたって使用されているように、「噴射イベント」は、エンジンの１つのサイクル（「シリンダサイクル」）の間に特定のシリンダまたは燃焼室で行われる噴射として定義される。例えば、特定のシリンダ用の４行程エンジンの１つのサイクルは、吸気、圧縮、膨張、および排気の行程を含む。したがって、４行程エンジンの噴射イベント／シリンダサイクルは、ピストンの４行程中にシリンダで行われる噴射またはショットの数を含む。当分野で使用されているように、また本明細書の全体にわたって、「エンジン作動サイクル」または「エンジンサイクル」は、サイクルに含まれるシリンダの個々のシリンダサイクルを含む。例えば、６気筒エンジンのエンジンサイクルは、エンジンのシリンダ毎に６つの個々のシリンダサイクルを含むであろう（それぞれのシリンダサイクルには４行程あり、合計は２４行程）。一般に、シリンダサイクルは重なり合うので、特定のシリンダの次の連続するシリンダサイクルの開始は、次のエンジン作動サイクルの開始を完了する前に開始するかもしれない。当分野で使用されているような「ショット」という用語は、実際の燃料噴射またはコマンド電子燃料噴射電流信号（電子燃料噴射電流信号）も指す場合があり、この電流信号は、単に、エンジンへの燃料の噴射または供給を示す直接燃料噴射装置、燃料噴射器または他の燃料作動装置への燃料噴射信号とも呼ばれる。
【０００８】
　図１は、直接噴射式圧縮点火エンジン１２に適合されるような本発明の一実施形態による油圧作動式電子制御燃料噴射システム１０の機能ブロック図を示している。燃料システム１０は、エンジン１２の個々のシリンダヘッドボアに位置付けられるように適合される燃料噴射器１４のような１つ以上の電子制御燃料噴射装置を含む。図１の実施形態は直列６気筒エンジンに適用されるが、本発明は、Ｖ型エンジンおよびロータリエンジンのような他の型式のエンジンにも等しく適用できること、およびエンジンが任意の数のシリンダまたは燃焼室（図示せず）を収容し得ることが認識かつ予想され、また理解すべきである。さらに、図１の実施形態はまた、油圧作動式電子制御燃料噴射システムを示しているが、本発明は、電子制御式噴射器、機械作動式電子制御噴射ユニット、ならびにデジタル制御式燃料弁を有する流体作動式コモンレール型の燃料噴射システムを含む他の型式の燃料噴射装置に等しく適用できることが同様に認識かつ予想される。図１の燃料システム１０は、作動液をそれぞれの噴射器１４に供給するための装置または手段１６と、燃料をそれぞれの噴射器に供給するための装置または手段１８と、噴射器１４によって燃料が噴射される方法および周波数を含む燃料噴射システムを制御するための電子制御手段２０とを含み、この方法および周波数には、例えば、タイミング、１噴射イベント当たりの噴射数、１噴射当たりの燃料量、それぞれの噴射間の時間遅延、および噴射プロファイルが含まれる。燃料噴射システム１０はまた、作動液を再循環しおよび／またはそれぞれの噴射器１４を離れる作動液から油圧エネルギを回収するための装置または手段２２を含むことが可能である。
【０００９】
　作動液供給装置または手段１６は、作動液サンプまたはリザーバ２４と、比較的低圧の作動液移送ポンプ２６と、作動液冷却器２８と、１つ以上の作動液フィルタ３０と、作動液内に比較的高い圧力を発生するための作動液高圧ポンプ３２と、少なくとも１つの比較的高圧の作動液マニホールドまたはレール３６とを含むことが好ましい。コモンレール通路３８は、比較的高圧の作動液ポンプ３２からの出口と流体連通して配列される。レール分岐通路４０は、それぞれの噴射器１４の作動液入口を高圧コモンレール通路３８に連結する。機械作動式電子制御噴射器の場合、マニホールド３６、コモンレール通路３８および分岐通路４０は、典型的に、ある型式のカム作動装置またはこのような噴射器を作動するための他の機械的手段に置き換えられるであろう。機械作動式電子制御燃料噴射ユニットの例が、米国特許公報（特許文献１）および米国特許公報（特許文献２）に開示されている。
【００１０】
　装置２２は、それぞれの噴射器用の使用済み蓄積流体制御弁５０（一例としてのみ図示）と、共通の再循環ライン５２と、作動液ポンプ３２と再循環ライン５２との間に連結された油圧モータ５４とを含み得る。それぞれの噴射器１４の作動液ドレインを離れる作動液は、このような流体を油圧エネルギ再循環または回収装置または手段２２に搬送する再循環ライン５２に入るであろう。再循環作動液の一部分は高圧作動液ポンプ３２に送られ、他の部分は再循環ライン３４を介して作動液サンプ２４に戻される。
【００１１】
　一実施形態では、作動液はエンジン潤滑オイルであり、また作動液サンプ２４はエンジン潤滑オイルサンプである。このことによって、寄生サブシステムとして燃料噴射システムをエンジンの潤滑オイル循環システムに連結することが可能である。あるいは、作動液は燃料または他のある種類の適切な液体であり得る。
【００１２】
　燃料供給装置または手段１８は、燃料タンク４２と、燃料タンク４２とそれぞれの噴射器１４の燃料入口との間に流体連通して配列された燃料供給通路４４と、比較的低圧の燃料移送ポンプ４６と、１つ以上の燃料フィルタ４８と、燃料供給調整弁４９と、それぞれの噴射器１４と燃料タンク４２との間に流体連通して配列された燃料循環および帰還通路４７とを含むことが好ましい。
【００１３】
　電子制御手段２０は、コントローラとも呼ばれる電子制御モジュール（ＥＣＭ）５６を含むことが好ましく、この用途は当分野でよく知られている。ＥＣＭ５６は、典型的に、マイクロコントローラまたはマイクロプロセッサのような処理手段と、エンジンスピードを調整するための比例積分微分（ＰＩＤ）コントローラのようなガバナと、入力／出力回路と電源回路と信号調整回路とソレノイド駆動回路とアナログ回路および／またはプログラムロジックアレイとを含む回路と、関連メモリとを含む。ＲＡＭ、ＲＯＭ、または当分野で公知の他の種類のメモリであり得るメモリは、マイクロコントローラまたはマイクロプロセッサに連結されて、インストラクションセット、マップ、ルックアップテーブル、変数等を記憶する。このメモリは、一般にデータ記憶装置と呼ばれることがある。ＥＣＭ５６またはその一部分を使用して、（１）燃料噴射タイミング、（２）噴射イベント中の合計燃料噴射量、（３）燃料噴射圧力、（４）それぞれの噴射イベント中の別々の噴射または燃料ショットの数、（５）別々の噴射または燃料ショットの間の時間間隔、（６）それぞれの噴射または燃料ショットの持続時間、（７）それぞれの噴射または燃料ショットに関連する燃料量、（８）作動液圧力、（９）噴射波形の電流レベル、および（１０）上述のパラメータの任意の組み合わせを含む多くの形態の燃料噴射を制御することが可能である。したがって、ＥＣＭ５６またはその一部分は、電子燃料噴射制御装置または電子燃料噴射制御システムとも呼ばれる。記述したパラメータのそれぞれは、エンジンスピードおよび負荷とは無関係に可変に制御可能である。ＥＣＭ５６は、引き続く噴射イベントに関する所望の組み合わせの噴射パラメータを決定するために使用されるエンジンスピード、エンジン温度、作動液圧力、シリンダピストン位置等を含むエンジン作動状態のような公知のセンサ入力に対応する複数のセンサ入力信号Ｓ１〜Ｓ８を受信する。
【００１４】
　例えば、エンジン１２に連結されたエンジン温度センサ５８が図１に示されている。一実施形態では、エンジン温度センサはエンジンオイル温度センサを含む。しかし、エンジンクーラント温度センサを使用して、エンジン温度を検出することもできる。エンジン温度センサは、図１のＳ１で示した信号を生成して、ラインＳ１を介してＥＣＭ５６に入力される。図１に示した特定の実施例では、ＥＣＭ５６は、制御信号Ｓ９を出力してポンプ３２からの作動液圧力を制御し、また燃料噴射信号Ｓ１０を出力してそれぞれの燃料噴射器１４内のソレノイドまたは他の電気作動装置に電圧を印加し、これによって、それぞれの噴射器１４内の燃料制御弁を制御し、また対応するそれぞれのエンジンシリンダ内に燃料が噴射されるようにする。噴射パラメータのそれぞれは、エンジンスピードおよび負荷とは無関係に可変に制御可能である。燃料噴射器１４の場合、制御信号Ｓ１０は、噴射器ソレノイドまたは他の電気アクチュエータへのＥＣＭコマンド電流である燃料噴射信号である。
【００１５】
　図２は、本発明の一実施形態による燃料噴射システム１０を作動するためのフローチャート８０を示している。ブロック８２では、ラック、例えばエンジン１２に供給される燃料量、または負荷は、無負荷ラインのような第１の所定のしきい値と比較される。一般に、ラックおよび負荷は互いに比例し、相互に交換可能に使用し得る。しかし、簡明さのため、ラックという用語を使用する。
【００１６】
　典型的に、第１の所定のしきい値は、エンジン１２が「無負荷」状態下で作動していると想定されるラックを示している。「無負荷」という用語は当業界内の技術用語であると理解され、簡潔さのため本明細書ではさらに定義しない。さらに、無負荷ラインは、典型的に、静的な値であるよりも、むしろエンジンスピードの関数である。
【００１７】
　ラックが第１の所定のしきい値よりも小さい場合、制御はブロック８４に通過する。さもなければ、制御はブロック８６に通過する。
【００１８】
　ブロック８４では、燃料噴射方式は「パイロットショットオンリ」モードに命令され、例えば、単一のパイロットショットは噴射イベント毎に供給される。典型的に、パイロットショットは上死点の前（「ＢＴＤＣ」）の約３０〜５°のクランク角で供給されるが、適切ならば他の値を使用してもよい。このモードでは単一の燃料ショットのみが供給されるので、ラックが増加するにつれ、同様にパイロットショットの燃料量が増加する。
【００１９】
　ブロック８６では、ラックは、２ショットを可能にするために必要な最小燃料量のような第２の所定のしきい値と比較される。ラックが第２の所定のしきい値以上である場合、制御はブロック８８に通過する。さもなければ、制御はブロック９０に通過する。
【００２０】
　典型的に、第２の所定のしきい値は、１噴射サイクル当たり２つの制御可能な燃料ショットを可能にする最小ラックであるように選択される。理論的には、第２の所定のしきい値は零でない任意の正数であり得るが、実際問題としてはそうではない。燃料噴射器のようなすべての燃料供給装置は、最小燃料供給量、または繰り返し可能な最小燃料供給量のために、固有誤差を当該燃料供給装置内に組み込んでいる。したがって、実際問題として、本発明のいくつかの実施形態では、第２の所定のしきい値は、繰り返し可能な最小燃料供給量の２倍よりも小さくない可能性がある。
【００２１】
　さらに、１つのショットの代わりに２つのショットを用いることに、エミッション面の利点があり得る。したがって、第２の所定のしきい値を可能な限り低くすることが望ましいかもしれないが、他の実施形態ではそうする必要はない。
【００２２】
　ブロック８８では、特定のシリンダに供給される燃料量、例えばラックは、パイロットショットとメインショットとに分割される。典型的に、パイロットショットは約３０〜５ＢＴＤＣで供給され、またメインショットは約１０°のＢＴＤＣから上死点の後（「ＡＴＤＣ」）の約１０°で供給される。適切ならば、他のクランク角のタイミングを使用してもよい。
【００２３】
　ブロック８８では、パイロットショットおよびメインショットの両方の燃料量はラックの関数として増加する。
【００２４】
　ブロック９０では、ラックは第２の所定のしきい値と比較される。ラックが第２の所定のしきい値以上であり、かつ第３の所定のしきい値よりも小さい場合、制御はブロック９２に通過する。さもなければ、制御はブロック９４に通過する。
【００２５】
　ブロック９２では、シリンダに供給される燃料量、例えばラックは、ブロック８８の燃料量と同様に、パイロットショットとメインショットとに分割される。しかし、ブロック８８と異なり、ブロック９２では、パイロットショットで供給される燃料量は、ある量に制限され、ラックの増加につれ増加しない。パイロットショットが制限される燃料量は選択の問題であるかもしれず、エンジン１２の所望の作動特性、例えばトルク出力、エミッションおよび燃費に応じて変化し得る。
【００２６】
　ブロック９４では、ラックは第３の所定のしきい値と比較される。本発明の実施形態では、このブロックを省略可能であるが、この理由は、第１、第２および第３の所定のしきい値の適切な選択によって、ブロック９０に対する答えが「ＮＯ」であるならば、ブロック９４に対する答えは自動的に「ＹＥＳ」であるからである。次に、制御はブロック９６に通過する。
【００２７】
　ブロック９６では、燃料噴射方式は「メインショットオンリ」モードに命令され、例えば、単一のメインショットは噴射イベント毎に供給される。典型的に、メインショットは約１０ＢＴＤＣから１０ＡＴＤＣのクランク角で供給されるが、適切ならば、他の値を使用してもよい。このモードでは単一の燃料ショットのみが供給されるので、ラックが増加するにつれ、同様にメインショットの燃料量が増加する。
【００２８】
　次に、フローチャート８０は、所望であれば繰り返すことが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
　上述の技術を使用してエンジン１２の作動特性を平均化し、広範囲のラックおよびエンジンスピードにわたり適切なエミッション出力を達成し得る。
【００３０】
　上述のことから、本明細書において、説明目的で本発明の特定の実施形態について記載してきたが、本発明の精神と範囲から逸脱することなしに種々の修正を行い得ることが理解されるであろう。したがって、本発明は、添付された特許請求の範囲以外によっては限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】直接噴射式圧縮点火エンジンに適合されるような本発明の一実施形態による油圧作動式電子制御燃料噴射システム１０の機能ブロック図を示す。
【図２】本発明の一実施形態による燃料噴射システムを作動するためのフローチャートを示す。
【符号の説明】
【００３２】
　１０　燃料噴射システム
　１２　エンジン
　１４　燃料噴射器
　１６　作動液を噴射器に供給するための装置または手段
　１８　燃料を噴射器に供給するための装置または手段
　２０　電子制御手段
　２２　油圧エネルギ再循環または回収装置または手段
　２４　作動液サンプまたはリザーバ
　２６　低圧作動液移送ポンプ
　２８　作動液冷却器
　３０　作動液フィルタ
　３２　作動液高圧ポンプ
　３４　再循環ライン
　３６　高圧作動液マニホールドまたはレール（コモンレール）
　３８　コモンレール通路
　４０　レール分岐通路
　４２　燃料タンク
　４４　燃料供給通路
　４６　低圧燃料移送ポンプ
　４７　燃料循環および帰還通路
　４８　燃料フィルタ
　４９　燃料供給調整弁
　５０　使用済み蓄積流体制御弁
　５２　再循環ライン
　５４　油圧モータ
　５６　電子制御モジュール（ＥＣＭ）
　５８　エンジン温度センサ
　８０　フローチャート
　８２　ブロック
　８４　ブロック
　８６　ブロック
　８８　ブロック
　９０　ブロック
　９２　ブロック
　９４　ブロック
　９６　ブロック
【図１】
2004144079.tif 000003
【図２】
2004144079.tif 000004