(57)【要約】【課題】内燃エンジン用燃料インジェクタ及び燃料噴射方法を提供する。【解決手段】本発明の内燃エンジン用燃料インジェクタは、インジェクタ本体と、インジェクタ本体内に形成された、インジェクタの使用時に高圧燃料を収容する燃料供給通路と、使用時に通路内の燃料の圧力を計測するための圧力センサとを含み、圧力センサは、インジェクタ本体内に配置されており、使用時に通路内の燃料から分離されている。本発明の燃料噴射方法は、燃料の圧力を計測することによって液圧挙動分布を形成する工程と、この液圧挙動分布を使用し、噴射イベント中のインジェクタ内の燃料圧力を予測する工程と、制御信号を燃料インジェクタに供給して、噴射イベント中に噴射される燃料の量を予測燃料圧力に従って制御する工程とを含む。噴射イベント中の燃料圧力を予測することによって、噴射イベント中に送出される燃料を正確に制御できる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃エンジン用燃料インジェクタ（４６）において、
インジェクタ本体（５０）と、
前記インジェクタ本体（５０）内に形成された、前記インジェクタ（４６）の使用時に高圧燃料を収容する燃料供給通路（６６、１１０）と、
使用時に前記燃料供給通路（６６、１１０）内の燃料の圧力を計測するための圧力センサ（６４）とを含み、
前記圧力センサ（６４）は、前記インジェクタ本体（５０）内に配置されており、使用時に前記燃料供給通路（６６、１１０）内の燃料から分離されている、燃料インジェクタ。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料インジェクタにおいて、
前記燃料供給通路（６６、１１０）は、少なくとも部分的に前記インジェクタ本体（５０）の壁（６８）によって形成されており、前記圧力センサ（６４）は、前記燃料供給通路（６６、１１０）内の燃料から前記壁（６８）によって分離されている、燃料インジェクタ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の燃料インジェクタにおいて、
前記圧力センサ（６４）は、使用時の前記燃料供給通路（６６、１１０）内の燃料の圧力により生じる、この燃料圧力と関連した、前記インジェクタ本体（５０）に加わる歪みを計測する、燃料インジェクタ。
【請求項４】
請求項１、２、又は３に記載の燃料インジェクタにおいて、
前記インジェクタ本体（５０）には、前記圧力センサ（６４）を収容する圧力センサキャビティ（６０、７８）が形成されており、前記圧力センサキャビティ（６０、７８）は前記燃料供給通路（６６、１１０）から分離されている、燃料インジェクタ。
【請求項５】
請求項４に記載の燃料インジェクタにおいて、
前記圧力センサキャビティ（６０）は、前記インジェクタ（４６）のアクチュエータ用の電気接続部を収容する、燃料インジェクタ。
【請求項６】
請求項４又は５に記載の燃料インジェクタにおいて、
前記インジェクタ本体（５０）には、更に、アクチュエータキャビティ（５８）が形成されており、前記圧力センサキャビティ（６０、７８）は前記アクチュエータキャビティ（５８）と連通している、燃料インジェクタ。
【請求項７】
請求項４、５、又は６に記載の燃料インジェクタにおいて、
前記圧力センサキャビティ（６０、７８）は、前記インジェクタ（４６）の側部から内方に延びている、燃料インジェクタ。
【請求項８】
請求項４、５、又は６に記載の燃料インジェクタにおいて、
前記圧力センサキャビティ（６０、７８）は、前記インジェクタ（４６）の端部から内方に延びている、燃料インジェクタ。
【請求項９】
請求項４乃至８のうちのいずれか一項に記載の燃料インジェクタにおいて、
前記圧力センサキャビティ（６０、７８）は、前記圧力センサと電気的に通信する電子式モジュールを収容する、燃料インジェクタ。
【請求項１０】
請求項１乃至９のうちのいずれか一項に記載の燃料インジェクタにおいて、
前記燃料供給通路（６６、１１０）及び前記圧力センサ（６４）は、夫々、長さ方向中央軸線を形成し、これらの軸線が実質的に交差する、燃料インジェクタ。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のうちのいずれか一項に記載の燃料インジェクタにおいて、
前記燃料供給通路（６６、１１０）は、拡径断面積部分を含み、前記圧力センサ（６４）は、前記燃料供給通路（６６、１１０）の前記部分と整合する、燃料インジェクタ。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のうちのいずれか一項に記載の燃料インジェクタにおいて、
前記インジェクタ本体（５０）には、外壁及び前記燃料供給通路（６６、１１０）を中心として前記外壁とは反対側の内壁が形成されており、前記圧力センサ（６４）は、使用時に、前記燃料供給通路（６６、１１０）内の燃料から前記内壁によって分離されている、燃料インジェクタ。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のうちのいずれか一項に記載の燃料インジェクタにおいて、
前記圧力センサ（６４）の面（８８）は、前記燃料供給通路（６６、１１０）の壁と平行に延びる、燃料インジェクタ。
【請求項１４】
請求項１乃至１３のうちのいずれか一項に記載の燃料インジェクタにおいて、
前記インジェクタ（４６）は細長く、長さ方向軸線を形成し、前記圧力センサ（６４）は、前記インジェクタの長さ方向軸線と実質的に平行に延びる前記燃料供給通路（６６、１１０）の壁と協働する、燃料インジェクタ。
【請求項１５】
請求項１乃至１３のうちのいずれか一項に記載の燃料インジェクタにおいて、
前記インジェクタ（４６）は細長く、長さ方向軸線を形成し、前記圧力センサ（６４）は、前記インジェクタの長さ方向軸線を横切って延びる前記燃料供給通路（６６、１１０）の壁と協働する、燃料インジェクタ。
【請求項１６】
請求項１乃至１５のうちのいずれか一項に記載の燃料インジェクタにおいて、
前記圧力センサ（６４）の面（８８）は、前記燃料供給通路（６６、１１０）を形成する壁に当接する、燃料インジェクタ。
【請求項１７】
請求項１６に記載の燃料インジェクタにおいて、更に、
前記面（８８）を前記壁（６８）に押し付けるクランプエレメント（１０４、１２８）を含む、燃料インジェクタ。
【請求項１８】
請求項１７に記載の燃料インジェクタにおいて、
前記インジェクタ本体（５０）にはポート（８０）が形成されており、前記クランプエレメント（１０４、１２８）は、前記ポート（８０）内で前記インジェクタ本体（５０）と螺合したプラグである、燃料インジェクタ。
【請求項１９】
請求項１７又は１８に記載の燃料インジェクタにおいて、
前記圧力センサ（６４、８２）用の電気接続部は、前記クランプエレメント（１０４、１２８）内に収容されている、燃料インジェクタ。
【請求項２０】
請求項１７、１８、又は１９に記載の燃料インジェクタにおいて、
前記圧力センサ（６４、８２）と電気的に通信する電子式モジュールが前記クランプエレメント（１０４、１２８）内に収容されている、燃料インジェクタ。
【請求項２１】
請求項１乃至２０のうちのいずれか一項に記載の燃料インジェクタにおいて、
前記圧力センサ（６４、８２）は、磁歪材料製コアを持つ磁歪圧力センサを含む、燃料インジェクタ。
【請求項２２】
請求項１乃至２１のうちのいずれか一項に記載の燃料インジェクタにおいて、
前記圧力センサ（６４、８２）は、全体にＩ字形状断面の回転体であるコアを有する、燃料インジェクタ。
【請求項２３】
請求項１乃至２２のうちのいずれか一項に記載の燃料インジェクタにおいて、
前記圧力センサ（６４、８２）は、前記インジェクタ本体（５０）と一体のコアを含む、燃料インジェクタ。
【請求項２４】
内燃エンジン用燃料噴射システム（１５０）において、
複数の燃料インジェクタ（１５２）と、
使用時に前記燃料インジェクタ（４６、１０８、１５２）に燃料を供給するように構成されたアキュムレータ（２８）と、
使用時に前記燃料噴射システム内の燃料の圧力を計測するための少なくとも一つの圧力センサ（２８、６４、８２）と、
液圧挙動分布を形成し、この液圧挙動分布を使用し、噴射イベント中のインジェクタ内の燃料圧力を予測し、制御信号を燃料インジェクタに供給して、噴射イベント中に噴射される燃料の量を予測燃料圧力に従って制御するため、前記少なくとも一つの圧力センサ（２８、６４、８２）から圧力信号を受け取るように形成された制御ユニット（３４）とを含む、燃料噴射システム。
【請求項２５】
請求項２４に記載の燃料噴射システムにおいて、
前記制御ユニット（３４）は、
前記少なくとも一つの圧力センサ（２８、６４、８２）から圧力信号をサンプリングし、前記液圧挙動分布を形成するように繰り返しプログラムされるプロセッサを含む、燃料噴射システム。
【請求項２６】
請求項２４又は２５に記載の燃料噴射システムにおいて、
前記制御ユニット（３４）は、
液圧挙動モデルを記憶するためのメモリーと、
前記液圧挙動分布を記憶されたモデルに適用し、噴射イベント中に前記燃料インジェクタ（４６、１０８、１５２）に作用する燃料圧力を予測するようにプログラムされたプロセッサとを含む、燃料噴射システム。
【請求項２７】
請求項２４、２５、又は２６に記載の燃料噴射システムにおいて、
前記少なくとも一つの圧力センサ（２８、６４、８２）は、前記アキュムレータ内の燃料の圧力を検出するため、前記アキュムレータに配置された圧力センサである、燃料噴射システム。
【請求項２８】
請求項２４、２５、又は２６に記載の燃料噴射システムにおいて、
前記複数の燃料インジェクタ（４６、１０８、１５２）の各々は、その内部の燃料の圧力を計測するための圧力センサを含む、燃料噴射システム。
【請求項２９】
噴射イベント中の燃料噴射システムの燃料インジェクタの燃料圧力特性を予測する方法において、
前記噴射イベント前に前記燃料噴射システム内の燃料圧力特性を計測する工程と、
計測した燃料圧力特性を使用し、噴射イベント中の前記燃料インジェクタの予測燃料圧力特性を決定する工程とを含む、方法。
【請求項３０】
請求項２９に記載の方法において、
前記燃料圧力特性は、噴射イベント前に圧力センサに繰り返し呼掛けることによって計測される、方法。
【請求項３１】
請求項２９又は３０に記載の方法において、
前記燃料圧力特性は、前記燃料インジェクタ内で計測される、方法。
【請求項３２】
請求項２９又は３０に記載の方法において、
前記燃料圧力特性は、前記燃料噴射システムの前記燃料インジェクタの上流の位置で計測される、方法。
【請求項３３】
請求項３２に記載の方法において、
前記燃料圧力特性は、前記燃料インジェクタの上流のアキュムレータ内で計測される、方法。
【請求項３４】
請求項２９乃至３３のうちのいずれか一項に記載の方法において、
計測された燃料圧力特性を液圧挙動モデルに入力し、前記噴射イベント中の前記燃料インジェクタ内の予測燃料圧力特性を決定する、方法。
【請求項３５】
請求項２９乃至３４のうちのいずれか一項に記載の方法において、
前記計測された燃料圧力特性は、一連の燃料圧力値を含む、方法。
【請求項３６】
請求項２９乃至３５のうちのいずれか一項に記載の方法において、
前記予測燃料圧力特性は、前記噴射イベント中の前記燃料インジェクタ内の予測された平均燃料圧力を含む、方法。
【請求項３７】
請求項２９乃至３６のうちのいずれか一項に記載の方法において、
制御信号を前記燃料インジェクタに供給し、噴射イベント中に噴射される燃料の量を、前記予測燃料圧力特性に従って制御する、方法。
【請求項３８】
実施環境で実施されたときに請求項２９乃至３７のうちのいずれか一項に記載の方法を実行するように作動できる少なくとも一つのコンピュータプログラムソフトウェア部分を含むコンピュータプログラム製品。
【請求項３９】
請求項３８に記載のコンピュータプログラムソフトウェア部分又は各コンピュータプログラムソフトウェア部分を記憶したデータ記憶媒体。
【請求項４０】
公称燃料噴射要求を補正する方法において、
請求項２９乃至３７のうちのいずれか一項に記載の方法に従って燃料圧力特性を予測する工程と、
前記噴射イベント中の前記予測燃料圧力特性に基づいて補正ファクタを計算する工程と、
前記補正ファクタを前記公称燃料噴射要求に適用し、前記噴射イベント中の燃料圧力の変化を補償する工程とを含む、方法。
【請求項４１】
燃料噴射方法において、
公称燃料噴射要求をエンジン作動パラメータに従って決定する工程と、
前記公称燃料噴射要求を請求項４０に記載の方法に従って補正する工程とを含む、方法。
【請求項４２】
燃料圧力センサの出力のエラーを補償する方法において、
前記燃料圧力センサの平均出力を決定する工程と、
前記燃料圧力センサの前記平均出力を基準値と比較する工程と、
前記燃料圧力センサの前記平均出力が、前記基準値から、所定の第１閾値よりも大きく異なる場合に、前記燃料圧力センサの前記出力に補償オフセットを適用する工程とを含む、方法。
【請求項４３】
請求項４２に記載の方法において、
記憶された補償オフセットを検索する工程を含む、方法。
【請求項４４】
請求項４２又は４３に記載の方法において、更に、
前記燃料圧力センサの前記平均出力と前記基準値との間の差を計算する工程と、
前記差を前記燃料圧力センサの前記出力に前記補償オフセットとして適用する工程とを含む、方法。
【請求項４５】
請求項４４に記載の方法において、更に、
前記補償オフセットを記憶する工程を含む、方法。
【請求項４６】
請求項４２乃至４５のうちのいずれか一項に記載の方法において、
前記補償オフセットの適用後、前記燃料センサの平均出力を決定する工程と、
前記燃料圧力センサの前記平均出力を前記基準値と比較する工程と、
前記燃料圧力センサの前記平均出力が、前記基準値から、所定の第２閾値よりも大きく異なる場合に、前記燃料圧力センサの前記出力に更なる補償オフセットを適用する工程とを含む、方法。
【請求項４７】
請求項４２乃至４６のうちのいずれか一項に記載の方法において、
記憶された基準値を検索する工程を含む、方法。
【請求項４８】
請求項４２乃至４６のうちのいずれか一項に記載の方法において、
一つ又はそれ以上の更なる燃料圧力センサの平均出力を使用し、前記基準値を計算する工程を含む、方法。
【請求項４９】
実施環境で実施されたときに請求項４２乃至４８のうちのいずれか一項に記載の方法を実行するように作動できる少なくとも一つのコンピュータプログラムソフトウェア部分を含むコンピュータプログラム製品。
【請求項５０】
請求項４９に記載のコンピュータプログラムソフトウェア部分又は各コンピュータプログラムソフトウェア部分を記憶したデータ記憶媒体。
【請求項５１】
圧力センサを持つ、請求項１乃至２３のうちのいずれか一項に記載の燃料インジェクタの較正方法において、
前記圧力センサの出力値を計測する工程と、
前記出力値と対応する前記供給通路内の流体の圧力を決定する工程と、
前記出力値と対応する前記流体圧力を前記インジェクタのセンサ特性として記録する工程と、
前記センサ特性をエンコードする工程とを含む、方法。
【請求項５２】
請求項５１に記載の方法において、更に、
前記圧力センサの複数の出力値を計測する工程と、
前記複数の出力値の各々について、供給通路内の対応する流体圧力を決定する工程とを含む、方法。
【請求項５３】
請求項５１又は５２に記載の方法において、
前記供給通路には流体が既知の圧力で供給される、方法。
【請求項５４】
請求項５１、５２、又は５３に記載の方法において、
前記センサ特性を、機械が読み取ることができるデータフォーマットでエンコードする工程を含む、方法。
【請求項５５】
請求項５４に記載の方法において、
前記センサ特性をバーコードとしてエンコードする工程を含む、方法。
【請求項５６】
実施環境で実施されたときに請求項５１乃至５５のうちのいずれか一項に記載の方法を実行するように作動できる少なくとも一つのコンピュータプログラムソフトウェア部分を含むコンピュータプログラム製品。
【請求項５７】
請求項５６に記載のコンピュータプログラムソフトウェア部分又は各コンピュータプログラムソフトウェア部分を記憶したデータ記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃エンジン用燃料インジェクタ及び燃料インジェクタが送出する燃料の量を制御するための方法に関する。詳細には、本発明は、燃料噴射イベント中の燃料インジェクタ内の燃料の圧力の決定又は予測に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料噴射システムは、エンジンの燃焼室内に噴射される燃料の量、クランクシャフト及びピストンの位置に関する燃料送出タイミング、及び燃焼室への燃料の提供の制御及び最適化を、例えば燃料を所定パターンで噴霧し分散することによって行うことができる。最新の燃料噴射システムは、電子式制御装置を使用し、燃料の送出量及び送出タイミングを高精度で行う。この高い精度は、エミッション及び性能についての市場の期待を満たす上で必要である。
【０００３】
コモンレール燃料噴射システムは、特にディーゼルエンジン等の圧縮点火エンジンで周知である。代表的な自動車用コモンレール燃料噴射システムを添付図面のうちの図１に概略に示す。燃料は燃料タンク２０に貯蔵されており、リフトポンプ２２によってフィルタ２４を通してエンジン駆動高圧ポンプ２６に引き出される。高圧ポンプ２６は、高圧の燃料をアキュムレータ即ちレール２８に供給する。燃料インジェクタ３０は、夫々のジャンパーパイプ３２によってレールに連結されている。各燃料インジェクタ３０は、電子式制御ユニット（ＥＣＵ）３４の制御下で燃料をシリンダの燃焼室に噴射することによって、エンジンの夫々のシリンダに燃料を供給するように構成されている。
【０００４】
多くの種類の燃料インジェクタが知られている。代表的な構成では、燃料インジェクタは、アクチュエータ、例えばソレノイドアクチュエータ又は圧電アクチュエータの作動時に第１位置と第２位置との間で移動自在のバルブニードルを含む制御バルブを含む。バルブニードルは、燃料インジェクタの本体内に収容されている。本体は、バルブニードル用の着座面の下流に少なくとも一つのオリフィスが設けられたノズルを形成する。着座面は、高圧燃料リザーバの下流に設けられている。第１位置では、バルブニードルは着座面に当たってシールし、燃料が着座面を通って流れないようにする。第２位置では、バルブニードルは着座面から遠ざかった位置に保持され、燃料がリザーバからオリフィスを通って燃焼室に流入でき、かくして燃料を噴射する。
【０００５】
燃焼室に送出された燃料の量は、エンジンのトルク出力に影響を及ぼす。従って、エンジンに作用する条件に従って任意の所与の時期に所望のトルクを提供するように燃料の送出を注意深く制御しなければならない。
【０００６】
各噴射イベント中に送出される燃料の量は、ノズルオリフィスの流れ面積、燃料圧力、及び噴射持続時間の関数である。噴射持続時間は、ニードルが着座面から持ち上げられており、高圧燃料がオリフィスを通って燃焼室に流入する時間である。
【０００７】
所与の燃料インジェクタにおいて、ノズルオリフィスの流れ面積は一定である。従って、燃料送出量は、いわゆる「圧力−時間」原理を使用して制御される。所望量の燃料を送出するため、所定の燃料圧力を仮定した場合に、燃料がノズルを通って流れることができる時間、即ち噴射持続時間に亘って所要量の燃料が燃焼室内に通過するように、噴射持続時間を、予め計算した所定値に電子的に設定する。従って、燃料圧力が予期せぬ変化を示すと、燃焼室に送出される燃料の量が正しくなくなってしまい、その結果、エンジンの出力トルクが必要とされるよりも大きくなったり小さくなったりしてしてしまう。こうした場合には、車輛の運転性、性能、及びエミッションが損なわれてしまう。
【０００８】
図１を再び参照すると、点火タイミング及び持続時間の制御は、ＥＣＵ３４によって行われる。ＥＣＵ３４は、クランクシャフト速度センサ３６ａ、クランクシャフト位相センサ３６ｂ、スロットルペダル要求センサ３６ｃ、吸気温度センサ３６ｄ、及びクーラント温度センサ３６ｅ、吸気質量流量センサ３６ｆ、及びターボチャージドエンジンの場合には吸気ブースト圧力センサ３６ｇ等を含む様々なセンサから入力信号を受け取る。更に、コモンレール燃料噴射システムは、燃料レール圧力センサ３８を含む。この
燃料レール圧力センサ３８は、燃料温度センサと組み合わせてもよい。ＥＣＵ３４は、出力信号によって、高圧ポンプ２６の入口に設けられた計量流量バルブ４０、レール圧力制御バルブ４２、及び個々のインジェクタ３０の制御バルブを作動する様々なアクチュエータの制御を行う。
【０００９】
レール圧力センサ３８は、代表的には、圧電抵抗デバイスであり、電子装置が一体に設けられている。センサ本体の一部、代表的にはダイヤフラムがレール２８内の高圧燃料に直接露呈されるようにレール２８に貫入して設置されている。一般的には軟鉄ワッシャを使用してセンサ３８とレール２８との間をシールしてもよい。レール圧力センサ３８が、非常に高圧の環境で信頼性を以て漏洩なしに作動しなければならないため、このようなセンサ３８は比較的高価であり且つ壊れ易い。
【００１０】
レール２８内の圧力、及び従って各燃料インジェクタ３０内の公称燃料圧力は、エンジンの作動条件及びトルク必要条件を決定するため、ＥＣＵ３４によって、センサ３６ａ乃至３６ｇからの入力信号を使用して決定される。例えば、低エンジン速度及び低負荷では、公称レール圧力は３００×１０3 ｈＰａ（３００バール）であってもよく、高エンジン速度及び高負荷では、公称レール圧力は２０００×１０3 ｈＰａ（２０００バール）であってもよい。代表的には、エンジンのセットアップ中及び試験中の較正手順において、最適公称レール圧力範囲を対応する条件範囲について記録する。最適値は、必要とされるように、エミッションを最少にし、性能を最適化し、又は燃料消費を最少にするように決定される。これらの最適化した公称圧力をＥＣＵ３４のメモリーのマップに記憶し、所与のエンジン条件についての最適値を取り出す。
【００１１】
従って、所与のエンジン条件組の下で、公称平均レール燃料圧力は一定の値を有する。ＥＣＵ３４は、レール圧力センサ３８から実際の瞬間的レール燃料圧力を決定し、高圧燃料ポンプ２６の入口計量流量バルブ４０又はレール圧力制御バルブ４２を、所望の平均レール燃料圧力を達成し且つ維持する上で適切であるように作動する。このようにして、フィードバック制御システムを提供する。このフィードバック制御システムを最適化するため、高度の制御アルゴリズムが提供される。レール燃料圧力の予期せぬ変化が起こると、トルク出力の予期せぬ変化が生じるため、レール圧力センサができるだけ正確であることが重要である。
【００１２】
フィードバック制御システムの応答時間は、レール圧力センサ３８、ＥＣＵ３４、高圧燃料ポンプ２６、及び入口計量流量バルブ４０又はレール圧力制御バルブ４２の性能によって制限される。例えば、レール圧力が低下すると、レール圧力センサ３８は、適当な信号をＥＣＵ３４に送出することによって圧力低下に応答しなければならない。この場合、ＥＣＵ３４は、信号を評価し、入口計量流量バルブ４０を作動することによって応答しなければならず、その流れ容量の制限内で、高圧燃料ポンプ２６がレール圧力を所望の値まで上昇しなければならない。
【００１３】
噴射イベント時に、レール２８に貯えられた燃料容積に瞬間的流れ要求が加えられる。瞬間的流れ要求は、制御システムが十分に迅速に応答できない要求であり、その結果、レール２８内の燃料圧力が低下する。従って、レール２８内の燃料圧力は不安定になり、圧力が所望レベルを回復するまで短い時間が経過する。この回復は、望ましくは、次の噴射イベント前に完了する。圧力の低下は、通常の噴射イベントの持続時間に亘り、レール２８内の平均圧力がターゲット圧力よりも僅かに低くてもよいということを意味するが、この効果は、較正中、それでも予想トルクが得られるように考慮できる。
【００１４】
燃料噴射技術における、特にコモンレールシステムの最近の開発により、燃焼サイクル毎に多数の噴射イベントで燃料を送出する性能が導入された。換言すると、シリンダの各サイクル中に噴射イベントが一回だけ行われるのでなく、燃料が、順次、即ち二回又はそれ以上の正確なタイミングの噴射イベントの列をなして送出され、これらのイベントの各々が、注意深く制御された量の燃料を噴射するのである。例えば、噴射順序には、燃焼室内のガスを予熱するパイロット噴射即ち予備噴射が含まれる。予備噴射は、燃料の大きな部分の噴射が行われる主噴射前に行われる。未燃焼燃料を完全燃焼し、かくして有害な排気エミッションを低減し、燃料効率を向上するため、主噴射後に後噴射を行ってもよい。
【００１５】
従って、最新のエンジンは、性能及び燃料効率を最適化し、有害な排気エミッションを低減するため、サイクル毎に多数の噴射イベントを使用する。所定のエンジン負荷条件及び速度条件に亘り、最適の噴射順序を変えてもよい。例えば幾つかの条件は、パイロット噴射直後に主噴射を行うことを必要とし、また幾つかの条件は、分割主噴射を必要とし、その他の条件は、パイロット噴射、主噴射、及び後噴射を必要とするが、多数のパイロット噴射又は多数の後噴射を必要とする条件もある。
【００１６】
多数の噴射イベントを含む順序を必要とする場合には、前の噴射イベントによって生じるレール圧力、及び従ってインジェクタ３０内の燃料圧力に対する動揺が、続いて行われる噴射イベントの開始時に残る可能性が生じる。換言すると、前の噴射イベントによって生じる、燃料システム内の圧力波を、噴射イベントが続いて行われるときになくしきれていない場合がある。従って、続いて行われる噴射イベント時のインジェクタ３０内の燃料圧力は、ターゲットレール圧力と対応する予想レベルにない。その代わり、インジェクタ３０内の圧力は、続いて行われる噴射イベントに対する圧力波の位相関係に従って、予想圧力よりも低いか或いは高い。いずれの場合でも、不適当で予想不能な量の燃料が送出される結果となり、トルク出力及びエミッションについても同様に予想不能な結果となる。
【００１７】
この現象により、送出された燃料の量に大きなエラーが生じる場合があり、こうしたエラーのため、受け入れ難いエミッション、騒音の増大、運転性の低下、性能の低下等が生じる。
【００１８】
これらの残留圧力波による望ましからぬ効果を減少するか或いはなくすための一つの知られている方法は、燃料システムの特定の位置にチューニングオリフィスを設け、噴射イベントにより生じる圧力波を減衰し、かくして波の伝播を妨げる工程を含む。しかしながら、この方法は、比較的限られたエンジン条件範囲及び噴射順序でしかチューニングオリフィスが有効でないため、融通性がない。詳細には、所与のエンジンで一つ以上の噴射戦略が使用される場合には、この方法の有効性は限定的である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
多数の噴射順序での圧力波の効果は、理論的には、エンジンの全速度−負荷レジームを細かい粒度でマッピングすることによって、及び手順での噴射持続時間を較正し、残留圧力波を補償することによって、補償できる。しかしながら、この方法は、極めて多くの労力を必要とする較正手順、並びにＥＣＵが大量のデータを記憶したり迅速に高速で検索することを必要とするため、実行不能である。更に、較正した噴射持続時間は、パイプの長さ及び製造許容差の些細な変化の影響を受け易い。
【００２０】
以上に対し、本発明を案出した。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明の第１の特徴によれば、内燃エンジン用燃料インジェクタにおいて、インジェクタ本体と、インジェクタ本体内に形成された、インジェクタの使用時に高圧燃料を収容する燃料供給通路と、使用時に通路内の燃料の圧力を計測するための圧力センサとを含み、圧力センサは、インジェクタ本体内に配置されており、使用時に通路内の燃料から分離されている、燃料インジェクタが提供される。例えば、通路は、少なくとも部分的にインジェクタ本体の壁によって形成されており、圧力センサは、燃料供給通路内の燃料から壁によって分離されている。
【００２２】
圧力センサは、インジェクタの使用時の燃料供給通路内の燃料の圧力により生じる、この燃料圧力と関連した、インジェクタ本体に加わる伸びを計測してもよい。この場合、圧力センサは歪みゲージを含んでいてもよい。更に、圧力センサは、燃料供給通路内の圧力により生じる、燃料供給通路内の圧力と対応するインジェクタ本体の全部又は一部の変位、撓み、又は変形に応答できる。
【００２３】
レール圧力センサ等の従来の「貫入型(intrusive)」 圧力センサとは異なり、本発明の燃料インジェクタに設けられた圧力センサは通路に貫入しておらず、圧力センサの一部が通路内の燃料によって濡らされることを必要としない。かくして、本発明による圧力センサは、「非貫入型(non-intrusive)」又は「乾式(dry)」圧力センサと考えることができる。
【００２４】
本発明は、更に、個々のインジェクタに貫入型圧力センサを設けることと比較した場合に多くの利点を提供する。本発明によれば、圧力センサは供給通路から分離されており、そのため、精密に機械加工したボア又はブリーチ(breach)をインジェクタ内の供給通路に設ける必要がない。このようなボアは、製造に費用がかかり、漏れを生じたり機械的な故障を引き起こしたり可能性がある箇所を提供する。更に、圧力センサには供給通路の高圧環境が加わらない。これにより、センサが機械的に故障する危険が低減し、センサを高圧に耐えるように設計又は製作する必要がないため、センサの価格を引き下げることができる。同様に、センサが耐漏型である必要がないため、圧力センサの設計を比較的簡単にでき、その結果、丈夫で低価格のデバイスとなる。例えば、高圧シールが必要とされない。
【００２５】
インジェクタ本体には、圧力センサを収容する、通路から分離された圧力センサキャビティが形成されている。一つの変形例では、圧力センサキャビティは、インジェクタのアクチュエータ用の電気接続部を収容する。このようにして、圧力センサ及びその関連した電気接続部又はハーネスを、アクチュエータ用の電気コネクタ又はヘッダと一体化できる。インジェクタ本体には、更に、アクチュエータキャビティが形成されていてもよく、圧力センサキャビティがこのアクチュエータキャビティと連通している。
【００２６】
圧力センサキャビティは、インジェクタの側部から内方に、又はインジェクタの端部から内方に延びている。圧力センサキャビティは、圧力センサと電気的に通信する電子式モジュールを収容していてもよい。
【００２７】
圧力センサは、インジェクタ本体内の任意の適当な位置に設けられていてもよい。一つの構成では、燃料供給通路及び圧力センサは、夫々、長さ方向中央軸線を形成し、これらの軸線が実質的に交差する。別の例では、燃料供給通路は、拡径断面積部分を含み、圧力センサは、燃料供給通路の部分と整合する。
【００２８】
一実施例では、インジェクタ本体には、外壁及び燃料供給通路を中心として外壁とは反対側の内壁が形成されており、圧力センサは、使用時に、燃料供給通路内の燃料から内壁によって分離されている。随意であるが、圧力センサの面は、供給通路の壁と平行に延びる。
【００２９】
インジェクタは細長く、長さ方向軸線を形成していてもよく、圧力センサは、インジェクタの長さ方向軸線と実質的に平行に延びる燃料供給通路の壁と協働してもよい。変形例では、細長いインジェクタに圧力センサが設けられ、この圧力センサは、インジェクタの長さ方向軸線を横切って延びる供給通路の壁と協働する。
【００３０】
圧力センサの応答を最適化するため、圧力センサの面は、燃料供給通路を形成する壁に当接してもよい。この目的のため、インジェクタは、面を壁に押し付けるクランプエレメントを含んでいてもよい。例えば、インジェクタ本体にはポートが形成されていてもよく、クランプエレメントは、ポート内でインジェクタ本体と螺合したプラグであってもよい。
【００３１】
クランプエレメントが設けられている場合には、圧力センサ用の電気接続部は、クランプエレメント内に収容されていてもよい。同様に、圧力センサと電気的に通信する電子式モジュールがクランプエレメント内に収容されていてもよい。
【００３２】
任意の適当な圧力センサを使用してもよい。圧力センサは、例えば、磁歪材料製コアを持つ磁歪圧力センサを含んでもよい。一実施例では、圧力センサは、全体にＩ字形状断面の回転体であるコアを有し、このコアは、磁歪材料製であってもよい。圧力センサは、インジェクタ本体と一体のコアを含んでもよい。この場合、圧力センサは、コア内の歪みの変化に応答する。
【００３３】
別の特徴では、本発明は、本発明の第１の特徴による、圧力センサを持つ燃料インジェクタを較正する方法を含む。この方法は、圧力センサの出力値を計測する工程と、出力値と対応する供給通路内の流体の圧力を決定する工程とを含む。出力値と対応する流体圧力をインジェクタのセンサ特性として記録する。センサ特性を、例えば、機械が読み取ることができるバーコード等のデータフォーマット、又は人間のオペレータが読み取るための英数字コード等でエンコードしてもよい。
【００３４】
流体は、例えば、空気等の気体であってもよいし、オイルや燃料等の液体であってもよい。方法は、圧力センサの複数の出力値を計測する工程と、これらの複数の出力値の各々について供給通路内の対応する流体圧力を決定する工程とを含んでいてもよい。このようにして、圧力センサの較正曲線を得ることができる。
【００３５】
インジェクタの較正は、製造後に、しかしエンジンへの設置前に行われる。較正を行う目的のため、供給通路に一つの既知の圧力の、又は一連の既知の圧力の流体を供給する。出力値と対応する流体圧力をインジェクタのセンサ特性として記録し、センサ特性を、例えば、機械が読み取ることができるバーコード等のデータフォーマット、又は人間のオペレータが読み取るための英数字コード等でエンコードしてもよい。
【００３６】
本発明は、更に、本発明の第１の特徴による燃料インジェクタを含み、圧力センサが設けられたエンジンの制御ユニットのプログラム方法を含む。この方法は、燃料インジェクタを上文中に説明したように較正する工程と、例えばエンコードしたセンサ特性を読み取ることによって、記録されたセンサ特性を制御ユニットに入力する工程とを含む。
【００３７】
別の特徴では、本発明は、内燃エンジン用燃料噴射システムにおいて、複数の燃料インジェクタと、使用時に燃料インジェクタに燃料を供給するように構成されたアキュムレータと、使用時に燃料システム（例えば燃料インジェクタ／アキュムレータ）内の燃料の圧力を計測するための少なくとも一つの圧力センサと、液圧挙動分布を形成し、この液圧挙動分布を使用し、噴射イベント中のインジェクタ内の燃料圧力を予測し、制御信号を燃料インジェクタに供給して、噴射イベント中に噴射される燃料の量を予測燃料圧力に従って制御するため、少なくとも一つの圧力センサから圧力信号を受け取るように形成された制御ユニットとを含む、内燃エンジン用燃料噴射システムを提供する。
【００３８】
制御ユニットは、少なくとも一つの圧力センサから圧力信号をサンプリングし、液圧挙動分布を形成するように繰り返しプログラムされるプロセッサを含んでいてもよい。別の態様では、制御ユニットは、液圧挙動モデルを記憶するためのメモリーと、液圧挙動分布を記憶されたモデルに適用し、噴射イベント中に燃料インジェクタに作用する燃料圧力を予測するようにプログラムされたプロセッサとを含んでいてもよい。
【００３９】
別の特徴では、本発明は、噴射イベント中の燃料噴射システムの燃料インジェクタの燃料圧力特性を予測する方法において、噴射イベント前に燃料噴射システム内の燃料圧力特性を計測する工程と、計測した燃料圧力特性を使用し、噴射イベント中の燃料インジェクタの予測された燃料圧力特性を決定する工程とを含む、方法を提供する。又、燃料圧力特性は、噴射イベント前に圧力センサに繰り返し呼掛けることによって計測されてもよく、計測された燃料圧力特性には、一連の燃料圧力値が含まれる。
【００４０】
燃料圧力特性は、燃料インジェクタ内で、例えば燃料噴射システムの燃料インジェクタを本発明の第１の特徴に従って形成したときに計測されてもよい。別の態様では、燃料圧力特性は、燃料噴射システムの燃料インジェクタの上流の位置で計測されてもよく、例えば燃料インジェクタの上流のアキュムレータ内で計測されてもよい。
【００４１】
前記少なくとも一つの燃料圧力センサは、アキュムレータ内の燃料の圧力を感知するため、アキュムレータ内に配置された圧力センサであってもよく、又は、上文中に説明したように、各インジェクタに燃料圧力センサが設けられていてもよい。この場合、複数のセンサが設けられる。
【００４２】
一つの変形例の方法では、計測された燃料圧力特性を液圧挙動モデルに入力し、噴射イベント中の燃料インジェクタの予測燃料圧力特性を決定する。予測燃料圧力特性は、噴射イベント中の燃料インジェクタ内の予測平均燃料圧力を含む。
【００４３】
更に、本方法は、制御信号を燃料インジェクタに供給し、噴射イベント中に噴射される燃料の量を、予測燃料圧力特性に従って制御する工程を含んでいてもよい。
本発明のこの特徴により、例えば、所望量の燃料を送出するために必要とされる噴射イベントの持続時間に亘って正確な値を決定するために「圧力−時間」原理内で予測燃料圧力特性を使用できる。この目的のため、本発明は、公称燃料噴射要求を補正する方法において、燃料圧力特性を上文中に説明したように予測する工程と、噴射イベント中の予測された燃料圧力特性に基づいて補正ファクタを計算する工程と、補正ファクタを公称燃料噴射要求に適用し、噴射イベント中の燃料圧力の変化を補償する工程とを含む、方法を提供する。公称燃料噴射要求は、例えば、燃料インジェクタの燃料圧力特性が、インジェクタの上流のアキュムレータ内の燃料の公称圧力と等しい一定の圧力である場合、所望量の燃料を送出するのに必要とされる燃料噴射イベントの持続時間を含む。
【００４４】
従って、本発明は、更に、公称燃料噴射要求をエンジン作動パラメータに従って決定する工程と、公称燃料噴射要求を上文中に説明した方法に従って補正する工程とを含む、方法を含む。
【００４５】
燃料インジェクタに圧力センサが設けられている場合には、これらの圧力センサによって計測された局所的燃料圧力を使用してアキュムレータ内の燃料の圧力を推算でき、及びかくしてアキュムレータ内の燃料アキュムレータを制御するフィードバックループに入力を提供する。かくして、別の特徴では、本発明は、燃料噴射システムのアキュムレータ内の燃料の圧力を推算する方法に関する。この方法は、アキュムレータに連結された複数の燃料インジェクタ内の局所的燃料圧力を計測する工程と、計測した局所的燃料圧力の平均値を計算し、アキュムレータ内の燃料アキュムレータを推算する工程とを含む。
【００４６】
計測された局所的燃料圧力の平均値を計算するための任意の適当な戦略を使用してもよい。例えば、方法は、噴射システムの液圧特性を考慮に入れるため、計測された局所的燃料圧力に重きを置いてもよい。
【００４７】
本発明の別の特徴により、センサ故障に対する或る程度の耐久性を提供できる。燃料噴射システムのアキュムレータ内の燃料の圧力を推算する方法を考えると、この方法は、アキュムレータに連結された複数の燃料インジェクタ内の局所的燃料圧力を計測する工程と、複数のインジェクタのうちの一つのインジェクタからの圧力信号がエラーであることを検出する工程と、エラーである圧力信号をアキュムレータ内の燃料の圧力の計算から除外する工程とを含む。かくして、インジェクタの圧力センサが故障した場合でも、アキュムレータ内の燃料の圧力の概算を行うことができる。
【００４８】
本発明の別の特徴では、燃料圧力センサの出力のエラーを補償する方法において、燃料圧力センサの平均出力を決定する工程と、燃料圧力センサの平均出力を基準値と比較する工程と、燃料圧力センサの平均出力が、基準値から、所定の第１閾値よりも大きく異なる場合に、燃料圧力センサの出力に所定の補償オフセットを適用する工程とを含む、方法が提供される。
【００４９】
このようにして、センサのドリフト、オフセット不正確性、較正エラー、及びセンサ出力におけるこの他の系統的変化を補正でき、又は補償できる。
方法は、記憶された補償オフセット、例えば燃料センサの出力におけるエラーを漸次補正するための所定の値を検索する工程を含んでいてもよい。別の変形例では、方法は、燃料圧力センサの平均出力と基準値との間の差を計算する工程と、差を燃料圧力センサの出力に補正オフセットとして適用する工程とを含む。この場合、方法は、更に、補償オフセットを記憶する工程を含む。
【００５０】
燃料圧力センサの出力におけるエラーを補償するための方法は、エラーを補償するための適合的又は漸次戦略を含んでいてもよい。一つのこのような例では、方法は、補償オフセットの適用後、燃料センサの平均出力を決定する工程と、燃料圧力センサの平均出力を基準値と比較する工程と、燃料圧力センサの平均出力が、基準値から、所定の第２閾値よりも大きく異なる場合に、燃料圧力センサの出力に更なる補償オフセットを適用する工程とを含む。
【００５１】
方法は、記憶された基準値を検索する工程を含む。例えば、基準値は、メモリーに記憶された所定値であってもよい。方法の変形例では、一つ又はそれ以上の更なる燃料圧力センサの平均出力を使用して基準値を計算する。
【００５２】
また、センサ故障に対する或る程度の耐久性を、燃料噴射システムの燃料インジェクタの噴射イベント中の燃料圧力特性を予測する方法を含む、本発明の別の特徴に従って提供できる。この方法は、噴射イベント前に複数の燃料インジェクタ内の燃料圧力特性を計測する工程と、複数の燃料インジェクタのうちの一つの燃料インジェクタから、エラーである圧力信号を検出する工程と、燃料圧力特性の予測からエラーである圧力信号を除外する工程とを含む。
【００５３】
妥当な燃料特性の予測を行うことができるように、方法は、予測燃料圧力特性を複数の燃料インジェクタのうちの他の燃料インジェクタから送出する工程と、この特性を、エラーである圧力信号が検出されたインジェクタに適用する工程とを含む。
【００５４】
別の特徴では、本発明は、内燃エンジン用燃料噴射システムにおいて、本発明の第１の特徴による複数の燃料インジェクタを含み、これらの燃料インジェクタの各々は圧力センサを有し、更に、使用時に燃料インジェクタに燃料を供給するように構成されたアキュムレータと、燃料インジェクタの圧力センサから圧力信号を受け取って、制御信号を燃料インジェクタに供給し、燃料の噴射を制御するように構成された制御ユニットとを有する、システムを提供する。
【００５５】
レール燃料圧力センサを設ける必要がなく、そのため、レール圧力センサ自体の費用、及びレール圧力センサを取り付けるためにボアを燃料レールに精密に機械加工するための費用がない。更に、センサを受け入れるのに必要な燃料レールのブリーチをなくすことによって、その場所での燃料漏れ及び機械的故障の危険がなくなる。
【００５６】
燃料噴射システムは、アキュムレータ内の燃料を加圧するためのポンプと、アキュムレータ内の燃料圧力を制御するためのアキュムレータ圧力制御バルブとを含んでいてもよい。ポンプ及びアキュムレータ制御バルブは、両方とも、制御ユニットの制御下にある。このようにして、圧力センサ、ポンプ、圧力制御バルブ、及び制御ユニットは、組み合わせで、アキュムレータ内の燃料の圧力を制御できる。
【００５７】
各インジェクタ内に燃料圧力センサを設けることによって、各インジェクタ内の燃料圧力の計測値を得ることができ、これを制御ユニット即ちＥＣＵに入力する。ＥＣＵは、計測によって得られたこれらのインジェクタ燃料圧力値を使用し、各噴射イベントの噴射持続時間を計算できるのであって、従来のシステムにおけるようにインジェクタから遠方のレール燃料圧力の計測値に基づく推算インジェクタ燃料圧力を使用するのではない。このようにして、噴射イベント時に送出される燃料の量を更に正確に予測でき且つ制御できる。
【００５８】
従って、制御ユニットは、圧力センサから圧力信号を受け取って液圧挙動分布を形成し、この液圧挙動分布を使用して噴射イベント中のインジェクタ内の燃料圧力を予測し、燃料インジェクタに制御信号を供給し、噴射イベント中に噴射される燃料の量を予測燃料圧力に従って制御する。
【００５９】
この目的のため、制御ユニットは、圧力センサから圧力信号を繰り返しサンプリングし、液圧挙動分布を形成するようにプログラムされたプロセッサを含んでいてもよい。一つの変形では、制御ユニットは、液圧挙動モデルを記憶するためのメモリーと、記憶されたモデルに液圧挙動分布を適用し、噴射イベント中にインジェクタ内に作用する燃料圧力を予測するようにプログラムされたプロセッサとを含む。
【００６０】
別の特徴では、本発明は、燃料噴射方法において、燃料圧力計測値によって液圧挙動分布を形成する工程と、この液圧挙動分布を使用し、噴射イベント中に燃料インジェクタ内に作用する燃料圧力を予測する工程と、制御信号を燃料インジェクタに供給し、噴射イベント中に噴射される燃料の量を予測燃料圧力に従って制御する工程とを含む、燃料噴射方法に関する。
【００６１】
続いて行われる噴射イベント中に亘って燃料インジェクタ内に作用する燃料圧力をこのように予測することによって、噴射イベント中に噴射される燃料の量を、この他の方法で可能であるよりも正確に制御でき、全てのエンジン作動条件及び噴射戦略について制御を正確に行うことができる。
【００６２】
随意であるが、液圧挙動分布は、燃料圧力を繰り返しサンプリングすることによって形成される。この方法は、記憶された液圧挙動モデルを検索する工程と、記憶されたモデルに液圧挙動分布を適用し、噴射イベント中に燃料インジェクタ内に作用する燃料圧力を予測する工程とを含んでいてもよい。
【００６３】
方法の一つの変形は、使用時に複数の燃料インジェクタに燃料を供給するように形成されたアキュムレータ内の燃料圧力を計測することによって液圧挙動分布を形成する工程と、噴射イベント中に複数の燃料インジェクタ内に作用する燃料圧力を液圧挙動分布を使用して予測する工程と、複数の燃料インジェクタを制御し、噴射イベント中に噴射される燃料の量を予測燃料圧力に従って制御する工程とを含む。
【００６４】
別の特徴では、本発明には、少なくとも一つのコンピュータプログラムソフトウェア部分を含むコンピュータプログラム製品が含まれる。このコンピュータプログラムソフトウェア部分は、実施環境で実施したとき、上文中に説明した本発明による方法のうちの任意の方法を実行するように作動できる。コンピュータプログラム製品は、更に、コンピュータプログラムソフトウェア部分又は各コンピュータプログラムソフトウェア部分を記憶したデータ記憶媒体を含む。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】図１は、上文中に論じた周知のコモンレール燃料噴射システムの概略図である。次に、本発明の好ましい実施例を、同様の特徴に対して同様の参照番号を使用した残りの図を参照して単なる例として説明する。
【図２】図２は、本発明による燃料インジェクタの第１実施例の側面図である。
【図３】図３は、図２の燃料インジェクタの長さ方向拡大部分断面図である。
【図４】図４は、本発明による燃料インジェクタの第２実施例の長さ方向部分断面図である。
【図５】図５は、図４の燃料インジェクタの断面図である。
【図６】図６は、本発明による燃料インジェクタの第３実施例の長さ方向部分断面図である。
【図７】図７は、図２乃至図６に示す燃料インジェクタのうちの任意の燃料インジェクタを組み込んだ、本発明によるコモンレール燃料噴射システムの概略図である。
【図８】図８は、本発明による燃料インジェクタの較正方法のフローチャートである。
【図９】図９は、図８の方法を実施するように構成された装置の概略図である。
【図１０】図１０は、ＥＣＵを圧力センサ較正情報でプログラムする方法のフローチャートである。
【図１１】図１１は、図１０の方法を実施するように構成された装置の概略図である。
【図１２】図１２は、燃料圧力センサの出力のエラーを補償するための方法のフローチャートである。
【図１３】図１３は、本発明による燃料噴射方法の第１表現のフローチャートである。
【図１４】図１４は、図１３の方法を実施するように構成された図７の燃料噴射システムのエレメント、特にＥＣＵ及び燃料インジェクタの概略図である。
【図１５】図１５は、燃料インジェクタ内の燃料圧力センサ出力（縦軸）を時間（横軸）に対してとった、燃料圧力の経時的発展を示す概略図である。
【図１６】図１６は、エラー信号が検出された場合の燃料インジェクタの燃料圧力特性を予測する方法のフローチャートである。
【図１７】図１７は、本発明による別の燃料噴射方法のフローチャートである。
【図１８】図１８は、図１７の方法を実施するように構成された、燃料レール圧力センサを装着した燃料レールを含む燃料噴射システムのエレメントの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００６６】
図２及び図３は、本発明の第１実施例による例示の燃料インジェクタ４６を示す。図２は、細長いインジェクタ４６の側面図であり、その長さ方向軸線４８を示す。図３は、インジェクタ４６の長さ方向軸線４８と平行なインジェクタ４６の長さ方向拡大詳細断面図である。
【００６７】
インジェクタ４６は、全体に円筒形のインジェクタ本体５０を含む。このインジェクタ本体５０は、使用時に、内燃エンジンのシリンダへッドを通って延びる。インジェクタ本体５０の上部分には、コモン燃料レール（図示せず）から高圧燃料を受け取る燃料入口５２が設けられている。インジェクタ本体５０の下部分には、燃料をエンジンの燃焼室内に噴射するように形成されたノズル５４が設けられている。
【００６８】
燃料インジェクタの技術分野で知られているように、ノズル５４には、二つの位置の間で移動自在のバルブニードルが収容されている。第１位置即ち閉鎖位置では、ニードルはノズル５４の着座面に当たってシールし、燃料がノズル５４に設けられた一つ又はそれ以上のオリフィスを通って流れないようにする。第２位置即ち閉鎖位置では、燃料がオリフィス又は各オリフィス５６を通って流れることができるように、バルブニードルは着座面から引っ込められている。バルブニードルは、内方に開放する種類であってもよいし、外方に開放する種類であってもよい。バルブニードル及び着座面は添付図面には示してないが、本譲受人の米国特許第６，２３４，４０４号及び第７，１５９，７９９号に示された構成を備えていてもよい。出典を明示することにより、これらの特許文献に開示された全ての内容は本明細書の開示の一部とされる。
【００６９】
インジェクタ本体５０の中央部には、バルブニードルを制御するためのアクチュエータが収容されている。アクチュエータは、例えば、圧電アクチュエータであってもよいしソレノイドアクチュエータであってもよい。電気信号がアクチュエータの電極に加わることによりアクチュエータが賦勢されたとき、アクチュエータの一部又は全体に長さ方向伸びが加わり、又は長さ方向に変位する。再度申し述べると、このようなアクチュエータは、上掲の本譲受人の米国特許を含む当該技術分野で知られており、添付図面には示さない。
【００７０】
アクチュエータの賦勢又は消勢によるアクチュエータの伸び又は変位により、ニードルの開放移動又は閉鎖移動が行われるように、アクチュエータとバルブニードルとの間にカップリングが設けられている。カップリングは、例えば、アクチュエータとバルブニードルとの間の機械的連結部を含んでいてもよい。カップリングは、その代わりに、液圧式カップリングを含んでいてもよい。その場合、アクチュエータの作動によりバルブニードルと関連したチャンバ内で圧力変化が生じ、ニードルに開放力又は閉鎖力を提供する。
【００７１】
アクチュエータは、インジェクタ本体５０のチャンバ５８内に収容されている。アクチュエータへの電気的接続部は、代表的にはブレード端子の形態であり、別のチャンバ又は端子キャビティ６０内に配置される。ポート６２がインジェクタ４６の外面からインジェクタ本体５０内に延びており、端子キャビティ６０と連結し、電気的接続部に対してアクセスを提供する。
【００７２】
本発明のこの第１実施例では、インジェクタ４６には、圧力センサ６４が設けられている。圧力センサ６４は、端子キャビティ６０内に収容されている。圧力センサ６４への電気的接続部はポート６２によって提供され、そのため、アクチュエータ及び圧力センサ６４への電気的接続部を、端子キャビティ６０に嵌着した単一のコネクタ（図示せず）に設けることができる。これらの電気的接続部により、信号を圧力センサ６４からＥＣＵに伝達できる。圧力センサ６４は、圧力センサ６４の出力信号を調整するための電子回路を備えていてもよい。
【００７３】
高圧燃料を燃料入口５２からノズル５４まで通すことができるように、導管即ち供給通路６６がインジェクタ本体５０に設けられている。供給通路６６の壁６８はインジェクタ本体５０と一体であり、この壁が、供給通路６６を、インジェクタ本体５０内の他の通路及び例えば端子キャビティ６０等のキャビティから分離する。かくして、壁６８は、インジェクタ４６の使用時に高圧燃料を供給通路６６内に保持する。
【００７４】
更に、余分の燃料を燃料タンク又は他のリザーバに戻すため、リターン即ち後方漏れ通路７０がインジェクタ本体５０内に設けられている。燃料リターンパイプをインジェクタ４６に連結できるように、後方漏れポート即ちリターンポート７２がインジェクタ本体５０の上部分に設けられている。
【００７５】
使用時には、供給通路６６は、レールから燃料入口５２を通過した高圧燃料で充填されている。供給通路６６内の圧力は、インジェクタ本体５０に歪みを生じ易い。供給通路６６内の燃料圧力が変化すると、これと対応して、インジェクタ本体５０の歪みも変化する圧力センサ６４は、インジェクタ本体５０内の歪みの変化、詳細には圧力センサ６４を供給通路６６から分離する壁６８の一部の歪みの変化に応答するように形成されている。このようにして、圧力センサ６４は供給通路６６内の燃料の圧力と対応する出力信号を提供する。
【００７６】
圧力センサ６４が供給通路６６から壁６８によって分離されているため、圧力センサ６４は、燃料で濡らされることがない。このようにして、圧力センサ６４は、供給通路６６内の高圧環境に直接的に曝されることはなく、耐漏性である必要がない。更に、供給通路６６には、圧力センサが供給通路６６内の燃料と直接的に接触する場合に必要とされるポートや導管等の中断部が設けられていない。従って、供給通路６６のこのような中断部と関連した漏れや破損の危険がない。
【００７７】
図４は、本発明の第２実施例による燃料インジェクタ７４の一部の長さ方向部分断面図であり、図５は、長さ方向に対して垂直な、図４のインジェクタ７４の断面図である。第２実施例の燃料インジェクタ７４の構造は、第１実施例と同様であり、相違点のみを以下に詳細に説明する。
【００７８】
この実施例では、圧力センサはインジェクタ本体の端子キャビティ内に配置されていない。その代わり、インジェクタ本体７６に、燃料入口５２と近接してセンサチャンバ７８が設けられている。ポート８０がセンサチャンバ７８からインジェクタ７４の外面まで延びている。磁歪圧力センサ８２がセンサチャンバ７８内に配置されている。
【００７９】
図５に最も明瞭に示すように、圧力センサ８２は、インジェクタ本体７６内に形成された壁６８によって高圧燃料供給通路６６から分離されている。このようにして、圧力センサ８２は、供給通路６６の領域でのインジェクタ本体７６の歪みの影響を受ける。圧力センサ８２は、更に、後方漏れ通路７０の近くに配置されているけれども、後方漏れ通路７０内の燃料圧力は低く、インジェクタ本体７６に大きな歪みを何ら生じない。
【００８０】
センサ８２は、磁歪材料製のスラグ又はコア８４を含む。コア８４の全体形状は、図４に最も明瞭に示すように、Ｉ字形状断面の回転円筒体である。コア８４は、ポート８０に近い基端面８６、及び供給通路６６に近く、壁６８に当接する先端面８８を含む。かくして、コア８４の先端面８８は、供給通路６６に近いセンサチャンバ７８の端部に当接する。コア８４の円筒体の軸線は、インジェクタ７４の長さ方向軸線に対して垂直方向に延びる。そのため、コア８４の先端面８８は、供給通路６６と平行である。
【００８１】
Ｉ字形状断面のコア８４の小径部分即ちネックの周囲にコイル９０が巻き付けてある。コア８４の基端には、傾斜した第１部分９４及びコア８４の円筒体の軸線と平行な第２部分９６を持つ溝９２が設けられている。溝９２の傾斜部分９４の一端は、コア８４の小径部分と交差し、溝９２はコア８４の基端面８６まで延びている。基端面８６には、中央ランド即ち突出部９８が設けられており、溝９２の第２部分９６は突出部９８内を延び、Ｕ字形状チャンネルを形成する。コイル９０からの接続ワイヤ１００がコア８４からポート８０まで溝９２を通って延びている。
【００８２】
ターミナルソケット１０２の形態の電気的接続部がポート８０内に配置されている。その結果、適当なコネクタ（図示せず）によってセンサ８２をエンジンのＥＣＵに接続できる。ターミナルソケット１０２は、接続ワイヤ１００に接続され、セラミック材料等の絶縁体１０６によってクランプねじ１０４内に支持される。クランプねじ１０４は、ポート８０に設けられた内ねじと螺合する外ねじを備えた環状プラグを含む。
【００８３】
クランプねじ１０４は、コア８４の先端面８８がセンサチャンバ７８の端部にしっかりと押し付けられるように、センサ８２のコア８４に軸線方向力を及ぼす。このようにして、供給通路６６内の燃料圧力による、この圧力と対応する、センサ８２と隣接したインジェクタ本体７６の歪み、詳細には壁６８の歪みにより、センサ８２のコア８４が変形する。コア８４の透磁性は、加えられた応力に応じて変化する。かくして、インジェクタ本体７６の歪みが変化すると、これと対応するセンサ８２のコア８４の変形により、その透磁性が変化する。電気的接続部１０２を介してコイル９０のインダクタンスを計測することにより、供給通路６６内の燃料圧力により生じる、この燃料圧力と関連したインジェクタ本体７６の歪み、及び詳細には壁６８の歪みの変化を検出できる。
【００８４】
図６は、本発明の第３実施例による燃料インジェクタ１０８の部分の長さ方向断面図を示す。本発明の第３実施例は、燃料供給通路、入口ポート、及び圧力センサの構成を除き、第１及び第２の実施例と同様である。
【００８５】
図６は、ノズルとは反対側の燃料インジェクタ１０８の最も上側の部分だけを示す。供給通路１１０がインジェクタ本体１１２内を延びており、この供給通路１１０は長さ方向部分１１４及び傾斜部分１１６を含む。これらの二つの部分１１４、１１６はエルボ１１８のところで出会う。供給通路１１０の長さ方向部分１１４は、エルボ１１８からノズル（図示せず）に向かって延びる。通路１１０の傾斜部分１１６は、エルボ１１８から、インジェクタ１０８の幅を横切ってインジェクタ１０８の外側面まで延びており、入口ポート１２０を形成する。本発明の第１及び第２の実施例と異なり、この第３実施例では、入口ポート１２０は頂部でなくインジェクタ１０８の側部に設けられている。
【００８６】
センサチャンバ１２２がインジェクタ本体１１２内に、供給通路１１０の傾斜部分１１６の上方に設けられている。ねじ山を備えたポート１２４がセンサチャンバ１２２をインジェクタ１０８の最も上側の頂面に連結する。本発明の第２実施例におけるのと同様に、コア８４及びコイル９０を含む磁歪圧力センサ８２がセンサチャンバ１２２に設けられる。
【００８７】
コア８４の先端面８８は、燃料供給通路１１０の傾斜部分１１６の領域１２６の近くに配置される。傾斜部分１１６はこの領域１２６に拡径部分を有する。拡径領域１２６には、例えば、フィルタ又は流れ調整デバイス（図示せず）が収容される。圧力センサ８２は、コア８４の先端面８８が、センサ８２と近接した拡径領域１２６の側壁と平行であるように、インジェクタ１０８の長さ方向に対して傾斜している。
【００８８】
圧力センサ８２は、ポート１２４に配置したクランプねじ１２８によって所定位置に保持される。上述の実施例と同様に、ターミナルソケット１０２がクランプねじ１２８の中央部分に、絶縁体製のプラグ１０６内に設けられている。この実施例では、クランプねじ１２８は、コア８４の基端面８６に当接してコア８４にクランプ力を提供するチューブ状前方延長部を有する。チューブ状前方延長部内に、コア８４の基端面８６と絶縁プラグ１０６との間に円筒形スペーサ１３０が設けられており、接続ワイヤ１３２がコイル９０からスペーサ１３０を通ってターミナルソケット１０２まで延びている。スペーサ１３０は、圧力センサ８２用の信号調整電子装置を提供するように、電子式モジュールを収容していてもよい。
【００８９】
本発明の第２実施例におけるのと同様に、圧力センサ８２は、インジェクタ１０８の本体１１２の歪みの変化、詳細には、供給通路１１０内の燃料圧力の変化により生じる供給通路１１０の壁６８の歪みの変化に応答する。
【００９０】
所与の燃料圧力について、インジェクタ１０８の本体１１２の歪みは、供給通路１１０の拡径領域１２６の近くで、通路１１０の直径が拡大されていない供給通路１１０の領域の近くよりも大きい。かくしてセンサ８２を拡径領域１２６の近くに位置決めすることによって、圧力センサ８２の応答を最適化する。
【００９１】
本発明の燃料インジェクタに対する多くの変形及び変更が可能である。このような変更の幾つかを以下に単なる例として説明する。
インジェクタ本体に設けられた圧力センサは、任意の適当な種類であってもよい。例えば、本出願人の米国特許第７，２３４，３６１号及び第７，１４６，８６６号又は本出願人の米国特許出願第２００６／００１６２７７号に記載された種類のうちの任意のセンサと対応する磁歪センサが設けられていてもよい。出典を明示することにより、これらの文献に開示された全ての内容は本明細書の開示の一部とされる。センサのコアをインジェクタ本体と一体化してもよいと考えられる。
【００９２】
上文中に説明した磁歪センサの代わりに、圧電圧力センサ又は圧電抵抗圧力センサを使用してもよい。圧力センサは、インジェクタ本体の静的歪の大きさと関連した出力信号を発生する。これは、圧力センサが圧電抵抗歪ゲージ(piezoresistive strain gauge) を含む場合である。その代わり、例えば圧力センサが圧電歪ゲージ(piezoelectric strain gauge)を含む場合、圧力センサの出力は歪みの動的変化としか関連しない。
【００９３】
圧力センサ信号の温度補償を行うのが望ましく、磁歪センサを使用する場合、温度補償は、例えば、本出願人の米国特許出願第２００７／００９６７２４号に記載された種類の方法によって行うことができる。出典を明示することにより、この出願に開示された全ての内容は本明細書の開示の一部とされる。
【００９４】
圧力センサがインジェクタの端子キャビティ内に設けられている場合には、センサへの電気的接続部は、アクチュエータへの電気的接続部と別であってもよいし、又はこの電気的接続部と一体であってもよい。一つの変形例では、圧力センサをアクチュエータの電気的接続部と一体化する。これらの方法において、センサへの電気的接続部は特に簡単である。
【００９５】
インジェクタ本体は、幾つかの個々の構成要素を含んでいてもよい。例えば、インジェクタ本体の別々の区分が、ニードル、アクチュエータ、アクチュエータとニードルとの間のカップリング、電気的接続部等を収容していてもよい。これらの区分は、外シース又はハウジングによって互いにクランプされていてもよい。インジェクタ本体が二つ又はそれ以上の個々の構成要素又は区分で形成されている場合には、圧力センサは、一つ又はそれ以上の構成要素を通って延びる供給通路内の燃料の圧力によって変位が生じ、又はこのような変位が燃料の圧力と関連している場合、二つの構成要素の相対的変位に応答してもよいと考えられる。
【００９６】
インジェクタ本体内のセンサの位置は、上文中に説明した位置と異なっていてもよいということは理解されよう。確かに、センサの位置は、供給通路内の燃料圧力により生じるインジェクタ本体の歪み、変形、又は撓みをセンサが検出できるのであれば、インジェクタ本体内のどこに設けられていてもよい。このようにして、本発明は、構成要素が様々な構成の燃料インジェクタで使用でき、これらのインジェクタは、上文中に説明したのとは異なる態様で作動する。
【００９７】
エンジンの個々のインジェクタの各々に複数の燃料圧力センサを設けることによって、本発明は、燃料インジェクタの作動中に燃料インジェクタ内に存在する燃料圧力を連続的に監視し追跡することができる。このようにして、噴射イベントの発生時に燃料の圧力を正確に決定でき、そのため、噴射された燃料の量の制御を、従来のインジェクタ制御システムと比較して改善できる。
【００９８】
次に、内燃エンジンの燃料インジェクタの、本発明による様々な作動方法及び制御方法を説明する。
図７は、本発明による燃料噴射システム１５０を示す。燃料噴射システム１５０は、上文中に説明した燃料圧力センサが各燃料インジェクタ１５２に一体に設けられており、ＥＣＵ１５４が各燃料インジェクタ１５２の圧力センサから信号を受け取ることを除き、図１に示す従来のシステムと同様である。
【００９９】
図１を参照して上文中に説明したのと同様の燃料噴射システム１５０の構成要素には、図１の構成要素と同様の参照番号が付してある。
インジェクタ１５２の供給通路内の燃料の圧力についての値を得るため、インジェクタ１５２の圧力センサからの出力信号をＥＣＵ１５４によって評価する。ＥＣＵ１５４には較正曲線が記憶されており、この曲線が、圧力センサからの信号の値を供給通路内の燃料圧力についての対応する値と関連付ける。
【０１００】
較正曲線は、例えば、燃料供給通路内の圧力を直接的に監視する圧力センサが貫入的に装着されたインジェクタを試験することによって得られた曲線であってもよい。
較正曲線を得るための別の方法を図８に示す。図９は、図８の方法を実施するのに適した装置を示す。この場合には、センサ特性又は較正曲線は、個々のインジェクタ１５２を、その製造後に、例えば、流体供給装置４１２によって既知の流体圧力を供給通路に加え（図８の工程４００）、インジェクタ１５２の圧力センサ１５８の出力値を計測し（図８の工程４０２）、データレコーダー４１４を使用して出力値及び流体圧力をセンサ特性として記録する（図８の工程４０４）ことによって、得られる。次いで、圧力センサ１５８の別の出力値の計測及び記録を行うため、供給通路内の流体圧力を別の既知の値に対して調節する（図８の工程４０８）。所定数の構成値が記録された後（図８の工程４０６）、エンコーダ４１６を使用してセンサ特性をエンコードする（図８の工程４１０）。
【０１０１】
図１０は、燃料噴射システムのＥＣＵを較正情報でプログラムするための方法を示し、図１１は、図１０の方法を実施するのに適した装置の概略図である。随意であるが、較正曲線及び他のセンサ特性を機械で読み取ることができるフォーマットでエンコードし、例えば、図１１に示すように燃料インジェクタ１５２に、又はインジェクタのパッケージに印刷した二次元バーコード４１８として燃料インジェクタ１５２に提供する。次いで、エンコードしたデータ４１８を読取機４２０で読み取り（図１０の工程５００）、デコーダー４２２でデコーディングし（図１０の工程５０２）、較正曲線を含むセンサ特性を決定する。次いで、エンジンの組み立て中又はインジェクタの交換時にセンサ特性をＥＣＵ１５４に入力する（図１０の工程５０４）。
【０１０２】
図７を再度参照すると、噴射イベント中に燃焼室に送出された燃料の量は、オリフィスと隣接した、夫々のインジェクタ１５２のノズルのチップでの燃料の圧力と関連する。従って、理想的には圧力センサはノズルのチップの近くに配置される。しかしながら、本発明では、圧力センサを、ノズルチップから離れた所定位置の供給通路の近くに配置する方が便利である。その場合、ＥＣＵ１５４は、圧力センサ信号に補正ファクタを適用し、供給通路内の燃料圧力を評価する。補正ファクタは、例えば、圧力センサ近傍とノズルチップとの間の供給通路での動的圧力損失を考慮に入れてもよい。
【０１０３】
エンジンの通常の作動中、各インジェクタ１５２と関連した圧力センサは、それらの夫々の信号をＥＣＵ１５４に提供する。各信号は、一つのインジェクタ１５２の瞬間的な局所的圧力と対応する。これらの信号を合わせて考えたとき、これらの局所的圧力の時間平均は、センサのドリフト、構成エラー、又はオフセット誤差のため、互いに僅かに変化する。
【０１０４】
ＥＣＵ１５４は、このようなエラーに対し、例えば図１２に示す適合学習法(adaptive learning method)によって補正を行うことができる。図１２の工程６００では、センサからの出力を計測し、工程６０２において、平均的センサ出力を平均的局所的圧力として決定する。工程６０４において、ＥＣＵ１５４は、インジェクタ１５２について記録された平均的局所的圧力を、基準値、例えば他のインジェクタ１５２の各々のセンサが記録した平均的局所的圧力と比較する。図１２の工程６０６では、二つの局所的圧力値の間の差が所定の閾値よりも大きい場合、ＥＣＵ１５４は、図１２の工程６０８で、エラーを含む読みを発生するインジェクタ１５２からのセンサ信号に補正オフセットを適用することによって応答する。平均的局所的圧力の比較を再び行う。それでも差が閾値よりも大きい場合には、別の補正オフセットを適用し、差が閾値よりも下に低下するまでこのプロセスを繰り返す。この工程では、補正オフセットはＥＣＵ１５４に記録されており、その後、後に行われる計算で使用するため、対応するインジェクタ１５２からの信号に適用される。
【０１０５】
噴射イベントによる液圧の乱れのため、瞬間的噴射圧力もまた、夫々のインジェクタによって異なる。例えば、第１インジェクタが噴射を行うとき、当該インジェクタで局所的圧力が急速に低下する。第２インジェクタの圧力は比較的ゆっくりとした速度で低下する。これは、圧力降下が第１インジェクタから燃料レールを通って第２インジェクタまで伝達するのに幾らかの時間を要するためである。
【０１０６】
図７に示す実施例では、システム１５０の燃料レール１５６に圧力センサが設けられていない。従って、このようなセンサのために燃料レールにポートを設ける必要がない。燃料レール１５６内の平均圧力は、個々のセンサ１５２からの局所的圧力値の適当な平均を計算することによってＥＣＵ１５４で推算される。このようにして、高圧燃料ポンプ入口計量バルブ４０及び燃料レール圧力制御バルブ４２を、ＥＣＵ１５４によって、推算した燃料レール圧力を使用して制御できる。
【０１０７】
インジェクタ１５２と関連した圧力センサの一つが故障した場合、ＥＣＵ１５４は、多くの信号をチェックすることによって故障を検出でき、推算レール燃料圧力を計算するためのこの先の計算から当該センサを除外できる。このようにして、燃料噴射システム１５０は、一つ又はそれ以上の圧力センサが故障した場合でも機能し続けることができる。
【０１０８】
エンジンの噴射戦略が、一回の燃焼サイクルに亘り、燃料インジェクタ１５２毎に一回の噴射イベントを要求する場合には、当該シリンダについて、及び任意の他のシリンダについて、前の噴射イベントによって発生された圧力動揺は、次の噴射イベントの開始前に低下する。このようにして、各インジェクタの局所的圧力が噴射イベント前に安定し、続いて行われる噴射イベントに要する時間を、ＥＣＵ１５４によって、計測された局所的圧力に基づいて正確に計算できる。
【０１０９】
エンジンの噴射戦略が、燃焼サイクル毎に燃料インジェクタ１５２毎に一回以上の噴射イベントを要求する場合には、噴射順序の第１噴射イベントによる圧力動揺は、順序の第２噴射イベントを行うときに未だ存在している。本発明は、各噴射イベントによって正確な量の燃料が燃焼チャンバに送出されるように、これらの圧力動揺を補正し又は補償するための方法を提供する。次に、このような方法の第１の表現を図１３を参照して説明する。この方法を実施するのに適した装置を図１４に概略に示す。装置は、ＥＣＵ１５４及び燃料インジェクタ１５２を含み、各インジェクタには、圧力センサ１５８が、例えば図７に示すように一体化されて設けられている。
【０１１０】
燃料インジェクタ１５２の液圧挙動−特に圧力波が燃料インジェクタ１５２内で伝播する態様−の計算又は計測を比較的正確に行うことができる。更に、インジェクタ１５２の液圧特性が既知である場合には、噴射イベントにより生じる圧力波の動力学を時間に亘って予測できる。従って、インジェクタ１５２内の圧力波の時間に関する発展(evolution)等のインジェクタ１５２内の局所的燃料圧力特性を予測することによって、続く噴射イベント時の予想局所的圧力を、局所的圧力の前の噴射計測値から決定できる。
【０１１１】
図１５は、噴射イベント後の燃料インジェクタ１５２内の局所的燃料圧力１６０の発展を概略に示す。かくして、図１５は、更に、燃料インジェクタ１５２と一体化した燃料圧力センサ１５８の出力信号を表すことができる。
【０１１２】
図１３の工程２００において、噴射イベント前に、対応するインジェクタ１５２の燃料圧力センサ１５８に所定間隔で又は他の既知の間隔で繰り返し呼掛ける。呼掛けの最適の数及び周波数は、インジェクタの液圧特性で決まるが、代表的な例では、少なくとも１０回の呼掛けを５０ｋＨｚ又はそれ以上の周波数で行う。図１５に１６２ａ、１６２ｂ、及び１６２ｃで示す呼掛けは、一連の局所的燃料圧力値１６４ａ、１６４ｂ、及び１６４ｃの夫々を発生する。三回の呼掛け１６２ａ、１６２ｂ、及び１６２ｃが示してあるが、呼掛けは任意の所望の回数行ってもよい。図１３の工程２０２において、ＥＣＵ１５４のプロセッサ１６６が各呼掛け１６２ａ、１６２ｂ、及び１６２ｃの結果１６４ａ、１６４ｂ、及び１６４ｃを比較し、圧力が安定しているかどうかを確認する。ＥＣＵ１５４が、呼掛け１６２ａ、１６２ｂ、及び１６２ｃの結果１６４ａ、１６４ｂ、及び１６４ｃ間に大きな差がないことを検出した場合には、圧力波は存在しない。今まさに起ころうとしている噴射イベントに圧力動揺による悪影響が及ぼされることはなく、噴射時間に補正が適用されないと仮定できる。
【０１１３】
しかしながら、図１５に示すように、ＥＣＵ１５４が、呼掛け１６２ａ、１６２ｂ、及び１６２ｃの結果１６４ａ、１６４ｂ、及び１６４ｃ間に差を検出した場合には、圧力波が存在することが確認される。ＥＣＵ１５４のメモリー１６８の記憶からインジェクタ１５２の液圧挙動のモデルを検索し、図１３の工程２０４において、呼掛け１６２ａ、１６２ｂ、及び１６２ｃの結果１６４ａ、１６４ｂ、及び１６４ｃをこのモデルに入力し、続いて行われる噴射イベントの持続時間に亘って圧力波がどのように発展するのかを予測する。
【０１１４】
モデルは、例えば、通常分布(common profile)、識別特徴(fingerprint)、又は特性(signature)として作用する記憶された多くの圧力波特性データの組を含んでいてもよい。これらのデータは、噴射イベント後に局所的圧力が時間に関してどのように変化するのかを、燃料圧力や噴射時間等の他のパラメータを考慮して示す。これらのデータ組は、計算によって得ることができ、又は試験システムを使用した較正手順中によって得ることができる。作動では、ＥＣＵ１５４は、呼掛け１６２ａ、１６２ｂ、及び１６２ｃの結果１６４ａ、１６４ｂ、及び１６４ｃを記憶されたデータと突き合わせる。適合したものが見つかると、圧力波と対応するデータをメモリー１６８から検索し、プロセッサ１６６によって分析し、図１３の工程２０６において、圧力波が続いて行われる噴射イベントに亘ってどのように伝播するのかを予測する。
【０１１５】
必要であれば、ＥＣＵ１５４は、図１３の工程２０８で、噴射持続時間に対する補正を決定し、適用し、所望量の燃料が確実に噴射されるようにする。例えば、液圧モデルは、続いて行われる噴射イベントの予想持続時間に亘るインジェクタ１５２内の局所的圧力についての予測平均値を出力として提供してもよい。次いで、この予測平均値を使用し、必要な量の燃料を噴射するのに要する噴射持続時間を計算する。この噴射持続時間は、安定的であることが確認された局所的圧力を持つ必要な量の燃料を送出するのに必要な公称噴射持続時間よりも長くても短くてもよい。
【０１１６】
図１３の工程２１０において、必要な噴射時間がＥＣＵ１５４のインジェクタ制御ユニット１７０に出力される。インジェクタ制御ユニット１７０は、インジェクタ制御信号を発生する。インジェクタ制御信号を燃料インジェクタ１５２のアクチュエータ１７２に出力し、ニードルの開閉移動を行う。
【０１１７】
図１６は、圧力センサの故障の影響を軽減するための方法を示す。図１６の工程７００において、ＥＣＵがセンサ１５８からの出力を計測し、工程７０２において、ＥＣＵは、センサ１５８の故障を示すエラー又は異常、例えばゼロ出力についてセンサ出力をチェックする。センサ出力が誤っていることが確認された場合（工程７０４において）、ＥＣＵは、当該圧力センサ１５８からの信号をこの先の計算から除外し、その代わり、液圧挙動モデル又は他の計算に別の出力を使用できる。例えば、インジェクタ１５２のうちの一つの圧力センサ１５８が故障した場合には、ＥＣＵ１５４は、同じ又は同様の噴射順序の別の一つのインジェクタ１５２について計算した噴射時間を、センサが故障したセンサに適用できる。このようにして、センサの故障に対して或る程度の耐久性を提供する。
【０１１８】
圧力の動揺を補正する又は補償するための方法は、インジェクタと一体化した圧力センサの代わりに、又はこのような圧力センサに加えて、レール燃料圧力センサを備えた燃料噴射システムにも適用できると考えられる。かくして、レール圧力センサしか使用しない方法の第２の表現を、図１７を参照して以下に説明する。図１７の方法を実施するのに適したシステムを図１８に示す。これは、圧力センサ１７４が燃料レール１７６に設けられており、燃料インジェクタ１７８に圧力センサが一体に設けられていないことを除くと、図１４の装置と同様である。ＥＣＵ１８０は、レール圧力センサ１７４から入力信号を受け取る。
【０１１９】
図１７の工程３００において、噴射イベント前にレール圧力センサ１７４に繰り返し呼掛け、一連のレール燃料圧力値を与える。図１７の工程３０２において、ＥＣＵ１８０のプロセッサ１８２が各呼掛けの結果を比較し、圧力が安定しているかどうかを確認する。ＥＣＵ１８０が呼掛けの結果間に顕著な差がないと確認した場合には、今まさに行われようとしている噴射イベントに圧力の動揺の影響が及ぼされず、噴射時間に補正が加えられないものと仮定する。
【０１２０】
しかしながら、ＥＣＵ１８０が呼掛けの結果間に差を検出した場合には、燃料レール１７６内に圧力波が存在することが確定される。この圧力波は、インジェクタ１７８内の局所的燃料圧力に悪影響を及ぼす。
【０１２１】
燃料インジェクタ１７４及び燃料レール１７６を含む燃料システムの液圧挙動のモデルがＥＣＵ１８０のメモリー１８４に記憶されている。図１７の工程３０４において、呼掛けの結果を燃料システムの液圧モデルに入力し、燃料インジェクタ１７８内の局所的圧力の概算値を発生する。これらの概算値は、計測により得られた燃料レール圧力値と対応する。
【０１２２】
更に、各インジェクタ１７８の液圧挙動のモデルが、ＥＣＵ１８０のメモリー１８４に記憶されている。図１７の工程３０６において、工程３０４でレール圧力の計測値から計算した、燃料インジェクタ１７８内の局所的圧力の概算値をインジェクタ液圧モデルに入力し、図１７の工程３０８において、圧力波が、燃料インジェクタ内で、続いて行われる噴射イベントの持続時間に亘ってどのように発展するのかの予測を含む出力を提供する。
【０１２３】
必要であれば、図１７の工程３１０において、ＥＣＵ１８０は、方法の第１実施例におけるのと同様に、所望量の燃料が確実に噴射されるように噴射持続時間に対して補正を適用する。図１７の工程３１０において、必要な噴射時間をＥＣＵ１８０のインジェクタ制御ユニット１８６に出力する。この制御ユニットはインジェクタ制御信号を発生する。インジェクタ制御信号は、ニードルの開閉移動を賦勢するため、燃料インジェクタ１７８のアクチュエータ１８８に出力される。
【０１２４】
図１７の方法の変形例では、燃料システム及び燃料インジェクタの液圧挙動を一つのモデルに一体化する。その結果、計測されたレール燃料圧力値をモデルに入力し、モデルの出力は燃料インジェクタ内の予測された圧力波発展である。
【０１２５】
本方法は、一つ又はそれ以上の圧力センサの位置によって限定されないということは理解されよう。例えば、レール内での燃料圧力の発展の更に正確な図を発生し、これをモデルに入力するように、一つ以上のレール圧力センサを設けてもよい。これらのセンサは、その代わりに、夫々のインジェクタを燃料レールに連結するジャンパーパイプに連結されていてもよいし、これらのジャンパーパイプ内に設けられていてもよい。二つ又はそれ以上の様々な位置に設けられたセンサを組み合わせて使用し、インジェクタ内での燃料圧力の発展を予測するのを補助する情報を提供してもよい。
【０１２６】
本方法が、本方法の第２の表現におけるように、個々の燃料インジェクタから遠方の一つ又はそれ以上のセンサからの計測値を使用する場合、一つ又はそれ以上のセンサが記録した燃料圧力の発展は、燃料インジェクタ、レール圧力制御バルブ、高圧燃料ポンプ、等が発生した圧力波の組み合わせにより生じる。従って、本方法は、個々の圧力波源の計測された燃料圧力発展に対する寄与を確認する。例えば、燃料の噴射が全く行われていない期間中、例えばエンジンのオーバーラン中にセンサ出力を記録してもよい。記録されたセンサ出力は、こうした状態では、燃料インジェクタ以外の構成要素から生じた圧力波しか反映しない。この「噴射なし(injection-free)」出力は、追加の入力として液圧モデルに提供でき、予測された局所的燃料圧力を、インジェクタのところで更に正確に決定できる。
【０１２７】
液圧モデルは、ＥＣＵで、アルゴリズムとして、参照表として、又は他の適当な形態で実施できる。モデルは、エンジンの試験中又は製造中に得られた較正データを使用して発生してもよいし、コンピュータ流体力学技術を使用して計算してもよい。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【国際調査報告】
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