(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮着火エンジン（１２）において、低エンジン速度及び低エンジン負荷状態のとき、分割噴射エンジン作動状態のもとで、液圧作動噴射器（１４）によってエンジンに燃料の全体量を制御して噴射する方法であって、
噴射中に供給されることが望まれるメインショット燃料量を求め、
この望まれるメインショット燃料量をメインショット制御シグナルによって正確に供給される最小限の燃料量を示すメインショット燃料量のしきい値と比較し、
この望まれるメインショット燃料量が、メインショット燃料量のしきい値より少ない場合、パイロットショットによって燃料の全体量を供給する、
段階を有する方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、
噴射中に供給されることが望まれるパイロットショット燃料量を求め、
この望まれるパイロットショット燃料量をパイロットショット制御シグナルによって正確に供給される最小限の燃料量を示すパイロットショット燃料量のしきい値と比較し、
この望まれるパイロットショット燃料量が、パイロットショット燃料量のしきい値より少ない場合、パイロットショットによって燃料の全体量を供給する、
段階を有する方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法であって、
エンジン速度を検知し、
少なくとも検知されたエンジン速度及びエンジン負荷の関数として、望まれるパイロットショット燃料量を求め、
燃料の全体量と前記望まれるパイロットショット燃料量との差によって、望まれるメインショット燃料量を求める、
段階を有する方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法であって、
噴射器作動流体に関連するレール圧力を検知し、前記望まれるパイロットショット燃料量を求める際のエンジン負荷表示として検知した前記レール圧力を使用する段階を有する方法。
【請求項５】
請求項３に記載の方法であって、
前記望まれるパイロットショット燃料量を求める際のエンジン負荷表示として全燃料量を用いる段階を有する方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法であって、
噴射器作動流体に関連するレール圧力を検知し、
少なくとも検知された前記レール圧力と全燃料量の関数としてパイロットショット持続期間を定め、
パイロットショットが、求められた前記パイロットショット持続期間となるように、液圧作動噴射器にパイロットショット制御シグナルを送信する、
段階を有する方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法であって、噴射器作動流体に関連するレール圧力を検知し、少なくとも検知された前記レール圧力の関数としてメインショット燃料量のしきい値を求める段階を有する方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法であって、メインショット燃料量のしきい値が、メインショットによって正確に供給できる最小限の燃料量を表わすものである方法。
【請求項９】
請求項１に記載の方法であって、パイロットショットが、燃料噴射が時間に対して傾斜して増加するようになっている（７２）方法。
【請求項１０】
圧縮着火エンジン（１２）において、低エンジン速度及び低エンジン負荷状態のとき、液圧作動噴射器（１４）によってエンジン（１２）に噴射されるべき燃料の全体量を、パイロットショット（７２）とメインショット（７４）との間で配分する方法であって、
噴射中に供給されることが望まれるパイロットショット燃料量を表示する値を定め、
この望まれるパイロットショット燃料量を表示する値を、パイロットショット制御シグナルによって正確に供給される最小限の燃料量を示すパイロットショット燃料量のしきい値を表示する値と比較し、
この望まれるパイロットショット燃料量を表示する値が、パイロットショット燃料量の前記しきい値を表示する値よりも小さい場合、燃料の全体量をパイロットショットによって供給する段階を有する方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法であって、
噴射中に供給されることが望まれるメインショット燃料量を表示する値を求め、
この望まれるメインショット燃料量を表示する値とメインショット燃料量を表示する値を比較し、
該望まれるメインショット燃料量を表示する値がメインショット燃料量を表示する値よりも低い場合、全燃料量をパイロットショットによって供給する段階を有する手段。
【請求項１２】
請求項１１に記載の方法であって、前記望まれるパイロットショット燃料量を表示する値が望まれるパイロットショット持続期間であり、前記望まれるメインショット燃料量を表示する値が、望まれるメインショット持続期間である方法。
【請求項１３】
請求項１１項に記載の方法であって、
噴射器作動流体に関連するレール圧力を検知し、
少なくとも検知された前記レール圧力の関数として、パイロットショット燃料量のしきい値を示す値を求める段階を有する方法。
【請求項１４】
圧縮着火エンジン（１２）において、低エンジン速度及び低エンジン負荷状態のとき、液圧作動噴射器（１４）によってエンジン（１２）に噴射される燃料の全体量を、パイロットショットとメインショットとの間で配分する燃料噴射制御システム１０であって、
噴射器作動流体圧力検知機（６２）と、
エンジン速度検知機（５８）と、
液圧作動噴射器と、エンジン速度検知機と、噴射器作動流体圧力検知機とに結合される電子制御装置（５６）とを備え、
前記電子制御装置が、噴射中に供給されることが望まれるパイロットショット燃料量及び、噴射中に供給されることが望まれるメインショット燃料量を求めるように作動可能であり、
前記電子制御装置は、前記望まれるパイロットショット燃料量をパイロットショット制御シグナルによって正確に供給される最小限の燃料量を示すパイロットショット燃料量のしきい値と比較し、前記望まれるメインショット燃料量をメインショット制御シグナルによって正確に供給される最小限の燃料量を示すメインショット燃料量のしきい値と比較するように作動可能であり、
前記電子制御装置は、
（１）前記望まれるパイロットショット燃料量が前記パイロットショット燃料量のしきい値よりも小さい、
（２）前記望まれるメインショット燃料量が前記メインショット燃料量のしきい値よりも小さい、
条件の少なくとも一つがある場合に、全燃料量の１００％をパイロットショットに配分するように作動可能である、
ことを特徴とするシステム。
【請求項１５】
請求項１４に記載の燃料噴射制御システムであって、前記電子制御装置は、少なくともエンジン速度及びレール圧力の関数として、前記望まれるパイロットショット燃料量を求めるように作動可能なシステム。
【請求項１６】
請求項１４に記載の燃料噴射制御システムであって、前記電子制御装置は、前記パイロットショット燃料量のしきい値を少なくともレール圧力の関数として求めるように作動可能であり、前記メインショット燃料量のしきい値を少なくともレール圧力の関数として求めるように作動可能であるシステム。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、一般に液圧作動燃料噴射システムに関し、特に、少量の燃料をエンジンへ正確に供給できるように、分割噴射によるエンジン作動状態において、燃料噴射を制御する電子的制御システム及び方法に関する。
従来技術
エンジンの作動状態によっては、エンジンシリンダーに供給される全燃料のうちの一部を、所謂パイロットショット又はプライムショットと呼ばれる形態で噴射し、燃料の残りを、所謂メインショットと呼ばれる形態で噴射する分割噴射技術を用いて燃料を噴射することが好ましい場合がある。例えば、低エンジン速度及び低エンジン負荷状態を含むエンジン作動状態においては、このような分割噴射技術を用いることが知られている。従来、そのような分割噴射の制御能力は、使用される液圧作動噴射器の機械的限界のために多少制限されてきた。例えば、噴射器の中には、パイロット又はプライムショットが、機械的に制御されるためパイロットショット及びメインショットの両方が常に発生するという点で、制約をもつものがあった。より発達した液圧作動電子制御噴射器を用いる場合でさえ、エンジン作動状態によっては、エンジンに供給することが望まれる燃料の量が比較的少ないものとなることがある。最新の制御シグナルを用いても、そのような少量の燃料供給を正確に制御することは難しい場合がある。
従って、本発明は、上記の問題の１つ又はそれ以上を克服することを目的としている。
発明の開示
本発明の１つの態様において、液圧作動噴射器によってエンジンに噴射される燃料の全体量を、パイロットショットとメインショットとの間に配分する方法が提供される。この方法は、噴射中に供給することが望まれるパイロットショット及び／又はメインショットの燃料量を求めることを含む。望まれるパイロットショット燃料量は、パイロットショット燃料量のしきい値と比較され、及び／又は望まれるメインショット燃料量は、メインショット燃料量のしきい値と比較される。望まれるパイロットショット燃料量が、パイロットショット燃料量のしきい値より少なく、及び／又は、望まれるメインショット燃料量が、メインショット燃料量のしきい値よりも少ない場合、燃料の全体量が、パイロットショットによって供給される。本発明の方法に従って作動する燃料噴射制御システムも提供される。
パイロットショットは、エンジンへ少量の燃料供給をより正確に制御できるようにする勾配を付した燃料供給であり、本発明の背後にある前提は、供給される燃料の全体量がゼロに近づくにつれ、パイロットショットによって燃料全体量を供給するようにすると、より正確で、反復性のある燃料供給が可能になる、ということである。
【図面の簡単な説明】
図１は、複数の噴射器を備えるエンジンの液圧作動電子制御噴射器燃料システムの概略一般体系である。
図２は、エンジン速度対エンジン負荷のグラフである。
図３は、分割噴射エンジン作動状態において液圧作動噴射器に供給される典型的な分割噴射用電流波形のグラフである。
図４は、図３に示す分割噴射用電流波形によって供給される燃料噴射率のグラフである。
図５は、本発明によって作動段階を示すフローチャートである。
好ましい実施例の説明
図１を参照すると、液圧作動電子制御燃料噴射器システム１０（以降ＨＥＵＩ−Ｂ燃料システムと呼ぶ）が示される。そのようなシステムの典型例は、米国特許第5、463、996号、第5、669、355号、第5、673、669号、第5、687、693号、第5、697、342号に説明されている。例示的なＨＥＵＩ−Ｂ燃料システムは、直噴式ディーゼルサイクル内燃エンジン１２に採用されたものとして図１に示される。
ＨＥＵＩ−Ｂ燃料システム１０は、各々が、エンジン１２の各シリンダーヘッドボアに配置されるようになったユニット燃料噴射器のような、１つ又はそれ以上の液圧作動電子制御噴射器１４を有する。さらにシステム１０は、各噴射器１４に液圧作動流体を提供するための装置又は手段１６と、各噴射器に燃料を提供するための装置又は手段１８と、タイミング、噴射回数、噴射特性及び、エンジン速度や負荷とは独立のＨＥＵＩ−Ｂ燃料システム１０の作動流体圧力を含めた、燃料が噴射器１４によって噴射される形態を電子的に制御する装置又は手段２０とを備える。噴射器１４によって供給される液圧作動流体の液圧エネルギーを再循環させ、すなわち回収するための装置又は手段２２が、さらに設けられる。
液圧作動流体供給手段１６は、作動流体サンプ２４と、比較的低圧力の作動流体移送ポンプ２６と、作動流体冷却器２８と、１つ又はそれ以上の作動流体フィルター３０と、比較的高圧力の作動流体ポンプ３４のような比較的高圧力の作動流体を発生させる供給源又は手段３２と、少なくとも１つの比較的高圧力の流体マニホルド３６とを有することが好ましい。作動流体は、エンジン潤滑油であることが好ましい。或いは、作動流体は、燃料とすることができる。
装置２２は、各噴射器用のウエイスト作動流体制御バルブ３５と、共通の再循環ライン３７と、作動流体ポンプ３４及び再循環ライン３７を接続する液圧モーター３９とを有するものとすることができる。
噴射器１４と組み合わされる作動流体マニホルド３６は、共通レール通路３８、及び、該共通レール３８から延び、共通レール３８と各噴射器１４の作動流体入口との間を流体連通する複数のレール分岐通路４０を有する。共通レール通路３８は、さらに高圧力作動流体ポンプ３４からの出口と流体連通する。
燃料供給手段１８は、燃料タンク４２、該燃料タンク４２と各噴射器１４の燃料入口との間を流体連通する燃料供給通路４４と、比較的低圧力燃料移送ポンプ４６と、１つ又はそれ以上の燃料フィルター４８と、燃料供給調整バルブ４９と、噴射器１４と燃料タンク４２との間を流体連通する燃料循環及び戻り通路５０とを有する。これらの燃料通路は、当業界で周知の方法で形成することができる。
電子制御手段２０は、電子制御モジュール（ＥＣＭ）５６を有することが望ましく、これを使用することは当業界において周知である。電子制御モジュール５６は、典型的には、マイクロコントローラー又はマイクロプロセッサーのような処理手段と、エンジン速度を調整するための比例積分微分コントローラ（ＰＩＤ）のようなガバナー（ＧＯＶ）と、入出力回路等を含む回路構成を有する。ＥＣＭ５６は、燃料噴射タイミングと、噴射される燃料量と、燃料噴射圧と、各噴射サイクルごとの分割噴射数と、噴射区分間の時間的間隔と、各噴射区分によって噴射される燃料量を制御するために用いることができる。そのようなパラメーターの各々は、エンジン速度及び負荷とは関係なく変化させ、制御される。
速度を表示するシグナルを発信するエンジン速度検知機５８が、エンジン１２のカム軸と組み合わされる。エンジン速度検知機５８はＥＣＭ５６のガバナーに結合され、タイミング目的でエンジン速度及びピストン位置をモニターする。ＥＣＭ５６のガバナーに接続してスロットル６０が設けられ、所望のエンジン速度を表示するシグナルを発信する。さらに、共通レール３８内の圧力を検知し、圧力を表示するシグナルを発信する作動流体圧力検知機６２が、作動流体圧力を維持又は調整するようなシグナルを用いるＥＣＭ５６に結合される。
噴射器１４の各々は、米国特許第5、463、996号、第5、669、355号、第5、673、669号、第5、687、693号、第5、697、342号の内１つに説明されるようなタイプであることが好ましい。しかし、本発明は、他の異なる形の液圧作動電子制御噴射器と組み合わせて用いることができるものである。
所定のＨＥＵＩ−Ｂ燃料システム１０では、所望の噴射形態は、様々なエンジン作動状態によって通常変化する。図２を参照すると、エンジン負荷に対するエンジン速度のグラフが示されており、領域６４によって比較的低いエンジン速度と比較的低いエンジン負荷が表示され、ここでは、エンジンシリンダーに供給される全体の燃料の１部が所謂パイロットショット又はプライムショットによって噴射され、燃料の残りが所謂メインショットによって噴射される、分割噴射技術と一般に言われているものを用いることが好ましい。そのような分割噴射は、微粒子放出量の減少及び／又はＮＯX放出量の減少を含む排気エミッションに関して利点がある。
そのような分割噴射のための例示的電流波形が図３に示されており、ここには、プライムショット制御シグナル６６とメインショット制御シグナル６８、及びそれらの間の遅延７０が示されている。各制御シグナル６６及び６８の持続期間は、ＥＣＭ５６によって変化し、さらに遅延７０の持続期間も、ＥＣＭ５６によって変化する。図４を参照すると、図３の分割噴射制御シグナルに対応する燃料噴射率の時間的変化のグラフが示される。噴射器パイロットショット制御シグナルの期間中、噴射器内のプランジャーの動きによって該噴射器内の燃料が加圧されるので、パイロットショットにより生じる噴射率は、７２に示される傾斜形状で増加する。メインショットにより生じる噴射率は、高く、７４に示されるように比較的一定している。これは、パイロットショット制御シグナルが停止した後においても、噴射器内のプランジャーの動きが慣性によって継続し、噴射器ノズルにあるチェックバルブが閉じられ燃料が全くシリンダーに導入されない間、燃料はさらに圧縮されるからである。パイロットショット制御シグナル６６及びメインショット制御シグナル６８のそれぞれの期間中に供給される燃料の量は、各領域７２及び７４によって表わされる。特定の燃料量を確実に供給するためには、噴射器の開閉は、制御シグナル６６及び６８によって正確に制御されなければならない。図４に示されるように、制御シグナル６６と６８が送受信する時間と、噴射が開始及び停止する時間に差がある。従って、非常に低いエンジン速度及び非常に低いエンジン負荷で噴射される燃料の全体量が、ゼロに近づくとき、燃料を正確に供給することが難しい場合がある。図４に見られるように、噴射率が一般に低いので、パイロットショットは、メインショットよりも少ない燃料の量を正確に供給するために用いられる。分割噴射のこの点が、本発明で有利に用いられる。
本発明の１つの実施例に従った作動方法が、図５のフローチャート１００に説明される。レールの圧力と、燃料の全体量と、実際のエンジン速度は、段階１０２に示されるように定められる。レール圧力の判定は、作動流体圧力検知機６２から発信する１つ又はそれ以上のシグナルに、燃料の全体量は、ガバナーによる燃料流量出力に、実際のエンジン速度の判定は、エンジン速度検知機５８から発信される１つ又はそれ以上のシグナルに、それぞれ基づいて行われる。噴射サイクル中に供給されることが望まれるパイロットショット燃料量は、段階１０４で求められ、噴射サイクル中に供給されることが望まれるメインショット燃料量は、段階１０６で求められる。望ましいパイロットショットの燃料量は、エンジン速度及びエンジン負荷の関数として、計算により又はマップの探索により得ることができ、ここで用いられるエンジン負荷表示は、レール圧力、燃料の全体量又は他のエンジン負荷表示要素とすることができる。次いで、望まれるメインショット燃料量は、燃料の全体量と望まれるパイロットショット燃料量間の差として求めることができる。
メインショット燃料量のしきい値と望まれるメインショット燃料量の比較、及び／又はパイロットショット燃料量のしきい値と望まれるパイロットショット燃料量の比較は、段階１０８で達成される。この点において、メインショット燃料量のしきい値は、メインショット制御シグナルによって正確に供給される最小限の燃料量を表示し、パイロットショット燃料量のしきい値は、パイロットショット制御シグナルによって正確に供給される最小限の燃料量を表示する。そのような燃料量は、例えば、レール圧力及び用いられる特定の噴射器の燃料供給特性によって変化する。従って、メインショット燃料量のしきい値及びパイロットショット燃料量のしきい値は、レール圧力の関数として、計算により、あるいはそれぞれのマップの探索により求めることができる。そのようなマップは、噴射器のベンチ試験に基づいて定めることができる。望まれるメインショット燃料量がメインショット燃料量のしきい値よりも少なく、及び／又は、望まれるパイロットショット燃料量がパイロットショット燃料量のしきい値よりも少ない場合、その噴射サイクルで供給されるパイロットショット燃料量は、燃料の全体量に設定され、その噴射サイクルで供給されるメインショット燃料量は、段階１１０でゼロに設定される。段階１１２で、パイロットショットの持続期間が定められ、メインショットの持続期間がゼロに設定される。パイロットショットの持続期間は、レール圧力及び燃料の全体量の関数として、計算により、あるいはマップの探索により、求めることができる。次いで、段階１１４において、適切な持続期間を示すパイロットショット制御シグナルを用いるパイロットショットによって燃料の全体量を供給することにより燃料噴射が行われる。
望まれるメインショット燃料量又は望まれるパイロットショット燃料量の何れもが、メインショット燃料量のしきい値及びパイロットショット燃料量のしきい値のそれぞれよりも少くない場合、噴射は、通常通り分割噴射により行われる。特に、パイロットショット持続期間は段階１１６で求められ、メインショット持続期間は段階１１８で求められ、パイロットショット及びメインショット間の遅延は段階１２０で定められ、燃料噴射は、停止１１４についての適切な制御シグナルにより影響される。パイロットショット持続期間及びメインショット持続期間は、レール圧力及び各燃料量の関数として、計算により、あるいはマップの探索により求められる。
産業上の利用分野
本発明による噴射方法又はシステムを用いると、分割噴射エンジン作動状態において、少量の燃料を正確に供給できる。特に、分割噴射中に望まれるメインショット燃料量及び／又は望まれるパイロットショット燃料量のいずれかが正確に供給できない、と判断されたとき、燃料の全体量がパイロットショットによって供給される。パイロットショットは勾配噴射であるが、分割噴射におけるタイミングは維持される。燃料の全体量をパイロットショットによって供給すると、図４に関して上記に説明したように、パイロットショットによって提供される最初の低噴射率のために、少量の燃料をさらに正確に噴射できる。その正確さのため、燃料の全体量を、連続的に、反復性をもって供給することが可能になり、ラフアイドル状態を防止できる。
望まれるパイロットショット燃料量及び／又は望まれるメインショット燃料量を最小限すなわち燃料量のしきい値と段階１０８で直接比較せずに、パイロットショット持続期間及びメインショット持続期間を最初に定めることも可能である。そのような持続期間は、供給されることが望まれる燃料量を表示する値となり、同様に燃料量を示す各々の持続期間しきい値と比較することができる。
燃料システム１０は、６つの噴射器システムとして示したが、本発明は、例えば２つ、４つ及び８つの噴射器システムを備えた噴射器を有する燃料噴射システムに組み入れることもできる。さらに、フローチャート１００は、本発明の段階を組織化する方法の１つを表しているにすぎず、本発明の精神から外れることなくその他の変形を使用することもできる。
本発明の他の態様、目的、利点は、図面、要約、添付の請求の範囲を検討することで得られる。
【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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