JP2000514150A - ガス噴射型燃料噴射システムの加圧方法 - Google Patents

ガス噴射型燃料噴射システムの加圧方法

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Abstract

(57)【要約】 エンジン(20)の燃焼チャンバ(60)に対して燃料−ガス混合物を送給するためのインゼクタ(12)を含む燃料噴射システム(11、12)を有する内燃機関(20)の作動方法が開示される。エンジン(20)はガス供給系統(11、13)を含み、このガス供給系統は始動に際してポンプアップシーケンスによって、エンジン(20)に対して燃料を噴射するための所望圧まで加圧される。ポンプアップシーケンス中に、インゼクタ(12)が開放されていて、圧下ガスを燃焼チャンバ(60)からインゼクタ(12)を通してガス供給系統(11、13)の中に流入させる。このようにして、燃焼チャンバ(60)中の圧力がガス供給系統(11、13)中の圧力より高い時に、ガス供給系統(11、13)が加圧される。また、各シリンダバンクに対して1つのガス供給系統を備えた複数のシリンダバンクと、前記の各ガス供給系統に対して圧下ガスを供給するための圧下ガス源とを含み、ここに前記の各ガス供給系統に対して圧下ガスを供給できなかった場合、前記の圧下ガス源の代わりに一方の前記ガス供給系統を使用して、正規作動に必要な圧下ガス量の少なくとも一部を前記他方のガス供給系統に供給する事を特徴とする内燃機関の作動方法が開示される。

Description

【発明の詳細な説明】 ガス噴射型燃料噴射システムの加圧方法 本発明は内燃機関の2流体型の燃料噴射システムに関するものである。このよ うなエンジンにおいては、計量された量の燃料が圧下ガス源、代表的にはレール のガスダクトから供給されるガス、代表的には空気の中に同伴されてエンジンの 燃焼室の中に送られる。 このような燃料噴射システムは特にモータサイクル、ボート用船外エンジンお よびその他のリクリエーション用に応用される。このようなエンジンについては 、市場および使用者を考慮して、広範囲の条件においてエンジンの始動時間が比 較的短い必要がある。例えば、この種のエンジンは極端な外気条件および環境条 件において使用されるので、条件がどのようであれ効率的なエンジン動作が重要 である。このようなエンジンの急速な始動期間の達成に重要な事は、始動にでき るだけ近い時期に効率的に燃料を供給するのに十分な圧力の圧縮ガスが容易に得 られる事である。しかしコストその他の理由から、比較的多量の圧縮空気貯蔵容 量を備える事は容易でなく、いずれにせよ、特にエンジンが一定期間不作動状態 にある時には、漏出による圧力低下のリスクがある。代表的には、前記の型の燃 料噴射システムを有するエンジンに対して圧縮ガスを供給する手段として、エン ジン駆動コンプレッサが備えられる。経済的理由とエネルギー効率の観点から、 コンプレッサの容量をエンジンの空気消費率と密接に一致するように選択するの が通常である。従って始動条件において、代表的には燃料供給に適した圧力の空 気リザーブが存在しないので、燃料噴射を支援する所要圧の空気が得られるまで は、コンプレッサおよびエンジンそのものが多数回のサイクルを実施しなければ ならない。 前記のそれぞれのファクタは、エンジンの始動シーケンスの開始と燃料噴射を 支援する必要圧の空気の形成との間の期間を延長させる。 出願人に対して譲渡された米国特許第4936279号に開示された燃料噴射 システムにおいては、燃料は選択的に開放される噴射ノズルを通して、圧下ガス 供給系統からガス通路を通して直接にエンジンの燃焼チャンバの中に噴射される 。しかしエンジンが始動モードにある時、エンジン燃焼室から排出されるガスが 噴射ノズルを通してガス供給系統の中に通過させられ、このガス供給系統の急速 な加圧を支援する。 しかしながら、先行技術に関する第1図に見られるように、噴射ノズルの数連 続サイクルの無制御な開放はガス供給系統中の圧力の循環を生じる。さらに詳し くは、ガス供給系統のレール中の圧力は多気筒機関の各燃焼室中の圧力に従って 循環し、各燃焼室に備えられたインゼクタノズル(噴射ノズル)は上死点の前の 設定タイミングで開かれまた上死点前後の別の設定タイミングで閉鎖される。従 ってレールの加圧が達成されるが、インゼクタノズルが開かれまた他方において レールまたはその他のガス系統が前回の装入または「ポンプアップ」事象に際し て装入された圧よりもシリンダ圧が低い期間中に、レールの減圧位相が生じる。 これらの減圧期間はガス系統中の所要圧の再構成のための時間を空費する。レー ル圧の増分上昇が達成されうるようになるまでに、前回の装入事象の示した値ま でレールを再装入するのに時間がかかるからである。 従って本発明の目的は、デュアル流体燃料噴射システムのガス供給システムを 満足な燃料噴射の得られる圧力まで高めるのに必要な時間をさらに短縮させるに ある。 前記の目的から、ガスによって同伴される燃料を直接にエンジンの燃焼室に送 る少なくとも1つのインゼクタ(噴射手段)を含み、前記ガスはガス供給系統か らエンジンの少なくとも1つの燃焼チャンバに供給されるように成された内燃機 関の作動法において、前記ガス供給系統が始動においてエンジンへの燃料噴射を 可能とする所望圧まで加圧されるポンプアップシーケンスの一部として、エンジ ンの前記少なくとも1つの燃焼チャンバがガス供給系統中の圧力と実質的に同等 またはこれ以上である時に、少なくとも1つのインゼクタを開いて、前記少なく とも1つの燃焼チャンバから、開いたインゼクタを通して、ガス供給系統までガ スを流して、前記ガス供給系統を次の燃料の同伴導入のために加圧する方法を提 供するにある。代表的には、ガス供給系統は次に少なくとも1つの燃焼チャンバ の中に燃料を直接に送るように加圧される。 さらに詳しくは、少なくとも1つの燃焼チャンバ中の圧力が、エンジン始動時 またポンプアップシーケンスの先行ポンプアップ事象後のガス供給系統中の圧力 と実質的に同等またはこれ以上である時に少なくとも1つのインゼクタが開かれ る。二、三の場合には、燃焼チャンバからガス供給系統へのインゼクタを通る逆 流を可能とするようにインゼクタを開く動作は、インゼクタを通してのガスおよ び/または燃料の先行の送給事象に続いてインゼクタを開放状態に保持する段階 を含む事を注意しなければならない。 ポンプアップシーケンスは、インゼクタのノズルをエンジンの始動時に開放状 態に保持して圧下ガスを燃焼チャンバからガス供給系統まで通過させる少なくと も1つの事象から成る。このような事象が「ポンプアップ」事象である。下記に 詳細に説明するように、多気筒機関においては、ポンプアップ事象シーケンスは エンジンのそれぞれのシリンダにおいて順次に実施される複数の別々のポンプア ップ事象から成る事ができる。あるいは、ポンプアップ事象を多気筒機関中の1 つのまたは複数のシリンダに制限する事ができる。 好ましくは、インゼクタノズルのポンプアップ事象のシーケンス中に、エンジ ンサイクルの数が始動以後、逓増されるに従って、インゼクタノズルはエンジン の燃焼チャンバ中を往復運動するピストンの上死点中心位置に徐々に近くなる時 点で開閉される。すなわち、本発明の方法は、インゼクタノズルを開き、上死点 の前の一定角度に始まり上死点前後の相異なる角度に終わるエンジン回転角度中 、このインゼクタノズルを開放状態に保持する段階を含む。 好ましくは、インゼクタノズルの開放期間は上死点後の一定角度で終了する。 好ましくはインゼクタノズルの開放期間はポンプアップ事象のシーケンス中、順 次に逓減される。 単気筒機関においては、インゼクタノズルが開かれている角度はエンジンの順 次のサイクルと共に減少させられる。先に述べたように、プリセット点火順序を 有する多気筒機関においては、ポンプアップシーケンスにおいて点火シーケンス 中の各シリンダはそのインゼクタノズルを先行シリンダ中の角度より小さい角度 だけ開放する。このようにして、ガスは徐々に高い圧力でエンジンのガス供給系 統の中に導入される。このガス供給系統は例えばエンジンのレールユニットのエ アダクトとする事ができる。さらにこれは、ガス供給系統を所要圧まで加圧する のに必要なエンジンサイクル数の節減を伴なう。特に、各ポンプアップ事象にお いて、順次のシリンダサイクルのインゼクタノズルの過早な開放または遅すぎる 開放によって、レールを逐次高圧まで装入するまでに減圧位相の生じる現象が避 けられる。このようにして、ガス供給系統からの圧力損失が最小限に成されまた は完全に防止されるようにポンプアップ事象のタイミングが最適化される。 望ましくは、ガス支援された燃料噴射が生じてエンジンが点火を始めるレベル までガス供給系統が装入された時、インゼクタによって計量された量の燃料が送 られた後にインゼクタノズルが一定時間開放状態に保持されて、エンジンの始動 中および圧縮ガスの主要源がガス供給系統を適正に加圧できるようになるまでガ ス供給系統の加圧を継続する。好ましくはインゼクタノズルは、少なくとも1つ の燃焼チャンバの中において点火が生じた後まで開放状態に保持される。この場 合、点火に続いて、燃焼チャンバの中に燃焼現象の結果としてピーク圧が急速に 立上がり、従ってガス供給系統、特にエンジンのエアレール中の圧力の上昇を生 じる。圧縮ガスの主要源がレールを十分に加圧できるようになるまで、このよう な「圧力サージ」を利用してレールに装入する事が望ましい。この事自体が本発 明の他のアスペクトを成す。 望ましくは、ガス供給系統がレールの形をとる場合、レールは適当なダクトを 通してガスコンプレッサの作動チャンバに連通させられ、また一般にガスは空気 であるので、最も望ましいコンプレッサはエアコンプレッサである。レールは、 所望の燃料霧化度を得るために望ましい圧、例えば550kPaまで「ポンプア ップ」される事ができるが、この圧力は前記の方法において外気条件またはその 他の条件と共に変動するであろう。しかし、このプロセスを支援するため、レー ルとレールをコンプレッサに連通するダクトとの間の適当位置に一方向弁を配置 して、始動期間中のこのダクトおよび/またはコンプレッサの作動チャンバの加 圧を防止する事ができる。このようにして、レールは所要の圧力まで、より急速 にポンプアップする事ができる。このようにして、満足な燃料噴射が生じる前に コンプレッサとレールとの間のダクトをポンプアップするためにポンプアップシ ーケンスの一部がムダに消費される事避けられる。場合によっては、ダクトの容 積はレール容積の1/3まで縮小する事ができる。 好ましくは、エンジン始動中にポンプアップされる容積を最小限に成すため、 ダクトとレールとが交差する点に一方向弁が配置される。 さらに一方向弁は、エンジン動作の停止後のガス供給系統からの圧力漏出を防 止しまたは減少させるためにも役立つ。このようにして、次のポンプアップシー ケンスは、ガス供給系統が実質的にガス圧を含まない場合のように多数のポンプ アップ事象を含む必要がなくなる。従って、ポンプアップシーケンスの長さのあ る程度の短縮が可能となろう。 望ましくは、始動におけるエンジン温度をエンジンの電子制御システムに入力 して、必要ポンプアップシーケンスをさらに適正化する事ができる。例えば、低 温においては安定なエンジン動作を得るために、より高度の燃料霧化が必要な事 が知られている。従ってこのような状態においては、燃料の送給のために、より 高いガス圧が必要とされ、従って満足な燃料噴射を生じるためにはガス供給系統 がこの高レベルまでポンプアップされる必要がある。高温においてはその逆が言 える。この状態においては、燃焼チャンバ中の高温の故に、満足な霧化度が生じ ると考えられる。従って種々のエンジン温度に対して、効率的な燃料噴射を生じ るようにガス供給系統を種々の圧力レベルまでポンプアップする事が望ましい。 従ってポンプアップシーケンスはエンジン温度に依存させられる。このような次 のポンプアップシーケンスを決定する追加的パラメータは、エンジンの始動に際 してガス供給系統中にガス圧が存在せずまたは最小限存在するという仮説に基づ いている。さもなければ、下記に述べるように、エンジンのガス供給系統の既知 のまたは代表的な漏出速度に基づいてガス供給系統の残留ガス圧の評価を実施す る事ができる。 この点に関して、エンジン動作の終了後に、ガス供給系統中の残留ガスは代表 的には大気中に漏出する。これは例えばデュアル流体噴射システムのエアコンプ レッサを通して生じる。従ってこの漏出速度が時間に対してプロファイルされて いれば、ガス供給系統中に残存するガス圧力の評価をエンジンの電子制御システ ムによって実施して、始動時のポンプアップシーケンスの変更のために使用する 事ができる。すなわち、例えばガス供給系統の満足な加圧を生じるため、より小 数のポンプアップ事象を使用する事ができる。 他の実施態様においては、漏出速度をエンジン温度に対してプロファイルして 、始動時に既知のエンジン温度に基づいて残留ガス圧を評価する事ができる。 以下、本発明を図面に示す実施例について詳細に説明するが本発明はこれに限 定されない。 第1図は先行技術のエンジン作動法によるエンジン始動からのエアレール圧と エンジン作動サイクルとのグラフである。 第2図は本発明の実施態様によって作動されるエンジンの制御法を示す概略図 である。 第3図は本発明の実施態様によって作動されるエンジンにおいて使用される代 表的な型の計量/噴射ユニットの断面図である。 第4図は第2図および第3図に図示のレールユニットの斜視図である。 第5図は本発明の実施態様によって作動される3気筒エンジンの各シリンダの 圧力トレースである。また、 第6図は本発明の実施態様によって作動されるエンジンのエンジン始動からの エアレール圧とエンジン作動サイクルとのグラフである。 本発明の1実施態様によって作動されるエンジンの全体動作を第2図について 説明するが、この図には空気取り入れシステム22と、点火手段24と、燃料ポ ンプ23と、燃料タンク28とを有する多気筒機関20を示す。このエンジンは さらにスタータスイッチ71の操作に際してバッテリ70によって生かされるス タータモータ25を含む。エアコンプレッサ29はエンジンクランク軸プーリ3 3からベルト32を介して駆動される。エンジン20のシリンダヘッド40の中 に燃料/エアレール装置11が搭載されている。 第3図について述べれば、燃料/エアレール装置11が詳細に図示され、この 装置11は多気筒機関20の各気筒の燃料計量ユニット10とエアインゼクタま たは燃料噴射ユニット12とを含み、この実施態様においてはエンジンは3気筒 2行程エンジンである。しかし本発明は、複動ピストンエンジンであれロータリ エンジンを含むその他の形のエンジンであれ、2行程または4行程型の単気筒構 造および任意数の気筒を有する多気筒エンジンにも同様に適用される。燃料/エ アレールユニット11の本体8は縦方向に延在するエアダクト13と燃料供給ダ クト14とを有する押出成形部品である。 第4図に図示のように、レールユニット11をエア源および燃料源と連通する 適当なダクトが適当位置に配置されている。すなわち、エア取り入れシステム2 2に空気を戻す空気排出口を成すダクト53、燃料タンク28および燃料供給ダ クト14に連通したダクト52、および燃料戻し通路を成し燃料供給ダクト14 を燃料タンク28と連通するダクト51。空気ダクト13は適当な空気レギュレ ータ27と連通し、またダクト51は適当な燃料レギュレータ26を介して燃料 タンク28と連通する。 燃料計量ユニット10は市販されており、詳細な説明を必要としない。燃料を レールユニット11を通して燃料を流通させるために適当なポートが備えられ、 また燃料を通路120に送り従って燃料/空気インゼクタ(噴射手段)12に送 るために計量ノズル21が備えられている。 インゼクタ12はハウジング30を有し、このハウジングはその下端から突出 した円形スピゴット31を備え、このスピゴット31が通路120と連通した噴 射ポート32を画成する。この噴射ポート32は、米国特願第4934329号 に記載のものと同様に作動するソレノイド作動選択的開放自在のポペット弁34 を含む。この米国特願の内容をここに引例とする。第2図に図示のように、電子 制御ユニット(ECU)100からのコマンドに従ってソレノイドを生かすと、 ポペット弁34を開いて、燃料−ガス混合物をエンジン20の燃焼室60に送り 、また本発明の制御システムに従って、加圧されたガスを燃焼室60から空気イ ンゼクタ12を通して、最後にエアダクト13の中に導入し、下記に詳細に説明 するようにこのガス加圧する。しかし弁構造を前記の型に制限する意図はなく、 他の弁、例えばピントル弁構造を使用する事もできよう。 第2図に戻れば、電子制御ユニット(ECU)100は公知の適当な型のクラ ンク軸速度−位置センサ44からリード導線45を通して信号を受け、また空気 取り入れシステム22の中に配置された空気流センサ46から導線47を通して 信号を受ける。またECU100は、エンジン温度および外気温度などのその他 のエンジン作動条件を示す信号(図示されず)を受けて、その受信したすべての 入力信号から、エンジン20の各シリンダに送る必要のある燃料の量を決定する 。必要なポンプアップシーケンスの決定に際してエンジン温度および/または外 気温度の検出が使用される本発明の下記の実施態様においては、エンジン温度の 検出が重要である。この型ECUは電子制御燃料噴射システム業界において公知 であって、これ以上詳細には説明しない。 エンジン20の燃焼室60に対して噴射ポート32から燃料を送るため、EC U100によって、それぞれの導線101を通して、エンジンサイクルに対して 調時的に各噴射弁34の開放が制御される。このシステムに使用される2つの流 体の性質の故に、燃料はガスに同伴されてシリンダに供給される。この点に関し て、燃料を霧化分散形で同伴して供給するために使用されるガス、特に空気の圧 力が所望の霧化度を生じる程度に高い事が重要である。 第3図に図示のように通路120は導溝80を通してエアダクト13と常時連 通し、従って正常運転に際しては実質的に安定した空気圧に保持される。ソレノ イドが生かされると、弁34が下方移動させられて噴射ポート32が開くので、 燃料の計量された量が空気によって噴射ポート32を通して、エンジン20の1 つのシリンダの燃焼室60の中に送られる。 代表的には、空気インゼクタ12はエンジンシリンダヘッド40の中に配置さ れ、エンジンシリンダ内部をピストン61が往復運動する事によって画成される 燃焼室60と直接に連通する。前述のように、噴射ポート32が開かれ、また通 路を通して送られる空気がエンジンシリンダの内圧より高い場合、空気はエアダ クト13から通路80、通路120を通して流れ、燃料によって同伴されて噴射 ポート32を通ってエンジン燃焼室60の中に入る。しかしレールユニット11 のエアダクト13中の空気が十分に高い圧力になければ、この空気は燃料を噴射 ポート32を通して燃焼室60の中まで同伴する事ができない。特に、始動時に おいて、予圧された給気システムまたはレールユニット11からの空気排出を生 じる前回の操作から十分な時間が経過している場合、燃焼室60への燃料/空気 混合物の供給を実施するのに十分な圧力が存在しない。 本発明の方法によれば、スタータモータ25を生かすためにスタータスイッチ 71が作動される時、このスタータスイッチ71からECU100に対してして 信号が与えられる。ECU100はこの信号を受けた時に燃料計量ユニット10 に対してインゼクタ12に燃料を供給するように命令する事なく、位置センサ4 4によってクランク軸33の位置を確認した後にインゼクタ12のソレノイドを 生かして噴射ポート32を開くようにプログラミングされている。噴射ポート3 2の開放は、クランク軸位置センサ44による検出がECU100に対して導線 45によって伝送されるようにしてエンジン20のシリンダのサイクルに対して 調時されているので、噴射ポート32はエンジン20の特定シリンダの圧縮行程 中の予定点において開放される。 このように噴射ポート32が開かれ、エンジン20がエンジンの始動シーケン スの一部としてクランク駆動される時に、シリンダ中の圧力は空気をエンジン燃 焼室から開いた噴射ポート32を通して通路80の中に、さらにエアダクト13 の中に入らせるのに十分なレベルまで上昇される。エンジンシリンダの排気量を エアダクト13およびこれに接続された各インゼクタ12の容積と比較すれば、 エアダクト13中の空気圧は最小限数のエンジンシリンダサイクルによって満足 な作動圧までもたらされる事ができる。 しかしながら、多気筒機関の順次の各シリンダサイクルにおいて同一タイミン グでそれぞれのエンジンシリンダからエアダクト13への供給給気を開始し終了 する結果としてエアダクト13が減圧する事態を避ける事が望ましい。このよう な事態が生じると、最初にエアダクト13に対して空気の流入が生じ、エンジン の次の各シリンダサイクル中にある程度の空気流出が生じる。従って、圧縮行程 の最初の部分においてエアダクト13中の圧力が燃焼チャンバ60中の圧力より 高いので、噴射ポート32を開いた時に前回のシリンダサイクル中に蓄積された ある程度の圧力が失われる。その後、ピストン61によって実施されるポンピン グ作用がエアダクト13をさらにポンプアップするのに役立つ。従ってエアダク ト13中の圧力は、始動から、満足な圧力がシリンダ内部で得られるまで、多数 回のシリンダサイクルにわたって第1図に図示のようなサイクルを示す。従って エアダクト13中の圧力を必要な作動レベルにもたらすために多数回シリンダサ イクルが必要とされる。従って、始動の初期からエアダクト13中において必要 な圧力レベルに達するまでの時間が長くなり、従ってエンジン20の始動に必要 な時間も延長される。 従って、ECU 100が順次の各ポンプアップ事象について同一の噴射ポー ト開放時間と同一の閉鎖時間とを設定する代わりに、噴射ポート32が前回のサ イクルよりも増分期間だけ遅く開かれ、前回よりも対応の時間早く閉鎖されて、 圧縮行程の遅い部分と膨張行程の早い部分における高い圧力を順次に利用する事 が望ましい。各順次のポンプアップ事象について上死点位置に近く噴射ポートを 開閉するように、段階的にまたは所望のアルゴリズムで、ECU100が噴射ポ ートの開放時間を逓増し閉鎖時間を逓減する事ができる。 このようにして、順次のポンプアップ事象の間に圧力低下をほとんどまたはま ったく伴なわないで、順次のシリンダサイクルの間のエアダクト13中の圧力低 下を低減させ、またエアダクト13の中に適当に決定された圧力増大を生じる事 ができる。このようにして、第6図に図示のように、第1図に図示のものよりも はるかに変動が少なくなる利点が得られる。さらに噴射ポート32の適当な開閉 時間の選択によって、順次のポンプアップ事象に際して圧力損失を伴なう事なく エアダクト13中の圧力を順次増大させる事ができる。 多気筒機関の場合、「n」燃焼室60と「n」エアインゼクタ12が存在する 。各エアインゼクタポート32の開放タイミングは前記の減圧現象を避けるよう に設定される。他方、エア開始(SOA)事象とエア終了(EOA)事象との間 の時間またはクランク角度が第5図の3シリンダに見られるように各シリンダサ イクルごとに減少される。この場合レールユニット11のエアダクト13がより 短時間で所望の圧力レベルまでポンプアップされる。検出されたレール圧力に従 って選択的にエンジンの各サイクルの適当なSOAタイミングおよびEOAタイ ミングを計算するようにECU100を構成する事は容易である。 さらにポンプアップシーケンスは好ましくは点火順序と同一順序となるように 配列され、この点火順序はnシリンダエンジンの場合、1,2...nとする事 ができる。従って、始動に際して、クランク軸33の位置を特定するためにエン ジンが最大360°回転した後に、例えばシリンダ1の噴射ポート32がそのた めに一定のSOAタイミングおよびEOAタイミングを特定され、次にシリンダ 2の空気噴射ポート32のSOAタイミングとEOAタイミングが相互にある程 度近く設定されて(上死点(DTC)に近く、すなわちSOAが遅らされEOA が進められて)、シリンダ1において生じるよりも高い空気供給圧を生じ、次に シリンダ3の噴射ポート32のSOAタイミングとEOAタイミングを同様に相 互に近接させて、さらに高い圧力を生じ、さらにエンジンのnシリンダまで同様 にする。エンジン点火順序がシリンダ1に戻った時にさらにポンプアップが必要 とされれば、SOAタイミングとEOAタイミングが前回の点火サイクルのシリ ンダnよりもそれぞれ逓増または逓減される。 SOAおよびEOAタイミングは時間ドメインまたはクランク角ドメインの中 に設定されるが、いずれの事象においても、エンジン作動温度および/またはエ アダクト13中の検出された圧力などのファクタを考慮して設定する事ができる 。 エアインゼクタ12のSOAおよびEOAは一般にシリンダ中を複動するピスト ン61の上死点位置(TDC)のそれぞれ前と後に生じる。 他の変更例として、燃料が燃焼のためにエンジン20に供給され始めた後にお いてもエアダクト13のポンピング・アップを継続する事ができる。特に、燃料 の供給後に噴射ポート32を開放状態に保持して、噴射ポート32が開いている 間に点火が生じるように保証する事ができる。これは、点火の開始後に燃焼室6 0中の圧力が急速に増大し従ってエアダクト13の圧力の同様に急速な増大が可 能となるので、エアダクト13にさらに空気を装入する手段を成す。しかしエア ダクト13中に少なくとも550kPaの圧力を急速に達成するのに必要な時間 より長い時間、噴射ポート32を開放状態に保持しない事が望ましい。噴射ポー トが必要以上に長く開放状態に保持されれば、燃焼ガスがエアダクト13の中に 入って燃料噴射システムの中に炭素堆積などの問題を生じる可能性があるなどの 欠点がある。好ましい実施態様においては、このような事態を防止しまたは減少 させるためには、EOAが点火事象の10°以内に発生する事が望ましい。さら に、このような後続ポンプアップ事象は、エアコンプレッサ29がエアダクト1 3に対して適当圧で給気するようになるまでの間のみ実施される事が好ましい。 この状態は、例えば約8−14のエンジンシリンダサイクル後に生じる。 第2図について述べた事から明かなように、給気系統は比較的大容積を成す。 この容積は、エアダクト13、エアコンプレッサ29の作動チャンバ、この作動 チャンバをレールユニット11のエアダクト13に連通するためのダクト49、 およびオプションとして、複動コンプレッサ29の動作の周期的性質から生じる 圧力パルスを吸収するための容量を成すためにコンプレッサ29とエアダクト1 3との間に備えられる追加的チャンバから成る。エアダクト13の加圧に必要な 時間を最小限に減少しようとするのであるから、第2図に図示のようにエアダク ト13とエアダクトをコンプレッサ29の作動チャンバに連通するダクト49と の間に、一方向弁50を備える事が好都合である。 望ましくは、一方向弁50はレールユニット11の中に合体され、エアダクト 13がダクト49と接合するエアダクトの末端に配置される。このようにして、 コンプレッサ29が空気を適当圧でエアダクト13に供給できない間にエンジン を始動する場合、一方向弁50はエアダクト13をコンプレッサ29およびダク ト49から遮断するのに役立つ。これは、始動時にポンプアップされる必要のあ る容積を場合によっては最大1/3低下させる。このようにして始動に際して、 レールユニット11のエアダクト13のみを加圧する必要があり、給気系統の他 の部分を加圧する必要はない。従って、加圧する必要のある容積が最小限になさ れ、エアダクト13は20−25℃での適当な燃料噴射のために必要な例えば近 似的に550kPaの作動圧力により急速に達する。 このような給気系統の給気容積の減少は、コンプレッサ29が大きな動作をし ていないクランキング体制においてのみ必要である。エアコンプレッサ29が前 記の方法で得られるよりも高い圧力を発生するやいなや、コンプレッサ29がバ ネおよびその他のこれに組合わされた手段に打ち勝ってこのコンプレッサによっ て加えられる圧力により、一方向弁50が開放位置に片寄らされ、空気をコンプ レッサ29の作動チャンバからエアダクト13の中に連続的に流入させる。弁5 0は任意所望の型とする事ができるが、望ましくは簡単構造とする。しかし、こ の弁がECU100によって設定される適当タイミングで生かされるソレノイド 弁でない理由はない。このような一方向弁50の設置は、最初の燃料噴射事象が エンジンの1/3回転乃至1/2回転早く生じる程に、全クラッキング時間を短 縮させ、これは商業的にも望ましい。 本発明によればエンジン温度の補正手段を備える事ができる。例えば、エンジ ン20の満足な動作のために必要とされる空気圧は温度と共に変動し、エンジン 温度が高い程、エンジン20を適当に作動させるのに必要な圧力が低下する。理 論に拘束されるつもりはないが、低いエンジン温度においては、シリンダ壁体が 冷たく、燃料に対する熱シンクを成して、シリンダ内部において効率的な燃焼を 生じるために望ましい燃料−空気分散系の形成を阻害すると思われる。逆に、エ ンジン温度が十分に高い時、低い空気圧で燃料と空気の満足な霧化を生じるのに 十分である。従って、エンジン温度を尺度として使用してECU100によって 制御されるポンプアップ・ストラテジーを有する事が望ましい場合がある。例え ば、そのためエンジン冷媒温度をエンジン温度の尺度として使用する事ができる 。エンジン20が最初に低温にあるが故に高い空気圧が必要とされるなら、エン ジン20の始動期間に追加的なポンプアップ事象を予定する事ができる。このよ うにして、エンジン20の遭遇する任意の作動温度に対して必要なポンプアップ 事象を予定する事ができる。ポンプアップシーケンスがエンジン温度に依存する 場合、好ましくはこれは、空気ダクト13中のゼロ圧または最小限圧の存在を前 提として実施される。あるいは、下記のようにエアダクト13中に一定の空気圧 が残存すると仮定する事ができる。 エンジン20が切られた時、空気ダクト13の内部から空気圧が一定速度で漏 出する可能性がある。この漏出速度は例えばエンジン20の中に使用されるコン プレッサ29の構造に依存すると思われる。従って、もしこの漏出速度が既知で ありまたエンジンが不作動となる時間が既知であれば、エアダクト13中に残存 する空気の圧力をECU100によって評価する事ができよう。この情報を使用 して、次の始動事象中のポンプアップシーケンスを適当に変更する事ができよう 。このコンセプトを一歩進めて、漏出速度をエンジン冷却速度に関連づける事が できよう。従って始動におけるエンジン温度を検出する事により、エアダクト1 3の一定の漏出速度を推定して、必要なポンプアップシーケンスの変更に使用す る事ができよう。例えば、エアダクト13中に一定の圧力レベルが残存する事が 知られれば、必要なポンプアップシーケンスと従ってより短いエアダクト加圧時 間 とを達成する事ができる。 エアダクト13の全ポンプアップ時間の短縮を支援するために一方向弁50を 配備する事は有効であるが、エンジン20のコンプレッサ29が故障した場合に 、「リンプ・ホーム」モードが生じるように一方向弁50を使用する事が可能で ある。 コンプレッサ29が故障した時、一方向弁50は代表的には組合わされたバイ アス手段の作用で閉鎖する。例えばコンプレッサ29の作動チャンバをレールユ ニットのエアダクト13に連結するダクト中に配置された圧力センサがコンプレ ッサの故障を示す値を示す事ができる。この故障が示されると、ECU100は 、エンジン20の少なくとも1つのエアインゼクタ12がその噴射ポート32か ら燃焼室60への燃料供給の完了後、一定時間開かれているような作動モードに 逆転される。これにより、燃焼室60からガスがエアインゼクタ12の噴射ポー ト32を通過して、次のエンジンシリンダサイクル中に燃料を供給するのに十分 な圧力までエアダクト13中のガス圧を上昇させる。噴射ポート32は燃焼室6 0中への燃料噴射に際してまたその後一定期間、開放状態に保持され、ガスを通 路80の中に通過させ従ってエアダクト13中のガス圧を必要程度に上昇させる 事ができる。 さもなければ、多気筒機関においては、1つのシリンダがエアダクト13の加 圧のためにのみ使用され、他のシリンダは、1つ少ないシリンダで作動するエン ジンを補償するように作動される事ができる。さもなければ、前述の方法によっ てエンジンの各シリンダからガスをエアダクトに供給する事ができる。 ある種のエンジンにおいては、例えばV6エンジンにおいては、各シリンダバ ンクに対して1つづつ、合計2つのレールユニット11が存在する。コンプレッ サ29が故障した場合、一方のレールユニット11が前述の方法によって圧縮空 気源として作用する。他方のシリンダバンクが正常に運転し、または変更された 作動モードを補償するように運転する。このようなシステムにおいては、第2レ ールユニット11によって使用される圧縮空気を第1レールユニット11の空気 ダクト13によって供給させるための装備を使用する必要があろう。第1レール ユニット11中の一方向弁50の閉鎖が空気ダクト13から空気供給系統の中へ の空気の漏出を防止し、従ってコンプレッサ故障後においてもエンジン運転を可 能とするであろう。これは本発明のさらに他のアスペクトを成す。 また空気ダクト13が一定数のポンプアップ事象後に所要の圧力に達する事が できない場合、エアコンプレッサの故障が表示され、前述のような「リンプ・ホ ーム」モードが生かされるような診断モードを構築する事が可能である。 本発明のいずれの実施態様が使用されても、エアダクト13中の圧力がエンジ ン20の効率的な動作を可能とするのに十分である事を例えばエアダクト13ま たはダクト49中の圧力センサが表示した時に、前述の始動・ポンプアップシー ケンスを停止する事ができる。このような表示が出された場合、ポンプアップシ ーケンスを停止させる事ができる。 本発明は特に短いスタート時間がきわめて重要なモータサイクル、船外ボート エンジンまたはリクリエーション・エンジンに応用可能であるが、他の型のエン ジンのデュアル流体燃料噴射システムの中に使用する事ができる。本発明は2行 程サイクルまたは4行程サイクルのいずれのエンジンにも適用される。 本発明は前記の実施例のみに限定されるものでなく、その主旨の範囲内におい て任意に変更実施できる。
【手続補正書】特許法第184条の8第1項 【提出日】平成10年4月24日(1998.4.24) 【補正内容】 請求の範囲 1. ガスによって運ばれる燃料を直接にエンジンの燃焼室に送る少なくとも 1つの噴射手段と、前記噴射手段にガスを供給するために前記噴射手段と連通す るガス供給系統とを含む燃料噴射システムを有するエンジンの作動方法において 、前記方法は、エンジンの始動中に、前記エンジンの前記少なくとも1つの燃焼 室中の圧力が前記ガス供給系統中の圧力と実質的に同等またはより高い時に、少 なくとも1つの燃焼室の前記噴射手段を後続のエンジンシリンダサイクル中、開 放させて、前記燃焼室から前記噴射手段を通して前記ガス供給系統に圧縮ガスを 送る工程を含む事を特徴とするエンジンの作動方法。 2. 前記ガス供給系統が次に燃料をエンジンの少なくとも1つの燃焼室に直 接に送るために加圧される事を特徴とする請求項1に記載の方法。 3. 前記噴射手段が少なくとも1つの燃焼室中の圧縮行程の一部において開 放状態に成される事を特徴とする請求項1または2のいずれかに記載の方法。 4. 前記噴射手段は、エンジンの始動においてガス供給系統中のガス圧が設 定値以下である時に開かれる事を特徴とする請求項1、2または3のいずれかに 記載の方法。 5. エンジン始動中、順次のエンジンシリンダサイクルにおいて噴射手段の 開放期間が逐次短縮される事を特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の方 法。 6. 前記噴射手段がエンジンの前記の各燃焼室の順次の各シリンダサイクル 中、各サイクルを、始動の開始からガス供給系統中の圧力が所望レベルに達する 時点まで減少させる期間、開かれる事を特徴とする請求項1乃至5のいずれかに 記載の方法。 7. 前記の開放期間は、ガス供給の開始とシリンダの上死点位置との間のク ランク軸回転角度を減少させる事によって減少される事を特徴とする請求項6に 記載の方法。 8. 噴射手段の各開放期間はシリンダの上死点位置の通過後に終了する事を 特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の方法。 9. 前記エンジンが各シリンダについて別々の1つの噴射手段を有する多気 筒機関であり、また始動中、噴射手段がシリンダ点火順序と同一順序で順次に開 放されて、各噴射手段にガスを供給する共通ガス供給系統とそれぞれこの順序で 連通する事を特徴とする請求項1乃至8のいずれかに記載の方法。 10. 各噴射手段の開放期間はシリンダの点火順序と同一順序で逐次逓減す る事を特徴とする請求項9に記載の方法。 11. 前記ガス供給系統は各噴射手段と連通する共通ガスチャンバを含み、 始動中にガスが各シリンダから前記の共通ガスチャンバに送られる事を特徴とす る請求項9または10のいずれかに記載の方法。 12. 前記共通ガスチャンバに対して圧縮ガスを供給するためエンジンに駆 動連結されたコンプレッサが配設され、また始動期間中、少なくとも前記共通ガ スチャンバ中のガス圧が特定圧以上に上昇するまでは、前記コンプレッサ手段が 前記共通ガスチャンバから遮断される事を特徴とする請求項9に記載の方法。 13. 前記エンジンが各シリンダについて別々の1つの噴射手段を有する多 気筒機関である事を特徴とする請求項1乃至8のいずれかに記載の方法。 14. 始動中に、各噴射手段が開かれて、シリンダの点火順序と同一の順序 でそれぞれのシリンダを共通ガスチャンバと連通させ、またそれぞれの噴射手段 の開放タイミングが先行噴射手段の開放タイミングより所定時間だけ遅らされる 事を特徴とする請求項9乃至12のいずれかに記載の方法。 15. 噴射手段の開放タイミングが遅らされ、またこの噴射手段の閉鎖タイ ミングがこれに対応して進められる事を特徴とする請求項14に記載の方法。 16. 噴射手段の閉鎖は、それぞれのシリンダ中の点火後、10°以内で実 施される事を特徴とする請求項9乃至12または14乃至15のいずれかに記載 の方法。 17. 燃料噴射システムの中において、エンジン始動中に加圧される必要の ある前記共通ガス供給系統の容積を最小限に成す箇所に一方向弁が配置されてい る事を特徴とする請求項9乃至12または14乃至16のいずれかに記載の方法 。 18. コンプレッサとガスチャンバとの間の連通は、エンジン始動中に、ガ スがコンプレッサからガスチャンバへの方向にのみ流れる事ができるように制御 される事を特徴とする請求項12または14乃至17のいずれかに記載の方法。 19. 前記ガス供給手段にガスを送る回数はエンジン温度に依存する事を特 徴とする請求項1乃至18のいずれかに記載の方法。 20. コンプレッサが共通ガスチャンバ中の圧力を前記特定レベルより高く 保持できない事の検出に対応して、少なくとも1つのエンジンシリンダの噴射手 段がそのシリンダ中の点火後、所定期間開放状態に保持される事によって、前記 共通ガス供給チャンバ中のガス圧を上昇させる事を特徴とする請求項12または 14乃至19のいずれかに記載の方法。 21. 各噴射手段の順次の開放期間がガス供給系統からのガス圧損失を防止 するように最適化される事を特徴とする請求項1乃至20のいずれかに記載の方 法。 22. 始動に続く数エンジンサイクル後に、少なくとも1つのエンジンシリ ンダの噴射手段がそのシリンダ中の点火後の一定期間中、開放状態に保持されて ガス供給系統中のガス圧をさらに上昇させる事を特徴とする方法。 23. 各シリンダバンクに対して1つのガス供給系統を備えた複数のシリン ダバンクと、前記の各ガス供給系統に対して圧下ガスを供給するための圧下ガス 源とを含み、ここに前記の各ガス供給系統に対して圧下ガスを供給できなかった 場合、前記の圧下ガス源の代わりに一方の前記ガス供給系統を使用して、正規作 動に必要な圧下ガス量の少なくとも一部を前記他方のガス供給系統に供給する事 を特徴とするエンジンの作動方法。 24. エンジンシリンダに対する燃料噴射手段にガスを供給するためのガス 供給系統を含むエンジンの作動方法において、ガス支援噴射の生じうるレベルま で前記ガス供給系統を装入する際に、計量された一定量の燃料がシリンダに供給 された後に噴射ノズルを一定期間開放状態に保持し、前記ガス供給系統に対して 圧下ガス源が前記ガス供給系統を作動圧まで装入する事ができるようになるまで 、圧下ガスをシリンダから前記ガス供給系統に供給する事により前記ガス供給系 統の加圧を継続する事を特徴とするエンジンの作動方法。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE, DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,IT,L U,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF ,CG,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE, SN,TD,TG),AP(GH,KE,LS,MW,S D,SZ,UG,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG ,KZ,MD,RU,TJ,TM),AL,AM,AT ,AU,AZ,BA,BB,BG,BR,BY,CA, CH,CN,CU,CZ,DE,DK,EE,ES,F I,GB,GE,GH,HU,IL,IS,JP,KE ,KG,KP,KR,KZ,LC,LK,LR,LS, LT,LU,LV,MD,MG,MK,MN,MW,M X,NO,NZ,PL,PT,RO,RU,SD,SE ,SG,SI,SK,SL,TJ,TM,TR,TT, UA,UG,US,UZ,VN,YU,ZW (72)発明者 トーマス、シュネップル オーストラリア連邦ウェスターン、オース トラリア州、ウェンブリー、ジャージー、 ストリート、169ビー (72)発明者 スチュアート、グラハム、プライス オーストラリア連邦ウェスターン、オース トラリア州、ケンジントン、ケナード、ス トリート、28 (72)発明者 スティーブン、ラインハード、マールス オーストラリア連邦ウェスターン、オース トラリア州、ウッドベイル、チェイス、コ ート、1 【要約の続き】 作動に必要な圧下ガス量の少なくとも一部を前記他方の ガス供給系統に供給する事を特徴とする内燃機関の作動 方法が開示される。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1. ガスによって運ばれる燃料を直接にエンジンの燃焼室に送る少なくとも 1つの噴射手段と、前記噴射手段にガスを供給するために前記噴射手段と連通す るガス供給系統とを含む燃料噴射システムを有するエンジンの作動方法において 、前記方法は、前記エンジンの前記少なくとも1つの燃焼室中の圧力が前記ガス 供給系統中の圧力と実質的に同等またはより高い時に、少なくとも1つの燃焼室 の前記噴射手段をエンジン始動中に開放させて、前記燃焼室から前記噴射手段を 通して前記ガス供給系統に圧縮ガスを送る工程を含む事を特徴とするエンジンの 作動方法。 2. 前記ガス供給系統が次に燃料をエンジンの少なくとも1つの燃焼室に直 接に送るために加圧される事を特徴とする請求項1に記載の方法。 3. 前記噴射手段が少なくとも1つの燃焼室中の圧縮行程の一部において開 放状態に成される事を特徴とする請求項1または2のいずれかに記載の方法。 4. 前記インゼクタ手段は、エンジンの始動においてガス供給系統中のガス 圧が設定値以下である時に開かれる事を特徴とする請求項1、2または3のいず れかに記載の方法。 5. エンジン始動中、順次のエンジンシリンダサイクルにおいて噴射手段の 開放期間が逐次短縮される事を特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の方 法。 6. 前記噴射手段がエンジンの前記の各燃焼室の順次の各シリンダサイクル 中、各サイクルを、始動の開始からガス供給系統中の圧力が所望レベルに達する 時点まで減少させる期間、開かれる事を特徴とする請求項1乃至5のいずれかに 記載の方法。 7. 前記の開放期間は、ガス供給の開始とシリンダの上死点位置との間のク ランク軸回転角度を減少させる事によって減少される事を特徴とする請求項6に 記載の方法。 8. 噴射手段の各開放期間はシリンダの上死点位置の通過後に終了する事を 特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の方法。 9. 前記エンジンが各シリンダについて別々の1つの噴射手段を有する多気 筒機関であり、また始動中、噴射手段がシリンダ点火順序と同一順序で順次に開 放されて、各噴射手段にガスを供給する共通ガス供給系統とそれぞれこの順序で 連通する事を特徴とする請求項1乃至8のいずれかに記載の方法。 10. 各噴射手段の開放期間はシリンダの点火順序と同一順序で逐次逓減す る事を特徴とする請求項9に記載の方法。 11. 前記ガス供給系統は各噴射手段と連通する共通ガスチャンバを含み、 始動中にガスが各シリンダから前記の共通ガスチャンバに送られる事を特徴とす る請求項9または10のいずれかに記載の方法。 12. 前記共通ガスチャンバに対して圧縮ガスを供給するためエンジンに駆 動連結されたコンプレッサが配設され、また始動期間中、少なくとも前記共通ガ スチャンバ中のガス圧が特定圧以上に上昇するまでは、前記コンプレッサが前記 共通ガスチャンバから遮断される事を特徴とする請求項9に記載の方法。 13. 前記エンジンが各シリンダについて別々の1つの噴射手段を有する多 気筒機関である事を特徴とする請求項1乃至8のいずれかに記載の方法。 14. 始動中に、各噴射手段が開かれて、シリンダの点火順序と同一の順序 でそれぞれのシリンダを共通ガスチャンバと連通させ、またそれぞれの噴射手段 の開放タイミングが先行噴射手段の開放タイミングより所定時間だけ遅らされる 事を特徴とする請求項9乃至12のいずれかに記載の方法。 15. 噴射手段の開放タイミングが遅らされ、またこの噴射手段の閉鎖タイ ミングがこれに対応して進められる事を特徴とする請求項14に記載の方法。 16. 噴射手段の閉鎖は、それぞれのシリンダ中の点火後、10°以内で実 施される事を特徴とする請求項9乃至12または14乃至15のいずれかに記載 の方法。 17. 燃料噴射システムの中において、エンジン始動中に加圧される必要の ある前記共通ガス供給系統の容積を最小限に成す箇所に一方向弁が配置されてい る事を特徴とする請求項9乃至12または14乃至16のいずれかに記載の方法 。 18. コンプレッサとガスチャンバとの間の連通は、エンジン始動中に、ガ スがコンプレッサからガスチャンバへの方向にのみ流れる事ができるように制御 される事を特徴とする請求項12または14乃至17のいずれかに記載の方法。 19. 前記ガス供給手段にガスを送る回数はエンジン温度に依存する事を特 徴とする請求項1乃至18のいずれかに記載の方法。 20. コンプレッサが共通ガスチャンバ中の圧力を前記特定レベルより高く 保持できない事の検出に対応して、少なくとも1つのエンジンシリンダの噴射手 段がそのシリンダ中の点火後、所定期間開放状態に保持される事によって、前記 共通ガス供給チャンバ中のガス圧を上昇させる事を特徴とする請求項12または 14乃至19のいずれかに記載の方法。 21. 各噴射手段の順次の開放期間がガス供給系統からのガス圧損失を防止 するように最適化される事を特徴とする請求項1乃至20のいずれかに記載の方 法。 22. 始動に続く数エンジンサイクル後に、少なくとも1つのエンジンシリ ンダの噴射手段がそのシリンダ中の点火後の一定期間中、開放状態に保持されて ガス供給系統中のガス圧をさらに上昇させる事を特徴とする方法。 23. 各シリンダバンクに対して1つのガス供給系統を備えた複数のシリン ダバンクと、前記の各ガス供給系統に対して圧下ガスを供給するための圧下ガス 源とを含み、ここに前記の各ガス供給系統に対して圧下ガスを供給できなかった 場合、前記の圧下ガス源の代わりに一方の前記ガス供給系統を使用して、正規作 動に必要な圧下ガス量の少なくとも一部を前記他方のガス供給系統に供給する事 を特徴とするエンジンの作動方法。 24. エンジンシリンダに対する燃料噴射手段にガスを供給するためのガス 供給系統を含むエンジンの作動方法において、ガス支援噴射の生じうるレベルま で前記ガス供給系統を装入する際に、計量された一定量の燃料がシリンダに供給 された後に噴射ノズルを一定期間開放状態に保持し、前記ガス供給系統に対して 圧下ガス源が前記ガス供給系統を作動圧まで装入する事ができるようになるまで 、前記ガス供給系統の加圧を継続する事を特徴とするエンジンの作動方法。
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