JP5959636B2 - 内燃機関の燃料供給装置の動作方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の上位概念に記載の方法と、従属請求項に記載のコンピュータプログラム、ないし開ループ制御装置および／または閉ループ制御装置とに関する。

例えば内燃機関の燃料供給装置における調量制御バルブは、市場でも公知である。調量制御バルブは、一般的に電磁的に動作させられ、燃料供給装置の高圧ポンプに組み込まれた構成要素であることが多い。調量制御バルブは、高圧アキュムレータ（「燃料レール」とも称する）にポンピングされる燃料の量を制御し、この高圧アキュムレータから、燃料が内燃機関の噴射弁に移送される。調量制御バルブの弁体に連結された可動コアは、磁力によって移動可能である。（主に高圧ポンプの流入弁である）弁体は、弁座への当接、ないしは弁座からの引き上げが可能である。これにより、内燃機関の燃料量を調整することができる。

この専門分野の特許公報には、例えば欧州特許第ＥＰ１０４２６０７Ｂ１号明細書がある。

発明の開示
本発明が基礎とする課題は、請求項１に記載の方法と、従属請求項に記載のコンピュータプログラムと、開ループ制御装置および／または閉ループ制御装置とによって解決される。有利な改善形態は従属請求項に記載されている。また、本発明の重要な特徴は、以下の明細書および図面に記載されているが、これらは改めて説明するまでもなく、それぞれの特徴が単独でも、様々な組み合わせでも本発明にとっては重要なものであり得る。

本発明に係る方法は、燃料供給装置の調量制御バルブ（調量装置）を、特に内燃機関が中域、または低域の回転数で動作している間、比較的少ない電気エネルギーで駆動制御できる利点を有する。また、調量制御バルブの動作音を低減し、疲労強度を向上させることができる。

本発明は、内燃機関の燃料供給装置の動作方法に関し、この方法では供給量を設定するために、燃料供給装置の吐出チャンバへの流入路に配置された、調量制御バルブの電磁操作装置が切換えられる。このため、電磁操作装置には、可動コアがストロークストッパの方向へ移動する切換え過程の度に、駆動制御によってエネルギーが供給される。調量制御バルブの切換えは、内燃機関のカムシャフトが一回転する間に、例えば２回、３回または４回行われる。カムシャフトないしは内燃機関の回転数が最大である場合にも、調量制御バルブを確実に切換え、短い切換え時間を達成するためには、比較的高いエネルギーが必要とされる。

本発明は、最大回転数以下の回転数においては、短い切換え時間に対する要求は相応にさほど重要ではない、という考察に基づいている。そのため本発明によれば、切換えのために電磁操作装置に供給されるエネルギー、特に電磁操作装置に供給される電流の強さおよび／または電磁操作装置に印加される電圧の高さを、少なくとも一時的にカムシャフトないしは内燃機関の回転数に依存させ、低回転数の時のそれらのレベルが高回転数の時よりも低くなるようにしている。

前記方法の構成では、電磁操作装置の可動コアが第一のポジションから第二のポジションへと移動する吸引フェーズの間だけ、エネルギーを内燃機関の回転数に依存させる。この吸引フェーズは、その都度必要とされる短い切換え時間を達成するために、特に多くのエネルギーを必要とする。そのため本発明による駆動制御の、吸引フェーズ中の、内燃機関の回転数への依存性は、非常に効果的である。吸引フェーズに続く保持フェーズ中の電磁操作装置の駆動制御は、実質的に回転数に関係なく行うことができる。

更に、エネルギーは回転数の上昇とともに増加し、その関連性は単調である。このことから、一般に可動コアの動きは回転数に応じて、より迅速に行われる必要があると考えられている。このことは、連続的で単調な特性曲線を用いて行われることが好ましい。

特に、エネルギーは、調量制御バルブがそのときの回転数に想定される時間間隔内で確実に切換わることができるように制御される。この時間間隔は、低い回転数のときよりも一般に高い回転数のときの方が長く、それぞれ調量制御バルブが正常に動作できるように設定されている。これによって生じ得る時間的な余裕は、本発明によれば、低い回転数における可動コアの吸引持続時間を、そのつどの時間間隔の枠内で延長するのに有効利用できる。これに対しては、それぞれ僅かなエネルギーしか必要ない。

前記方法の構成では、電磁操作装置の駆動制御のための電流および／または電圧はクロック制御される。電磁操作装置は例えば電子スイッチを用いて、可動コアの吸引フェーズ中および／または保持フェーズ中に何度も、駆動電圧に接続され、再びそこから遮断される。その際に設定されるデューティ比は、これに伴い駆動制御期間中の平均電流を規定する。このデューティ比は、平均電流が本発明に係る方法によって内燃機関の回転数に依存するように設定される。有利には、この電子スイッチの操作は、下方の電流閾値と上方の電流閾値にそれぞれ依存して行われる。電磁操作装置のコイルを流れる電流がこの下限の電流閾値を下回ると、電子スイッチが閉鎖され、コイルは駆動電圧に切換えられる。これによりコイルを介して流れる電流と、これに誘起された磁力とが連続的に増加する。コイルを流れる電流が上限の電流閾値を上回ると、電子スイッチが開放され、コイルは駆動電圧から遮断される。これによりコイルを介して流れる電流と、これに誘起された磁力とは連続的に減少する。一般的に、吸引フェーズと保持フェーズとに使用される電流閾値はそれぞれ異なる。

電流閾値を使用する代わりに、電磁操作装置を「パイロット制御」されたパルス幅変調電圧を用いて駆動制御することも可能であり、規定パラメータはそれぞれ一度の駆動制御に対して予め設定される。本発明によるとこのパラメータは、切換えのために電磁操作装置に供給されるエネルギーの強さが、少なくとも一時的に内燃機関の回転数に依存するように設定される。

この方法は、内燃機関の開ループ制御装置および／または閉ループ制御装置（「制御装置」）上でコンピュータプログラムを用いて実行される場合に、実施が特に容易となる。また有利な構成では、この制御装置のスタンバイが、コンピュータプログラムに関する独立請求項の特徴を有するコンピュータプログラムを、記憶媒体からロードすることで行われる。この記憶媒体には、コンピュータプログラムが記憶された形態でそこに含まれてさえいれば、全ての装置が考えられる。

以下に、本発明の実施形態の例を、図面を参照しながら説明する。

内燃機関の燃料供給装置の概略図。 燃料供給装置の高圧ポンプと、電磁操作装置の調量制御バルブとの部分断面図。 電磁操作装置の駆動制御のタイムチャート。 吸引電流および吸引時間を内燃機関の回転数に関して表したグラフ。 この方法を補足的に表した概略ブロック図。

全図において、同等の機能を有する要素および機能的に同等の特性量に対しては、実施形態が異なっていても同じ符号を用いる。

図１は、内燃機関の燃料供給装置１を、非常に簡略的に表した図である。燃料タンク３から吸入管路４を介した燃料が、プレフィードポンプ５によって、低圧管路７と、電磁操作装置９（「電磁石」）によって操作可能な調量制御バルブ１０とを介して、（ここでは詳述しない）高圧ポンプ１１に供給される。下流側では、高圧ポンプ１１が高圧管路１２を介して高圧蓄圧器１３（「コモンレール」）に接続されている。高圧ポンプ１１のバルブなどのその他の要素は、図１には記載されていない。電磁操作装置９は、開ループ制御装置および／または閉ループ制御装置１６によって駆動制御され、この開ループ制御装置および／または閉ループ制御装置１６においてはコンピュータプログラム１８が実行可能である。

調量制御バルブ１０は、高圧ポンプ１１を含めた構成ユニットとしても構成可能である。調量制御バルブ１０は、例えば高圧ポンプ１１の強制開放式の流入弁であってもよい。あるいは調量制御バルブ１０は、例えば圧電アクチュエータなど、電磁石９以外の操作装置を有することもできる。

燃料供給装置１の動作時には、プレフィードポンプ５が燃料を燃料タンク３から低圧管路７へ供給する。その際調量制御バルブ１０は、電磁石９の可動コアを第一のポジションから第二のポジションへ、また第二のポジションから第一のポジションへと移動させることで、高圧ポンプ１１の作業チャンバへ供給される燃料量を制御する。調量制御バルブ１０はこれにより開閉可能となる。

図２は、燃料供給装置１の高圧ポンプ１１と、調量制御バルブ１０、電磁操作装置９との部分的な断面図（縦断面図）である。図示の配置構成には、図の上方部に電磁操作装置９が、中央部に調量制御バルブ１０が、下方部に高圧ポンプ１１のピストン２４を含む吐出チャンバ２２が配置されたハウジング２０が含まれている。

電磁操作装置９はバルブハウジング２６内に配置され、コイル２８と、可動コア３０と、磁極コア３２と、可動コアスプリング３４と、静止弁座３６と、ストロークストッパ３８とを含む。静止弁座３６は可動コア３０の第一のポジションを表し、ストロークストッパ３８は可動コア３０の第二のポジションを表す。可動コア３０は、連結要素４０を用いて弁体４２を付勢する。図において、弁体４２の上部には、付属のシール弁座４４が配置されている。このシール弁座４４は、弁体４２と、バルブスプリング４８とを包囲する、ポット状のハウジング要素４６の一部である。シール弁座４４と弁体４２は、高圧ポンプ１１の流入弁を形成する。

図２は、電磁操作装置９の通電していない状態を示す。ここで可動コア３０は、可動コアスプリング３４によって、図の下方の静止弁座３６に対して押圧される。弁体４２はこれにより、連結要素４０を介してバルブスプリング４８の力に反して付勢され、これにより流入弁ないし調量制御バルブ１０が開放される。これによって、低圧管路７と、吐出チャンバ２２との間で通流接続がなされる。

電磁操作装置９の通電状態においては、可動コア３０が磁極コア３２によって磁気的に吸引され、これにより可動コア３０に連結された連結要素４０は図の上方へ移動する。弁体４２はこれによって、相応する流体の圧力比のもとで、バルブスプリング４８の力によってシール弁座４４に対して押圧され、これにより流入弁ないし調量制御バルブ１０は閉鎖される。これは、例えばピストン２４が吐出チャンバ２２において、（図の上方への）動作移動を行い、燃料が開放された逆止弁６０を介して高圧管路１２へ供給された時に生じる。

調量制御バルブ１０の開閉は複数のパラメータに依存して行われる。すなわち第一に可動コアスプリング３４と、バルブスプリング４８とによって加わる力に依存し、第二に低圧管路７と、吐出チャンバ２２とにおいて生じる燃圧に依存し、第三に、コイル２８に現在流れている電流Ｉによって実質的に規定される、可動コア３０の応力に依存する。そのつどの燃圧にも依存しているが、特に電流Ｉによって、弁体４２の開閉タイミングが制御され、供給されるべき燃料量が実質的に制御される。

図３は、調量制御バルブ１０の駆動制御のタイムチャートを示す。図に示されている座標系においては、電磁操作装置９のコイル２８を介して流れる電流Ｉ１（実線）と、電流Ｉ２（破線）が、時間ｔに関して示されている。双方向矢印６２は、電磁操作装置９の可動コア３０の吸引フェーズに対する通電を表し、双方向矢印６４は、電磁操作装置９の可動コア３０の保持フェーズに対する通電を表す。吸引フェーズ中、可動コア３０は電磁力によって静止弁座３６からストロークストッパ３８まで移動する。保持フェーズ中は、可動コア３０は一般的により少ない電磁力で、ストロークストッパ３８の位置に保持される。以下では、まず電流Ｉ１の経過を説明する。電流Ｉ１は、内燃機関の回転数７２が比較的高い時の（図４参照）、電磁操作装置９の駆動制御に使用される。

時点ｔ０で吸引フェーズが開始し、この時電流Ｉ１は比較的急速に上昇し、時点ｔ１ａから平均値６６ａの付近でロック制御される。時点ｔ２から保持フェーズに対する通電が開始し、この時の電流Ｉ１は平均値６８の付近でクロック制御される。この平均値６８は前記平均値６６ａよりも小さい。時点ｔ３では駆動制御が終了し、これにより電流Ｉ１は急速に０まで減少する。

内燃機関の回転数７２が低い時には、電磁操作装置９は電流Ｉ２で駆動制御される。つまり、吸引フェーズ中の電流Ｉ２通電のオンオフを制御する切換え閾値（図示されない）は、電流Ｉ１の切換え閾値に関連して低く設定されている。これにより、吸引フェーズ中の電流Ｉ２の経過に対する平均値６６ｂは、相応に小さいものとなる。このため吸引フェーズ中に必要なエネルギーは同様に小さくなり、可動コア３０が当接する際の動作雑音も減少する。その際、同時に可動コア３０の吸引持続時間が長引き、ｔ２とｔ０間の時間差が増加するため、吸引フェーズ６２が延長されるが、調量制御バルブ１０の正確な機能が損なわれることはない。

電流Ｉ１とＩ２との経過を規定する切換え閾値（図示されない）、ないし切換え閾値から生じる平均値６６ａと６６ｂは、ストロークストッパ３８に可動コア３０が確実に当接するように、そして調量制御バルブ１０が、全ての動作状況において確実に切換えられるように、それぞれ選択されている。吸引フェーズ中の電流Ｉ２が平均して電流Ｉ１よりも小さいため、可動コア３０は電流Ｉ１のときよりも小さい力で加速され、それに相応して遅れて当接する。これは、以下に図４を用いて詳述する。

図４は、吸引フェーズ中にコイル２８を介して流れる電流Ｉの平均値６６と、付随する吸引持続時間７０を、内燃機関の回転数７２に関して線形的に示した座標系である。吸引持続時間７０は、時点ｔ０におけるコイル２８の通電開始から、可動コア３０が最初にストロークストッパ３８に当接するまでの期間を表す。平均値６６は、ここでは抽出点７４によって規定され、抽出点７４は、例えば内燃機関の開ループ制御装置および／または閉ループ制御装置１６の特性マップに保存可能である。また、電流Ｉの平均値６６は、特にコイル２８が吸引フェーズ中に一定の電源電圧に接続される場合、吸引フェーズ中に電磁操作装置９に供給されるエネルギーを表す。

電流Ｉの平均値６６は、回転数７２の上昇に伴って単調に増加することがわかる。高圧ポンプ１１のピストン２４も同様に回転数７２に依存して動くため、弁体４２ないし可動コア３０が移動するのに可能な期間は相応に短くなり、つまりは臨界的となる。この状況は、通電の強化に伴って減少する吸引時間７０によって、適切な形で対処できる。これは上述したように、調量制御バルブ１０があらゆる回転数７２において確実に切換えられるようにすることで行われる。

図５は、電磁操作装置９の駆動制御の概略的なフローチャートを示す。記載された方法は、内燃機関の開ループ制御装置および／または閉ループ制御装置１６におけるコンピュータプログラム１８を用いて行われることが好ましい。第一のブロック７６では、図示の手順が開始される。その際内燃機関の現在の回転数７２が求められる。第二のブロック７８では、求められた回転数７２に基づいて、特性マップから２つの抽出点７４が読み出される。その後、この２つの抽出点７４の間で補間処理がなされ、回転数７２に最適な各平均値６６が定められる。この平均値６６からは、電流Ｉ通電のオンオフに適切な切換え閾値（符号なし）が算出される。

第三のブロック８０では、算出された切換え閾値が、可動コア３０の吸引フェーズ中の電子操作装置９ないしコイル２８の駆動制御に使用される。図５の方法は周期的に繰り返すことができる。

Claims (7)

1. 内燃機関の燃料供給装置（１）の動作方法であって、供給量の設定のために、調量制御バルブ（１０）の電磁操作装置（９）が切換えられる動作方法において、
   切換えのために前記電磁操作装置（９）に供給されるエネルギーのレベルが、少なくとも一時的に前記内燃機関の回転数（７２）に依存するようにし、
   前記エネルギーのレベルは、前記電磁操作装置（９）の可動コア（３０）が、第一のポジションから第二のポジションへ移動する吸引フェーズ（６２）期間の間だけ、前記内燃機関の回転数（７２）に依存する、
   ことを特徴とする動作方法。
2. 前記エネルギーのレベルは、前記回転数（７２）の上昇とともに単調に増加する、請求項１に記載の方法。
3. 前記調量制御バルブ（１０）が、各回転数（７２）毎に想定された時間間隔内で切換えられるように、前記エネルギーのレベルは制御される、請求項１または２記載の方法。
4. 前記エネルギーのレベルは、前記電磁操作装置（９）に供給される電流（Ｉ）の強さ、および／または、前記電磁操作装置（９）に印加される電圧の高さである、請求項１から３のいずれか一項記載の方法。
5. 前記電流（Ｉ）および／または前記電圧はクロック制御される、請求項４記載の方法。
6. 請求項１から５のいずれか一項記載の方法を実施するようにプログラミングされたことを特徴とする、コンピュータプログラム（１８）。
7. 請求項６記載のコンピュータプログラム（１８）が記憶されたメモリを有することを特徴とする、内燃機関の開ループ制御装置および／または閉ループ制御装置（１６）。

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