JP4173582B2 - 内燃機関の作動方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料が吸入フェーズ中の第１の動作モードにおいて内燃機関の燃焼室内へ直接噴射されるか又は圧縮フェーズ中の第２の動作モードにおいて内燃機関の燃焼室内へ直接噴射され、燃料の噴射が、内燃機関の軸の所定の回転角度間隔パターンにおいて実施される、内燃機関、例えば自動車の内燃機関の作動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の燃焼室内への燃料の直接噴射のためのこの種のシステムは、一般的に公知である。この場合は第１の動作モードとしてのいわゆる均一モードと、第２の動作モードとしての成層モードに区別される。成層モードは、特に比較的小さな負荷の際に適用され、均一モードは、内燃機関に印加される負荷が比較的大きな場合に適用される。成層モードでは燃料が内燃機関の圧縮フェーズ中に燃焼室内へ噴射される。その結果、燃焼室内での燃料の均一な分布はもはや行われなくなる。この成層モードの利点は、内燃機関の印加される比較的小さな負荷が非常に僅かな燃料量で実施可能となることである。比較的大きな負荷はいずれにせよこの成層モードでは充足できない。この種の比較的大きな負荷に対して設けられる均一モードでは、燃料が内燃機関の吸い込みフェーズ中に噴射される。そのため渦流の形成とそれに伴う燃焼室内での燃料の分布が直ちに行われる。その限りではこの均一モードは、吸気管内へ燃料が噴射される従来方式の内燃機関の動作モードにほぼ相応する。
【０００３】
前記２つの動作モード、すなわち成層モードと均一モードでは、燃料の噴射時期が制御機器により、多くの入力パラメータに依存して、燃料の節約や排ガスの低減等に関する最適値で算出される。実際の燃料噴射は、所定の回転角度間隔によって定められるパターンにおいて行われる。この回転角度間隔は、この場合特に内燃機関のクランク軸に関するものである。
【０００４】
このことは、実際の燃料噴射がクランク軸の所定の回転角度間隔だけの回転の後でのみ行われ、所定の回転角度間隔の間では行われないことを意味する。この回転角度間隔は、例えば６゜である。つまりこの場合は実際の燃料噴射が、６゜の分解能毎でしか実施できないことを意味する。そのためこの場合の実際の燃料噴射は、この回転角度間隔に相応する精度、つまり６゜の精度しか有さないものとなる。
【０００５】
成層モードにおいて前述した燃料の節約を達成できるようにするためには、算出される燃料噴射時期を、実質的に可及的に高精度に維持する必要がある。すなわち実際の燃料噴射の精度を可及的に高くしなければならない。このことは、実際に行われる燃料噴射のパターンにおける回転角度間隔を可及的に小さく設定することによって達成可能である。しかしながらこのことは、必然的に制御機器に対して、より小さな回転角度間隔のために多くの計算を強いることになりそれに伴ってより高い負荷がかけられることとなる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、内燃機関の作動方法において、実際の燃料噴射時期が可及的に正確に維持できるように改善を行うことである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題は本発明により、内燃機関の回転数が高くかつ内燃機関に印加される負荷が高い場合の回転角度間隔のパターンを、内燃機関の回転数と内燃機関に印加される負荷が平均的又は低い時よりも大きくするようにして解決される。
【０００８】
すなわち回転数が高い場合には、内燃機関の回転数が平均か又はそれより低い時よりも大きい回転角度間隔が設定される。回転数が高い場合には、制御装置自体は計算の実施に比較的少ない時間で可用である。しかしながらこの比較的少ない時間は、比較的大きな回転角度間隔によって再び延長され、それによって補償される。これとは反対に制御機器は比較的低い回転数のもとではより一層多くの時間を得られる。しかしながらこの余剰は比較的少ない回転角度間隔によって再び補償される。
【０００９】
本発明によれば、回転角度間隔の低減に対して内燃機関の回転数の低下が利用される。このことは、平均的又は低い回転数のもとでの実際の燃料噴射の精度の上昇と同義である。しかしながらこれはまさに成層モードが特に有利である回転数である。総じて本発明によれば、成層モードにおいて実際の燃料噴射の精度とそれに伴う結果的な燃料の節約が著しく高められることが達成される。
【００１０】
本発明による方法の有利な実施例では、平均回転数と負荷のもとでのパターンが、低い回転数と負荷の時よりも大きい回転角度間隔を有する。すなわち高い及び平均的ないし低い回転数に対する既存の本発明による方法が、平均的及び低い回転数に対して適用される。このことは、制御装置に対し平均的回転数から低い回転数への回転数の低下によって得られる時間の余剰が、前記低下の際の回転角度間隔の低減にも適用されることを意味する。しかしながら回転角度間隔の低減は、同時に実際の燃料噴射の精度の上昇もあらわし、そのため成層モードにおける燃料節約に関する本発明による方法のさらなる改善例となる。
【００１１】
本発明による別のさらなる実施例では、回転数と負荷が高い場合の回転角度間隔を、回転数と負荷が平均的な時の大きさのほぼ倍にし、あるいは回転数と負荷が平均的な場合の回転角度間隔を、回転数と負荷が低い時の大きさのほぼ３倍にする。例えば高い回転数のもとでの回転角度間隔を約６゜に、そして平均的回転数の場合に約３゜、低い回転数の場合約１゜とする。
【００１２】
さらに別の有利な実施例では、前記回転数と負荷が高い場合に、内燃機関を第１の動作モードで作動し、前記回転数と負荷が平均的か低い場合に、内燃機関を第２の動作モードで作動させる。それにより、実際の燃料噴射時期と算出された時期が特に正確に一致していなければならない成層モードにおいて、最小の回転角度間隔が設定されることが達成される。この最小回転角度間隔によって最大の精度が実際の燃料噴射の際に達成され、それによって最大の燃料節約も達成される。
【００１３】
特に有利には、第２の動作モードにおいて噴射された燃料が、燃焼室の壁部か又は充填移動によって燃焼室内に案内される。この種の燃料噴射方式の場合には本発明による方法が特に適している。
【００１４】
特に意味があるのは、本発明による方法が電気的な記憶媒体の形態で実現されることである。この記憶媒体は自動車の内燃機関の制御機器に対して設けられる。その際この電気的記憶媒体には、計算機器、特にマイクロプロセッサ上で実行可能でかつ本発明による方法の実施に適したプログラムが記憶されている。この場合には、本発明がこの電気的記憶媒体に記憶されているプログラムによって実現される。それによりこのプログラムを備えた記憶媒体は、その実施にプログラムが適している方法と同じように本発明をあらわす。
【００１５】
本発明の別の有利な実施例及び改善例は従属請求項に記載される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に本発明を図面に基づき詳細に説明する。
【００１７】
図１には内燃機関１が示されている。この内燃機関ではピストン２がシリンダ３内を往復移動している。シリンダ３は燃焼室４を備えており、この燃焼室４にはバルブ５を介して吸気管６と排気管７が接続されている。さらに燃焼室４には噴射弁８と点火プラグ９が配置されている。排気管７は、排ガス再循環管路１０と制御可能な排ガス再循環バルブ１１をを介して吸気管６と接続されている。さらに排気管７には前置接続されたλセンサ１３.１と後置接続されたλセンサ１３.２を備えた触媒器１２が接続されている。吸気管６には制御可能なタンク換気バルブ１４を備えたタンク換気管路１５が接続されており、この管路１５は燃料タンク１６に対応付けられた活性炭フィルタ１７に接続されている。さらに吸気管６内には制御可能なスロットルバルブ１８と、圧力センサ１９と空気質量計２０が設けられている。
【００１８】
第１の動作モード、すなわち内燃機関１の均一モードでは、ピストン２によって引き起こされる吸入フェーズ中に燃料が噴射弁８から燃焼室４内へ噴射される。同時に吸入された空気によって噴射された燃料はスクロールされ、それに伴って燃焼室４内へ実質的に均一に分布される。その後で燃料−空気−混合気は、点火プラグ９での点火のために圧縮フェーズ中に圧縮され、点火された燃料の膨張によってピストン２が駆動される。
【００１９】
第２の動作モード、すなわち内燃機関１の成層モードでは、ピストン２によって引き起こされる圧縮フェーズ中に燃料が噴射弁８から燃焼室４内へ次のように噴射される。すなわち、燃料が燃焼室４の壁部から点火プラグ９の直ぐ近辺に案内されるように噴射される。この場合の燃料噴射は、時間的にみてピストン２の上死点直前に行われる。その後点火プラグ９によって燃料が引火され、それによりピストン２がここで行われる動作フェーズにおいて印加された燃料の膨張により駆動される。
【００２０】
前記成層モードと均一モードでは、燃料噴射弁８を介した燃焼室４内への燃料の噴射時期が、制御機器２１によって特に僅かな燃料消費及び/又は僅かな排ガス発生を考慮して算出される。この目的のために制御機器２１は、マイクロプロセッサを備えており、このマイクロプロセッサは、記憶媒体、例えばＲＯＭにいわゆる開ループ制御及び/又は閉ループ制御の実施に適したプログラムを記憶する。この制御機器２１にはセンサ系によって測定された内燃機関の動作パラメータを示す入力信号が印加される。例えば制御機器２１は、λセンサ１３及び/又は圧力センサ１９に接続される。この制御機器２１は、アクチュエータを介して内燃機関の特性を所望の開ループ制御及び/又は閉ループ制御に相応して制御し得る出力信号を形成する。例えばこの制御機器２１は、燃料噴射弁８，点火プラグ９，排ガス再循環バルブ１１，タンク換気バルブ１４，及び/又はスロットルバルブ１８などに接続されている。
【００２１】
燃料噴射弁８を介した燃焼室４内への実際の燃料噴射時期は、時間的なパターンの中で行われる。このパターンは、内燃機関の回転する軸の所定の回転角度間隔のシーケンスによって設定される。このパターンが小さければ小さいほど、つまり回転角度間隔が狭ければ狭いほど、実際の燃料噴射時期は、算出された燃料噴射時期に限りなく近似し得る。
【００２２】
例えばピストン２と連結されたクランク軸が歯などを備えていれば、この軸はその回転のたびに対応するセンサに歯毎の電気的な信号のトリガを生じさせる。これらの歯が均等な間隔を有している場合には、この信号は所定の角度間隔とそれに伴うパターンを指示する。例えばこのパターンは６゜の回転角度間隔を占めていてもよい。
【００２３】
前述の電気信号は、時間や内燃機関の回転数ｎｍｏｔに関連して制御機器２１により算出されてもよい。
【００２４】
燃焼室４内への実際の燃料噴射時期は、それによって常に次のような時点のみに行われる。すなわち前述したパターン内におかれた、例えば６゜のクランク軸角度のたび毎にのみ行われる。
【００２５】
前述した電気信号の立上がり縁又は立下がり縁によって前記制御機器２１は、相応の計算コストでパターンを半減化可能である。それにより、実際の燃料噴射時期が次のような時点でも実行可能となる。すなわちこれまでのパターンの間に介在する時点、つまり例えば３゜のクランク軸角度のたび毎に実行することも可能となる。この場合はパターンが３゜の回転角度間隔を有するものとなる。
【００２６】
制御機器２１のさらなる計算によっては、この回転角度間隔をさらに細分化させることも可能である。例えば相応の計算コストで前記制御機器２１によって実際の燃料噴射時期を次のような時点、例えば１゜のパターンによる時点に実施することも可能である。この場合はパターンが１゜の回転角度間隔を有するものとなる。
【００２７】
図２によれば図示の座標系は内燃機関１の回転数ｎｍｏｔと内燃機関１に印加される負荷Ｍから形成されている。この負荷Ｍは、この場合ドライバから内燃機関１に要求される出力と、その他の車両の要求から形成され得る。
【００２８】
図示の座標系は、概略的に領域Ｉと、領域ＩＩａと、領域ＩＩｂを有している。
【００２９】
領域Ｉは、内燃機関の回転数ｎｍｏｔと内燃機関に印加される負荷Ｍが高い場合に相応している。この領域Ｉでは内燃機関１は、均一モード、すなわち第１の動作モードで駆動される。さらにこの領域Ｉではパターンとして比較的大きな回転角度間隔（例えば６゜）が設定される。
【００３０】
領域ＩＩａは、内燃機関の回転数ｎｍｏｔと内燃機関に印加される負荷Ｍが平均的な場合に相応している。この領域ＩＩａでは内燃機関１は、成層モード、すなわち第２の動作モードで駆動される。さらにこの領域ＩＩａではパターンとして平均的な回転角度間隔（例えば３゜）が設定される。
【００３１】
領域ＩＩｂは、内燃機関の回転数ｎｍｏｔと内燃機関に印加される負荷Ｍが低い場合に相応している。内燃機関１のアイドル回転数ｎＬは、この領域ＩＩｂに存在する。この領域ＩＩｂでは内燃機関１は、成層モード、すなわち第２の動作モードで駆動される。さらにこの領域ＩＩｂではパターンとして比較的小さな回転角度間隔（例えば１゜）が設定される。
【００３２】
前記領域Ｉでは比較的大きな回転角度間隔が設定される。これは制御機器２１に最小の計算コストしか要求しない。このことは、領域Ｉでは内燃機関１の比較的高い回転数ｎｍｏｔが存在する事実に応じている。この領域Ｉの均一モードでは、この比較的大きな回転角度間隔とそれに伴う実際の燃料噴射時期のもとでの比較的低い精度が従属的なレベルにおかれている。
【００３３】
領域ＩＩａとＩＩｂでは比較的小さな回転角度間隔が設定される。それによりこの領域ＩＩａ，ＩＩｂの成層モードでは、実際の燃料噴射時期を領域Ｉの場合よりも高い精度で、算出された燃料噴射時期に近似させることが可能である。このことはこの成層モードにおいて燃料節約に関して大きな意味があることをあらわしている。
【００３４】
これらの領域ＩＩａとＩＩｂは、前述したように比較的高い計算コストを制御機器２１に要求する。しかしながらこのことは次のことによって補償することが可能である。すなわちこの比較的小さな回転角度間隔を内燃機関１の平均的な回転数と低い回転数のもとでのみ設定することによって補償することが可能である。なぜなら回転数が低ければ制御機器２１は、比較的大きな計算コストに対して時間を得ることができるからである。
【００３５】
その際領域ＩＩｂでは燃料噴射時期の精度が領域ＩＩａと比較して再度高まる。ここでも内燃機関１の比較的低い回転数に基づいてそこから生じる比較的高い計算コストが制御機器２１によって克服され得る。
【００３６】
総体的に、実際の燃料噴射がその中で実施されるパターンにおける回転角度間隔は、内燃機関１の回転数に依存して変更される。すなわち回転数ｎｍｏｔが低ければ低いほど、回転角度間隔も小さくなり、それと同時に実際の燃料噴射時期と算出された燃料噴射時期との一致精度も高くなる。したがってパターンの分解能は、回転数ｎｍｏｔの低下に伴って拡大される。
【図面の簡単な説明】
【図１】自動車の内燃機関の作動のための本発明によるシステムの実施例の概略的なブロック回路図である。
【図２】内燃機関の回転数ｎｍｏｔと、内燃機関に印加される負荷Ｍがプロットされた座標領域を分類的に示した図である。
【符号の説明】
１ 内燃機関
２ ピストン
３ シリンダ
４ 燃焼室
６ 吸気管
７ 排気管
８ 燃料噴射弁
９ 点火プラグ
１０ 排ガス再循環管路
１２ 触媒器
１６ タンク
１８ スロットルバルブ
１９ 圧力センサ
２０ 空気質量計

Claims (5)

1. 内燃機関（１）、例えば自動車の内燃機関の作動方法であって、
   回転数（ｎｍｏｔ）と負荷（Ｍ）が高い場合（領域Ｉ）には、内燃機関（１）を第１の動作モードで作動し、回転数（ｎｍｏｔ）と負荷（Ｍ）が平均的か低い場合（領域ＩＩａ，ＩＩｂ）には、内燃機関（１）を第２の動作モードで作動させ、この場合前記平均的な回転数ないし負荷とは、高い回転数ないし負荷と、低い回転数ないし負荷の間の中間に相応するものであり、
   吸入フェーズ中の第１の動作モードか又は圧縮フェーズ中の第２の動作モードにおいて燃料が内燃機関（１）の燃焼室（４）内へ直接噴射され、
   燃料の噴射が、内燃機関（１）の軸の所定の回転角度間隔に基づくパターンで実施される形式のものにおいて、
   内燃機関（１）の回転数（ｎｍｏｔ）が高くてかつ内燃機関（１）に印加される負荷（Ｍ）が高い場合（領域Ｉ）に、内燃機関（１）の回転数（ｎｍｏｔ）と内燃機関（１）に印加される負荷（Ｍ）が平均的か又は低い時（領域ＩＩａ，ＩＩｂ）よりも大きな回転角度間隔のパターンを有するようにしたことを特徴とする、内燃機関の作動方法。
2. 回転数（ｎｍｏｔ）と負荷（Ｍ）が平均的な場合（領域ＩＩａ）に、回転数（ｎｍｏｔ）と負荷（Ｍ）が低い時（領域ＩＩｂ）よりも大きな回転角度間隔のパターンを有するようにした、請求項１記載の内燃機関の作動方法。
3. 回転数（ｎｍｏｔ）と負荷（Ｍ）が高い場合（領域Ｉ）の回転角度間隔を、回転数（ｎｍｏｔ）と負荷（Ｍ）が平均的な時（領域ＩＩａ）の値のほぼ倍にする、請求項１又は２記載の内燃機関の作動方法。
4. 回転数（ｎｍｏｔ）と負荷（Ｍ）が平均的な場合（領域ＩＩａ）の回転角度間隔を、回転数（ｎｍｏｔ）と負荷（Ｍ）が低い時（領域ＩＩｂ）の値のほぼ３倍にする、請求項２又は３記載の内燃機関の作動方法。
5. 自動車の内燃機関の制御装置（２１）のための電気的な記憶媒体において、計算機器、例えばマイクロプロセッサ上で実行可能でかつ請求項１〜４に記載の方法を実施するのに適したプログラムが記憶されていることを特徴とする電気的記憶媒体。

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