JP2000248966A - 燃料が直接噴射される燃焼室を有する内燃機関の運転方法およびその制御装置 - Google Patents

燃料が直接噴射される燃焼室を有する内燃機関の運転方法およびその制御装置

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JP2000248966A JP2000049444A JP2000049444A JP2000248966A JP 2000248966 A JP2000248966 A JP 2000248966A JP 2000049444 A JP2000049444 A JP 2000049444A JP 2000049444 A JP2000049444 A JP 2000049444A JP 2000248966 A JP2000248966 A JP 2000248966A
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オリヴァー・ヴィーメルズ
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 サーボ装置に必要な補助エネルギーを供給す
る低圧貯蔵器の確実な作動を、各時点および内燃機関の
各運転状態において保証する内燃機関の運転方法および
その制御装置を提供する。 【解決手段】 燃料が直接噴射され且つ均一給気運転ま
たは層状給気運転で燃焼される燃焼室（３）と、吸気管
（１）に結合され、自動車のサーボ装置（８、１０、１
１）に必要な補助エネルギーを供給する低圧貯蔵器
（６）とを備えた、特に自動車の内燃機関の運転方法お
よびその制御装置において、内燃機関の層状給気運転の
間に、走行遮断に基づく噴射停止、または少なくとも１
つのサーボ装置（８、１０、１１）による低圧貯蔵器
（６）の圧力上昇が存在すると、吸気管（１）に設けら
れた絞り（１９）が吸気管（１）内の圧力を低下するよ
うに調節される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料が直接噴射さ
れる燃焼室を有する、特に自動車の内燃機関の運転方法
に関するものである。さらに、本発明は、このような内
燃機関の対応の制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】自動車において、サーボ・ブレーキ装置
およびサーボかじ取り装置は、その補助エネルギーの大
部分を、吸気管に接続されている低圧（真空）貯蔵器か
ら受け取ることが既知である。この吸気管は、燃焼のた
めに必要な空気ないし必要な酸素を、内燃機関に供給す
る働きをする。この場合、吸気管の低圧力が低圧貯蔵器
内に貯蔵され、この場合、低圧貯蔵器は、逆止弁を介し
て吸気管と結合されている。したがって、十分なブレー
キ力を支援するために、低圧貯蔵器内に対応する低圧力
を確保するのにそれぞれ十分に長い時間、吸気管内に低
圧力が存在していなければならない。吸気管圧力が低い
とき、空気が貯蔵器から吸気管に流入する。したがっ
て、低圧貯蔵器内の圧力は最低吸気管圧力まで低下す
る。ブレーキを操作したとき、弁を介して低圧力が調節
装置と結合され、調節装置はブレーキ力を増幅する。こ
の場合、空気は低圧貯蔵器内に流入し、したがって貯蔵
器内の圧力を上昇させる。
【０００３】上記のタイプの内燃機関においては、吸気
管内にさらに絞り弁が設けられ、この絞り弁により燃焼
室に供給される空気を調節可能である。通常の内燃機
関、特にオットー機関においては、ドライバがブレーキ
の操作時に加速ペダルから足を放したとき、絞り弁が閉
じられ、これにより貯蔵器の低圧力が形成され、且つ保
持される。したがって、この内燃機関においては特に、
低圧貯蔵器が、サーボ・ブレーキのために必要な低圧力
を、より長い時間のブレーキ過程の間においても確実に
供給することができる。
【０００４】しかしながら、最新のガソリン直接噴射式
（ＢＤＥ）内燃機関においては、これが常に確保されな
い。例えば、場合により存在する触媒の加熱過程の間
に、絞り弁が大きく開かれるので、吸気管内にはもはや
十分な低圧力が存在せず、したがって、低圧貯蔵器内に
は、このために、即ちサーボ装置のために必要な低圧力
をもはや供給することができない。
【０００５】ペダル値伝送器の位置とは無関係に絞り弁
を制御するガソリン直接噴射式内燃機関においては、吸
気管の低圧力をサーボ機能のために利用することが制限
される。この例は、暖機時に触媒を加熱するために点火
角を遅らせた吸気管噴射の運転状態である。この場合、
得られる効率低下は、絞り弁を開くことにより補償され
なければならない。これは吸気管圧力を上昇させる。ガ
ソリン直接噴射における既知の層状給気運転はこれに対
応する運転状態であり、この運転状態において、絞り弁
は低負荷においても全開であり、したがって吸気管低圧
力は利用可能ではない。
【０００６】しかしながら、特に標高の高い場所におけ
る車両の運転において、例えば山道を走行していると
き、周囲の圧力との差はサーボ機能のためにはもはや十
分ではない。車両において、特にサーボ・ブレーキ装置
は信頼性が保持されない。十分な低圧力が利用可能でな
い場合、ブレーキ力は利用できないか、または安全性の
理由から希望の運転状態で走行することができず、これ
が排気ガスの品質を低下させ、または燃料消費量を上昇
させることになる。
【０００７】したがって、常に十分な低圧力が存在する
ように絞り弁開度が設定されることにより、その手段が
提供されることが既知である。これは、例えば触媒加熱
の間に、絞り弁開度の設定が排気ガスを最適にさせない
ことになる。したがって、ガソリン直接噴射において
は、特に低圧スイッチが使用される。ブレーキ力増幅器
内の圧力がしきい値を超えた場合、層状給気運転から均
一給気運転に切り換えられる。
【０００８】さらに代替態様として、場合により低下す
る差圧を補償するために、追加の低圧ポンプまたはサー
ボ・ポンプを車両内に組み込むことが提案される。しか
しながら、これはコストを上昇させることになる。
【０００９】ガソリン直接噴射式オットー機関を備えた
車両においては、特に次の問題が発生する。通常の吸気
管噴射式オットー機関においては、ブレーキ力増幅器の
ための低圧力は吸気管低圧力により供給される。ガソリ
ン直接噴射式機関においては、機関が層状給気運転で運
転されているとき、この吸気管低圧は利用できない。
【００１０】しかしながら、ブレーキ力増幅器のために
十分な低圧力を利用できることが常に保証されなければ
ならない。それにもかかわらず、場合により存在する低
圧貯蔵器においては、ブレーキ増幅器に常に低圧力を供
給する必要はなく、低圧貯蔵器に低圧力を定期的に「充
填」することで十分である。
【００１１】既知の内燃機関においては、上記の問題は
圧力スイッチまたは圧力センサの使用により解決され
る。このスイッチの目的は、ブレーキ力増幅器内の低圧
力が低下したときに対応の信号を機関制御装置に出力
し、このとき機関制御装置が層状給気運転から均一給気
運転への切換を要求し、したがって必要な吸気管低圧力
が再び供給されることである。したがって、この内燃機
関は、上記のスイッチないしセンサのために追加コスト
が必要であるという欠点を有している。
【００１２】既知の内燃機関における他の欠点は、圧力
センサが応答して均一給気運転に切り換えられる頻度が
多いことである。通常均一給気運転が必要でない機関の
運転範囲において均一給気運転に切り換えることによ
り、機関したがって車両の燃料消費量が上昇する。
【００１３】ガソリン直接噴射式機関は、主として層状
給気運転においてのみその燃焼の有利性を示す。したが
って、層状給気運転によりできるだけ広い運転範囲をカ
バーし、且つ内燃機関をできるだけ長時間この運転モー
ドで運転するように努力がはらわれる。
【００１４】ガソリン直接噴射機関の特殊性は、層状給
気運転において、出力供給またはトルク供給とは無関係
に、できるだけ絞らない状態で（絞り弁が開かれ、吸気
管圧力が大気圧に対応している）機関が運転されること
にある。これにより、吸気切換損失が低減される。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】従来技術の上記の欠点
を回避し、同時に、サーボ装置のために必要な補助エネ
ルギーを供給する低圧貯蔵器のできるだけ確実な作動
を、各時点および内燃機関の各運転状態において保証す
る内燃機関の運転方法、並びに対応の制御装置を提供す
ることが本発明の課題である。
【００１６】
【課題を解決するための手段】この課題は、本発明によ
る方法において、内燃機関の層状給気運転の間、次の運
転状態、即ち ａ）特に走行遮断に基づく噴射停止、 ｂ）少なくとも１つのサーボ装置による低圧貯蔵器の圧
力上昇、の少なくとも１つが存在するかぎり、吸気管内
の圧力が低下されるように絞りが調節されることにより
解決される。
【００１７】したがって、不必要に頻繁に均一給気運転
に切り換える必要なく、サーボ装置、特にブレーキ力増
幅器のために吸気管の低圧力を供給できる可能性をすべ
て利用するという考え方が本発明の基礎となっている。
実際の走行状態において、例えば走行遮断の場合に、噴
射が停止される過程がしばしば発生する。層状給気運転
における運転の間に走行が遮断された場合、本来の層状
給気運転から離れることなく絞り弁を閉じることができ
る。この場合一般に、ブレーキ過程の開始と共に走行遮
断が発生するが、加速ペダルとブレーキ・ペダルとをほ
ぼ同時に操作したときに、このような特殊な状況におい
てもブレーキ・サーボ装置のための安全余裕を確保する
ために、本発明による利点が得られる。
【００１８】本発明は、機関の運転状態への係合を行う
必要なく、低圧貯蔵器内の圧力低下を達成するために、
それぞれの機会が利用されることによりサーボ装置に対
する吸気管圧力の不足を解消することを目的としてい
る。特に運転状態「走行遮断」が、吸気管の低圧力を発
生するために利用される。機関の運転状態（層状給気運
転または均一給気運転）とは無関係に、走行遮断の場
合、絞り弁が閉じられ、これにより吸気管の低圧力が形
成される。
【００１９】安全上重要な装置である「ブレーキ力増幅
器」に常に十分な低圧力を供給するために、本発明によ
り、低圧力の存在のみが検出される従来技術に比較し
て、低圧力の早めの形成を常に保証することが提案され
る。
【００２０】従来技術において設けられている低圧スイ
ッチの代わりに、本発明により、吸気管の低圧力に対す
る要求として、ブレーキ・ペダル・スイッチが使用され
る。運転状態、即ち走行遮断を有する／走行遮断を有し
ない均一給気運転、または走行遮断を有する／走行遮断
を有しない層状給気運転の関数として、ブレーキ力増幅
器のための低圧力が形成されなければならないかどうか
が評価される。
【００２１】本発明の他の利点は、場合により行われる
噴射停止の後に絞り弁を閉じることにより、負の負荷切
換衝撃（「ダッシュポット効果」）が回避されることか
ら得られる。ドライバは一般に加速ペダルから足を放し
てはじめてブレーキを操作することから、実際の運転に
おいてはほとんど常にブレーキとの組み合わせで走行遮
断が発生するので、低圧力が低下したことにより均一給
気運転に切り換えられなければならない頻度が本発明に
より少なくなる。
【００２２】しかしながら、先行する惰行過程の後に、
ドライバにより再び機関トルクの大きい走行運転が要求
された場合、絞り（絞り弁）は既に閉じられ、したがっ
て内燃機関の均一給気運転は時間遅れなく可能であるの
で、層状給気運転から均一給気運転への切換は必要では
ない。この場合、大きな機関トルクを、一般にはそのま
ま、均一給気運転においてのみ供給可能であることが明
らかである。したがって、他の利点として、層状給気運
転から均一給気運転への切換による切換衝撃が発生する
ことがないこともまた得られる。
【００２３】本発明により提案される方法は、走行遮断
において絞り弁の位置を自由に選択可能であり、このこ
とがガソリン直接噴射機関において既に満たされている
（例えばいわゆる″Ｅ−ＢＵＳ″システムにおいて）こ
とを前提としている。
【００２４】本発明の考え方の修正態様により、提案さ
れた方法において、ステップｂ）に対応して、低圧貯蔵
器内の圧力上昇に対するしきい値を超えたときにはじめ
て絞りが調節されるように設計されていてもよい。この
場合、しきい値が、内燃機関に対する最適運転モード
と、サーボ装置、特にブレーキ力増幅器の作動に対する
できるだけ可能な確実性との間の適切な妥協点を見つけ
ることを可能にする。
【００２５】本発明による方法の有利な実施態様によ
り、ステップａ）に対応して、噴射停止が、出力を要求
するアクチュエータの位置により検出されるように設計
されていてもよい。アクチュエータとして、例えば加速
ペダル・スイッチまたは加速ペダル調節要素が使用され
てもよい。この場合、走行遮断を加速ペダルの位置によ
り特定できることが有利である。
【００２６】低圧貯蔵器の圧力上昇がストップ・ランプ
・スイッチまたはブレーキ・ペダル・スイッチにより検
出されることが有利である。したがって、この提案され
た方法は追加の構成部品を必要とせず、したがってコス
ト的に有利に実行可能である。さらに、サーボ装置の作
動において要求される確実性は、ストップ・ランプ・ス
イッチないしブレーキ・ペダル・スイッチが一般に定常
機能チェックの基礎となっていることにより考慮され
る。
【００２７】さらに、本発明による制御装置における課
題は、層状給気運転の検出手段、噴射停止の検出手段お
よび／または少なくとも１つのサーボ装置による低圧貯
蔵器の圧力上昇の検出手段、並びに吸気管内の圧力が低
下するように調節するための絞りの調節手段が設けられ
ていることにより解決される。
【００２８】本発明による方法並びに制御装置のその他
の特徴および利点が、以下に図面により説明される本発
明の実施態様から明らかである。
【００２９】
【発明の実施の形態】図１に示した内燃機関は吸気管１
を有し、吸気管１は、ここでは詳細に示されていない弁
２を介して、内燃機関の燃焼室３と結合されている。吸
気管１への空気の供給は開口４を介して行われる。吸気
管１は、配管５を介して、低圧貯蔵器６と圧力伝達結合
をなしている。この配管通路内に逆止弁７が設けられて
いる。
【００３０】この内燃機関が組み込まれている、特に自
動車のサーボ装置は、低圧貯蔵器６と圧力伝達結合をな
している。この実施態様においては、サーボ装置とし
て、ここでは図示されていないマスタ・ブレーキ・シリ
ンダを介してブレーキ・ペダル９と圧力伝達結合をなし
ているブレーキ力増幅器８、並びにかじ取りサーボ装置
１０および共振絞り弁制御装置１１が設けられている。
共振絞り弁制御装置１１は、共振絞り弁１２の作動のた
めに必要な補助エネルギーを供給する。これらのサーボ
装置は、配管１３、１４、１５を介して、低圧貯蔵器６
と圧力伝達可能に結合されている。
【００３１】圧力配管１３、１４、１５にはさらに弁１
６、１７、１８が設けられ、これらの弁１６、１７、１
８により、個々のサーボ装置を、必要な場合においての
み低圧貯蔵器と圧力伝達結合を形成させることができ
る。吸気管１と低圧貯蔵器６との間の圧力配管５内にお
いては、吸気管内の圧力が低圧貯蔵器６内の圧力より低
いかまたは高いかに応じて、空気がいずれの方向にも流
れる。逆止弁７は、ここでは特に、低圧貯蔵器６の方向
への空気流れが回避され、したがって、吸気管１内に低
圧貯蔵器６内より高い圧力が作用したとき、低圧貯蔵器
６が空気で満たされないように作動する。
【００３２】開口４の付近の吸気管１内には、さらに絞
り弁１９が設けられ、絞り弁１９により、吸気管１内に
流入する空気流４ａを制御可能である。さらに、吸気管
１に空気質量流量センサ（ＨＦＭ）および／または圧力
センサ２２が設けられ、これらのセンサは、吸気管１内
に作用している圧力を決定可能にする。ＨＦＭおよび／
または圧力センサ２２から供給された信号は、最初に吸
気管圧力センサ電子装置２３に供給されるが、電子式制
御装置２４に直接伝送されてもよい。
【００３３】さらに、絞り弁１９の位置は、絞り弁ポテ
ンショメータ２５により決定され、且つ対応の測定信号
が電子式制御装置２４に同様に供給される。他の圧力情
報として、一方で低圧貯蔵器６内に作用している圧力
は、圧力センサ２６により、場合により存在する圧力セ
ンサ電子装置２７を介して、電子式制御装置２４に供給
される。
【００３４】ここで、本発明による方法の好ましい実施
態様を、図２に示す流れ図により説明する。（ここでは
図示されていない）走行運転にある車両から出発し、車
両の機関（内燃機関）は、層状給気運転で運転されてい
るものとする。特に、例えば「燃料遮断」により走行を
遮断するドライバの側の要求が存在するものと仮定する
（ステップ３０）。この走行遮断は、基礎とするガソリ
ン直接噴射式機関においては、ガソリン噴射の直接停止
を前提とする。本発明により、吸気管内に圧力低下を形
成し、したがって車両のサーボ装置の作動に対して設け
られている低圧貯蔵器内に対応の圧力低下を形成するた
めに、絞り弁が閉じられる（ステップ３２）。ここで、
車両が惰行過程にあり、その後車両のサーボ装置、特に
ブレーキ力増幅器のための吸気管の低圧力が十分に存在
する状況が続く（ステップ３３）。ドライバの側におい
てトルクが比較的低い走行運転の要求、例えば純粋な機
関アイドル運転の要求がある場合（ステップ３４）、絞
り弁は再び開かれ（ステップ３５）および層状給気運転
（ステップ３７）のために再び噴射が行われる（ステッ
プ３６）。
【００３５】これに対して、トルクが高い走行運転がそ
れに続く場合、吸気管内に十分な低圧力を形成し、した
がって低圧貯蔵器内に十分な低圧力を保証するために、
絞り弁は閉じられたままであり、ないし比較的小さい値
だけ補正される。ドライバの側の走行要求に基づいて噴
射が開始され（ステップ４０）、以後均一給気運転で運
転される（ステップ４１）。
【００３６】運転状態「走行遮断を有しない層状給気運
転」のみが、均一給気運転への切換の実行を必要とする
ことに注意すべきである。ここでは、運転状態「走行遮
断を有する層状給気運転」において、絞り弁が閉じられ
ていることが前提となる。現在、標準モデルにおいて、
ここに記載の装置ないし機関にはブレーキ・ペダル・ス
イッチが既に付属されているので、ブレーキの低圧力の
ためのスイッチを省略することができる。
【００３７】本発明による方法を、特に自動車の内燃機
関の制御装置のために設けられている制御要素の形で実
行することが特に重要である。この場合、制御要素にプ
ログラムが記憶され、プログラムは、コンピュータ、特
にマイクロ・プロセッサで実行可能であり、且つ本発明
による方法を実行するのに適している。この場合、本発
明は制御要素に記憶されているプログラムによっても実
行可能であるので、プログラムが設けられているこの制
御要素は、プログラムがその実行に適している方法と同
様に、本発明を形成している。制御要素として、特に電
子記憶媒体、例えば読取り専用メモリを使用してもよ
い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による自動車の内燃機関のブロック回路
図である。
【図２】本発明による方法の好ましい実施態様を示した
流れ図である。
【符号の説明】
１ 吸気管 ２、１６、１７、１８ 弁 ３ 燃焼室 ４ 開口 ４ａ 空気流 ５、１３、１４、１５ （圧力）配管 ６ 低圧貯蔵器 ７ 逆止弁 ８、１０、１１ サーボ装置 ９ ブレーキ・ペダル １９ 絞り（絞り弁） ２２、２６ 圧力センサ ２３、２７ 圧力センサ電子装置 ２４ 電子式制御装置 ２５ 絞り弁ポテンショメータ ＨＦＭ 空気質量流量センサ

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 燃料が直接噴射される燃焼室（３）であ
    って、燃料の燃焼が均一給気運転または層状給気運転で
    おこなわれる燃焼室（３）を備え、絞り（１９）を介し
    て制御可能に外部から空気が供給され、供給された空気
    を燃焼室（３）に与える吸気管（１）を備え、吸気管
    （１）が低圧貯蔵器（６）と圧力伝達結合の状態にあ
    り、低圧貯蔵器（６）が少なくとも１つのサーボ装置
    （８，１０，１１）に対して必須の補助エネルギーを低
    圧の形態で供給する、特に自動車の内燃機関の運転方法
    において、 内燃機関の層状給気運転の間に、以下の運転状態、即
    ち、 ａ）特に走行遮断に基づく噴射停止、 ｂ）少なくとも１つのサーボ装置による低圧貯蔵器
    （６）の圧力上昇、の運転状態の少なくとも１つが存在
    する場合に、絞り（１９）が、吸気管（１９）内の圧力
    を低減するように調節されることを特徴とする内燃機関
    の運転方法。
  2. 【請求項２】 ステップｂ）に従って、低圧貯蔵器
    （６）内の圧力上昇に対するしきい値を超えるときに初
    めて、絞り（１９）が調整されることを特徴とする請求
    項１の運転方法。
  3. 【請求項３】 ステップａ）に従って、噴射停止が、出
    力を要求するアクチュエータの位置によって検出される
    ことを特徴とする請求項１または２の運転方法。
  4. 【請求項４】 低圧貯蔵器（６）の圧力上昇が、ストッ
    プ・ランプ・スイッチまたはブレーキ・ペダル・スイッ
    チによって検出されることを特徴とする、サーボ・ブレ
    ーキ装置（８）を備えた自動車の運転のための請求項１
    ないし３の何れかの運転方法。
  5. 【請求項５】 特に自動車の内燃機関の制御装置のため
    の制御素子、特に読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）であっ
    て、そこにプログラムが保存され、該プログラムを計算
    装置、特にマイクロプロセッサで実行可能である、請求
    項１ないし４の何れかの運転方法を実行するのに適した
    制御素子。
  6. 【請求項６】 燃料が直接噴射可能な燃焼室（３）であ
    って、燃焼が均一給気運転または層状給気運転でおこな
    われる燃焼室（３）を備え、絞り（１９）を介して外部
    から制御可能に空気が供給され、これを燃焼室（３）に
    与える吸気管（１）を備え、吸気管（１）が低圧貯蔵器
    （６）と圧力伝達結合の状態にあり、低圧貯蔵器（６）
    が少なくとも１つのサーボ装置（８，１０，１１）に対
    して必須の補助エネルギを低圧の形態で供給する、特に
    自動車の内燃機関の制御装置において、 層状給気運転の検出手段、 噴射停止、および／または少なくとも１つのサーボ装置
    による低圧貯蔵器（６）の圧力上昇の検出手段（９）、 吸気管（１）の圧力を低下させるように調節するため
    の、絞り（１９）の調節手段、を備えたことを特徴とす
    る内燃機関の制御装置。
  7. 【請求項７】 、出力を要求するアクチュエータの位置
    にる、噴射停止の検出手段を備えたことを特徴とする請
    求項６の制御装置。
  8. 【請求項８】 ストップ・ランプ・スイッチまたはブレ
    ーキ・ペダルスイッチ（９）による、低圧貯蔵器（６）
    の圧力上昇の検出手段を特徴とする、サーボ・ブレーキ
    装置（８）を備えた請求項６または７の制御装置。
  9. 【請求項９】 燃料を直接噴射可能な燃焼室（３）であ
    って、燃料の燃焼が均一給気運転または層状給気運転で
    おこなわれる燃焼室（３）を備え、絞り（１９）を介し
    て外部から制御可能に空気が供給され、供給された空気
    を燃焼室（３）に与える吸気管（１）を備え、吸気管
    （１）が低圧貯蔵器（６）と圧力伝達結合の状態にあ
    り、低圧貯蔵器（６）が少なくとも１つのサーボ装置
    （８，１０，１１）に対して必須の補助エネルギーを低
    圧の形態で供給する、特に自動車の内燃機関において、 請求項１ないし４の何れかの運転方法、および／または
    請求項６ないし８の何れかの制御装置、および／または
    前記制御装置が請求項６の制御素子を備えること、を特
    徴とする内燃機関。
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