JP2001107761A - 排ガスターボ過給機を備えた直接噴射式の内燃機関においてトルクを高めるための装置および方法 - Google Patents

排ガスターボ過給機を備えた直接噴射式の内燃機関においてトルクを高めるための装置および方法

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Klaus Ries-Mueller
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 発進過程中に排ガスターボ過給機の効率、ひ
いては内燃機関の応答特性が改良されているような、排
ガスターボ過給機を備えた直接噴射式の内燃機関におい
てトルクを高めるための装置および方法を提供する。 【解決手段】 車両の発進過程前に前期燃料噴射の他
に、内燃機関の単数または複数のシリンダ内に後期燃料
噴射を生ぜしめるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、排ガスターボ過給
機を備えた直接噴射式の内燃機関においてトルクを高め
るための装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】欧州特許公開第０６２１４００号明細書
には、排ガス中の窒素酸化物を減少させるために前期燃
料噴射に対して付加的に後期燃料噴射を早くともクラン
クシャフトが上死点に達した後、燃焼の最終フェイズの
領域において行う直接噴射式の内燃機関が記載されてい
る。この場合、後期燃料噴射の時期は、後期燃料噴射さ
れた燃料の一部だけが燃焼するように選択されている。
この残りの燃料は燃焼されないまま留まり、したがって
触媒内の選別された還元手段として提供される。
【０００３】特に高い過給力を有しかつタービンのジオ
メトリが可変ではないような排ガスターボ過給機を備え
た内燃機関は発進時に低いトルクを有している。これは
発進過程において存在する、内燃機関の極めて少ない排
ガス容量流が排ガスターボ過給機のタービンおよびコン
プレッサの低い効率を生ぜしめることに起因している。
その結果、弱い過給圧が小さなトルク供給を行う。極端
な走行状況、例えば付加的に空調装置が使用された状態
でかつ高所で急な坂道走行では、発進することさえもも
はや可能ではない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、発進
過程中に排ガスターボ過給機の効率、ひいては内燃機関
の応答特性が改良されているような、排ガスターボ過給
機を備えた直接噴射式の内燃機関においてトルクを高め
るための装置および方法を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明の方法の手段によれば、車両の発進過程前に前
期燃料噴射の他に、内燃機関の単数または複数のシリン
ダ内に後期燃料噴射を生ぜしめるようにした。
【０００６】さらに上記課題を解決するために本発明の
構成では、排ガスターボ過給機を備えた直接噴射式の内
燃機関においてトルクを高めるための装置であって、制
御ユニットによって、内燃機関の単数または複数のシリ
ンダ内への燃料噴射が、発進過程前に前期燃料噴射の他
に、後期燃料噴射が行われるように制御されているよう
にした。
【０００７】
【発明の効果】これにより排ガスターボ過給器のタービ
ン用の排ガスエンタルピは発進の直前および発進中に持
続して高められ、したがってトルクまたは出力が要求さ
れる際の内燃機関の応答特性は増大された過給圧に基づ
き著しく改良される。
【０００８】本発明の有利な改良形態は請求項２以下に
記載している。
【０００９】有利には差し迫った発進を示唆する、運転
手の単数または複数の行動が検知されるとすぐに後期燃
料噴射が発起される。差し迫った発進過程の兆候とし
て、運転手が内燃機関のアイドリング運転中に伝動装置
を変速段に入れた場合またはブレーキペダルを開放した
場合またはアクセルペダルを操作した場合またはオート
マチック式の伝動装置において変速レンジが切り換えら
れた場合があげられる。
【００１０】ブレーキペダルが開放されたかどうかはブ
レーキランプのスイッチオフによって検出可能である。
後期燃料噴射がアクセルペダル信号のレベルおよび／ま
たは勾配に関連してリリースされるので有利である。な
ぜならばこれによって発進過程を明確に検知することが
できるからである。
【００１１】排ガスエンタルピの特に急激な高まりは、
単数または複数のシリンダ内への後期燃料噴射が膨張行
程の終わり頃に生ぜしめられることによって得られる。
【００１２】有利な形式では当該シリンダへの後期燃料
噴射の前に空気過剰が生ぜしめられており、これにより
シリンダ内における燃焼可能な混合気の存在が確実に調
節されている。
【００１３】過給圧は、予め規定された閾値を超えた場
合に後期燃料噴射を停止させたい。
【００１４】排ガスターボ過給機および／またはエンジ
ンの、大きすぎる機械的または温度的な負荷を回避する
ために、運転手によって発進過程の手段が行われた後、
予め規定された時間が経過しても発進過程が行われない
場合に後期燃料噴射は中断される。
【００１５】後期燃料噴射中にはシリンダのインレット
バルブとアウトレットバルブとは比較的大きなバルブの
開放の重なりを生ぜしめるように制御されている。これ
により比較的大きな空気通流量および圧力がタービンに
生じ、従って比較的高い過給圧を構成することができ
る。
【００１６】
【発明の実施の形態】次に本発明の実施形態を図面に示
した実施例に基づき詳説する。
【００１７】図１には、例えば４つのシリンダと、これ
に所属の燃料噴射弁２，３，４，５とを有する直接噴射
式の内燃機関１が概略的に示されている。これらの燃料
噴射弁２，３，４，５には燃料が例えば共通の管路６を
介して供給される。直接噴射式の内燃機関１はディーゼ
ルエンジンまたは火花点火機関であってよい。
【００１８】図示した内燃機関１は排ガスターボ過給機
を備えている。内部にスロットルバルブ８が位置してい
る吸気通路７にはコンプレッサ９も配置されている。こ
のコンプレッサ９はタービン１０と機械的に連結されて
いる。このタービン１０はバイパス弁１３が配置された
バイパス管路１２によってバイパスされており、これに
よって排ガスターボ過給機によって生ぜしめられる過給
圧を制御することができる。
【００１９】燃料噴射を制御もしくは調整するために制
御ユニット１４が設けられており、この制御ユニット１
４は各燃料噴射弁２，３，４，５に制御管路１５，１
６，１７，１８を介してそれぞれ接続されている。内燃
機関１に連結された伝動装置１９によって制御ユニット
１４は、運転手がクラッチを操作し変速段をいれたかど
うか、またはオートマチック式の伝動装置において変速
シフトがいれられたかどうかの情報を得られる。さらに
制御ユニット１４はセンサ２０，２１による情報も得ら
れ、これらのセンサ２０，２１はアクセルペダルの位置
およびブレーキペダルの位置もしくはブレーキランプの
切換状態を検出する。
【００２０】図２に示されたチャート図に基づいて以下
に説明するように、制御ユニット１４は噴射弁２，３，
４，５を、少なくとも発進過程の前に（場合によっては
発進過程中も）、前期燃料噴射の他に付加的に後期燃料
噴射が行われるように作動制御している。つまりこの後
期燃料噴射はピストンの膨張行程の終わり頃に単数また
は複数のシリンダ内に行われる。
【００２１】差し迫った発進過程を正確に検出できるよ
うに本発明の方法が用いられる。この結果、後期燃料噴
射が発進過程前に行われ、これにより高められた過給圧
が発進過程において大きく遅延することなく提供され
る。以下に運転手の行動に起因する、差し迫った発進過
程の幾つかの兆候を呈示する。例えばアイドリング運転
中の、運転手による変速段シフトがその兆候であり得
る。このような行動に関する情報を制御ユニットは伝動
装置または伝動装置用の制御装置１９によって得られ
る。オートマチック式の伝動装置では変速レンジの切換
えを発進過程の兆候として評価することができる。さら
に別の兆候としては、ブレーキペダルの開放つまり運転
手が足をブレーキペダルから放してアクセルペダルに移
動した場合がその兆候であり得る。このブレーキペダル
の開放はブレーキランプがスイッチオフされたことをセ
ンサ２０で検知することによって検出することができ
る。またアイドリング運転時におけるアクセルペダルの
操作を、差し迫った発進過程の兆候として評価すること
もできる。アクセルペダル用のセンサ２１でアクセルペ
ダル信号のレベルおよび／または勾配を検出することが
できかつこれに関連して制御ユニット１４において発進
過程だと判断を下すことができる。
【００２２】単数または複数のシリンダ内への付加的な
後期燃料噴射によって排ガスエンタルピは急激に高めら
れる。付加的に噴射された燃料量は、先に述べている希
薄燃焼運転に基づいて各燃料室に存在する多量の残留過
剰空気と共に燃焼性の混合気を生ぜしめる。この混合気
はまだ行われている燃焼もしくは高い温度によって点火
される。過剰空気が十分でない場合には付加的に後期燃
料噴射が行われるシリンダ内に、空気過剰状態が生ぜし
められなければならない。排ガスエンタルピの急激な上
昇は排ガスターボ過給機のタービン１０のための駆動出
力を劇的に高める。これによりコンプレッサ９によって
生ぜしめられる、吸気管７内の過給圧は、同様に著しく
高められ、ひいては内燃機関によって生ぜしめられるト
ルクが発進過程中、著しく上昇する。つまり比較的高い
体積効率によって内燃機関の自然に引き起こされるトル
クは著しく上昇するので、小さなストローク空間を有す
るエンジンにおいても問題ない発進が保証されている。
【００２３】シリンダのインレットバルブとアウトレッ
トバルブとを、比較的大きなバルブの開放の重なりを生
ぜしめるように制御することによって過給圧をさらに高
めることができる。これによって排ガスターボ過給機の
タービンに比較的大きな空気通流量および圧力が生ぜし
められる。
【００２４】制御ユニット１４では、図２に示した過程
が経過する。段階２０において制御ユニット１４は内燃
機関がアイドリング運転にあることを検出する。段階２
１では変速段もしくは変速レンジにいれられているかど
うか、または上記したような差し迫った発進過程を示唆
する他の兆候が現れているかどうかの応答が行われる。
兆候が現れていた場合には、制御ユニット１４は段階２
２において内燃機関の単数または複数のシリンダへの後
期燃料噴射を実行する。この後期燃料噴射は過給圧が予
め規定された閾値を超えるまで維持される。この閾値に
関する応答は段階２３において行われる。過給圧が予め
規定された閾値を超えた場合、段階２４において後期燃
料噴射の停止が行われる。
【００２５】後期燃料噴射の開始から過給圧閾値がいま
だ超過されていない限り、段階２５で示してあるよう
に、タイマが一緒に稼働する。次いでカウントされた時
間が予め規定された閾値を超えたかどうかの応答２６が
行われる。閾値を超えていない場合は、応答２６のアウ
トプットは応答２３のインプットに戻される。実際に閾
値を超えた場合は、後期燃料噴射は急に中断されるかま
たは徐々に調整されて停止される。このような時間に関
する応答によって、発進の兆候が検出された後、実際に
車両が発進することなく時間閾値に相応する時間が経過
しているかどうかを検出したい。この排ガスエンタルピ
を高めるための時間的な制限は排ガスターボ過給器を保
護するために行われる。つまり高められたエネルギが車
両を駆動するための機械的なエネルギに変換されなけれ
ば内燃機関および／または排ガスターボ過給機の、機械
的または温度的な過負荷が生じる結果となる。さらに運
転手にとって雑音障害および不必要に高められた燃料消
費量が生ぜしめられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】排ガスターボ過給機を備えた直接噴射式の内燃
機関の概略図である。
【図２】後期燃料噴射を制御するためのフローチャート
図である。
【符号の説明】
１ 内燃機関、 ２，３，４，５ 燃料噴射弁、 ６
管路、 ７ 吸込通路、 ８ スロットルバルブ、 ９
コンプレッサ、 １０ タービン、 １１排気通路、
１２ バイパス管路、 １３ バイパス弁、 １４
制御ユニット、 １５，１６，１７，１８ 制御管路、
１９ 伝動装置、 ２０，２１ センサ、 ２２，２
３，２４，２５ 段階、 ２６ 応答、 ２７ 段階
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｄ 41/04 ３８５ Ｆ０２Ｄ 41/04 ３８５Ｇ 41/34 41/34 Ｈ 41/40 41/40 Ｃ 45/00 ３１４ 45/00 ３１４Ｅ (72)発明者 クラウス リース−ミュラー ドイツ連邦共和国 バート ラッペナウ ハインスハイマー シュトラーセ 47

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 排ガスターボ過給機（９，１０，１２，
    １３）を備えた直接噴射式の内燃機関においてトルクを
    高めるための方法であって、 車両の発進過程前に前期燃料噴射の他に、内燃機関
    （１）の単数または複数のシリンダ内に後期燃料噴射を
    生ぜしめることを特徴とする、排ガスターボ過給機を備
    えた直接噴射式の内燃機関においてトルクを高めるため
    の方法。
  2. 【請求項２】 差し迫った発進過程を示唆する、運転手
    の単数もしくは複数の行動を検知するとすぐに後期燃料
    噴射を発起する、請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 内燃機関（１）のアイドリング運転時に
    運転手が変速段にいれた場合、またはブレーキライトの
    スイッチオフによって検出可能であるような、ブレーキ
    ペダルを開放した場合、またはアクセルペダルを操作し
    た場合、またはオートマチック式伝動装置において変速
    レンジに切り換えられた場合を、差し迫った発進過程の
    兆候として認識する、請求項２記載の方法。
  4. 【請求項４】 後期燃料噴射をアクセルペダル信号のレ
    ベルおよび／または勾配に関連してリリースする、請求
    項１または３記載の方法。
  5. 【請求項５】 単数または複数のシリンダへの後期燃料
    噴射を膨張行程の終わり頃に生ぜしめる、請求項１記載
    の方法。
  6. 【請求項６】 当該シリンダへの後期燃料噴射前に空気
    過剰が生じる、請求項１または５記載の方法。
  7. 【請求項７】 過給圧が予め規定された閾値を超えた際
    に、後期燃料噴射を停止する、請求項１記載の方法。
  8. 【請求項８】 運転手によって発進過程のための手段が
    行われた後、予め規定された時間が経過しても発進過程
    が行われない場合に後期燃料噴射を中断する、請求項３
    記載の方法。
  9. 【請求項９】 後期燃料噴射中にシリンダのインレット
    バルブとアウトレットバルブとを、比較的大きなバルブ
    の開放の重なりを生ぜしめるように制御する、請求項１
    記載の方法。
  10. 【請求項１０】 排ガスターボ過給機（９，１０，１
    ２，１３）を備えた直接噴射式の内燃機関においてトル
    クを高めるための装置であって、 制御ユニット（１４）によって、内燃機関（１）の単数
    または複数のシリンダ内への燃料噴射が、発進過程前に
    前期燃料噴射の他に、後期燃料噴射が行われるように制
    御されていることを特徴とする、排ガスターボ過給機を
    備えた直接噴射式の内燃機関においてトルクを高めるた
    めの装置。
JP2000277156A 1999-09-15 2000-09-12 排ガスターボ過給機を備えた直接噴射式の内燃機関においてトルクを高めるための装置および方法 Withdrawn JP2001107761A (ja)

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