JP2002541384A - 内燃機関を運転するための方法 - Google Patents
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Abstract
Description
ドとにおいて燃料を、ピストンにより仕切られた燃焼室内へ直接に噴射し、燃焼
室内へ噴射された燃料を点火して、特に自動車の内燃機関を運転するための方法
に関する。さらに、本発明は、特に自動車のための内燃機関であって、噴射弁が
設けられており、該噴射弁によって燃料が、圧縮行程の間の第1の運転モードと
、吸気行程の間の第2の運転モードとにおいて、ピストンにより仕切られた燃焼
室内へ直接に噴射可能であり、点火プラグが設けられており、該点火プラグによ
って、燃焼室内へ噴射された燃料が点火可能であり、さらに制御装置が設けられ
ており、該制御装置によって噴射弁と点火プラグとが制御可能である形式のもの
に関する。
に公知である。この場合、第1の運転モードとして「成層燃焼運転」と、第2の
運転モードとして「均質燃焼運転」とが区別される。成層燃焼運転は特に比較的
小さな負荷において使用され、それに対して均質燃焼運転は、内燃機関に加えら
れる負荷が比較的大きい場合に使用される。
かもこの場合、燃料は点火プラグ周辺へ噴射される。その結果、燃焼室内での燃
料の均一な分配はもはや行なわれ得ない。成層燃焼運転の利点は、内燃機関に加
えられる負荷が比較的小さな場合に極めて少ない燃料質量を用いて内燃機関を運
転することができることにある。しかし、比較的大きな負荷は成層燃焼運転によ
っては充足され得ない。このような比較的大きな負荷のために設定された均質燃
焼運転では、内燃機関の吸気行程の間に燃料が噴射されるので、燃焼室内での燃
料渦流形成、ひいては燃焼室内での燃料の分配を容易に行うことができる。この
限りでは、均質燃焼運転は、慣用の形式で燃料が吸気管内へ噴射されるタイプの
内燃機関の運転形式にほぼ相当している。
るべき燃料の噴射角度および噴射時間が、制御装置によって多数のパラメータに
関連して、燃料節約、有害物質低減等に関して最適な値を目指して開ループ制御
および/または閉ループ制御される。このような開ループ制御(Steueru
ng)および/または閉ループ制御(Regelung)はこの場合、通常の運
転条件下では、噴射された燃料が点火されるときに噴射弁が閉じられていること
を保証する。
なくなることが考えられる。すなわち、高圧ポンプが故障し、これにより燃料が
、電気的な燃料ポンプにより形成されたレール圧でしか噴射弁を介して燃焼室内
へ噴射され得なくなることが起こり得る。このような場合には、燃料の点火が行
われるときに噴射弁がまだ開かれているという危険が生じる。このことは噴射弁
の損傷を招いてしまう。
運転するための方法を提供することである。
燃機関のあらゆる運転状態において燃料の噴射を、燃料の点火の前に終了させる
ようにした。
た形式の内燃機関において、当該内燃機関のあらゆる運転状態において燃料の噴
射が、燃料の点火の前に終了するようにした。
噴射弁が閉じられていることが保証される。これによって、噴射弁の早期コーク
ス化が確実に阻止される。これにより、噴射弁の機能性および寿命は著しく高め
られる。
では、燃焼室内に存在する圧力が求められ、内燃機関のあらゆる運転状態におい
て、燃焼室内の圧力が、燃料に加えられた圧力よりも大きくなる前に、または燃
焼室内の圧力が、燃料に加えられた圧力よりも大きくなるやいなや、燃料の噴射
が終了される。
で、噴射弁は閉じられる。こうして、燃料・空気混合物が燃焼室から噴射弁内へ
吹き戻され得なくなることが達成される。これによって、燃料調整システムの機
能性が得られ、内燃機関の故障等が回避される。
度を、クランクシャフトの実際の回転角と比較し、そしてクランクシャフトの実
際の回転角が、選択された、より早期の角度位置に位置する方の中断角度に等し
くなるか、または該中断角度よりも大きくなるやいなや、開かれている噴射弁を
閉じると特に有利である。こうして、いかなる場合でも、噴射された燃料が燃焼
室内で点火される場合または燃焼室圧が、燃料に作用する圧力よりも大きくなっ
た場合に、噴射弁が開かれていないことが保証される。
等しい角度間隔を置いて連続的に繰り返すことにより特徴付けされている。これ
によって、当該方法が内燃機関のあらゆる運転状態とは全く無関係に実施される
ことが保証されるので、いかなる運転状態においても、噴射弁の損傷が行われな
いことが保証されている。
制御媒体の形で実現されることが特に重要となる。この場合、この電気的な記憶
媒体には、計算装置、特にマイクロプロセッサで実行可能であって、かつ本発明
による方法を実施するために適しているプログラムが記憶されている。すなわち
、この場合には、本発明が、電気的な記憶媒体に記憶されたプログラムによって
実現されるので、このようなプログラムを備えた記憶媒体も、上記方法と同様に
本発明の対象を成すものであり、この場合、上記方法を実施するために当該プロ
グラムが適している。
本発明の実施例から明らかである。この場合、説明する全ての特徴または図示さ
れた全ての特徴は、その特許請求の範囲における包括または引用とは無関係に、
あるいは明細書中もしくは図面中での定義もしくは描写とは無関係に、それ自体
の形でまたは任意に組み合わされた形で本発明の対象を成している。
リンダ3内で往復運動可能である。シリンダ3は燃焼室4を備えており、この燃
焼室4には、弁5を介して吸気管6と排気管7とが接続されている。さらに、燃
焼室4には、信号TIによって制御可能となる噴射弁8と、信号ZWによって制
御可能となる点火プラグ9とが対応配置されている。排気管7は排ガス再循環管
路10と、信号AGRによって制御可能となる排ガス再循環弁(EGRバルブ)
11とを介して吸気管6に接続されていてよい。
くは酸素センサ13を備えていてよい。空気質量センサ12は、吸気管6に供給
された新空気の酸素質量を測定し、測定結果に関連して信号LMを発生させる。
酸素センサ13は排気管7内の排ガスの酸素含量を測定し、測定結果に関連して
信号λを発生させる。
ぜしめられる圧縮行程の間に燃料が噴射弁8によって燃焼室4内へ噴射され、こ
の場合、燃料は局所的には点火プラグ9の周辺へ、時間的にはピストン2の上死
点の直前に噴射される。次いで、点火プラグ9によって燃料が点火されるので、
ピストン2は次の作業行程で、点火された燃料の膨張によって駆動される。
ぜしめられる吸気行程の間に燃料が噴射弁8によって燃焼室4内へ噴射される。
それと同時に吸い込まれた空気によって、噴射された燃料には渦流が付与され、
これによって燃料は燃焼室4内にほぼ均一に分配される。その後に、燃料・空気
混合物は圧縮行程の間に圧縮され、次いで点火プラグ9によって点火される。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。
てクランクシャフト14が回転運動させられ、この回転運動により最終的には自
動車のホイールが駆動される。クランクシャフト14には回転数センサ15が対
応配置されており、この回転数センサ15はクランクシャフト14の回転運動に
関連して信号Nを発生させる。
して燃焼室4内へ噴射される。この目的のためには、電気的な燃料ポンプと、高
圧ポンプとが設けられており、この場合、高圧ポンプは内燃機関1または電動モ
ータによって駆動され得る。電気的な燃料ポンプは、少なくとも3バールの「レ
ール圧」EKPを形成し、高圧ポンプは約100バールの「レール圧」HDを形
成する。
された燃料質量は、制御装置16によって、特に小さな燃料消費量および/また
は僅かな有害物質発生を目指して開制御されかつ/または閉制御される。この目
的のためには、制御装置16が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、特にリードオンリメモリに、上記の閉制御および/また
は閉制御を実施するために適しているプログラムを記憶している。
数の入力信号によって負荷されている。たとえば、制御装置16は空気質量セン
サ12と、酸素センサ13と、回転数センサ15とに接続されている。さらに、
制御装置16はアクセルペダルセンサ17にも接続されており、このアクセルペ
ダルセンサ17は、運転者によって操作可能となるアクセルペダルの位置を表す
信号FPを発生させる。制御装置16は複数の出力信号を発生させ、これらの出
力信号によって種々のアクチュエータを介して、内燃機関の特性に対して、所望
の開制御および/または閉制御に対応した影響を与えることができる。たとえば
、制御装置16は噴射弁8と点火プラグ9と排ガス再循環弁11とに接続されて
いて、これらの構成部分の制御のために必要となる信号TI,ZW,AGRを発
生させる。
の噴射は、噴射が開始する際の噴射角度と、噴射の時間的な長さを規定する噴射
時間とから構成されている。噴射角度および噴射時間は、均質燃焼運転において
は、このために必要となる計算時間に基づき、それぞれ吸気行程の前に制御装置
16によって算出される。制御装置16はこの計算の土台として、当該時点、つ
まり吸気行程の前に生ぜしめられている内燃機関の運転状態を考慮する。
9によって点火される前に噴射弁8が既に再び閉じられているように制御装置1
6によって求められる。また、噴射角度および噴射時間は、燃焼室4内の圧力が
ピストン2による圧縮に基づき、燃料が噴射弁8を介して燃焼室4内へ噴射され
たときの圧力よりも大きくなったときに噴射弁8がやはり既に閉じられているよ
うに制御装置16によって求められる。
ていないことが起こる恐れがある。すなわち、高圧ポンプが故障し、その結果、
燃料が、電気的な燃料ポンプにより形成されたレール圧EKPによってしか噴射
弁8を介して燃焼室4内へ噴射され得なくなることが起こり得る。このような場
合には、制御装置16が噴射時間を自動的に延長させてしまうので、燃料の点火
が行われるときに噴射弁8がまだ開かれているという危険が生じる。このことは
噴射弁8の損傷を招いてしまう。
、内燃機関1の全ての運転状態において制御装置16によって実施される。
て内燃機関1の燃焼室4内の圧力が、クランクシャフト14の回転角に関連して
求められる。入力変数もしくは入力量20は、吸気管6内の圧力、内燃機関1の
回転数N、噴射されるべき燃料質量、吸い込まれた空気の温度、内燃機関1の温
度および/または内燃機関1の別の運転量であってよい。
、このセンサを用いてクランクシャフト14の回転角に関連して燃焼室4内の圧
力が測定可能となる。
力が測定される。このためには、たとえば圧力センサが、蓄圧器、つまりコモン
レールに対応配置されていてよい。この場合、コモンレールを介して内燃機関1
の複数の噴射弁8が互いに接続されている。その場合、結果として、レール圧2
2が提供される。
がレール圧22に等しくなるときのクランクシャフト14の回転角W_pが求め
られる。この回転角W_pには、ブロック24でセーフティマージン、つまり安
全余裕度D_W_pが加算されるので、噴射中断のための第1の中断角度(Ab
bruchwinkel)が次のようにして得られる: W1=W_p+D_W_p 制御装置16によって、既に説明したように内燃機関1の別の運転量から点火
進角ZWが求められる。この点火進角ZWはブロック25に引き取られ、その後
にブロック26で安全余裕度D_ZWが加算される。この安全余裕度D_ZWを
用いて、点火された燃料の有限燃焼速度(endliche Brennges
chwindigkeit)を考慮することができる。特にこれにより、火炎面
が噴射弁8に到達し、ひいては開かれた状態の噴射弁8の損傷を招いてしまうま
で、有限燃焼速度に基づき、依然として有限の時間が提供されていることを考慮
することができる。これによって、第2の中断角度として: W2=ZW+D_ZW が得られる。
の角度位置に位置する方の中断角度が選択される。この、より早期の角度位置に
位置する方の中断角度は、ブロック28によって中断角度W_ABBとして伝送
される。
角度W_ABBに等しいか、または中断角度W_ABBよりも遅いかどうかがチ
ェックされる。クランクシャフト14の実際の回転角KW_aktが中断角度W
_ABBに等しくないか、または中断角度W_ABBよりも遅くない場合には、
ブロック30によってクランクシャフト14の新しい実際の回転角KW_akt
が読み込まれ、その後にブロック29の比較が繰り返される。ブロック29,3
0のこのようなループは、ブロック29で実際の回転角KW_aktが中断角度
W_ABBに等しくなるか、または中断角度W_ABBよりも大きくなるまで行
われる。次いで、当該方法はブロック31に進められる。
は、センサを用いるか、または制御装置16を用いても行うことができる。この
状態は次いでブロック32からブロック31へ伝送される。
が開かれている場合には、ブロック33によって噴射弁8が直ちに閉じられる。
その後に、当該方法はブロック34で終了される。それに対して、噴射弁8が開
かれていない場合には、当該方法は直ちにブロック34で終了される。
あらゆる運転状態で実施される。上記方法は内燃機関1の運転状態とは無関係で
ある。このことは、たとえば上記方法が所定の時間間隔を置いて、内燃機関1の
運転状態を考慮することなしに実施されることにより達成され得る。すなわち、
上記方法はあらゆる運転状態において連続的に繰り返される。個々の実施サイク
ルの間の時間間隔は、特にほぼ等しく設定されている。等しい時間間隔の代わり
に、たとえばクランクシャフト14の等しい角度間隔が規定されていてもよい。
図的に接続・遮断され得る(オンオフ切換)。これによって、制御装置16にお
ける計算時間を節約することができる。また、これによって、当該方法が遮断さ
れた状態で燃料の噴射を内燃機関1の作業行程(膨張行程)時に行うこともでき
る。この噴射によって、たとえば触媒を加熱することができる。
ロック回路図である。
6 吸気管、 7 排気管、 8 噴射弁、 9 点火プラグ、 10 排ガ
ス再循環管路、 11 排ガス再循環弁、 12 空気質量センサ、 13 酸
素センサ、 14 クランクシャフト、 15 回転数センサ、 16 制御装
置、 17 アクセルペダルセンサ、 20 入力量、 21 燃焼室圧力モデ
ル、 22 レール圧、 23,24,25,26,27,28,29,30,
31,32,33,34 ブロック
Claims (10)
- 【請求項1】 圧縮行程の間の第1の運転モードと吸気行程の間の第2の運
転モードとにおいて燃料を、ピストン(2)により仕切られた燃焼室(4)内へ
直接に噴射し、燃焼室(4)内へ噴射された燃料を点火して、特に自動車の内燃
機関を運転するための方法において、内燃機関のあらゆる運転状態において燃料
の噴射を、燃料の点火の前に終了させることを特徴とする、内燃機関を運転する
ための方法。 - 【請求項2】 点火進角(ZW)と安全余裕度(D_ZW)とから構成され
る、噴射中断のための中断角度(W2)を求める、請求項1記載の方法。 - 【請求項3】 噴射されるべき燃料に加えられた圧力を求め、燃焼室(4)
内に存在する圧力を求め、内燃機関(1)のあらゆる運転状態において、燃焼室
(4)内の圧力が、燃料に加えられた圧力よりも大きくなる前に、または燃焼室
(4)内の圧力が、燃料に加えられた圧力よりも大きくなるやいなや、燃料の噴
射を終了させる、請求項1または2記載の方法。 - 【請求項4】 燃焼室(4)内の圧力(21)がレール圧(22)に等しく
なるか、またはレール圧(22)よりも大きくなるときのクランクシャフト(1
4)の回転角(W_p)と、安全余裕度(D_W_p)とから構成される、噴射
中断のための中断角度(W1)を求める、請求項3記載の方法。 - 【請求項5】 前記両中断角度(W1,W2)のうち、より早期の角度位置
に位置する方の中断角度を、クランクシャフト(14)の実際の回転角(KW_
akt)と比較する(29)、請求項2または4記載の方法。 - 【請求項6】 クランクシャフト(14)の実際の回転角(KW_akt)
が、選択された、より早期の角度位置に位置する方の中断角度(W_ABB)に
等しくなるか、または該中断角度(W_ABB)よりも大きくなるやいなや、開
かれている噴射弁(8)を閉じる(33)、請求項5記載の方法。 - 【請求項7】 当該方法を、特に等しい時間間隔または等しい角度間隔を置
いて連続的に繰り返す、請求項1から6までのいずれか1項記載の方法。 - 【請求項8】 特に自動車の内燃機関(1)の制御装置(16)に用いられ
る電気的な制御媒体、特にリードオンリメモリにおいて、当該制御媒体に、計算
装置、特にマイクロプロセッサで実行可能であって、かつ請求項1から7までの
いずれか1項記載の方法を実施するために適しているプログラムが記憶されてい
ることを特徴とする、電気的な制御媒体。 - 【請求項9】 特に自動車のための内燃機関(1)であって、噴射弁(8)
が設けられており、該噴射弁(8)によって燃料が、圧縮行程の間の第1の運転
モードと、吸気行程時の間の第2の運転モードとにおいて、ピストン(2)によ
り仕切られた燃焼室(4)内へ直接に噴射可能であり、点火プラグ(9)が設け
られており、該点火プラグ(9)によって、燃焼室(4)内へ噴射された燃料が
点火可能であり、さらに制御装置(16)が設けられており、該制御装置(16
)によって噴射弁(8)と点火プラグ(9)とが制御可能である形式のものにお
いて、当該内燃機関(1)のあらゆる運転状態において燃料の噴射が、燃料の点
火の前に終了するようになっていることを特徴とする内燃機関。 - 【請求項10】 噴射されるべき燃料に加えられた圧力を測定するための圧
力センサが設けられており、制御装置(16)によって、燃焼室(4)内に存在
する圧力が検出可能であり、当該内燃機関(1)のあらゆる運転状態において、
燃焼室(4)の圧力が、燃料に加えられた圧力よりも大きくなる前に、または燃
焼室(4)の圧力が、燃料に加えられた圧力よりも大きくなるやいなや、燃料の
噴射が終了するようになっている、請求項9記載の内燃機関。
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