JP2003510501A - 内燃機関を運転するための方法 - Google Patents

内燃機関を運転するための方法

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Abstract

(57)【要約】 内燃機関を好ましくない運転条件で運転することによって、燃焼室（４）内に堆積物が形成され得る。本発明によれば、燃料を燃焼室（４）内に案内しかつそこで燃焼させる、特に自動車の内燃機関（１）を運転するための方法および装置が提案される。この場合、燃焼室（４）内の堆積物の認知時には、燃焼室（４）を洗浄するための手段が適切に導入される。この場合、特に特にノッキング運転が実施されかつ／または洗浄液体が、吸い込まれる燃焼空気に付加される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 背景技術 本発明は、燃料を燃焼室内に案内しかつそこで燃焼させる、特に自動車の内燃
機関を運転するための方法および装置に関する。
【０００２】 内燃機関を好ましくない運転条件で運転することによって、燃焼室内に堆積物
が形成され得る。特に直接的な燃料噴射を伴う内燃機関では、特に噴射弁にもし
くは噴射弁の先端部上にまたは先端部内に堆積物が形成され得る。この堆積物は
噴流洗浄ひいては燃焼に不都合な影響を与え得る。一般的には、噴射弁のコーク
ス化が考えられる。
【０００３】 ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９８２８２７９号明細書に基づき、電子的
な制御装置が公知である。この制御装置によって、多気筒式の内燃機関における
シリンダ個々のトルク分量の均等化を実施することができる。この場合、シリン
ダ個々のトルク分量を補償調整するためには、たとえば噴射される燃料量、点火
時点（オットエンジンの場合）、排ガス戻し案内率または噴射位置が変化させら
れる。シリンダ個々のトルク分量の規定は、クランクシャフトまたはカムシャフ
トの回転運動の時間的な経過の評価によって行うことができる。この場合、個々
のセグメント時間が検出される。択一的には、いずれにせよ燃焼失火検知のため
に制御装置に形成される運転非静粛量を使用することができる。シリンダ均等化
の目的は、運転非静粛量を調整コンセプトによって最小限に抑えることである。
認知された模範と、濾過された個々の運転非静粛量および濾過されていない個々
の運転非静粛量とに関連して、エンジンに適宜な干渉が行われ得る。特に直接噴
射を伴うエンジンでは、噴射弁コークス化が、対応するシリンダの、過度に低い
モーメントを生ぜしめ得る。この事例では、対応するシリンダは過度に希薄な状
態で運転される。調整機能の主構成部分は、ドイツ連邦共和国特許出願公開第１
９８２８２７９号明細書によれば、シリンダ個々のＰＩ調整器である。
【０００４】 未公開のドイツ連邦共和国特許出願第１０００９０６５．６号明細書には、シ
リンダ均等化調整を作用監視するための方法および装置が記載されている。この
ドイツ連邦共和国特許出願第１０００９０６５．６号明細書の導入部によれば、
直接噴射式のオットエンジンには特別な要求が課せられている。ここでは、成層
燃焼運転での燃焼法の僅かな誤差適合性および／または使用される高圧噴射弁の
誤差によってもしくは個々のシリンダへの燃料の分配に関して、高められた運転
非静粛性が生ぜしめられ得る。高圧噴射弁の通流量特性の、老化に基づく変化も
重要である。ドイツ連邦共和国特許出願第１０００９０６５．６号明細書の枠内
では、有利には、１つのシリンダのトルク分量（実際モーメント）がその点火動
作に対して相対的にクランクシャフト回転またはカムシャフト回転の時間的な経
過の評価を介して検出される。すなわち、絶対モーメントは規定されない。シリ
ンダ均等化の範囲内の改善は、シリンダ均等化のための作用監視が提供されてお
り、シリンダ均等化調整の範囲内の妨害時に相応の誤差信号が発生させられるこ
とによって達成される。作用監視は、シリンダ均等化調整干渉が行われた後、調
整が作用しているかどうか、シリンダ個々のトルク分量が検査されるように行わ
れる。作用が適度に生ぜしめられていない場合には、所望のように、引き続きシ
リンダ個々のＰＩ調整器の調整回路増幅が、設定された最終値に達するまで減少
させられる。これによって、調整はより粗野に作業するが、しかし、動的にもよ
り緩慢に働く。このことは甘受される。設定された最終値へのＰＩ調整器の調整
後も所望の作用が生ぜしめられない場合には、誤差信号が発生させられる。
【０００５】 前記ドイツ連邦共和国特許出願第１０００９０６５．６号明細書の内容は明ら
かに本出願に組み込まれている。
【０００６】 本発明の課題は、上位概念部に記載した形式の方法を改善して、内燃機関の燃
焼室内の堆積物が簡単に認知されかつ除去されるようにすることである。
【０００７】 本発明の課題は、請求項１の特徴によって解決される。
【０００８】 発明の利点 本発明の特に大きな利点は、単純な手段によって、燃焼室を内燃機関の全耐用
年数にわたって堆積物なしに保つことができる点にある。これによって、良好な
燃焼のために常に最適な条件が与えられている。
【０００９】 別の利点は、水噴射によって燃焼温度が低下させられ、これに相俟って、ＮＯ
ｘエミッションもより僅かとなる点にある。さらに、燃焼室内の高い温度に基づ
き蒸発させられた水の水蒸気圧によって、内燃機関の熱力学的な効率が改善され
る。
【００１０】 本発明のさらなる利点は、従属請求項に関連して以下の実施例の説明から得ら
れる。
【００１１】 実施例の説明 以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。
【００１２】 図１には、内燃機関１が示してある。この内燃機関１では、ピストン２がシリ
ンダ３内で往復運動可能である。このシリンダ３は燃焼室４を備えている。この
燃焼室４は弁５を介して吸気管６と排ガス管もしくは排気管７とに続いている。
さらに、燃焼室４には、信号ＴＩによって制御可能な噴射弁８と、信号ＺＷによ
って制御可能な点火プラグ９とが接続されている。この場合、信号ＴＩ，ＺＷは
制御装置１６によって噴射弁８もしくは点火プラグ９に伝達される。
【００１３】 吸気管６は空気質量センサ１０を備えており、排気管７は酸素センサ１１を備
えている。空気質量センサ１０は、吸気管６に供給された新空気の空気質量を測
定し、この空気質量に関連して信号ＬＭを発生させる。酸素センサ１１は排気管
７内の排ガスの酸素含有量を測定し、この酸素含有量に関連して信号λを発生さ
せる。空気質量センサ１０の信号ＬＭと酸素センサ１１の信号λとは制御装置１
６に供給される。
【００１４】 吸気管６内にはスロットルバルブ１２が収納されている。このスロットルバル
ブ１２の回動位置は信号ＤＫによって調整可能である。
【００１５】 第１の運転モード、つまり、内燃機関１の成層燃焼運転では、スロットルバル
ブ１２が十分に開かれる。燃料は噴射弁８によって、ピストン２により生ぜしめ
られる圧縮段階の間に燃焼室４内に噴射される。その後、点火プラグ９により燃
料が点火され、これによって、ピストン２が、点火された燃料の膨張による後続
の作業段階で駆動される。
【００１６】 第２の運転モード、つまり、内燃機関１の均質燃焼運転では、スロットルバル
ブ１２が、供給される所望の空気質量に関連して部分的に開かれるかもしくは閉
じられる。燃料は噴射弁８によって、ピストン２により生ぜしめられる吸気段階
の間に燃焼室４内に噴射される。同時に吸い込まれた空気によって、噴射された
燃料に渦流が付与され、これによって、燃料が燃焼室４内にほぼ均一に分配され
る。その後、燃料／空気混合気は圧縮段階の間に圧縮され、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
。
【００１７】 成層燃焼運転ならびに均質燃焼運転では、駆動されたピストン２によってクラ
ンクシャフト１４が回転運動させられる。この回転運動を介して最終的に自動車
のホイールが駆動される。クランクシャフト１４には歯車１３が配置されている
。この歯車１３の歯は、直接向かい合って配置された回転数センサ１５によって
走査される。この回転数センサ１５は、クランクシャフト１４の回転数Ｎを検知
する信号を発生させ、この信号を制御装置１６に伝送する。
【００１８】 成層燃焼運転でかつ均質燃焼運転で噴射弁８により燃焼室４内に噴射される燃
料質量は制御装置１６によって、特に僅かな燃料消費率および／または僅かな有
害物質発生を考慮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いる。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（ＲＯＭ）に、内燃機関１の全ての開
制御および／または閉制御を実施するために適したプログラムを記憶している。
【００１９】 制御装置１６は複数の入力信号によって負荷されている。これらの入力信号は
、センサによって測定された内燃機関１の運転量を表している。たとえば、制御
装置１６は空気質量センサ１０と、酸素センサ１１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に接続されて
いる。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なアクセルペ
ダルの位置ひいては運転車によって要求されたモーメントを報知する信号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る。これらの出力信号に
よって、アクチュエータを介して、所望の開制御および／または閉制御に相応し
て内燃機関１の特性に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、スロットルバルブ１２とに接続されていて、これら
の制御のために必要となる信号ＴＩ，ＺＷ，ＤＫを発生させる。
【００２０】 図２には、特にガソリン直接噴射を伴う内燃機関に用いられる本発明による方
法の流れ図が示してある。
【００２１】 図２に示した、シリンダ均等化調整の作用が問い合わされるステップ２１５は
、たとえば未公開のドイツ連邦共和国特許出願第１０００９０６５．６号明細書
に記載された、シリンダ均等化調整を作用監視するための方法に基づいている。
このために必要となる入力データは回転数センサ１５によって制御装置１６に供
給される。この制御装置１６は、この基本位置において、シリンダ個々のトルク
分量の制御／適合を行う。このためには、制御装置１６によって、たとえば噴射
される燃料量（ＴＩ）、点火時点（ＺＷ）、排ガス戻し案内率（図２には図示せ
ず）または噴射位置（ＴＩ）が変化させられる。
【００２２】 方法の開始後、ステップ２１０において、成層燃焼運転が生ぜしめられている
かどうかが検査される。成層燃焼運転が付与されていない場合には、この問合せ
が連続して実施される。これに対して、成層燃焼運転が付与されている場合には
、ステップ２１５において、作用監視の誤差信号が発生しているかどうかが検査
される。この場合、シリンダ均等化が作用していない場合には、ステップ２５０
に直接移行される。ステップ２５０に関しては、あとで詳しく説明することにす
る。したがって、コークス化が直接推測される。これに対して、ステップ２１５
において、シリンダ均等化の作用監視によって誤差信号が発生していないことが
分かった場合には、ステップ２２０において、成層燃焼運転モードで燃焼失火が
発生しているかどうかが検査される。燃焼失火を確認することができない場合に
は、ステップ２１０に戻される。これに対して、燃焼失火が認知された場合には
、ステップ２３０において、制御装置１６によって成層燃焼運転モードから均質
燃焼運転モードに切り換えられる。
【００２３】 ステップ２４０では、すでにステップ２２０で行われたように、均質燃焼運転
モードで燃焼失火が発生しているかどうかが検査される。燃焼失火が確認されな
い場合には、ステップ２５０において、噴射弁８がコークス化したかもしくは堆
積物が噴射弁８に形成されたことが推測される。
【００２４】 噴射弁８への堆積物によって、ガソリン直接噴射時に重要となる噴流洗浄が妨
害され得る。確かにまだほぼ同じ燃料量が燃焼室４内には噴射されるが、しかし
、噴流形状もしくは噴流ガイドは堆積物に基づき変化させられ得る。このことは
、特に成層燃焼運転にネガティブな影響を与える。なぜならば、噴射時点におい
て、可燃性の空気／燃料混合気クラウドが点火プラグ９のすぐ周辺に存在してい
ないからである。これによって、燃焼失火が発生するかまたは燃焼がもはや全く
行われなくなる。均質燃焼運転では、噴射弁８の僅かなコークス化はほとんど外
乱とならない。なぜならば、ここでは、燃焼が、噴射された燃料の噴流ガイドに
全く無関係であるからである。燃料は早期にすでに吸気段階の間に噴射される。
これによって、均一な分配のための時間が十分に存在している。
【００２５】 ステップ２６０では、噴射弁８への堆積物を除去するための手段が導入される
。図２に示した方法の終了に対して択一的に、燃焼室洗浄のための手段が必要で
あったかどうかを検査するために、ステップ２６０の後にステップ２１０に戻さ
れてもよい。この変化形は破線によって示してある。
【００２６】 堆積物を除去するための手段として、たとえばノッキング燃焼が行われてよい
。このノッキング燃焼で運転された内燃機関の検査によって、この内燃機関が極
めてきれいな燃焼室４を有していることが分かった。この効果は本発明で使用さ
れる。
【００２７】 このことは、ノッキング燃焼によって、通常の圧力経過に合致する圧力振動が
発生させられたことに起因し得る。付加的な圧力振動によって、高周波数の強い
振動が発生させられる。これによって、燃焼室４内のかつ特に噴射弁８のノズル
への堆積物を除去することができる。ノッキング燃焼は、内燃機関１の損傷を回
避するために、時間的に制限されなければならない。
【００２８】 ノッキング燃焼に相俟ってまたは単独の方法としても、水または任意の別の洗
浄液体が、吸い込まれる燃焼空気に付加されてもよい。これによって、ノッキン
グ燃焼時と同様の洗浄効果を得ることができる。水が、たとえば密でないシリン
ダヘッドシール部を介して燃焼室４内に進入させられたかまたは付加的に噴射さ
れた内燃機関の検査によって、この内燃機関が常に特によりきれいな燃焼室４を
有していることが分かった。この効果は本発明で使用される。
【００２９】 燃焼室洗浄を実施した後、内燃機関が失火なしに運転されているかどうかを検
査するために、再び成層燃焼運転に切り換えられる。再び失火が確認された場合
には、たとえば上記方法が再び新たに開始され得る。
【００３０】 念のためにもしくは燃焼室４内の堆積物の形成を回避するためには、予め規定
された時間間隔を置いてノッキング燃焼を実施することもできかつ／または水を
空気に付加することもできる。
【００３１】 ステップ２４０において、均質燃焼運転でも燃焼失火が認知された場合には、
ステップ２７０で別の診断法が開始される。この事例では、燃焼失火がもはや噴
射弁８のノズルへの堆積物にのみ起因していることはあり得ない。たとえば、こ
の燃焼失火は、もはやコントロールされずに開放する噴射弁８または故障した点
火プラグ９によっても発生させられ得る。しかし、この事例では、噴射弁８のコ
ークス化を完全に排除することもできない。いずれにせよ、この燃焼失火に対す
る原因は別の診断法によってさらに限定されなければならない。エラーメモリ内
のエラーの相応のメモリは、正確な診断を提供するために、後続の修復作業時に
有効となり得る。
【００３２】 図３には、すでに図１に示した実施例と同じように、制御装置１６を備えた内
燃機関１が示してある。この内燃機関１は、水または任意の別の洗浄液体を空気
に付加することができる装置を備えている。説明を簡単にするために、同じ構成
部分には図１の符号が付してある。
【００３３】 水容器１８が付加的に内燃機関１に配置されている。水容器１８には弁１９が
配置されている。この弁１９は制御装置１６によって制御することができる。弁
１９は噴射ノズル２０に接続されている。このノズル２０によって弁１９の操作
時に水は直接吸気管６内に到達することができる。
【００３４】 たとえば、制御装置１６によって噴射弁８への堆積物が認知された場合には、
弁１９を制御するかもしくは開放する信号ＷＡが発生させられる。いま、原則的
に吸気管６内を支配している負圧に基づき、弁１９の開放時には、水が水容器１
８から弁１９とノズル２０とを通って吸気管６内に導入される。この吸気管６内
の水は内燃機関１の後続の吸気過程時に燃焼室４内に到達する。そこでは、水が
、噴射過程の間に燃焼室４内に到達した空気および燃料と混合される。燃焼室４
内の高い温度に基づき、水はすぐに蒸発しかつ燃焼室４の洗浄に貢献する。
【００３５】 実施例として、ガソリン直接噴射（ＢＤＥ）を伴う内燃機関が選択されたにも
かかわらず、本発明による方法を、幾分変更された形式で別の内燃機関、たとえ
ばディーゼル内燃機関または吸気管噴射（ＳＲＥ）を伴う内燃機関にも使用する
ことが全く可能である。
【００３６】 本発明による方法の特別な実施態様は、プログラムコード手段によってコンピ
ュータプログラムの形で実現される。このようなコンピュータプログラムは記憶
媒体、たとえばＣＤ−ＲＯＭまたはＥＰＲＯＭに記憶することができ、コンピュ
ータプログラムが制御装置（もしくは一般的に任意のコンピュータ）で実施され
る場合には、燃焼室洗浄のための本発明による方法ステップが開始されることを
可能にする。こうして、このような製品の製造元にとっては、製品を顧客に納品
することが簡単に可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 制御装置を備えた内燃機関の概略図である。
【図２】 本発明による方法の流れ図である。
【図３】 制御装置と、水または任意の別の洗浄液体を、吸い込まれる燃焼空気に付加す
ることができる装置とを備えた内燃機関の概略図である。
【符号の説明】
１ 内燃機関、 ２ ピストン、 ３ シリンダ、 ４ 燃焼室、 ５ 弁、
６ 吸気管、 ７ 排気管、 ８ 噴射弁、 ９ 点火プラグ、 １０ 空気
質量センサ、 １１ 酸素センサ、 １２ スロットルバルブ、 １３ 歯車、
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、 １８ 水容器、 １９ 弁、 ２０ 噴射ノズル、
２１０ ステップ、 ２１５ ステップ、 ２２０ ステップ、 ２３０ ス
テップ、 ２４０ ステップ、 ２５０ ステップ、 ２６０ ステップ、 ２
７０ ステップ、 ＴＩ 信号、 ＺＷ 信号、 ＬＭ 信号、 λ 信号、
ＤＫ 信号、 ＦＰ 信号、 ＷＡ 信号、 Ｎ 回転数
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１３年１０月６日（２００１．１０．６）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3G084 AA00 AA05 BA13 BA15 BA17 DA10 DA11 DA22 DA33 FA07 FA10 FA24 FA25 FA29 FA33

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 燃料を燃焼室（４）内に案内しかつそこで燃焼させる、特に
    自動車の内燃機関（１）を運転するための方法において、シリンダ均等化の作用
    監視および／または失火認知を介して燃焼室（４）内の堆積物を推測し、次いで
    、燃焼室（４）を洗浄するための手段を適切に導入することを特徴とする、内燃
    機関を運転するための方法。
  2. 【請求項２】 燃料を第１の運転モードで吸気段階の間にまたは第２の運転
    モードで圧縮段階の間に噴射弁（８）によって内燃機関（１）の燃焼室（４）内
    に直接噴射し、次いで、作用監視によるシリンダ均等化および／または失火認知
    を実施する、直接噴射式の内燃機関（１）に関連した請求項１記載の方法におい
    て、作用監視の誤差信号の発生時または第１の運転モードでの内燃機関（１）の
    運転の間の失火の認知時に噴射弁（８）のコークス化を推測し、次いで、第２の
    運転モードに切り換え、第２の運転モードで失火が発生していない場合に噴射弁
    （８）のノズルへの堆積物もしくは噴射弁（８）のコークス化を推測することを
    特徴とする、直接噴射式の内燃機関に関連した請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 燃焼室（４）を洗浄するためにノッキング燃焼を実施しかつ
    ／または洗浄液体を、吸い込まれる燃焼空気に付加する、請求項１または２記載
    の方法。
  4. 【請求項４】 洗浄液体として水を使用する、請求項３記載の方法。
  5. 【請求項５】 燃焼室（４）を洗浄するための手段を、予め規定された期間
    の間実施する、請求項１または３記載の方法。
  6. 【請求項６】 燃焼室（４）を洗浄するための手段を、燃焼室（４）内の堆
    積物がもはや認知されなくなるまで実施する、請求項１または３記載の方法。
  7. 【請求項７】 燃焼室（４）を洗浄するための手段、特にノッキング燃焼を
    、内燃機関（１）の損傷が見込まれ得ない間のみ実施する、請求項５または６記
    載の方法。
  8. 【請求項８】 燃焼室（４）を洗浄するための手段を予防的に、予め規定さ
    れた時間間隔を置いて、予め規定された期間の間実施する、請求項１または３記
    載の方法。
  9. 【請求項９】 燃料を第１の運転モードで吸気段階の間にまたは第２の運転
    モードで圧縮段階の間に噴射弁（８）によって内燃機関（１）の燃焼室（４）内
    に直接噴射し、次いで、失火認知を実施する、直接噴射式の内燃機関（１）に関
    連した請求項１記載の方法において、第１の運転モードでの内燃機関（１）の運
    転の間の失火の認知時に、次いで、第２の運転モードに切り換え、第２の運転モ
    ードでも失火が発生している場合に一般的な誤差を推測し、誤差原因を限定する
    ための別の診断法を開始することを特徴とする、直接噴射式の内燃機関に関連し
    た請求項１記載の方法。
  10. 【請求項１０】 当該方法をディーゼル内燃機関で使用する、請求項１記載
    の方法。
  11. 【請求項１１】 全てのステップを請求項１から１０までのいずれか１項に
    よって実施するために、プログラムをコンピュータ、特に制御装置で実施する場
    合にプログラムコード手段を用いたコンピュータプログラム。
  12. 【請求項１２】 特に自動車の内燃機関（１）を運転するための装置におい
    て、燃焼室（４）内の堆積物を認知し、かつ次いで、燃焼室（４）を洗浄するた
    めの手段を適切に導入する別の手段が存在していることを特徴とする、内燃機関
    を運転するための装置。
  13. 【請求項１３】 特に自動車の内燃機関（１）であって、燃料を燃焼室（４
    ）内に案内しかつそこで燃焼させるための手段が設けられている形式のものにお
    いて、シリンダ均等化の作用監視および／または失火認知を介して燃焼室（４）
    内の堆積物を推測することができ、かつ次いで、燃焼室（４）を洗浄するための
    手段を適切に導入することができる手段が存在していることを特徴とする、内燃
    機関。
  14. 【請求項１４】 特に自動車の内燃機関に用いられる制御装置（１６）にお
    いて、請求項１から１０までのいずれか１項記載の方法のステップを実施するた
    めの手段が存在していることを特徴とする、内燃機関に用いられる制御装置。
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