JP2003514167A - 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】 特に自動車の内燃機関（１）であって、燃焼室（４）が設けられており、燃料を、第１の運転モードでは圧縮段階で、第２の運転モードでは吸気段階で燃焼室（４）内に噴射可能である形式のものについて記載されている。排気管（８）が設けられており、該排気管（８）には触媒（１２）が配置されている。内燃機関（１）には、排気管（８）から吸気管（７）への排ガス戻し装置が設けられている。制御装置（１８）は、内燃機関の運転量を制御及び／又はコントロールするために設けられている。この制御装置（１８）によって排ガス戻し装置の排ガス戻し率がとりわけ触媒（１２）の温度に応じて制御及び／又はコントロール可能である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 背景技術 本発明は、特に自動車の、内燃機関を運転するための方法であって、燃料を、
第１の運転モードでは圧縮段階で、第２の運転モードでは吸気段階で燃焼室内に
噴射し、排ガスを触媒に供給し、排ガスを戻し案内する形式のものに関する。本
発明は同様に、相応する内燃機関及びこのような内燃機関のための相応する制御
装置に関する。
【０００２】 このような方法及びこのような内燃機関及びこのような制御装置は、例えばい
わゆるガソリン直接噴射装置により公知である。ここでは燃料は均質燃焼運転で
は吸気段階で、成層燃焼運転では圧縮段階で内燃機関の燃焼室に噴射される。均
質燃焼運転は有利には内燃機関の全負荷運転のために行われ、成層燃焼運転はア
イドリング運転および部分負荷運転のために行われる。
【０００３】 特に成層燃焼運転では内燃機関は過剰空気によって運転される。これにより排
ガスの温度は高くなる恐れがある。成層燃焼運転でも同様に、排ガスをＮＯｘ吸
蔵触媒によって中間吸蔵し、次いで３元触媒によって還元する必要がある。しか
しながらＮＯｘ吸蔵触媒の運転のためには、ＮＯｘ吸蔵触媒の温度は、所定の制
限温度を超過してはならない。制限温度が超過されると、排ガスに含まれる有害
物質が増加する。
【０００４】 発明の課題および効果 本発明の課題は、排ガス中の有害物質をできるだけ低いレベルに確実に維持す
るための、内燃機関を運転するための方法を提供することである。
【０００５】 この課題は、本発明によれば冒頭で述べた形式の方法において、排ガス戻し装
置の排ガス戻し率をとりわけ、触媒の温度に応じて制御及び／又はコントロール
することにより解決される。冒頭で述べた形式の内燃機関および制御装置では、
この課題は本発明によれば相応に解決される。
【０００６】 排ガス戻し率に相応に影響を与えることにより、触媒の温度は減じられるまた
は高められる。このことは本発明により排ガス戻し率に温度に応じて影響を与え
る際に、触媒の温度を制限温度以下に維持するために利用される。
【０００７】 排ガス戻し装置により、内燃機関による質量流量、ひいては排ガス経路におけ
る高温流量が減じられる。これにより排ガス経路は冷却される。内燃機関の燃焼
室の温度は、排ガスを再循環させる際に、主として燃焼室内での火炎面の速度が
ゆっくりであることに基づき燃焼が遅れることにより低くなる。
【０００８】 特に本発明によれば、温度の上昇時により多くの排ガスが戻される。これによ
り、吸気管内の過剰空気が、戻された排ガスの量に相応して減じられる。このこ
とはさらに燃焼室内の温度が減じられるという結果をもたらす。これにより排ガ
スの、ひいては触媒の温度が低くなる。温度上昇に基づき排ガスの戻し案内が増
大されると、触媒の温度は低下する。
【０００９】 総じて、触媒の温度が制限温度以下に保たれ、従って特にＮＯｘ吸蔵触媒の最
適な稼動が可能になることが保証される。
【００１０】 本発明の特に有利な別の構成では、触媒の温度が測定される、及び／又は触媒
の温度が排ガスの温度から導き出される、及び／又は触媒の温度がモデル化され
る。
【００１１】 本発明の別の有利な構成では、排ガス戻し装置を、エンジンの作動不安定性、
つまりエンジンのトルク変動量に依存して制御及び／又はコントロールする。こ
れにより、エンジンの作動不安定性を、排ガス戻し率の制御及び／又はコントロ
ールのための限界として考慮することができる。
【００１２】 本発明による方法は、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
る制御エレメントとして実現されることが特に重要である。この場合、この制御
エレメントには、コンピュータ、特にマイクロプロセッサにおいて実行可能な、
本発明による方法を実施するために適したプログラムが記憶されている。即ち、
この場合、本発明は制御エレメントに記憶されたプログラムによって実現される
ので、プログラムを有するこの制御エレメントは、本発明の方法を実施するため
に適したプログラムを有した方法と同様に本発明を成す。制御エレメントとして
は特に電気的なメモリ媒体、例えばリード・オンリ・メモリまたはフラッシュメ
モリが使用される。
【００１３】 本発明のさらなる特徴、使用可能性、利点を、次に本発明の実施例の説明で図
面につき説明する。記載した全ての特徴は、それぞれ単独でも、又は複数の特徴
を組み合わせた形でも、請求項の組合せ又は従属関係に関わらず、また明細書も
しくは図面の実施例に関わらず本発明の対象をなす。
【００１４】 実施例の説明 図１には自動車の内燃機関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内で往復運動可能である。シリンダ３には燃焼室４が設けられている
。この燃焼室４は主として、ピストン２と吸気弁５と排気弁６とによって仕切ら
れている。吸気弁５には吸気管７が、排気弁６には排気管８が連結されている。
【００１５】 吸気弁５および排気弁６の領域では、噴射弁９と点火プラグ１０とが燃焼室４
内に突入している。噴射弁９を介して燃料を燃焼室４内に噴射することができる
。点火プラグ１０によって燃焼室４内の燃料を点火することができる。
【００１６】 吸気管７には回転可能なスロットルバルブ１１が取り付けられている。このス
ロットルバルブを介して吸気管７に空気を供給することができる。供給される空
気の量は、スロットルバルブ１１の角度位置に依存している。排気管８には触媒
１２が収納されており、この触媒は、燃料の燃焼により生じる排ガスを清浄にす
るために働く。触媒１２には３元触媒およびＮＯｘ吸蔵触媒が設けられている。
このＮＯｘ吸蔵触媒によって、発生した窒素酸化物が一時的に中間吸蔵され、次
いで３元触媒によって還元される。
【００１７】 排気管８からは排ガス戻し導管１３が吸気管７に戻されている。排ガス戻し管
１３には排ガス戻し弁１４が取り付けられており、この排ガス戻し弁１４によっ
て、吸気管７に戻される排ガスの量を調節することができる。排ガス戻し導管１
３と排ガス戻し弁１４とはいわゆる排ガス再循環装置を形成している。
【００１８】 燃料タンク１５からはタンクパージ管路１６が吸気管７へと通じている。タン
クパージ管路１６にはタンクパージ弁１７が収容されている。このタンクパージ
弁１７によって、燃料タンク１５から吸気管７に供給される燃料蒸気の量が調節
可能である。タンクパージ管路１６とタンクパージ弁１７とはいわゆるタンクパ
ージ装置を形成している。
【００１９】 排気管８の領域には、触媒１２の手前及び／又は後方にラムダセンサ２１，２
２が設けられている。この場合、両ラムダセンサ２１，２２のうち一方だけが設
けられていてもよいし、両方が設けられていてもよい。ラムダセンサ２１，２２
によって、制御装置１８においてラムダ制御回路が実現される。この回路によっ
てラムダは例えば１に制御される。
【００２０】 ピストン２は燃焼室４における燃料の燃焼により往復運動させられる。この往
復運動はクランクシャフト（図示せず）に伝えられ、クランクシャフトにトルク
を加える。
【００２１】 制御装置１８には、内燃機関１の、複数のセンサによって測定された運転量を
現す入力信号１９が供給される。例えば制御装置１８は、空気量センサ、ラムダ
センサ、回転数センサ等に接続されている。さらに制御装置１８はアクセルペダ
ルセンサに接続されている。このアクセルペダルセンサは、運転者により操作可
能なアクセルペダルの位置、ひいては要求されたトルクを表す信号を発生させる
。制御装置１８は出力信号２０を形成し、これらの出力信号２０によりアクチュ
エータもしくは作動装置を介して内燃機関１の特性に影響を与えることができる
。例えば制御装置１８は、噴射弁９と点火プラグ１０とスロットルバルブ１１等
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を発生させる。
【００２２】 とりわけ制御装置１８は、内燃機関１の運転量を制御かつ／又はコントロール
するために設けられている。例えば、噴射弁９により燃焼室４内に噴射される燃
料質量は制御装置１８によって、特に少ない燃料消費量及び／又は少ない有害物
質発生量が達成されるように制御されかつ／又はコントロールされる。この目的
のためには制御装置１８にマイクロプロセッサが設けられている。このマイクロ
プロセッサは記憶媒体、特にフラッシュメモリ内に、前記制御及び／又はコント
ロールを行うために適したプログラムを記憶している。
【００２３】 内燃機関１は複数の運転形式で運転することができる。即ち、内燃機関１を均
一燃焼運転および成層燃焼運転で運転することができる。
【００２４】 均一燃焼運転では、燃料は吸気段階の間に噴射弁９によって内燃機関１の燃焼
室４に直接に噴射される。燃料はこれにより、点火されるまで十分に渦流が付与
されている。従って燃焼室４内ではほぼ均一な燃料・空気混合比が生じる。発生
させたいモーメントはこの場合、主として、スロットルバルブ１１の位置を介し
て制御装置１８によって調節される。均一燃焼運転では、内燃機関の運転量が、
ラムダ＝１であるように制御かつ／又はコントロールされる。均一燃焼運転は特
に全負荷時に行われる。
【００２５】 成層燃焼運転では、燃料は圧縮段階の間に噴射弁９によって内燃機関１の燃焼
室４内に直接に噴射される。これにより点火プラグ１０による点火時には、燃焼
室４内に均一な混合は存在せず、燃料の層が存在する。スロットルバルブ１１は
、例えば排ガス再循環及び／又はタンクパージ装置の要求を除いては完全に開放
されていてよく、従って内燃機関１は絞られずに運転することができる。形成す
べきモーメントは成層燃焼運転では主として燃料質量によって調節される。成層
燃焼運転により内燃機関１は特にアイドリング時および部分負荷時に運転するこ
とができる。
【００２６】 内燃機関１の上記の両運転形式の間で切替を行うことができる。このような切
替は制御装置１８によって行われる。ＮＯｘ吸蔵触媒の運転のためには、その温
度を約５００℃の制限温度以下に保つ必要がある。ＮＯｘ吸蔵触媒の温度が制限
温度を超えると、窒素酸化物を吸蔵するための吸蔵率が悪化する。これにより有
害物質の放出量が増大する。
【００２７】 触媒１２、特にＮＯｘ吸蔵触媒には、温度センサ２３が配属されている。この
温度センサ２３によって触媒１２、特にＮＯｘ吸蔵触媒の温度が測定可能である
。
【００２８】 選択的にまたは付加的に、排気管８に温度センサが配属されていてもよい。温
度センサによって、排ガスの温度が測定可能であって、この温度から触媒１２の
、特にＮＯｘ吸蔵触媒の温度を推量することができる。
【００２９】 同様に、触媒１２の、特にＮＯｘ吸蔵触媒の上記温度は、選択的にまたは付加
的に、内燃機関１の他の運転量からモデル化することもできる。
【００３０】 温度センサ２３によって測定された温度に応じて、制御装置１８が排ガス戻し
弁１４を介して排ガス再循環装置の排ガス戻し率に影響を与える。
【００３１】 制御装置１８は、排ガス戻し率を、温度センサ２３によって測定された温度が
制限温度を超過しないように制御かつ／又はコントロールする。この場合、ＮＯ
ｘ吸蔵触媒の温度が上昇した場合には、制御装置１８によって排ガス戻し率が増
加されるので、より多くの排ガスが排気管８から吸気管７に戻される。逆に、温
度が低下した場合には排ガス戻し率は再び減少する。
【００３２】 温度が上昇した場合には、戻される排ガスが増加することにより、吸気管７に
おける過剰空気が減じられる。空気・燃料比であるラムダは相応に減少する。過
剰空気が減じられたことに基づき燃焼時の温度が、ひいては内燃機関１の燃焼室
４内の温度が低下する。これにより排ガスの温度が低下し、ひいては、ＮＯｘ吸
蔵触媒の温度も低下する。
【００３３】 しかし同時に、全く絞られていない状態では吸気管７における圧力は変わらな
い。吸気管７では、減じられる過剰空気は、戻された排ガスに置き換えられるの
で、吸気管７における圧力はほぼ一定である。これによりさらに結果として、吸
気管７におけるスロットルバルブ１１の位置は変化しない。しかしながら、タン
クパージ装置の要求に基づきスロットルバルブ１１によって絞る際には、吸気管
７内の圧力を一定に保つために、スロットルバルブ１１を閉鎖しなければならな
い。
【００３４】 前記の過剰空気は特に成層燃焼運転の際に生じる。しかしながら過剰空気は希
薄な均質燃焼運転時にも存在する。従って、触媒１２の温度に依存している上記
の排ガス再循環装置は、成層燃焼運転及び／又は均質燃焼運転において使用する
ことができる。
【００３５】 触媒１２の温度を測定する代わりに、ＮＯｘ吸蔵触媒の吸蔵率を算出し、触媒
１２の温度の尺度とすることもできる。ＮＯｘ吸蔵触媒１２の吸蔵率が低下する
と、排ガス戻し率を増加させ、これにより触媒１２の温度が減じられ、これによ
り吸蔵率が再び高くなる。
【００３６】 排ガス再循環装置の制御及び／又はコントロールの際には別の手段として、エ
ンジンの作動不安定性を考慮することもできる。このような作動不安定性は、触
媒１２の温度に依存した排ガス戻し率への影響のための限界値をなす。作動不安
定性を考慮することにより、このような限界値は、内燃機関１の制御及び／又は
コントロールに取り込むことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による内燃機関の実施例を示す概略的なブロック図である。
───────────────────────────────────────────────────── 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 41/02 Ｆ０２Ｄ 41/02 ３２５Ｆ ３２５Ｈ 45/00 ３１２ 45/00 ３１２Ｒ ３１４ ３１４Ｒ ３７６ ３７６Ｂ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５５０ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５５０Ｇ ５５０Ｒ Ｆターム(参考） 3G062 AA07 BA04 BA06 BA08 CA06 DA01 DA02 EA04 EA10 ED01 ED04 ED10 FA02 FA05 FA23 GA01 GA04 GA09 GA17 3G084 AA04 BA02 BA05 BA09 BA13 BA15 BA17 BA20 BA27 CA03 CA04 DA10 EB06 FA13 FA17 FA18 FA26 FA27 FA32 FA33 FA37 3G091 AA02 AA11 AA13 AB03 AB09 BA01 BA14 CA15 CB02 CB03 CB05 CB07 EA01 EA03 EA05 EA07 EA08 EA10 EA17 EA18 FA12 FA13 FA14 HA38 HB05 3G092 AA01 AA09 AA17 BB01 DC08 EA01 EA02 EB05 FA15 GA03 HA01Z HD01Z HD05Z HE01Z HF08Z 3G301 HA01 HA04 HA13 HA18 JA21 JA25 JA26 KA07 KA08 KA09 LA01 LB04 MA01 MA03 MA18 PA01Z PA11Z PA18Z PB03Z PB05Z PD11Z PD12Z PD15A PD15Z PE01Z

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 特に自動車の内燃機関（１）を運転するための方法であって
    、燃料を、第１の運転モードでは圧縮段階で、第２の運転モードでは吸気段階で
    燃焼室（４）内に噴射し、排ガスを触媒（１２）に供給し、排ガスを戻し案内す
    る形式のものにおいて、 排ガス戻し装置の排ガス戻し率を、とりわけ触媒（１２）の温度に応じて制御
    及び／又はコントロール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】 触媒（１２）の温度を測定する、請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 触媒（１２）の温度を、排ガスの温度から導き出す、請求項
    １又は２記載の方法。
  4. 【請求項４】 触媒（１２）の温度をモデル化する、請求項１から３までの
    いずれか１項記載の方法。
  5. 【請求項５】 温度の上昇時に、比較的多くの排ガスを戻す、請求項１から
    ４までのいずれか１項記載の方法。
  6. 【請求項６】 排ガス戻し装置を、エンジンの作動不安定性に依存して制御
    及び／又はコントロールする、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
  7. 【請求項７】 制御エレメント、特に、内燃機関（１）、特に自動車の内燃
    機関の制御装置（１８）のためのリード・オンリ・メモリまたはフラッシュメモ
    リであって、前記制御エレメントにはプログラムが記憶されており、該プログラ
    ムはコンピュータ、特にマイクロプロセッサにおいて実行可能であって、請求項
    １から６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ことを特徴
    とする制御エレメント。
  8. 【請求項８】 特に自動車のための内燃機関（１）であって、燃焼室（４）
    が設けられており、該燃焼室（４）には、燃料を、第１の運転モードでは圧縮段
    階中に、第２の運転モードでは吸気段階中に噴射可能であって、吸気管（８）が
    設けられており、該吸気管（８）には触媒（１２）が配置されていて、排気管（
    ８）から吸気管（７）への排ガス戻し装置が設けられており、内燃機関（１）の
    運転量を制御かつ／又はコントロールするための制御装置（１８）が設けられて
    いる形式のものにおいて、 前記制御装置（１８）により、排ガス戻し装置の排ガス戻し率が、触媒（１２
    ）の温度に応じて制御及び／又はコントロールされることを特徴とする、特に自
    動車のための内燃機関。
  9. 【請求項９】 特に自動車の内燃機関（１）のための制御装置（１８）であ
    って、内燃機関（１）に燃焼室（４）が設けられており、該燃焼室（４）に、燃
    料を、第１の運転モードでは圧縮段階中に、第２の運転モードでは吸気段階中に
    噴射可能であって、内燃機関（１）には排気管（８）が設けられており、該排気
    管（８）には触媒（１２）が配置されており、内燃機関（１）には、排気管（８
    ）から吸気管（７）への排ガス戻し装置が設けられており、内燃機関（１）の運
    転量を制御及び／又はコントロールするための制御装置（１８）が設けられてい
    る形式のものにおいて、 前記制御装置（１８）によって、排ガス戻し装置の排ガス戻し率が、触媒（１
    ２）の温度に応じて制御可能及び／又はコントロール可能であることを特徴とす
    る、特に自動車の内燃機関のための制御装置。
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