JP2004521222A - 直噴式内燃機関の燃料噴射器の開弁時点を調整するための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、ａ）所定の順次連続する時点に、点火すべき空気／燃料混合気で満たされたシリンダ（１）内にスパーク列を放出し、ｂ）前記スパークのうちで前記混合気の発火を引き起こしたスパークを識別し、ｃ）前記スパークの放出時点を内燃機関による所定の機械的動力の供給を保証する所定の点火時点から隔てる時間的間隔を評価し、ｄ）前記シリンダ（１）内の空気／燃料混合気の後続の点火が前記所定の時点に行われるように、前記間隔に依存して燃料噴射器（３）の開弁時点を修正する。

Description

【０００１】
本発明は、直噴式内燃機関の少なくとも１つのシリンダ内の燃料噴射器の開弁時点を調整する方法に関する。
【０００２】
このタイプのエンジン、特に「層状」燃焼モードで動作するエンジンにおいては、エンジンシリンダ内の燃焼させるべき空気／燃料混合気の組成内の燃料が、この混合気が点火プラグによりスパークが放出される瞬間に正確に点火プラグの電極に到達するように、選択された瞬間に各シリンダ内に取り入れられることが重要である。このおかげで、混合気の良好な燃焼と、とりわけ、起こりうる燃焼不良に対する防護が可能となる。
【０００３】
したがって、このようなエンジンを始動させる前に、つまり、例えばこのエンジンにより駆動される自動車を走行させる前に、開弁時点の調整に大きな努力を向ける必要がある。
【０００４】
この調整は、エンジンのさまざまな部品又はエンジンに関連した部品に影響を及ぼす不可避の製造公差ゆえに必要とされる。さらに、エンジンの寿命の間、開弁時点の調整は、例えば、前記部品の経年劣化により偏差を被るか又は必要な適合を必要とする。
【０００５】
この難点は、スパークによる混合気の点火が可能な期間を延長することにより、又は、点火スパークを多重化して、点火すべき混合気が点火プラグの電極に達した瞬間に少なくとも１つのスパークが生じるようにすることにより克服することができる。
【０００６】
この構成は、残念ながら、点火プラグの使用寿命を短くする結果をもたらし、このため、点火プラグのコストのかかる取り替えが必要となる。
【０００７】
さらに、混合気の有効な点火時点が未知なため、エンジンの機能を従来のやり方で管理するコンピュータは、このエンジンにより供給されるトルクを正確に推定することができない。したがって、このトルクについての知識に基づいたエンジン制御ストラテジー（例えば、トルクジャークの抑制、トランスミッションの変速比の変更時にトルクを迅速に下げる）は困難、さらには実行不可能である。
【０００８】
本発明の課題はまさしく、直噴式内燃機関のシリンダ内の燃料噴射器の開弁時点を制御する方法において、上で提起された不都合を免れ、特に、エンジンの点火プラグの使用寿命を延長し、エンジンにより供給されるトルクを最大化及び正確に推定することを可能にし、それと同時に、この結果が得られるようにエンジンを容易に適合させることができるようにすることである。
【０００９】
本発明の上記課題は、本明細書の以下の記述に現れる他の課題と同様に、
ａ）所定の順次連続する時点に、点火すべき空気／燃料混合気で満たされたシリンダ内にスパーク列を放出し、
ｂ）前記スパークのうちで前記混合気の発火を引き起こしたスパークを識別し、
ｃ）前記スパークの放出時点を内燃機関による所定の機械的動力の供給を保証する所定の点火時点から隔てる時間的間隔を評価し、
ｄ）前記シリンダ内の空気／燃料混合気の後続の点火が前記所定の時点に行われるように、前記間隔に依存して前記燃料噴射器の開弁時点を修正する、ことを特徴とする燃料噴射器の開弁時点を調整する方法によって解決される。
【００１０】
後でより詳細に示されるように、この修正のおかげで、シリンダ内の空気／燃料混合気の燃焼が所定の時間間隔に亘るように、この燃焼をただ１つのスパークでトリガすることができる。ただし、この所定の時間間隔は、エンジンが、例えば供給されるトルクという点で、所定の性能を達成できるように選択されている。このように、供給されるトルクが、例えば、エンジンの所与の回転数及び負荷に対して最大化されるように、噴射器の開弁時点を調整することができる。
【００１１】
本発明はまた、ａ）シリンダが点火すべき空気／燃料混合気で満たされているときに前記シリンダ内にスパーク列を放出するための手段と、
ｂ）前記混合気の発火を検出し、相応する信号を送出するための手段と、
ｃ）前記信号を感知し、一方では、スパークがそれぞれ所定の時点に放出されるように前記スパーク列の放出手段を制御し、他方では、前記内燃機関のシリンダ内の噴射器の開弁時点を前記信号に含まれている情報に依存して制御する計算手段とを有することを特徴とする、上記方法を実行するための装置も提供する。
【００１２】
本発明の他の特徴及び利点は、以下の記述から、ならびに、添付した図面を参照することにより明らかになる。添付した図面のうち、
図１は、本発明による方法の実行を可能にする装置の図であり、
図２は、本発明による方法を図解するグラフであり、
図３は、本発明による方法の変更形態を図解するグラフである。
【００１３】
添付した図面の図１を参照すると、とりわけ直噴式の内燃機関の一部を成すシリンダ１が概略的に示されている。この種のシリンダは、周知のように、点火プラグ２、シリンダ１の内壁に開口部を有する燃焼噴射器３、及び参照番号４_１，４_２のような複数の（吸気及び排気）バルブを備えている。
【００１４】
エンジン機能管理コンピュータ５は、噴射器３の開弁時点及び開弁持続時間ならびに点火プラグ２によるスパーク放出時点を制御するよう適切にプログラムされている。
【００１５】
本発明によれば、装置はさらに、それ自体公知の点火モジュール６を有しており、この点火モジュール６は、コンピュータ５からの命令のもとで、点火プラグによる１つ又は複数のスパークを選択的に順次放出することを可能にする。なお、これらのスパークの各々は、シリンダ１内を往復するピストン７の上死点（ＰＭＨ）を基準として測定される所定の「進角」に相応して、噴射器３とバルブ４_１，４_２の適切な制御によってこのシリンダ内に前もって取り入れられた空気／燃料混合気の圧縮段階の終わりに放出される。
【００１６】
本発明によれば、装置はさらに空気／燃料混合気の燃焼を検出する手段を有している。点火プラグにより放出されたスパークによって生じたこの燃焼が混合気の圧力及び温度の強い上昇を引き起こすことは知られているので、この燃焼はシリンダ内の圧力又はこのガスの温度上昇の影響によるシリンダ内ガスのイオン化を感知するセンサ８を用いて検出することができる。変形形態では、特に点火プラグの近傍に配置されたこのセンサ８は、スパーク放出後に点火プラグ２内を通る電流の「監視」で代用してもよい。なお、この電流は明らかにこの点火プラグの電極間に存在するガスのイオン化の関数である。
【００１７】
今度は図２のグラフを参照すると、図１の装置を使用して、噴射器３の開弁時点を調整する方法が示されている。
【００１８】
このグラフには、シリンダ内に取り入れられた空気／燃料混合気の燃焼の間、エンジンのシリンダによって供給されるトルクの経過が示されている。このトルクはエンジン出力の機械的動力を表すものである。周知のように、この燃焼に達するために、以下のイベントが順次行われる。すなわち、噴射器３の開弁と、回転角θにより特定される時点に起こる点火プラグ２によるスパークの放出とが順次行われる。この回転角は、例えば、４気筒エンジンの場合であれば、周知のように、「エンジンサイクル」の完全な１サイクルの間に７２０°回転するクランクシャフトにより達せられる角度である。より詳細には、点火スパークの放出が起こる時点は「点火進角」α_ａｌｌにより特定される。点火進角α_ａｌｌは、上記の時点をピストン７が上死点ＰＭＨを通過する時点から隔てる角距離に等しい。ただし、上死点の通過はこのピストンに機械的に結合されているクランクシャフトの角度位置θ_ＰＭＨによって識別される。
【００１９】
一般に、内燃機関の制御の分野では、２つの順次連続するイベントの間の間隔は、「角度差」によって又は「時間差」によって評価することができる。これら２つの表現は本明細書の記述においては交換可能なものとして理解されるべきものである。
【００２０】
図２のグラフにおいて図解されているように、空気／燃料混合気の燃焼段階の間、シリンダ１のピストン７によってクランクシャフトに供給されるトルクは、ピストン７の上死点θ_ＰＭＨのあと増加し、最大値Ｃ_ｍａｘに達する。したがって、燃焼中に供給される平均トルクは、有利には、「最適」点火進角α_ｏｐｔｉで燃焼を開始することにより最大化される。エンジンの負荷Ｃｈと回転数Ｎとの関数であるこの角度はコンピュータ５により計算される。したがって、コンピュータ５は点火プラグ３のエキサイテーションを相応して制御することができる。
【００２１】
角度α_ｏｐｔｉは、有利には、トルクを最大化する必要性と、同時に大気中への有毒排気ガスの排出を最小化することとの間で可能な最善の妥協点を求めるために、修正することができる。
【００２２】
空気／燃料混合気の燃焼段階が上記のように理想的に発展するためには、点火プラグの電極に達するシリンダ内に噴射された空気／燃料混合気の雲の領域が、この混合気の信頼性の高い点火を保証するのに適した圧力、温度及び所定の燃料濃度の状態にあるのが適当である。
【００２３】
直噴式エンジンの場合、とりわけ、層状燃焼エンジンの場合、この条件が達成されるにはいくらかの時間が必要である。したがって、燃料噴射器の開弁は、この開弁が開始されるべきクランクシャフト角度θ_ｉ２を定める所定の角度差に相応した時間間隔だけ（クランクシャフトが図２の位置θ_ａ２を通過する際の）点火プラグのエキサイテーションに先行していなければならない。
【００２４】
エンジン性能の精度に影響を及ぼし、その結果、特定のエンジン性能を公称性能から偏差させてしまう製造公差のために、固定された公称点火進角において、上記した点火の理想的条件が整わないことが起こりうる。このため、エンジンにより供給されるトルクの不安定性、又は不点火さえもが起こりうる。それゆえ、エンジンは始動前に調整（いわゆる「キャリブレーション」）の段階を経る。
【００２５】
同様の状況は、経時的にエンジンの機能に影響を及ぼす偏差及び摩耗により、エンジンの全寿命にわたって生じうる。
【００２６】
本発明によれば、これらの不都合は本発明による燃料噴射器の開弁時点の調整方法を実行することで軽減される。この方法は、後で説明するように、エンジンの始動前及びエンジンの使用寿命全体にわたって、エンジンの「自動調整」を保証する。
【００２７】
この調整は、例えば周期的及び自動的に、空気／燃料混合気の発火能力を予め決められた最適な時点においてテストすることから成る。この最適な時点とは、すなわち、クランクシャフトの回転角度が噴射器３の開弁角度の基準値θ_ｉ２を通過した後、値θ_ａ２に達する時点である。角度差（θ_ａ２−θ_ｉ２）は基準値へと調整される。ただし、この基準値は、点火プラグの電極間にスパークが発生する時点、すなわち、クランクシャフトの回転角度が値θ_ａ２に達する瞬間に、シリンダ内に取り入れられた燃料の雲が点火プラグ２の電極に達するのに十分間に合うような値である。また、そのときの燃料雲の圧力、温度、及び電極周囲の空気内における燃料含有量は、空気／燃料混合気の燃焼の開始を保証しうる値である。
【００２８】
本発明によれば、このテストの実行のために、コンピュータ５は、例えばクランクシャフトの回転角度θ_ａ１，θ_ａ２，θ_ａ３に対応した順次連続する所定の時点に複数のスパークが点火モジュール６により順次放出されるように、点火モジュール６に命令を出す。なお、上記角度θ_ａ１，θ_ａ３は、有利には、スパーク放出の基準角度θ_ａ２を両側から挟んでいる。
【００２９】
既に説明したように、センサ８によって供給される信号、又は、点火プラグ内を通る電流の監視のおかげで、コンピュータは、各スパークが放出された後の空気／燃料混合気の状態、すなわち、混合気が着火したか否かを知ることができる。
【００３０】
したがって、コンピュータは、例えば、混合気の発火が角度θ_ａ１において放出されたスパーク、つまり、（角度θ_ａ２における）基準スパークに先行して放出されたスパークによるものであることを認識すると、燃料雲が尚早に点火プラグの電極に到達したと推論する。それゆえ、コンピュータ５は燃料の噴射を遅らせることで、後続の燃焼段階の間、空気／燃料混合気の可能な点火時点を望ましい基準時点（角度θ_ａ２）まで相応して遅らせる。この遅延の幅Δｔは、クランクシャフトが角度θ_ａ１から角度θ_ａ２まで移行するのにかかる時間の値へと調整される。この値は、コンピュータ５によってエンジンの回転数Ｎの値から容易に求めることができる。
【００３１】
逆に、混合気の燃焼を引き起こしたのが角度θ_ａ３において放出されたスパークであって、角度θ_ａ１及びθ_ａ２において放出された先行するスパークが何の効果もなかった場合には、コンピュータ５は噴射器３の開弁を角度θ_ｉ１に相応する時点へ進める。この進角調整の幅は上で示したように計算される。
【００３２】
したがって、本発明は、空気／燃料混合気の燃焼段階を、エンジンの所与の回転数Ｎ及び負荷Ｃｈに対してエンジンが最大トルクを出力することのできる期間へと補正できるようにする。これはエンジン効率に資する。
【００３３】
今や、本発明が下記ような他の利点も有することは明らかである：
−本発明は、空気／燃料混合気の各燃焼段階の初期に体系的に複数のスパークを発生させる点火プラグの寿命と比較して、使用される点火プラグの寿命を延ばすことができる。実際、噴射器の開弁時点の調整が上記のように実行されれば、エンジンの各シリンダにおいて空気／燃料混合気の点火を順次確実に行うには、ただ１つのスパークで十分である。
【００３４】
−本発明は、コンピュータがエンジンにより供給されるトルクを高い精度で評価できるようにする。この高い精度は、燃焼によりこのトルクが出力される混合気点火時点の精密な調整によるものである。
【００３５】
さらに、本発明による調整方法はエンジンの寿命の全段階に容易に適応する。実際、この調整方法は、従来はエンジン始動前に実行されてきた「キャリブレーション」プロセスに導入することもできる。また、この調整方法は、エンジンの構成部品の不調又は摩耗に起因して生じうる偏差を修正するために、エンジン機能管理コンピュータによりこのエンジンの全寿命にわたって周期的に実行することもできる。
【００３６】
同様に、本発明による方法はエンジンの各シリンダに個別に適用することも可能である。これはエンジンの全体的な効率にも資する。
【００３７】
本発明による方法の上記実施形態の変形として、コンピュータが３以外の数のスパーク、つまり、４，５，６又はそれより多くのスパークの放出を制御できるようにしてもよい。スパーク数を増大させれば、本発明による方法の「ロバストネス」を比例して向上させることが可能である。
【００３８】
また、本発明による噴射器開弁時点の最適値の「学習」プロセスは、はじめに、スパーク列のうちの連続する２つのスパークの間の（角度又は時間上の）差をこの開弁時間の大きな変動範囲をカバーするのに十分な大きさの値へと調整することにより実行してもよい。
【００３９】
次に、後の燃焼段階の時に他の幾つかのスパーク列が放出される。スパークの「間隔」は次第に小さくなり、最適な開弁時点の位置を明確にすることができる。
【００４０】
同じ結果は、まず近接した多くのスパークから成る１つの列を放出し、厳密な意味での燃焼段階の外で放出されるスパークを徐々になくしていくことによっても得られる。
【００４１】
また、上で説明したように、センサ８により供給される信号又は点火プラグ２内を流れる電流を監視することにより、燃焼の開始時点も燃焼が終了する時点も明確にすることができる。このように燃焼の持続時間を正確に評価することで、エンジンにより供給されるトルクのより正確な評価が得られる。この評価は、このトルクの調整もしくは管理手段によって、燃焼診断手段によって、又はより一般的に、この情報を利用することのできるすべてのエンジン機能管理手段によって利用される。
【００４２】
本発明はまた、時間とともに徐々にトルクを変化させることにより、とりわけ内燃機関により駆動される自動車のトランスミッションの変速比が変化したときのトルクジャークをなくすことができる。
【００４３】
実際、他の点がすべて同じならば、この種のエンジンにより供給されるトルクが点火進角の値とともに変化することは既知である。図３のグラフには、値α_ｏｐｔｉを中心としたこの「釣り鐘」形の変化が示されている。点火進角が値α_ｏｐｔｉから離れてより小さな値又はより大きな値になると、供給されるトルクは減少する。したがって、供給されるトルクは、本発明による噴射器開弁時点の調整方法において、点火進角を相応する値α_ｃｏｎｓへと調整し、値α_ｏｐｔｉをこの値α_ｃｏｎｓで置き換えることにより、Ｃ_ｍａｘより小さな予め決定された任意の設定値Ｃ_ｃｏｎｓに固定することができる。角度α_ｃｏｎｓは、α_ｏｐｔｉよりも大きな点火進角のときに生じる燃焼の不安定性（ノッキングなど）の問題を避けるために、有利にはα_ｏｐｔｉよりも小さく選択される。
【００４４】
もちろん、本発明は単なる例として挙げられた上記実施形態に限定されるものではない。したがって、本発明は上記のように層状燃焼モードの直噴式内燃機関のコンテキストで説明されているが、均質燃焼モードの直噴式エンジンにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明による方法の実行を可能にする装置の図である。
【図２】
本発明による方法を図解するグラフである。
【図３】
本発明による方法の変更形態を図解するグラフである。

Claims (8)

1. 直噴式内燃機関の少なくとも１つのシリンダ（１）内の燃料噴射器（３）の開弁時点を調整する方法において、
   ａ）所定の順次連続する時点に、点火すべき空気／燃料混合気で満たされた前記シリンダ（１）内にスパーク列を放出し、
   ｂ）前記スパークのうちで前記混合気の発火を引き起こしたスパークを識別し、
   ｃ）前記スパークの放出時点を前記内燃機関による所定の機械的動力の供給を保証する所定の点火時点から隔てる時間的間隔を評価し、
   ｄ）前記シリンダ（１）内の空気／燃料混合気の後続の点火が前記所定の時点に行われるように、前記間隔に依存して前記燃料噴射器（３）の開弁時点を修正する、ことを特徴とする燃料噴射器の開弁時点を調整する方法。
2. 前記所定の点火時点は前記内燃機関による所定のトルクの発生を保証する、請求項１記載の方法。
3. 前記所定のトルクは、前記内燃機関の所与のエンジン回転数（Ｎ）及び負荷（Ｃｈ）に対して前記内燃機関が供給しうる最大のトルクである、請求項２記載の方法。
4. 前記シリンダ内における空気／燃焼混合気の連続する燃焼段階において、前記噴射器の最適開弁時点が徐々に正確になるように、前記スパーク列のスパーク数及び／又はスパーク間の間隔を変化させる、請求項１から３のいずれか１項記載の方法。
5. 燃焼の全持続時間を評価し、前記内燃機関により供給されるトルクの推定値を導出するために、前記スパーク列のうちで燃焼の終了を知らせるスパークを識別する、請求項１から４のいずれか１項記載の方法。
6. 請求項１から５のいずれか１項記載の方法を実行するための装置において、
   ａ）前記シリンダ（１）が点火すべき空気／燃料混合気で満たされているときに前記シリンダ（１）内にスパーク列を放出するための手段（２，６）と、
   ｂ）前記混合気の発火を検出し、相応する信号を送出するための手段（８）と、
   ｃ）前記信号を感知し、一方では、スパークがそれぞれ所定の時点に放出されるように前記スパーク列の放出手段を制御し、他方では、前記内燃機関のシリンダ（１）内の噴射器（３）の開弁時点を前記信号に含まれている情報に依存して制御する計算手段（５）とを有する、ことを特徴とする装置。
7. 前記検出手段（８）は、圧力センサと、イオン化検出器と、前記シリンダ（１）の点火プラグ（２）内の「監視」電流を測定するユニットとにより形成されたグループの部品から構成されている、請求項６記載の装置。
8. 直噴式内燃機関の機能管理手段の一部である、請求項６又は７記載の装置。

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