JP2005533969A - 内燃機関の回転を改善する方法 - Google Patents

Abstract

内燃機関、殊にスプレーガイド式のガソリン直接噴射装置を備えた内燃機関の回転を改善する方法が提案され、この方法においては実質的に噴射弁のストロークを変更することによって回転を改善する。

Description

従来技術
本発明は内燃機関のシリンダのトルク差を補償する方法に関し、この際内燃機関の燃料噴射システムは各シリンダに対して可変のストロークを備えた噴射弁を有する。

燃料噴射装置および内燃機関の構成要素の製造公差は不可避であるので、内燃機関の個々のシリンダは噴射弁が同時に制御されるにもかかわらず異なる出力、ないし異なるトルクを発生させる。このことは殊に部分負荷領域およびアイドリング時の内燃機関の非円滑な運転として現れる。

ＤＥ３３ ３６ ０２８ Ａ１からは内燃機関の制御量を制御するための装置が公知であり、この装置によって個々のシリンダから発生される出力が調整されて、相互に近似される。これによって内燃機関の所望の円滑な運転が得られる。内燃機関の個々のシリンダの出力調整は噴射時間を変更することによって行われる。

現在のエンジンコンセプト、殊にスプレーガイド式のガソリン直接噴射装置を備えた内燃機関では、噴射時間が混合気形成に影響を及ぼすので噴射時間の変更は容易ではない。それゆえ噴射時間を変更することによって混合気形成に悪影響が及ぼされる可能性があり、また燃焼室において形成される混合気の点火が正確な時点に行われない可能性がある。

発明の利点
内燃機関の燃料噴射システムが各シリンダに対して可変のストロークを備えた噴射弁を有し、内燃機関のシリンダから生じる部分トルクが検出され、各シリンダに対するシリンダ等価係数が形成され、噴射弁のストロークがシリンダ毎にシリンダ等価係数に依存して補正される、内燃機関のシリンダのトルク差を補償するための本発明による方法は、噴射時間を変更することなく内燃機関の回転を改善することができる。噴射時間は変更されないので、内燃機関の燃焼室における混合気形成も変化せず、よって混合気形成及び混合気の点火における劣化は生じない。

既に今日では可変のストロークを備えた噴射弁が大量生産されているので、本発明による方法は、制御装置のプログラミングのためのコストを除けば付加的なコストを掛けずに実現することができる。

噴射弁として電気的に制御される噴射弁、殊に外に向かって開かれる噴射ノズルを有するピエゾ弁が使用される場合、この噴射弁においては噴射量をシリンダ等価係数に依存する噴射弁のストロークの補正によって時間単位で補正できるので殊に有利であることが判明した。ストロークの補正はピエゾアクチュエータに印加される制御電圧または電荷を補正することによって行うことができる。以下では、本発明との関連において常に制御電圧の補正に関して言及する。したがって常に電荷の補正も意図されている。

補正係数の制御電圧すなわち電荷への換算は、例えば目標流量値、目標ニードルストロークまたは目標アクチュエータストロークが補正されて、この目標値が制御電圧ないし電荷に換算されることによって間接的に行うこともできる。

制御電圧がシリンダ等価係数との乗算によって補正される場合には、制御電圧の補正は殊に簡単である。本発明による方法のこの構成においても、制御装置の再プログラミングを除いて、噴射装置における変更は必要とされない。

シリンダ等価係数が最大値と最小値に制限され、その結果噴射弁の弁ストロークの変更は、十分な精度で弁ストロークを制御できる範囲に制限される場合には殊に有利であることが判明した。

シリンダ等価係数が最大値よりも大きい、または最小値よりも小さい場合には、噴射時間に関する補正係数が以下の規則にしたがい計算される：
−シリンダ等価係数が最大値よりも小さく且つ最小値よりも大きい場合には、噴射時間に関する補正係数は１．０である。
−シリンダ等価係数が最大値よりも大きい場合には、補正係数はシリンダ等価係数および最大値からなる商である。
−シリンダ等価係数が最小値よりも小さい場合には、補正係数はシリンダ等価係数および最小値からなる商である。

これらの付加的な規則によって、内燃機関または噴射弁の公差が比較的大きい場合でも、内燃機関の良好な回転を達成することができる。先ず回転は噴射弁のストロークを変更することによって改善される。この可能性をもはや適用できなくなると、シリンダ等価係数の最大値および最小値の外にある僅かに残る補正領域が噴射時間の変更によりカバーされる。噴射時間のこの変更は比較的僅かなものであり、内燃機関の混合気形成および動作特性には不利に作用しない。

シリンダの所要噴射量が補正係数と乗算され、続いてシリンダ固有の噴射時間に換算される場合には殊に有利であることが判明した。

内燃機関の平滑運転の所期の改善は、前述した方法のうちの１つにしたがい動作する、コンピュータプログラムまたは内燃機関のための制御装置によって達成することができる。

本発明のさらなる利点および有利な構成は以下の図面、図面の説明および請求項から見て取れる。

図面
図面において、
図１は本発明による方法の第１の実施例のブロック図である。
図２は本発明による方法の第２の実施例のブロック図である。
図３はシリンダ等価係数の電荷ないし電圧の変更と噴射時間の変更への分割を表すブロック図である。
図４は本発明による方法の噴射時間の変更を表すブロック図である。
図５はピエゾアクチュエータによって操作される可変のストロークを備えた高圧噴射弁の一例である。

実施例の説明
図１は、以下において本発明による方法の第１の実施例を説明する際に基礎とされるブロック図を示す。

図示していない内燃機関への負荷要求に依存して、電気的に操作される噴射弁（図示せず）が制御電圧Ｕ_{Ａｎｓｔｅｕｅｒ，ｉ}ないし電荷Ｑ_ｉによって制御される。ここでインデックス‘ｉ’はシリンダの番号を表す。‘ｎ’が内燃機関のシリンダの数である場合には、ｉ＝１〜ｎである。したがって、制御電圧Ｕ_{Ａｎｓｔｅｕｅｒ，ｉ}ないし電荷Ｑ_ｉを、本発明との関連においてはこれ以上説明する必要のない別のパラメータに依存して各シリンダＺ_ｉに対して個別に設定することができる。

内燃機関の運転中に内燃機関のシリンダから生じる、内燃機関の総出力に加算される部分トルクＭ_ｉが検出される。部分負荷Ｍ_ｉの検出は測定を必ず直接的に行わねばならないということを意味しているのではなく、例えばクランクシャフトの回転速度およびこの回転速度と内燃機関のシリンダの点火時点との相関関係を考察および測定して検出してもよい。内燃機関の動作ストローク内でのシリンダＺ_ｉの部分負荷Ｍ_ｉが相互に異なる場合には、続いて各シリンダに対してシリンダ等価係数が形成され、その結果このシリンダ等価係数を顧慮して内燃機関の平滑運転が改善される。

図１にはシリンダ等価係数がＦ_{ＺＧＳＴ，ｉ}でもって表されている。このシリンダ等価係数Ｆ_{ＺＧＳＴ，ｉ}も通常各シリンダＺ_ｉに対して異なるようにされる。

シリンダＺ_ｉの図示していない噴射弁の制御電圧Ｕ_{Ａｎｓｔｅｕｅｒ，ｉ}ないし電荷Ｑ_ｉ、したがって噴射弁のストロークを補正するために、制御電圧Ｕ_{Ａｎｓｔｅｕｅｒ，ｉ}ないし電荷Ｑ_ｉがシリンダ等価係数Ｆ_{ＺＧＳＴ，ｉ}と乗算される。制御電圧Ｕ_{Ａｎｓｔｅｕｅｒ，ｉ}とシリンダ等価係数Ｆ_{ＺＧＳＴ，ｉ}との積は補正された制御電圧ないし補正された電荷である。

図２には本発明による方法の別の実施例がブロック図で示されている。図１による実施例との本質的な相違は、シリンダ等価係数Ｆ_{ＺＧＳＴ，ｉ}がリミッタ１において最大値Ｆ_{ＺＧＳＴ，Ｍａｘ}および最小値Ｆ_{ＺＧＳＴ，Ｍｉｎ}によって制限されることである。

リミッタ１は図２に示されている特性曲線を有する。すなわち、シリンダ等価係数が最小値Ｆ_{ＺＧＳＴ，Ｍｉｎ}よりも小さい場合にはシリンダ等価係数Ｆ_{ＺＧＳＴ，ｉ}は最小値Ｆ_{ＺＧＳＴ，Ｍｉｎ}にセットされ、シリンダ等価係数が最大値Ｆ_{ＺＧＳＴ，Ｍａｘ}よりも大きい場合にはシリンダ等価係数Ｆ_{ＺＧＳＴ，ｉ}は最大値Ｆ_{ＺＧＳＴ，Ｍａｘ}にセットされる。その他の場合にはシリンダ等価係数Ｆ_{ＺＧＳＴ，ｉ}は変更されない。必要に応じてリミッタ１によって変更されるシリンダ等価係数Ｆ_{ＺＧＳＴ，ｉ}を用いて、図１に基づき説明したものと同じやり方で、噴射弁（図示せず）の制御電圧Ｕ_{Ａｎｓｔｅｕｅｒ，ｉ}ないし電荷Ｑ_ｉが補正された制御電圧ないし補正された電荷（図示せず）に変換される。

図３には、シリンダ等価係数Ｆ_{ＺＧＳＴ，ｉ}が最大値Ｆ_{ＺＧＳＴ，Ｍａｘ}よりも大きい、または最小値Ｆ_{ＺＧＳＴ，Ｍｉｎ}よりも小さい場合に適用される方法が示されている。方法をこのように補足する際の基本思想は、噴射弁のストロークによっては補正できないシリンダＺ_ｉの出力の差がシリンダ固有の噴射時間Ｆ_{Ｔ＿ｅｉｎｓｐｒｉｔｚ，ｉ}を変更することにより補正されるということである。

このためにシリンダ等価係数Ｆ_{ＺＧＳＴ，ｉ}が最大値Ｆ_{ＺＧＳＴ，Ｍａｘ}よりも大きいか否かが検査される。この検査の結果が否定であれば、噴射の持続時間に関する対する補正係数Ｆ_{Ｔ＿ｅｉｎｓｐｒｉｔｚ，ｉ}が１．０にセットされる。検査の結果が肯定であれば、補正係数Ｆ_{Ｔ＿ｅｉｎｓｐｒｉｔｚ，ｉ}はシリンダ等価係数Ｆ_{ＺＧＳＴ，ｉ}と最大値Ｆ_{ＺＧＳＴ，Ｍａｘ}とからの商形成によって形成される。

この措置によって、噴射弁のストローク変更では顧慮できないシリンダ等価係数の部分が噴射時間の変更により顧慮される。後者の場合、補正係数Ｆ_{Ｔ＿ｅｉｎｓｐｒｉｔｚ，ｉ}は１．０より大きい。

これに並行して、シリンダ等価係数Ｆ_{ＺＧＳＴ，ｉ}は最小値Ｆ_{ＺＧＳＴ，Ｍｉｎ}よりも小さいか否かが検査される。この検査の結果が否定であれば、補正係数Ｆ_{Ｔ＿ｅｉｎｓｐｒｉｔｚ，ｉ}は１．０にセットされる。この検査の結果が肯定であれば、補正係数Ｆ_{Ｔ＿ｅｉｎｓｐｒｉｔｚ，ｉ}はシリンダ等価係数Ｆ_{ＺＧＳＴ，ｉ}と最小値Ｆ_{ＺＧＳＴ，Ｍｉｎ}との商から形成される。後者の場合、補正値Ｆ_{Ｔ＿ｅｉｎｓｐｒｉｔｚ，ｉ}は１．０より小さい値を有する。

図４には噴射時間が補正係数Ｆ_{Ｔ＿ｅｉｎｓｐｒｉｔｚ，ｉ}に依存してどのように補正されるかが示されている。

ここで内燃機関への負荷要求および別の動作パラメータに基づき、所定の所要燃料量が内燃機関の制御装置によって計算されることを前提とする。この所要燃料量は補正係数Ｆ_{Ｔ＿ｅｉｎｓｐｒｉｔｚ，ｉ}と乗算され、続いてこの乗算された所要燃料量に基づき、関連するシリンダＺ_ｉについての噴射時間が計算される。したがって製造公差によって動作特性が大きく異なるシリンダにおいても非常に平滑な運転を達成することができる。詳述すれば、差の部分は噴射弁の弁ストロークをシリンダ固有に変更することによって、また残った部分は噴射弁の噴射時間をシリンダ固有に変更することによって補償されるようにして、非常に平滑な運転を達成することができる。

図５には本発明による方法の実施に適している噴射弁３が概略的に示されている。しかしながら本発明はこの種の噴射弁３に制限されるものではない。噴射弁３は内部にノズルニードル７が案内されているノズルボディ５からなる。図示していない内燃機関の燃焼室に突出している噴射弁３の端部９においては、ノズルボディ５内にシール座部（図示せず）が形成されており、このシール座部はノズルニードルが開かれると、すなわち噴射弁３の図示した位置が左に移動されるとノズルニードル７は図示していないシール座部から離れるようにノズルニードルと協働する。一方ではノズルボディ５、他方ではノズルニードル７に支持されているコイルばね１１によって、噴射弁３が非通電状態に切り換えられるとノズルニードル７はシール座部（図示せず）に移動する。

ノズルニードル７したがって噴射弁３がピエゾアクチュエータ１３によって操作される。ピエゾアクチュエータ１３とノズルニードル７との間には中間ピストン１５が配置されており、この中間ピストン１５はノズルニードル７と同様にノズルボディ５に案内される。ノズルニードル７も中間ピストン１５も案内されている、破線の円によって示唆されている領域１７は同時に中間ピストンとノズルニードル７との液圧式の連結部としても使用される。ピストン１５とノズルニードル７との間の中間空間には燃料が充填されており、ピエゾアクチュエータ１３から中間ピストン１５に伝達される高速制御運動を直接ノズルニードル７に伝達する。

ノズルニードル７と中間ピストン１５との間の間隔が緩慢に変化すると、領域１７においてノズルニードル７と一方では中間ピストン１５との間、他方ではノズルボディ５との間で燃料の漏れが確実に生じ、その結果ノズルニードル７と中間ピストン１５との間の間隔の変化は補償される。噴射弁３の緩慢な変化、したがってまたノズルニードル７と中間ピストン１５との間の間隔の緩慢な変化の原因は噴射弁３の温度変化が考えられる。

第２のコイルばね１９はピストン１５をピエゾアクチュエータ１３に押しつけ、その結果これら２つの構成部材は常に遊び無く相互に結合されている。

燃料供給部２１を介して噴射弁３には燃料が供給される。

本発明による方法の第１の実施例のブロック図である。 本発明による方法の第２の実施例のブロック図である。 シリンダ等価係数の電荷ないし電圧の変更と噴射時間の変更への分割を表すブロック図である。 本発明による方法の噴射時間の変更を表すブロック図である。 ピエゾアクチュエータによって操作される可変のストロークを備えた高圧噴射弁の一例である。

Claims (11)

1. 内燃機関の燃料噴射装置が各シリンダ（Ｚ_ｉ、ここでｉ＝１〜ｍ）に対して可変のストロークを備えた噴射弁（３）を有する、内燃機関のシリンダ（Ｚ_ｉ）のトルク差を補償する方法において、
   −内燃機関のシリンダ（Ｚ_ｉ）から生じる部分トルク（Ｍ_ｉ）を検出するステップと、
   −各シリンダ（Ｚ_ｉ）に対してシリンダ等価係数（Ｆ_{ＺＧＳＴ，ｉ}）を形成するステップと、
   −前記シリンダ（Ｚ_ｉ）に配属されている前記噴射弁（３）のストロークを前記シリンダ等価係数（Ｆ_{ＺＧＳＴ，ｉ}）に依存して補正するステップとを有することを特徴とする、内燃機関のシリンダ（Ｚ_ｉ）のトルク差を補償する方法。
2. 前記シリンダ等価係数（Ｆ_{ＺＧＳＴ，ｉ}）に依存する該噴射弁（３）の制御電圧（Ｕ_{Ａｎｓｔｅｕｅｒ，ｉ}）の補正によって前記噴射弁（３）のストロークを補正する、請求項１記載の方法。
3. 前記制御電圧（Ｕ_{Ａｎｓｔｅｕｅｒ，ｉ}）を前記シリンダ等価係数（Ｆ_{ＺＧＳＴ，ｉ}）との乗算によって補正する、請求項２記載の方法。
4. 前記シリンダ等価係数（Ｆ_{ＺＧＳＴ，ｉ}）を最大値（Ｆ_{ＺＧＳＴ，Ｍａｘ}）に制限する、請求項１から３までのうちのいずれか１項記載の方法。
5. 前記シリンダ等価係数（Ｆ_{ＺＧＳＴ，ｉ}）を最小値（Ｆ_{ＺＧＳＴ，Ｍｉｎ}）に制限する、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
6. 噴射時間に関する補正係数（Ｆ_{Ｔ＿ｅｉｎｓｐｒｉｔｚ，ｉ}）を以下の規則、すなわち、
   −シリンダ等価係数（Ｆ_{ＺＧＳＴ，ｉ}）が前記最大値（Ｆ_{ＺＧＳＴ，Ｍａｘ}）よりも小さく且つ前記最小値（Ｆ_{ＺＧＳＴ，Ｍｉｎ}）よりも大きい場合には、前記補正係数（Ｆ_{Ｔ＿ｅｉｎｓｐｒｉｔｚ，ｉ}）は１．０である
   −前記シリンダ等価係数（Ｆ_{ＺＧＳＴ，ｉ}）が前記最大値（Ｆ_{ＺＧＳＴ，Ｍａｘ}）よりも大きい場合には、前記補正係数（Ｆ_{Ｔ＿ｅｉｎｓｐｒｉｔｚ，ｉ}）は前記シリンダ等価係数（Ｆ_{ＺＧＳＴ，ｉ}）および前記最大値（Ｆ_{ＺＧＳＴ，Ｍａｘ}）からなる商である
   −前記シリンダ等価係数（Ｆ_{ＺＧＳＴ，ｉ}）が前記最小値（Ｆ_{ＺＧＳＴ，Ｍｉｎ}）よりも小さい場合には、前記補正係数（Ｆ_{Ｔ＿ｅｉｎｓｐｒｉｔｚ，ｉ}）は前記シリンダ等価係数（Ｆ_{ＺＧＳＴ，ｉ}）および前記最小値（Ｆ_{ＺＧＳＴ，Ｍｉｎ}）からなる商である
   にしたがい計算する、請求項４または５記載の方法。
7. 前記シリンダ（Ｚ_ｉ）の所要噴射量を前記補正係数（Ｆ_{Ｔ＿ｅｉｎｓｐｒｉｔｚ，ｉ}）と乗算し、続いてシリンダ固有の噴射時間（Ｔ_{Ｅｉｎｓｐｒｉｔｚ，ｉ}）に換算する、請求項６記載の方法。
8. ガソリン直接噴射装置、例えばスプレーガイド式のガソリン直接噴射装置を備えた内燃機関に使用する、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
9. 請求項１から８までのいずれか１項記載の方法により動作することを特徴とするコンピュータプログラム。
10. メモリ媒体に記憶される、請求項９記載のコンピュータプログラム。
11. 内燃機関、例えばガソリン直接噴射装置を備えた内燃機関の制御装置において、
    請求項１から８までのいずれか１項記載の方法により動作することを特徴とする、制御装置。

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