JP2008032029A - 内燃機関の制御方法及び制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】内燃機関において排ガス特性を改善し、かつ複雑性およびコストをできるだけわずかにする制御方法および制御装置を提供することである。
【解決手段】気筒は少なくとも2つのバンクに割り当てられ、かつ、点火順序で連続する気筒は、異なるバンクに割り当てられるように割り当てられた内燃機関において、各バンク内ではすべての気筒に対し、相応の第1の手段を駆動制御するために共通のスイッチング手段と共通のコンデンサとが割り当てられており、主噴射の後、燃焼後に上死点後から100°〜270°の間の領域で該第1の手段によって、該内燃機関へ事後噴射を行う方法によって解決される。
【選択図】図2

Description

本発明は、内燃機関の制御方法および制御装置に関する。
そのような内燃機関の制御方法及び装置は、例えばDE−OS3436768(US4633837)から公知である。
ディーゼル内燃機関の場合、排ガス導管中に、調量ポンプを用いて炭化水素が配量される。還元触媒器では、上記炭化水素及び排ガス中に存在する窒素酸化物が、2酸化炭素、窒素及び水に還元される。
上記の窒素酸化物還元を行えるようにするためには、付加的に調量装置を設けなければならない。
DE−OS3436768
本発明の基礎を成す課題は、冒頭に述べた形式の内燃機関の制御方法及び制御装置において、排ガス特性を改善し、そして、複雑性およびコストをできるだけわずかにすることである。
前記課題は、
内燃機関において気筒は少なくとも2つのバンクに割り当てられ、かつ、点火順序で連続する気筒は、異なるバンクに割り当てられるように割り当てられ、
第1の手段によって該気筒に燃料を調量し、該燃料を該内燃機関において燃焼し、
各バンク内ではすべての気筒に対し、相応の第1の手段を駆動制御するために共通のスイッチング手段と共通のコンデンサとが割り当てられており、
主噴射の後、燃焼後に上死点後から100°〜270°の間の領域で該第1の手段によって、該内燃機関へ事後噴射を行い、
該事後噴射によって噴射された燃料を、排ガス事後処理のための第2の手段へ供給し、該第2の手段によって、該燃料を使用して排ガスの反応を行うことを特徴とする制御方法
によって解決される。
本発明の手段によって、内燃機関の排ガス特性をコスト上有利に改善できる。
図3〜図5には、クランクシャフト軸角度に関して内燃機関の種々異なる形式の調量サイクルが示されている。
本発明の有利な発展形態及び実施形態は、従属請求項の形式の請求の範囲に規定されている。
次ぎに図示の実施例を用いて、本発明を説明する。図1には、本発明の燃料調量システムを略示する。図2には本発明の装置の種々の負荷の制御のための終段が示してある。図3〜図5中には、クランクシャフト軸角度に関して、内燃機関の種々異なる形式の調量サイクルが示されている。
実施例の説明
次に自発点火形内燃機関の例に即して本発明の装置を説明する。上記装置では燃料調量が電磁弁により制御される。図1に示す実施例は、所謂コモンレイルシステム;Common−Rail−Systemに関する。本発明の手段は、そのようなシステムに限定されるものでなく、相応の燃料調量が可能なすべてのシステムにおいて使用できる。このことは電磁弁により制御される燃料調量システムに就いても成立つ。
100で示す内燃機関は、吸入導管105を介して外気の供給を受け、排ガス導管110を介して排ガスを送出する。排ガス導管110中には、還元触媒115が設けられている。
図示の内燃機関は、4気筒内燃機関である。内燃機関の各気筒には、インジェクタ120、121、122及び123が配属されている。上記インジェクタには、電磁弁130、131、132及び133を介して燃料が調量される。燃料は、所謂レール135からインジェクタ120〜123を介して内燃機関100の気筒内に入る。
レール135における燃料は、高圧ポンプ145により調整可能な圧力にされる。高圧ポンプ145は、電磁弁150を介して燃料供給ポンプ155に接続されている。燃料供給ポンプは、燃料貯蔵容器160と接続されている。
電磁弁150は、コイル152を有する。電磁弁130〜133は、コイル140〜143を有し、該コイルは、それぞれ終段175を用いて電流の供給を受ける。終段175は、有利に制御装置170内に配置され、該制御装置により、コイル152が相応に制御される。
さらに、センサ177が設けられており、該センサは、レール135における圧力を検出し、相応の信号を制御装置170に導く。
当該装置は、次のように動作する。燃料供給ポンプ155は燃料を貯蔵容器から弁150を介して高圧ポンプ145へ供給する。高圧ポンプ145は、レール135にて所定の圧力を形成する。通常、レール135内において圧力は、800バールより大である。コイル140〜143の通電により、相応の電磁弁130〜133が制御される。ここで、コイルに対する制御信号により、インジェクタ120〜123による燃料の噴射開始及び噴射終了が設定される。調量された燃料は、内燃機関100内にて燃焼し、ここで、排ガスが生じ、該排ガスは、不都合な成分として窒素酸化物を含む。窒素酸化物は触媒器115にて炭化水素を用いて還元される。本発明によれば、事後燃焼後、インジェクタ120〜123を用いて、付加的に燃料が調量される。上記燃料は、排ガスと共に吐出され、触媒器115内で窒素酸化物と反応して有害でない成分を作る。本来の噴射後の燃料の付加的な噴射は、事後噴射と称される。事後噴射は、有利に、それぞれの気筒の下死点の領域内にて行なわれる。
図2には、終段175の可能な実現例を示す。200は、電圧源を示す。図示の実施例では、正の端子である電圧源の第1端子は、スイッチング素子210を介して、接続点211に接続されている。上記接続点211には、コイル140の第1端子及びコイル141の第1端子が接続されている。コイル140の第2端子はスイッチング素子230を介して電圧源200の第2端子に接続されている。同様にして、コイル141の第2端子は、スイッチング素子231を介して電圧源200と接続されている。
コイル140とスイッチング素子230との間の接続線路は、ダイオード240及びスイッチング素子250を介して回路点211に接続されている。同様にして、第2端子は、ダイオード241及びスイッチング素子250を介して回路点211に接続されている。ダイオード240、241の共通端子は、一方では、スイッチング素子250と接続され、他方ではコンデンサ260を介して、電圧源200と接続されている。
更に、電圧源の第1端子は、スイッチング素子220を介して接続点212に接続されている。該接続点212には、コイル142の第1端子及びコイル143の第1端子が接続されている。コイル142の第2端子は、スイッチング手段232を介して電圧源200の第2の端子に接続されている。同様に、コイル143の第2端子は、スイッチング素子233を介して電圧源200に接続されている。
コイル142とスイッチング素子232との間の接続線路は、ダイオード242及びスイッチング素子255を介して回路点212に接続されている。同様にして、第2端子は、ダイオード243及びスイッチング素子255を介して回路点212に接続されている。ダイオード242、243の共通端子は、一方では、スイッチング素子255と接続され、他方ではコンデンサ265を介して、電圧源200と接続されている。
スイッチング素子210、220は、ハイサイド(High−Side)スイッチと称され、スイッチング素子230〜233は、ローサイド(Low−Swith)スイッチと称される。スイッチング素子250及び255は、後充電スイッチと称され、そして、コンデンサ260、265は、逓昇コンデンサと称される。
スイッチング素子は有利に、トランジスタ、例えばFETとして実現される。スイッチング素子は、制御装置170により、相応の制御信号で制御され得る。
当該装置構成は、次の通り動作する。その都度所属のコイルの通電をトリガするためのローサイドスイッチをオン制御し、ハイサイドスイッチをオン制御することにより、コイルを流れる電流が、所定の設定値に制御され得る。
ローサイドスイッチの開放の際、コイルにて高い電圧が誘導され、その際に開放されたエネルギーが、コンデンサ260、265にエネルギー移動される。電磁弁の迅速な応動を可能にするために、制御の始めにてスイッチング素子250及び255がオン制御され、このことによってコイルに、コンデンサ260、265に加わった高い電圧が供給される。
コンデンサ260、265は、著しく大きな容量を有し、従って、制御装置170にて著しく大きな構成空間を有する。コスト及び構成空間を節減できるようにするためには、可及的にわずかなコンデンサしか設けられないようにするとよい。それぞれ多数のコイルが1つの共通のハイサイドスイッチを介して制御され、そして、相応にその都度、1つのコンデンサのみを設ければよいようにすることが望まれる。
1つの共通のハイサイドスイッチを介して制御すべき負荷の1群ないし、それに所属する気筒は、バンクと称される。コイルの制御方式により、殊にコンデンサを用いての電圧逓昇に基づき、2つのコイルを同時には制御することはできない。つまり、1つのバンクでそのつど1つの気筒にしか噴射することができない。
図3中には、4つの気筒を有する内燃機関の場合における動作の様子を示す。クランク軸の角度位置に亘って、個々の気筒における噴射の様子が示されている。図3aには第1のラインには事前噴射VEが示され、第2のラインには、主噴射HEが示され、第3のラインには、事後噴射NEが示されている。
第1気筒内への主噴射HEは、第1気筒の上死点の領域にて行われる。上死点は、クランク軸0゜のところに位置する。主噴射HEは、上死点よりほぼ20度前の所に位置し、該主噴射HEの持続時間はほぼ40゜である。事前の噴射VEは、主噴射HEの少し前にて上死点よりほぼ50゜前のところに(−50゜)位置する。概して、事前噴射は数度にわたる。
第2気筒内への調量は、第2気筒の上死点にて行われ、即ち、換言すれば、第1気筒の上死点の後方180゜の所に位置する。第2気筒の事前噴射VEは、同じく、第2気筒の上死点より、40〜50゜前のところに、換言すれば、第1気筒の上死点後130〜140゜のところに位置する。
同様に、さらなる気筒内への調量は、第1気筒の上死点の後360゜及び540゜のところに位置する。
本発明によれば、触媒器の良好な作用を達成できるようにするためには、事後噴射NEは、相応の気筒の上死点後、100〜270゜の領域内で行われるように構成され、とりわけ、相応の気筒の上死点後120°〜150°の領域で行われるように構成される。事後噴射に対する有利な値は、上死点より150゜後に位置する。図3aに示すように第1気筒の上死点より150゜後のところで、第2気筒に対する調量が行われる。1つの終段で、異なる気筒への2つの噴射を行うことはできないので、事後噴射に対する当該の角度値は、相応の終段によっては実現不能である。本発明によれば、事後噴射は、相応の噴射の上死点後200〜240の角度領域内にセッティングされる。つまり後続の気筒の主噴射後、事後噴射は行われる。
図3b及び3cは、2つのバンクの設けられている場合における4気筒内燃機関における動作状態の様子を示す。第1バンクの調量間隔は図3bに示され、第2バンクの調量間隔は図3cに示されている。気筒順序における第1気筒および第3気筒は第1バンクに所属し、第2気筒および第4気筒は第2バンクに所属する。個々の気筒の事前噴射VE及び主噴射HEは、図3aに示すように、相応の角度位置で行われる。
調量領域、換言すれば、噴射開始、噴射終了、ひいては事前噴射及び主噴射の個々の調量の噴射持続時間が、種々の動作パラメータにより制御され、そして、当該の動作条件に依存して所定の領域内で変化する。
図3bに示すように、事後噴射は、有利な時点にて、即ち、相応の気筒の上死点後150゜クランクシャフトのところに位置する。このことが可能であるのは、当該の時点に行われる第2気筒内への調量が、第2バンクにより制御されるからである。
上記手法の利点とするところは、事後噴射を行える領域を、それぞれの気筒の上死点後100〜270゜の領域内にて任意に調整できることである。当該の配置構成において欠点となることは、気筒ないし電磁弁を2つのバンクに分けなければならないため、2つの終段が必要であることである。
図4には、6気筒内燃機関の例に就いての動作の様子を示す。図4aの実施例では点火順序で、第1気筒、第3気筒および第5気筒が第1バンクに所属し、第2気筒、第4気筒および第6気筒が、第2バンクに所属している。個々の噴射間の間隔は、ほぼ120゜のクランクシャフト軸角度である。
事前噴射は、それぞれの気筒の上死点の前40〜50゜の領域内に位置する。図4aに示すように同じバンクの第2気筒における事前噴射は、第1気筒の上死点の後190〜200゜のところに位置する。
第1気筒の上死点の後、ほぼ150゜クランクシャフト軸角度の場合における所望の事後噴射は、いずれの動作条件でも実現できるという訳ではない。それというのは、当該の角度位置では既に第2気筒における調量が開始され得るからである。コンデンサの充電のため及び新たな値の伝送のために必要な休止時間を考慮する場合、事後噴射は、たんに相応の気筒の上死点後150°クランクシャフト軸角度までの間の領域でのみ可能である。
図4b中に示す本発明の構成では、第1気筒、第2気筒および第3気筒は、第1のバンクに所属し、第1気筒、第5気筒および第6気筒は、第2バンクに所属する。
本発明により認識されたところによれば、各噴射ごとに事後噴射を行う必要がない。例えば、n番目ごとの調量でのみ事後噴射を行うことができる。すなわち、2以上の整数であるn番目ごとの主噴射を行った後、事後噴射を行う。ここで、数nは、それぞれの動作状態及び/又は事後噴射の所要量に依存して設定することができる。
図4bから明らかなように、第1気筒に割り当てられた事後噴射は第1気筒の上死点後180°のところにてわずかな角度領域においてのみ可能である。第2気筒または第3気筒に割り当てられた事後噴射は、第1気筒の上死点後300°〜600°の角度領域の著しく大きい角度領域において可能である。本発明にしたがって個々の気筒を個々のバンクないしは終段に割り当てることにより、広い角度領域内にて第3気筒ないしは第6気筒の事後噴射の点火順序を変更することができる。
図5には、8つの気筒を有する内燃機関の場合における動作の様子を示す。調量は、ほぼ90°の間隔をおいて行われる。図5aに示すように、奇数番目の気筒、即ち第1気筒、第3気筒、第5気筒及び第7気筒が第1バンクに所属し、偶数番目即ち第2気筒、第4気筒、第6気筒および第8気筒が第2バンクに所属する。
ここで、同様にそれぞれの気筒の上死点の後ほぼ180°の所で行われる場合、事後噴射は同じバンクの後続の気筒において行われる。事後噴射は、4つの気筒と1つのバンクを有する内燃機関の場合におけるような装置構成の場合に相応して限られた領域においてのみ可能である。
図5bに示す本発明の構成では、第1気筒、第2気筒、第5気筒、第6気筒及び第7気筒、第8気筒が第2バンクに割り当てられている。点火順序で連続する各2つの気筒が、1つのバンクに所属している。
2つの気筒から成る1つの群のうち各第1のものに対して、事後噴射は、第1気筒の上死点後160〜290度の間隔にて行われる。同様にして、その都度第2の気筒に対して、各々の気筒の上死点後100〜200°クランクシャフト軸角度での噴射が行われ得る。それぞれの気筒の事後噴射は、次のようなクランクシャフト軸セクション区間にて行われる、即ち、第2バンクのそれぞれの気筒内への噴射が行われるクランクシャフト軸セクションにて行われる。
本発明の燃料調量システムを略示する。 本発明の装置の種々の負荷の制御のための終段を示す。 クランクシャフト軸角度に関して、内燃機関の種々異なる形式の調量サイクルを示す。 クランクシャフト軸角度に関して、内燃機関の種々異なる形式の調量サイクルを示す。 クランクシャフト軸角度に関して、内燃機関の種々異なる形式の調量サイクルを示す。

Claims (6)

  1. 内燃機関(100)の制御方法において、
    該内燃機関(100)において気筒は少なくとも2つのバンクに割り当てられ、かつ、点火順序で連続する気筒は、異なるバンクに割り当てられるように割り当てられ、
    第1の手段(120,121,122および123)によって該気筒に燃料を調量し、該燃料を該内燃機関(100)において燃焼し、
    各バンク内ではすべての気筒に対し、相応の第1の手段(120,121,122および123)を駆動制御するために共通のスイッチング手段(210,220)と共通のコンデンサ(260,265)とが割り当てられており、
    主噴射の後、燃焼後に上死点後から100°〜270°の間の領域で該第1の手段(120,121,122および123)によって、該内燃機関へ事後噴射を行い、
    該事後噴射によって噴射された燃料を、排ガス事後処理のための第2の手段(115)へ供給し、該第2の手段(115)によって、該燃料を使用して排ガスの反応を行うことを特徴とする制御方法。
  2. 前記事後噴射を、相応の気筒の上死点後120°〜150°の領域にて行う、請求項1記載の制御方法。
  3. 4つの気筒を有する内燃機関の場合、前記事後噴射を、相応の気筒の上死点後200〜240°の角度領域で行う、請求項1記載の制御方法。
  4. n番目ごとの主噴射の終了後に事後噴射を行い、ここではnは≧2の整数であることを特徴とする、請求項1から3までのいずれか1項記載の制御方法。
  5. 内燃機関の制御装置において、
    該内燃機関において気筒は少なくとも2つのバンクに割り当てられており、かつ、点火順序で連続する気筒は、異なるバンクに割り当てられており、
    該内燃機関は、
    ・該内燃機関(100)において燃焼される燃料を該気筒に調量する第1の手段(120,121,122および123)と、
    ・排ガス事後処理を行う第2の手段(115)
    とを有し、
    主噴射後に相応の気筒の上死点後100〜270°の間の領域において、該内燃機関の第1の手段(120,121,122および123)によって、該気筒への事後噴射が行われ、該事後噴射によって噴射された燃料は該第2の手段(115)へ供給されるように構成されており、
    各バンク内ではすべての気筒に対し、相応の第1の手段(120,121,122および123)を駆動制御するために共通のスイッチング手段(210,220)と共通のコンデンサ(260,265)とが割り当てられていることを特徴とする制御装置。
  6. 前記第1手段は、コモンレイルシステム(Common−Rail−System)である、請求項5記載の制御装置。
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