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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