JP2010001891A - 内燃機関の駆動方法、内燃機関の制御装置、内燃機関を駆動するためのコンピュータプログラムならびにコンピュータプログラム製品 - Google Patents

内燃機関の駆動方法、内燃機関の制御装置、内燃機関を駆動するためのコンピュータプログラムならびにコンピュータプログラム製品 Download PDF

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Abstract

【課題】直接噴射に対する最小噴射量をつねに保証し、さらに、燃料空気混合気の均一性を達成する。
【解決手段】内燃機関の少なくとも１つの設定された駆動状態において、設定された回数の連続する作業サイクルにわたって、少なくとも１つの第１の噴射弁のみを介して燃料を吸気管内へ噴射し、次の１回の作業サイクルでは、少なくとも１つの第１の噴射弁を介して吸気管内へ燃料を噴射し、さらに少なくとも１つの第２の噴射弁を介して直接に燃焼室へ燃料を噴射するか、あるいは、少なくとも１つの第２の噴射弁のみを介して直接に燃焼室へ燃料を噴射する。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の駆動方法、内燃機関の制御装置、内燃機関を駆動するためのコンピュータプログラムならびにコンピュータプログラム製品に関する。
国際公開第２００６００９３１３号明細書から、燃料を吸気管噴射および直接噴射によって噴射し、内燃機関の速度、負荷係数および冷却剤温度に基づいて吸気管噴射と直接噴射との比を求める内燃機関の制御装置が公知である。この場合、直接噴射に用いられる噴射弁が高温のもとで弁の周囲に集積した付着物によって動かなくなるのを回避するために、直接噴射に対する最小噴射量をつねに保証しなければならない。最小噴射量によって直接噴射弁を冷却することができるからである。
充分な冷却を達成するには、内燃機関の温度に応じて直接噴射に対する最小噴射量を高める必要がある。また、内燃機関が直接噴射のみで動作するか、吸気管噴射のみで動作するか、あるいは直接噴射および吸気管噴射の組み合わせによって動作するかにかかわらず、燃料空気混合気の均一性も保証されなければならない。内燃機関の所定の駆動状態においては直接噴射に対してできるだけ小さい噴射量を選択する必要がある。例えば、燃料空気混合気の均一化のためには直接噴射に対してきわめて小さい噴射量が選択される。
国際公開第２００６００９３１３号明細書
したがって、本発明の課題は、直接噴射に用いられる噴射弁が高温のもとで弁の周囲に集積した付着物によって動かなくなるのを回避するために、直接噴射に対する最小噴射量をつねに保証し、さらに、燃料空気混合気の均一性を達成することである。
この課題は、内燃機関の少なくとも１つの設定された駆動状態において、設定された回数の連続する作業サイクルにわたって、少なくとも１つの第１の噴射弁のみを介して燃料を吸気管内へ噴射し、次の１回の作業サイクルでは、少なくとも１つの第１の噴射弁を介して吸気管内へ燃料を噴射し、さらに少なくとも１つの第２の噴射弁を介して直接に燃焼室へ燃料を噴射するか、あるいは、少なくとも１つの第２の噴射弁のみを介して直接に燃焼室へ燃料を噴射することにより、解決される。本発明により、第２の噴射弁の特に効率的な冷却が達成される。
内燃機関の概略図である。 本発明の方法のフローチャートである。 燃焼室温度、噴射頻度および作業サイクルの連続回数の設定値の関係を定めたテーブルである。
独立請求項に記載された本発明の方法の有利な実施形態ないし改善形態は従属請求項に記載されている。
特に有利には、作業サイクルの連続回数の設定値が内燃機関の少なくとも１つの駆動パラメータに基づいて選択される。これにより、第２の噴射弁による噴射の頻度が内燃機関の駆動状態に適合するように定められ、第２の噴射弁の冷却が達成される。
特に有利には、燃焼室温度を表す駆動特性量が求められ、作業サイクルの連続回数の設定値が燃焼室温度を表す駆動特性量に基づいて求められる。
これにより、第２の噴射弁による噴射の頻度が第２の噴射弁の汚染にとって決定的な燃焼室温度に対して簡単に適合化される。
特に有利には、燃焼室温度を表す駆動特性量は内燃機関の回転数と噴射燃料量の設定値とに基づいて求められる。これにより、燃焼室温度が簡単かつ確実に求められる。
特に有利には、作業サイクルの連続回数の設定値が燃焼室温度を表す駆動特性量に基づいてテーブルから選択される。これにより、作業サイクルの連続回数が特に簡単に求められる。
本発明の実施例を図示し、以下に詳細に説明する。
図１には内燃機関１０００，例えばガソリン機関（オットー機関）またはディーゼル機関が示されている。内燃機関１０００には１つまたは複数の燃焼室１０７５が存在しているが、わかりやすくするために図１にはそのうち１つしか示されていない。内燃機関１０００は吸気管１０５０を有しており、この吸気管１０５０および吸入弁１０５５を通って新気が燃焼室１０７５へ達する。内燃機関１０００はさらに第１の噴射弁１０４０を有しており、この第１の噴射弁を介して燃料が吸気管１０５０へ燃焼室１０７５での燃焼のために噴射される。また、内燃機関１０００は第２の噴射弁１０４５を有しており、この第２の噴射弁１０４５を通って燃料が燃焼室１０７５内へ直接に噴射される。第１の噴射弁１０４０および／または第２の噴射弁１０４５を用いた燃料噴射により燃焼室１０７５において生じる燃料空気混合気は、例えばガソリン機関では、図１に示されていない点火プラグによって点火される。燃焼によって発生する排気ガスは燃焼室１０７５から排出弁１０７０を介して排気管１０６５へ排出される。燃料空気混合気の燃焼によって発生するエネルギは少なくとも部分的にピストン１０７６から連接棒１０７７を介してクランクシャフト１０７８へ伝達される。こうして引き起こされたクランクシャフト１０７８の回転が回転数センサ１０６０によって検出される。
内燃機関１０００には制御装置１００５が配属されており、この制御装置には検出装置１０１０、第１の計算装置１０２０、第２の計算装置１０９５、第１の設定装置１０２５、第２の設定装置１０３５、第１の駆動装置１０８０および第２の駆動装置１０８５が配置されている。
検出装置１０１０は回転数センサ１０６０から伝送されてくる回転数信号を連続的に検出し、そこから当分野の技術者に周知の手法で内燃機関１０００の回転数ｎを求める。第１の設定装置１０２５は噴射すべき全燃料量ＱＳｏｌｌを設定する。噴射すべき全燃料量ＱＳｏｌｌは車両の内燃機関１０００において当分野の技術者に周知の手法でドライバーの要求から求められる。
第２の計算装置１０９５は、検出装置１０１０から内燃機関の回転数ｎを受け取り、第１の設定装置１０２５から噴射すべき全燃料量ＱＳｏｌｌを受け取って、当該の回転数ｎおよび全燃料量ＱＳｏｌｌから燃焼室温度Ｔを求める。この計算には例えば図３に示されているテーブル（表）が用いられる。
図３のテーブルは内燃機関１０００の回転数Ｎと噴射すべき全燃料量ＱＳｏｌｌとの各組に対して燃焼室温度Ｔを割り当てたものである。つまり図３には燃焼室温度Ｔと内燃機関１０００の回転数Ｎおよび噴射すべき全燃料量ＱＳｏｌｌの相応の領域との対応関係が示されている。高負荷領域は噴射すべき全燃料量ＱＳｏｌｌが大きいことに相応し、図３のテーブルでは"Ｈ"で示されており、例えばガソリン機関では燃料が１５ｍｇより多くなることを意味する。相応に、低負荷領域は噴射すべき全燃料量ＱＳｏｌｌが小さいことに相応し、図３のテーブルでは"Ｎ"で示されており、例えばガソリン機関では全燃料量ＱＳｏｌｌが５ｍｇ以下となることを意味する。また、内燃機関１０００の回転数Ｎも高回転数領域と低回転数領域とに分割されており、３０００ｒｐｍより高い回転数が高回転数領域として図３に"Ｈ"で示されており、３０００ｒｐｍ以下の回転数が低回転数領域として図３に"Ｎ"で示されている。燃焼室温度Ｔは図３によれば４つの値を有する。"きわめて高"の温度は図３に"Ｈ"で示されており、高負荷かつ高回転数に相当する。"中〜高"の温度は図３に"Ｍ−Ｈ"で示されており、高負荷かつ低回転数に相当する。"中"の温度は図３に"Ｍ"で示されており、低負荷かつ高回転数に相当する。"低"の温度は図３に"Ｎ"で示されており、低負荷かつ低回転数に相当する。
これに代えてまたはこれに加えて、燃焼室温度Ｔを回転数Ｎ、負荷Ｌおよび噴射すべき全燃料量ＱＳｏｌｌとから成る特性マップから、例えば補間により取得することもできる。さらに、本発明の方法は、４つの燃焼室温度を求めることに限定されず、燃焼室温度Ｔを連続的に回転数Ｎ、負荷Ｌおよび噴射すべき全燃料量ＱＳｏｌｌから求めることもできる。噴射すべき全燃料量ＱＳｏｌｌに代えて、内燃機関の負荷Ｌを推論することのできる他のパラメータを用いてもよい。例えばガソリン機関での負荷はスロットルバルブ角度または吸気管１０５０内のエアマスフローセンサの出力信号から求めることができる。その場合、本発明の方法はアナログの手法にも適用可能である。
負荷および回転数に応じて燃焼室温度を求めることに代えてまたはこれに加えて、燃焼室温度Ｔを冷却剤温度、機関室温度、シリンダヘッド温度またはオイル温度から求めることもできる。
図３から求められた燃焼室温度Ｔは、第２の計算装置１０９５から第１の計算装置１０２０へ出力される。第１の計算装置１０２０はそこから第２の噴射弁１０４５による噴射の噴射頻度を求める。このために、図３のテーブルから、第１の噴射弁１０４０のみによって燃料を噴射する作業サイクルの連続回数の設定値が求められる。
図３によれば、燃焼室温度Ｔが"きわめて高"のとき、きわめて頻繁に第２の噴射弁１０４５により噴射が行われる。例えば、燃焼の２回目ごとに第２の噴射弁による噴射が行われる。燃焼室温度Ｔが"中〜高"のときには、燃焼の４回目ごとに第２の噴射弁による噴射が行われる。燃焼室温度Ｔが"中"のときには、燃焼の１６回目ごとに第２の噴射弁による噴射が行われる。燃焼室温度Ｔが"低"のときには、第２の噴射弁による噴射はまれとなり、例えば燃焼の３２回目ごとに行われる。第１の噴射弁１０４０のみによって噴射が行われる作業サイクルの連続回数の設定値はここからそれぞれ１を引いた値となり、つまり、燃焼室温度Ｔが"きわめて高"のとき２−１で１回、燃焼室温度Ｔが"中〜高"のとき４−１で３回、燃焼室温度Ｔが"中"のとき１６−１で１５回、燃焼室温度Ｔが"低"のとき３２−１で３１回である。噴射頻度および連続回数の設定値は例えば内燃機関の駆動モードおよび第２の噴射弁１０４５の駆動モードに応じて選択される。例えば噴射頻度および連続回数の設定値は、内燃機関１０００をテスト台に置き、それぞれの駆動状態の適用ステップにおいて求められる。例えば高負荷および高回転数の駆動状態では、第２の噴射弁に汚染物が付着しているあいだ、当該の第２の噴射弁による噴射頻度は低減される。この場合、例えば、噴射頻度は第２の噴射弁に汚染物が付着しなくなる値に選定される。他の駆動状態においても相応の調整が行われる。
第２の設定装置１０３５は第１の計算装置１０２０から連続回数の設定値を読み出す。第２の設定装置１０３５はこの設定値と噴射すべき全燃料量ＱＳｏｌｌとから直接噴射量ＱＤＩおよび吸気管噴射量ＱＰＦＩを求める。このために、第２の設定装置１０３５は、例えばガソリン機関において、燃焼空気混合気の点火のために設けられている点火プラグの点火パルスを監視して計数することにより、作業サイクルの連続回数を計数する。例えば、点火プラグを通って点火電流が流れるとただちに、作業サイクルの連続回数が１だけ高められる。第２の設定装置１０３５は作業サイクルの連続回数とその設定値とを比較する。作業サイクルの連続回数が設定値以下であるあいだは、噴射すべき全燃料量ＱＳｏｌｌは完全に吸気管噴射よりまかなわれる。つまり、噴射すべき全燃料量ＱＳｏｌｌは吸気管噴射量ＱＰＦＩに等しく設定され、直接噴射量ＱＤＩはゼロに設定される。作業サイクルの連続回数が設定値より大きい場合には、噴射すべき全燃料量ＱＳｏｌｌは完全に直接噴射によりまかなわれ、噴射すべき全燃料量ＱＳｏｌｌは直接噴射量ＱＤＩに等しく設定され、吸気管噴射量ＱＰＦＩはゼロに設定される。
吸気管噴射量ＱＰＦＩは第２の設定装置１０３５から第１の駆動装置１０８０へ伝送される。直接噴射量ＱＤＩは第２の設定装置１０３５から第２の駆動装置１０８５へ伝送される。
第１の駆動装置１０８０は第１の噴射弁１０４０を駆動するための第１の駆動信号ＡＱＰＦＩを求める。このとき、吸気管噴射量ＱＰＦＩから当分野の技術者に周知の手段で、例えば第１の噴射弁の特性曲線を用いて、第１の駆動信号ＡＱＰＦＩに対する第１の目標値が求められる。
第２の駆動装置１０８５は直接噴射量ＱＤＩから第２の噴射弁１０４５に対する第２の駆動信号ＡＱＤＩを求める。ここで、当分野の技術者に周知の手法を用いて、第２の噴射弁の特性曲線により、直接噴射量ＱＤＩから、第２の駆動信号ＡＱＤＩに対する第２の目標値が求められる。
制御装置１００５では、本発明の方法を実行するためのコンピュータプログラムがメモリに格納されており、そこには、噴射すべき全燃料量ＱＳｏｌｌ、内燃機関の回転数ｎ、燃焼室温度Ｔ、連続回数の設定値、変数としての吸気管噴射量ＱＰＦＩおよび直接噴射量ＱＤＩが記憶されている。付加的に、制御装置１００５の図１に示されていないメモリに図３のテーブルを記憶させることもできる。
図２に示されている本発明の方法は、内燃機関があらかじめ定められた駆動状態で駆動され、第１の噴射弁１０４０のみによって吸気管１０５０への燃料噴射が行われるとき、つねに開始される。当該のあらかじめ定められる駆動状態の１つに部分負荷モードが挙げられる。
例えば、コンピュータプログラムにおいて、本発明の方法のプロセスがオペレーティングシステムによって当分野の技術者に周知の手法で呼び出される。
本発明の方法は、開始後、ステップ２００へ移行する。
ステップ２００で、第１の噴射弁１０４０のみにより燃料が吸気管１０５０へ噴射される作業サイクルの連続回数がゼロへセットされる。また連続回数の設定値もゼロへセットされる。続いてステップ２０５へ移行する。
ステップ２０５では、第１の噴射弁１０４０のみにより燃料が吸気管１０５０へ噴射される作業サイクルの連続回数が設定値を上回ったか否かが検査される。上回っている場合、ステップ２１０へ移行する。上回っていない場合にはステップ２２０へ移行する。
ステップ２１０では、直接噴射量ＱＤＩが噴射すべき全燃料量ＱＳｏｌｌに等しくなるようにセットされ、吸気管噴射量ＱＰＦＩはゼロへセットされる。続いてステップ２１５へ移行する。
ステップ２１５では、第１の噴射弁１０４０のみにより燃料が吸気管へ噴射される作業サイクルの連続回数がゼロへセットされる。続いてステップ２３０へ移行する。
ステップ２０５で連続回数が設定値を上回っていなかった場合、ステップ２２０では吸気管噴射量ＱＰＦＩが噴射すべき全燃料量ＱＳｏｌｌに等しくなるようにセットされ、直接噴射量ＱＤＩはゼロへセットされる。続いてステップ２２５へ移行する。
ステップ２２５では、第１の噴射弁１０４０のみにより燃料が吸気管へ噴射される作業サイクルの連続回数が１だけ高められる。続いてステップ２３０へ移行する。
ステップ２３０では、吸気管噴射量ＱＰＦＩから第１の駆動信号ＡＱＰＦＩに対する第１の目標値が求められ、直接噴射量ＱＤＩから第２の駆動信号ＡＱＤＩに対する第２の目標値が求められる。続いてステップ２３１へ移行する。
ステップ２３１では、第１の噴射弁１０４０および第２の噴射弁１０４５が第１の駆動信号ＡＱＰＦＩに対する第１の目標値および第２の駆動信号ＡＱＤＩに対する第２の目標値にしたがって駆動される。続いて、ステップ２３２へ移行する。
ステップ２３２では内燃機関の回転数ｎが検出される。続いてステップ２３５へ移行する。
ステップ２３５では燃焼室温度Ｔが例えば図３のテーブルから求められる。続いてステップ２４０へ移行する。
ステップ２４０では連続回数の設定値が燃焼室温度Ｔに応じて例えば図３のテーブルから求められる。続いてステップ２５０へ移行する。
ステップ２５０では、第１の噴射弁のみにより燃料を吸気管へ噴射して、内燃機関が所定の駆動状態で駆動されるか否かが検査される。内燃機関が所定の駆動状態で動作する場合には、ステップ２０５へ移行する。内燃機関が所定の駆動状態で動作しない場合には、本発明の方法は終了される。第１の噴射弁のみにより燃料を吸気管へ噴射して、内燃機関が所定の駆動状態で動作するか否かを検査するには、例えば当分野の技術者に周知の手法で、内燃機関の駆動状態に関する情報を含む変数をオペレーティングシステムからプロセスへ伝送し、ステップ２５０で評価すればよい。
本発明の方法は、噴射すべき全燃料量ＱＳｏｌｌについて、所定回数の第１の噴射弁１０５０による吸気管噴射の後に完全に第２の噴射弁１０４５による直接噴射へ転換することのみに限定されない。第２の実施例では、噴射すべき全燃料量ＱＳｏｌｌの一部が第１の噴射弁での吸気管噴射により実現され、第２の噴射弁１０４５の充分な冷却に必要な直接噴射量のみ、第２の噴射弁での直接噴射から取得される。充分な冷却に必要な直接噴射量ＱＤＩは例えば内燃機関の駆動状態に対する適用ステップにおいて、図３のテーブルから求められる。
当該の第２の実施例では、第１の実施例とは異なり、直接噴射量ＱＤＩが第２の噴射弁１０４５の冷却のために必要な直接噴射量に等しくなるように選定される。この場合、吸気管噴射量ＱＰＦＩは噴射すべき全燃料量ＱＳｏｌｌと直接噴射量ＱＤＩとの差として得られる。
第２の実施例の他の全ての方法ステップは第１の実施例の他の方法ステップに相応する。第２の実施例により、内燃機関の所定の駆動状態に対して混合気の形成が改善され、噴射すべき全燃料量ＱＳｏｌｌの条件を満足するだけで均一な混合気が得られる。
１０００ 内燃機関、 １００５ 制御装置、 １０１０ 検出装置、 １０２０ 第１の計算装置、 １０２５ 第１の設定装置、 １０３５ 第２の設定装置、 １０４０ 第１の噴射弁、 １０４５ 第２の噴射弁、 １０５０ 吸気管、 １０５５ 吸入弁、 １０６０ 回転数センサ、 １０６５ 排気管、 １０７０ 排出弁、 １０７５ 燃焼室、 １０７６ ピストン、 １０７７ 連接棒、 １０７８ クランクシャフト、 １０８０ 第１の駆動装置、 １０８５ 第２の駆動装置、 １０９５ 第２の計算装置

Claims (8)

  1. 少なくとも１つの第１の噴射弁（１０４０）により燃料を吸気管（１０５０）内へ噴射するか少なくとも１つの第２の噴射弁（１０４５）により燃料を直接に燃焼室（１０７５）へ噴射して燃焼させる、
    内燃機関の駆動方法において、
    内燃機関の少なくとも１つの設定された駆動状態において、設定された回数の連続する作業サイクルにわたって、少なくとも１つの第１の噴射弁（１０４０）のみを介して燃料を吸気管内へ噴射し、次の１回の作業サイクルでは、少なくとも１つの第１の噴射弁（１０４０）を介して燃料を吸気管内へ噴射し、さらに少なくとも１つの第２の噴射弁（１０７５）を介して燃料を直接に燃焼室へ噴射するか、あるいは、少なくとも１つの第２の噴射弁（１０７５）のみを介して燃料を直接に燃焼室へ噴射する
    ことを特徴とする内燃機関の駆動方法。
  2. 作業サイクルの連続回数の設定値を内燃機関の少なくとも１つの駆動パラメータに基づいて選択する、請求項１記載の内燃機関の駆動方法。
  3. 燃焼室温度を表す駆動特性量（Ｔ）を求め、作業サイクルの連続回数の設定値を、該燃焼室温度を表す駆動特性量に基づいて求める、請求項１または２記載の内燃機関の駆動方法。
  4. 前記燃焼室温度を表す駆動特性量を内燃機関の回転数（ｎ）と噴射燃料量の設定値（Ｑｓｏｌｌ）とに基づいて求める、請求項３記載の内燃機関の駆動方法。
  5. 作業サイクルの連続回数の設定値を、前記燃焼室温度を表す駆動特性量に基づいてテーブルから選択する、請求項３または４記載の内燃機関の駆動方法。
  6. 少なくとも１つの第１の噴射弁（１０４０）により燃料を吸気管（１０５０）内へ噴射するか少なくとも１つの第２の噴射弁（１０４５）により燃料を直接に燃焼室（１０７５）へ噴射して燃焼させる、
    内燃機関の制御装置において、
    内燃機関の少なくとも１つの設定された駆動状態において、設定された回数の連続する作業サイクルにわたって、少なくとも１つの第１の噴射弁（１０４０）のみを介して燃料が吸気管内へ噴射され、次の１回の作業サイクルでは、少なくとも１つの第１の噴射弁（１０４０）を介して吸気管内へ燃料が噴射され、さらに少なくとも１つの第２の噴射弁（１０４５）を介して直接に燃焼室へ燃料が噴射されるか、あるいは、少なくとも１つの第２の噴射弁（１０４５）のみを介して直接に燃焼室へ燃料が噴射される
    ことを特徴とする内燃機関の駆動装置。
  7. 請求項１から５までのいずれか１項記載の内燃機関の駆動方法の各ステップを計算装置に実行させるコンピュータプログラム。
  8. 請求項１から５までのいずれか１項記載の内燃機関の駆動方法の各ステップをコンピュータまたは制御装置に実行させるプログラムコードを機械的に読み取り可能な担体に記憶したコンピュータプログラム製品。
JP2009145315A 2008-06-18 2009-06-18 内燃機関の駆動方法、内燃機関の制御装置、内燃機関を駆動するためのコンピュータプログラムならびにコンピュータプログラム製品 Pending JP2010001891A (ja)

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