JP2015521712A - 内燃機関を制御する方法及び内燃機関と制御器を備えたシステム - Google Patents

Abstract

【課題】少なくとも１つのシリンダを具備し、ここで、燃料噴射のためにシリンダ当たり少なくとも１つの第１の噴射弁と第２の噴射弁を具備し、ここで、第１の噴射弁が第１の弁ニードルを、第２の噴射弁が第２の弁ニードルを具備する内燃機関、特に自動車の内燃機関を制御する方法に関する。【解決手段】詳記するならば、内燃機関のノーマル運転モードにおいて、第１の噴射弁の起動により、第１の起動時間の間に起こる第１の弁ニードルの開動作の間に第１の所与量の燃料を噴射し、また、第２の噴射弁の起動により、第２の起動時間の間に起こる第２の弁ニードルの開動作の間に第２の所与量の燃料を噴射し、ここで、第１及び第２の弁ニードルの開動作及び／又は閉動作及び／又は位置の検出のために信号評価を実行する仕方で内燃機関を制御する方法であって、前記内燃機関の第１の校正運転モードにおいて、前記第１の弁ニードルの運動状態及び／又は位置が検出されるように前記第１の噴射弁の校正起動制御を実行し、その間に、所与の目標量の燃料が噴射されるように前記第２の噴射弁の起動制御を実行し、又は、前記内燃機関の第２の校正運転モードにおいて、少なくとも前記第２の弁ニードルの運動状態及び／又は位置が検出されるように前記第２の噴射弁の校正起動制御を実行し、その間に、所与の目標量の燃料が噴射されるように前記第１の噴射弁の起動制御を実行することを特徴とする方法である。【選択図】図１

Description

本発明は、請求項１の前文に記載の内燃機関を制御する方法に関する。更に、本発明は、内燃機関と制御器を備えたシステム、ならびに、コンピュータプログラム及びコンピュータプログラムプロダクトに関する。

シリンダ当たり２つの噴射弁を持つマニホールド噴射装置を備えた内燃機関が一般に知られている。例えば特許文献１からは、少なくとも１つの燃焼室を持ち、この燃焼室が、それぞれ吸込弁により密閉できる２つの燃料吸込口を具備する形の内燃機関が知られている。この内燃機関は、更に、少なくとも１つの燃焼室に関係づけて、燃料を配量した上で燃焼室の少なくとも１つのサクションダクトの中に噴射する第１の噴射弁と第２の別個の噴射弁を備えた燃料噴射装置を具備する。噴射弁は、ここで噴霧化された燃料をスプレーコーンの形で吸込弁の方向に噴射する。

更に、先行技術から、適当なフィードバック数量（例えば電流又は電圧）を介して弁ニードルの現実の運動とその行程が評価でき、従って検出できる、いわゆる電磁弁制御による運転方式が知られている。これはＣＶＯ（コントロールド・バルブ・オペレーション）とも呼ばれ、その結果として、弁ニードルの運動（すなわちニードル運動）ないしはニードル行程が、適当なアルゴリズムにより１つの弁の行程ごとに又は複数の弁全部にわたって均一に調整できることになる。更に、例えば多重噴射による特殊な起動方式を駆使していわゆる弁遅延時間を求めることも先行技術である。

このような起動ないしはこのような運動挙動を検知したりアダプション制御したりするためには、短い弁起動時間で特定の運転ポイントをスタートさせるか、噴射を時間的に分けられた２つの噴射に分割するかしなければならない。ひとつは弁挙動を学習するための短時間の噴射、もうひとつは、必要な噴射量を供給するためのより長い時間の噴射である。ここで、起動を検知したりアダプション制御したりすることが多数の付帯条件に左右され、それゆえ、必ずしも最適な時点で必要な程度ないしは規模で実行できるとは限らないことが不利である。

独国特許出願公開第１０２００８０４４２４４Ａ１号明細書

内燃機関を制御する発明通りの方法、内燃機関と制御器を備えた発明通りのシステム、ならびに、発明通りのコンピュータプログラムないしは並置された請求項に記載のコンピュータプログラムプロダクトは、先行技術と比べて、第１の校正運転モード（第１の噴射弁を基準とした）においても第２の校正運転モード（第２の噴射弁を基準とした）においても、その時々の噴射弁の最適起動を検知したりこのような起動をアダプション制御したりすることが実行でき、その際、内燃機関の特定の（部分負荷）運転領域において、更なる周辺条件をまったく満たさなくても、あるいは、若干の周辺条件ないしは局限的に作用するだけの周辺条件を守った上であっても、その時々の噴射弁の起動をアダプション制御することができる利点を持つ。その時々の噴射弁の起動をアダプション制御することは、発明通り、特に噴射弁の非線形挙動から出発しなければならない少量領域において特に有益である。それゆえ、発明通り、先行技術と比べて広いシミュレーション領域についてニードル行程挙動が特に簡単、精確かつ迅速に検知できることは、特に弁遅延時間を求める上で有利である。発明通り、１つのシリンダのために設けられた両方の噴射弁ないしはインジェクタの一方（すなわち、第１の校正運転モードでは第２の噴射弁、第２の校正運転モードでは第１の噴射弁）が、支障のない燃焼過程を確保するのに必要な燃料の全噴射量（すなわち、所与の目標燃料噴射量）をカバーするのに対し、他方の噴射弁ないしはインジェクタ（すなわち、第１の校正運転モードでは第１の噴射弁、第２の校正運転モードでは第２の噴射弁）は、（徐々に増大する、すなわち、１つの噴射間隔からその次の噴射間隔に向かって増大する）最小の起動時間で接続することにより、校正される。これにより、発明通り有利な仕方で、一方でエンジン運転を維持する噴射弁の機能と、他方で特に弁遅延時間が求められるように弁挙動をアダプション制御する機能との分離が可能となる。これにより、発明通り有利なことに、様々な運転ポイントにおいて、特にダイナミクス運転においても、少量噴射挙動の評価とアダプション制御を実行することが可能となる。特にここでは、アダプション制御を行う上で特定の運転ポイント（ほぼ定常運転の）に左右されることはない。更に発明通り有利なことに、唯１つだけのインジェクタを使用する場合は、特にスプリット噴射（すなわち、噴射を時間的に連続するアダプション制御段階と運転段階とに分ける）を使用する場合と比べて、アダプション制御を行う際の排ガスによる影響が皆無又は少なくとも極僅かである。更に有利なことに、発明通り、もっぱら起動時間の短い噴射弁を使用する時、弁挙動の評価とアダプション制御が可能であり（二重噴射の場合は、起動時間が短めの噴射弁と長めの噴射弁を使用しなければならない）、従って、噴射弁の現実の少量噴射挙動を観察し、アダプション制御することができる。それゆえ、発明通り有利なことに、アダプション制御をより頻繁に（特定の運転領域では継続的でも）行うことが可能であり、従って、噴射弁ないしは噴射弁の弁ニードルの挙動に起こり得る一時的ドリフトを早期に認識し、常に再調整することができる。

発明通りの方法に使用される内燃機関は、特に動力車両、好ましくは自動車のためのマニホールド噴射装置を備えたオットーエンジンである。ここで、使用される燃料は、ガソリンであってよく、又は、エタノール又は混合気であってもよい。この内燃機関は、好ましくは２つ以上のシリンダを包含し、ここで、各シリンダが、例えば２つの吸込弁を持つ燃焼室を包含し、好ましくは、各吸込弁にそれぞれ１つの別個の噴射弁が、又は２つの別個の噴射弁が割り当てられている。

本発明の有利な形態及び更に進んだ形態が、従属請求項ならびに図面に則した説明から推知できる。

特に好ましいのは、発明通り、校正運転モードにおける所与の目標燃料量が、ノーマル運転モードにおける第１の燃料量と第２の燃料量の総和に合致することである。これにより、第１の校正運転モードと第２の校正運転モードはそれぞれノーマル運転モードに取って代わることができる。更にまた発明通り有利なことに、第１の校正運転モードにおける第１の噴射弁の校正起動又は第２の校正運転モードにおける第２の噴射弁の校正起動は、連続する運転サイクルの間、第１の弁ニードル又は第２の弁ニードルの開動作が最初に起こらないような短い起動時間から出発して校正起動が行われるように実行される。これにより、特に精確に弁遅延時間を求めることができる。

発明通り有利なことに、燃料は、第１の噴射弁と第２の噴射弁により広い範囲にわたって様々な噴射量で、それも高い精度で噴射することが可能である。発明通り、第１の噴射弁と第２の噴射弁を、（所与の運転条件下で）最大限噴射可能な燃料の設計量（いわゆる量Ｑ_ＳＴＡＴ）の点で同じサイズに設計することも異なるサイズに設計することも可能である。噴射弁を均等に設計すること（各噴射弁の燃料噴射の設計量を（全体燃料噴射量と比べて）半分にすること）は、噴射弁の個数を増やすことができると共にその分コスト節約が実現できる点で有利である。

更に、本発明の対象は、内燃機関とこの内燃機関を制御する制御器を備えたシステムである。

以下、本発明の実施例を添付図面に則して詳細に説明する。

噴射すべき燃料の量を異なる割合で分ける分け方の概略図である。 噴射すべき燃料の量を異なる割合で分ける別の分け方の概略図である。 噴射すべき燃料の量を異なる割合で分ける更に別の分け方の概略図である。 燃料噴射システムの概略図である。

それぞれの図面において同じ部品に同じ参照符号を付けているので、通例、どの部品についても１回しか挙げない。

図１には、内燃機関のシリンダに噴射すべき燃料の全体量を２つの噴射弁（すなわち、第１の噴射弁２１と第２の噴射弁２２）に分ける分け方が描かれている。全体で噴射すべき燃料の量Ｑ_ＳＴＡＴは、例えば各噴射弁がそれぞれ最大噴射量Ｑ_ＳＴＡＴの５０％を噴射することにより実現され、これは、例えば唯１つだけの噴射ジェットでもって実現できる。図１に描かれているのは、内燃機関のノーマル運転モードでの運転の一例である。図１の下部分に、記号“ｔｉＡ”と“ｔｉＢ”ならびに２つの水平方向のバーを使って両噴射弁２１、２２の噴射時間が図解されている。ここで、両噴射弁にとって（第１の噴射弁２１ないしは噴射弁Ａと第２の噴射弁２２ないしは噴射弁Ｂにとって）同じ長さの水平バーは、両噴射弁が同じ時間だけ（弁ニードルを開くために）起動させられることを意味する。

図２及び図３には、内燃機関のシリンダに噴射すべき燃料の全体量を２つの噴射弁に分ける別様の分け方が描かれており、ここでは、必要な燃料全体量が両噴射弁の一方だけから噴射され、他方の噴射弁は校正される。図２及び図３に描かれた噴射例は、それぞれ内燃機関の第１の校正運転モード（図２）と第２の校正運転モード（図３）に対応する。図２の下部分に、記号“ｔｉＡ”と“ｔｉＢ”ならびに２つの水平方向のバーを使って第１の校正運転モードにおける両噴射弁２１、２２の噴射時間が図解されており、この第１の校正運転モードでは、第１の噴射弁２１の（時間的に短い）起動時間（“ｔｉＡ”）が極僅かであるので、弁ニードルの運動は起こらず、従って噴射弁は開かないが、他方、第２の噴射弁２２の（時間的に長い）起動時間（“ｔｉＢ”）は、その時々の運転ポイントにおいて必要な燃料全量が噴射されるように設定されている。図３の下部分に、記号“ｔｉＡ”と“ｔｉＢ”ならびに２つの水平方向のバーを使って第２の校正運転モードにおける両噴射弁２１、２２の噴射時間が図解されており、この第２の校正運転モードでは、第２の噴射弁２２の（時間的に短い）起動時間（“ｔｉＢ”）が極僅かであるので、弁ニードルの運動は起こらず、従って噴射弁は開かないが、他方、第１の噴射弁２１の（時間的に長い）起動時間（“ｔｉＡ”）は、その時々の運転ポイントにおいて必要な燃料全量が噴射されるように設定されている。

図４には、車両に搭載できるように設けられた内燃機関の燃料供給システム１０が概略的に描かれている。内燃機関は、代表的に４つのシリンダを具備し、従ってまた、４つの燃焼室を具備する。但し、ここでは、別の数のシリンダも可能であり、従ってまた、別の数の燃焼室も可能である。ここに言う内燃機関は、燃料、好ましくはガソリン燃料を燃焼室の中に直接噴射するのでなく、マニホールド噴射方式で働く実施形態である。但し、発明通り、燃料を燃焼室の中に直接噴射することも原理的に可能である。

燃料は、図示されていないポンプによりタンク１８から特に図示されていないフィルタを経由して貯留室ないしは蓄圧器１２に送り込まれる。

蓄圧器１２には、燃料を燃焼室の中ないしは燃焼室のマニホールドの中に噴射するために設けられた噴射弁が接続されている。図２に概略的に描かれているのは、４つのシリンダとシリンダ当たり２つの噴射弁が設けられたケースで、ここでは、各シリンダが噴射弁２１と更なる噴射弁２２を具備する。但し、発明通り、一方でシリンダの数について、他方でシリンダ当たりの噴射弁の数について、別の組み合わせも可能であり、例えばシリンダ当たり１つの噴射弁も、シリンダ当たり３つ以上の噴射弁も可能である。特に、発明通り、サクションダクト当たり２つのマニホールド噴射弁を設けることが見込まれており、これで、燃料は２つの通路を介してマニホールドの中に噴射されることになる（いわゆるツイン・インジェクション）。これら両噴射弁は、発明通り特に２つの別個の電子最終段を介して起動制御され、これで、両噴射弁は同期でも個別にでも、すなわち、別々の位相及び／又は別々の時間にわたって起動させられる。発明通り、噴射弁の起動制御は、制御装置１６ないしは制御器１６により行われる。

特定の一運転ポイントにおいて、内燃機関はシリンダ当たり特定の量の燃料を必要とし、その量は、システム設計次第であるが、それぞれの噴射弁における特定の噴射時間“ｔｉ”に対応する。発明通りの“ツイン・インジェクション”（すなわち、シリンダ当たり又は燃焼室当たり少なくとも１つの第１の噴射弁２１と第２の噴射弁２２を利用する）では、燃焼室当たり所要量の燃料が特にサクションダクト内で２つの噴射弁を介して送られていく。通常運転、すなわちノーマル運転モードでは、両方のツインインジェクタ、すなわち噴射弁２１と噴射弁２２が燃料配分の役割を受け持つ。これが図１に描かれている。アダプション制御運転では、両噴射弁の機能は分離される。これが図２及び３に描かれている。図２に描かれた第１の校正運転モードも、図３に描かれた第２の校正運転モードも、両噴射弁の一方（第１の校正運転モードでは第２の噴射弁２２、第１の校正運転モードでは第１の噴射弁２１）を介して当該の運転ポイントにおいて必要な噴射量をカバーするよう実行される。更なる噴射弁（第１の校正運転モードでは第１の噴射弁、第２の校正運転モードでは第２の噴射弁）は、極めて短い起動時間をもって接続される。ここで、極めて短い起動時間をもって働く噴射弁のニードルは当初未だ弁座から浮き上がっていない。そこで、ニードルが最終的に浮き上がり、先ず上止まり位置に達する前に反転し、弁座の上に戻るまで、起動時間は徐々に増大させられる。最終的に起動持続時間が経過し、これを超過すると、弁ニードルは上止まり位置に達したことになる。この弁ニードルの挙動は、発明通り、特に電流信号及び／又は電圧信号の挙動の信号評価を介して認識され、特に、弁ニードルの閉動作に基づき生じたマイナス電圧を、噴射弁の磁気回路における誘導作用に基づき観察することを通して認識される。

一方のインジェクタのアダプション制御が終わると、役割が入れ替わって他方のインジェクタのアダプション制御が始まる、すなわち、第１の校正運転モードと第２の校正運転モードが呼応し合い、ここでは（特に第１の噴射弁と第２の噴射弁の設計が同じ（Ｑ_ＳＴＡＴが同じ）である時）、役割が入れ替わるだけである。

特に興味深いのは、極めて短い起動時間の挙動である。ここで、アダプション制御すべきインジェクタ（すなわち、第１の校正運転モードにおける第１の噴射弁、ないしは第２の校正運転モードにおける第２の噴射弁）の噴射燃料量はゼロ、ないしは、当該運転ポイントに必要な燃料の量を加減する他方のインジェクタにおける量と比べて極僅かである。それゆえ、燃焼室の燃空比（すなわち、いわゆる燃焼室のラムダ値）への影響は無視でき、従ってまた、運転ばらつきの影響ないしは排ガスの影響は無視できる。

アダプション制御の間は一方のインジェクタが噴射燃料全量をカバーするので、ダイナミクス運転においても、これが影響を及ぼすのは、噴射燃料全量をカバーする方のインジェクタだけで、アダプション制御すべきインジェクタには影響を及ぼさず、従って、アダプション制御は実行できる。これで、アダプション制御の実行はエンジンの運転領域や運転状態に左右されないことが分かり、このことが、堅牢性向上をもたらし、アダプション制御の実行にとって新たな自由度を切り開く。

本発明は、いわゆるツイン・インジェクションに適用できるほか、同じく、両インジェクタの一方がアダプション制御される間に他方のインジェクタが噴射燃料全量をカバーするいわゆるＰＤＩシステム、マニホールド噴射とガソリン直接噴射を兼ね備えるシステムにも適用できる。同じことは、異種の燃料を別々の噴射弁で噴射するいわゆるバイフューエルシステムの利用にも当てはまる。

１０ 燃料供給システム
１２ 貯留室ないしは蓄圧器
１６ 制御装置ないしは制御器
２１ 第１の噴射弁
２２ 第２の噴射弁

特定の一運転ポイントにおいて、内燃機関はシリンダ当たり特定の量の燃料を必要とし、その量は、システム設計次第であるが、それぞれの噴射弁における特定の噴射時間“ｔｉ”に対応する。発明通りの“ツイン・インジェクション”（すなわち、シリンダ当たり又は燃焼室当たり少なくとも１つの第１の噴射弁２１と第２の噴射弁２２を利用する）では、燃焼室当たり所要量の燃料が特にサクションダクト内で２つの噴射弁を介して送られていく。通常運転、すなわちノーマル運転モードでは、両方のツインインジェクタ、すなわち噴射弁２１と噴射弁２２が燃料配分の役割を受け持つ。これが図１に描かれている。アダプション制御運転では、両噴射弁の機能は分離される。これが図２及び３に描かれている。図２に描かれた第１の校正運転モードも、図３に描かれた第２の校正運転モードも、両噴射弁の一方（第１の校正運転モードでは第２の噴射弁２２、第２の校正運転モードでは第１の噴射弁２１）を介して当該の運転ポイントにおいて必要な噴射量をカバーするよう実行される。更なる噴射弁（第１の校正運転モードでは第１の噴射弁、第２の校正運転モードでは第２の噴射弁）は、極めて短い起動時間をもって接続される。ここで、極めて短い起動時間をもって働く噴射弁のニードルは当初未だ弁座から浮き上がっていない。そこで、ニードルが最終的に浮き上がり、先ず上止まり位置に達する前に反転し、弁座の上に戻るまで、起動時間は徐々に増大させられる。最終的に起動持続時間が経過し、これを超過すると、弁ニードルは上止まり位置に達したことになる。この弁ニードルの挙動は、発明通り、特に電流信号及び／又は電圧信号の挙動の信号評価を介して認識され、特に、弁ニードルの閉動作に基づき生じたマイナス電圧を、噴射弁の磁気回路における誘導作用に基づき観察することを通して認識される。

Claims (8)

1. 少なくとも１つのシリンダを具備し、ここで、燃料噴射のためにシリンダ当たり少なくとも１つの第１の噴射弁（２１）と第２の噴射弁（２２）を具備し、ここで、前記第１の噴射弁（２１）が第１の弁ニードルを、前記第２の噴射弁（２２）が第２の弁ニードルを具備する内燃機関、特に自動車の内燃機関を制御する方法、詳記するならば、前記内燃機関のノーマル運転モードにおいて、
   前記第１の噴射弁（２１）の起動により、第１の起動時間の間に起こる前記第１の弁ニードルの開動作の間に第１の所与量の燃料を噴射し、また、
   前記第２の噴射弁（２２）の起動により、第２の起動時間の間に起こる前記第２の弁ニードルの開動作の間に第２の所与量の燃料を噴射し、
   ここで、前記第１及び第２の弁ニードルの開動作及び／又は閉動作及び／又は位置の検出のために信号評価を実行する
   仕方で内燃機関を制御する方法であって、
   前記内燃機関の第１の校正運転モードにおいて、前記第１の弁ニードルの運動状態及び／又は位置が検出されるように前記第１の噴射弁（２１）の校正起動制御を実行し、その間に、所与の目標量の燃料が噴射されるように前記第２の噴射弁（２２）の起動制御を実行し、又は、
   前記内燃機関の第２の校正運転モードにおいて、少なくとも前記第２の弁ニードルの運動状態及び／又は位置が検出されるように前記第２の噴射弁（２２）の校正起動制御を実行し、その間に、所与の目標量の燃料が噴射されるように前記第１の噴射弁（２１）の起動制御を実行する
   ことを特徴とする方法。
2. 前記校正運転モードにおける所与の目標燃料量が、ノーマル運転モードにおける第１の燃料量と第２の燃料量の総和に相当することを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記第１の校正運転モードにおける前記第１の噴射弁（２１）の校正起動又は前記第２の校正運転モードにおける前記第２の噴射弁（２２）の校正起動を、連続する運転サイクルの間、前記第１の弁ニードル又は前記第２の弁ニードルの開動作が最初に起こらないような短い起動時間から出発して該校正起動が行われるように実行することを特徴とする先行請求項のいずれか１項に記載の方法。
4. 前記内燃機関が制御器（１６）を使って制御され、ここで、燃料噴射のために前記第１の噴射弁（２１）が第１の最終段を介して起動させられ、ここから独立して、前記第２の噴射弁（２２）が第２の最終段を介して起動させられることを特徴とする先行請求項のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記第１の噴射弁（２１）及び／又は前記第２の噴射弁（２２）がマニホールド噴射のために設けられていることを特徴とする先行請求項のいずれか１項に記載の方法。
6. 少なくとも１つのシリンダを具備し、ここで、燃料噴射のためにシリンダ当たり少なくとも１つの第１の噴射弁（２１）と第２の噴射弁（２２）を具備し、ここで、前記第１の噴射弁（２１）が第１の弁ニードルを、前記第２の噴射弁（２２）が第２の弁ニードルを具備する内燃機関と、この内燃機関を制御する制御器（１６）を備えたシステム、詳記するならば、前記内燃機関が、ノーマル運転モードにおいて運転できるように構成されており、ここで、前記内燃機関が、前記第１の噴射弁（２１）の起動により、第１の起動時間の間に起こる前記第１の弁ニードルの開動作の間に第１の所与量の燃料を噴射し、また、
   前記第２の噴射弁（２２）の起動により、第２の起動時間の間に起こる前記第２の弁ニードルの開動作の間に第２の所与量の燃料を噴射するように構成されており、ここで、前記内燃機関が、前記第１及び第２の弁ニードルの開動作及び／又は閉動作及び／又は位置の検出のために信号評価が実行されるように構成されているシステムであって、
   前記内燃機関が第１の校正運転モードにおいて運転できるように構成されており、ここで、前記第１の弁ニードルの運動状態及び／又は位置が検出されるように前記第１の噴射弁（２１）の校正起動が実行されるように前記内燃機関が構成されており、ここで、所与の目標量の燃料が噴射されるように前記第２の噴射弁（２２）の起動制御が実行されること、又は、
   前記内燃機関が第２の校正運転モードにおいて運転できるように構成されており、ここで、前記第２の弁ニードルの運動状態及び／又は位置が検出されるように前記第２の噴射弁（２２）の校正起動が実行されるように前記内燃機関が構成されており、ここで、所与の目標量の燃料が噴射されるように前記第１の噴射弁（２１）の起動制御が実行されること
   を特徴とするシステム。
7. 計算機又は制御器（１６）においてプログラムが進行する時、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法の全ステップが実行されることを特徴とするプログラムコード手段を持つコンピュータプログラム。
8. 計算機又は制御器（１６）においてプログラムが進行する時、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法を実行する、機械読み取り可能な担体に記憶されているプログラムコード手段を持つコンピュータプログラムプロダクト。

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