JP2015522753A - 吸気管噴射により内燃機関を作動する方法 - Google Patents

Abstract

吸気管噴射方式の内燃機関（１０）において、それぞれのシリンダ（１４〜２０）に少なくとも第１噴射装置（４０〜４６）および第２噴射装置（４８〜５４）が割り当てられている。少なくとも一時的に、第２噴射装置（４８〜５４）とは異なるクランク角において第１噴射装置（４０〜４６）が操作されることが提案される。

Description

本発明は、請求項１の前提部分に記載の吸気管噴射により内燃機関を作動する方法に関する。

市場では燃料が内燃機関の入口弁の手前で吸気管に噴射される４ストローク内燃機関が既知である。現在の事実上全ての内燃機関はシリンダ毎に２つの入口弁を有しているので、各シリンダについて２つの噴射装置を設けることも既知である。この場合、シリンダのそれぞれの入口弁に固有の噴射装置が割り当てられている場合もある。噴射装置は、入口弁が開くクランク角よりも前に比較的隔たったクランク角において操作することができる。この場合、噴射装置の操作は、シリンダ毎に同時に行うことができる。

本発明は、内燃機関の作動音を低減するという課題を有する。

この課題は、請求項１に記載の特徴を有する方法により解決される。本発明のさらなる実施形態が従属請求項に記載されている。本発明において重要な特徴がさらに以下の説明および図面により明らかである。

本発明は、約１０ミリ秒よりもわずかに互いに隔たった騒音パルスは人間の耳により単一の事象として知覚されるという認識に基づいている。さらに、個々に生じる騒音パルス、すなわち、わずかなパルス率のみにより生じる騒音パルスは頻繁に生じる騒音パルスよりもわずらわしく感じられる。すなわち、パルス率が増大した場合、主観的な音響的妨害作用は低下し、音響的に耳障りさのみが生じる。

本発明では、シリンダの噴射装置はもはや同時的に操作されるのではなく、順次に、すなわち、様々なクランク角において操作される。これにより、まず噴射装置の操作によって発生する音響パルスの強度が減じられる。なぜなら、シリンダ毎の噴射装置の操作は、個々に知覚可能な、強度の小さい音響事象に分解されるからである。さらに、音響周波数、すなわちパルス率は増大され、これにより、使用者により主観的に知覚される騒音は減じられる。噴射装置をずらして制御することにより生じる騒音は、これまで一般的であった同時的な操作により生じる騒音よりも快い「耳障りさ」として使用者もしくは聴き手により知覚される。

本発明による方法の第１実施形態では、全てのシリンダの噴射装置が２回の完全なクランク軸回転にわたって一様に分散させて操作されることが提案される。これにより、２倍の周波数と半分の個別パルス強度を有する一様な騒音が生じ、特に作動音が著しく低減される。シリンダ毎に２つの噴射装置が設けられている場合には、シリンダ毎の両方の噴射装置をずらして操作する必要のあるクランク角を、数値３６０をシリンダの数によって割り算することにより計算することができる。したがって、４気筒エンジンでは、このクランク角は９０°であり、６気筒エンジンでは６０°である。

さらに、内燃機関が特定の作動範囲に位置している場合、特にクランクシャフトの回転数および／またはトルクが限界値未満である場合には、第１噴射装置が第２噴射装置とは異なるクランク角において操作されることが提案される。これにより、本発明による方法は、例えば、内燃機関の無負荷運転時もしくは低負荷時に特に好ましいという事実が考慮される。これらの作動範囲では、内燃機関のその他の騒音は比較的少なく、したがって、噴射装置から発生する騒音は特にわずらわしいと知覚される。さらに内燃機関の所定の作動範囲は、異なる時点に噴射を分散させるために他の作動範囲よりも適している。

シリンダの両方の噴射装置が操作されるクランク角の差が内燃機関の実際の作動パラメータおよび／または実際の作動範囲に依存していることも可能である。例えば、クランク角の差を決定する場合に、時間的にずらされた制御が内燃機関の排ガス値および消費値、ならびに実際の作動温度、追加装置の作動状態などに及ぼす影響を考慮することも可能である。上記差を少なくとも実際の音響変数に依存させることも可能であり、特に好ましい。この変数は、例えば音量または周波数であってもよい。場合によっては、クランク角の差の変更により音響変数を目標値（周波数）または最小値（音響）に調整する制御も可能である。音響変数は、例えば、内燃機関に配置された個体伝搬音センサによって、または例えば自動車の乗客室に配置されたマイクロフォンによって検出することもできる。

次に添付の図面を参照して本発明を説明する。

内燃機関を示す概略的な平面図である。 図１の内燃機関のそれぞれのシリンダについて、それぞれのクランク角におけるピストンストローク、入口弁開放時間、および噴射装置の操作時間が記録された４つの線図である。 図１の内燃機関を作動する方法を示すフロー図である。

図１には、内燃機関が全体に符号１０で示されている。この内燃機関は４気筒４ストローク内燃機関である。

この内燃機関は、４つのシリンダ１４，１６，１８および２０が設けられたエンジンブロック１２を含む。それぞれのシリンダ１４〜２０には、第１入口弁２２，２４，２６，２８および第２入口弁３０，３２，３４，３６が設けられている。それぞれの入口弁２２〜３６には固有の給気通路３８が接続しており、それぞれの入口弁２２〜３６の対応する給気通路２８には第１噴射装置４０〜４６および第２噴射装置４８〜５４が割り当てられている。さらにそれぞれのシリンダ１４〜２０には、排気管５８に通じる２つの出口弁５６が設けられている。

内燃機関１０は、さらにクランクシャフト６０（象徴的にのみ示す）を含み、クランクシャフト６０の回転数および位置はクランクシャフトセンサ６２によって検出される。さらに内燃機関１０には、内燃機関１０の作動を開ループ制御および閉ループ制御する開ループ制御・閉ループ制御装置６４が設けられている。このために、開ループ制御・閉ループ制御装置６４は、内燃機関１０の実際のパラメータを検出する種々異なるセンサの信号、例えばカムシャフトセンサ６２の信号を受信する。開ループ制御・閉ループ制御装置６４は、内燃機関１０の種々異なる作動装置、例えば噴射装置４０〜５４を制御する。

内燃機関１０の他の構成部材、例えば点火プラグ、スロットルバルブ、排ガス浄化装置、燃料ポンプを有する燃料システムなどは、明瞭化のために図１には示されていない。

上述のように、内燃機関１０はシリンダ１４〜２０毎に第１入口弁２２〜２８および第１噴射装置４０〜４６、ならびに第２入口弁３０〜３６および第２噴射装置４８〜５４を有する。図２を参照して、噴射装置４０〜５４の制御もしくは操作を説明する。

図２には４つの線図が記入されており、この線図の横軸はそれぞれクランク角ＫＷに対応している。図２の最上部の線図は第１シリンダ１４のものであり、上から２番目の線図は第３シリンダ１８のものであり、上から３番目の線図は第４シリンダ２０のものであり、最下部の線図は第２シリンダ１６のものである。Ｋ_ｉ（ｉ＝１４〜２０）により示される正弦状の曲線は、それぞれの線図において、シリンダ１４〜２０のそれぞれのピストンの位置を示している。０°もしくは−７２０°のクランク角ＫＷにおいて、ピストンは点火上死点（ＺＯＴ）に位置し、−１８０°のクランク角ＫＷにおいて、ピストンは給気サイクルと圧縮サイクルとの間の下死点ＵＴに位置する。−３６０°のクランク角ＫＷにおいて、ピストンは排気サイクルと給気サイクルとの間の上死点ＯＴに位置する。−５４０°のクランク角ＫＷにおいて、ピストンは作業サイクルと排気サイクルとの間の下死点ＵＴに位置する。

図２には、それぞれのシリンダ１４〜２０の入口弁２２〜３６の開放時間も記入されている。開放時間はＥＶ_ｉによって示されており、入口弁２２〜３６についてｉ＝２２〜３６である。それぞれのシリンダ１４〜２０のための入口弁２２〜３６は、吸気段階の開始直後に開き、圧縮段階の開始直後に閉じることがわかる。

さらに図２には、それぞれのシリンダ１４〜２０のための噴射装置４０〜５４の操作時間が記入されている。操作時間は、それぞれの噴射装置４０〜５４の符号を付したアルファベットＢによって示されている。第１噴射装置４０，４２，４４および４６は、本実施例では−７７０°のクランク角ＫＷで始まり、−７２０°のクランク角ＫＷで終わる操作時間Ｂ_４０，Ｂ_４２，Ｂ_４４およびＢ_４６の間に操作されることがわかる。

第２噴射装置４８〜５４は、それぞれ（例えば）−６８０°のクランク角ＫＷで始まり、−６３０°のクランク角ＫＷで終わる操作時間Ｂ_４８，Ｂ_５０，Ｂ_５２およびＢ_５４の間に操作される。第１噴射装置４０〜４６は、他のクランク角（すなわち、ここでは例えば−７７０°〜−７２０°ＫＷ）で第２噴射装置４８〜５４として操作される（ここでは例えば−６８０°〜−６３０°ＫＷ）。さらに、操作時間Ｂ_４０の始まりと操作時間Ｂ_４８の始まりとの間には９０°のクランク角差があり、操作時間Ｂ_４８の始まりと操作時間Ｂ_４４の始まりとの間にも９０°のクランク角差があることがわかる。したがって、噴射装置ｉ（ｉ＝４０〜５４）の操作時間Ｂ_ｉは、７２０°のクランク角ＫＷに相当する２回の完全なクランクシャフト回転にわたって完全に一様に分配されている。したがって、第１噴射装置４０〜４６が操作されるクランク角ＫＷと、第２噴射装置４８〜５４が操作されるクランク角との間の差は、既に述べたように数値３６０を内燃機関１０のシリンダ１４〜２０の数（ここでは４）により割り算することにより計算される９０°のクランク角ＫＷに対応している。

噴射装置４０〜４４を制御する場合、図３を参照して説明する方法が行われる。スタートブロック６６の後に、ブロック６８で内燃機関１０が現在どの作動状態にあるのか検査される。このために、例えば、クランクシャフトセンサ６２の信号が限界値と比較される。クランクシャフト６０の回転数が所定の限界値未満である場合にはブロック７０に分岐し、そうでなければブロック７２に移動する。ブロック７２では、第１噴射装置４０〜４６および第２噴射装置４８〜５４が同時に操作される；すなわち、図２で説明した９０°だけずらされた操作は行われない。

ブロック７０では、それぞれの第１操作Ｂ_４０〜Ｂ_４６とそれぞれの第２操作Ｂ_４８〜Ｂ_５４との間のクランク角差が、内燃機関の実際のパラメータ、例えば実際の作動温度、内燃機関１０の使用者によって要求されたトルク、排ガス浄化装置の作動状態などに応じて決定される。これらのパラメータはブロック７４によって示されている。ブロック７６では、第２噴射装置４８〜５４が、ブロック７０で決定されたクランク角差（図２の例では９０°である）だけ第１噴射装置４０〜４６に対してずらして操作される。方法はブロック７８で終了する。

図３に示した方法は、コンピュータプログラムとして、開ループ制御・閉ループ制御装置６４のメモリに保存されている。

Claims (7)

1. 吸気管噴射により内燃機関（１０）を作動する方法にであって、それぞれのシリンダ（１４〜２０）に少なくとも第１噴射装置（４０〜４６）および第２噴射装置（４８〜５４）が割り当てられている方法において、
   少なくとも一時的に、前記第２噴射装置（４８〜５４）とは異なるクランク角において前記第１噴射装置（４０〜４６）を操作することを特徴とする方法。
2. 請求項１に記載の方法において、
   全ての前記シリンダ（１４〜２０）の前記噴射装置（４０〜５４）を２回の完全なクランクシャフト回転にわたって一様に分散させて操作する方法。
3. 請求項２に記載の方法において、
   前記シリンダ（１４〜２０）毎に２つの前記噴射装置（４０〜５４）が設けられている場合に、シリンダ（１４〜２０）毎に３６０をシリンダ（１４〜２０）の数によって割り算した値に対応するクランク角だけ噴射装置（４０〜５４）をずらして操作する方法。
4. 請求項１から３までのいずれか一項に記載の方法において、
   前記内燃機関（１０）が特定の作動範囲に位置している場合、特にクランクシャフト（６０）の回転数および／またはトルクが限界値未満である場合に、第２噴射装置（４８〜５４）とは異なるクランク角において第１噴射装置（４０〜４６）を操作する方法。
5. 請求項１から４までのいずれか一項に記載の方法において、
   前記シリンダ（１４〜２０）の前記噴射装置（４０〜５４）が操作されるクランク角の差が、前記内燃機関（１０）の実際の作動パラメータ、特に音響変数、および／または実際の作動範囲に依存している方法。
6. コンピュータプログラムにおいて、
   請求項１から５までのいずれか一項に記載の方法を実施するようにプログラムされていることを特徴とするコンピュータプログラム。
7. 内燃機関（１０）のための開ループ制御および／または閉ループ制御装置（６４）において、
   請求項６に記載のコンピュータプログラムが保存されたメモリを含むことを特徴とする開ループ制御および／または閉ループ制御装置（６４）。

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