JP2017522487A - 内燃機関の制御方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、内燃機関（１）の制御に関するもので、第１動作点で特徴パラメータの値（Ｒ、Ｃ）を取得し、第１動作点での特徴パラメータの値に基づいて冷却液の第１設定点温度（ＣＴＩ１）及び、エンジンに入れられるべき空気／燃料混合気の第１リッチネス設定点（Ｃｒ１）を求める。第２動作点に移った際に、第２温度設定点が第１温度設定点よりも低い場合、ａ）第２リッチネス設定点に追加するリッチネスの追加分（Δｒ）を決定するステップ、ｂ）既燃ガス温度（Ｔｇｂ）を取得するステップ、及びｃ）取得された既燃ガス温度に応じて、余剰リッチネスを漸進的に低減させるステップ、が実施される。【選択図】図１

Description

本発明は、概して内燃機関の分野に関する。

特に、本発明は、
−内燃機関の第１動作点において、その第１特性パラメータ値を取得し、この第１動作点の第１特性パラメータ値に基づいて、内燃機関内の第１冷却液温度設定点、及び内燃機関内に入る混合気の第１リッチネス設定点を推論し、
−第１動作点とは異なる第２動作点を通過する際に、第２動作点の第１特性パラメータ値を取得し、この第２動作点の第１特性パラメータ値に基づいて、温度及びリッチネスの第２設定点を推論する、内燃機関の制御方法に関する。

本発明はまた内燃機関にも関するものであって、内燃機関は、エンジンブロックと、エンジンブロックに外気を導入する吸気管であって、外気の流れを制御するバルブが設けられた吸気管と、既燃ガスをエンジンブロックから排出する排気管と、エンジンブロック内に燃料を噴射する噴射装置が少なくとも１つ設けられた、エンジンブロック燃料噴射管と、サーモスタットが設けられたエンジンブロック冷却材回路とを備える。

本発明は、点火が制御されるエンジンに関する。

運転者がアクセルペダルを踏下する際に、内燃機関は、動作点を変更するように制御される。

この目的のために、この内燃機関のコンピュータは、エンジンシリンダ内に噴射すべき空気と燃料の量を計算する。

このエンジンが正常に機能するためには、特定の熱力学的限界を超過しないことである。例えば、エンジンドライブシャフトの回転速度閾値や、エンジンブロックの許容温度閾値を超えないことである。

運転者の加速操作に続いて内燃機関が１つの動作点から別の動作点へとシフトするとき、既燃ガスの温度は上昇する。

ここで、エンジンのオーバーヒートを防止するために、この温度上昇を制限することが必要である。

文献ＥＰ１３２０６６９には、エンジンの新たな動作点に応じて内燃機関の冷却液の温度を制御することが規定されている方法が、記載されている。

具体的には、高負荷下でエンジンが稼働しているときに冷却液の温度を低下させることが、規定されている。

それにも関わらず、エンジンの冷却液の温度は、課された新たな温度設定点で、即座には変化しない。エンジンブロックの冷却には、それ自体、一定の待機時間が存在する。これらの２つの現象が組み合わされて、エンジンブロックの温度が、許容温度閾値を超えて一時的に上昇するリスクに結び付く。

上記の先行技術の短所を改善するため、本発明は、冷却液の温度、及びエンジンブロックのシリンダ内に噴射される燃料の量を巧みに制御し、それによってエンジンブロックの温度変化を制限することを提案する。

具体的には、本発明によって、上記のように内燃機関を制御する方法であって、第２温度設定点が第１温度設定点よりも厳密に低い場合に、
ａ）第２リッチネス設定点に追加するリッチネスの追加分を決定するステップと、
ｂ）既燃ガスの温度を取得するステップと、
ｃ）得られた既燃ガスの温度に応じた、リッチネスの追加分を漸進的に低減するステップとを実施する方法が提案される。

ａ）からｃ）のステップは、冷却液温度設定点が低下する場合、即ちエンジンブロックの温度が許容閾値を超過するリスクがある場合に、実行される。

本発明のおかげで、ステップａ）でシリンダ内に噴射される燃料のリッチネスの追加分は、既燃ガスの温度の上昇を急速にブロックする効果を有する。

結果として、より多くの燃料が消費される。この理由によって、リッチネスの追加分は、冷却液の温度を設定点まで低下させるのに必要な期間、ステップｃ）で漸進的に低減される。

こうして、エンジンブロックの温度上昇は制限され、燃料消費は減少する。

本発明による制御方法のさらなる非限定的で有利な特性は、以下のとおりである。
−ステップｃ）で、低減されたリッチネスの追加分の値が、既燃ガスの温度に応じてマップから読み取られる、
−ステップｃ）で、低減されたリッチネスの追加分の値が、既燃ガスの温度に応じてコントローラを用いて計算される、
−コントローラは、比例積分導関数コントローラである、
−各冷却液温度設定点は、所定のマップから読み取られる、
−各冷却液温度設定点は、個別値の第１のセットから選択される、
−第１のセットは、最大で５つの個別値を含む、
−第１のセットは、３つの個別値である、８０°Ｃ、９０°Ｃ、及び１００°Ｃを含む、
−内燃機関外部の温度が所定の閾値よりも高いとき、各冷却液温度設定点は値の第２のセットから選択され、この第２のセットの最低値は、第１のセットの最低値よりも高い。

本発明はまた、当初規定したとおりの内燃機関であって、本発明による制御方法を実行すること及び、冷却液温度設定点とリッチネス設定点とに従い、前記リッチネスの追加分を考慮に入れて、前記制御バルブと、各噴射装置と、前記サーモスタットを制御することが可能なコンピュータを備える、内燃機関も提案する。

添付の図面に関連する以下の記載は、単に非限定的な例を示しており、本発明の内容を明確に示し、本発明が実施され得る方法を示すであろう。

本発明による内燃機関の概略図である。 図１の内燃機関の制御に用いられる方法のステップを示す図である。

本明細書で用いられる用語「上流」及び「下流」は、大気からの外気の吸入地点から、大気への既燃ガスの出口までの、ガス流の方向に準じる。

図１は、１つのクランクシャフトと、４つのシリンダ１１内に収容された４つのピストン（図示せず）が設けられたエンジンブロック１０を備える、自動車の内燃機関１の概略図を示す。

このエンジンの点火は、制御される。なお、エンジンの点火は、圧縮でもなし得る。

内燃機関１は、シリンダ１１の上流に、外気を大気から取り込む吸気管２０を備え、吸気管２０は空気分配装置２５に開口し、空気分配装置２５は、エンジンブロック１０の４つのシリンダ１１に外気を分配するように構成される。この吸気管２０は、外気の流れの方向に沿って、大気から取り込んだ外気を濾過するエアフィルタ２１、濾過した外気を圧縮するコンプレッサ２２、圧縮した外気を冷却するメインエアクーラー２３、及び、外気流Ｑａｉｒを制御し、空気分配装置２５に開口するバルブ２４（「吸気バルブ２４」）を備える。

内燃機関１は、シリンダ１１からの出口に、排気マニホールド３１（シリンダ１１内で既に燃焼したガスがその中へと送達される）から、既燃ガスが大気に排出される前に膨張することを可能にする排気消音器３７へと延伸する、排気管３０を備える。内燃機関１は、既燃ガスの流れの方向の順に、タービン３２、及び既燃ガスの処理用のカタリティックコンバータ３３も、また備える。

タービン３２は、排気マニホールド３１から出る既燃ガスの流動によって回転駆動され、単一のトランスミッションシャフトのような機械的連結手段により、コンプレッサ２２を回転駆動することを可能にする。

内燃機関１はさらに、燃料をシリンダ１１に噴射するための管５０を含む。この噴射管５０は、燃料を、加圧下で分配レール５３内に送達するためにリザーバ５１から取り出すように構成された、噴射ポンプ５２を備える。この噴射管５０は、４つの噴射装置５４もまた備える。噴射装置５４の注入口は分配レール５３と連通し、その排出口は４つのシリンダ１１のそれぞれに開口している。

内燃機関１は、具体的には４つのシリンダ１１の周囲に冷却液を循環することができる、エンジンブロック１０用の冷却材回路４０もまた備える。この冷却材回路４０は、冷却液温度の設定点を定める少なくとも１つのサーモスタット４１と、通常はラジエータ４２として知られる、周囲空気と冷却液との間の熱交換器４２と、冷却液の冷却材回路４０内における強制循環を可能にするポンプ４３と、を備える。

液体の循環に関連して、エンジンが始動すると、大気から吸気管２０を経由して採られた外気は、エアフィルタ２１によって濾過され、コンプレッサ２２によって圧縮され、メインエアクーラー２３によって冷却され、次いでシリンダ１１内に噴射された燃料と共に燃焼される。

冷却液は、ポンプ４３によって、冷却材回路４０内で連続的循環に置かれる。冷却液は、冷却液温度設定点ＣＴＩに従ってサーモスタット４１によって設定された温度まで、ラジエータ４２内の熱交換によって冷却される。

既燃ガス１１は、シリンダ１１を出るとき、タービン３２内で膨張し、カタリティックコンバータ３３内で処理及び濾過され、次いで排気消音機３７内で再び膨張してから大気中に放出される。

内燃機関１の様々な要素、具体的には４つの噴射器５４、サーモスタット４１、及び吸気バルブ２４を制御するため、プロセッサ（ＣＰＵ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、アナログ−デジタル変換器（Ａ／Ｄ）並びに、様々な入力及び出力インターフェースを備えるコンピュータ１００が設けられている。

コンピュータ１００は、その入力インターフェースによって、エンジンの動作及び気象条件に関する入力信号を、様々なセンサから受信することが可能である。

こうしてコンピュータ１００は、そのランダムアクセスメモリ内に、継続的に以下を保存する。
−内燃機関１の瞬間荷重Ｃ、
−内燃機関１の瞬間速度Ｒ、
−周囲温度Ｔａ、即ち車両の外部の温度、
−既燃ガス温度Ｔｇｂ、即ちここでは排気マニホールド３１内の温度。

周囲温度Ｔａは、エアフィルタ２１の下流、吸気管２０の開口部に位置する温度センサを用いて測定される。

既燃ガス温度Ｔｇｂは、温度センサによって測定されるか、または例えば、荷重Ｃ、速度Ｒ及び周囲温度Ｔａに基づく、状態観測器を介した概算によって計算される。

荷重Ｃは、エンジンによって伝達される仕事と、所与の速度においてこのエンジンによって発揮され得る最大仕事量との比に相当する。荷重Ｃは、概して、有効平均圧力ＰＭＥとして知られる変数を用いて概算される。

速度Ｒは、毎分回転数で表される、クランクシャフトの回転速度に相当する。

ここでは、エンジンの動作点は、荷重Ｃと速度Ｒという一対の値によって規定される。

変形形態として、エンジンの動作点は、追加のパラメータの関数として（例えば新気の温度の関数として）か、または種々のパラメータの関数として（例えば、吸気バルブ２４を通過する外気流Ｑａｉｒとリッチネスの関数として）規定することができる。

読み取り専用メモリ内に保存された、ソフトウェア及び（テストベンチであらかじめ規定された）マップを使用して、コンピュータ１００は、エンジンの各動作点用の出力信号を生成することができる。

これらの出力信号は、具体的には、冷却液温度設定点ＣＴＩ及び、エンジン内に噴射される燃料のリッチネス設定点Ｃｒである。

最後に、コンピュータ１００は、その出力インターフェースによって、これらの出力信号をエンジンの様々な要素、具体的には吸気バルブ２４、噴射装置５４、及びサーモスタット４１に対して伝達することができる。

図２に示すように、自動車のエンジンがスタートするとき、第１動作点でエンジンを安定させる（ステップＥ１）ため、コンピュータ１００は、第１冷却液温度設定点ＣＴＩ１及びリッチネス設定点Ｃｒ１を計算する（ステップＥ２）。

これらの設定点は、第１動作点を特徴づける２つのパラメータ、速度Ｒ及びトルクＣと組み合わされて、サーモスタット４１、吸気バルブ２４、及び噴射装置５４の制御を可能にする。

実際、サーモスタット４１は、サーモスタット４１を通過する冷却液の温度を設定点値ＣＴＩ１で安定させるように制御される（ステップＥ３）。

実際、この設定点ＣＴＩ１は、第１のセットの３つのあらかじめ選択された個別値（即ち、８０°Ｃ、９０°Ｃ、及び１００°Ｃ）の中から選択された値を有している。

しかし、周囲温度Ｔａが閾値温度（ここでは４０°Ｃ）よりも高い場合、設定点は第２の限定されたセット（２つの値９０°Ｃ及び１００°Ｃのみ）の中から選択され、それによって、気候条件及びラジエータ４２の性能を考慮すると、設定点は引き続き到達可能なままである。

ここでは、第１冷却液温度設定点ＣＴＩ１が１００°Ｃであるケースを検討する。

噴射装置５４及び吸気バルブ２４は、クランクシャフトが速度Ｒで回転して、所望の荷重Ｃに相当するトルクが発現されるように制御される。取り入れられる外気と、シリンダ１１内に噴射される燃料との比率は、第１固定リッチネス設定点Ｃｒ１と等しくなるように設定される。

コンピュータ１００は、運転者によってアクセルペダルに対する動作が実行されるかどうかを検出する（ステップＥ４）。

運転者によってアクセルペダルに対して何も動作が取られていない間は、制御設定点は維持される。

しかし、運転手がアクセルペダルに対して行動を取る場合、到達される動作点が変化し、新たな出力信号がコンピュータ１００によって計算される。

ここで、運転者が第２動作点まで加速することを望む場合を検討する。このとき、噴射装置５４は、より多くの燃料をシリンダ１１内に導入するようにセットされる。同時に、吸気バルブ２４は、これらの同じシリンダ１１内に導入される気流Ｑａｉｒを増加するようにセットされる。

第２動作点に到達するため、コンピュータ１００は、第２リッチネス設定点Ｃｒ２及び第２冷却液温度設定点ＣＴＩ２を決定し（ステップＥ５）、それに応じて噴射装置５４、サーモスタット４１、及び吸気バルブ２４をセットする（ステップＥ６）。

このステップＥ６では、この設定点の変更によって、排気マニホールド３１内の既燃ガス温度Ｔｇｂが許容温度閾値Ｔｔｈｒｅｓｈｏｌｄを超える上昇につながるリスクがある。この温度上昇を制限するために、第２冷却液温度設定点ＣＴＩ２が、第１冷却液温度閾値ＣＴＩ１より低い値で選択され得る。例えば、９０°Ｃに等しい温度が選択され得る。

冷却液の温度は急には落ち込まないが、ラジエータ４２の性能に応じて漸進的に低下すると理解されている。

冷却液の温度が設定点に到達するまでの間、既燃ガスの温度Ｔｇｂの上昇を制限するため、本発明は、リッチネスの追加分Δｒの燃料をシリンダ１１内に噴射することによって、シリンダ１１内に噴射された混合気をリッチ化することを提案する。

このように、本発明の特に有利な特徴によって、以下のステップが実施される。
−第２リッチネス設定点Ｃｒ２に追加するリッチネスの追加分Δｒを決定するステップ、
−既燃ガス温度Ｔｇｂを取得するステップ、及び
− 取得された既燃ガス温度Ｔｇｂに応じて、リッチネスの追加分Δｒを漸進的に減少させるステップ。

より正確には、図２に示すように、第２冷却液温度設定点ＣＴＩ２が第１冷却液温度設定点ＣＴＩ１よりも低いかどうかが、コンピュータ１００によって判定される（ステップＥ７）。これが該当しない場合（即ち、冷却液温度設定点ＣＴＩが変化しないか、または上昇する場合）、ステップＥ６によって、エンジンの諸要素は、引き続き第２リッチネス設定点Ｃｒ２に従って制御される。

しかし、第２冷却液温度設定点ＣＴＩ２が第１冷却液温度設定点ＣＴＩ１よりも低い場合、コンピュータ１００によって、エンジンのシリンダ１１内に噴射されるべき燃料のリッチネスの追加分Δｒが決定される（ステップＥ８）。

このリッチネスの追加分Δｒは、コンピュータ内のマップから読み取られてもよく、（本書中に下記されるように）計算されてもよい。

次いで、コンピュータ１００によって、ステップＥ８で決定された燃料のリッチネスの追加分Δｒが、ゼロであるかどうかが判定される（ステップＥ９）。

ステップＥ８で決定された燃料のリッチネスの追加分Δｒがゼロであった場合、エンジンの諸要素は、引き続き第２温度設定点ＣＴＩ２及び第２リッチネス設定点Ｃｒ２に従って制御される。

ステップＥ８で決定された燃料のリッチネスの追加分Δｒがゼロではない場合、コンピュータ１００は、噴射される混合気のリッチネスが、第２リッチネス設定点Ｃｒ２とリッチネスの追加分Δｒの合計に相当するリッチネス設定点Ｃｒと等しくなるように、噴射装置５４と吸気バルブ２４を制御する（ステップＥ１０）。

次いで、既燃ガス温度Ｔｇｂがコンピュータ１００によって取得される（ステップＥ１１）。

次いで、コンピュータ１００によって、既燃ガス温度Ｔｇｂが固定温度閾値Ｔｔｈｒｅｓｈｏｌｄよりも低いかまたは同じであるかどうかが判定される（ステップＥ１２）。

既燃ガス温度Ｔｇｂがこの温度閾値Ｔｔｈｒｅｓｈｏｌｄよりも上にある（即ちエンジンのオーバーヒートのリスクがある）限り、噴射された混合気のリッチネスＣｒは、第２リッチネス設定点Ｃｒ２と当初のリッチネスの追加分Δｒとの合計に等しいままである。

しかし、既燃ガス温度が温度閾値Ｔｔｈｒｅｓｈｏｌｄよりも下に下落するや否や（即ち、冷却液温度の下落が効果を有し始めると）、リッチネスの追加分Δｒの値を低減することによって燃料消費を制限することが狙いとなる。

これを行うため、コンピュータ１００はステップＥ８に戻り、リッチネスの追加分Δｒを再計算する。

この新たなリッチネスの追加分Δｒは、固定値が割り当てられている当初のリッチネスの追加分Δｒと等しくなるように選択されてよい。

しかし、それはまた、既燃ガス温度Ｔｇｂに（及び、該当する場合には荷重Ｃ及び速度Ｒにも）応じて、マップから読み取られてもよい。

それはまた、定数がテストベンチであらかじめ規定されている、比例積分導関数コントローラＰＩＤを用いて計算されてもよい。

次いで、リッチネスの追加分Δｒがゼロになる（冷却回路がエンジンを冷却するのに十分であり、その温度が許容値を超過しなくなる）まで、ステップＥ９からＥ１２がコンピュータによって反復される。

運転者が再びアクセルペダルを操作するや否や、上記のプロセスが中断され、それによってエンジンは新たな動作点に到達する（ステップＥ１３）。この場合、コンピュータ１００は、本方法のステップＥ５に戻る。

本方法は、内燃機関１がスイッチオフされたときに終了する。

本発明は、記載され示された実施形態に限定されないが、当業者は、任意の変形例を選択して追加することが可能である。

こうして、冷却液温度設定点ＣＴＩが、３よりも多くの値を含む（例えば、８０°Ｃ、８５°Ｃ、９０°Ｃ、９５°Ｃ、及び１００°Ｃの値を含む）第１のセットの値から選択されることが予期され得る。

別の変形形態によって、ステップＥ７において、コンピュータ１００が、新たな冷却液温度設定点ＣＴＩ２を、旧冷却液温度設定点ＣＴＩ１ではなく、冷却液温度の測定値と比較することが規定され得る。

Claims (10)

1. 内燃機関（１）の制御方法であって、
   −前記内燃機関（１）の第１動作点において、その第１の特徴的パラメータ値（Ｒ、Ｃ）を取得し、前記第１動作点の第１の特徴パラメータ値に基づいて、前記内燃機関（１）の冷却液の第１温度設定点（ＣＴＩ１）及び、前記内燃機関（１）内に入れられるべき空気及び燃料の混合気の第１リッチネス設定点（Ｃｒ１）を導出し、
   −前記第１動作点とは異なる第２動作点を通過する際、第２動作点の第１の特徴パラメータ値（Ｒ、Ｃ）を取得し、前記第２動作点の第１の特徴パラメータ値に基づいて、第２温度設定点（ＣＴＩ２）及び第２リッチネス設定点（Ｃｒ２）を導出し、
   前記第２温度設定点（ＣＴＩ２）が前記第１温度設定点（ＣＴＩ１）よりも厳密に低い場合に、
   ａ）前記第２リッチネス設定点（Ｃｒ２）に追加するリッチネスの追加分（Δｒ）を決定するステップと、
   ｂ）既燃ガス温度（Ｔｇｂ）を取得するステップと、
   ｃ）取得された前記既燃ガス温度（Ｔｇｂ）に応じた、前記リッチネスの追加分（Δｒ）の漸進的な低減、の各ステップを実施するための準備がなされることを特徴とする、制御方法。
2. ステップｃ）において、低減されたリッチネスの追加分の値（Δｒ）は、前記既燃ガス温度（Ｔｇｂ）の関数としてマップから読み取られる、請求項１に記載の制御方法。
3. ステップｃ）において、低減されたリッチネスの追加分の値（Δｒ）は、前記既燃ガス温度（Ｔｇｂ）の関数としてコントローラを用いて計算される、請求項１に記載の制御方法。
4. 前記コントローラは比例積分導関数コントローラ（ＰＩＤ）である、請求項３に記載の制御方法。
5. 各冷却液温度設定点（ＣＴＩ１、ＣＴＩ２）は、所定のマップから読み取られる、請求項１から４のいずれか一項に記載の制御方法。
6. 各冷却液温度設定点（ＣＴＩ１、ＣＴＩ２）は、個別値の第１のセットから選択される、請求項１から５のいずれか一項に記載の制御方法。
7. 前記第１のセットは最大で５つの個別値を含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の制御方法。
8. 前記第１のセットは３つの個別値である、８０°Ｃ、９０°Ｃ、及び１００°Ｃを含む、請求項１から７のいずれか一項に記載の制御方法。
9. 周囲温度Ｔａが所定の閾値よりも大きいとき、各冷却液温度設定点（ＣＴＩ１、ＣＴＩ２）は、値の第２のセットから選択され、前記第２のセットの最低値は前記第１のセットの最低値よりも大きい、請求項６から８のいずれか一項に記載の制御方法。
10. エンジンブロック（１０）と、前記エンジンブロック（１０）に外気を導入する、前記エンジンブロック（１０）内への外気の流れを制御するバルブ（２４）が設けられた吸気管（２０）と、既燃ガスを前記エンジンブロック（１０）から排出する排気管（３０）と、前記エンジンブロック（１０）内に燃料を噴射する噴射装置（５４）が少なくとも１つ設けられた、前記エンジンブロック（１０）内への燃料噴射管（５０）と、サーモスタット（４１）が設けられた前記エンジンブロック（１０）用冷却材回路（４０）とを備える内燃機関（１）であって、請求項１から９のいずれか一項に記載の制御方法を実施すること、並びに、前記冷却液温度設定点（ＣＴＩ２）及び前記リッチネス設定点（Ｃｒ２）に従い、前記リッチネスの追加分（Δｒ）を考慮に入れて、前記制御バルブ（２４）、各噴射装置（５４）、及び前記サーモスタット（４１）を制御することが可能なコンピュータ（１００）を備えることを特徴とする、内燃機関（１）。

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