JP2020537085A - 内燃機関の非燃焼液体噴射方法 - Google Patents

Abstract

内燃機関への非燃焼液体の噴射を制御する方法。内燃機関は、少なくとも１つのシリンダと、少なくとも１つの非燃焼液体噴射装置と、少なくとも１つの燃焼相判断手段と、少なくとも１つの制御ユニットとを含み得る。本方法は、燃焼相判断手段によって燃焼相を判断するステップと、燃焼相に応じて噴射される非燃焼液体の量を判断するステップとを含むことができる。【選択図】図３

Description

本明細書は、非燃焼液体を内燃機関に噴射する方法、内燃機関の対応する制御ユニット、およびコンピュータによってこの方法を実行するためのコンピュータプログラム製品に関する。

請求する主題の特別な技術的利点は、噴射された水の量を内燃機関内の現実の燃焼状態に、より正確に一致させることができることである。

水噴射は、最先端の車両用内燃機関におけるノッキング防止のための有効な手段である。さらに、内燃機関への水の噴射は、内燃機関の燃料消費量を減らすことができる。これまでのところ、水噴射制御、特に噴射される水量の判断は、特許文献１に記載されているようなフィードフォワード制御に基づいている。

特開２０１２−１１２３２６号公報 特許文献１には、車両の内燃機関としてディーゼルエンジンが記載されており、フィードフォワード制御系内の排気エネルギの損失により噴射される水量が算出される。水噴射はディーゼルエンジンの燃焼相中に行われる。

これまでに知られている水噴射方法および装置の欠点は、水噴射量が正確に判断されていないため、水タンクをかなり大きくしなければならないこと、および／または比較的短時間間隔で水を補充しなければならないことである。

添付の特許請求の範囲による請求する主題は、上記の技術的問題を克服し、内燃機関に噴射される非燃焼液体の量をより正確に制御するための方法を提供する。さらに、対応する制御装置およびソフトウェアプログラム製品も含まれる。

一態様によれば、請求する主題は、非燃焼液体の内燃機関への噴射を制御する方法を含む。好ましくは、非燃焼液体は、内燃機関のシリンダ内での燃焼中に、燃焼されない／完全には燃焼されない（すなわち、少なくとも部分的に不活性である）。より好ましくは、非燃焼液体は高い潜熱を有する気体または液体であり、液体の潜熱は水の蒸発エンタルピの少なくとも１／１０である。最も好ましくは、非燃焼液体は水である。

内燃機関は、少なくとも１つの（燃焼）シリンダと、少なくとも１つの非燃焼液体噴射装置と、少なくとも１つの燃焼相判断手段と、少なくとも１つの制御ユニットとを含み得る。

好ましくは、少なくとも１つの非燃焼液体噴射装置は水噴射装置であり、好ましくは非燃焼液体／水がシリンダ内に噴射されるように配置される。この場合、内燃機関のシリンダ毎に少なくとも１つの水噴射装置を設けることが好ましい。代替的または追加的に、少なくとも１つの非燃焼液体噴射装置は、非燃焼液体を吸気口／ダクト内に噴射できるように、内燃機関の吸気口に配置することができる。シリンダ当たり少なくとも１つの吸気口を有することが好ましい場合がある。

少なくとも１つの制御ユニットは内燃機関に一体化されてもよいか、あるいは、制御ユニットは内燃機関と遠隔の車両内の位置に配置され、制御ユニットと内燃機関は１つ以上の信号ラインを介して接続されてもよい。

好ましくは、非燃焼液体（または簡単に液体）は、燃焼サイクルの燃焼相中に噴射されない。換言すれば、液体は、燃焼が行われていないときに噴射されることが好ましい。水を噴射するためのさらに好ましいタイミングは、吸気中である。

本方法は特に、燃焼相判断手段によって燃焼相を判断するステップと、（判断された）燃焼相に応じて、噴射される非燃焼液体の量を判断するステップとを含むことができる。用語「判断すること」は、好ましくは「計算すること」および「推定すること」の意味を含む。好ましくは、燃焼相を判断することは、燃焼サイクル内の燃焼相のタイミングを判断できることを含むことができ、好ましくは噴射量は前記判断されたタイミングに基づいて判断される。この点に関して、液体の噴射量の「判断」は、噴射される液体の量（これは以前に何らかの形で既知である）が補正または調整されるという意味も含み得ることをさらに理解されたい。

判断された燃焼相は「現実の」燃焼相であり、「現実の」とは、目標または目標燃焼相と区別されると理解されるべきである。換言すれば、既知のシステムでは、例えば水を内燃機関に噴射するための目標燃焼相が予め定められ、噴射は、実際の、すなわち実燃焼相が逸脱またはシフトしたか否かを調べる可能性なしにフィードフォワード制御に基づいて行われ、例えば、燃焼相は遅れるようにシフトされてもよい。反対に、本明細書に記載されている請求する方法は、実際の／実燃焼相（またはそのタイミング）を知ることを可能にし、したがって非燃焼液体の噴射量をそれに応じて適合させることができる。したがって、上述のステップを含む方法は、非常に正確で実燃焼相／条件に精密に一致する量の非燃焼液体を内燃機関に噴射することを可能にする。これは、すなわち、車内で搬送しなければならず、かつ繰り返し補充しなければならない水などの非燃焼液体を節約することを可能にする。換言すれば、非燃焼液体用のタンクのサイズを小さくすること、および／または補充間隔を延ばすことが有利に可能である可能性がある。

さらに、燃焼相判断手段は、少なくとも１つのシリンダ内の圧力を判断（あるいは計算または推定）することができる。２つ以上のシリンダがある場合、手段は複数のシリンダ内の圧力を判断するか、またはシリンダ当たり少なくとも１つの燃焼相判断手段があるかのいずれでもよい。制御ユニットは、例えば燃焼相について、前記判断された（現実の）圧力を目標圧と比較することによって、（現実の）燃焼相を判断することができる。換言すれば、圧力を判断し、それを目標圧と比較することによって（例えば、燃焼サイクルまたは燃焼相の事前設定された時間または位置で）、燃焼相のタイミングを検出でき、これは実燃焼相が判断され、例えばそれが遅れているか否かを意味する。

１回の燃焼（動力）サイクルは数回のストロークを含み得る。圧力は、クランク角、時間または他の変数にマップすることができる。例えば圧力がクランク角にマップされる場合、予め決定されたクランク角での目標圧を前記クランク角での実圧と比較することによって、燃焼相のシフトを判断することが可能であるように、目標圧を設定することができる。予め設定されたクランク角で実圧と目標圧とが互いに乖離している場合、燃焼相はシフトしている、すなわち進んでいるまたは遅延していると判断される。あるいは、実圧と目標圧とを比較して、実圧と目標圧とが一致する点でクランク角を抽出してもよい。次いで、例えば２つの圧力が互いに一致するクランク角が所定のクランク角からずれる場合、燃焼相のシフトが判断される。さらに、上記の例におけるクランク角の代わりに、所定の事象の後のある時間、または（燃焼）圧力が互いに比較され得る燃焼サイクル中のある点を設定することを可能にする任意の他の変数も使用することができる。

例えば、好ましくは、目標圧は、シリンダ内の燃焼の全燃焼速度（ＭＦＢ５０）の５０％と一致するように設定され得る。より具体的には、目標圧は、例えば燃焼相中の上死点（ＴＤＣ）後の６°または８°などのクランク角に設定されるＭＦＢ５０で（例えば、実験、分析、シミュレーションなどによって）予想される特定の数値であると定義することができる。また、この例では、所定の圧力を他のクランク角、例えば１０°で検出する場合、燃焼相がシフトしていることが検出されることになる。あるいは、この例では、例えば８°の所定のクランク角で、判断された（現実の）圧力が目標圧からずれている場合、（現実の）燃焼相が（目標）燃焼相と比べてシフトしていると判断することができる。

判断された／実圧を目標圧と比較することは、例えば、燃焼相が目標と比較して進んでいるかまたは遅れていること、つまり、目標に基づいて設定される所定量に従って噴射が行われる場合、噴射された液体が多すぎる、または少なすぎることを示すことができる。特に、最初のケースは、噴射された液体が多すぎることと、貯水槽／タンクがすぐに空になることを意味する。現実／実際の圧力を判断することによって現実／実際の燃焼相を判断したので、噴射される液体の量を減らすことができ、これは上述の技術的利点をもたらす。

また、制御ユニットは、フィードフォワード制御により噴射される非燃焼液体の量を判断してもよい。これは、例えば、エンジン始動後の最初の燃焼サイクル中、液体噴射制御の開始後、または任意の他の所定の時点の後／任意の他の所定の時点に行われてもよい。フィードフォワード制御は、特に、水噴射量が、例えばルックアップテーブル、マップ、所定の方程式などの使用に基づいて判断されることを含み得る。制御プロセスのこの部分では、エンジンの条件／状態を判断し、それに噴射される液体の量を相関／判断することを可能にする判断パラメータが使用される。例えば、エンジン回転数がプロットされた軸と、エンジン負荷がプロットされた軸と、を含むマップを使用することができる。例えば上述の例示的なパラメータ（回転数および負荷）の値によって示されるエンジンの実際の状態に応じて、マップは噴射量の値を返すことができる。噴射された非燃焼液体（または単に液体）の量は様々な方法で表現することができるが、好ましくは、量は液体／水噴射装置を駆動するためのパルス幅に関して表現される。

上述した噴射量の判断を判断した後／上述した噴射量の判断に続いて、量を補正することができる。補正は、好ましくは次の燃焼サイクルで行われるが、これは変更することができる。噴射される液体の量は、フィードバック制御によって判断された燃焼相に基づいて補正されてもよい。ここで、フィードバック制御は特に、目標（所定の）圧力と、判断された圧力、すなわち現実／実際の圧力との間の比較の使用を必要とするものとする。２つの圧力値間の比較は、実燃焼相または現実の燃焼状態、すなわち燃焼相が進んでいるか遅れているかについての情報を提供する。特に好ましくは、遅延燃焼相の場合、補正は、噴射される液体の量を減らすために行われる。換言すれば、噴射される液体の量の視点からのフィードフォワード制御の結果は、目標圧と現実／実際に判断された圧力とを比較することによる実燃焼相の判断を含むフィードバック制御の結果に基づいて、現実／実際の燃焼条件／位相に適合される。

さらに、本方法は、好ましくは１つ以上の制御ユニット、例えば、エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）は、好ましくは、例えば負荷および回転数を用いて、エンジンの負荷またはマルチパラメータ定義状態などの所定のエンジン状態／条件に基づいて、噴射される非燃焼液体の量を判断することを含むことができる。方法はさらに、好ましくは、燃焼相判断手段自体によって、または燃焼相判断手段によって判断／測定された値に基づいて制御ユニットによって行うことができるシリンダ内の上述した実圧を判断することができる。前記手段は圧力判断手段であり得る。さらにまた、本方法は、それによってまたはそれを使用して（実）燃焼相を判断するために、前記判断された圧力を目標圧と比較するステップを含むことができる。比較結果に応じて、噴射される非燃焼液体の量は、比較結果に基づいて補正されてもよい。本方法は、既知の方法と比較してわずかな追加のハードウェア部品および計算労力で実行することができるが、それは液体噴射量の正確さを増大させ、複雑でないシステムの非燃焼液体の使用効率を改善できるという技術的利点をもたらし、それぞれ補給間隔は長くなり、タンクサイズは小さくできる。

さらに、特にシリンダ内の圧力を判断するステップ、判断された圧力を目標圧と比較するステップ、および噴射される非燃焼液体の量を補正するステップは、好ましくは繰り返す方式またはループで実行されてもよい。より好ましくは、この「制御ループ」は１燃焼サイクル中に少なくとも１回繰り返されてもよい。補正量は、フィードフォワード制御によって判断された第１の量であることが好ましい。あるいは、補正量は、直前の燃焼サイクルまたは制御ループの量である量であり得る。補正のために、好ましくは、（補正された）噴射される非燃焼液体の量が、後続の燃焼サイクルにおいてそれを使用するために記憶される。記憶手段は、例えば、制御ユニットの部材とすることができる。しかしながら、記憶手段は他の場所に配置されてもよい。

方法ステップ、特に「制御ループ」ステップは、例えば計算ユニット、プロセッサ、または制御ユニットの他の任意の処理ユニットを使用することによって、制御ユニット内で実行することができる。

制御を繰り返すことで、燃焼相が２回以上シフトする場合でも、噴射された非燃焼液体の量を正確に保つことを確実にする。

さらに、前述のように、制御ユニットは、判断された（実）燃焼相が目標燃焼相と比較して遅れる場合、フィードフォワード制御によって判断された量と比較して噴射される非燃焼液体の量を減らすことができる。噴射量の変更／補正は、補正マップ、補正ルックアップテーブル、式などのような補正手段を使用する別個のユニット、制御ユニットのサブユニット、または制御ユニットによって実行されてもよい。後者の手段によって計算の労力を減らすことができる。

さらに、燃焼相判断手段は、少なくとも部分的にシリンダ内に設置された圧力センサとすることができる。代替的にまたは追加的に、クランク角を取得するクランク角センサを使用することができる。センサによって提示／測定された信号／値に基づいて、制御ユニットまたは他の任意の処理手段が燃焼圧を計算／判断することができる。圧力センサを使用する場合、圧力を判断する計算労力は制御ユニットにとってより低いが、圧力センサをシリンダ内に設置することはシステムの複雑さを増大させる可能性がある。クランク角センサを使用すると、計算労力はわずかに高くなるが、ハードウェア、すなわち内燃機関内のシステムの複雑さは、シリンダ内に設置された圧力センサと比較して低い。それにもかかわらず、実圧の判断を効率的に実行でき、したがって実燃焼相は低い計算コストで確実にかつ迅速に判断することができる。

さらに、内燃機関はガソリンエンジンであることが好ましく、噴射液体はエンジンの燃焼相の外側で噴射されて燃料効率を改善することがさらに好ましい。

さらに、請求する主題は、上述の方法／本方法の態様による方法を実行するように構成されてもよい内燃機関の制御ユニット、好ましくはＥＣＵ、ならびに制御ユニットを含み得る内燃機関を含んでもよい。「含む」とは、制御ユニットがエンジンと物理的に一体化されていること、または制御ユニットが遠隔に配置されているが信号ラインなどによって接続されていることを意味してもよい。

さらに、請求する主題は、コンピュータまたはコンピューティングユニットによって実行される場合、コンピュータに上記の方法またはその態様を実行させる命令を含むメモリに格納可能なコンピュータプログラム製品と、コンピュータによって実行される場合、コンピュータに前記方法またはその態様を実行させる命令を含むコンピュータ可読（記憶）媒体とを含んでもよい。

要約すると、請求する主題は、特に内燃機関の燃焼相が遅れている場合に、水噴射式内燃機関で使用される水の量を減らすことを可能にする。

以下において、請求する主題は、添付の例示的図面を参照しながら、本発明の少なくとも１つの好ましい例に基づいてさらに説明される。

内燃機関の部品の断面図を示す。 水噴射装置を示す。 特許請求する制御方法の制御システムを示す。 特許請求する制御方法のフローチャートを示す。 燃焼相のタイミングと比較して噴射される水の量を示す曲線の一例を示す。 クランク角センサを有するシリンダ１００の断面図を示す。 クランク角センサ信号に基づいて燃焼圧を判断する特許請求する方法のフローチャートを示す。

図１は、他に特定されていない内燃機関の例示的なシリンダ１００を示しており、２つ以上のシリンダ１００を有していてもよい。エンジンは、例えば、２つ、３つ、４つ、６つ、８つまたはそれより少ない／多いシリンダ１００を有することができる。シリンダ１００は燃焼室１を含み、その中にコンロッド３を有するピストン２が移動可能に配置されている。コンロッド３は、請求する主題の燃焼室１内の圧力を判断する態様に関して後述するクランクシャフト２５に接続されている。

吸気弁６を有する（空気）吸気口４と、排気弁７を有する排気口５とが燃焼室１に接続されている。外気は、吸気口４を通って燃焼室１内に吸い込まれる。排気口５を介して排気ガスが燃焼室１から排出される。スパークプラグ１２ａと点火コイル１２ｂとを含む火花点火ユニット１２が内燃機関に取り付けられている。火花点火ユニット１２は、好ましくは可変火花持続時間または複数火花点火を提供する。内燃機関（ｉｎｔｅｒｎａｌ ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ｅｎｇｉｎｅ、あるいは省略して「ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ｅｎｇｉｎｅ」または「ｅｎｇｉｎｅ」）は、１つ以上の火花点火ユニット１２を有することができる。好ましくは、内燃機関はシリンダ１００当たり少なくとも１つの火花点火ユニット１２を有する。スパークプラグ１２ａおよび燃料噴射装置８、または少なくともその一部は、火花および燃料を燃焼室１内に導入／噴射することができるように、燃焼室１の内部に接続されている。燃料噴射装置８の高圧燃料供給は図示されていない。燃料噴射装置８は、好ましくは直接燃料噴射装置８である。さらに、燃料噴射装置８は、好ましくは電気油圧式燃料噴射装置または圧電式燃料噴射装置であってもよい。

内燃機関は、図１に示すように、１つ以上の吸気弁整相アクチュエータ１０および／または１つ以上の排気弁整相アクチュエータ１１を備えることができる。吸気弁整相アクチュエータ１０は、好ましくは早期の吸気弁閉鎖を実現するために使用される。排気弁整相アクチュエータ１１は、好ましくは残留ガスを調整するために、および／または排気弁開弁タイミングを変えるために使用される。弁整相アクチュエータ１０、１１は、好ましくは油圧式アクチュエータまたは電気式アクチュエータである。吸気弁および排気弁の開閉タイミングを制御する他の手段を追加的または代替的に適用することができる。またさらに、以下に説明する態様において他に示されない限り、本明細書に請求する主題はまた、吸排気弁開閉タイミング手段を有さない内燃機関を伴い得る。

また、非燃焼液体噴射装置９は、シリンダ１００の吸気口４に接続されている。最も好ましくは噴射される液体は水であるので、高い蒸発エンタルピを有する他の液体を同様に使用することはできるが、用語「水噴射装置」は非燃焼液体噴射装置９の一具体例として使用される。水噴射装置９は、４バールまでの噴射圧力を有する低圧噴射装置または４バールを超える噴射圧力を有する高圧噴射装置とすることができる。（図１に示すように）吸気口４に接続された水噴射装置９の代替として、またはそれに加えて、１つ以上の水噴射装置９を１つのシリンダ１００のシリンダ壁１４に接続して直接水を燃焼室１に噴射することができる。

さらに、図１は、火花点火ユニット１２、弁整相アクチュエータ１０、１１、直接燃料噴射装置８および水噴射装置９に電気的に接続されているコントローラ１３を示している。一例として、クランク角信号、吸入空気量、水温、燃焼圧などの入力信号を図１に示す。しかしながら、他の入力信号、あるいはより多いまたはより少ない入力信号がコントローラ１３に入力されてもよい。コントローラ１３は、複数のユニット／噴射装置／アクチュエータを制御する。コントローラ１３は、例えばエンジン制御ユニット（ＥＣＵ）であり得る。コントローラ１３は他の制御装置であってもよく、コントローラ１３と被制御ユニットとの間の信号ライン接続は図１の例と異なっていてもよい。例えば、被制御ユニットのサブグループを制御できる複数のコントローラ１３があってもよく、例えば一方のコントローラ１３−１は燃料噴射装置のみを制御し、他方のコントローラ１３−２は水噴射装置９のみを制御することができるなどである。さらに、複数のコントローラ１３がある場合、これらのコントローラ１３を互いに階層的にまたは他の方法で相互接続することができる。

図２は、非燃焼液体が水である態様の水噴射装置１０１を示す。水噴射装置１０１は、水タンク１５と、水パイプ／管１７を介して水タンク１５から水噴射装置９に水を供給することができる水ポンプ１６とを有する。水噴射装置９および水ポンプ１６は、信号ライン１８を介してコントローラ１３と電気的に接続されている。コントローラ１３は、とりわけ、噴射パルス幅／時間、噴射圧力および／または噴射タイミングを制御することができる。例えば、コントローラ１３は、エンジン内に噴射される水の量を変えることができるように、噴射パルス幅／時間を変えるように適合させることができる。上述したように、水噴射装置９は、水が燃焼室１内に直接噴射されるように構成されてもよい。代替的にまたは追加的に、水噴射装置９は、燃焼室１内に吸引された空気の流れの中に水を噴射することができるように吸気口４に接続されてもよい。水は、空気と水の（均一な）混合物を形成するようにさらに噴射することができる。

図２による水噴射装置１０１は、複数の水噴射装置９を接続するための液体レールなどの、温度、圧力等用のセンサなどの、さらなる信号ラインなどの、さらなる水等を再循環するためのさらなる水ライン／管などの、弁などの、および／またはさらなるアクチュエータ、ポンプ等などのさらなる図示省略したおよび／または任意選択的部材を含んでもよい概略例である。

図３は、内燃機関に噴射される非燃焼液体、例えば水の量を変えるために特に使用される制御方法の態様を示す。フィードフォワード制御部２１は、好ましくは液体噴射制御パルス幅／持続時間を設定することによって、噴射される水の量を設定するために使用される。フィードフォワード制御部２１（および図３に示す他の部分）は、コントローラの一部として、そのサブユニットとして、独立型コンピューティングユニットなどとして実現することができる。フィードフォワード制御部２１は、エンジンの（所定の）状態または条件に基づいて、水噴射量または対応する制御パルスを設定してもよい。例えば、これは、回転数、負荷などの所定の内燃機関状態パラメータに基づいて行われてもよい。図３では、フィードフォワード制御部２１が、（制御パルスの設定を介して）噴射される水量を設定するために、回転数（Ｎｅ）およびエンジン負荷のパラメータを含むマップを使用する例が示されている。フィードフォワード制御部２１は、他のパラメータも含み得る複数のそのようなマップを含み得る。また、フィードフォワード制御部２１は、追加または代替的に、水量／制御パルスを設定するために読み出されるテーブルを含んでいてもよい。追加または代わりに、フィードフォワード制御部２１は、それぞれ所定の運転状況および内燃機関状態において噴射される水の量／制御パルスを設定するための他の手段を使用してもよい。

フィードフォワード制御部２１は、少なくとも噴射される水の量の値を示す制御信号を出力する。好ましくは、噴射される水の量はパルス幅／持続時間によって表される。フィードフォワード制御部２１によって出力された信号は、少なくともフィードバック制御部２２からの出力（信号）をさらに受ける合成ユニット２３に入力される。合成ユニット２３は、入力された２つの信号を合成してもよい。例えば、図３は、フィードバック制御部２２からの出力がフィードフォワード制御部２１の出力から減算されることを示している。これについては以下でさらに詳細に説明する。

フィードバック制御部２２は、様々な任意選択的副部を含み得る。フィードバック制御部２２の好ましい構成の一例を図３に模式的に示す。フィードバック制御部は、目標圧および現実の／判断された圧力を示す入力（信号）を少なくとも受け取ることを示す。フィードバック制御部２２で受信された入力を用いて、燃焼相が判断され得る。例えば、フィードバック制御部２２で受信された入力を用いて、例えば調査時に燃焼サイクルの燃焼相が存在するか否かを調べることができ、又、好ましくは、フィードバック制御部２２で受信された入力を用いて、燃焼相が通常のタイミングから逸脱しているか否か、すなわち燃焼相がタイミングより進んでいるかまたは遅れているか否かを判断することができる。これは、好ましい例として、目標圧を判断された／実圧と比較することによって実行することができる。例えば、燃焼サイクルの特定の時点および／または特定のクランク角での圧力は、所与の値を有するか、または所与の値の範囲内であり、これが目標圧であると定義することができる。目標圧は、コントローラのメモリに格納されていてもよいテーブル、マップなどから読み取ることができる。さらに上記の例では、目標圧は燃焼サイクルの所定の状態を示し、それにより、所定の状態における実圧が目標圧と一致するか否かが測定される場合、燃焼相がタイミングより遅れているかまたは進んでいるかを知ることができる。換言すれば、目標圧は、燃焼サイクル中の任意の圧力であってよく、それに基づいて、燃焼サイクルまたはその燃焼相が進んでいるか、「時間通り」であるか、または遅れているかを判断することができる。特に好ましい目標圧は、燃焼サイクルの燃焼相中の上死点の後、全燃焼速度の５０％の燃焼速度（ＭＦＢ５０）で予想される圧力であるか、または６°〜１０°の範囲のクランク角または６°または８°などの特定の値で予想される圧力であり得る。

実圧または判断圧力は、圧力判断手段１９によって測定された圧力である。これは、例えば、（図１に概略的に示すように）燃焼室１内に（少なくとも部分的に）配置された圧力センサ２０であってよく、これは燃焼室１内の圧力を判断または測定する。圧力判断手段１９の構成／態様のさらに好ましい選択肢については後述する。圧力判断手段１９によって判断された圧力は、信号によってフィードバック制御部２２に直接送信されてもよく、またはコントローラ１３を介して送信されてもよい。

フィードバック制御部２２は、上述した２つの入力圧力値を比較するように適合される少なくとも１つの比較部２２ａを有する。比較部２２ａは、ＣＰＵ等でもよいし、２つの値を比較して比較結果を出力するための特殊設計の電気回路でもよい。本例では、比較部２２ａの出力は、好ましくは２つの入力圧力値の差を示す圧力差値（Δｐ）であってもよい。圧力差Δｐがゼロに等しくない場合、燃焼サイクルタイミングはタイミングが進んでいるかまたは遅れている。タイミングが進んでいるかまたは遅れている場合、フィードバック制御部２２は、合成ユニット２３に入力される補正量（信号）を出力する。例えば、タイミング／燃焼相が遅れていると判断される場合、フィードバック制御部２２は、フィードフォワード制御部２１により設定された噴射水量を減少させるための補正量信号を出力する。また、好ましくは、フィードバック制御部２２は、フィードバック制御部２２が出力する補正量を判断／算出／推定するための演算手段を含み得る可変部２２ｃを含み得る。なお、可変部２２ｃは、テーブル、マップ、数式などの他の選択肢を用いて補正量を求めてもよい。図３では、ルックアップマップが例として示されている。なお、可変部２２ｃがフィードバック制御部２２に含まれていない場合、補正量の判断／算出／推定は、フィードバック制御部２２の外部、例えばコントローラ１３のうちの１つ内で行われてもよい。フィードバック制御部２２のさらに好ましい副部は、好ましくは比較部２２ａと可変部２２ｃとの間に設定され得る利得２２ｂを含み得る。

上述したように、合成ユニット２３は、フィードフォワード制御設定水噴射量（好ましくは制御パルス幅／持続時間として表される）とフィードバック制御部２２から入力される補正量との少なくとも２つの入力値を組み合わせる。合成ユニット２３のＣＰＵまたは特定の電気回路によって実行された合成の後、合成ユニット２３は補正量、例えば、補正された液体噴射パルス幅などを水噴射装置９を制御するコントローラ１３へ出力する。あるいは、出力は、水噴射装置９を制御するコントローラ１３に制御信号を送る任意の出力ユニット２４によって実行されてもよい。上述した水噴射量のフィードフォワード制御と（閉ループ）フィードバック制御との組み合わせにより、内燃機関に噴射する正確な水量のより高い精度を達成することができる。特に燃焼サイクルがシフトした場合、例えば遅れている場合、水量は正確に調節され、水は水利用効率の利益のために節約される。

図４は、特許請求する制御方法を実行する場合に実行される一連のステップの例をさらに説明する。第１のステップでは、燃焼圧相が判断される。これは特に、圧力判断手段１９による実圧の測定／判断／計算を含み、これは、請求する主題の一態様では、シリンダ１００またはその燃焼室１に含まれる１つ以上の圧力センサを含むことができる。このステップが完了すると、判断された圧力は目標の圧力と比較される。目標は、燃焼相中の上死点後の全燃焼速度の５０％（ＭＦＢ５０）の時点での圧力、あるいは６°、８°または１０°などのクランク角での圧力であり得る。２つの圧力値が互いに一致する場合、燃焼相が判断され、より具体的には、燃焼相は時間どおりであると判断される。２つの圧力値が一致しない場合、燃焼相が遅れているか否か、このステップまたはサブステップで調べられる。これが分かると、フィードバック制御のさらなるステップが実行され、それによって噴射される水量が減少される。図４は燃焼相の遅れが分かった場合の水量の減少を示すのみである。一態様によれば、燃焼相の遅れが分かった場合に噴射水量を減少させるステップのみがあってもよい。しかしながら、別の態様では、燃焼相が早い場合、すなわちタイミングより進んでいる場合に補正を実行することもできる。

補正（図４のｙｅｓルート）またはフィードフォワード制御のみ（図４のｎｏルート）のいずれかによって正しい／補正された水噴射量が設定されると、水噴射装置９は設定量を噴射するように制御される。好ましくは、噴射は燃焼相の外側で行われ、最も好ましくは、燃焼相の前の空気の吸入中に行われる。現在のループの減少量は、上述のステップの次のループの開始点として使用できるように格納される。

図５は、空気中の水の量を水−空気比として、クランク角の相違度として表されるＭＦＢ５０からの偏差に関連付ける曲線の例を示す。前に判断された曲線は、燃焼相の判断の正確さが噴射された水の量にかなりの影響を及ぼすことを裏付ける傾向を概略的に示している。換言すれば、燃焼相が１°遅れていると判断される場合、噴射水量を最大で約６％減らすことができる。したがって、請求する主題は、現実の／判断された圧力値に基づいて水噴射量を補正する上述の方法により、かなりの量の水を節約することを可能にする。

図６Ａおよび図６Ｂは、本態様において好ましくは歯２６ｂを有するクランクシャフト２５のクランク角に基づいて、燃焼室１内の圧力を判断する態様をさらに示す。ステップは異なる順序で実行されてもよい。この判断方法を実行するために、圧力判断手段１９は、図６Ａに概略的に示されるように、歯２６ｂを検出するための少なくとも１つの検出器２６ａを有する。一例として、検出器２６ａは、好ましくは、光学手段または磁界などによって歯２６ｂを計数することができる。検出器２６ａは、クランクシャフト２５に近い空間に配置されてもよい。図６Ｂに示すように、１つ以上のコントローラ１３は、第１のステップで検出器２６ａからセンサ信号を取得することができる。続いて、パルス信号などのセンサ信号を使用してクランクシャフト２５の回転速度を計算し、このステップの後、サンプル、すなわちクランクシャフト２５を保持または停止させることができる（サンプルを止めることなく別の方法で回転速度差を測定することも可能である）。それから、回転速度の差が得られ、差を構築した２つの回転速度値間の時間ステップ／期間でそれを除算し、得られた値（ωの一次導関数）に、以下で「Ｊ」という記号が付される慣性を乗じる。図６Ｂに示されるこれらのステップによって、
クランクシャフト２５のトルク「τ」は、以下の式（１）に基づいて判断／計算される。

トルクτの値により、燃焼圧力ｐは以下の式（２）に基づいて計算することができる。

Ａはピストンの有効平方、Ｒはコンロッド半径、φはクランク角、θはピストンに接続されたロッドの角度である（図６Ａ参照）。

上述の方法に従って判断された圧力は、それが目標圧から逸脱しているか否かを判断するために使用されて、燃焼相のタイミングがシフトしているか否かを知ることができる。換言すれば、噴射される非燃焼液体の量を補正／調整する上述の方法は、１つ以上の圧力センサ、あるいは図６Ａおよび図６Ｂに関連して説明される燃焼圧を判断する方法またはそれらの組合せを使用することができる。

上記は特定の態様および実施例によって実行される特定の動作順序を説明しているが、そのような順序は例示であり、別の選択肢によって別の順序で動作を実行し、特定の動作を組み合わせ、特定の動作を重ねるなどできることを理解されたい。本明細書における所与の態様への言及は、記載された態様が特定の特徴、構造、または特性を含み得ることを示しているが、すべての態様は必ずしも特定の特徴、構造、または特性を含む必要はない。本明細書に記載され、図によって示される特徴は、組み合わせることができる。本明細書に記載され請求する主題はまた、独立請求項の範囲内にある限りこれらの組み合わせをも含むものとする。

説明および図面は単に提案された方法、装置およびシステムの原理を例示するにすぎないことに再び留意されたい。したがって、本明細書では明示的に説明または図示していないが、請求する主題の原理を具体化し、その精神および範囲内に含まれる様々な構成を当業者が考案できることが理解されよう。

さらに、記載されたシステムの上述された様々な方法のステップおよび構成要素は、プログラムされたコンピュータによって実行され得ることに留意されたい。本明細書では、いくつかの実施形態はまた、機械またはコンピュータ可読であるプログラム記憶装置、例えば、例えばデジタルデータ記憶媒体を網羅し、機械実行可能またはコンピュータ実行可能な命令のプログラムを符号化することを意図し、前記命令は上述した前記方法のステップの幾つかまたはすべてを実行する。プログラム記憶装置は、例えば、デジタルメモリ、磁気ディスクおよび磁気テープなどの磁気記憶媒体、ハードドライブ、または光学的に読み取り可能なデジタルデータ記憶媒体とすることができる。実施形態はまた、上述の方法の前記ステップを実行するようにプログラムされたコンピュータを網羅することを意図している。

さらに、本明細書に記載されている様々な要素の機能は、専用のハードウェア、ならびに適切なソフトウェアと関連してソフトウェアを実行することができるハードウェアの使用を通じて提供され得ることに留意されたい。プロセッサによって提供される場合、機能は、単一の専用プロセッサ、単一の共用プロセッサ、または複数の個別プロセッサによって提供されてもよく、それらのうちのいくつかは共有されてもよい。さらに、「プロセッサ」または「コントローラ」という用語の明示的な使用は、ソフトウェアを実行することが可能なハードウェアを排他的に指すと解釈されるべきではなく、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）ハードウェア、ネットワークプロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、ソフトウェアを格納するためのリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、および不揮発性記憶装置を暗黙的に含んでもよいが、これらに限定されない。従来のおよび／またはカスタムの他のハードウェアも含めることができる。

最後に、本明細書における任意のブロック図は、請求する主題の原理を具体化する例示的な回路の概念図を表すことに留意されたい。同様に、任意のフローチャート、フロー図、状態遷移図、疑似コードなどは、実質的にコンピュータ可読媒体において表すことができ、したがってそのようなコンピュータまたはプロセッサが明示的に示されているか否かに関わらず、コンピュータまたはプロセッサによって実行され得る様々なプロセスを表すことが分かる。

１ 燃焼室
２ ピストン
３ コンロッド
４ 吸気口
５ 排気口
６ 吸気弁
７ 排気弁
８ 燃料噴射装置
９ 非燃焼液体／水噴射装置
１０ 吸気弁整相アクチュエータ
１１ 排気弁整相アクチュエータ
１２ 火花点火ユニット
１２ａ スパークプラグ
１２ｂ 点火コイル
１３ コントローラ
１４ シリンダ壁
１５ （水）タンク
１６ （水）ポンプ
１７ （水）パイプ
１８ 信号ライン
１９ 圧力判断手段
２０ 圧力センサ
２１ フィードフォワード制御部
２２ フィードバック制御部
２２ａ 比較部
２２ｂ 利得
２２ｃ 可変部
２３ 合成ユニット
２４ 出力ユニット
２５ クランクシャフト
２６ａ クランク角センサ（クランクシャフト歯検出器）
２６ｂ クランクシャフト歯
１００ シリンダ
１０１ （水）噴射装置

Claims (12)

1. 内燃機関への非燃焼液体の噴射の制御方法であって、前記内燃機関は、少なくとも１つのシリンダ（１００）、少なくとも１つの非燃焼液体噴射装置（９）、少なくとも１つの燃焼相判断手段および少なくとも１つの制御ユニット（１３）を含み、
   前記方法は、
   −前記燃焼相判断手段によって前記燃焼相を判断するステップと、
   −前記燃焼相に応じて、噴射される非燃焼液体の前記量を判断するステップと
   を含む、方法。
2. 前記燃焼相判断手段は前記シリンダ（１００）内の圧力を判断し、前記制御ユニット（１３）は前記判断された圧力を目標圧と比較することによって前記燃焼相を判断することを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記制御ユニット（１３）は、フィードフォワード制御によって前記噴射される非燃焼液体の量を判断し、フィードバック制御によって、判断された燃焼相に基づいて噴射される前記非燃焼液体の前記量を補正することを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. 前記制御ユニット（１３）が、
   −内燃機関の状態に基づいて、噴射される非燃焼液体の前記量を判断し、
   −圧力判断手段（１９）である前記燃焼相判断手段によって前記シリンダ（１００）内の圧力を判断し、
   −前記燃焼相を判断するために、前記判断された圧力を前記目標圧と比較し、
   −前記比較結果に基づいて、噴射される非燃焼液体の前記量を補正する
   ことを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記制御ユニット（１３）は、少なくとも前記シリンダ（１００）内の圧力を判断するステップと、前記判断圧力を目標圧と比較するステップと、噴射される非燃焼液体の前記量を補正するステップとを繰り返し実行し、噴射される非燃焼液体の前記補正量は、後続の燃焼サイクルにおいて使用するために記憶されることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記制御ユニット（１３）は、前記判断された燃焼相が目標燃焼相と比較して遅れる場合、フィードフォワード制御によって判断された前記量と比較して噴射される非燃焼液体の前記量を減らすことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記燃焼相判断手段は、前記シリンダ（１００）内に設置された圧力センサ（２０）および／またはクランク角を取得するクランク角センサ（２６ａ、ｂ）であり、それに基づいて、前記制御ユニット（１３）が前記燃焼圧を計算することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記内燃機関がガソリンエンジンであることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
9. 請求項１から８のいずれか一項に記載の前記方法を実行するように構成された内燃機関の制御ユニット。
10. 請求項９に記載の前記制御ユニット（１３）を含む内燃機関。
11. コンピュータによって実行されると、請求項１から８のいずれか一項に記載の前記方法を前記コンピュータに実行させる命令を含むメモリに格納可能なコンピュータプログラム製品。
12. コンピュータによって実行されると、請求項１から８のいずれか一項に記載の前記方法を前記コンピュータに実行させる命令を含むコンピュータ可読（記憶）媒体。

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