JP4391051B2 - 内燃機関の運転方法 - Google Patents

Description

【０００１】
従来の技術
本発明は、第１の運転方式においては吸気行程の間に、または第２の運転方式においては圧縮行程の間に、燃料が直接燃焼室内に噴射され且つ点火され、および空気／燃料混合物がタンク通気装置を介して燃焼室内に吸い込まれる、特に自動車の内燃機関の運転方法に関するものである。同様に、本発明は、特に自動車の内燃機関用制御装置並びに特に自動車用内燃機関に関するものである。
【０００２】
このような方法、このような制御装置およびこのような内燃機関は、例えばいわゆるガソリン直接噴射において既知である。ここでは、燃料は、均質燃焼運転においては吸気行程の間に、または成層燃焼運転においては圧縮行程の間に、内燃機関の燃焼室内に噴射される。均質燃焼運転は特に内燃機関の全負荷運転に対して行われ、一方、成層燃焼運転はアイドル運転および部分負荷運転に適している。このような直接噴射内燃機関においては、例えば要求トルクの関数として前記運転方式間で切換が行われる。
【０００３】
均質燃焼運転において、タンク通気を介して空気／燃料混合物を燃焼室に供給することができる。吸気行程の間に燃焼室内に直接噴射された燃料質量は点火に至るまで均質に旋回されるので、全体として燃焼室内に均質混合物が発生する。したがって、燃焼室内の空気／燃料混合物の空気過剰率λ（空燃比を表す）は、λ制御（ラムダ制御）によりλ＝１に操作および／または制御することができる。
【０００４】
このように、均質燃焼運転において、このようなタンク通気を介して、燃料が蓄積された活性炭フィルタを再生することができる。これにより、燃料タンク内で蒸発された燃料をタンク通気を介して使用することができる。
【０００５】
成層燃焼運転においては、タンク通気を介して吸い込まれた空気／燃料混合物がその少ない燃料成分に基づいてきわめてリーンとなり、したがって点火されず、これにより未燃燃料が大気中に放出されるという危険性が存在する。
【０００６】
蒸発された燃料の大気中への放出を同時にできるだけ少なくし、しかもできるだけ少ない燃料消費量がそれにより達成される内燃機関の運転方法を提供することが本発明の課題である。
【０００７】
この課題は、冒頭記載のタイプの方法において、本発明により、第３の運転方式において、タンク通気を介してリーンな空気／燃料混合物が燃焼室内に吸い込まれ、且つそれに追加して、吸気行程においておよび圧縮行程において燃料が燃焼室内に噴射されることにより解決される。それぞれ冒頭記載のタイプの制御装置および内燃機関において、この課題はそれに対応して解決される。
【０００８】
第３の運転方式は均質燃焼運転と成層燃焼運転との組み合わせを示す。特に吸気行程の間に燃料を噴射することにより、タンク通気を介して吸い込まれたそれ自身きわめてリーンな空気／燃料混合物がよりリッチとなり、したがって点火可能となることが達成される。これにより、内燃機関の燃焼室内に存在する全体の空気／燃料混合物を点火プラグにより点火し且つ燃焼することができる。
【０００９】
このように、一方で、タンクから蒸発した燃料がタンク通気を介して再び燃焼室に供給され且つそこで使用される。他方で、タンク通気を介して供給された空気／燃料混合物がリーンな場合においても、燃焼室内で燃焼が行われ、したがって未燃燃料が大気に放出されることはない。
【００１０】
本発明の有利な実施態様においては、タンク通気を介して吸い込まれた空気／燃料混合物のλ（空気過剰率）が決定される。この場合、空気過剰率λが、空気／燃料混合物の濃度の関数として、および／または吸込空気質量の関数として決定されるとき、それは有利である。
【００１１】
本発明の他の有利な実施態様においては、空気過剰率λが所定の値より大きいときにのみ、第３の運転方式が実行される。したがって、所定の値を用いて、タンク通気を介して吸い込まれた空気／燃料混合物が十分にリッチであり、したがって点火可能であるか、またはきわめてリーンであり、したがって点火可能でないかを区別することができる。後者の場合、このとき第３の運転方式を実行可能であるが、前者の場合にはこれは必ずしも必要ではない。
【００１２】
本発明の他の有利な実施態様においては、追加燃料の、圧縮行程と吸気行程とへの分配が、タンク通気を介して供給される燃料の関数として決定される。これにより、燃焼室に供給された全体の燃料質量を、内燃機関により発生されるトルクに適合させることが可能である。
【００１３】
本発明による方法の実行が、特に自動車の内燃機関の制御装置に対して設けられている制御要素の形で行われることが特に重要である。この場合、計算装置上特にマイクロ・プロセッサ上で実行可能であり且つ本発明による方法を実行するために適しているプログラムが制御要素上に記憶されている。即ち、この場合には、本発明は制御要素上に記憶されているプログラムにより実行されるので、プログラムが設けられているこの制御要素は、プログラムがその実行に適している本方法と同様に本発明を示している。制御要素として、特に電気式記憶要素例えばリード・オンリー・メモリまたはフラッシュ・メモリが使用されてもよい。
【００１４】
本発明のその他の特徴、適用可能性および利点が、図に示されている本発明の実施態様に関する以下の説明から明らかである。この場合、記載または図示されているすべての特徴は、それ自身または任意の組み合わせで本発明の対象を形成し、このとき、特許請求の範囲内のそれらの要約またはそれらの引用並びに明細書ないし図面におけるそれらの形式ないし図示とは無関係である。
【００１５】
図１に自動車の内燃機関１が示され、内燃機関１において、ピストン２がシリンダ３内で往復運動可能である。シリンダ３に燃焼室４が設けられ、燃焼室４は、特にピストン２、吸気弁５および排気弁６により囲まれている。吸気管７が吸気弁５と結合され、および排気管８が排気弁６と結合されている。
【００１６】
吸気弁５および排気弁６の範囲内で、噴射弁９および点火プラグ１０が燃焼室４内に突出している。噴射弁９を介して燃料を燃焼室４内に噴射可能である。点火プラグ１０により燃焼室４内の燃料を点火可能である。
【００１７】
吸気管７内に旋回可能な絞り弁１１が設けられ、絞り弁１１を介して吸気管７に空気を供給可能である。供給空気量は絞り弁１１の角度位置の関数である。排気管８内に触媒１２が設けられ、触媒１２は燃料の燃焼により発生した排気ガスの浄化を行う。
【００１８】
燃焼室４内の燃料の燃焼によりピストン２に往復運動が与えられ、この往復運動は図示されていないクランク軸に伝達され且つクランク軸にトルクを与える。排ガス循環配管１３が排気管８と吸気管７とを結合している。排ガス循環配管１３内に排ガス循環弁１４が設けられている。このように全体で排ガス循環が形成される。排ガス循環は存在してもよいが、必ずしも存在する必要はない。
【００１９】
活性炭フィルタ１５はタンク通気配管１６を介して吸気管７と結合されている。タンク通気配管１６内にタンク通気弁１７が設けられている。活性炭フィルタ１５は燃料タンクに付属されている。燃料タンクから蒸発された燃料は活性炭フィルタ１５内に捕獲され且つ中間貯蔵される。タンク通気弁１７が開かれたとき、中間貯蔵された燃料はタンク通気配管１６を介して吸気管内に吸い込まれる。このように全体でタンク通気が形成されている。
【００２０】
制御装置１８に、センサにより測定された内燃機関１の運転変数を示す入力信号１９が供給される。例えば、制御装置１８は、空気質量流量センサ、λセンサ（Ｏ₂センサ又は酸素濃度センサ）、回転速度センサ等と結合されている。さらに、制御装置１８は加速ペダル・センサと結合され、加速ペダル・センサは、ドライバにより操作される加速ペダルの位置したがって要求トルクを与える信号を発生する。制御装置１８は、アクチュエータないし調節装置を介して内燃機関１の特性をそれにより調節可能な出力信号２０を発生する。例えば、制御装置１８は、噴射弁９、点火プラグ１０、絞り弁１１およびタンク通気弁１７等と結合され且つこれらを操作するために必要な信号を発生する。
【００２１】
特に、制御装置１８は、内燃機関１の運転変数を操作および／または制御するように設計されている。例えば、噴射弁９により燃焼室４内に噴射された燃料質量は、制御装置１８により特に少ない燃料消費量および／または少ない有害物質排出を考慮して操作および／または制御される。このために、制御装置１８にマイクロ・プロセッサが設けられ、マイクロ・プロセッサは、記憶媒体特にフラッシュ・メモリ内に、上記の操作および／または制御を実行するのに適しているプログラムを記憶している。
【００２２】
内燃機関１の第１の運転方式いわゆる均質燃焼運転においては、絞り弁１１は希望トルクの関数として部分開閉される。燃料は、ピストン２により形成された吸気行程の間に噴射弁９により燃焼室４内に噴射される。噴射された燃料は、同時に絞り弁１１を介して吸い込まれた空気により旋回され、これにより燃焼室４内にほぼ均等に分配される。その後に、燃料／空気混合物は圧縮行程の間に圧縮され、次に点火プラグ１０により点火される。点火された燃料の膨張により、ピストン２が駆動される。発生トルクは、均質燃焼運転においては特に絞り弁１１の位置の関数である。有害物質の発生を少なくする観点から、燃料／空気混合物はできるだけ１に等しい空気過剰率λに調節される。
【００２３】
この第１の運転方式において、タンク通気弁１７を開き、これにより直接噴射される燃料質量に追加して空気／燃料混合物を活性炭フィルタ１５から燃焼室４内に吸い込むことが可能である。吸い込まれた空気／燃料混合物内に含まれている燃料質量は、λセンサにより測定された空気過剰率λの変化を介して制御装置１８により決定され、したがって直接噴射される燃料質量の決定において考慮される。
【００２４】
内燃機関１の第２の運転方式いわゆる成層燃焼運転においては、絞り弁１１は大きく開かれる。燃料は、ピストン２により形成された圧縮行程の間に噴射弁９により燃焼室４内に噴射され、しかも位置的には点火プラグ１０の直接周辺に、並びに時間的には点火時期前の適切な間隔を設けた時点に噴射される。次に、点火プラグ１０により燃料は点火され、これによりピストン２は、ここで次の作業行程において、点火された燃料の膨張により駆動される。成層燃焼運転においては、発生トルクはほぼ噴射された燃料質量の関数である。本質的に、成層燃焼運転は内燃機関１のアイドル運転および部分負荷運転用に設計されている。
【００２５】
第２の運転方式においてタンク通気弁１７が開かれしたがってタンク通気が作動された場合、タンク通気を介して吸い込まれる空気／燃料混合物の空気過剰率λが決定される。このために空気／燃料混合物内の燃料の濃度が使用され、この濃度は上記のように計算可能であり、したがって制御装置１８により利用可能である。同様に、λの決定は、絞り弁１１を介して燃焼室４に供給される空気質量の関数として行われ、空気質量は例えば空気質量流量センサにより測定可能である。
【００２６】
決定されたλが所定の値より小さい場合、これは、十分な燃料が存在し、したがって燃焼室４内に存在する空気／燃料混合物が点火プラグ１０により点火されるのに十分にリッチであることを意味する。この場合、内燃機関１により出力すべきトルクを発生するために、場合によりさらに、圧縮行程において即ち成層燃焼運転において噴射弁９を介して燃料の追加噴射が行われる。
【００２７】
しかしながら、決定されたλが所定の値より大きい場合、これは十分な燃料が存在せず、したがって燃焼室４内に存在する空気／燃料混合物が点火プラグ１０により点火されるためにはきわめてリーンすぎることを意味する。この場合、内燃機関１は第３の運転方式に従って運転される。
【００２８】
この第３の運転方式においては、噴射弁９を介して燃焼室４内に追加の燃料が噴射され、しかも一方で吸気行程の間におよび他方で圧縮行程の間に噴射される。即ち、これは、均質燃焼運転と成層燃焼運転との組み合わせに対応して行われる二重噴射である。
【００２９】
特に吸気行程の間の燃料噴射により、燃焼室４内の空気／燃料混合物はリッチとなり、したがって点火可能である。これにより、燃焼室４内に存在する空気／燃料混合物を点火プラグ１０により点火することが可能である。
【００３０】
追加噴射燃料の、吸気行程と圧縮行程とへの分配は、タンク通気を介して燃焼室４に供給される空気／燃料混合物の関数として制御装置１８により決定される。追加噴射される燃料の全体量は内燃機関により発生すべきトルクの関数である。
【００３１】
この場合、内燃機関１により発生されたトルクは、タンク通気を介して活性炭フィルタ１５から吸い込まれたリーンな空気／燃料混合物から得られたトルクと、並びに燃焼室４内に追加として直接噴射された燃料質量から得られたトルクとから合成される。
【００３２】
内燃機関１の上記の運転方式において要求されたトルクより大きいトルクが発生した場合、タンク通気弁１７および／または絞り弁１１をそれに対応して絞ることにより発生トルクを希望の値に低減させることができる。同様に、点火の遅れ調節により発生トルクを低減させることが可能である。
【００３３】
λに対する所定の値、即ちその値を超えた場合に上記の第３の運転方式したがって二重噴射が行われる前記所定の値は、内燃機関１の運転変数の関数として適合されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は本発明による内燃機関の一実施態様の略示図を示す。

Claims (6)

1. 第１の運転方式においては吸気行程の間に、または第２の運転方式においては圧縮行程の間に、燃料が噴射弁（９）により直接燃焼室（４）内に噴射され且つ点火プラグ（１０）により点火され、および
   空気／燃料混合物がタンク通気（１５、１６、１７）を介して燃焼室（４）内に吸い込まれる、自動車の内燃機関の運転方法において、
   第２の運転方式において、タンク通気が作動され、タンク通気を介して吸い込まれる空気／燃料混合物の空気過剰率λが決定され、
   決定された該空気過剰率λが、所定の値より大きいときにのみ、第３の運転方式が実行され、
   第３の運転方式において、タンク通気（１５、１６、１７）を介してリーンな空気／燃料混合物が燃焼室（４）内に吸い込まれ、且つそれに追加して、吸気行程においておよび圧縮行程において燃料が燃焼室（４）内に噴射されることを特徴とする自動車の内燃機関の運転方法。
2. 請求項１に記載の方法において、
   タンク通気を介して吸い込まれた空気／燃料混合物の前記空気過剰率λが、タンク通気を介して吸い込まれた空気／燃料混合物の燃料の濃度の関数として、且つ、内燃機関の絞り弁（１１）を介して燃焼室（４）に供給される吸込空気質量の関数として決定されることを特徴とする方法。
3. 請求項１又は２のいずれか１項に記載の方法において、
   追加燃料の、圧縮行程と吸気行程とへの分配が、タンク通気を介して供給される燃料の関数として決定されることを特徴とする方法。
4. 自動車の内燃機関（１）の制御装置（１８）用制御要素であって、
   前記制御要素は、計算装置上で実行可能であり且つ請求項１ないし３のいずれか１項に記載の方法を実行できるプログラムが記憶されている、自動車の内燃機関（１）の制御装置（１８）用制御要素。
5. 内燃機関（１）が燃焼室（４）を有し、第１の運転方式においては吸気行程の間に、または第２の運転方式においては圧縮行程の間に、燃料が噴射弁（９）により直接燃焼室（４）内に噴射可能且つ点火プラグ（１０）により点火可能であり、および
   空気／燃料混合物がタンク通気（１５、１６、１７）を介して燃焼室（４）内に吸込み可能である、自動車の内燃機関（１）用制御装置（１８）において、
   第２の運転方式において、タンク通気が作動され、タンク通気を介して吸い込まれる空気／燃料混合物の空気過剰率λが決定され、
   決定された該空気過剰率λが所定の値より大きいときにのみ、第３の運転方式が実行され、
   制御装置（１８）により、第３の運転方式において、タンク通気（１５、１６、１７）を介してリーンな空気／燃料混合物が燃焼室（４）内に吸い込まれ、且つそれに追加して、吸気行程においておよび圧縮行程において燃料が燃焼室（４）内に噴射されることを特徴とする自動車の内燃機関用制御装置。
6. 燃焼室（４）と、制御装置（１８）とを備えた自動車用内燃機関（１）であって、
   第１の運転方式においては吸気行程の間に、または第２の運転方式においては圧縮行程の間に、燃料が噴射弁（９）により直接燃焼室（４）内に噴射可能且つ点火プラグ（１０）により点火可能であり、
   空気／燃料混合物が、タンク通気（１５、１６、１７）を介して前記燃焼室（４）内に吸込み可能である前記自動車用内燃機関（１）において、
   第２の運転方式において、タンク通気が作動され、タンク通気を介して吸い込まれる空気／燃料混合物の空気過剰率λが決定され、
   決定された該空気過剰率λが所定の値より大きいときにのみ、第３の運転方式が実行され、
   前記制御装置（１８）により、第３の運転方式において、タンク通気（１５、１６、１７）を介してリーンな空気／燃料混合物が燃焼室（４）内に吸い込まれ、且つそれに追加して、吸気行程においておよび圧縮行程において燃料が燃焼室（４）内に噴射されることを特徴とする自動車用内燃機関。

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