JP4457272B2

JP4457272B2 - 内燃機関を制御する方法

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Publication number: JP4457272B2
Application number: JP2005145637A
Authority: JP
Inventors: ロビッシュコレイナード; シャウンベーガーヘルベルト; ハーツィンガージョアン; ファーリンガーアルバート
Original assignee: ジーイーイェンバッヒャーゲーエムベーハーアンドシーオーオーエイチジー
Priority date: 2004-05-21
Filing date: 2005-05-18
Publication date: 2010-04-28
Anticipated expiration: 2025-05-18
Also published as: DE502005000152D1; EP1645741A1; ES2274498T3; ES2299944T3; EP1645741B1; ATA8882004A; DE502005002814D1; ATE343716T1; ATE386200T1; EP1602813B1; USRE40431E1; US20060011179A1; JP2005337246A; US7191772B2; AT414265B; EP1602813A1

Description

本発明は、内燃機関の予め定めることのできる窒素酸化物放出値を達成するために、特に希薄な駆動方法を有する、内燃機関を制御する方法に関する。

特許文献１から、シリンダの吸気弁の前の混合気圧力をジェネレータから出力される電気的パワーに従って制御することにより、電気的ジェネレータを駆動するために内燃機関を一定の窒素酸化物放出値で駆動することが、すでに知られている。その場合に吸気弁の前の吸気路内の混合気圧力の目標値は、一定の放出値において混合気圧力と出力される電気的パワーの関係を示す、特性曲線マップから取り出される。その後、混合気内の燃料−空気比の調節を介して、吸気弁の前の圧力の、測定された実際値が、特性曲線マップを介して定められた、その目標値に制御される。そのために使用される特性曲線は、等しいＮＯｘ放出値を有する少なくとも２つの駆動点を較正することによって形成される。この従来知られている方法によって、内燃機関が広い出力範囲において所望の放出値を極めて正確に維持できるようにすることが、可能である。上述した特許文献１から知られたシステムは、実際に敏感なセンサの摩耗と老化なしで済む、という利点を有している。

特許文献２には、他の改良された、この分野に基づくシステムが紹介されており、そのシステムにおいては、各駆動状態において負荷変化への迅速な反応のための制御リザーブを準備するために、特許文献１から知られた制御型式が、点火時点調節によってさらに補完されている。さらにこの制御は、内燃機関を常に最適な効率で運転するために用いられる。
欧州特許明細書ＥＰ０２５９３８２Ｂ１欧州公開公報ＥＰ１２２５３３０Ａ２

従来知られている制御方法は、それぞれ１種類の燃料による駆動にだけ合わせて設計されている。しかし、２つの異なる燃料によって駆動される、−特に静的な−内燃機関もある。この種のエンジンのためには、これまで、予め定めることのできる窒素酸化物放出値の達成が保証される、制御方法は知られていない。

従って本発明の課題は、２つの異なる燃料によって駆動される内燃機関のために、予め定めることのできる窒素酸化物放出値の達成を保証することのできる制御方法を提供することである。

本発明は、以上の課題を解決すべくなされたものであり、まず、請求項１に係る発明の採った手段は、
「内燃機関に対して予め定められた窒素酸化物放出値を達成するために、当該内燃機関を制御する方法において、
内燃機関に、第１の燃料（Ａ）とこれと異なる第２の燃料（Ｂ）とを供給する場合に、
第１と第２の燃料（Ａ、Ｂ）の間の混合比を変化させるため、または内燃機関の駆動を第１の燃料（Ａ）による駆動から第２の燃料（Ｂ）による駆動へ切替えるために、予め駆動切替え点が、単位時間当たり供給される第１の燃料（Ａ）の量と単位時間当たり供給される第２の燃料（Ｂ）の量の比によって定義されており、
第１と第２の燃料（Ａ、Ｂ）の供給開始から駆動切替え点に到達する前の第１の駆動モードにおいて、単位時間当たり内燃機関へ供給される第１の燃料（Ａ）の量を、制御目標値設定に従って開ループ制御し、あるいは一定に維持し、かつ単位時間当たり内燃機関へ供給される第２の燃料（Ｂ）の量を、少なくとも１つの検出されたエンジンパラメータに従って閉ループ制御し、
駆動切替え点に到達した以降の第２の駆動モードにおいて、単位時間当たり供給される第２の燃料（Ｂ）の量を、開ループ制御し、あるいは一定に維持し、かつ単位時間当たり供給される第１の燃料（Ａ）の量を、少なくとも１つの検出されたエンジンパラメータに従って閉ループ制御し、
前記少なくとも１つの検出されたエンジンパラメータとして、出力されるパワー（Ｐ）と内燃機関の予め定められた窒素酸化物放出値（ＮＯｘ）とに従って定められる混合気圧力目標値（Ｐ２’）と、出力されるパワー（Ｐ）と内燃機関の予め定められた窒素酸化物放出値（ＮＯｘ）とに従って定められるλ目標値とのいずれか一方若しくは両方が用いられることを特徴とする内燃機関を制御する方法」
である。

請求項１の発明は、第１と第２の燃料（Ａ、Ｂ）の間の混合比を変化させるため、または内燃機関の駆動を第１の燃料（Ａ）による駆動から第２の燃料（Ｂ）による駆動へ切替えるために、予め駆動切替え点が、単位時間当たり供給される第１の燃料（Ａ）の量と単位時間当たり供給される第２の燃料（Ｂ）の量の比によって定義されて

請求項２に係る発明の採った手段は、上記請求項１に記載の方法について、
「単位時間当たり内燃機関へ供給される第２の燃料（Ｂ）の量は、内燃機関の給気路（７）内の混合気圧力が、出力されるパワー（Ｐ）と内燃機関の予め定められた窒素酸化物放出値（ＮＯｘ）とに従って定められる混合気圧力目標値（Ｐ２’）に一致するように、制御されており、
前記混合気圧力は、給気路内の給気弁の前に設けられた混合気圧力を定める測定装置によって測定されており、
出力されるパワー（Ｐ）と予め定められた窒素酸化物放出値（ＮＯｘ）とに従って定められる点（１５）における混合気圧力目標値ｐ２’（１５）は、第１の燃料（Ａ）により内燃機関を駆動するため、および第２の燃料（Ｂ）によって内燃機関を駆動するために定められた、点（１３）及び点（１４）での該当する目標値ｐ２’（１３）及びｐ２’（１４）と、次式１に代入される規格化係数ｘ（ｘは０と１との間の値）に従って計算されること
ｐ２’（１５）＝
ｐ２’（１３）＋（ｐ２’（１４）−ｐ２’（１３））・ｘ …式１」
を特徴とするものである。

請求項２の発明は、前記混合気圧力が、給気路内の給気弁の前に設けられた混合気圧力を定める測定装置によって測定されており、出力されるパワー（Ｐ）と予め定められた窒素酸化物放出値（ＮＯｘ）とに従って定められる点（１５）における混合気圧力目標値ｐ２’（１５）は、第１の燃料（Ａ）により内燃機関を駆動するため、および第２の燃料（Ｂ）によって内燃機関を駆動するために定められた、点（１３）及び点（１４）での該当する目標値ｐ２’（１３）及びｐ２’（１４）と、次式１に代入される規格化係数ｘ（ｘは０と１との間の値）に従って計算されることを特徴とする。

請求項３に係る発明の採った手段は、上記請求項１に記載の方法について、
「単位時間当たり内燃機関へ供給される第２の燃料（Ｂ）の量は、それによって影響を受ける、内燃機関の排気路内のλ値が、出力されるパワー（Ｐ）と内燃機の予め定められた窒素酸化物放出値（ＮＯｘ）とに従って定められるλ目標値に一致するように、制御されており、
前記λ値には、内燃機関の排気路内に設けられたλセンサの測定結果が用いられており、
出力されるパワー（Ｐ）と予め予め定められた窒素酸化物放出値（ＮＯｘ）とに従って定められる点（１５）におけるλ目標値ｐ２’（１５）は、第１の燃料（Ａ）により内燃機関を駆動するため、および第２の燃料（Ｂ）によって内燃機関を駆動するために定められた、点（１３）及び点（１４）での該当する目標値ｐ２’（１３）及びｐ２’（１４）と、次式１に代入される規格化係数ｘ（ｘは０と１との間の値）に従って計算されること
ｐ２’（１５）＝
ｐ２’（１３）＋（ｐ２’（１４）−ｐ２’（１３））・ｘ …式１」
を特徴とする方法である。

請求項３に係る発明は、λ値に、内燃機関の排気路内に設けられたλセンサの測定結果が用いられており、出力されるパワー（Ｐ）と予め予め定められた窒素酸化物放出値（ＮＯｘ）とに従って定められる点（１５）におけるλ目標値ｐ２’（１５）が、第１の燃料（Ａ）により内燃機関を駆動するため、および第２の燃料（Ｂ）によって内燃機関を駆動するために定められた、点（１３）及び点（１４）での該当する目標値ｐ２’（１３）及びｐ２’（１４）と、次式１に代入される規格化係数ｘ（ｘは０と１との間の値）に従って計算されることを特徴とする。

請求項４に係る発明の採った手段は、上記請求項１から３のいずれか１項に記載の方法について、
「前記第１の燃料（Ａ）が第１の燃焼可能なガスであり、前記第２の燃料（Ｂ）が第１の燃焼可能なガスとは異なる第２の燃焼可能なガスであること」
を特徴とする方法である。

請求項５に係る発明の採った手段は、上記請求項１に記載の方法について、
「前記駆動切替え点における単位時間当たり供給される前記第１の燃料（Ａ）の量と単位時間当たり供給される前記第２の燃料（Ｂ）の量の予め定められた比が、１：２と２：１の間にあること」
を特徴とする方法である。

請求項６に係る発明の採った手段は、上記請求項２または３に記載の方法について、
「前記規格化係数ｘが、前記第１の燃料（Ａ）または前記第２の燃料（Ｂ）または燃料混合物の発熱量またはＣＨ４含有量に従って定められること」
を特徴とする方法である。

請求項７に係る発明の採った手段は、上記請求項２または３に記載の方法について、
「前記混合気圧力目標値（１５）またはλ目標値を計算する場合に、前記第１の燃料（Ａ）または前記第２の燃料（Ｂ）の組成の何れか少なくとも一方における変動が、前もって定められた特性曲線マップあるいは補正係数および該当する測定値を用いて、較正されること」
を特徴とする方法である。

以上の請求項１から７のいずれか１項に記載の方法は、制御装置（６）によって具体的に実施できるものであり、この制御装置（６）を有する内燃機関としたときには、以上の請求項１から７のいずれか１項に記載の方法によって得られる機能あるいは作用を発揮させることができる。

そして、このような方法を採用した内燃機関とするには、第１の燃料（Ａ）のための第１の体積流配量弁（１１）と、第２の燃料（Ｂ）のための第２の体積流配量弁（１１）とを有するようにすればよく、また、第１の燃料（Ａ）のための体積流配量弁（１１）と体積流制御可能なガスミキサー（１２）とを有し、前記ガスミキサー（１２）へ第２の燃料（Ｂ）が供給可能であるようにしても同様である。

本発明によれば、内燃機関に第１の燃料（Ａ）が、そして第２の燃料（Ｂ）が供給され、その場合に単位時間当たり内燃機関へ供給される第１の燃料（Ａ）の量が、制御目標値設定に従って開ループ制御され、あるいは一定に維持され、かつ単位時間当たり内燃機関へ供給される第２の燃料（Ｂ）の量が、予め定めることのできる窒素酸化物値を達成するために、少なくとも１つの検出されたエンジンパラメータに従って閉ループ制御されることによって、達成される。ここで、内燃機関に第１の燃料（Ａ）が、そして第２の燃料（Ｂ）が供給されるとは、第１の燃料（Ａ）と第２の燃料（Ｂ）とが同時に供給される場合は勿論、第１の燃料（Ａ）だけが一定量供給された後に第２の燃料（Ｂ）が供給される場合、あるいは、第２の燃料（Ｂ）が一定量供給された後に第１の燃料（Ａ）が供給される場合を含むものであり、本発明が対象としている内燃機関では、第１の燃料（Ａ）と第２の燃料（Ｂ）との２種類の燃料が使用されることを前提としているものである。

従って本発明の基礎となる理念は、２つの異なる燃料によって駆動される内燃機関において、第１の燃料（Ａ）の体積流（＝単位時間当たり内燃機関へ供給される量）を固定の設定値に従って開ループ制御し、ないしは一定に維持することである。この時間の間、他の燃料、すなわち第２燃料（Ｂ）の体積流を介して内燃機関は、放出される排ガスが予め定められた放出値を維持するように、閉ループ制御される。

本発明に基づく制御のために、種々の変形例がある。そのうちの好ましい変形例においては、単位時間当たり内燃機関へ供給される第２の燃料（Ｂ）の量は、それによって影響を受ける、内燃機関の給気路内の混合気圧力が、出力されるパワーと予め定められた内燃機関の窒素酸化物放出値とに従って定められる混合気圧力目標値に適合されることによって、閉ループ制御される。そのために給気路内に、給気弁の前の実際の混合気圧力を定める測定装置が必要である。単位時間当たり供給される第２の燃料（Ｂ）の量を適切に調節することによって、混合気圧力の実際値が、その目標値に適合される。

しかし、他の変形例においては、混合気圧力の代わりに、排ガス内のそれに応じたλ値を測定することもできる。この変形例においては、単位時間当たり内燃機関へ供給される第２の燃料（Ｂ）の量は、それによって影響を受ける、内燃機関の排ガス路内のλ値が、出力されるパワーと予め定められた内燃機関の窒素酸化物放出値とに従って定められるλ目標値に適合されることによって、閉ループ制御される。

その場合にλ値は、一般的に知られているように、燃焼プロセスにおける空気比を記述し、その場合にλ＝１は化学量論的な燃焼に相当する。

特に好ましくは、本発明に基づく方法は特に静的な、ガスエンジンにおいて使用され、その場合に第１の燃料（Ａ）も燃焼可能なガスであり、第２の燃料（Ｂ）も第２の燃焼可能なガスである。第１の燃料（Ａ）も第２の燃料（Ｂ）も、たとえば異なるガスの混合気であることができる。その場合に、それ自体燃焼可能ではない成分ないしガスを、たとえばそれを燃焼させるために、第１または第２の燃料（Ａ）または（Ｂ）に混合することもできる。

特に好ましくは、本発明に基づく方法は、２つの燃料の混合比の変化または内燃機関の駆動を第１の燃料（Ａ）による駆動から第２の燃料（Ｂ）による駆動へ切替えることが行われる場合に、使用される。両方の場合において、本発明に基づく方法は、一方の燃料から他方の燃料へ切替える、切替え全体の間、ないしは混合比が変化する、変化全体の間、内燃機関を予め定めることのできる窒素酸化物放出値で運転することを可能にする。そのために、予め定めることのできる駆動切替え点のこちら側の第１の駆動モードにおいては、単位時間当たり供給される第１の燃料（Ａ）の量が開ループ制御され、あるいは一定に維持されて、単位時間当たり供給される第２の燃料（Ｂ）の量は閉ループ制御され、かつ予め定めることのできる駆動切替え点のあちら側の第２の駆動モードにおいては、単位時間当たり供給される第２の燃料（Ｂ）の量が開ループ制御され、あるいは一定に維持されて、単位時間当たり供給される第１の燃料（Ａ）の量が閉ループ制御される。その場合に駆動切替え点は、種々のパラメータを介して定めることができる。好ましくは、単位時間当たり供給される第１の燃料（Ａ）の量と単位時間当たり供給される第２の燃料（Ｂ）の量の間の予め定めることのできる比が、駆動切替え点を定める。本発明の他の詳細と特徴は、以下の図面の説明から明らかにされる。

内燃機関の予め定めることのできる窒素酸化物放出値（ＮＯｘ）を達成するために、当該内燃機関を制御する方法は、内燃機関へ第１の燃料（Ａ）が、そして第２の燃料（Ｂ）が供給され、その場合に、単位時間当たり内燃機関へ供給される第１の燃料（Ａ）の量が、制御目標値設定に従って開ループ制御され、あるいは一定に維持され、単位時間当たり内燃機関へ供給される第２の燃料（Ｂ）の量は、予め定めることのできる窒素酸化物放出値を達成するために、少なくとも１つの検出されたエンジンパラメータに従って閉ループ制御される。

図１は、従来技術から知られた、１つの燃料種類で駆動する場合の混合気圧力目標値ｐ２’と内燃機関から出力されるパワーＰの関係を、概略的に示している。同様な関係はλ目標値と出力されるパワーＰの間に同様に存在し、従って同様に示すことができる。しかし、必要とされる簡略化のために、以下においては本方法を、大体においてｐ２’とＰの関係を用いて説明する。

実線で示される特性曲線１０上にあるのはすべて、それぞれ所定の窒素酸化物値を有する、内燃機関の駆動点である。特性曲線ないし特性曲線マップは、たとえば内燃機関の運転開始の際に、較正によって求められる。これは、与えられたパワーＰにおいて、駆動点９において混合気圧力が、内燃機関の所望の窒素酸化物放出値が得られるように調節されることによって、行われる。その場合にこの混合気圧力は、与えられたパワーＰにおいて混合気圧力目標値ｐ２’となる。次に、特性曲線１０を発生させるために、少なくとも１つの第２の駆動点９が他のパワー値Ｐを適切に調節することによって達成され、その場合にここでも、所望の窒素酸化物値が達成される、混合気圧力目標値ｐ２’が定められる。このようにして定められた２つの駆動点９から、第１の近似において特性曲線１０’（破線で示す）が生じる。これは、線形に延びることができ、あるいは既知の多項式などを用いて湾曲したカーブとして点９を通って延びることができる。上述した方法によって、一定の窒素酸化物値における２つより多い駆動点９が較正された場合に、そこから線形または湾曲した推移（特性曲線１０）も得ることができる。

さらに、たとえば燃料−空気−混合気の温度ｔ２’、点火時点ＺＺＰまたは供給される燃料の品質のような、所定の駆動パラメータが著しく変化する可能性のある、内燃機関においては、これらのパラメータの影響も考慮することが、有意義である。通常、そこから特性曲線マップが得られる。図１は、それぞれ一定の窒素酸化物値とそれぞれ異なる温度値ｔ２’において、駆動点９”を然るべく較正した場合に生じる、種々の特性曲線１０”を破線で示している。その場合に複数の影響パラメータを考慮する場合には、全体として多次元の特性曲線マップが得られる。しかしその代わりに、個々の特性曲線１０に基づいて、燃料−空気−混合気の温度ｔ２’または点火時点ＺＺＰあるいは供給される燃料の品質、他の影響パラメータのための適切な補正値も考慮することができる。上述した方法に基づき特性曲線マップを較正する際の負担を限界内に抑えるために、所定のパラメータの影響がわかっている場合には、見積りを使用することもできる。

図２は、本発明に基づく方法を実施することのできる、主要なものに限定されたエンジン図式を示している。これはまず、それ自体知られているように、パワー制御器を有しており、そのパワー制御器においてＰＩＤ制御器１がパワー操作部材２（たとえば絞り弁またはブローオフ弁）を、エンジン５から出力されるパワーＰが所望のパワー目標値Ｐｓｏｌｌに相当するように、調節する。本発明によれば、エンジン５のための制御区間が設けられており、その制御区間において一定の窒素酸化物放出値ＮＯｘを達成するために、少なくとも２つの燃料のための燃料混合装置３が−後述するように−一方で開ループ制御され、他方では閉ループ制御される。燃料混合装置３のための、本発明に基づく実施変形例が、図３と４に示されている。これらも、後に説明する。図２自体においては、燃料混合装置３の後方に配置されている、エンジン５の吸気路７内に、第１の変形例においては圧力測定装置４が配置されている。これは、制御装置６に弁の前の混合気圧力についての実際の測定値を供給する。破線で示される変形例においては、混合気圧力の変わりにλ値が制御に利用される。その場合にこのλ値は、市場で一般的なλセンサ４’を用いて排気ガス路内で測定される。この変形例においても、測定値が制御器６へ供給される。測定されたパワーＰと測定された混合気圧力ないしλ値の他に、本発明に基づく制御装置６へ、たとえば燃料混合気の温度ｔ２’または点火時点ＺＺＰあるいは下方の発熱量ｈｕまたは体積流Ｖのような、他のエンジンパラメータも供給することができ、その場合には図１に簡単に示される多次元の特性曲線マップないし関係を利用することができる。制御装置６は、後で再度詳細に説明する、本発明に基づく制御方法に従って、燃料混合装置３を駆動する。

図３は、燃料混合装置３のための、第１の本発明に基づく実施例を示している。この例においては、２つの異なる燃料（Ａ）と（Ｂ）（好ましくは２つの異なる燃焼可能なガス）が調節可能な体積流配量弁１１を介してミキサー８へ供給される。このミキサー８内で、その後、２種類の燃料（Ａ）と（Ｂ）が燃焼可能な混合気になるように空気Ｌと混合され、その後その混合気がエンジン５へ供給される。図示の混合装置３は、もちろん、エンジン５に第１の燃料（Ａ）のみ、または第２の燃料（Ｂ）のみを供給するためにも使用することができるが、本発明に基づく方法は、エンジンを２つの燃料種類で駆動し、あるいはエンジンを１つの燃料による駆動から他の燃料による駆動に切替えることに関するものであって、その場合にその間常に予め定めることのできる窒素放出値が達成される。本発明によれば、第１の燃料（Ａ）の体積流配量弁が制御目標値設定に従って開ループ制御され、あるいは一定に維持され、第２の燃料（Ｂ）の体積流配量弁１１とそれに伴って体積流がエンジンパラメータに従って閉ループ制御され、あるいはその逆が行われる。

図４は、燃料混合装置３の他の変形例を示しており、これも同様に本発明に基づく制御方法のために使用することができる。ここでは、第２の燃料（Ｂ）は、調節可能なミキサー１２へ直接供給される。このミキサーが第２の燃料（Ｂ）を空気Ｌと混合する。この混合物がその後、第２のミキサー８へ供給されて、その中でさらに第１の燃料（Ａ）が混合される。単位時間当たり供給される第１の燃料（Ａ）の量は、ここでも体積流配量装置１１を介して調節される。ここでもまた、予め定めることのできる窒素酸化物放出値を達成するために、本発明に従って１つの燃料（Ｂ）または（Ａ）の体積流を開ループ制御することができ、他の燃料（Ａ）または（Ｂ）の体積流は閉ループ制御される。

２つの異なる燃料（Ａ）及び（Ｂ）によって駆動する場合に種々のパワー値Ｐのためのそれぞれの混合気圧力目標値ｐ２’を、本発明に従ってどのようにして定めることができるかを、図５を用いて説明する。まず、２つの燃料（Ａ）及び（Ｂ）のために互いに別々に特性曲線１０が、図１を用いて説明したように、定められなければならない。較正する場合に、従来技術におけるのと同様に、内燃機関はそれぞれ１つの燃料によって駆動され、その燃料は混合気であってもよく、ないしは燃焼可能ではない添加物を有することもできる。

図５には、わかりやすくするために、混合気圧力目標値１５の決定は、第１の燃料（Ａ）については１本の特性曲線１０のみを用いて、そして第２の燃料（Ｂ）については他の１本の特性曲線１０を用いて示されている。さらに、２つの特性曲線１０のために、それぞれ２つの駆動点９のみが較正された。較正された駆動点９の間のすべての駆動点１３と１４は、これらの較正された駆動点から式を介して計算することができ、あるいは特性曲線マップとして制御装置６の対応するメモリに格納しておくことができる。線形の補間の代わりに、特性曲線１０としての湾曲したカーブも、混合気圧力目標値ｐ２’、つまり混合気圧力目標値１５を計算するための基礎とすることができる。この計算自体は、補間として実施することができる。原則的にこれは常に、瞬間の混合気圧力目標値ｐ２’、つまり混合気圧力目標値１５であって、実際の設定値に基づいてそれぞれ計算することができ、あるいは特性曲線マップとして格納しておくことができる。

その場合に好ましい変形例においては、計算は、該当する目標値１３と１４および規格化係数ｘに基づいている。この規格化係数は、たとえば第１の燃料（Ａ）または第２の燃料（Ｂ）の発熱量またはＣＨ４含有量あるいは燃料混合物の体積流に従って定めることができる。ｘは、上述したパラメータと線形の関係にあっても、非線形の関係にあってもよい。規格化係数ｘが０と１の間の値に規格化されていることを考慮して、点１５における混合気圧力目標値ｐ２’（これをｐ２’（１５）と表記する）のための以下の計算規則が得られる。
ｐ２’（１５）＝ｐ２’（１３）＋（ｐ２’（１４）−ｐ２’（１３））・ｘ
その場合にｐ２’（１３）とｐ２’（１４）は、燃料（Ａ）と燃料（Ｂ）について特性曲線１０を用いて予め定められているような、それぞれの混合気圧力目標値である。このようにして計算された混合気圧力目標値ｐ２’（１５）に従って、その後、制御すべき燃料（Ａ）または（Ｂ）の該当する体積流配量弁１１ないし該当する体積流制御可能なガスミキサー１２が駆動され、その間他の体積流配量弁１１または他の燃料のための他の体積流制御可能なガスミキサー１２が固定の設定値に従って一定に維持され、あるいは制御される。ｐ２’とＰを用いて説明した、目標値１５の計算は、λ値またはパワーＰに基づく制御において、同様に機能する。

図６は、本発明の変形例を示しており、この変形例においては混合気圧力目標値ｐ２’（１５）またはλ目標値を計算する場合に、第２の燃料（Ｂ）の品質における変動が、好ましくは予め定められた特性曲線マップまたは補正係数に相当する測定値を介して、考慮されなければならない。すなわち、たとえば燃料として貯蔵ガスを使用する場合にしばしば燃料の品質が変動する。図６に示す例において、これは第２の燃料（Ｂ）の場合である。その場合に該当する品質変動によって、この燃料種類のための混合気圧力目標値は、もはや特性曲線上ではなく、２つの特性曲線１０’と１０”の間に位置する。その場合にガス（第２の燃料（Ｂ））のためのそれぞれ実際の目標値１３は、まず、通常のように較正された特性曲線１０’と１０”を用いて値１３’と１３”から定められなければならない。この計算のために、ｐ２’（１５）を定めるのと同様の規格化関数を利用することができ、その場合に規格化係数ｘは他の規格化係数ｙによって代用される。ｙは、ここでもたとえば燃料の実際の発熱量または実際の組成を介して定めることができ、それに線形または非線形に依存する。第２の燃料（Ｂ）の実際の品質を特徴づける混合気圧力目標値ｐ２’（１３）が計算されている場合には、制御に必要な混合気圧力目標値ｐ２’（１５）は、図５を用いて示したように、規格化係数ｘを用いて混合気圧力目標値ｐ２’（１３）とｐ２’（１４）から計算することができる。

図示の例において、第２の燃料（Ｂ）のＣＨ４含有量は、４０％と６０％の間で変動する。特性曲線１０’は、４０％のＣＨ４含有量を有する第２の燃料（Ｂ）についてＰとｐ２’の間の関係を表しており、特性曲線１０”は、第２の燃料（Ｂ）のＣＨ４含有量が６０％の場合の関係を表している。第２の燃料（Ｂ）の品質だけでなく、他の第１の燃料（Ａ）の品質も変動する場合には、それから混合気圧力目標値ｐ２’（１４）を計算するためには、それに応じた特性曲線Ａ’とＡ”（図示せず）を較正しなければならない。

図７は、内燃機関の駆動を第１の燃料（Ａ）による駆動から第２の燃料（Ｂ）による駆動へ切替える、実例として選択された切替えにおける、第１の燃料（Ａ）の体積流１６と第２の燃料（Ｂ）の体積流１７の時間的な推移を示している。駆動切替え点は、体積流Ｖ’Ｂに対するＶ’Ａの予め定められた比において、時点ｔ２で達成される。駆動切替え点における比は、好ましくは１：４と４：１の間、特に好ましくは１：２と２：１の間にある。ｔ２より小さい時間においては、第１の燃料（Ａ）の体積流が混合気圧力目標値ｐ２’（１５）に従って制御され、第２の燃料（Ｂ）の体積流は予め定められたランプに従って上昇される。その場合に時点ｔ２で、第２の駆動モードへの切替えが行われる。この時点からは、第２の燃料（Ｂ）の体積流が混合気圧力目標値ｐ２’（１５）に従って制御されて、第１の燃料（Ａ）の体積流は予め定められたランプに従って減少される。

本発明は、図示されている実施例に限定されない。すなわち、本発明に基づく方法は、２つより多い燃料種類による内燃機関の駆動にも適用することができ、その場合にたとえば２つの燃料種類が固定の設定値に従って開ループ制御され、第３の燃料種類が閉ループ制御される。本発明に基づく方法の主要な利点は、種々の燃料種類の混合比が変化した場合でも、各任意の時点で所望のＮＯｘ放出値が保証されていることにある。最も簡単な場合においては、本発明に基づく方法は、２つの特性曲線（図５に示すように）のみに基づいてすでに実施することができ、その場合に残りの値はそれぞれオンラインで計算することができ、あるいは対応する特性曲線マップに格納しておくことができる。それによって複雑化された混合システムにおいても正確な制御が可能であって、その場合各時点でエンジンへ供給される燃料混合気が知られており、従って制御において正確に考慮することができる。本発明に基づく方法に従って駆動される内燃機関を実現する場合に、ミキサーと体積流配量弁のような、既知のコンポーネントのみを利用することができる。

従来技術から知られた、内燃機関から出力されるパワーＰと内燃機関の吸気路内で測定された混合気圧力ｐ２’の間の関係を示している。本発明に基づくエンジン図式を示している。燃料混合装置を本発明に従って形成する可能性の詳細を示している。燃料混合装置を本発明に従って形成する可能性の詳細を示している。パワーＰと混合気圧力ｐ２’との関係を示すグラフであって、それを用いて本発明に基づく制御方法が示されている。パワーＰと混合気圧力ｐ２’との関係を示すグラフであって、それを用いて本発明に基づく制御方法が示されている。１つの燃料種類を有する駆動から他の燃料種類を有する駆動へ切り替る際の体積流の時間的な推移を概略的に示している。

Ａ第１燃料
Ｂ第２燃料
Ｐパワー
Ｐ２′ 混合気圧力目標値
１ＰＩＤ制御器
２パワー操作部材
３燃料混合装置
４圧力測定装置
５エンジン
６制御装置
７給気路
８ミキサー
９、９′、９″ 駆動点
１０、１０′ 特性曲線
１１体積流配量弁
１２ガスミキサー
１３、１４目標値
１５混合気圧力目標値

Claims

内燃機関に対して予め定められた窒素酸化物放出値を達成するために、当該内燃機関を制御する方法において、
内燃機関に、第１の燃料（Ａ）とこれと異なる種類の第２の燃料（Ｂ）とを供給する場合に、
第１と第２の燃料（Ａ、Ｂ）の間の混合比を変化させるため、または内燃機関の駆動を第１の燃料（Ａ）による駆動から第２の燃料（Ｂ）による駆動へ切替えるために、予め駆動切替え点が、単位時間当たり供給される第１の燃料（Ａ）の量と単位時間当たり供給される第２の燃料（Ｂ）の量の比によって定義されており、
第１と第２の燃料（Ａ、Ｂ）の供給開始から駆動切替え点に到達する前の第１の駆動モードにおいて、単位時間当たり内燃機関へ供給される第１の燃料（Ａ）の量を、制御目標値設定に従って開ループ制御し、あるいは一定に維持し、かつ単位時間当たり内燃機関へ供給される第２の燃料（Ｂ）の量を、少なくとも１つの検出されたエンジンパラメータに従って閉ループ制御し、
駆動切替え点に到達した以降の第２の駆動モードにおいて、単位時間当たり供給される第２の燃料（Ｂ）の量を、開ループ制御し、あるいは一定に維持し、かつ単位時間当たり供給される第１の燃料（Ａ）の量を、少なくとも１つの検出されたエンジンパラメータに従って閉ループ制御し、
前記少なくとも１つの検出されたエンジンパラメータとして、出力されるパワー（Ｐ）と内燃機関の予め定められた窒素酸化物放出値（ＮＯｘ）とに従って定められる混合気圧力目標値（Ｐ２’）と、出力されるパワー（Ｐ）と内燃機関の予め定められた窒素酸化物放出値（ＮＯｘ）とに従って定められるλ目標値とのいずれか一方若しくは両方が用いられることを特徴とする内燃機関を制御する方法。
単位時間当たり内燃機関へ供給される第２の燃料（Ｂ）の量は、内燃機関の給気路（７）内の混合気圧力が、出力されるパワー（Ｐ）と内燃機関の予め定められた窒素酸化物放出値（ＮＯｘ）とに従って定められる混合気圧力目標値（Ｐ２’）に一致するように、制御されており、
前記混合気圧力は、給気路内の給気弁の前に設けられた混合気圧力を定める測定装置によって測定されており、
出力されるパワー（Ｐ）と予め定められた窒素酸化物放出値（ＮＯｘ）とに従って定められる点（１５）における混合気圧力目標値ｐ２’（１５）は、第１の燃料（Ａ）により内燃機関を駆動するため、および第２の燃料（Ｂ）によって内燃機関を駆動するために定められた、点（１３）及び点（１４）での該当する目標値ｐ２’（１３）及びｐ２’（１４）と、次式１に代入される規格化係数ｘ（ｘは０と１との間の値）に従って計算されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
ｐ２’（１５）＝
ｐ２’（１３）＋（ｐ２’（１４）−ｐ２’（１３））・ｘ …式１
単位時間当たり内燃機関へ供給される第２の燃料（Ｂ）の量は、それによって影響を受ける、内燃機関の排気路内のλ値が、出力されるパワー（Ｐ）と内燃機の予め定められた窒素酸化物放出値（ＮＯｘ）とに従って定められるλ目標値に一致するように、制御されており、
前記λ値には、内燃機関の排気路内に設けられたλセンサの測定結果が用いられており、
出力されるパワー（Ｐ）と予め予め定められた窒素酸化物放出値（ＮＯｘ）とに従って定められる点（１５）におけるλ目標値ｐ２’（１５）は、第１の燃料（Ａ）により内燃機関を駆動するため、および第２の燃料（Ｂ）によって内燃機関を駆動するために定められた、点（１３）及び点（１４）での該当する目標値ｐ２’（１３）及びｐ２’（１４）と、次式１に代入される規格化係数ｘ（ｘは０と１との間の値）に従って計算されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
ｐ２’（１５）＝
ｐ２’（１３）＋（ｐ２’（１４）−ｐ２’（１３））・ｘ …式１
前記第１の燃料（Ａ）が第１の燃焼可能なガスであり、前記第２の燃料（Ｂ）が第１の燃焼可能なガスとは異なる第２の燃焼可能なガスであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
前記駆動切替え点における単位時間当たり供給される前記第１の燃料（Ａ）の量と単位時間当たり供給される前記第２の燃料（Ｂ）の量の予め定められた比が、１：２と２：１の間にあることを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記規格化係数ｘが、前記第１の燃料（Ａ）または前記第２の燃料（Ｂ）または燃料混合物の発熱量またはＣＨ４含有量に従って定められることを特徴とする請求項２又は３に記載の方法。
前記混合気圧力目標値（１５）またはλ目標値を計算する場合に、前記第１の燃料（Ａ）または前記第２の燃料（Ｂ）の組成の何れか少なくとも一方における変動が、前もって定められた特性曲線マップあるいは補正係数および該当する測定値を用いて、較正されることを特徴とする請求項２または３に記載の方法。