JP4495383B2 - 内燃機関を運転するための方法 - Google Patents

Description

【０００１】
背景技術
本発明は、燃料を第１の運転モードでは圧縮行程中に、第２の運転モードでは吸込み行程中に、それぞれ燃焼室内へ噴射し、各運転モードの間で切換を行い、ただし、内燃機関は排ガス再循環弁を備えた排ガス再循環装置を有しているものとする、特に自動車の内燃機関を運転するための方法に関する。さらに、本発明は、相応する形式の内燃機関ならびにこのような内燃機関のための相応する形式の制御装置にも関する。
【０００２】
このような方法、このような形式の内燃機関およびこのような形式の制御装置は、たとえば「ガソリン直接噴射」により知られている。ガソリン直接噴射では、燃料が均質燃焼運転では吸込み行程中に、そして成層燃焼運転では圧縮行程中に、それぞれ内燃機関の燃焼室内へ噴射される。均質燃焼運転は有利には内燃機関の全負荷運転のために設定されており、それに対して成層燃焼運転はアイドリング運転および部分負荷運転のために適している。
【０００３】
このような内燃機関では、誤機能が生じる恐れがある。すなわち、たとえば排ガス再循環弁がひっかかって固着し、もはや運動され得なくなる事態が起こり得る。この場合には、内燃機関が臨界的な運転状態に陥らないことが保証されていなければならない。
【０００４】
発明の課題および利点
本発明の課題は、排ガス再循環装置の誤機能が内燃機関の臨界的な運転状態を招かないことが保証されるような、内燃機関を運転するための方法を提供することである。
【０００５】
この課題は、冒頭で述べたような方法において、排ガス再循環弁が開いた状態のままひっかかった場合に、内燃機関を第１の運転モードに切り換えることにより解決される。冒頭で述べた形式の内燃機関および制御装置においても、上記課題は本発明によれば相応して解決される。
【０００６】
排ガス再循環弁が開いた状態のままひっかかった場合、内燃機関は本発明によれば成層燃焼運転に切り換えられる。成層燃焼運転では、内燃機関の開ループ制御および／または閉ループ制御において、開いた排ガス再循環弁を問題なく考慮することができる。これによって、臨界的な状態は生じ得なくなる。したがって、非常運転として成層燃焼運転を選択することにより、内燃機関の確実な運転が保証される。成層燃焼運転では減じられたトルクしか内燃機関により形成され得ないという欠点は、確実な運転が得られるという利点によって十分に埋め合わされる。
【０００７】
本発明の有利な改良形では、排ガス再循環弁が閉じた状態のままひっかかった場合に、内燃機関が第２の運転モードに切り換えられる。
【０００８】
排ガス再循環弁が閉じた状態のままひっかかった場合、内燃機関は本発明によれば均質燃焼運転に切り換えられる。均質燃焼運転では、内燃機関は排ガス再循環弁が閉じられた状態で問題なく、特に排ガス限界値が超過されることなしに運転され得る。これによって、このような故障事例においても、内燃機関の確実な運転が与えられている。
【０００９】
本発明の別の有利な改良形では、排ガス再循環装置のその他の誤機能が生じた場合に、排ガス再循環弁が閉鎖され、内燃機関が第２の運転モードに切り換えられる。排ガス再循環弁のひっかかりがセンサを用いて検知されると特に有利である。
【００１０】
特に重要となるのは、本発明による方法が、内燃機関、特に自動車の内燃機関の制御装置のために設けられている制御素子の形で実現されることである。この場合、この制御素子には、計算装置、特にマイクロプロセッサで実行可能であって、かつ本発明による方法を実施するために適しているプログラムが記憶されている。すなわち、この場合には、本発明はこの制御素子に記憶されたプログラムにより実現されるので、本発明による方法を実施するために適しているこのプログラムを備えた制御素子も、本発明による方法と同様に本発明の対象を成すものである。制御素子としては、特に電気的な記憶媒体、たとえばリードオンリメモリまたはフラッシュメモリを使用することができる。
【００１１】
本発明のさらに別の特徴、使用可能性および利点は、以下に図面につき説明する本発明の実施例から明らかとなる。この場合、記載または図示した全ての特徴は、特許請求の範囲におけるその要約または引用ならびに明細書もしくは図面中でのその記載形式もしくは描写とは無関係に、それ自体単独で、または任意に組み合わされた形で、本発明の対象を成している。
【００１２】
発明の実施例
図１には、自動車の内燃機関１が示されている。この内燃機関１では、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は燃焼室４を備えており、この燃焼室４は特にピストン２と、吸気弁５と、排気弁６とによって仕切られている。吸気弁５には、吸気管７が連結されており、排気弁６には、排気管８が連結されている。
【００１３】
吸気弁５および排気弁６の範囲では、噴射弁９と点火プラグ１０とが燃焼室４内に突入している。噴射弁９を介して、燃料を燃焼室４内に噴射することができる。点火プラグ１０を用いて、燃焼室４内の燃料に点火することができる。
【００１４】
吸気管７には、旋回可能なフラップ式のスロットルバルブ１１が収納されており、このスロットルバルブ１１を介して吸気管７に空気が供給可能となる。供給される空気の量はスロットルバルブ１１の角度位置に関連している。排気管８には触媒１２が収納されており、この触媒１２は、燃料の燃焼により発生した排ガスを浄化するために働く。
【００１５】
排気管８からは、排ガス再循環管１３が再び吸気管７に戻されている。排ガス再循環管１３には、排ガス再循環弁（ＥＧＲバルブ）１４が収納されており、この排ガス再循環弁１４を用いて、吸気管７内へ戻される排ガスの量を調節することができる。排ガス再循環管１３と排ガス再循環弁１４とは、「排ガス再循環装置（ＥＧＲ装置）」を形成している。
【００１６】
燃料タンク１５からは、タンク空気抜き管路、つまりタンクパージ管路１６が吸気管７に通じている。このタンクパージ管路１６には、タンクパージ弁１７が収納されている。このタンクパージ弁１７を用いて、燃料タンク１５から吸気管７に供給される燃料蒸気の量が調節可能となる。タンクパージ管路１６とタンクパージ弁１７とは、「キャニスタパージ装置」を形成している。
【００１７】
ピストン２は燃焼室４内での燃料の燃焼により往復運動にもたらされる。ピストン２のこの往復運動はクランクシャフト（図示しない）へ伝達され、このクランクシャフトにトルクを加える。
【００１８】
制御装置１８は、内燃機関１の、複数のセンサによって測定された運転量を表す入力信号１９で負荷されている。たとえば、制御装置１８は空気質量センサ、λセンサ（Ｏ_２センサ）、回転数センサ等に接続されている。さらに、制御装置１８はアクセルペダルセンサにも接続されている。このアクセルペダルセンサは、運転者により操作可能なアクセルペダルの位置、ひいては要求されるトルクを表す信号を発生させる。制御装置１８は出力信号２０を発生させる。これらの出力信号２０によってアクチュエータもしくは作動装置を介して内燃機関１の特性に影響を与えることができる。たとえば、制御装置１８は噴射弁９、点火プラグ１０、スロットルバルブ１１等に接続されていて、これらを制御するために必要となる信号を発生させる。
【００１９】
とりわけ制御装置１８は、内燃機関１の運転量を開ループ制御および／または閉ループ制御により制御するために設けられている。たとえば、噴射弁９により燃焼室４内へ噴射された燃料質量は制御装置１８によって、特に燃料消費量が減少するようにかつ／または有害物質発生量が減少するように、開ループ制御および／または閉ループ制御により制御される。この目的のために制御装置１８はマイクロプロセッサを備えており、この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、上で述べたような開ループ制御および／または閉ループ制御を実施するために適したプログラムを記憶している。
【００２０】
図１に示した内燃機関１は多数の運転モードで運転され得る。すなわち、内燃機関１を均質燃焼運転、成層燃焼運転、均質リーン燃焼運転等で運転することが可能である。
【００２１】
均質燃焼運転では、燃料が吸込み行程中に噴射弁９によって内燃機関１の燃焼室４内にへ直接に噴射される。これにより、燃料には点火時までなお十分に渦流が付与されるので、燃焼室４内には、ほぼ均質な燃料・空気混合物が生じる。発生させたいトルクはこの場合、主としてスロットルバルブ１１の角度位置を介して制御装置１８によって調節される。均質燃焼運転では、内燃機関１の運転量は、λ（空気過剰率）＝１となるように開ループ制御および／または閉ループ制御により制御される。均質燃焼運転は特に全負荷時に使用される。
【００２２】
均質リーン燃焼運転は、ほぼ均質燃焼運転に相当しているが、ただしλは１よりも大きな値に調節される。
【００２３】
成層燃焼運転では、燃料が圧縮行程中に噴射弁９によって内燃機関１の燃焼室４内へ直接に噴射される。これによって、点火プラグ１０による点火時に、燃焼室４内には均質な混合気が存在するのではなく、燃料層状化が存在する。スロットルバルブ１１は、たとえば排ガス再循環および／またはキャニスタパージの要求は別として、完全に開放され得る。これによって内燃機関１は絞られずに運転され得る。発生させたいトルクは成層燃焼運転では、燃料質量により十分に調節される。内燃機関１は特にアイドリング運転時および部分負荷時に成層燃焼運転によって運転され得る。
【００２４】
内燃機関１の上記各運転モードの間では、自由に切換を行うことができる。このような切換は制御装置１８によって実施される。
【００２５】
内燃機関１の運転時では、排ガス再循環装置に故障が発生する恐れがあり、このような故障は種々異なる誤反応を生ぜしめる。この場合、少なくとも３つの事例が区別される。
【００２６】
１）排ガス再循環弁１４が、開いた状態でひっかかって固着し、これによって排ガス再循環弁１４をもはや閉鎖することができなる。開いた状態のままひっかかった排ガス再循環弁１４が、たとえば位置センサまたはその他の手段により検知されると、内燃機関１は成層燃焼運転に切り換えられる。成層燃焼運転では、内燃機関１は制限されたエンジン出力において、開いた排ガス再循環弁１４を用いても運転され得るので、この場合には非常運転が可能になる。この場合、排ガス限界値を維持することができる。
【００２７】
２）排ガス再循環弁１４が、閉じた状態でひっかかって固着し、これによって排ガス再循環弁１４をもはや開放することができなくなる。閉じた状態のままひっかかった排ガス再循環弁１４が検知されると、内燃機関１は均質燃焼運転に切り換えられる。均質燃焼運転では、内燃機関１は閉じた排ガス再循環弁１４を用いても、排ガス限界値が超過されることなしに問題なく運転され得る。原則的には成層燃焼運転も可能ではあるが、しかしこの場合には、場合によっては規定の排ガス限界値をもはや維持することができなくなる。
【００２８】
３）排ガス再循環装置または排ガス再循環装置の開ループ制御式および／または閉ループ制御式の制御装置においてその他の故障が検知され、かつ排ガス再循環弁１４は閉鎖することができる。この場合には、内燃機関１が均質燃焼運転に切り換えられ、排ガス再循環弁１４は閉鎖される。既に説明したように、内燃機関１は均質燃焼運転では、閉じた排ガス再循環弁１４を用いても、排ガス限界値が損なわれることなしに問題なく運転され得る。
【００２９】
排ガス再循環装置または排ガス再循環弁１４における故障の検知は、制御装置１８によって直接に、またはセンサを用いて間接的に行うことができ、かつ／または排ガス再循環弁１４を制御するアクチュエータの診断またはその他の方法技術的な手段により行うことができる。次いで、検知された故障に関連して、制御装置１８によって前記事例に相応して、対応する非常運転が選び出され、かつ調節される。次いで、制御装置１８の故障メモリへのエントリ（Ｅｉｎｔｒａｇ）が行われる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による内燃機関の１実施例を示すブロック回路図である。

Claims (7)

1. 燃料を第１の運転モードでは圧縮行程中に、第２の運転モードでは吸込み行程中に、それぞれ燃焼室（４）内へ噴射し、かつ各運転モードの間で切換を行い、ただし内燃機関（１）は排ガス再循環弁（１４）を備えた排ガス再循環装置を有しているものとする、自動車の内燃機関（１）を運転するための方法において、排ガス再循環弁（１４）が開いた状態のまま固着した場合に、内燃機関（１）を第１の運転モードに切り換えることを特徴とする、内燃機関を運転するための方法。
2. 排ガス再循環弁（１４）が閉じた状態のまま固着した場合に、内燃機関（１）を第２の運転モードに切り換える、請求項１記載の方法。
3. 排ガス再循環装置の固着以外の誤機能が生じた場合に、排ガス再循環弁（１４）を閉鎖し、内燃機関（１）を第２の運転モードに切り換える、請求項１または２記載の方法。
4. 排ガス再循環弁（１４）の固着を、センサによって検知する、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
5. 自動車の内燃機関（１）の制御装置（１８）に用いられる制御素子において、当該制御素子にプログラムが記憶されており、該プログラムが、計算装置で実行可能であり、かつ請求項１から４までのいずれか１項記載の方法を実施するために用いられることを特徴とする、内燃機関の制御装置に用いられる制御素子。
6. 自動車の内燃機関（１）であって、燃焼室（４）が設けられており、該燃焼室（４）内へ燃料が第１の運転モードでは圧縮行程中に、第２の運転モードでは吸込み行程中に、それぞれ噴射可能であり、これらの運転モードの間での切換を行うための制御装置（１８）と、排ガス再循環弁（１４）を備えた排ガス再循環装置とが設けられている形式のものにおいて、排ガス再循環弁（１４）が開いた状態のまま固着した場合、内燃機関（１）が制御装置（１８）によって第１の運転モードへ切換可能であることを特徴とする内燃機関。
7. 自動車の内燃機関（１）に用いられる制御装置（１８）であって、内燃機関（１）が燃焼室（４）を備えており、該燃焼室（４）内へ燃料が、第１の運転モードでは圧縮行程中に、第２の運転モードでは吸込み行程中に、それぞれ噴射可能であり、当該制御装置（１８）が、前記各運転モードの間での切換のために設けられており、しかも内燃機関（１）が、排ガス再循環弁（１４）を備えた排ガス再循環装置を備えている形式のものにおいて、排ガス再循環弁（１４）が開いた状態のまま固着した場合に、内燃機関（１）が、制御装置（１８）によって第１の運転モードに切換可能であることを特徴とする、特に自動車の内燃機関に用いられる制御装置。

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