JP4828754B2 - 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、燃料を燃焼室内に案内しかつそこで燃焼させる、特に自動車の内燃機関を運転するための方法および装置に関する。
【０００２】
内燃機関を好ましくない運転条件で運転することによって、燃焼室内に堆積物が形成され得る。特に直接的な燃料噴射を伴う内燃機関では、特に噴射弁にもしくは噴射弁の先端部上にまたは先端部内に堆積物が形成され得る。この堆積物は噴流洗浄ひいては燃焼に不都合な影響を与え得る。一般的には、噴射弁のコークス化が考えられる。
【０００３】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９８２８２７９号明細書に基づき、電子的な制御装置が公知である。この制御装置によって、多気筒式の内燃機関におけるシリンダ個々のトルク分量の均等化を実施することができる。この場合、シリンダ個々のトルク分量を補償調整するためには、たとえば噴射される燃料量、点火時点（オットエンジンの場合）、排ガス戻し案内率または噴射位置が変化させられる。シリンダ個々のトルク分量の規定は、クランクシャフトまたはカムシャフトの回転運動の時間的な経過の評価によって行うことができる。この場合、個々のセグメント時間が検出される。択一的には、いずれにせよ燃焼失火検知のために制御装置に形成される運転非静粛量を使用することができる。シリンダ均等化の目的は、運転非静粛量を調整コンセプトによって最小限に抑えることである。認知された模範と、濾過された個々の運転非静粛量および濾過されていない個々の運転非静粛量とに関連して、エンジンに適宜な干渉が行われ得る。特に直接噴射を伴うエンジンでは、噴射弁コークス化が、対応するシリンダの、過度に低いモーメントを生ぜしめ得る。この事例では、対応するシリンダは過度に希薄な状態で運転される。調整機能の主構成部分は、ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９８２８２７９号明細書によれば、シリンダ個々のＰＩ調整器である。
【０００４】
未公開のドイツ連邦共和国特許出願第１０００９０６５．６号明細書には、シリンダ均等化調整を作用監視するための方法および装置が記載されている。このドイツ連邦共和国特許出願第１０００９０６５．６号明細書の導入部によれば、直接噴射式のオットエンジンには特別な要求が課せられている。ここでは、成層燃焼運転での燃焼法の僅かな誤差適合性および／または使用される高圧噴射弁の誤差によってもしくは個々のシリンダへの燃料の分配に関して、高められた運転非静粛性が生ぜしめられ得る。高圧噴射弁の通流量特性の、老化に基づく変化も重要である。ドイツ連邦共和国特許出願第１０００９０６５．６号明細書の枠内では、有利には、１つのシリンダのトルク分量（実際モーメント）がその点火動作に対して相対的にクランクシャフト回転またはカムシャフト回転の時間的な経過の評価を介して検出される。すなわち、絶対モーメントは規定されない。シリンダ均等化の範囲内の改善は、シリンダ均等化のための作用監視が提供されており、シリンダ均等化調整の範囲内の妨害時に相応の誤差信号が発生させられることによって達成される。作用監視は、シリンダ均等化調整干渉が行われた後、調整が作用しているかどうか、シリンダ個々のトルク分量が検査されるように行われる。作用が適度に生ぜしめられていない場合には、所望のように、引き続きシリンダ個々のＰＩ調整器の調整回路増幅が、設定された最終値に達するまで減少させられる。これによって、調整はより粗野に作業するが、しかし、動的にもより緩慢に働く。このことは甘受される。設定された最終値へのＰＩ調整器の調整後も所望の作用が生ぜしめられない場合には、誤差信号が発生させられる。
【０００５】
前記ドイツ連邦共和国特許出願第１０００９０６５．６号明細書の内容は明らかに本出願に組み込まれている。
【０００６】
本発明の課題は、上位概念部に記載した形式の方法を改善して、内燃機関の燃焼室内の堆積物が簡単に認知されかつ除去されるようにすることである。
【０００７】
本発明の課題は、請求項１の特徴によって解決される。
【０００８】
発明の利点
本発明の特に大きな利点は、単純な手段によって、燃焼室を内燃機関の全耐用年数にわたって堆積物なしに保つことができる点にある。これによって、良好な燃焼のために常に最適な条件が与えられている。
【０００９】
別の利点は、水噴射によって燃焼温度が低下させられ、これに相俟って、ＮＯｘエミッションもより僅かとなる点にある。さらに、燃焼室内の高い温度に基づき蒸発させられた水の水蒸気圧によって、内燃機関の熱力学的な効率が改善される。
【００１０】
本発明のさらなる利点は、従属請求項に関連して以下の実施例の説明から得られる。
【００１１】
実施例の説明
以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。
【００１２】
図１には、内燃機関１が示してある。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。このシリンダ３は燃焼室４を備えている。この燃焼室４は弁５を介して吸気管６と排ガス管もしくは排気管７とに続いている。さらに、燃焼室４には、信号ＴＩによって制御可能な噴射弁８と、信号ＺＷによって制御可能な点火プラグ９とが接続されている。この場合、信号ＴＩ，ＺＷは制御装置１６によって噴射弁８もしくは点火プラグ９に伝達される。
【００１３】
吸気管６は空気質量センサ１０を備えており、排気管７は酸素センサ１１を備えている。空気質量センサ１０は、吸気管６に供給された新空気の空気質量を測定し、この空気質量に関連して信号ＬＭを発生させる。酸素センサ１１は排気管７内の排ガスの酸素含有量を測定し、この酸素含有量に関連して信号λを発生させる。空気質量センサ１０の信号ＬＭと酸素センサ１１の信号λとは制御装置１６に供給される。
【００１４】
吸気管６内にはスロットルバルブ１２が収納されている。このスロットルバルブ１２の回動位置は信号ＤＫによって調整可能である。
【００１５】
第１の運転モード、つまり、内燃機関１の成層燃焼運転では、スロットルバルブ１２が十分に開かれる。燃料は噴射弁８によって、ピストン２により生ぜしめられる圧縮段階の間に燃焼室４内に噴射される。その後、点火プラグ９により燃料が点火され、これによって、ピストン２が、点火された燃料の膨張による後続の作業段階で駆動される。
【００１６】
第２の運転モード、つまり、内燃機関１の均質燃焼運転では、スロットルバルブ１２が、供給される所望の空気質量に関連して部分的に開かれるかもしくは閉じられる。燃料は噴射弁８によって、ピストン２により生ぜしめられる吸気段階の間に燃焼室４内に噴射される。同時に吸い込まれた空気によって、噴射された燃料に渦流が付与され、これによって、燃料が燃焼室４内にほぼ均一に分配される。その後、燃料／空気混合気は圧縮段階の間に圧縮され、次いで、点火プラグ９によって点火される。点火された燃料の膨張によってピストン２が駆動される。
【００１７】
成層燃焼運転ならびに均質燃焼運転では、駆動されたピストン２によってクランクシャフト１４が回転運動させられる。この回転運動を介して最終的に自動車のホイールが駆動される。クランクシャフト１４には歯車１３が配置されている。この歯車１３の歯は、直接向かい合って配置された回転数センサ１５によって走査される。この回転数センサ１５は、クランクシャフト１４の回転数Ｎを検知する信号を発生させ、この信号を制御装置１６に伝送する。
【００１８】
成層燃焼運転でかつ均質燃焼運転で噴射弁８により燃焼室４内に噴射される燃料質量は制御装置１６によって、特に僅かな燃料消費率および／または僅かな有害物質発生を考慮して開制御されかつ／または閉制御される。この目的のためには、制御装置１６がマイクロプロセッサを備えている。このマイクロプロセッサは記憶媒体、特にリード・オンリ・メモリ（ＲＯＭ）に、内燃機関１の全ての開制御および／または閉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。
【００１９】
制御装置１６は複数の入力信号によって負荷されている。これらの入力信号は、センサによって測定された内燃機関１の運転量を表している。たとえば、制御装置１６は空気質量センサ１０と、酸素センサ１１と、回転数センサ１５とに接続されている。さらに、制御装置１６はアクセルペダルセンサ１７に接続されている。このアクセルペダルセンサ１７は、運転者によって操作可能なアクセルペダルの位置ひいては運転車によって要求されたモーメントを報知する信号ＦＰを発生させる。制御装置１６は複数の出力信号を発生させる。これらの出力信号によって、アクチュエータを介して、所望の開制御および／または閉制御に相応して内燃機関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１６は噴射弁８と、点火プラグ９と、スロットルバルブ１２とに接続されていて、これらの制御のために必要となる信号ＴＩ，ＺＷ，ＤＫを発生させる。
【００２０】
図２には、特にガソリン直接噴射を伴う内燃機関に用いられる本発明による方法の流れ図が示してある。
【００２１】
図２に示した、シリンダ均等化調整の作用が問い合わされるステップ２１５は、たとえば未公開のドイツ連邦共和国特許出願第１０００９０６５．６号明細書に記載された、シリンダ均等化調整を作用監視するための方法に基づいている。このために必要となる入力データは回転数センサ１５によって制御装置１６に供給される。この制御装置１６は、この基本位置において、シリンダ個々のトルク分量の制御／適合を行う。このためには、制御装置１６によって、たとえば噴射される燃料量（ＴＩ）、点火時点（ＺＷ）、排ガス戻し案内率（図２には図示せず）または噴射位置（ＴＩ）が変化させられる。
【００２２】
方法の開始後、ステップ２１０において、成層燃焼運転が生ぜしめられているかどうかが検査される。成層燃焼運転が付与されていない場合には、この問合せが連続して実施される。これに対して、成層燃焼運転が付与されている場合には、ステップ２１５において、作用監視の誤差信号が発生しているかどうかが検査される。この場合、シリンダ均等化が作用していない場合には、ステップ２５０に直接移行される。ステップ２５０に関しては、あとで詳しく説明することにする。したがって、コークス化が直接推測される。これに対して、ステップ２１５において、シリンダ均等化の作用監視によって誤差信号が発生していないことが分かった場合には、ステップ２２０において、成層燃焼運転モードで燃焼失火が発生しているかどうかが検査される。燃焼失火を確認することができない場合には、ステップ２１０に戻される。これに対して、燃焼失火が認知された場合には、ステップ２３０において、制御装置１６によって成層燃焼運転モードから均質燃焼運転モードに切り換えられる。
【００２３】
ステップ２４０では、すでにステップ２２０で行われたように、均質燃焼運転モードで燃焼失火が発生しているかどうかが検査される。燃焼失火が確認されない場合には、ステップ２５０において、噴射弁８がコークス化したかもしくは堆積物が噴射弁８に形成されたことが推測される。
【００２４】
噴射弁８への堆積物によって、ガソリン直接噴射時に重要となる噴流洗浄が妨害され得る。確かにまだほぼ同じ燃料量が燃焼室４内には噴射されるが、しかし、噴流形状もしくは噴流ガイドは堆積物に基づき変化させられ得る。このことは、特に成層燃焼運転にネガティブな影響を与える。なぜならば、噴射時点において、可燃性の空気／燃料混合気クラウドが点火プラグ９のすぐ周辺に存在していないからである。これによって、燃焼失火が発生するかまたは燃焼がもはや全く行われなくなる。均質燃焼運転では、噴射弁８の僅かなコークス化はほとんど外乱とならない。なぜならば、ここでは、燃焼が、噴射された燃料の噴流ガイドに全く無関係であるからである。燃料は早期にすでに吸気段階の間に噴射される。これによって、均一な分配のための時間が十分に存在している。
【００２５】
ステップ２６０では、噴射弁８への堆積物を除去するための手段が導入される。図２に示した方法の終了に対して択一的に、燃焼室洗浄のための手段が必要であったかどうかを検査するために、ステップ２６０の後にステップ２１０に戻されてもよい。この変化形は破線によって示してある。
【００２６】
堆積物を除去するための手段として、たとえばノッキング燃焼が行われてよい。このノッキング燃焼で運転された内燃機関の検査によって、この内燃機関が極めてきれいな燃焼室４を有していることが分かった。この効果は本発明で使用される。
【００２７】
このことは、ノッキング燃焼によって、通常の圧力経過に合致する圧力振動が発生させられたことに起因し得る。付加的な圧力振動によって、高周波数の強い振動が発生させられる。これによって、燃焼室４内のかつ特に噴射弁８のノズルへの堆積物を除去することができる。ノッキング燃焼は、内燃機関１の損傷を回避するために、時間的に制限されなければならない。
【００２８】
ノッキング燃焼に相俟ってまたは単独の方法としても、水または任意の別の洗浄液体が、吸い込まれる燃焼空気に付加されてもよい。これによって、ノッキング燃焼時と同様の洗浄効果を得ることができる。水が、たとえば密でないシリンダヘッドシール部を介して燃焼室４内に進入させられたかまたは付加的に噴射された内燃機関の検査によって、この内燃機関が常に特によりきれいな燃焼室４を有していることが分かった。この効果は本発明で使用される。
【００２９】
燃焼室洗浄を実施した後、内燃機関が失火なしに運転されているかどうかを検査するために、再び成層燃焼運転に切り換えられる。再び失火が確認された場合には、たとえば上記方法が再び新たに開始され得る。
【００３０】
念のためにもしくは燃焼室４内の堆積物の形成を回避するためには、予め規定された時間間隔を置いてノッキング燃焼を実施することもできかつ／または水を空気に付加することもできる。
【００３１】
ステップ２４０において、均質燃焼運転でも燃焼失火が認知された場合には、ステップ２７０で別の診断法が開始される。この事例では、燃焼失火がもはや噴射弁８のノズルへの堆積物にのみ起因していることはあり得ない。たとえば、この燃焼失火は、もはやコントロールされずに開放する噴射弁８または故障した点火プラグ９によっても発生させられ得る。しかし、この事例では、噴射弁８のコークス化を完全に排除することもできない。いずれにせよ、この燃焼失火に対する原因は別の診断法によってさらに限定されなければならない。エラーメモリ内のエラーの相応のメモリは、正確な診断を提供するために、後続の修復作業時に有効となり得る。
【００３２】
図３には、すでに図１に示した実施例と同じように、制御装置１６を備えた内燃機関１が示してある。この内燃機関１は、水または任意の別の洗浄液体を空気に付加することができる装置を備えている。説明を簡単にするために、同じ構成部分には図１の符号が付してある。
【００３３】
水容器１８が付加的に内燃機関１に配置されている。水容器１８には弁１９が配置されている。この弁１９は制御装置１６によって制御することができる。弁１９は噴射ノズル２０に接続されている。このノズル２０によって弁１９の操作時に水は直接吸気管６内に到達することができる。
【００３４】
たとえば、制御装置１６によって噴射弁８への堆積物が認知された場合には、弁１９を制御するかもしくは開放する信号ＷＡが発生させられる。いま、原則的に吸気管６内を支配している負圧に基づき、弁１９の開放時には、水が水容器１８から弁１９とノズル２０とを通って吸気管６内に導入される。この吸気管６内の水は内燃機関１の後続の吸気過程時に燃焼室４内に到達する。そこでは、水が、噴射過程の間に燃焼室４内に到達した空気および燃料と混合される。燃焼室４内の高い温度に基づき、水はすぐに蒸発しかつ燃焼室４の洗浄に貢献する。
【００３５】
実施例として、ガソリン直接噴射（ＢＤＥ）を伴う内燃機関が選択されたにもかかわらず、本発明による方法を、幾分変更された形式で別の内燃機関、たとえばディーゼル内燃機関または吸気管噴射（ＳＲＥ）を伴う内燃機関にも使用することが全く可能である。
【００３６】
本発明による方法の特別な実施態様は、プログラムコード手段によってコンピュータプログラムの形で実現される。このようなコンピュータプログラムは記憶媒体、たとえばＣＤ−ＲＯＭまたはＥＰＲＯＭに記憶することができ、コンピュータプログラムが制御装置（もしくは一般的に任意のコンピュータ）で実施される場合には、燃焼室洗浄のための本発明による方法ステップが開始されることを可能にする。こうして、このような製品の製造元にとっては、製品を顧客に納品することが簡単に可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 制御装置を備えた内燃機関の概略図である。
【図２】 本発明による方法の流れ図である。
【図３】 制御装置と、水または任意の別の洗浄液体を、吸い込まれる燃焼空気に付加することができる装置とを備えた内燃機関の概略図である。
【符号の説明】
１ 内燃機関、 ２ ピストン、 ３ シリンダ、 ４ 燃焼室、 ５ 弁、 ６ 吸気管、 ７ 排気管、 ８ 噴射弁、 ９ 点火プラグ、 １０ 空気質量センサ、 １１ 酸素センサ、 １２ スロットルバルブ、 １３ 歯車、 １４ クランクシャフト、 １５ 回転数センサ、 １６ 制御装置、 １７ アクセルペダルセンサ、 １８ 水容器、 １９ 弁、 ２０ 噴射ノズル、 ２１０ ステップ、 ２１５ ステップ、 ２２０ ステップ、 ２３０ ステップ、 ２４０ ステップ、 ２５０ ステップ、 ２６０ ステップ、 ２７０ ステップ、 ＴＩ 信号、 ＺＷ 信号、 ＬＭ 信号、 λ 信号、 ＤＫ 信号、 ＦＰ 信号、 ＷＡ 信号、 Ｎ 回転数

Claims (13)

1. 燃料を、第１の運転モードで圧縮段階の間にまたは第２の運転モードで吸気段階の間に、噴射弁（８）によって内燃機関（１）の燃焼室（４）内に直接噴射し、次いで、作用監視を伴ったシリンダ個々のトルク分量の均等化のための調整を実施しかつ／または失火認知を実施して、自動車の直接噴射式の内燃機関（１）を運転するための方法において、作用監視の誤差信号の発生時に噴射弁（８）のコークス化を推測して、または、第１の運転モードでの内燃機関（１）の運転の間の失火の認知時に、次いで、第２の運転モードに切り換え、第２の運転モードで失火が発生していない場合に噴射弁（８）のノズルへの堆積物もしくは噴射弁（８）のコークス化を推測して、次いで、噴射弁（８）もしくは前記ノズルを洗浄するための手段を導入することを特徴とする、自動車の直接噴射式の内燃機関を運転するための方法。
2. 噴射弁（８）もしくは前記ノズルを洗浄するためにノッキング燃焼を実施しかつ／または洗浄液体を、吸い込まれる燃焼空気に付加する、請求項１記載の方法。
3. 洗浄液体として水を使用する、請求項２記載の方法。
4. 噴射弁（８）もしくは前記ノズルを洗浄するための手段を、予め規定された期間の間実施する、請求項１または２記載の方法。
5. 噴射弁（８）もしくは前記ノズルを洗浄するための手段を、前記ノズルへの堆積物もしくは噴射弁（８）のコークス化がもはや認知されなくなるまで実施する、請求項１または２記載の方法。
6. 噴射弁（８）もしくは前記ノズルを洗浄するための手段を、内燃機関（１）の損傷が見込まれ得ない間のみ実施する、請求項４または５記載の方法。
7. 噴射弁（８）もしくは前記ノズルを洗浄するための手段を予防的に、予め規定された時間間隔を置いて、予め規定された期間の間実施する、請求項１または２記載の方法。
8. 第１の運転モードでの内燃機関（１）の運転の間の失火の認知時に、次いで、第２の運転モードに切り換え、第２の運転モードでも失火が発生している場合に前記ノズルへの堆積物もしくは噴射弁（８）のコークス化と異なる誤差を推測し、誤差原因を限定するための別の診断法を開始する、請求項１記載の方法。
9. 当該方法をディーゼル内燃機関で使用する、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。
10. 全てのステップを請求項１から９までのいずれか１項記載の方法によって実施するために、コンピュータプログラムをコンピュータで実施する場合にプログラムコード手段を用いたコンピュータプログラム。
11. 前記コンピュータが、制御装置である、請求項１０記載のコンピュータプログラム。
12. 自動車の内燃機関（１）を運転するための制御装置において、請求項１〜９までのいずれか１項記載の方法を実施するための手段が存在していることを特徴とする、自動車の内燃機関を運転するための制御装置。
13. 自動車の内燃機関（１）において、請求項１〜９までのいずれか１項記載の方法を実施するための手段が存在していることを特徴とする、自動車の内燃機関。

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