JP5356640B2 - 内燃機関の運転方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の運転方法および該方法を実施するための装置に関するものである。

ドイツ特許公開第４００１６１６号から、触媒の酸素吸蔵能力を考慮して、内燃機関に供給される空気／燃料混合物の空燃比の最適制御を可能にする、触媒を有する内燃機関に対する燃料量制御方法および装置が既知となっている。触媒の転化率は、排気ガス内の供給酸素部分の関数である。酸素部分が、予め吸蔵された酸素が触媒から放出されることによって影響されるので、空燃比の適切なリッチ化またはリーン化により、触媒の転化率を最適にすることが可能である。

ドイツ特許公開第４０２４２１２号から、触媒を有する内燃機関の所定の運転状態において、所定の振幅を有するλ制御振動が発生される、触媒を有する内燃機関の定常λ制御方法が既知となっている。この既知の方法においては、λ制御振動の最大振幅を超えない範囲内で振幅を上昇させることにより触媒の転化ウインドウがより広くなるという知見が基礎となっている。

ドイツ特許公開第２３０４６２２号に、触媒手前上流側および触媒後方下流側に発生するλ振動の振幅間の差を形成することにより触媒の劣化状態を決定する触媒の診断方法が開示されている。この差が所定のしきい値を下回ったとき、エラー信号が供給される。

さらに、ドイツ特許公開第３５００５９４号から、差の代わりに、λ振動の振幅比が使用される触媒の診断方法が既知となっている。
特にλ制御振動内におけるλ変化の発生は、一方で、特にガス移動時間によるむだ時間に基づいて内燃機関の全ての運転状態において回避することは不可能であり、また他方で、特に触媒の転化率に関してはむしろ好ましく、さらに触媒診断を実行するためにλ変化の発生が適切に開始可能である。λ変化は排気ガス組成に影響を与えるのみならず、内燃機関から供給されるトルクにも影響を与える。

本発明の課題は、内燃機関の高い回転規則性および／またはできるだけ高い効率を可能にする内燃機関の運転方法および装置を提供することである。

本発明によれば、内燃機関の吸気領域内に給気調節装置が配置され、内燃機関に、点火角が可変の点火装置が設けられ、内燃機関の空気／燃料混合物のλ目標値を設定するためにλ制御器またはλ操作手段が設けられている、内燃機関の運転方法において、内燃機関の少なくとも１つの操作変数が、実際に存在する燃焼室λの関数として直接調節される。

本発明による方法は、特に回転規則性に関しておよび／または内燃機関の効率に関して回転特性を最適にするために使用可能な、内燃機関の操作への係合可能性を向上させる。
それに対応して、本発明による方法の第１の形態により、燃焼室λが変化したとき、内燃機関の効率を最適にするように操作変数が決定される設計がなされている。この形態は、燃焼室λが空気／燃料混合物の燃焼速度に影響を与え、したがって最適点火角に影響を与えることを考慮している。リッチ化においては効率が最適な点火角は遅れ方向にシフトし、一方、リーン化においては進み方向にシフトする。

それに対応して、さらに本発明による方法の第２の形態により、燃焼室λが変化したとき、内燃機関から供給されるトルクの変化を最小にするように操作変数が決定される設計がなされている。この形態は、内燃機関が、空気／燃料混合物のリッチ化においてはより高いトルクを供給し、またリーン化においてはより低いトルクを供給可能であることを考慮している。内燃機関の運転条件の関数として、特に回転速度の関数として、トルク変化が、回転不規則性の上昇による不快感を感じさせることがある。

λ制御振動のリーン半波の間において、効率が最適でない点火角は、リーン化に基づいて、リーンな空気／燃料混合物に適合しない点火角によりトルクの急低下がさらに増幅されることになるので、第１および第２の形態の組み合わせが特に有利である。この組み合わせにより、トルク変化が優先的に最小にされ、同時に効率の相対最適値が達成可能である。

一形態により、効率が最適になるように所定のトルク目標値を変換するために必要となるであろうよりも多量の空気が内燃機関に供給されるように給気調節装置が調節されることにより、トルク余裕が形成されるように設計されている。給気調節は給気調節装置により行われる。

一形態により、燃焼室λが計算されるように設計されている。この手段により、操作変数が適切な時期に燃焼過程に係合可能であることが保証される。計算は既知の相対空気充填量および燃焼過程に対して設定された既知の燃料質量に基づいて実行可能である。

一形態は、操作変数として、点火装置の点火信号が、燃焼室λの関数として変化されるように設計されている。点火角の変化はきわめて急速に実行可能であり且つ個々の各燃焼過程に対して適合可能である。

点火角を変化させる代わりにまたはそれに追加して、給気調節装置による混合物形成への係合が行われてもよい。可変弁制御が設けられている場合、弁調節信号が、燃焼室λの関数として変化されてもよい。絞り弁が存在する場合、代替態様または追加態様として、給気調節装置制御信号により、絞り弁の位置が燃焼室λの関数として変化されてもよい。

一形態は、内燃機関が最適効率を有する最適点火角に対して、点火角が燃焼室λの関数として常に遅れシフトを有し、この場合、遅れシフトは、燃焼室λの低下と共により大きくなるように設計されている。この手段によりトルク余裕が保証され、点火角の遅れ調節の可変リセットにより、このトルク余裕に逆係合可能である。

一形態により、内燃機関の少なくとも１つの運転特性変数または運転状態の関数として、異なる運転方式、即ち内燃機関の最高効率への最適化および回転規則性の最適化が選択されるように設計されている。内燃機関のアイドリングにおいては、安定なアイドル運転を保証するために回転規則性の最適化が優先されることが好ましく、一方、より高い回転速度においては、効率最適化が優先されてもよい。

本発明による方法に基づく本発明による内燃機関の運転装置は、第１に、方法を実行するために提供された制御装置である。
この制御装置は、特に、燃焼室λを決定するための燃焼室λ決定手段並びに可変点火角を供給するための点火角決定手段を含む。

この制御装置は、方法ステップがコンピュータ・プログラムとしてその中に記憶されている少なくとも１つの電気メモリを含むことが好ましい。
本発明による方法の他の有利な変更態様および形態が他の従属請求項および以下の説明から得られる。

図１は内燃機関１０を示し、内燃機関１０の吸気領域１１内に給気測定手段１２および給気調節装置（絞り弁）１３が配置され、内燃機関１０の排気領域１４内にλセンサ１５および触媒１６が配置されている。

制御装置１７に、給気測定手段１２が空気信号ｍｓｄｋを出力し、内燃機関１０が回転速度信号ｎを出力し、λセンサ１５がλ信号ｌａｍ−ｍｅｓｓを出力する。制御装置１７に、トルク目標信号ｍｉ−ｓｏｌｌおよび電圧信号ＵＢａｔｔが供給される。制御装置１７は、燃料供給装置１８に燃料信号ｔｉを出力し、点火装置１９に点火信号ｚｗｓを出力し、弁調節装置２０に弁調節信号ｖを出力し、給気調節装置１３に給気調節装置の制御信号（絞り弁信号）ｗｄｋｓを出力する。弁調節装置２０は、給気調節装置１３に対する代替態様または補足態様である。

図２は燃料信号決定手段３０を示し、燃料信号決定手段３０に、λ信号ｌａｍ−ｍｅｓｓ、λ目標値ｌａｍ−ｓｏｌｌ、空気信号ｍｓｄｋ、回転速度信号ｎおよび電圧信号ＵＢａｔｔが供給される。λ信号ｌａｍ−ｍｅｓｓおよびλ目標値ｌａｍ−ｓｏｌｌはλ制御器３１に供給され、λ制御器３１は操作変数ｆｒを決定し、操作変数ｆｒは第１の乗算器３２に供給され、第１の乗算器３２は、操作変数ｆｒを増幅信号３３と乗算し且つ結果を第２の乗算器３４に伝送する。

空気信号ｍｓｄｋおよび回転速度信号ｎがモデル３５に供給され、モデル３５は相対空気充填量ｒｌを決定し、相対空気充填量ｒｌは、第１の除算器３６および燃焼室λ決定手段３７に供給される。第１の除算器３６は、相対空気充填量ｒｌをλ目標値ｌａｍ−ｓｏｌｌで除算し且つ相対燃料補正前質量ｒＫｒｏｈを供給し、相対燃料補正前質量ｒＫｒｏｈは、第２の乗算器３４において、場合により修正された操作信号ｆｒと乗算される。この結果は相対燃料質量ｒＫであり、相対燃料質量ｒＫは、燃焼室λ決定手段３７のみならず換算手段３８にも供給される。換算手段３８は、少なくともバッテリ信号ＵＢａｔｔを考慮して燃料信号ｔｉを供給する。

図３は、内燃機関１０の点火角ｚｗと効率ｅｔａ−Ｂｋｍとの間の機能的関係を示す。第１の線図４０は、例えば燃焼室λ（ｌａｍ−ｉｓｔ）＝１ における内燃機関１０の効率ｅｔａ−Ｂｋｍの線図を示す。燃焼室λ（ｌａｍ−ｉｓｔ）＝１ に対する最適点火角ｚｗｏｐｔ−ｌａｍ１は、例えばシリンダの上死点ＯＴ手前約２０°に位置する。点火角ｚｗの遅れ調節および進み調節に対する方向が示されている。リッチな空気／燃料混合物に対する第２の線図４１およびリーンな空気／燃料混合物に対する第３の線図４２が目盛られている。

図４は、空気係数λ（ｌａｍ）とλ効率ｅｔａ−ｌａｍとの間の機能的関係を示す。変数ｅｔａ−ｌａｍは、熱力学的意味におけるエネルギー変換効率ではない。変数ｅｔａ−ｌａｍは、実際に存在する燃焼室λにおいて、空気係数λ＝１に対して、内燃機関１０の何％のトルクがなお達成可能であるかを与える。第４の線図５１は、例えば中央空気係数λ＝１に対する最適点火角ｚｗにおける関係を表わし、第５の線図５２は、実際に存在する燃焼室λ（ｌａｍ−ｉｓｔ）に対する最適点火角ｚｗにおける関係を表わす。

図５は点火角決定手段６０を示し、点火角決定手段６０に、相対空気充填量ｒｌ、回転速度信号ｎ、および実際の燃焼室λ（ｌａｍ−ｉｓｔ）が供給される。特性曲線群６１において、相対空気充填量ｒｌおよび回転速度信号ｎから、中央空気係数λ＝１に対する最適点火角ｚｗｏｐｔ−ｌａｍ１が決定され、最適点火角ｚｗｏｐｔ−ｌａｍ１は第１の加算器６２に供給され、第１の加算器６２は、中央空気係数λ＝１に対する最適点火角ｚｗｏｐｔ−ｌａｍ１に、第１の特性曲線６３において燃焼室λ（ｌａｍ−ｉｓｔ）から決定される点火角シフトｄｚｗｏｐｔを加算する。第１の加算器６２は、実際に存在する燃焼室λ（ｌａｍ−ｉｓｔ）に対する最適点火角ｚｗｏｐｔを出力する。

第２の加算器６４は、最適点火角ｚｗｏｐｔにトルク／点火角補正ｄｚｗｍｉを加算可能であり、トルク／点火角補正ｄｚｗｍｉは、図６に示されているトルク／点火角補正決定手段７０から供給される。

図６はトルク／点火角補正決定手段７０を示し、トルク／点火角補正決定手段７０に、相対空気充填量ｒｌ、回転速度信号ｎ、および燃焼室λ（ｌａｍ−ｉｓｔ）が供給される。計算ユニット７１において、例えば中央空気係数λ＝１における最適トルクｍｉｏｐｔ−ｌａｍ１が計算され、最適トルクｍｉｏｐｔ−ｌａｍ１は第３の乗算器７２に供給され、第３の乗算器７２は、中央空気係数λ＝１における最適トルクｍｉｏｐｔ−ｌａｍ１を、第２の特性曲線７３において燃焼室λ（ｌａｍ−ｉｓｔ）から決定されるλ効率ｅｔａ−ｌａｍと乗算する。この結果は内燃機関１０のトルクｍｉであり、トルクｍｉは、加算器７６においてトルク目標値ｍｉ−ｓｏｌｌと比較され且つ第２の除算器７４に供給される。加算器７６により決定された、トルクｍｉとトルク目標値ｍｉ−ｓｏｌｌとの間のトルク差ｄｍｉは、第２の除算器７４において正規化されて効率変化ｄ−ｅｔａとなり、効率変化ｄ−ｅｔａから、第３の特性曲線７５において、トルク／点火角補正ｄｚｗｍｉが決定される。

本発明による方法は次のように行われる。
図１に示されている制御装置１７は、例えば詳細には示されていない自動車加速ペダルから供給されるトルク目標値ｍｉ−ｓｏｌｌの関数として、内燃機関１０に供給される空気を給気調節装置１３、２０により決定する。給気調節装置１３、２０は、例えば絞り弁１３であり、絞り弁１３は給気調節装置の制御信号ｗｄｋｓにより操作される。代替態様または追加態様として、給気調節装置１３、２０は弁調節装置２０であってもよく、弁調節装置２０は弁調節信号ｖにより操作される。給気調節装置１３、２０の他の代替態様は、吸気領域１１内に配置された、例えば詳細には示されていないカム軸駆動装置により操作されるオリフィスであってもよい。特に、制御装置１７は燃料信号ｔｉを決定し、燃料信号ｔｉは燃料供給装置１８に供給される。燃料信号ｔｉは、例えば、燃料供給装置１８内に含まれている少なくとも１つの燃料噴射弁に対する開放時間を決定する。

さらに制御装置１７はλ制御器３１を含み、λ制御器３１は、所定のλ目標値ｌａｍ−ｓｏｌｌが保持されるように燃料信号ｔｉを調節する。λ制御器３１は、所定のλ目標値ｌａｍ−ｓｏｌｌを、λセンサ１５から供給されるλ信号ｌａｍ−ｍｅｓｓと比較する。

λセンサ１５は、例えば、排気ガス処理装置１６手前上流側に配置されていても、および／または排気ガス処理装置（触媒）１６の後方下流側に配置されていてもよい。排気ガス処理装置１６の手前上流側のみならず排気ガス処理装置１６の後方下流側にもそれぞれλセンサ１５が配置されていることが好ましく、この場合、排気ガス処理装置１６の手前上流側に配置されているλセンサのλ信号ｌａｍ−ｍｅｓｓは、排気ガス処理装置１６の後方下流側に配置されているλセンサの信号により補正される。

λ制御器３１の代わりにλ操作手段が設けられていてもよく、λ操作手段にはλ目標値ｌａｍ−ｓｏｌｌのみが供給される。この形態においてはλセンサ１５は必要ではない。
触媒１６は、例えば別の構造部分であるか、または粒子フィルタ内に統合されて含められている。λ目標値ｌａｍ−ｓｏｌｌは、触媒１６の転化ウインドウに同調されることが好ましい。例えば触媒１６の診断のために、操作信号ｆｒに増幅信号３３が重ね合わされてもよい。触媒１６は本発明による方法に対しては必要ではなく、したがって触媒１６はなくてもよい。

λ制御器３１は操作信号ｆｒを決定し、操作信号ｆｒは、第２の乗算器３４において、次に決定される相対燃料補正前質量ｒＫｒｏｈを補正するために設けられている。代替態様として、操作変数ｆｒはλ操作から供給されてもよい。相対燃料補正前質量ｒＫｒｏｈは、相対空気充填量ｒｌから、第１の除算器３６においてλ目標値ｌａｍ−ｓｏｌｌで除算することにより決定される。換算手段３８は、相対燃料質量ｒＫから燃料信号ｔｉを決定し、燃料信号ｔｉは、例えば、燃料供給装置１８内に存在する少なくとも１つの燃料噴射弁に対する開放時間を決定する。バッテリ電圧ＵＢａｔｔは燃料圧力および燃料噴射弁の開放時間に影響を与え、したがって燃料量にも影響を与えることがあるので、換算手段３８は、例えば、バッテリ電圧を表わすバッテリ信号ＵＢａｔｔを考慮する。

相対空気充填量ｒｌはシリンダ作業ストロークの最大可能空気充填量に対するシリンダ内実際充填量の比を与える。相対空気充填量ｒｌは、モデル３５内において、給気測定手段１２から供給された空気信号ｍｓｄｋおよび回転速度信号ｎから決定される。モデル３５は、特に内燃機関１０の吸気領域１１内の動的過程を考慮する。給気測定手段１２は、例えば空気量または空気質量を測定する。給気測定手段１２は、センサとして形成されていてもよい。代替態様により、空気信号ｍｓｄｋとして、場合により存在する給気調節装置１３、２０の位置が使用されてもよい。空気信号ｍｓｄｋは、吸気領域１１内に配置されている詳細には示されていない圧力センサから、好ましくは吸気温度を考慮して導かれてもよい。

燃焼室λ決定手段３７は、予め相対燃料質量ｒＫおよび相対空気充填量ｒｌから予想燃焼室λ（ｌａｍ−ｉｓｔ）を計算可能であり、予想燃焼室λ（ｌａｍ−ｉｓｔ）は他の方法の基礎とされる。

図３に表わされている、点火角ｚｗと内燃機関１０の効率ｅｔａ−Ｂｋｍとの間の機能的関係から、３つの線図４０、４１、４２により、内燃機関１０の最適効率ｅｔａ−Ｂｋｍに導く点火角は、燃焼室λ（ｌａｍ−ｉｓｔ）の関数であることが示されている。例えば中央空気数λ＝１に適用される第１の線図４０に対して、リーン燃焼における最適点火角は進み方向にシフトし、リッチ燃焼においては遅れ方向にシフトする。３つの線図４０、４１、４２は、きわめて近似的に、下方に開いた抛物線とみなされる。図示の実施例においては、中央空気係数λ＝１において、内燃機関１０の最大効率ｅｔａ−Ｂｋｍはシリンダの上死点ＯＴ手前２０°の最適点火角ｚｗｏｐｔ−ｌａｍ１に位置するものと仮定されている。

図４に示されている、空気数λ（ｌａｍ）とλ効率ｅｔａ−ｌａｍとの間の機能的関係から、実際に存在する燃焼室λ（ｌａｍ−ｉｓｔ）の最適点火角ｚｗに対して適用される第５の線図５２は、１から離れた空気係数λにおいて、中央空気係数λ＝１の最適点火角ｚｗに対して適用される第４の線図５１の上方に位置していることがわかる。図示のλ効率ｅｔａ−ｌａｍは、例えば空気係数λ（ｌａｍ）＝２ において内燃機関１０が達成可能なトルクｍｉは、空気数λ＝１において達成可能なトルクｍｉに対して半分であるにすぎないことと、および実際に存在する燃焼室λ（ｌａｍ−ｉｓｔ）を考慮することにより、例えば中央空気係数λ＝１を基礎とする代わりに、内燃機関１０のより高い効率に対応するより高いトルクｍｉが達成可能であることとを意味する。１より大きい空気係数λにおいては、点火角ｚｗの進み調節により効率上昇が得られる。それに対応して、１より小さい空気係数λを有するリッチ燃焼においては、点火角ｚｗの遅れ調節により同様に効率上昇が達成可能である。

本発明の方法の第１の態様により、内燃機関１０の最大可能効率ｅｔａ−Ｂｋｍを達成するために、実際に発生する燃焼室λ（ｌａｍ−ｉｓｔ）の関数として最適点火角ｚｗｏｐｔが決定され、これにより燃料節約という利点が得られる。

点火角ｚｗは、図５に示すように、はじめに、例えば中央空気係数λ＝１に対して、相対空気充填量ｒｌおよび回転速度信号ｎから特性曲線群６１により決定される。中央空気係数λ＝１に対する決定最適点火角ｚｗｏｐｔ−ｌａｍ１は、実際に発生する燃焼室λ（ｌａｍ−ｉｓｔ）を用いて、実際に発生する燃焼室λ（ｌａｍ−ｉｓｔ）の関数として変化される。第１の特性曲線６３により、燃焼室λ（ｌａｍ−ｉｓｔ）から点火角シフトｄｚｗｏｐｔが決定され、点火角シフトｄｚｗｏｐｔは、それに続いて第１の加算器６２において、中央空気係数λ＝１に対する最適点火角ｚｗｏｐｔ−ｌａｍ１に加算される。加算の結果として、最適点火角ｚｗｏｐｔが内燃機関１０に対する操作変数として供給され、最適点火角ｚｗｏｐｔは点火信号ｚｗｓとして点火装置１９に供給される。

点火角ｚｗの最適化は、λ制御振動の範囲内のリッチ過程の間のみならずリーン過程の間においても、内燃機関１０のトルクｍｉを上昇させる。λ振動の振幅は、場合により存在するλセンサ１５の関数である。ステップ・センサにおいては、広帯域センサにおいてよりもより高い振幅が期待される。振幅は、さらに、λセンサ１５に到達するまでのガス通過時間により影響される。

λ振動の振幅は、特に増幅信号３３により調節されてもよい。増幅信号３３は、場合により存在する触媒を診断するときに、冒頭記載の背景技術に示すように設定されてもよい。増幅信号３３により、λ振動の振幅が適切に増幅可能である。例えば、０．２−５秒の値であってもよいλ制御振動の範囲内における空気係数λの上昇変化と関連して、λ振動の範囲内における内燃機関１０のトルクｍｉの上昇変化が行われる。

本発明の方法の第２の態様により、燃焼室λ（ｌａｍ−ｉｓｔ）の変化における、特にλ制御振動の範囲内のトルクｍｉ変化の最小化が行われる。第２の態様は、内燃機関１０の効率最適化の第１の態様と組み合わされることが好ましい。両方の態様が組み合わされたとき、トルク変化の最小化が同様に点火角ｚｗの決定へ逆係合することが好ましい。この形態は図５および図６を基礎としている。図５における係合はトルク／点火角補正ｄｚｗｍｉにより行われ、トルク／点火角補正ｄｚｗｍｉは、第２の加算器６４において最適点火角ｚｗｏｐｔに重ね合わされる。この結果において、第２の加算器６４は、回転速度変化を最小にするための最適点火角ｚｗｍｉを供給し、最適点火角ｚｗｍｉは、点火信号ｚｗｓとして制御装置１７から点火装置１９に供給される。

図６により、計算ユニット７１は、例えば空気係数λ＝１に対する最適トルクｍｉｏｐｔ−ｌａｍ１を、相対空気充填量ｒｌおよび回転速度信号ｎから決定する。空気係数λ＝１に対する最適トルクｍｉｏｐｔ−ｌａｍ１は、第３の乗算器７２において、実際に存在する燃焼室λ（ｌａｍ−ｉｓｔ）の関数として変化される。このために、第２の特性曲線７３において、燃焼室λ（ｌａｍ−ｉｓｔ）に基づいてλ効率ｅｔａ−ｌａｍが決定され、このλ効率は、図４に示されている第５の線図５２に対応する。この結果として、第３の乗算器７２は、内燃機関１０のトルクｍｉを、燃焼室λ（ｌａｍ−ｉｓｔ）の関数として供給する。加算器７６は、希望トルク目標値ｍｉ−ｓｏｌｌと発生トルクｍｉとの間の差を形成する。トルク差ｄｍｉは、第２の除算器７４において、トルクｍｉで除算することにより正規化され且つ効率変化ｄ−ｅｔａとして供給される。第３の特性曲線７５は、効率変化ｄ−ｅｔａからトルク／点火角補正ｄｚｗｍｉを決定し、トルク／点火角補正ｄｚｗｍｉは、図５に示されている第２の加算器６４に供給される。

点火信号ｚｗｓを変化させることにより、好ましくないトルク変化の完全な排除が達成可能である。この係合は、λ制御振動のリッチ過程においては、点火角が内燃機関１０の最大効率を達成させるために必要となるように、遅れ方向に僅かに調節され、またλ制御振動のリーン過程においては、点火角ｚｗが進み方向に僅かに調節されるように行われる。これにより、トルク変化を最小にするために燃料節約は低下される。

一形態により、トルク余裕が形成されるように設計されている。このために、給気調節装置１３、２０は、効率が最適となるように所定のトルク目標値ｍｉ−ｓｏｌｌを変換するために必要となるであろうよりもより多量の空気が内燃機関１０に供給されるように設定されるべきである。

この形態においては、トルク／点火角補正ｄｚｗｍｉによる係合が点火角ｚｗの遅れ調節方向にのみ行われるように設計されている。このために、計算ユニット７１において、例えば所定の空気係数λ＝１における最適トルクｍｉｏｐｔ−ｌａｍ１の計算が行われなければならない。このとき、トルク差ｄｍｉは常に負である。したがって、回転速度変化を最小にするために、燃焼室λ（ｌａｍ−ｉｓｔ）の関数として常に点火角ｚｗの遅れシフトが行われ、この場合、遅れシフトは燃焼室λ（ｌａｍ−ｉｓｔ）の低下と共に大きくなる。この形態においては、トルク変化を最小にするために燃料が多量に消費されることは避けられない。この場合、本質的な利点はトルク余裕が常に存在することである。

内燃機関の少なくとも１つの特性変数または運転状態の関数として内燃機関１０の異なる運転方式が選択されることが好ましい。運転変数として、例えば、回転速度ｎ、トルクｍｉに対応する内燃機関１０の負荷および／または例えば内燃機関１０の運転温度が考えられる。運転方式が、回転速度ｎの関数として、またはアイドリングの運転状態が存在するかどうかの関数として決定されることが特に有利である。燃焼室λ（ｌａｍ−ｉｓｔ）の関数としてトルク変化を最小にすることは、内燃機関１０の低回転速度において、特にアイドリングにおいて行われる。これに対して、内燃機関１０の回転速度がより高いときには、内燃機関１０の燃料消費量の最適化が特に行われる。

点火信号ｚｗｓを変化させる代わりにまたはそれに追加して、給気調節装置１３、２０による混合物形成への係合が行われてもよい。弁調節装置２０が設けられている場合、弁調節信号ｖが燃焼室λ（ｌａｍ−ｉｓｔ）の関数として変化されてもよい。絞り弁１３が存在する場合、代替態様または追加態様により、絞り弁１３を制御するための給気調節装置制御信号ｗｄｋｓが、燃焼室λ（ｌａｍ−ｉｓｔ）の関数として変化されてもよい。

本発明による方法が実行される技術的周辺図である。 燃料信号決定手段のブロック回路図である。 内燃機関の点火角と効率との間の機能的関係図である。 空気数λとλ効率との間の機能的関係図である。 点火角決定手段のブロック回路図である。 トルク／点火角補正決定手段のブロック回路図である。

符号の説明

１０ 内燃機関
１１ 吸気領域
１２ 給気測定手段
１３ 給気調節装置（絞り弁）
１４ 排気領域
１５ λセンサ
１６ 触媒（排気ガス処理装置）
１７ 制御装置
１８ 燃料供給装置
１９ 点火装置
２０ 給気調節装置（弁調節装置）
３０ 燃料信号決定手段
３１ λ制御器
３２、３４、７２ 乗算器
３３ 増幅信号
３５ モデル
３６、７４ 除算器
３７ 燃焼室λ決定手段
３８ 換算手段
４０、４１、４２ 内燃機関効率線図
５１、５２ λ効率線図
６０ 点火角決定手段
６１ 特性曲線群
６２、６４、７６ 加算器
６３、７３、７５ 特性曲線
７０ トルク／点火角補正決定手段
７１ 計算ユニット
ｄ−ｅｔａ 効率変化
ｄｍｉ トルク差
ｄｚｗｍｉ トルク／点火角補正
ｄｚｗｏｐｔ 点火角シフト
ｅｔａ−Ｂｋｍ 内燃機関効率
ｅｔａ−ｌａｍ λ効率
ｆｒ 操作変数
ｌａｍ 空気係数（空燃比）λ
ｌａｍ−ｉｓｔ 燃焼室λ
ｌａｍ−ｍｅｓｓ λ信号
ｌａｍ−ｓｏｌｌ λ目標値
ｍｉ トルク
ｍｉｏｐｔ−ｌａｍ１ 最適トルク（λ＝１における）
ｍｉ−ｓｏｌｌ トルク目標信号（トルク目標値）
ｍｓｄｋ 空気信号
ｎ 回転速度信号
ＯＴ シリンダ上死点
ｒＫ 相対燃料質量
ｒＫｒｏｈ 相対燃料補正前質量
ｒｌ 相対空気充填量
ｔｉ 燃料信号
ＵＢａｔｔ 電圧信号（バッテリ信号）
ｖ 弁調節信号
ｗｄｋｓ 絞り弁信号（給気調節装置の制御信号）
ｚｗ 点火角
ｚｗｍｉ 最適点火角（回転速度変化を最小にするための点火角）
ｚｗｏｐｔ 最適点火角（実際ｌａｍ−ｉｓｔに対する）
ｚｗｏｐｔ−ｌａｍ１ 最適点火角（λ＝１に対する）
ｚｗｓ 点火信号

Claims (10)

1. 内燃機関（１０）の吸気領域（１１）内に給気調節装置（１３、２０）が配置され、内燃機関（１０）に、点火角（ｚｗ）が可変の点火装置（１９）が設けられ、内燃機関（１０）の空気／燃料混合物のλ目標値（ｌａｍ−ｓｏｌｌ）を設定するためにλ制御器またはλ操作手段（３１）が設けられている、内燃機関（１０）の運転方法において、
   内燃機関（１０）の少なくとも１つの操作変数（ｚｗｓ、ｗｄｋｓ、ｖ）である点火装置（１９）の点火信号（ｚｗｓ）が、実際に存在する燃焼室λ（ｌａｍ−ｉｓｔ）の関数として直接調節されること、及び
   燃焼室λ（ｌａｍ−ｉｓｔ）が、内燃機関（１０）に給気される空気量（ｍｓｄｋ）であって測定された空気量（ｍｓｄｋ）、計算された燃料補正前質量（ｒＫｒｏｈ）、及び計算された相対燃料質量（ｒＫ）を用いて計算され、その場合、前記の燃料補正前質量（ｒＫｒｏｈ）が、所定のλ目標値（ｌａｍ−ｓｏｌｌ）及び前記の測定された空気量（ｍｓｄｋ）から計算され、操作変数（ｆｒ）が、内燃機関（１０）の排気領域（１４）内の実際のλを示すλ信号（ｌａｍ−ｍｅｓｓ）及び前記λ目標値（ｌａｍ−ｓｏｌｌ）から求められ、及び前記の相対燃料質量（ｒＫ）が、前記燃料補正前質量（ｒＫｒｏｈ）と前記操作変数（ｆｒ）との乗算により計算されること、
   を特徴とする内燃機関の運転方法。
2. 燃焼室λ（ｌａｍ−ｉｓｔ）が変化したとき、内燃機関（１０）の効率を最適にするように操作変数（ｚｗｓ、ｗｄｋｓ、ｖ）が決定されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の運転方法。
3. 燃焼室λ（ｌａｍ−ｉｓｔ）が変化したとき、内燃機関（１０）から供給されるトルク（ｍｉ）の変化を最小にするように操作変数（ｚｗｓ、ｗｄｋｓ、ｖ）が決定されることを特徴とする請求項１に記載の運転方法。
4. 効率を最適化するように所定のトルク目標値（ｍｉ−ｓｏｌｌ）を変換するために必要となるであろうよりも多量の空気が内燃機関（１０）に供給されるように、給気調節装置（１３、２０）が調節されることにより、トルク余裕が形成されること、および
   内燃機関（１０）が最適効率を有する最適点火角（ｚｗｏｐｔ）に対して、点火角（ｚｗ）が燃焼室λ（ｌａｍ−ｉｓｔ）の関数として常に遅れ方向ヘシフトされ、この場合、遅れ方向へのシフトは、燃焼室λ（ｌａｍ−ｉｓｔ）の低下と共により大きくなることを特徴とする請求項３に記載の運転方法。
5. 前記操作変数として、弁調節信号（ｖ）が、燃焼室λ（ｌａｍ−ｉｓｔ）の関数として変化されることを特徴とする請求項１に記載の運転方法。
6. 前記操作変数として、絞り弁（１３）の絞り弁信号（ｗｄｋｓ）が、燃焼室λ（ｌａｍ−ｉｓｔ）の関数として変化されることを特徴とする請求項１に記載の運転方法。
7. 内燃機関（１０）の少なくとも１つの運転特性変数（ｎ、ｍｉ）または運転状態（アイドリング）の関数として、それぞれの運転方式が選択されることを特徴とする請求項２または３に記載の運転方法。
8. 内燃機関（１０）のアイドリングにおいては、内燃機関（１０）から供給されるトルク（ｍｉ）の変化を最小にすることが優先されることを特徴とする請求項７に記載の運転方法。
9. 請求項１ないし８のいずれかに記載の運転方法を実施するための少なくとも１つの制御装置（１７）を備えたことを特徴とする内燃機関の運転装置。
10. 制御装置（１７）が、λ制御器またはλ操作手段（３１）および点火角決定手段（６０）を含むことを特徴とする請求項９に記載の運転装置。

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