JP7471317B2 - 内燃機関の燃焼を制御するための方法 - Google Patents

Description

関連出願の相互参照
本特許出願は、参照により本明細書にその開示全体が組み込まれている、２０１９年４月１日に出願したイタリア特許出願第１０２０１９０００００４８７５号の優先権を主張するものである。

本発明は、内燃機関の燃焼を制御するための方法に関する。

知られているように、内燃熱機関を取り扱うとき、製造者は、シリンダ内部に画定された燃焼室に燃料に加えて水を供給することを提案した。

内燃機関において、水噴射システムは、水を噴霧の形態で、または燃料と混合して、吸気ダクトを経由して機関内へ、あるいは直接燃焼室内へ導入することからなり、その結果、空気／燃料混合気を冷却してノッキング現象を起こしにくくする。水供給システムは、典型的には、タンクを備え、（スケール形成を避けるために）脱塩水が充填されている。タンクは、通常、乗物の外部から充填されるか、または、空気調整システムの凝縮水を使用して、排気の凝縮水を利用して、もしくは雨水を運んで充填することができる。さらに、タンクは、電気加熱装置を備える（すなわち、電流が通過するときにジュール効果により熱を発生させる抵抗を備える）ことが好ましく、この電気加熱装置は、外部の温度が特に低いときに生じるおそれのある氷を溶かすために使用される。

水は、高い蒸発潜熱を有する、言い換えれば、水は、液体状態から気体状態へと変化するために多くのエネルギーを必要とする。外気温度の水が、吸気ダクト内に噴射されると、この水は、流入する空気および金属壁から熱を吸収して蒸発し、したがって流入する物質を冷却する。したがって、機関は新気をより多く取り入れ、言い換えれば、より高密度の空気を取り入れ、体積効率が改善され、ノッキングの可能性が低下し、さらにより多くの燃料を噴射することができる。圧縮中に、微小液滴として存在する水は蒸発して、圧縮されている空気から熱を吸収し、それを冷却し、その圧力を下げる。圧縮後に燃焼が発生して、燃焼中に、多量の熱が生成され、この熱は水によって吸収されて、サイクルの最高温度を下げ、結果として、Ｎｏｘの形成と、機関の壁によって吸収される熱の形成と、を低減させるというさらなる利益を有する効果がある。この蒸発は、機関の熱の一部（他の場合であれば無駄になっていたであろう）を、形成された蒸気から生じる圧力へさらに変換し、したがってピストンへの推力を増大させ、また、あり得る排気タービンに入るエネルギーの流れを増大させる（さらに、タービンは、加えられた水による熱の吸収による排気ガス温度の低下から恩恵を受けるであろう）。

しかしながら、熱力学的効率を犠牲にせずに、水供給システムによって占められる空間の寸法を小さくするために、噴射される水の消費を最適化する必要性は依然として高い。

欧州特許出願公開第３ ０４０ ５４１号明細書 欧州特許第３ １２８ １５９号明細書 イタリア特許出願公開第２０１６０００１１５１４６号明細書 イタリア特許出願公開第２０１６０００１１５２０５号明細書

したがって、本発明の目的は、上記の欠点を有さず、特に、実行が容易かつ経済的な、内燃機関の燃焼を制御するための方法を提供することである。

本発明によれば、添付の特許請求の範囲による内燃機関の燃焼を制御するための方法が提供される。

次に、本発明の非限定的な実施形態を示す添付の図面を参照して本発明を説明する。

本発明による燃焼制御方法を実行する電子制御装置を備える内燃機関の概略図である。 図１の機関の電子制御装置によって操作される燃焼制御方策の第１の変形例を表すブロック図である。 図１の機関の電子制御装置によって操作される燃焼制御方策の第２の変形例を表すブロック図である。

図１において、番号１は、それぞれの可変容積燃焼室が画定されるいくつかの（特に、４つの）シリンダ２と、燃料、好ましくはガソリンをシリンダ２内に直接噴射する４つの噴射装置３と、を備える、路上走行車（自動車またはオートバイ、図示略）用の内燃機関全体を示す。シリンダ２はそれぞれ、少なくとも１つのそれぞれの吸気弁（図示略）を介して吸気マニホールド４に接続され、少なくとも１つのそれぞれの排気弁（図示略）を介して排気マニホールド５に接続される。

吸気マニホールド４は、排気ガス（下でより詳細に説明する）と、新気、すなわち吸気ダクト６を通って外部から来る空気と、の両方を含むガス混合物を受け入れ、吸気ダクト６は、新気流のための空気フィルタ７を備え、スロットル弁８によって調整される。吸気管６に沿って、空気フィルタ７の下流には空気流量計７^＊もある。

吸気ダクト６に沿って、インタークーラ９（マニホールド４の内部に組み込まれることが好ましい）があり、取り入れられた空気を冷却する機能を実行する。インタークーラ９は、インタークーラ９に使用される冷却液のための調整回路に接続され、調整回路は、インタークーラ９に並列なダクトに沿って配置された熱交換器、供給ポンプ、および調節弁を備える。排気マニホールド５は、燃焼によって生成された排気ガスを排気システムに送出する排気ダクト１０に接続され、排気システムは、燃焼によって生成されたガスを大気中に放出し、通常、少なくとも１つの触媒コンバータ１１、および触媒コンバータ１１の下流に配置された少なくとも１つのサイレンサ（図示略）、を備える。

内燃機関１の過給システムはターボチャージャ１２を備え、ターボチャージャ１２は、シリンダ３から排出された排気ガスの作用によって高速で回転するように排気ダクト１０に沿って配置されたタービン１３、および吸気ダクト６に沿って配置され、供給ダクト６内の空気の圧力を上昇させるためにタービン１３自体によって回転させられるようにタービン１３に機械的に接続された圧縮機１４、を備える。

内燃機関１は電子制御装置ＥＣＵによって制御され、電子制御装置ＥＣＵは内燃機関１のすべての構成部品の動作を制御する。

好ましい変形例によれば、内燃機関１は低圧回路ＥＧＲ_ＬＰを備え、低圧回路ＥＧＲ_ＬＰは、排気ダクト１０（触媒コンバータ１１の下流が好ましい）を起点とし、空気流量計７＊の下流で吸気ダクト６に導かれるバイパスダクト１５を備え、バイパスダクト１５はターボチャージャ１２に並列に接続されている。バイパスダクト１５に沿ってＥＧＲ弁１６があり、ＥＧＲ弁１６は、バイパス管１５を通って流れる排気ガスの流量を調節するように設計されている。バイパスダクト１５に沿って、弁１６の上流に熱交換器１７もあり、排気マニホールド５から流出して圧縮機１４に流入するガスを冷却する機能を行う。

最後に、内燃機関１は水供給噴射システム１８を備える。

水供給噴射システム１８によって、水を噴霧の形態で、または燃料と混合して、吸気ダクト６を経由して内燃機関１内へ、あるいは直接燃焼室内へ導入することができ、その結果、空気／燃料混合気を冷却してノッキング現象を起こしにくくすることができる。水供給噴射システム１８は、水を集めて貯めるためにタンク１９を備え、（スケールの形成を避けるために）脱塩水が充填されている。タンク１９は、通常、乗物の外部から充填されるか、または、空気調整システムの凝縮水を使用して、排気の凝縮水を利用して、もしくは雨水を運んで充填することができる。水供給噴射システム１８はまた容積ポンプを備え、容積ポンプは、既知の噴射装置２０に圧力をかけて水を送出するためにタンクから引き出す。さらに、タンク１９は、電気加熱装置を備える（すなわち、電流が通過するときにジュール効果により熱を発生させる抵抗を備える）ことが好ましく、この電気加熱装置は、外部の温度が特に低いときに生じるおそれのある氷を溶かすために使用される。

内燃機関1の内部の燃焼を水の噴射によって最適化するために電子制御装置ECUによって行われる方策を下に説明する。

特に、以下の量を定義する。
η_ＡＳＰ 吸気効率（機関負荷、あるいは、これに代えて、図示平均圧力または図示平均トルクまたは軸トルクを表す）は、各燃焼サイクルに対してシリンダ２内に閉じ込められる空気質量ｍ_ＡＩＲと、基準条件（すなわち、２９８°Ｋの温度および１大気圧）下での各燃焼サイクルに対してシリンダ２内に閉じ込められる空気質量ｍ_{ＡＩＲ＿ＲＥＦ}との比によって定義される。
ｎ 内燃機関１の速度。
Ｅ_ｄｅｔ ノッキングエネルギー（上死点ＴＤＣ付近の角度検出窓内のマイクロフォン信号または加速度計信号を適切に処理して決定される燃焼ノイズと、非ノッキング燃焼サイクルの９８百分位数に相当し、電子制御装置ＥＣＵ内部に記憶されたマップにより、機関位置およびシリンダ２に応じて与えられる限界燃焼ノイズと、の間の差によって定義されることが好ましい）。
Ｅ_{ｄｅｔ－ｏｂｊ} 機関位置に基づいて決定されるノッキングエネルギーの限界値。
ＭＡＰＯ シリンダ２内の燃焼によって発生する圧力波の強度の最大振幅（最大振幅圧力振動）。
ＭＡＰＯ_ｏｂｊ シリンダ２内の燃焼によって発生する圧力波の強度の最大振幅の限界値であり、機関位置に基づいて決定される。
ＭＦＢ５０ 燃焼指数（５０％質量分率燃焼）、シリンダ２内部において燃料質量の５０％が燃焼される機関角度（すなわちクランク角度）を表す。
Ｒ 各シリンダ２に対して噴射される水の質量ｍ_Ｈ２Ｏと燃料の質量ｍ_ＦＵＥＬとの間の比に等しい水比率。
Ｒ_ｏｂｊ 各シリンダ２に対して噴射される水の質量ｍ_Ｈ２Ｏと基準の燃料の質量ｍ_ＦＵＥＬとの間の比に等しい水比率の目標値。
ＳＡ 点火進行角。
ＳＡ_ｏｂｊ 操作される点火進行角の目標値。

図２に示した第１の変形例によれば、内燃機関１は水供給噴射システム１８のみを備え（低圧回路ＥＧＲ_ＬＰを備えない）、使用される燃焼モデルは、内燃機関１の（既知の）吸気効率η_ＡＳＰ、（既知の）速度ｎ、燃焼指数ＭＦＢ５０、および水比率Ｒ_ｏｂｊに応じて点火進行角ＳＡ_{ｍｏｄｅｌ}を計算する。

具体的には、本燃焼モデルは、以下のように公式化された放物線によって表すことができる。
ＳＡ_{ｍｏｄｅｌ}＝ａ_２＊ＭＦＢ５０^２＋ａ_１＊ＭＦＢ５０＋ａ_０
ここで、ＳＡ_{ｍｏｄｅｌ}およびＭＦＢ５０は上で説明した意味を有し、係数ａ_ｉは、以下のように表すことができる。
ａ_ｉ＝ｆ_ｉ（η_ＡＳＰ，ｎ）＋ｇ_ｉ（Ｒ_ｏｂｊ，η_ＡＳＰ） ［ｉ＝０，１，２］
または、これに代えて、次式のような多項式モデルによって表すことができる。
ａ_ｉ＝ｐ００＋ｎ＊ｐｌ０＋η_ＡＳＰ＊ｐ０１＋ｎ＊η_ＡＳＰ ＊ｐ１１＋ｎ^２ ＊ｐ２０ ［ｉ＝０，１，２］
ここで、Ｒ_ｏｂｊ、ｎ、およびη_ＡＳＰは上で説明した意味を有する。

ｎおよびη_ＡＳＰの値は電子制御装置ＥＣＵにとっては既知である。

燃焼指数ＭＦＢ５０および水比率Ｒ_ｏｂｊは以下のように決定される。

燃焼指数ＭＦＢ５０は開ループ寄与により決定され、具体的には、電子制御装置ＥＣＵは、内燃機関１の吸気効率η_ＡＳＰおよび速度ｎに基づいて燃焼指数ＭＦＢ５０を提供するマップ（ＭＦＢ５０_ＯＬ）を記憶している。

一方、水比率Ｒ_ｏｂｊは、２つの開ループ寄与と１つの閉ループ（すなわち、フィードバック）寄与との合算よって決定される。

第１の開ループ寄与は水比率Ｒ_ＯＬを提供し、具体的には、電子制御装置ＥＣＵは、内燃機関１の吸気効率η_ＡＳＰおよび速度ｎに基づいて水比率Ｒ_ＯＬを提供するマップ（Ｒ_ＯＬ）を記憶している。

第１の変形例によれば、水比率Ｒ_ｏｂｊの閉ループ寄与は、直前に生じた燃焼サイクルのノッキングエネルギーＥ_ｄｅｔをノッキングエネルギーの限界値Ｅ_{ｄｅｔ－ｏｂｊ}と比較することによって得られる。

これに代えて、水比率Ｒ_ｏｂｊの閉ループ寄与は、シリンダ２内の燃焼によって発生する圧力波の強度の最大振幅ＭＡＰＯをシリンダ２内の燃焼によって発生する圧力波の強度の最大振幅の限界値ＭＡＰＯ_ｏｂｊと比較することによって得られる。

操作されるこのタイプの制御は、直前に生じた燃焼サイクルのノッキングエネルギーＥ_ｄｅｔとノッキングエネルギーの限界値Ｅ_{ｄｅｔ－ｏｂｊ}との間の比較に応じて（または、それぞれ、シリンダ２内の燃焼によって発生した圧力波の強度の最大振幅ＭＡＰＯとシリンダ２内の燃焼によって発生する圧力波の強度の最大振幅の限界値ＭＡＰＯ_ｏｂｊとの間の比較に応じて）区別され、例えば、このタイプの制御は、ＰＩＤ（またはＰＩ）コントローラの介入定数を区別して行われる。

具体的には、この方策は、直前に生じた燃焼サイクルのノッキングエネルギーＥ_ｄｅｔとノッキングエネルギーの限界値Ｅ_{ｄｅｔ－ｏｂｊ}との間の差（または、それぞれ、シリンダ２内の燃焼によって発生した圧力波の強度の最大振幅ＭＡＰＯとシリンダ２内の燃焼によって発生する圧力波の強度の最大振幅の限界値ＭＡＰＯ_ｏｂｊとの間の差）にＰＩＤコントローラの介入定数を乗算することによって計算される寄与を入力として受け取るガバナーブロック１を伴う。前記寄与によって想定された値に応じて、ガバナーブロック１は、ノッキングの危険性を低減するために介入する方法を決定する。具体的には、この寄与が閾値Ｓ１（機関位置に基づいて調節可能および変更可能であることが好ましい）より小さい場合、これは、ノッキング現象の発生を避けるために小さな補正が必要とされることを意味する。この場合、ガバナーブロックは、ノッキング現象の発生を避けるのに適した水比率の差分ΔＲ_{ＫＮＯＣＫ}を計算する。

他方において、この寄与が閾値Ｓ１を超える場合、これは、ノッキング現象の発生を避けるために大きな補正が必要とされることを意味する。この場合に、ガバナーブロック１は、ノッキング現象の発生を避けるのに適した点火進角の差分ΔＳＡ_{ＫＮＯＣＫ}を計算する。この場合に、下で詳細に説明するように、水比率Ｒ_ｏｂｊは限界値に丸められる。

最後に、ノッキング現象ＤＥＴが検出された場合、この寄与は、ＰＩＤコントローラの応答を待つことなく最大値に即座に丸められ、その結果、ガバナーブロック１は、ノッキング現象の発生を避けるのに適した点火進角の差分ΔＳＡ_{ＫＮＯＣＫ}を計算する。

好ましい変形例によれば、適応性の水比率Ｒ_ＡＤＴを提供する第２の開ループ寄与があり、具体的には、電子制御装置ＥＣＵは、内燃機関１の吸気効率η_ＡＳＰおよび速度ｎに基づいて適応性の水比率Ｒ_ＡＤＴを提供するマップ（Ｒ_ＡＤＴ）を記憶している。前記マップは、閉ループ寄与によって使用されるＰＩＤまたはＰＩコントローラの積分部分に応じて更新されて、静的条件における水比率の差分ΔＲ_{ＫＮＯＣＫ}を決定することが好ましい。

したがって、水比率Ｒ_ｏｂｊは、２つの開ループ寄与Ｒ_ＡＤＴおよびＲ_ＯＬと閉ループ寄与ΔＲ_{ＫＮＯＣＫ}との合算によって決定される。

この方策は、効率を最適化するために閉ループ寄与をさらに伴う。具体的には、前記閉ループ寄与は、燃焼指数ＭＦＢ５０（上記のような開ループ寄与によって決定される）と燃焼指数の推定値ＭＦＢ５０_ｅｓｔとを比較することによって得られる。

操作されるこのタイプの制御は、燃焼指数ＭＦＢ５０と燃焼指数の推定値ＭＦＢ５０_ｅｓｔとの間の比較の結果に応じて区別され、例えば、このタイプの制御は、ＰＩＤ（またはＰＩ）コントローラの介入定数を区別して行われる。

具体的には、この方策は、燃焼指数ＭＦＢ５０と燃焼指数の推定値ＭＦＢ５０_ｅｓｔとの間の差にＰＩＤまたはＰＩコントローラの介入定数を乗算することによって計算される寄与を入力として受け取るガバナーブロック２を伴う。前記寄与によって想定された値に応じて、ガバナーブロックは、内燃機関１の効率を最適化するために介入する方法を決定する。具体的には、この寄与が閾値Ｓ２（機関位置に基づいて調節可能および変更可能であることが好ましい）を越える場合、これは、内燃機関１の効率を最適化するために大きな補正が必要とされることを意味する。この場合、ガバナーブロックは、内燃機関１の効率を最適化するのに適した点火進行角の差分ΔＳＡ_{ＭＦＢ５０}を計算する。

明らかに、ノッキング制御を実行しノッキング現象の発生を避けるために、点火進行角の差分ΔＳＡ_{ＫＮＯＣＫ}は、燃焼モデルによって与えられた点火進行角ＳＡ_{ｍｏｄｅｌ}を短くする。対照的に、内燃機関１の効率を最適化するために、点火進行角の差分ΔＳＡ_{ＭＦＢ５０}は、燃焼モデルによって与えられた点火進行角ＳＡ_{ｍｏｄｅｌ}を長くする。内燃機関１の効率を犠牲にして、ノッキング現象の発生を避けるように内燃機関１を保護することが優先され、これは、ノッキング現象の発生を避けるのに適した点火進行角の差分ΔＳＡ_{ＫＮＯＣＫ}が燃焼モデルによって与えられた点火進行角ＳＡ_{ｍｏｄｅｌ}を短くするように介入するとき、内燃機関１の効率を最適化するのに適した点火進角の差分ΔＳＡ_{ＭＦＢ５０}がゼロまで短くされる（または、著しく短くされる）ことを意味する。言い換えれば、この方策は、点火進行角の差分ΔＳＡ_{ＫＮＯＣＫ}が燃焼モデルによって与えられた点火進行角ＳＡ_{ｍｏｄｅｌ}の値を短くし始めるとすぐに、点火進行角の差分ΔＳＡ_{ＭＦＢ５０}をなくす（または、ゼロに近い値に丸める）ことを伴う。

したがって、操作される目標進行角ＳＡ_ｏｂｊは、２つの異なる寄与、すなわち、燃焼モデルによって与えられた点火進行角ＳＡ_{ｍｏｄｅｌ}と、内燃機関１の効率を最適化するのに適した点火進行角の差分ΔＳＡ_{ＭＦＢ５０}、または、これに代えて、ノッキング現象の発生を避けるのに適した点火進行角の差分ΔＳＡ_{ＫＮＯＣＫ}との合計から得られる。

一変形例によれば、内燃機関１は、水供給システム１８および低圧回路ＥＧＲ_ＬＰの両方を備える。この場合、吸気ダクト６を通って流れるガス混合物への低圧回路ＥＧＲ_ＬＰの入射を示す量（または比）Ｒ_ＥＧＲは、以下のように定義される。
Ｒ_ＥＧＲ＝Ｍ_{ＥＧＲ＿ＬＰ}／Ｍ_ＴＯＴ
Ｍ_ＴＯＴ 外部から来て吸気ダクト６内を流れる新気の質量Ｍ_ＡＩＲと、低圧回路ＥＧＲ_ＬＰを通って吸気ダクト６内を流れる、再循環する排気ガスの質量Ｍ_{ＥＧＲ＿ＬＰ}との合算によって得られる、吸気ダクト６内を流れるガス混合物の質量。
Ｍ_{ＥＧＲ＿ＬＰ} 低圧回路ＥＧＲ_ＬＰを通って吸気ダクト６内を流れる、再循環する排気ガスの質量。

下の説明では、量Ｒ_ＥＧＲ（例えば、下でより詳細に説明するような燃焼モデルで使用される）は、代替的に、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４に記載されている方法のいずれか１つ、またはＥＧＲ弁１６の流出モデルによって決定することができる。

より詳細には、図３によれば、量Ｒ_ＥＧＲは、吸気ダクト６内を流れるガス混合物（全体）に対して、低圧回路ＥＧＲ_ＬＰから来るガス流の入射の直接測定値または推定値（図３に示す「機関制御ブロック」の内部）を表し、低圧回路ＥＧＲ_ＬＰから来るガス流は、ＥＧＲ弁１６の位置および内燃機関１の状態（特に、圧力、温度）から得られ、ＥＧＲ弁１６の位置は、下で説明されるように計算される目標値の量（または比）Ｒ_{ＥＧＲ＿ＯＢＪ}に応じて機関制御装置によって操作される。代替の形態では、量Ｒ_ＥＧＲは、目標値の量Ｒ_{ＥＧＲ＿ＯＢＪ}に応じて（例えば、目標値の量Ｒ_{ＥＧＲ＿ＯＢＪ}を一次フィルタによってフィルタリングして）決定（推定）される。

図３によれば、使用される燃焼モデルは、内燃機関１の（既知の）吸気効率η_ＡＳＰ、（既知の）速度ｎ、燃焼指数ＭＦＢ５０、水比率Ｒ_ｏｂｊ、および量Ｒ_ＥＧＲに応じて点火進行角ＳＡ_{ｍｏｄｅｌ}を計算する。

言い換えれば、点火進行角ＳＡ_{ｍｏｄｅｌ}を計算する燃焼モデルは以下のように表すことができる。
ＳＡ_{ｍｏｄｅｌ}＝ｆ（ＭＦＢ５０，η_ＡＳＰ，ｎ，Ｒ_ｏｂｊ，Ｒ_ＥＧＲ）

好ましい実施形態によれば、本燃焼モデルは、以下のように公式化された通常の放物線によって表すことができる。
ＳＡ_{ｍｏｄｅｌ}＝ａ_２＊ＭＦＢ５０^２＋ａ_１＊ＭＦＢ５０＋ａ_０
ここで、ＳＡ_{ｍｏｄｅｌ}およびＭＦＢ５０は上で説明した意味を有し、係数ａ_ｉは、以下のように表すことができる。
ａ_ｉ＝ｆ_ｉ（η_ＡＳＰ，ｎ）＊ｋ_ｉ（Ｒ_ＥＧＲ，η_ＡＳＰ）＊ｇ_ｉ（Ｒ_ｏｂｊ，η_ＡＳＰ） ［ｉ＝０，１，２］
ここで、Ｒ_ＥＧＲ、Ｒ_ｏｂｊ、ｎ、およびη_ＡＳＰは上で説明した意味を有する。

ｎおよびη_ＡＳＰの値は、電子制御装置にとって既知である。一方、ｆ_ｉおよびｋ_ｉは、準備段階において実験的に処理され、η_ＡＳＰ、ｎ、Ｒ_ＥＧＲに応じて可変であるマップを表す。

さらなる実施形態によれば、本燃焼モデルは、以下のように公式化された通常の放物線によって表すことができる。
ＳＡ_{ｍｏｄｅｌ}＝ａ_４＊ＭＦＢ５０^２＋ａ_３＊ＭＦＢ５０＋ｆ（Ｒ_ＥＧＲ，η_ＡＳＰ）
ここで、ＳＡ_{ｍｏｄｅｌ}およびＭＦＢ５０は上で説明した意味を有し、係数ａ_ｉは、以下のように表すことができる。
ａ_ｉ＝ｆ_ｉ（η_ＡＳＰ，ｎ）＊ｇ_ｉ（Ｒ_ｏｂｊ，η_ＡＳＰ） ［ｉ＝３，４］
ここで、Ｒ_ｏｂｊ、ｎ、およびη_ＡＳＰは上で説明した意味を有する。

ｎおよびη_ＡＳＰの値は、電子制御装置にとって既知である。一方、ｆ_ｉおよびｋ_ｉは、好ましい実施形態によれば、準備段階において実験的に処理され、ＥＧＲがないとき、すなわち、量Ｒ_ＥＧＲがゼロのとき、η_ＡＳＰ、ｎに応じて可変であるマップを表す。

これに代えて、ｆ_ｉおよびｋ_ｉは、準備段階において実験的に処理され、量Ｒ_ＥＧＲが準備設定段階で決定された基準値に等しい場合に、η_ＡＳＰ、ｎに応じて可変であるマップを表す。燃焼指数ＭＦＢ５０、ならびに量Ｒ_ｏｂｊおよびＲ_{ＥＧＲ＿ＯＢＪ}は以下のように決定される。

燃焼指数ＭＦＢ５０は、開ループ寄与により決定され、具体的には、電子制御装置ＥＣＵは、内燃機関１の吸気効率η_ＡＳＰおよび速度ｎに基づいて燃焼指数ＭＦＢ５０を提供するマップを記憶している。

量Ｒ_{ＥＧＲ＿ＯＢＪ}は、２つの開ループ寄与Ｒ_{ＥＧＲ－ＡＤＴ}（あれば）およびＲ_{ＥＧＲ－ＯＬ}と閉ループ寄与ΔＲ_{ＥＧＲ－ＫＮＯＣＫ}との合算によって決定される。

量Ｒ_ｏｂｊはまた、図２に関する上の説明に記述されているように、２つの開ループ寄与と１つの閉ループ（すなわち、フィードバック）寄与との合算によって決定される。量Ｒ_ｏｂｊは、２つの開ループ寄与Ｒ_ＡＤＴ（あれば）およびＲ_ＯＬと閉ループ寄与ΔＲ_{ＫＮＯＣＫ}との合算によって得られる。

この方策は、効率を最適化するために閉ループ寄与をさらに伴う。具体的には、前記閉ループ寄与は、開ループ寄与によって決定された燃焼指数ＭＦＢ５０と燃焼指数の推定値ＭＦＢ５０_ｅｓｔとを比較することにより得られる。

操作されるこのタイプの制御は、開ループ寄与によって決定された燃焼指数ＭＦＢ５０と燃焼指数の推定値ＭＦＢ５０_ｅｓｔとの間の比較の結果に応じて区別され、例えば、このタイプの制御は、ＰＩＤ（またはＰＩ）コントローラの介入定数を区別して行われる。

具体的には、この方策は、燃焼指数ＭＦＢ５０と燃焼指数の推定値ＭＦＢ５０_ｅｓｔとの間の差にＰＩＤまたはＰＩコントローラの介入定数を乗算することによって計算される寄与を入力として受け取る１つの単一のガバナーブロック５を伴う。前記寄与によって想定された値に応じて、ガバナーブロック５は、内燃機関１の効率を最適化するために介入する方法を決定する。具体的には、この寄与が閾値Ｓ５（機関位置に基づいて調節可能および変更可能であることが好ましい）を超える場合、これは、内燃機関１の効率を最適化するために大きな補正が必要とされることを意味する。この場合、ガバナーブロック５は、内燃機関１の効率を最適化するのに適した点火進行角の差分ΔＳＡ_{ＭＦＢ５０}を計算する。

この場合もまた、ノッキング制御を実行し、ノッキング現象の発生を避けるために、点火進行角の差分ΔＳＡ_{ＫＮＯＣＫ}は、燃焼モデルによって与えられた点火進行角ＳＡ_{ｍｏｄｅｌ}を短くする。対照的に、内燃機関１の効率を最適化するために、点火進行角の差分ΔＳＡ_{ＭＦＢ５０}は、燃焼モデルによって与えられた点火進行角ＳＡ_{ｍｏｄｅｌ}を長くする。内燃機関１の効率を犠牲にして、ノッキング現象の発生を避けるように内燃機関１を保護することが優先され、これは、ノッキング現象の発生を避けるのに適した点火進行角の差分ΔＳＡ_{ＫＮＯＣＫ}が燃焼モデルによって与えられた点火進行角ＳＡ_{ｍｏｄｅｌ}を短くするために介入するとき、内燃機関１の効率を最適化しようとする点火進行角の差分ΔＳＡ_{ＭＦＢ５０}がゼロまで短くされる（または、著しく小さくされる）ことを意味する。言い換えれば、この方策は、点火進行角の差分ΔＳＡ_{ＫＮＯＣＫ}が燃焼モデルによって与えられた点火進行角ＳＡ_{ｍｏｄｅｌ}の値を短くし始めるとすぐに、点火進行角の差分ΔＳＡ_{ＭＦＢ５０}をなくす（または、ゼロに近い値に丸める）ことを伴う。

したがって、操作される目標進行角ＳＡ_ｏｂｊは、２つの異なる寄与、すなわち燃焼モデルによって与えられた点火進行角ＳＡ_{ｍｏｄｅｌ}と、内燃機関１の効率を最適化するのに適した点火進行角の差分ΔＳＡ_{ＭＦＢ５０}、または、これに代えて、ノッキング現象の発生を避けるのに適した点火進行角の差分ΔＳＡ_{ＫＮＯＣＫ}との合計から得られる。

すでに上で言及したように、上記の閉ループ寄与を決定するために使用されるコントローラは、ＰＩＤまたはＰＩコントローラのどちらかであり、このコントローラでは、介入定数は誤差に基づいて区別され、ガバナーブロック５は介入優先度を用いてコントローラを管理し、具体的には、低圧回路ＥＧＲ_ＬＰを調整する、ノッキングエネルギーＥ_ｄｅｔに関する（または、シリンダ２内の燃焼によって発生する圧力波の強度の最大振幅ＭＡＰＯに関する）閉ループ寄与は、水供給噴射システム１８に対して介入優先度を有する（基本的には、低圧回路ＥＧＲ_ＬＰを通って再循環する排気ガスの質量Ｍ_{ＥＧＲ＿ＬＰ}は通常運転中、自由に供給されるので）。

すでに上で言及したように、吸気効率η_ＡＳＰは、これに代えて、図示平均圧力によって、図示トルクによって、または軸トルクによって、一般的に言えば、機関負荷を表す任意の量によって置き換えることができる。

上記の燃焼制御方法は、高い計算負荷を必要としないため容易に実行することができ、ロバスト性を有し、特に、噴射水の消費を最適化することができ、その結果、水供給システム１８が占める空間の寸法を小さくし、熱力学的効率に悪影響を及ぼさず、同時に、信頼性高くノッキング現象の発生を防ぐなど、多くの利点を有する。

１ 内燃機関
２ シリンダ
３ 噴射装置
４ 吸気マニホールド
５ 排気マニホールド
６ 吸気ダクト
７ 空気フィルタ
７＊ 空気流量計
８ スロットル弁
９ インタークーラ
１０ 排気ダクト
１１ 触媒コンバータ
１２ ターボチャージャ
１３ タービン
１４ 圧縮機
１５ バイパスダクト
１６ ＥＧＲ弁
１７ 熱交換器
１８ 水供給噴射システム
１９ タンク
２０ 噴射装置

Claims (18)

1. 内燃機関（１）の燃焼を制御するための方法であって、前記内燃機関（１）が、複数のシリンダ（２）と、前記内燃機関（１）内へ水を導入するための水収集噴射システム（１８）と、を備え、前記方法は、
   前記内燃機関（１）の回転速度（ｎ）および吸気効率（η_ＡＳＰ）を取得するステップと、
   制御マップを用いて、ならびに前記回転速度（ｎ）および前記吸気効率（η_ＡＳＰ）に応じて、噴射される水の質量（ｍ_Ｈ２Ｏ）と噴射される燃料の質量（ｍ_ＦＵＥＬ）との間の比に等しい水比率（Ｒ）の第１の開ループ寄与（Ｒ_ＯＬ）を決定するステップと、
   ノッキングエネルギーを示す量（Ｅ_ｄｅｔ， ＭＡＰＯ）に応じて、前記水比率（Ｒ）の第１の閉ループ寄与（ΔＲ_{ＫＮＯＣＫ}）を決定するステップと、
   前記第１の開ループ寄与（Ｒ_ＯＬ）および前記第１の閉ループ寄与（ΔＲ_{ＫＮＯＣＫ}）の合計を通じて前記水比率の目標値（Ｒ_ｏｂｊ）を計算するステップと、
   制御マップを用いて、ならびに前記回転速度（ｎ）および前記吸気効率（η_ＡＳＰ）に応じて、シリンダ内部において前記燃料質量の５０％が燃焼される機関角度を表す燃焼指数（ＭＦＢ５０）の開ループ寄与（ＭＦＢ５０_ＯＬ）を決定するステップと、
   設計段階において、前記水比率の前記目標値（Ｒ_ｏｂｊ）、前記回転速度（ｎ）、前記吸気効率（η_ＡＳＰ）、および前記燃焼指数（ＭＦＢ５０）の前記開ループ寄与（ＭＦＢ５０_ＯＬ）に応じて、点火進行角の値（ＳＡ_{ｍｏｄｅｌ}）を与える燃焼モデルを決定するステップと、
   前記燃焼指数（ＭＦＢ５０）に応じて、前記内燃機関（１）の効率を最適化するのに適した前記点火進行角の第１の閉ループ寄与（ΔＳＡ_{ＭＦＢ５０}）を計算するステップと、
   前記ノッキングエネルギーを示す前記量（Ｅ_ｄｅｔ， ＭＡＰＯ）に応じて、ノッキング現象の発生を避けるのに適した前記点火進行角の第２の閉ループ寄与（ΔＳＡ_{ＫＮＯＣＫ}）を計算するステップと、
   前記燃焼モデルによって与えられた前記点火進行角の前記値（ＳＡ_{ｍｏｄｅｌ}）、前記点火進行角の前記第１の閉ループ寄与（ΔＳＡ_{ＭＦＢ５０}）、および前記点火進行角の前記第２の閉ループ寄与（ΔＳＡ_{ＫＮＯＣＫ}）の合計を通じて、操作される前記点火進行角の目標値（ＳＡ_ｏｂｊ）を計算するステップと、
   を備える方法。
2. 前記点火進行角の前記第２の閉ループ寄与（ΔＳＡ_{ＫＮＯＣＫ}）が、前記燃焼モデルによって与えられた前記点火進行角の前記値（ＳＡ_{ｍｏｄｅｌ}）を短くし、前記点火進行角の前記第１の閉ループ寄与（ΔＳＡ_{ＭＦＢ５０}）が、前記燃焼モデルによって与えられた前記点火進行角の前記値（ＳＡ_{ｍｏｄｅｌ}）を長く、または短くし、前記方法が、前記点火進行角の前記第２の閉ループ寄与（ΔＳＡ_{ＫＮＯＣＫ}）が、前記燃焼モデルによって与えられた前記点火進行角の前記値（ＳＡ_{ｍｏｄｅｌ}）を短くし始めると、前記点火進行角の前記第１の閉ループ寄与（ΔＳＡ_{ＭＦＢ５０}）をゼロにする、固定する、または現在値に丸めるステップを含む、請求項１に記載の方法。
3. 静止状態において、前記水比率（Ｒ）の前記第１の閉ループ寄与（ΔＲ_{ＫＮＯＣＫ}）に使用されるＰＩＤ／ＰＩコントローラの積分部分の前記回転速度（ｎ）および前記吸気効率（η_ＡＳＰ）に依存する適応性制御マップによって前記水比率（Ｒ）の第２の開ループ寄与（Ｒ_ＡＤＴ）を決定するステップと、
   前記第１の開ループ寄与（Ｒ_ＯＬ）、前記第２の開ループ寄与（Ｒ_ＡＤＴ）、および前記第１の閉ループ寄与（ΔＲ_{ＫＮＯＣＫ}）の合計によって前記水比率の前記目標値（Ｒ_ｏｂｊ）を計算するステップと、
   をさらに含む、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記水比率（Ｒ）の前記第１の閉ループ寄与（ΔＲ_{ＫＮＯＣＫ}）を決定するために使用される前記ノッキングエネルギーを示す前記量（Ｅ_ｄｅｔ）が、燃焼ノイズと燃焼ノイズの限界値との間の差によって定義される前記ノッキングエネルギー（Ｅ_ｄｅｔ）である、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記水比率（Ｒ）の前記第１の閉ループ寄与（ΔＲ_{ＫＮＯＣＫ}）を決定するために使用される前記ノッキングエネルギーを示す前記量（ＭＡＰＯ）が、前記シリンダ（２）内の燃焼によって発生する圧力波の強度の最大振幅（ＭＡＰＯ）である、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
6. 直前に生じた燃焼サイクルの前記ノッキングエネルギーを示す前記量（Ｅ_ｄｅｔ， ＭＡＰＯ）と、前記ノッキングエネルギーのそれぞれの限界値（Ｅ_{ｄｅｔ－ｏｂｊ}， ＭＡＰＯ_ｏｂｊ）と、の間の第１の差を計算するステップ、および
   前記第１の差または前記第１の閉ループ寄与（ΔＲ_{ＫＮＯＣＫ}）が第１の閾値（Ｓ１）よりも小さい場合、前記水比率（Ｒ）の前記第１の閉ループ寄与（ΔＲ_{ＫＮＯＣＫ}）を決定するステップ、または
   前記第１の差または前記第１の閉ループ寄与（ΔＲ_{ＫＮＯＣＫ}）が第１の閾値（Ｓ１）以上である場合、前記点火進行角の前記第２の閉ループ寄与（ΔＳＡ_{ＫＮＯＣＫ}）を決定するステップ、
   をさらに含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記第１の差が、前記第１の差に応じて可変であるＰＩＤまたはＰＩレギュレータの介入ゲインで乗算される、請求項６に記載の方法。
8. 関連するノッキング事象が検出された場合に、前記点火進行角の前記第２の閉ループ寄与（ΔＳＡ_{ＫＮＯＣＫ}）を最小値に丸めるさらなるステップを含む、請求項６または７に記載の方法。
9. 前記燃焼モデルが、
   ＳＡ_{ｍｏｄｅｌ}＝ａ_２＊ＭＦＢ５０^２＋ａ_１＊ＭＦＢ５０＋ａ_０
   のように公式化された放物線によって表され、ここで、ＭＦＢ５０は燃焼指数であり、ＳＡ_{ｍｏｄｅｌ}は前記燃焼モデルにより与えられる前記点火進行角の前記値である、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
10. ａ_ｉ係数が、
    ａ_ｉ＝ｆ_ｉ（η_ＡＳＰ，ｎ）＋ｇ_ｉ（Ｒ_ｏｂｊ，η_ＡＳＰ） ［ｉ＝０，１，２］
    のように表され、ここで、Ｒ_ｏｂｊは前記水比率の目標値であり、ｎは回転速度であり、η_ＡＳＰは吸気効率である、請求項９に記載の方法。
11. 前記内燃機関（１）が低圧ＥＧＲ回路（ＥＧＲ_ＬＰ）を備え、前記方法が、
    制御マップによって、前記回転速度（ｎ）および前記吸気効率（η_ＡＳＰ）に応じて、吸気ダクト（６）内を流れるガス混合物への前記低圧ＥＧＲ回路（ＥＧＲ_ＬＰ）の入射を表す量（Ｒ_ＥＧＲ）の第１の開ループ寄与（Ｒ_{ＥＧＲ－ＯＬ}）を決定するステップと、
    前記ノッキングエネルギーを示す前記量（Ｅ_ｄｅｔ， ＭＡＰＯ）に応じて前記量（Ｒ_ＥＧＲ）の第１の閉ループ寄与（ΔＲ_{ＥＧＲ－ＫＮＯＣＫ}）を決定するステップと、
    前記第１の開ループ寄与（Ｒ_{ＥＧＲ－ＯＬ}）および前記第１の閉ループ寄与（ΔＲ_{ＥＧＲ－ＫＮＯＣＫ}）の合計によって前記量の目標値（Ｒ_{ＥＧＲ－ｏｂｊ}）を計算するステップと、
    前記量の目標値（Ｒ_{ＥＧＲ－ｏｂｊ}）に応じて、前記吸気ダクト（６）内を流れる前記ガス混合物への前記低圧ＥＧＲ回路（ＥＧＲ_ＬＰ）の前記入射を表す前記量（Ｒ_ＥＧＲ）を決定するステップと、
    設計段階において、前記吸気ダクト（６）内を流れる前記ガス混合物への前記低圧ＥＧＲ回路（ＥＧＲ_ＬＰ）の前記入射を表す前記量（Ｒ_ＥＧＲ）に応じて、前記点火進行角の前記値（ＳＡ_{ｍｏｄｅｌ}）を与える前記燃焼モデルを決定するステップと、
    をさらに備える、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 静止状態において、前記量（Ｒ_ＥＧＲ）の前記第１の閉ループ寄与（ΔＲ_{ＥＧＲ－ＫＮＯＣＫ}）に使用されるＰＩＤ／ＰＩコントローラの積分部分の前記回転速度（ｎ）および前記吸気効率（η_ＡＳＰ）に依存する適応性制御マップによって前記量の第２の開ループ寄与（Ｒ_{ＥＧＲ－ＡＤＴ}）を決定するステップと、
    前記第１の開ループ寄与（Ｒ_{ＥＧＲ－ＯＬ}）、前記第２の開ループ寄与（Ｒ_{ＥＧＲ－ＡＤＴ}）、および前記第１の閉ループ寄与（ΔＲ_{ＥＧＲ－ＫＮＯＣＫ}）の合計によって前記量の前記目標値（Ｒ_{ＥＧＲ－ｏｂｊ}）を計算するステップと、
    をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
13. 直前に生じた燃焼サイクルの前記ノッキングエネルギーを示す前記量（Ｅ_ｄｅｔ， ＭＡＰＯ）と、前記ノッキングエネルギーのそれぞれの限界値（Ｅ_{ｄｅｔ－ｏｂｊ}， ＭＡＰＯ_ｏｂｊ）と、の間の第２の差を計算するステップ、および
    前記第２の差または第２の閉ループ寄与（ΔＲ_{ＥＧＲ－ＫＮＯＣＫ}）が第２の閾値（Ｓ３）よりも小さい場合、前記第２の閉ループ寄与（ΔＲ_{ＥＧＲ－ＫＮＯＣＫ}）を決定するステップ、または
    前記第２の差または前記第２の閉ループ寄与（ΔＲ_{ＥＧＲ－ＫＮＯＣＫ}）が第１の閾値（Ｓ１）よりも大きい場合、前記点火進行角の前記第２の閉ループ寄与（ΔＳＡ_{ＫＮＯＣＫ}）を決定するステップ、
    をさらに含む、請求項１１または１２に記載の方法。
14. 前記第２の閾値（Ｓ３）が前記第１の閾値（Ｓ１）以下である、請求項６に従属した請求項１３に記載の方法。
15. 前記第２の差または前記第２の閉ループ寄与（ΔＲ_{ＥＧＲ－ＫＮＯＣＫ}）が前記第２の閾値（Ｓ３）より小さい場合に、前記水比率（Ｒ）の第１の閉ループ寄与（ΔＲ_{ＫＮＯＣＫ}）がゼロに等しい、請求項１４に記載の方法。
16. 前記第２の差が、前記第２の差に応じて可変であるＰＩＤまたはＰＩレギュレータの介入定数で乗算される、請求項１３から１５のいずれか一項に記載の方法。
17. 前記燃焼モデルが、
    ＳＡ_{ｍｏｄｅｌ}＝ａ_２＊ＭＦＢ５０^２＋ａ_１＊ＭＦＢ５０＋ａ_０
    のように公式化された放物線によって表され、ここで、ＭＦＢ５０は燃焼指数であり、ＳＡ_{ｍｏｄｅｌ}は前記燃焼モデルにより与えられる点火進角行値であり、ａ_ｉは、
    ａ_ｉ＝ｆ_ｉ（η_ＡＳＰ，ｎ）＋ｇ_ｉ（Ｒ_ｏｂｊ，η_ＡＳＰ）＋ｈ_ｉ（Ｒ_ＥＧＲ，η_ＡＳＰ） ［ｉ＝０，１，２］
    のように表される係数であり、Ｒ_ｏｂｊは前記水比率の目標値であり、Ｒ_ＥＧＲは前記低圧ＥＧＲ回路（ＥＧＲ_ＬＰ）の前記入射を表す量であり、ｎは回転速度であり、η_ＡＳＰは吸気効率である、請求項１１から１６のいずれか一項に記載の方法。
18. 前記燃焼モデルが、
    ＳＡ_{ｍｏｄｅｌ}＝ａ_４＊ＭＦＢ５０^２＋ａ_３＊ＭＦＢ５０＋ｆ（Ｒ_ＥＧＲ，η_ＡＳＰ）
    のように表され、ここで、ＭＦＢ５０は燃焼指数であり、ＳＡ_{ｍｏｄｅｌ}は前記燃焼モデルにより与えられる点火進角値であり、ａ_ｉは、
    ａ_ｉ＝ｆ_ｉ（η_ＡＳＰ，ｎ）＊ｇ_ｉ（Ｒ_ｏｂｊ，η_ＡＳＰ） ［ｉ＝３，４］
    のように表される係数であり、Ｒ_ｏｂｊは前記水比率の目標値であり、Ｒ_ＥＧＲは前記低圧ＥＧＲ回路（ＥＧＲ_ＬＰ）の前記入射を表す量であり、ｎは回転速度であり、η_ＡＳＰは吸気効率である、請求項１１から１６のいずれか一項に記載の方法。

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