JPH10510027A - 内燃機関の制御方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 提案されている内燃機関の制御方法及び装置では、内燃機関の第１手段は、燃料を調量し、該燃料は、内燃機関にて燃焼されるものである。又、第２手段は排ガス処理をする。事後噴射を行い、該事後噴射では、前記第１手段は、燃焼後燃料を調量し、該燃料は排ガス事後処理のための手段にて反応するようにしたのである。

Description

【発明の詳細な説明】 内燃機関の制御方法及び装置 技術水準 本発明は、各独立形請求項の請求範囲の上位概念による内燃機関の制御方法及 び装置に関する。 そのような内燃機関の制御方法及び装置は、例えばＤＥ−ＯＳ３４３６７６８ （ＵＳ４６３３８３７）から公知である。 ディーゼル内燃機関の場合、排ガス導管中に、調量ポンプを用いて炭化水素が 配量される。還元触媒器では、上記炭化水素及び排ガス中に存在する窒素酸化物 が、２酸化炭素、窒素及び水に還元される。 上記の窒素酸化物還元を行わせ得るため、付加的に調量装置を設けなければな らない。 発明が解決しようとする課題 本発明の基礎を成す課題とするところは、冒頭に述べた形式の内燃機関の制御 方法及び装置において、排ガス特性を改善し、そして、複雑性とかコストをでき るだけわずかにすることである。図３〜図５には、クランクシャフト軸角度に関 して内燃機関の種々異なる形式の調量サイクルが示されている。 発明の利点 本発明の手段によっては、内燃機関の排ガス特性を コスト上有利に改善できる。 本発明の有利な発展形態及び実施形態は、引用請求項の形式の請求の範囲に規 定されている。 図面 次ぎに図示の実施例を用いて、本発明を説明する。図１には、本発明の燃料調 量システムを略示する。図２には本発明の装置の種々の負荷の制御のための終段 が示してある。図３〜図５中には、クランクシャフト軸角度に関して、内燃機関 の種々異なる形式の調量サイクルが示されている。 実施例の説明 次ぎに自発点火形内燃機関の例に即して本発明の装置を説明する。上記装置で は燃料調量が磁石弁により制御される。図１に示す実施例は、所謂コモンーレイ ルーシステム；Ｃｏｍｍｏｎ−Ｒａｉｌ−Ｓｙｓｔｅｍに関する。本発明の手段 は、そのようなシステムに限定されるものでなく、、相応の燃料調量が可能なす べてのシステムにおいて使用できる。このことは磁石弁により制御される燃料調 量システムに就いても成立つ。 １００で示す内燃機関は、吸入導管１０５を介して新鮮空気の供給を受け、そ して、排ガス導管１１０を介して排ガスを送出する。排ガス導管１１０中には、 還元触媒１１５が設けられている。 図示の内燃機関は、４気筒内燃機関である。内燃機 関の各気筒には、インジェクタ１２０、１２１、１２２及び１２３が割付け、配 属されている。上記インジェクタには、磁石弁１３０、１３１、１３２及び１３ ３を介して燃料が調量される。燃料は、所謂レール１３５からインジェクタ１２ ０〜１２３を介して内燃機関１００のシリンダ、気筒内に入る。 レール１３５における燃料は、高圧ポンプ１４５により可調整圧力へもたらさ れる。高圧ポンプ１４５は、磁石弁１５０を介して燃料供給ポンプ１５５に接続 されている。燃料供給ポンプは、燃料貯蔵容器１６０と接続されている。 磁石弁１５０は、コイル１５２を有する。磁石弁１３０〜１３３は、コイル１ ４０〜１４３を有し、該コイルは、それぞれ終段１７５を用いて電流の供給を受 ける。終段１７５は、有利に制御装置１７０内に配置され、該制御装置により、 コイル１５２が相応に制御される。 さらに、センサ１７７が設けられており、該センサは、レール１３５における 圧力を検出し、相応の信号を制御装置１７０に導く。 当該装置は、次のように動作する。燃料供給ポンプ１５５は燃料を貯蔵容器か ら弁１５０を介して高圧ポンプ１４５へ供給する。高圧ポンプ１４５は、レール １３５にて所定の圧力を形成する。通常、圧力は、レール１３５における８００ バールｂａｒより大である 。コイル１４０〜１４３への電流通電により、相応の磁石弁１３０〜１３３が制 御される。ここで、コイルに対する制御信号により、インジェクタ１２０〜１２ ３による燃料の噴射開始及び噴射終端が設定される。調量された燃料は、内燃機 関１００内にて燃焼し、ここで、排ガスが生じ、該排ガスは、不都合な成分とし て窒素酸化物を含む。窒素酸化物は触媒器１１５にて炭化水素を用いて還元され る。本発明によれば、事後燃焼後、インジェクタ１２０〜１２３を用いて、付加 的に燃料が調量される。上記燃料量は、排ガスと共に吐出され、触媒器１１５内 で窒素酸化物と反応して有害でない構成成分を作る。本来の噴射後の燃料の付加 的な噴射は、事後噴射と称される。事後噴射は、有利に、それぞれのシリンダ気 筒の下死点の領域内にて行なわれる。 図２には、終段１７５の可能な実現例を示す。２００は、電圧源を示す。図示 の実施例では、正の端子である電圧源の第１端子は、スイッチング素子２１０を 介して、接続点２１１に接続されている。上記接続点２１１には、コイル１４０ の第１端子及びコイル１４１の第１端子が接続されている。コイル１４０の第２ 端子はスイッチング素子２３０を介して電圧源２００の第２端子に接続されてい る。同様にして、コイル１４１の第２端子は、スイッチング素子２３１を介して 電圧源２００と接続されている。 コイル１４０とスイッチング素子２３０との間の接続線路は、ダイオード２４ １及びスイッチング素子２５０を介して回路点２１１に接続されている。同様に して、第２端子は、ダイオード２４１及びスイッチング素子２５０を介して回路 点２１１に接続されている。ダイオード２４０、２４１の共通端子は、一方では 、スイッチング素子２５０と接続され、他方ではコンデンサ２６０を介して、電 圧源２００と接続されている。 更に、電圧源の第１端子は、スイッチング素子２２０を介して接続点２１２に 接続されている。該接続点２１２には、コイル１４２の第１端子及びコイル１４ ３の第１端子が接続されている。同様に、コイル１４３の第２端子は、スイッチ ング素子２３３を介して電圧源２００に接続されている。 コイル１４２とスイッチング素子２３２との間の接続線路は、ダイオード２４ ２及びスイッチング素子２５５を介して回路点２１２に接続されている。同様に して、第２端子は、ダイオード２４３及びスイッチング素子２５５を介して回路 点２１２に接続されている。ダイオード２４２、２４３の共通端子は、一方では 、スイッチング素子２５５と接続され、他方ではコンデンサ２６５を介して、電 圧源２００と接続されている。 スイッチング素子２１０、２２０は、ハイサイド（ Ｈｉｇｈ−Ｓｉｄｅ）−スイッチと称され、スイッチング素子２３０〜２３３は 、ローサイド（Ｌｏｗ−Ｓｗｉｔｈ）−スイッチと称される。スイッチング素子 ２５０及び２５５は、後充電スイッチと称され、そして、コンデンサ２６０、２ ６５は、逓昇コンデンサと称される。 スイッチング素子は有利に、トランジスタ、例えばＦＥＴとして実現される。 スイッチング素子は、制御装置１７０により、相応の制御信号で制御され得る。 当該装置構成は、次の通り動作する。ローサイド（Ｌｏｗ−Ｓｉｄｅ）スイッ チの制御により、その都度所属のコイルを通る電流の通電がトリガされ得る。ハ イサイド（Ｈｉｇｈ−Ｓｉｄｅ）−スイッチを用いて、コイルを流れる電流が、 所定の設定値に制御され得る。 ローサイド（Ｌｏｗ−Ｓｉｄｅ）−スイッチの解放の際、コイルにて高い電圧 が、誘起され、そして、その際解放されるエネルギが、コンデンサ２６０、２６ ５にて充、放電される。磁石弁の迅速な応動を行わせ得るため、制御の始めにて スイッチング素子２５０及び２５５が制御され、従って、コイルには、コンデン サ２６０、２６５に加わる高い電圧が供給される。 コンデンサ２６０、２６５は、著しく大きな容量を有し、従って、制御装置１ ７０にて著しく大きな構成空間を有する。コスト及び構成空間を節減し得るため 、可及的にわずかなコンデンサしか設けられないようにするとよい。それぞれ多 数のコイルが１つの共通のハイサイド（Ｈｉｇｈ−Ｓｉｄｅ）−スイッチを介し て制御され、そして、相応にその都度、１つのコンデンサのみを設ければよいよ うにすることが望まれる。 １つの共通のハイサイド（Ｈｉｇｈ−Ｓｉｄｅ）−スイッチを介して制御さる べき負荷の１群ないし、それに所属するシリンダ、気筒は、バンクと称される。 コイルの制御方式により、殊にコンデンサを用いての電圧逓昇に基づき、２つの コイルを同時には制御し得ない。つまり、１つのバンクの１つのシリンダ、気筒 におけるその都度たんに１つの噴射のみが可能である。 図３中には、４つのシリンダ、気筒を有する内燃機関の場合における動作の様 子を示す。クランク軸の角度位置に亘って、個々のシリンダ、気筒における噴射 の様子が示されている。図３ａには第１のライン行には事前噴射ＶＥが示され、 第２のライン行には、主噴射ＨＥが示され、第３のライン行には、事後噴射ＮＥ が示されている。 第１シリンダ、気筒内への主噴射ＨＥは、第１シリンダ、気筒の上死点の領域 にて行われる。上死点は、クランク軸０°のところに位置する。主噴射ＨＥは、 上死点よりほぼ２０度前の所に位置し、ほぼ４０°の期間ないし持続時間を有す る。事前の噴射ＶＥは、主 噴射ＨＥの少し前にて上死点よりほぼ５０°前のところに（−５０°）位置する 。概して、事前噴射は、若干角度値（数度）にわたって延在する。 第２シリンダ、気筒内への調量は、第２シリンダ、気筒の上死点にて行われ、 即ち、換言すれば、第１シリンダ、気筒の上死点の後方１８０°の所に位置する 。第２シリンダ、気筒の事前噴射ＶＥは、同じく、第２シリンダ、気筒の上死点 より、４０〜５０°前のところに、換言すれば、第１シリンダ、気筒の上死点後 １３０〜１４０°のところに位置する。 同様に、さらなるシリンダ、気筒内への調量は、第１シリンダ、気筒の上死点 の後３６０°及び５４０°のところに位置する。 本発明によれば、触媒器の良好な作用を達成し得るには、事後噴射ＮＥは、相 応のシリンダ、気筒の上死点後、１００〜２７０°の領域内で行われるようにす るものである。事後噴射に対する有利な値は、上死点より１５０°後に位置する 。図３ａに示すように第１シリンダ、気筒の上死点より１５０°後のところで、 第２シリンダ、気筒に対する調量が行われる。１つの終段で種々のシリンダ、気 筒にて２つの同時の噴射が実現し得ないので、事後噴射に対する当該の角度値は 、相応の終段によっては実現不能である。本発明によれば、事後噴射は、相応の 噴射の上死点後２００〜２４０の角度領域内へセッティングされる。つまり後続 シリンダ、気筒の主噴射後、事後噴射は行われる。 図３ｂ及び３ｃは２つのバンクの設けられている場合における４シリンダ、気 筒内燃機関における動作状態の様子を示す。第１バンクの調量インターバル（間 隔）は図３ｂに示され、第２バンクの調量（間隔）は図３ｃに示されている。シ リンダ、気筒順序における第１、第３シリンダ、気筒は、第１バンクに割付け、 配属され、そして、第２、第４シリンダ、気筒は第２バンクに割付け、配属され ている。個々のシリンダ、気筒の事前噴射ＶＥ及び主噴射ＨＥは、図３ａに示す ように、相応の角度位置で行われる。 調量領域、換言すれば、噴射開始、−終了、以て、事前噴射及び主噴射の個々 の調量の噴射持続時間が、種々の動作パラメータにより制御され、そして、当該 の動作条件に依存して所定の領域内で変化する。 図３ｂに示すように、事後噴射は、有利な時点にて、即ち、相応のシリンダ、 気筒の上死点後１５０°クランクシャフトのところに位置する。このことが可能 であるのは、当該の時点に行われる第２シリンダ、気筒内への調量が、第２バン クにより制御されるからである。 上記手法の利点とするところは、その中で事後噴射を行い得る領域は、それぞ れのシリンダ、気筒の上死点後１００〜２７０°の領域内にて任意に可調整であ ることである。当該の配置構成において欠点となるこ とは、シリンダ、気筒ないし磁石弁を２つのバンクに分けなければならず、以て 、２つの終段が必要であることである。 図４には、６シリンダ、気筒内燃機関の例に就いての動作の様子を示す。図４ ａの実施例では点火順序で、第１、第３、第５のシリンダ、気筒が第１バンクに 割付け、配属され、そして、第２、第４、第６シリンダ、気筒が、第２バンクに 割付け、配属されている。個々の噴射間の間隔は、ほぼ１２０°のクランクシャ フト軸角度である。 事前噴射は、それぞれのシリンダ、気筒の上死点の前４０〜５０°の領域内に 位置する。図４ａに示すように同じバンクの第２シリンダ、気筒における事前噴 射は、第１シリンダ、気筒の上死点の後１９０〜２００°のところに位置する。 第１シリンダ、気筒の上死点の後、ほぼ１５０°クランクシャフト軸角度の場 合における所望の事後噴射は、いずれの動作条件でも実現できるという訳ではな い。それというのは、当該の角度位置では既に第２シリンダ、気筒における調量 が開始され得るからである。コンデンサの充電のため及び新たな値の伝送のため の所要の休止、ポーズを考慮する場合、事後噴射は、たんに相応のシリンダ、気 筒の上死点後１５０°クランクシャフト軸角度までの間の領域でのみ可能である 。 図４ｂ中に示す本発明の構成では、第１、第２、第３シリンダ、気筒は、第１ のバンクに割付け、配属され、そして、第１、第５、第６シリンダ、気筒は、第 ２バンクに割付け、配属されている。６つのシリンダ、気筒のうち４つの場合に おいては、上死点後１６０〜３６０の領域内で事後噴射が可能であり、そして、 ６つのシリンダ、気筒のうち２つの場合には上死点後１００〜３６０の領域にて 事後噴射が可能である。 本発明により認識されたところによれば、各噴射ごとに事後噴射を行う必要が ないということである。而して、例えば各々のｎ番目ごとにのみ調量の際に事後 噴射が行われ得る。ここで、数ｎは、それぞれの動作状態及び／又は事後噴射の 所要量に依存して設定され得る。 図４ｂから明らかなように、第１シリンダ、気筒に割付け、配属された事後噴 射は第１シリンダ、気筒の上死点後１８０°のところにてわずかな角度領域にお いてのみ可能である。第２又は第３シリンダ、気筒に割付け、割付け、配属され た事後噴射は、第１シリンダ、気筒の上死点後３００°〜６００°の角度領域の 著しく大きい角度領域において可能である。本発明による個々のバンクないし終 段への個々のシリンダ、気筒の配属対応付けにより、広い角度領域内にて点火順 序シーケンスにて第３ないし第６シーケンスの事後噴射を可変できる。 図５には、８つのシーケンスを有する内燃機関の場合における動作の様子を示 す。調量は、ほぼ９０°の間隔をおいて行われる。図５ａに示すように、奇数番 目、即ち第１、第３、第５及び第７番目が第１バンクに割付け、配属され、そし て、偶数番目即ち第２、第４、第６、第８シーケンスが第２バンクに割付け、配 属されている。 ここで、同様にそれぞれのシリンダ、気筒の上死点の後ほぼ１８０°の所で行 われる場合、事後噴射は同じバンクの後続のシリンダ、気筒において行われる。 事後噴射は、４つのシリンダ、気筒と１つのバンクを有する内燃機関の場合にお けるような装置構成の場合に相応して限られた領域においてのみ可能である。 図５ｂに示す本発明の構成では、第１、第２、第５、第６及び第７、第８シリ ンダ、気筒が第２にバンク割付け、配属されている。点火順序で順次連続する各 ２つのシリンダ、気筒は、１つのバンク割付け、配属されている。 ２つのシリンダ、気筒から成る１つの群のうち各第１のものに対して、事後噴 射は、第１シリンダ、気筒の上死点後１６０〜２９０度のインターバル、間隔に て行われる。同様にして、その都度第２のシリンダ、気筒に対して、各々のシリ ンダ、気筒の上死点後１００〜２００°クランクシャフト軸角度での噴射が行わ れ得る。それぞれのシリンダ、気筒の事後噴射は、次 のようなクランクシャフト軸−セクション、区間にて行われる、即ち、そこにて 第２バンクのそれぞれのシリンダ、気筒内への噴射が行われるクランクシャフト 軸セクションにて行われる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｍ 45/02 Ｆ０２Ｍ 45/02

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．内燃機関の制御方法であって、内燃機関の第１手段により、燃料を調量し、 該燃料は、内燃機関にて燃焼されるものであり、又、第２手段により、排ガス処 理をするようにした当該の制御方法において、事後噴射を行い、該事後噴射では 、前記第１手段は、燃焼後燃料を調量し、該燃料は排ガス事後処理のための手段 にて反応するようにしたことを特徴とする内燃機関の制御方法。 ２．事後噴射は、相応のシリンダ、気筒の上死点後１００〜２７０°の領域内で 、例えば上死点後１２０°〜１５０°の領域にて行われるようにしたことを特徴 とする制御方法。 ３．４つのシリンダ、気筒を有する内燃機関の場合事後噴射は、相応のシリンダ 、気筒の上死点後２００〜２４０°の角度領域で行われるようにしたことを特徴 とする制御方法。 ４．例えば４又は６シリンダ、気筒を有する内燃機関の場合、シリンダ、気筒は 少なくとも２つのバンクに割付け、配属され、ここで、点火順序で順次連続する シリンダ、気筒が種々のバンクに割付け、配属されるようにしたことを特徴とす る制御方法。 ５．例えば、８シリンダ、気筒付き内燃機関の場合、各シリンダ、気筒は、少な くとも２つのバンクに割 付け、配属され、ここで、点火順序で順次連続する２つのシリンダ、気筒が同じ バンクに割付け、配属され、そして、２つの後続のシリンダ、気筒が他のバンク に割付け、配属されるようにしたことを特徴とする制御方法。 ６．各ｎ番目の調量の際のみ、事後噴射を行うことを特徴とする制御方法。 ７．内燃機関の制御装置において、 内燃機関に燃料を調量する第１手段を有し、該燃料は、内燃機関に燃焼され るものであり、また排ガス処理を実施する第２手段を有している当該の制御装置 において 事後噴射を行ように構成されており、該事後噴射では、前記第１手段は、燃 焼後燃料を調量し、該燃料は排ガス事後処理のための手段にて反応するように構 成されていることを特徴とする内燃機関の制御装置。 ８．第１手段は、コモンーレイルーシステム（Ｃｏｍｍｏｎ−Ｒａｉｌ−Ｓｙｓ ｔｅｍ）であることを特徴とする請求の範囲７記載の装置。