JP2001050088A - 内燃機関の運転方法 - Google Patents
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Abstract
け少ない燃料消費を内燃機関の他の機能を損なうことな
く達成することができる内燃機関の運転方法を提供す
る。 【解決手段】 燃料を少なくとも2つの運転形式で噴射
することのできる燃焼室4と、運転形式を切り換えるこ
とのできる制御装置18とが設けられている形式のもの
で燃焼室4内の吸気量のための超過してはならない最大
値を成す、燃焼室内の吸気量のための目標値(rlmd
$s)を排気ガス再循環装置(EGR)及び/又はタン
ク空気抜き装置(TE)等の内燃機関1の機能に関連し
て、求めるようにした。
Description
機関の運転方法であって、燃料を少なくとも2つの運転
形式で燃焼室内に噴射し、前記の運転形式を切り換える
形式のものに関する。同様に本発明は、特に自動車用の
内燃機関であって、燃料を少なくとも2つの運転形式で
噴射することのできる燃焼室と、前記運転形式を切り換
えることのできる制御装置とが設けられている形式のも
のに関する。
例えばいわゆるガソリン直接噴射に基づき公知である。
このガソリン直接噴射では、燃料は均質燃焼運転では吸
込み段階中に、又は成層燃焼運転では圧縮段階中に内燃
機関の燃焼室内に噴射される。均質燃焼運転が有利には
内燃機関の全負荷運転のために規定されているのに対し
て、成層燃焼運転はアイドリング・部分負荷運転に適し
ている。このような公知の直接噴射式内燃機関では、例
えば要求されたトルクに関連して前記の各運転形式が切
り換えられる。
内に配置されたスロットルバルブの制御及び/又は調整
に対して種々様々な要求を課す。即ち、例えば燃料消費
をできるだけ減少させるためには、成層燃焼運転でスロ
ットルバルブをできるだけ大きく開くと有利である。し
かし、大きく開きすぎたスロットルバルブに基づき、例
えば排気ガス再循環装置又はタンク空気抜き装置等の内
燃機関の特定の機能が、生じる圧力比に基づいて最早機
能しないということは回避されねばならない。
λ=1で運転される。この均質燃焼運転は、スロットル
バルブを介して制御若しくは調整される、燃料量と空気
量との固定比率を有している。成層燃焼運転では、空燃
比は排気ガスの理由から1以上の最小値を有しているの
が望ましい。これに基づき、スロットルバルブの最小開
度が得られる。他方では、所定の絞り作用は前記の別の
機能を可能にする。これにより、最大空燃比値が得られ
る。
な有害物質発生しか伴わない、できるだけ少ない燃料消
費を内燃機関の他の機能を損なうことなく達成すること
ができる内燃機関の運転方法を提供することである。
に本発明による方法では、燃焼室内の吸気量のための超
過してはならない最大値を成す、燃焼室内の吸気量のた
めの目標値を求めるようにした。また、冒頭で述べた形
式の内燃機関においては、前記の課題は、制御装置によ
って燃焼室内の吸気量のための目標値を求めることがで
き、該目標値が、燃焼室内の吸気量のための超過しては
ならない最大値を成していることによって解決される。
許容吸気量のための目標値が、例えば排気ガス再循環装
置及び/又はタンク空気抜き装置等の、内燃機関の複数
の機能に関連して求められる。この目標値は、内燃機関
の機能に基づき最大に許容される吸気量のための目標値
を成す。これにより、内燃機関の機能は大きく開きすぎ
たスロットルバルブに基づき機能不能にはならないとい
うことが保証される。
よって要求されるトルクを発生させるために必要な燃焼
室内の吸気量のための目標値及び燃焼室の最大許容吸気
量のための目標値が関与する最小値選択が実施される。
このようにして、両目標値の内の小さい方が選択され
る。これにより、均質燃焼運転ではλ>1にはならない
ということが保証される。
内の吸気量のための目標値が求められ、しかも、この目
標値は燃焼室内の吸気量のための最小値を成しており、
この最小値を下回ることはない。
得るために少なくとも必要な吸気量のための目標値であ
る。このようにして、燃焼室内の吸気量がいずれの場合
も、燃焼室内に噴射された燃料の燃焼が確実に行われる
程度の量であるということが保証される。これにより、
ミスファイヤ等が防止される。
内の燃焼を得るために少なくとも必要な吸気量のための
目標値が関与する最大値選択が実施される。このように
して、燃焼を得るために必要とされる燃焼室内の吸気量
を決して下回らないということが保証される。
のための目標値は内燃機関の運転形式に関連して求めら
れ且つ/又は内燃機関の各機能によってスロットルバル
ブの開放が要求される。この場合、前記目標値は最小開
度に関連して求められる。
与する最小値選択が実施されると特に有利である。この
ようにして、最大に許容される絞り作用が求められ、こ
れにより、関与した内燃機関の機能全てが確実に機能す
る。
制御装置のために設けられた制御素子の形で本発明によ
る方法を実現することである。この場合、演算装置、特
にマイクロプロセッサで進行可能であり且つ本発明によ
る方法を実施するために適したプログラムを前記制御素
子にメモリする。つまり、この場合、本発明は制御素子
にメモリされたプログラムによって実現されるので、こ
のプログラムを備えた前記制御素子は、実施に前記プロ
グラムが適した方法と同様に本発明を成している。制御
素子としては、例えばリード・オンリー・メモリ等の特
に電気的な記憶媒体を使用することができる。
面につき詳しく説明する。
復運動可能な自動車の内燃機関1が示されている。シリ
ンダ3には燃焼室4が設けられており、この燃焼室4
は、とりわけピストン2と吸気弁5と排気弁6とによっ
て制限されている。吸気弁5には吸気管7が結合されて
おり、排気弁6には排気管8が結合されている。
射弁9と点火プラグ10とが燃焼室4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。燃料は、点火プラグ10によって燃焼室4内で
点火され得る。
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に空気を供給することができる。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内には触媒12が収納されてお
り、この触媒12は、燃料の燃焼によって発生する排気
ガスを浄化するために役立つ。
が吸気管7に戻って通じている。排気ガス再循環管路1
3内には排気ガス再循環弁14が収納されており、この
排気ガス再循環弁14によって、吸気管7に戻し案内さ
れる排気ガスの量を調整することができる。排気ガス再
循環管路13と排気ガス再循環弁14とは、いわゆる排
気ガス再循環装置EGRを形成している。
管16が吸気管7に通じている。タンク空気抜き導管1
6内にはタンク空気抜き弁17が収納されており、この
タンク空気抜き弁17によって、燃料タンク15から吸
気管7に供給される燃料蒸気の量を調整することができ
る。タンク空気抜き導管16とタンク空気抜き弁17と
は、「タンク空気抜き装置」TEを形成している。
焼によって往復運動させられる。この往復運動はクラン
クシャフト(図示せず)に伝達されて、このクランクシ
ャフトにトルクを加える。
測定された内燃機関1の運転特性量を成す入力信号19
が供給されている。例えば、制御装置18はエアマスセ
ンサ、O2センサ及び回転数センサ等に接続されてい
る。更に、制御装置18はアクセルペダルセンサに接続
されており、このアクセルペダルセンサは、運転者によ
って操作可能なアクセルペダルの位置延いては要求され
るトルクを知らせる信号を発する。制御装置18は、ア
クチュエータを介して内燃機関1の特性に影響を及ぼす
ことのできる出力信号20を発する。例えば、制御装置
18は噴射弁9、点火プラグ10及びスロットルバルブ
11等に接続されており、これらを制御するために必要
とされる信号を発する。
転特性量を制御し且つ/又は調整するために設けられて
いる。例えば、噴射弁9によって燃焼室4に噴射される
燃料質量は、制御装置18により特に僅かな燃料消費及
び/又は僅かな有害物質発生に関連して制御且つ/又は
調整される。この目的のためには制御装置18に、記憶
媒体、特にリード・オンリー・メモリに前記の制御及び
/又は調整を実施するために適したプログラムを記憶し
たマイクロプロセッサが設けられている。
る均質燃焼運転”hom”では、スロットルバルブ11
は所望のトルクに関連して部分的に開放若しくは閉鎖さ
れる。燃料は、ピストン2によって生ぜしめられる吸込
み段階中に、噴射弁9によって燃焼室4内に噴射され
る。スロットルバルブ11を介して同時に吸い込まれた
空気によって、噴射された燃料が渦動させられ、これに
より、燃焼室4内でほぼ均等に配分される。その後、燃
料/空気混合物は圧縮段階中に圧縮されてから、点火プ
ラグ10によって点火される。点火された燃料の膨張に
基づいてピストン2が駆動される。発生するトルクは、
均質燃焼運転ではとりわけスロットルバルブ11の位置
に関連している。僅かな有害物質発生に関連して、燃料
/空気混合物はなるべくλ=1に調整される。
る均質希薄燃焼運転”hmm”では、燃料は前記の均質
燃焼運転の場合と同様、吸込み段階中に燃焼室4内に噴
射される。しかし、均質燃焼運転とは異なり、燃料/空
気混合物はλ>1で生ぜしめられてもよい。
る成層燃焼運転”sch”では、スロットルバルブ11
が大きく開放される。燃料は、ピストン2によって生ぜ
しめられる圧縮段階中に噴射弁9によって燃焼室4内
に、つまり、点火プラグ10のすぐ周辺に局所的に且つ
点火時期前に時間的に適当な間隔をおいて噴射される。
次いで、点火プラグ10によって燃料が点火され、これ
により、ピストン2が次の動作段階において、点火され
た燃料の膨張に基づき駆動される。発生するトルクは、
成層燃焼運転では大体において噴射された燃料質量に関
連している。成層燃焼運転は、主として内燃機関1のア
イドリング運転及び部分負荷運転のために規定されてい
る。
る均質−成層燃焼運転”hos”では、二段噴射が同一
サイクルで行われる。燃料は、吸込み段階中及び圧縮段
階中に噴射弁9によって燃焼室4内に噴射される。これ
により、均質−成層燃焼運転は、成層燃焼運転の特性と
均質燃焼運転の特性とを結びつけている。均質−成層燃
焼運転により、例えば成層燃焼運転から均質燃焼運転及
びその逆の特に穏やかな移行が達成され得る。
る成層触媒加熱運転”skh”でもやはり二段噴射が行
われる。燃料は、圧縮段階中及び作業段階中に噴射弁9
によって燃焼室4内に噴射される。このようにして、主
として付加的なトルクが得られるのではなく、作業段階
で噴射された燃料により触媒12の迅速な加熱が生ぜし
められる。このことは、例えば内燃機関1のコールドス
タートにおいて重要である。
換えることができる。このような切換は、制御装置18
によって実施される。切換は、内燃機関1の運転状態に
基づいてトリガされるか、若しくはこの運転状態を実施
する制御装置18の機能によってトリガされる。例えば
コールドスタートに際して前記の第5の運転形式、即ち
成層触媒加熱運転がトリガされてよく、この成層触媒加
熱運転により、触媒12は迅速に作動温度に加熱され
る。
る、スロットルバルブ11の制御のための信号を発生さ
せるのに適した方法が示されている。図2に示したブロ
ックは、制御装置18ではプログラムが代替している。
に所属している複数の信号から最小値選択22が実施さ
れる。
おいて、スロットルバルブ11はなるべく大きく開放さ
れているのが望ましい。しかしこのことは、別の機能周
辺条件に基づき常に可能というわけではない。つまり、
タンク空気抜き装置TEが、完全に開いたスロットルバ
ルブ11において、不都合な圧力比に基づき全く機能し
ないという可能性がある。同様のことは、排気ガス再循
環装置EGRにも云える。
べた信号が発せられ、これらの信号を以て各機能はその
都度、スロットルバルブ11の最大許容開度を知らせ
る。即ち、これらの信号は、各機能の所望のスロットル
バルブ11の位置、つまり、各機能によって要求される
「絞り作用」を表している。
置EGRによる絞り作用、タンク空気抜き装置TEによ
る絞り作用、ブレーキブースタBKVによる絞り作用、
燃焼性の限界に基づく絞り作用及びオーバーラン時の燃
料カットオフにおける絞り作用である。
してよい。つまり、例えば排気ガス再循環装置EGRで
は、均質燃焼運転における絞り作用は成層燃焼運転にお
ける絞り作用と著しく異なっている。このことは、個々
の信号及びこれらの信号から導出される信号をも、それ
ぞれ各運転形式に関連して異ならせている。このことを
以下、運転形式関連性と呼び、前記信号の図面では、符
号”$”で示す。
最小値を有しており延いてはスロットルバルブ11の最
小開度を表す信号が選択される。スロットルバルブ11
の開度が少なければ少ないほど、吸気管7内の圧力は小
さくなる。即ち、選択された最小信号は吸気管7内の圧
力のための上限を表している。最小値選択22の出力部
には、吸気管7内の最大許容圧力のための、運転形式に
関連した目標値を表す信号psx$sが存在する。
づき得られるスロットルバルブ11の最大絞り作用が考
慮されるということが達成される。
され、このブロック23には、同様に信号fupsrl
も供給される。この信号fupsrlは、吸気管7内の
圧力を燃焼室4の充填に換算するためのファクタであ
る。両信号psx$s及びfupsrlは、ブロック2
4によって乗じられて信号rfmx$sが生ぜしめられ
る。この信号rfmx$sは、燃焼室4の、空気及び排
気ガスの最大許容供給量のための、運転形式に関連した
目標値である。
から信号rir$sが減じられる。この信号rir$s
は、排気ガス再循環装置EGRを介して外部で再循環さ
れた排気ガス中、及び燃焼室4内に残っている残留ガス
中、つまり内部の排気ガス再循環部における不活性ガス
量のための、運転形式に関連した目標値である。従っ
て、ブロック25の出力部には、燃焼室4の最大許容吸
気量のための、運転形式に関連した目標値を表す信号r
lmx$sが存在している。
に供給されており、この最小値選択26には同様に信号
rlmd$sも供給されている。この信号rlmd$s
はブロック27によって発せられ且つ内燃機関1によっ
て要求されるトルクを発生させて供給するために必要と
される燃焼室4内の吸気量のための、運転形式に関連し
た目標値を表している。この目標値は超過されてはなら
ない。なぜならば、さもないと内燃機関1は最大空燃比
値を超過し延いては過大な空燃比を以て運転されるから
である。
mx$s及びrlmd$sの内の小さい方が選択され
る。これにより、最小値選択26の出力部には、内燃機
関1の個々の機能に関連した目標値が要求されたトルク
を得るために必要な目標値よりも小さいときは信号rl
mx$sが存在し、又は最大空燃比値が小さな方の目標
値である場合は、信号rlmd$sが存在する。いずれ
にしても、最小値選択26の出力部には、最大で信号r
lmd$sが存在する。
作用に基づき生ぜしめられる燃焼室4内の最大吸気量が
内燃機関1の過大な空燃比を惹起することは決してない
ということが達成される。
選択28に供給され、この最大値選択28には同様に信
号rlmin$sも供給される。この信号rlmin$
sは、最小限に要求された燃焼室4内の吸気量のため
の、運転形式に関連した目標値を表している。この目標
値は、下回ってはならない。なぜならば、さもないと燃
焼室4内で燃焼を行うことができないからである。
n$s及びas1の内の大きな方が選択される。これに
より、最大値選択28の出力部には少なくとも信号rl
min$sが存在する。
択26から得られる燃焼室4の吸気量が、燃焼が最早行
われないほど少なくなることは決してないということが
達成される。
l$が存在しており、この信号rlsol$は、燃焼室
4内の吸気量のための、運転形式に関連した目標値であ
る。この信号rlsol$は結合部29に供給され、こ
の結合部29には同様に信号rlrbr$も供給され
る。この信号rlrbr$は、排気ガス再循環装置EG
Rを介して再循環された排気ガス中及び燃焼室4内に残
された残留ガスの空気中の、運転形式に関連した新気量
である。結合部29は、信号rlsol$から信号rl
rbr$を減じる。
が供与されており、この信号as2は、スロットルバル
ブ11を介して供給されねばならない燃焼室4内の吸気
量を表している。従って信号as2は、スロットルバル
ブ11を制御するために適している。信号as2は、内
燃機関1の許容不能な空燃比を生ぜしめることなしに、
又は燃焼室4内の燃焼が全く不可能であることなしに上
で述べた機能を実施できるようにするために必要とされ
るスロットルバルブ11の位置若しくは開度を表す。
ロック27によって発生される。この信号rlmd$s
は、やはり既に述べたように、内燃機関1によって要求
された空燃比を発生させて供給するために必要とされる
燃焼室4内の吸気量のための、運転形式に関連した目標
値を表す。
ロック30に供給される。この信号milsolは、空
気延いてはスロットルバルブ11の調整に関連して生ぜ
しめられるべきトルクの目標値を表す。ブロック30で
は、信号milsolが数値etalamによって割ら
れる。この数値etalamは、空燃比に関連したトル
ク効率を表しており且つ空燃比の逆数に近似している。
均質燃焼運転では、燃料/空気混合物の比率、つまり空
燃比=1であり且つ同様に数値etalam=1であ
る。従って、この場合ブロック30における除算は信号
milsolに対しては影響を及ぼさない。
線図31に入力され、この特性線図31には、別の入力
信号として内燃機関1の回転数nmotが供給されてい
る。特性線図31の出力部には、既に述べたように、ブ
ロック23の最小値選択26に送出される信号rlmd
$sが存在する。
ら、つまりトルク目標値から、回転数nmotに関連し
て燃焼室4内の吸気量のための目標値が求められる。こ
の目標値は、内燃機関1によって要求された空燃比を発
生させて供給するために必要とされる。上で説明したケ
ースでは、特性線図から得られた信号rlmd$sは均
質燃焼運転に関連している。
転においては、例えばλ=”2”である。この成層燃焼
運転は、均質燃焼運転とは異なる別の運転形式と同様、
ブロック27の特性線32及びブロック33に基づき考
慮される。しかし、信号milsolにおいては何も変
化しない。
空燃比値の種々異なる要求が供給される。これらの要求
に基づき、ブロック33は各運転形式のための最大空燃
比値を生ぜしめて、この最大空燃比値を特性線32に送
出する。
燃焼運転のための希薄な燃料/空気混合物を得るため
に、均質燃焼運転と比較して過剰な空気が得られなくて
はならない。このことは、特性線32に基づき生ぜしめ
られる。特性線32に基づき、ブロック33から受け取
った最大空燃比値から、既に述べた、ブロック30に送
出される数値etalamが得られる。次いでこの数値
etalamによって、信号milsolが割られる。
amは約0.5である。従ってブロック30での除算に
基づき、信号milsol延いては得ようとするトルク
のための目標値が倍増される。倍増された信号mils
olは、特性線図31に供給される。
のときに必要とされる信号rlmd$sを供給する。数
値etalamの形の空燃比効率を考慮することによ
り、前記の出力特性量はλ>1でも有効である。
による除算に基づき、最終的に信号rlmd$sが増大
するということが達成される。このことは、内燃機関1
によって要求されたトルクを発生させて供給するために
必要とされる、燃焼室4内の吸気量のための、運転形式
に関連した目標値が大きくなるということを意味する。
つまり、燃焼室4にはより多くの空気が供給される。増
加された空気供給に基づき、燃料/空気混合物は所望の
ように希薄になる。
形式に関して燃焼室4内の吸気量のための最大値を表し
ており、この最大値は最小値選択26における組合わせ
に基づき超過され得ない。
成図である。
による方法の1実施例の概略的な回路構成図である。
燃焼室、 5 吸気弁、 6 排気弁、 7 吸気
管、 8 排気管、 9 噴射弁、 10 点火プラ
グ、 11 スロットルバルブ、 12 触媒、 13
排気ガス再循環管路, 14 排気ガス再循環弁、
15 燃料タンク、 16 タンク空気抜き導管、 1
7 タンク空気抜き弁、 18 制御装置、 19 入
力信号、 20 出力信号、 21,23,24,2
5,27,30,33 ブロック、 22、26 最小
値選択、 28 最大値選択、 29 結合部、 31
特性線図、 32 特性線
Claims (18)
- 【請求項1】 自動車の内燃機関(1)の運転方法であ
って、燃料を少なくとも2つの運転形式で燃焼室(4)
内に噴射し、前記の運転形式を切り換える形式のものに
おいて、 燃焼室(4)内の吸気量のための超過してはならない最
大値を成す、燃焼室(4)内の吸気量のための目標値
(rlmd$s)を求めることを特徴とする、内燃機関
の運転方法。 - 【請求項2】 燃焼室(4)の最大許容吸気量のための
目標値(rlmx$s)を、例えば排気ガス再循環装置
(EGR)及び/又はタンク空気抜き装置(TE)等の
内燃機関(1)の機能に関連して求める、請求項1記載
の方法。 - 【請求項3】 前記の両目標値(rlmd$s, rlm
x$s)の超過を回避する、燃焼室(4)内の吸気量の
ための目標値(as1)を求める、請求項2記載の方
法。 - 【請求項4】 目標値(rlmd$s)と目標値(rl
mx$s)とが関与する最小値選択(26)を実施す
る、請求項3記載の方法。 - 【請求項5】 燃焼室(4)内の吸気量のための下回る
ことのない最小値を成す、燃焼室(4)内の吸気量のた
めの目標値(rlmin$s)を求める、請求項1から
4までのいずれか1項記載の方法。 - 【請求項6】 燃焼室(4)内の燃焼を得るために、前
記の吸気量のための目標値(rlmin$s)を少なく
とも必要とする、請求項5記載の方法。 - 【請求項7】 前記の吸気量のための目標値(rlmi
n$s)が関与する最大値選択(28)を実施する、請
求項5又は6記載の方法。 - 【請求項8】 吸気量のための目標値(rlmd$s)
を、内燃機関(1)の運転形式に関連して求める、請求
項1から7までのいずれか1項記載の方法。 - 【請求項9】 吸気量のための目標値(rlmd$s)
を、各運転形式の空燃比要求に関連して求める、請求項
1から8までのいずれか1項記載の方法。 - 【請求項10】 吸気量のための目標値(rlmd$
s)を、特性線図によって、要求されたトルクのための
目標値(milsol)から求める、請求項1から9ま
でのいずれか1項記載の方法。 - 【請求項11】 要求されたトルクのための目標値(m
ilsol)を、各運転形式の空燃比要求に関連して変
化させる、請求項10記載の方法。 - 【請求項12】 吸気量のための目標値(rlmx$
s)を、内燃機関(1)の運転形式に関連して求める、
請求項2から11までのいずれか1項記載の方法。 - 【請求項13】 内燃機関(1)の各機能によってスロ
ットルバルブ(11)の開放が要求され、前記目標値
(rlmx$s)を最小開度に関連して求める、請求項
2から12までのいずれか1項記載の方法。 - 【請求項14】 前記機能によって要求された絞り作用
が関与する最小値選択(22)を実施する、請求項13
記載の方法。 - 【請求項15】 前記目標値(rlmx$s)を、吸気
管(7)内の最大許容圧力(psx$s)から求める、
請求項2から14までのいずれか1項記載の方法。 - 【請求項16】 前記目標値(rlmx$s)に不活性
ガス量(rir$s)が含まれている、請求項2から1
5までのいずれか1項記載の方法。 - 【請求項17】 演算装置で進行可能であり且つ請求項
1から16までのいずれか1項記載の方法を実施するた
めに適したプログラムがメモリされていることを特徴と
する、自動車の内燃機関(1)の制御装置(18)のた
めの制御素子。 - 【請求項18】 自動車用の内燃機関(1)であって、
燃料を少なくとも2つの運転形式で噴射することのでき
る燃焼室(4)と、前記運転形式を切り換えることので
きる制御装置(18)とが設けられている形式のものに
おいて、 制御装置(18)によって燃焼室(4)内の吸気量のた
めの目標値(rlmd$s)を求めることができ、該目
標値(rlmd$s)が、燃焼室(4)内の吸気量のた
めの超過してはならない最大値を成していることを特徴
とする、自動車用の内燃機関。
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