JP2001193545A - 内燃機関を運転する方法 - Google Patents
内燃機関を運転する方法Info
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Abstract
確な噴射期間を検出することができるようにする。 【解決手段】 中間の燃料圧を検出するようにした。
Description
機関を運転する方法であって、燃料を、圧縮段階の間に
成層燃焼運転で燃焼室内へ噴射し、成層燃焼運転におけ
る噴射期間を、燃料に作用する燃料圧と、燃焼室内に存
在する燃焼室圧との間の圧力差に関連して検出する形式
のものに関する。さらに、本発明は、特に自動車の内燃
機関であって、燃焼室が設けられており、該燃焼室内へ
燃料が、圧縮段階の間に成層燃焼運転で噴射可能であ
り、また、成層燃焼運転における噴射期間を、燃料に作
用する燃料圧と、燃焼室内に存在する燃焼室圧との間の
圧力差に関連して検出するための制御装置が設けられて
いる形式のものに関する。さらに、本発明は、特に自動
車の内燃機関のための制御装置であって、内燃機関に燃
焼室が設けられており、該燃焼室内へ燃料が、圧縮段階
の間に成層燃焼運転で噴射可能であり、制御装置が、成
層燃焼運転における噴射期間を、燃料に作用する燃料圧
と、燃焼室内に存在する燃焼室圧との間の圧力差に関連
して検出するため設けられている形式のものに関する。
の内燃機関およびこのような形式の制御装置は、いわゆ
る「ガソリン直接噴射」によって、ドイツ連邦共和国特
許出願公開第19645715号明細書に基づき公知で
ある。ガソリン直接噴射では燃料が、吸気段階の間に均
質燃焼運転でかつ圧縮段階の間に層状燃焼運転もしくは
成層燃焼運転で内燃機関の燃焼室内に噴射される。均質
燃焼運転は、有利には内燃機関の全負荷運転のために設
定されているのに対して、成層燃焼運転はアイドリング
運転または部分負荷運転のために適している。
関に加えられる負荷と、内燃機関の、その他の運転量と
に関連して、制御装置によって算出される。この噴射し
たい燃料質量は、定常の条件下で、噴射したい燃料質量
に相当することが望ましい基本噴射期間(Basis−
Einspritzdauer)に換算される。しか
し、噴射弁の開放時に圧力比率が変化することに基づ
き、定常の条件から出発することができない。したがっ
て、さらに別の演算ステップで基本噴射期間が、燃焼室
圧と燃料圧との間の圧力差に関連して、修正された噴射
期間に換算される。その後、この修正された噴射期間を
用いて、内燃機関の噴射弁が作動制御される。
装置の、高い演算手間を必要とし、さらに、物理的に正
確でない。
機関を運転する方法を改善して、可能な限り僅かな演算
手間で、できるだけ正確な噴射期間を検出することがで
きるようにすることである。
に本発明の方法では、中間の燃料圧を検出するようにし
た。さらに、前記課題を解決するために本発明の内燃機
関および制御装置では、中間の燃料圧が検出可能である
ようにした。
って、算出された噴射期間を付加的な演算ステップで修
正することがもはや不要となる。この修正のために今ま
で必要であった、燃料圧と燃焼室圧との間の圧力差の観
測と、これに関連した演算手間とがもはや必要なくな
る。本発明において総体的に、噴射期間を中間の燃料圧
に基づき検出するための全ての演算を実施することが可
能となる。このことは、演算の著しい簡略化ひいては演
算時間の十分な節約を意味している。
しかつこの中間の燃料圧を、内燃機関を引き続き制御し
かつ/またはコントロールするために使用する場合に、
重要な影響因子となる全ての特性量を考慮することが可
能となるので、本発明によって、噴射期間の算出時の、
高い精度が獲得される。
が、燃料アキュムレータに対応配置された圧力センサを
用いて測定される。通常、このような圧力センサはすで
に存在しているので、これによって、構成部分のための
付加的な費用を節約することができる。
作用する燃料圧が中間の燃料圧に制御されかつ/コント
ロールされる。これによって、本発明により噴射期間の
算出時に使用される中間の燃料圧がほぼ一定に維持され
るということが保証される。これによって、噴射期間の
算出の精度が著しく向上する。
ように燃料圧が制御されかつ/コントロールされると特
に有利である。これによっても、本発明の精度が改善さ
れる。
がモデルに基づき検出される。このことは、有利にはポ
リトロープ圧縮に基づき実施することができる。この場
合、吸気管圧が、特に吸気管に対応配置された圧力セン
サを用いて検出されると有利であり得る。これに対して
選択的に、吸気管圧を、内燃機関の運転量に基づく、相
応するモデルを用いて検出することもできる。
が、中間の燃料圧と、燃焼室圧と、噴射したい燃料質量
とに関連して検出される。このことは、極めて僅かな演
算手間を有しかつひいては制御装置によって特に迅速に
実施することができる演算形式を成している。これによ
って、本発明により、噴射したい燃料質量を、特に迅速
であるにもかかわらず極めて正確に、対応する噴射期間
に換算することが可能となる。
関の制御装置のために設けられた制御素子の形で実現さ
れることが特に重要である。この場合、制御素子には、
演算装置、特にマイクロプロッセサで実行可能であり、
かつ本発明による方法を実施するために適しているプロ
グラムが記憶されている。すなわち、この場合、本発明
は、制御素子に記憶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制御素子は、方法(こ
の方法を実施するために前記プログラムが適している)
と同様に本発明を成している。制御素子として特に、電
気的な記憶媒体、たとえばリード・オンリ・メモリまた
はフラッシュ・メモリを使用することができる。
び利点は、以下に図面につき説明する本発明の実施の形
態から明らかとなる。説明または図示した全ての特徴は
それ自体または任意の組み合わせの形で本発明の対象を
成している。
面につき詳しく説明する。
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には燃焼室4が設
けられており、この燃焼室4は特に、ピストン2と、吸
気弁5と、排気弁6とによって仕切られている。吸気弁
5には吸気管7が連結されており、排気弁6には排気管
8が連結されている。
弁9と点火プラグ10とが燃焼室4内へ突入している。
噴射弁9を介して、燃料を燃焼室4内へ噴射することが
できる。点火プラグ10を用いて、燃焼室4内の燃料を
点火することができる。
ルブ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に空気が供給可能である。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した排ガスを清
浄するために働く。
吸気管7に戻し案内されている。排ガス戻し案内管13
内には、排ガス戻し案内弁14が収納されており、この
排ガス戻し案内弁14を用いて、吸気管7に戻し案内さ
れる排ガスの量を調整することができる。排ガス戻し案
内管13と排ガス戻し案内弁14とは、いわゆる「排ガ
ス再循環装置」を形成している。この排ガス再循環装置
は、それ自体設けられていてよいが、必ずしも設けられ
ている必要はない。
路16が吸気管7に通じている。タンク空気抜き管路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を用いて、燃料タンク15から
吸気管7に供給される燃料蒸気の量が調整可能である。
タンク空気抜き管路16とタンク空気抜き弁17とは、
いわゆる「タンク空気抜き装置」、つまり「燃料蒸気排
出防止装置」を形成している。この燃料蒸気排出防止装
置は、それ自体設けられていてよいが、必ずしも設けら
れている必要はない。
によって往復運動にもたらされ、この往復運動はクラン
クシャフト(図示せず)に伝達され、そして、クランク
シャフトにトルクを加える。
ンサによって測定された運転量を表す入力信号19によ
って負荷される。たとえば、制御装置18は、空気質量
センサ、λセンサ(空気過剰率センサ)、回転数センサ
等に接続されている。さらに、制御装置18はアクセル
ペダルセンサに接続されている。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、ひいては要求されたトルクを表す信号を発生させ
る。制御装置18は出力信号20を形成し、この出力信
号20によって、アクチュエータもしくは作動装置を介
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18は、噴射弁9と、点火プラグ10
と、スロットルバルブ11等に接続されていて、これら
の構成部分を制御するために必要となる信号を発生させ
る。
運転量を制御しかつ/またはコントロールするために設
けられている。たとえば、噴射弁9によって燃焼室4内
に噴射された燃料質量は制御装置18によって特に、少
ない燃料消費量および/または少ない有害物質発生量が
達成されるように制御されかつ/またはコントロールさ
れる。この目的のためには、制御装置18にマイクロプ
ロッセサが設けられている。このマイクロプロッセサは
記憶媒体、特にフッラシュメモリ内に、前記制御および
/または前記コントロールを実施するために適したプロ
グラムを記憶している。
運転することができる。つまり、内燃機関1を均質燃焼
運転、層状燃焼運転もしくは成層燃焼運転、均質なリー
ン燃焼運転等で運転することが可能である。
に噴射弁9によって内燃機関1の燃焼室4内へ直接噴射
される。これによって、燃料には、点火に到達するまで
になおも十分に渦流が付与されるので、燃焼室4内には
ほぼ均質な燃料・空気混合物が形成される。この場合、
主として、形成したいトルクは、制御装置18によるス
ロットルバルブ11の位置によって調整される。均質燃
焼運転では、内燃機関1の運転量は、λ(空気過剰率)
が1に等しいように制御されかつ/またはコントロール
される。均質燃焼運転は特に全負荷時に使用される。
分に相応しているが、λが1よりも小さな値に調整され
る。
に噴射弁9によって内燃機関1の燃焼室4内へ直接噴射
される。これによって、点火プラグ10による点火時に
燃焼室4内には均質な混合物(混合気)ではなく、燃料
層が形成される。スロットルバルブ11は、たとえば排
ガス再循環装置および/または燃料蒸気排出防止装置の
要求は別として、完全に開放することができ、ひいては
内燃機関1を、絞られることなしに運転することができ
る。成層燃焼運転では、形成したいトルクは燃料質量に
よって十分に調整される。成層燃焼運転によって、内燃
機関1を特にアイドリング中にかつ部分負荷時に運転す
ることができる。
れぞれ切換を行うことができる。このような切換は制御
装置18によって実施される。
よって、噴射したい燃料質量mが内燃機関1の運転量、
たとえば内燃機関1に加えられる負荷および/または存
在する運転者の意志等に関連して検出される。前記燃料
質量mは制御装置18によって噴射期間tiに換算さ
れ、この噴射期間tiの間に噴射弁9が、開放された状
態へ制御される。
9の開口を通る燃料の、以下のような通流がほぼ獲得さ
れる:すなわち、
る質量流を表しており、「A」は噴射弁9の開口の横断
面を表しており、「roh」は燃料の密度を表してお
り、「deltap」は圧力差を表しており、「tet
a」は通流係数を表している。
料圧と、燃焼室4内に存在している燃料室圧とから獲得
される。燃料圧は、機械式の燃料ポンプおよび/または
電気式の燃料ポンプによって形成されるのに対して、燃
焼室圧は、シリンダ3内でのピストン2の運動によって
形成される。
式が成立する:すなわち、
「t1」は時点1を表しており、「t2」は時点2を表
しており、「ti=t2−t1」は噴射期間を表してお
り、「t」は時間を表している。
積分が実施され得る。さらに、積分下でのパラメータは
全て時間に関連している。このことは、噴射弁9が開放
されている噴射期間tiの間に、燃料に作用する燃料圧
がより小さくなり、これによって、圧力差deltap
が時間tに関連して変化することから明らかである。同
様に、燃料圧が低下することに基づき、燃料の密度ro
hも時間tに関連して変化する。さらに、シリンダ3内
でのピストン2の運動に基づき燃焼室圧が変化するの
で、この場合においても、圧力差deltapの変化が
時間tに関連して生ぜしめられる。圧力差deltap
が変化したことに基づき、通流係数tetaも時間tに
関連して変化する。
う場合に基準となる特徴的な時点tcが選択される。こ
の時点tcによって、以下の方程式が獲得される:すな
わち、
される。すなわち、制御装置18によって、噴射の中間
の時点が噴射時点として算出され、引き続き処理され
る。これによって、前記方程式が以下のように簡略化さ
れる:すなわち、
射弁9の定数を表しており、「rohm」は燃料の、中
間の密度を表しており、「pm」は中間の燃料圧を表し
ており、「pBr」は噴射の中間における燃焼室圧を表
している。
て、制御装置18に記憶され得る。燃料に作用する燃料
圧は制御装置18によって、噴射の中間において中間の
燃料圧pmが存在しているように制御されかつ/または
コントロールされる。したがって、噴射の中間における
燃料圧は一定の数値、つまり中間の燃料圧pmに制御さ
れかつ/またはコントロールされる。この中間の燃料圧
pmと同時に制御装置18によって、燃料の、中間の密
度rohmが算出される。
定であることに基づき、制御装置18によって燃焼室圧
が検出される。このことは、モデルを用いて、たとえば
ポリトロープ圧縮に基づく方法によって実施することが
できる。この場合、このポリトロープ圧縮のための出発
圧は、吸気管7内での、既知の吸気管圧に相当してい
る。
されたことに基づき、噴射弁9の運動ひいては噴射自体
が、噴射の開始時と終了時との非定常の状態から十分に
引き離される。したがって、この限りにおいては、定常
の条件が存在しているということから出発することがで
きる。
て、噴射の中間の時点が噴射時点として算出される。こ
のことは、たとえば検出された噴射開始時点に基づき行
うことができる。このためにはまず、仮の噴射期間ti
が経験値等に基づき推測され得る。これに基づき、近似
値を用いて噴射の中間が、内燃機関1の回転数に関連し
て算出される。選択的に、噴射の中間は代用値を用いて
演算されてもよい。任意の1回の噴射から次の噴射まで
の噴射時点は比較的緩慢にしか変化しないので、前記代
用値は、直前に実施された噴射の中間に基づいている。
御装置18よる換算によって噴射期間tiを、噴射した
い燃料質量mと、燃料に作用する中間の燃料圧pmと、
吸気管圧とから検出することができる。このことを、以
下に、図2につき詳しく説明する。
料圧pmが測定される。このことは、たとえば圧力セン
サを用いて実施することができる。この圧力センサは、
燃料調整システムに対応配置されている。特に、圧力セ
ンサは、噴射弁9に前置された燃料アキュムレータに対
応配置されていてよい。この燃料アキュムレータ内には
燃料が、電気式のポンプおよび/または機械式のポンプ
によって燃料タンクから圧送される。前記燃料アキュム
レータ内の圧力は、制御装置18による電気式のポンプ
および/または機械式のポンプおよび/または付加的な
弁の、相応する制御によって、前述した中間の燃料圧に
制御されかつ/またはコントロールされる。
中間の燃料圧pmから、燃料の、中間の密度rohmが
算出される。
って、噴射の中間の時点が算出される。このことは、す
でに説明した実施例に相応して実施される。この噴射の
中間の時点は内燃機関1の回転数に関連して、目標値特
性マップを介して中間の噴射角度に換算される。
が1つの圧力センサを用いて測定される。この吸気管圧
は、ブロック25で制御装置18によって、ポリトロー
プ圧縮に基づき燃焼室圧pBrを算出するために使用さ
れる。
a)1/2は周知であって、制御装置18に記憶されて
いる。さらに、ブロック26で制御装置18によって、
特に目標値燃料質量としての燃料質量mが内燃機関1の
運転量から検出される。
ック27で、前記運転量から噴射期間tiを、最後に示
した方程式に基づき算出することができる。この噴射期
間tiを用いて、ブロック28で噴射弁9が作動制御さ
れる。図2の方法は全て、燃料の噴射が圧縮段階の間に
行われる成層燃焼運転のために設定されている。
ブロック回路図である。
の実施例の概略的な実行プランを示す図である。
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
排ガス戻し案内管、 14 排ガス戻し案内弁、 1
5 燃料タンク、 16 タンク空気抜き管路、 17
タンク空気抜き弁、 18 制御装置、 19 入力
信号、 20出力信号、 21,22,23,24,2
5,26,27,28 ブロック
Claims (11)
- 【請求項1】 特に自動車の内燃機関(1)を運転する
方法であって、燃料を、圧縮段階の間に成層燃焼運転で
燃焼室(4)内へ噴射し、成層燃焼運転における噴射期
間(ti)を、燃料に作用する燃料圧と、燃焼室(4)
内に存在する燃焼室圧(pBr)との間の圧力差(de
ltap)に関連して検出する形式のものにおいて、中
間の燃料圧(pm)を検出することを特徴とする、内燃
機関を運転する方法。 - 【請求項2】 中間の燃料圧(pm)を、燃料アキュム
レータに対応配置された圧力センサを用いて測定する、
請求項1記載の方法。 - 【請求項3】 燃料に作用する燃料圧を中間の燃料圧
(pm)に制御しかつ/コントロールする、請求項1ま
たは2記載の方法。 - 【請求項4】 中間の燃料圧(pm)が噴射の中間に存
在しているように燃料圧を制御しかつ/コントロールす
る、請求項3記載の方法。 - 【請求項5】 燃焼室圧(pBr)をモデルに基づき検
出する、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】 燃焼室圧(pBr)をポリトロープ圧縮
に基づき検出する、請求項5記載の方法。 - 【請求項7】 燃焼室圧(pBr)を検出するために、
吸気管圧を、特に吸気管(7)に対応配置された圧力セ
ンサを用いて検出する、請求項5または6記載の方法。 - 【請求項8】 噴射期間(ti)を、中間の燃料圧(p
m)と、燃焼室圧(pBr)と、噴射したい燃料質量
(m)とに関連して検出する、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】 特に自動車の内燃機関(1)の制御装置
(18)のための制御素子、特にリード・オンリ・メモ
リまたはフラッシュ・メモリにおいて、当該制御素子
に、演算装置、特にマイクロプロセッサで実行可能であ
り、かつ請求項1から8までのいずれか1項記載の方法
を実施するために適しているプログラムが記憶されてい
ることを特徴とする、内燃機関の制御装置のための制御
素子。 - 【請求項10】 特に自動車の内燃機関(1)であっ
て、燃焼室(4)が設けられており、該燃焼室(4)内
へ燃料が、圧縮段階の間に成層燃焼運転で噴射可能であ
り、また、成層燃焼運転における噴射期間(ti)を、
燃料に作用する燃料圧と、燃焼室(4)内に存在する燃
焼室圧(pBr)との間の圧力差(deltap)に関
連して検出するための制御装置(18)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、中
間の燃料圧(pm)が検出可能であることを特徴とす
る、内燃機関。 - 【請求項11】 特に自動車の内燃機関(1)のための
制御装置(18)であって、内燃機関(1)に燃焼室
(4)が設けられており、該燃焼室(4)内へ燃料が、
圧縮段階の間に成層燃焼運転で噴射可能であり、制御装
置(18)が、成層燃焼運転における噴射期間(ti)
を、燃料に作用する燃料圧と、燃焼室(4)内に存在す
る燃焼室圧(pBr)との間の圧力差(deltap)
に関連して検出するため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、中間の燃料圧(p
m)が検出可能であることを特徴とする、内燃機関のた
めの制御装置。
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