JP2002500723A - 車両の内燃機関の駆動方法 - Google Patents
車両の内燃機関の駆動方法Info
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Abstract
(57)【要約】
特にインジェクションバルブ(8)を有する車両の内燃機関(1)が記載されており,燃料は,このインジェクションバルブを介して第1の駆動方式での吸気行程中,あるいは第2の駆動方式での圧縮行程中,燃焼室(4)に直接噴射される。さらに,燃焼室(4)に供給される燃料量を両駆動方式で異なるように開ループ制御及び/又は閉ループ制御する制御装置(16)が設けられる。制御装置(16)は,最初に第1の駆動方式(26)から第2の駆動方式の過渡運転に切り換え,次いで第2の駆動方式の通常運転(31,37)に切り換える。
Description
【発明の詳細な説明】
車両の内燃機関の駆動方法
(技術分野)
本発明は,第1の駆動方式での圧縮行程中,あるいは第2の駆動方式での吸気
行程中に燃料を燃焼室に直接噴射し,燃焼室に噴射する燃料を両駆動方式で異な
る開ループ制御及び/又は閉ループ制御する,特に車両の内燃機関の駆動方法に
関する。本発明はさらに,第1の駆動方式での圧縮行程中,あるいは第2の駆動
方式での吸気行程中に燃料を燃焼室に直接噴射するインジェクションバルブと,
燃焼室に噴射する燃料を両駆動方式で異なる開ループ制御及び/又は閉ループ制
御する制御装置とを有する,内燃機関,特に車両の内燃機関に関する。
(背景技術)
このような,内燃機関の燃焼室に燃料を直接噴射するシステムは,一般に周知
である。ここで,第1の駆動方式(いわゆる成層燃焼運転)と第2の駆動方式(
いわゆる均質燃焼運転)とが識別される。成層燃焼運転は特に内燃機関の負荷が
比較的小さい場合に使用し,均質燃焼運転は内燃機関の負荷が比較的大きい場合
に使用する。
成層燃焼運転は,燃料層が点火時にイグニッションプラグの直近にあるように
,内燃機関の圧縮行程中に燃料が燃焼室に噴射される。この噴射は,別途の方法
で実施することもできる。即ち,噴射された燃料層は,噴射中あるいは噴射直後
にイグニッションプラグ近傍にあり,このイグニッションプラグにより点火する
ことができる。
同様に,噴射された燃料層を,チャージ移動によりイグニッションプラグに導い
た後,初めて点火することもできる。この2つの燃焼方法は,均一な燃料分布と
ならずに,成層チャージとなる。
成層燃焼運転の利点は,極小量の燃料で,内燃機関は比較的小さい負荷を実行
できることである。当然ながら,成層燃焼運転では,より大きい負荷を満足させ
ることはできない。
かかる比較的大きい負荷のための均質燃焼運転では,内燃機関の吸気行程中に
燃料が噴射されるので,燃料は燃焼室内で旋回(スワール)されて容易に分配さ
れる。その点においては,均質燃焼運転は,従来の方法で燃料を吸気マニホール
ド内に噴射する内燃機関の駆動方法にほぼ対応する。小さい負荷の場合でも,必
要に応じて均質燃焼運転を使用することができる。
成層燃焼運転では,燃焼室に通じる吸気マニホールド内のスロットルバルブは
広く開放され,原則として,燃焼は燃料噴射量を介してのみ開ループ制御及び/
又は閉ループ制御される。均質燃焼運転では,スロットルバルブは要求トルクに
応じて開放あるいは閉鎖され,燃料噴射量は吸入空気量に応じて開ループ制御及
び/又は閉ループ制御される。
両駆動方式(即ち,成層燃焼運転及び均質燃焼運転)において,燃料噴射量は
さらに,燃料節約,排ガス減少を考慮し,複数の他の入力量に応じて最適な値に
開ループ制御及び/又は閉ループ制御される。このとき,両駆動方式での開ルー
プ制御及び/又は閉ループ制御は異なる。
内燃機関は,成層燃焼運転から均質燃焼運転への切り換え及び元の状態への切
り戻しが必要となる。成層燃焼運転では,スロットルバルブが広く開放されるた
め空気は殆ど絞られずに供給されるが,均質燃焼運転では,スロットルバルブが
部分的にしか開放されないので空気の供給は低減する。このとき,特に,成層燃
焼運転から均質燃焼運転に切り換える場合には,燃焼室に通じる吸気マニホール
ドの空気貯蔵能力を考慮しなければならない。これらを考慮しない場合には,切
り換えにより,内燃機関の出力トルクが上昇する場合もある。
(発明の開示)
本発明の課題は,駆動方式間で最適な切り換えが可能な内燃機関の駆動方法を
提供することにある。
本発明では,この課題は,上記種類の方法あるいは上記種類の内燃機関におい
て,最初に,第1の駆動方式から第2の駆動方式の過渡運転に切り換え,次いで
第2の駆動方式の通常運転に切り換えることにより解決される。
従って,即座に均質燃焼運転(即ち化学量論比のあるいはリッチな,空気/燃
料混合気)には切り換えずに,まず第1に,内燃機関は均質燃焼運転の過渡運転
で駆動される。この過渡運転により,成層燃焼運転から均質燃焼運転への切り換
え工程全体において,内燃機関の発生トルクは僅かに増大するのみである。従っ
て,僅少の過剰トルクは,例えば点火角の遅角補正により再び無効にすればよい
。このことは,燃料を著しく削減できるばかりでなく,点火角の遅角補正が小さ
くなるので内燃機関の発生トルクは,殆ど変動すること
はない。即ち,過渡運転の挿入により,内燃機閏の円滑な回転に影響を及ぼすこ
とが回避される。さらに,点火角の遅角補正が小さくなることにより排ガス温度
も殆ど上昇しないので,同様に,内燃機関の円滑な回転及び内燃機関の寿命に対
して効果がある。
本発明の好ましい実施例では,供給空気量を算出し,供給空気量に応じて(特
に供給空気量が第1のしきい値を下回った後に),第1の駆動方式から第2の駆
動方式の過渡運転に切り換え,あるいは供給空気量に応じて(特に供給空気量が
第2のしきい値を下回った後に),第2の駆動方式の過渡運転から第2の駆動方式
の通常運転に切り換える。
このように,切り換え工程は,供給空気量に応じて実行される。この供給空気
量は,例えば空気量センサにより求めることができる。このとき,必要に応じて
,内燃機関の回転数及び/又は他のパラメータに応じて,切り換え工程の2つの
しきい値が算出される。まず,吸気マニホールド内の貯蔵空気量が減少した場合
には,第1のしきい値を下回ることになる。その結果,内燃機関は成層燃焼運転
から均質燃焼運転の過渡運転に切り換えられる。吸気マニホールド内の中間貯蔵
空気量がさらに減少すると,第2のしきい値を下回ることになる。その結果,内
燃機関は過渡運転から第2の駆動方式の通常運転に切り換えられる。供給空気量
に依存する切り換え工程により,内燃機関を成層燃焼運転から均質燃焼運転への
切り換え全体を特に簡易かつ正確に実行することができる。
本発明の好ましい実施形態においては,第2の駆動方式の過渡運転において,
供給される燃料/空気混合気は,例えば希薄な値に開
ループ及び/又は閉ループ制御される。即ち,均質燃焼運転の過渡運転は,リー
ンな空燃比による希薄均質燃焼運転あるいは均質希薄燃焼運転である。このとき
,燃料/空気混合気は,1よりも大きい値を有する。このとき,この燃料噴射量
は,第1の駆動方式から第2の駆動方式の過渡運転に切り換えられた後,供給空
気量と要求トルクから算出されるのが特に好ましい。このことにより,希薄均質
燃焼運転を簡易かつ正確に実行することができる。
さらに,点火角は,第1の駆動方式から第2の駆動方式の過渡運転に切り換え
られた後,供給空気量,燃料噴射量及び要求トルクから算出されるのが特に好ま
しい。このことにより,要求されるトルクを,希薄均質燃焼運転中に簡易かつ正
確に発生させることができる。
本発明の他の好ましい実施例では,第2の駆動方式の通常運転において,供給
される燃料/空気混合気が予め設定された値(特に化学量論比の値)に開ループ
制御及び/又は閉ループ制御される。即ち,燃料/空気混合気は,所定の設定値
(例えば1)である。このように,内燃機関では特に有害物質の少ない駆動を実
行することができる。
このとき,燃料噴射量は,過渡運転から第2の駆動方式の通常運転に切り換え
られた後,供給空気量から算出されるのが特に好ましい。このように,燃料/空
気混合気は,予め設定された値(あるいは化学量論比の値)に維持することが確
保される。
さらに,点火角は,過渡運転から第2の駆動方式の通常運転に切り換えられた
後,要求トルクに応じて算出されるのが特に好ましい。
従って,予め設定された値(あるいは化学量論比の値)を変更しなくても,点火
角により特に短期トルク変動が実現される。
特に重要なのは,本発明にかかる方法は,特に車両の内燃機関の制御装置に設
置される制御素子として実現されることである。即ち,コンピュータ装置,特に
マイクロプロセッサの制御素子に,プログラムを格納して実行するので,本発明
にかかる方法を実施するのに好適である。このように,本発明は,制御素子に格
納するプログラムにより実行されるので,方法として示す本発明と同様な手段の
プログラムを搭載する制御素子を有する制御装置は,プログラムを実行するのに
適している。この制御素子としては,特に,例えばリードオンリーメモリなどの
電子メモリ媒体が使用される。
本発明の他の特徴,利用可能性および利点は,図示する本発明にかかる実施例
の以下の説明で明らかである。ここで記述あるいは図示される全ての特徴は,請
求項の要約あるいはその帰属と無関係に,また,図面中の表現あるいは描写と無
関係に,特徴自体あるいは任意の特徴の組合せにより本発明の対象を構成する。
(図面の簡単な説明)
図1は,本発明にかかる車両の内燃機関の概略的なブロック回路図を示す。
図2は,図1の内燃機関を駆動するための本発明にかかる方法の実施例の概略
的なフローチャートを示す。
図3は,図2に示す方法を実施する場合に,図1の内燃機関の信号の概略的な
タイミングダイアグラムを示す。
(発明を実施するための最良の形態)
図1には,内燃機関1が図示されており,この内燃機関においてはシリンダ3
内でピストン2が往復移動することができる。シリンダ3には燃焼室4が設けら
れており,この燃焼室に制御バルブ5を介して吸気マニホールド6と排気マニホ
ールド7が接続される。さらに,燃焼室4内には,信号Tlで駆動するインジェ
クションバルブ8と信号ZWで駆動するイグニッションプラグ9が設置される。
吸気マニホールド6には,空気量センサ10が設置されており,排気マニホー
ルド7には,空燃比(ラムダ)センサ11を設けることができる。空気量センサ
10は,吸気マニホールド6内に供給される外気の空気量を測定し,測定された
空気量に応じて信号LMを発生する。空燃比(ラムダ)センサ11は,排気マニ
ホールド7内で排ガス中の酸素含有量を測定し,測定された酸素量に応じて信号
λを発生する。
吸気マニホールド6内にはスロットルバルブ12が配置され,このスロットル
バルブの回動位置は,信号DKにより調整される。
第1の駆動方式,即ち内燃機関の成層燃焼運転においては,スロットルバルブ
12は略全開状態である。燃料は,ピストン2により形成される圧縮行程の間に
,インジェクションバルブ8から燃焼室4内に,特に位置的にはイグニッション
プラグ9の近傍に,時間的には点火時期前に適切な間隔で噴射される。その後,
イグニッションプラグ9により燃料が点火され,次の行程で,点火された燃料が
膨張することにより,ピストン2が駆動される。
第2の駆動方式,即ち内燃機関1の均質燃焼運転においては,スロットルバル
ブ12は,供給される必要空気量に応じて部分開状態あるいは部分閉状態となる
。燃料は,ピストン2により形成される吸気行程の間に,インジェクションバル
ブ8を介して燃焼室4内に噴射される。この時,同時に吸引した空気により,噴
射された燃料はスワール(旋回)され,燃焼室4内で略均一に分配される。その
後,燃料/空気混合気は,圧縮行程中に圧縮された後,イグニッションプラグ9
により点火される。点火された燃料が膨張することにより,ピストン2が駆動さ
れる。
成層燃焼運転あるいは均質燃焼運転のいずれの場合においても,ピストンが駆
動することによりクランクシャフト14が回転し,かかるクランクシャフトの回
転運動を介して最終的に車両の車輪が駆動する。クランクシャフト14には,回
転数センサ15が設けられており,この回転数センサは,クランクシャフト14
の回転運動に応じて信号Nを発生する。
成層燃焼運転あるいは均質燃焼運転において,インジェクションバルブ8を介
して燃焼室4内に噴射される燃料噴射量は,特に少ない燃料消費を少なくし及び
/又は排ガスの発生を少なくするように,制御装置16により開ループ制御及び
/又は閉ループ制御が実行される。このため,制御装置16にはマイクロプロセ
ッサが設けられ,このマイクロプロセッサは上記開ループ制御及び/又は閉ルー
プ制御を実行するのに適したプログラムをメモリ媒体内,特にリードオンリーメ
モリ内に格納している。
また,制御装置16には,センサにより測定された内燃機関の駆
動量を表す入力信号が供給される。例えば制御装置16は,空気量センサ10,
空燃比(ラムダ)センサ11及び回転数センサ15と接続される。さらに,制御
装置16は,ドライバが操作するアクセルペダルの位置を表示するための信号F
Pを発生するアクセルペダルセンサ17と接続される。この制御装置16は,出
力信号を発生し,かかる出力信号によりアクチュエータを介して内燃機関の動作
を,好適な開ループ及び/又は閉ループ制御に応じて調整することができる。例
えば,制御装置16は,インジェクションバルブ8,イグニッションプラグ9お
よびスロットルバルブ12に接続されており,これらを制御するのに必要な信号
Tl,ZW及びDKを発生する。
制御装置16により,以下に図2と図3に基づいて説明する成層燃焼運転から
均質燃焼運転に切り換える方法が実行される。図2に示すブロックは,例えばソ
フトウェアモジュールなどとして制御装置16内で実行される本方法の機能を示
している。
図2中,ブロック18では,内燃機関1は定常成層燃焼運転にある。次いで,
ブロック19で,例えばドライバ意思による車両の加速により,均質燃焼運転へ
の切り換えが要求される。この均質燃焼運転の要求時点を,図3中に示す。
さらに,ブロック20,21では,成層燃焼運転及び均質燃焼運転間での切り
換え及び切り戻しが短時間に連続することを防止するためのリバウンド除去が実
行される。均質燃焼運転が許可された場合には,ブロック22により,成層燃焼
運転から均質燃焼運転への切り換えを開始する。切り換え工程を開始する時点は
,図3中の参
照符号23で記載される。
上記時点23において,スロットルバルブ12は,ブロック24により,成層
燃焼運転での全開状態wdkschから,均質燃焼運転での少なくとも部分開状
態あるいは部分閉状態wdkhomに調整される。このとき,均質燃焼運転での
スロットルバルブ12の回動位置は,例えば要求トルク及び/又は内燃機関1の
回転数Nなどに依存し,化学量論比の燃料/空気混合気(即ち,λ=1)に調整
される。
このスロットルバルブ12の調整により,内燃機関1は定常成層燃焼運転から
非定常成層燃焼運転に切り換えられる。この駆動状態で燃焼室4に供給空気量は
,成層燃焼運転時の充填量rlschから徐々に少ない充填量に低減される。こ
のことは図3に示す。このとき,燃焼室4に供給される空気量rlあるいは充填
量は,制御装置16により,特に空気量センサ10の信号LMから算出する。
図2中,ブロック25においては,燃焼室4に供給される空気量が所定値に到
達したか否か,詳細には,充填量rlが均質希薄運転の最大充填量rlmaxh
ommagerよりも小さいか否かが判断される。即ち,rl<rlmaxho
mmagerであるか否かが判断される。このとき,充填量rlmaxhomm
agerは,内燃機関1からの出力トルクがほぼ一定に留まるように設定されて
いる。
rl<rlmaxhommagerを満足しない場合には,ブロック24を介
するループでさらに待機する。一方,上記を満足する場合(図3中,参照符号2
6の時点で示す)には,この時点で,非
定常成層燃焼運転から非定常均質燃焼運転に切り換えられる。このとき,図2に
示すように,ブロック27により切り換えが実行される。
非定常均質燃焼運転は,燃料/空気混合気が希薄であり(即ちλが1より大き
く),内燃機関1の駆動量(例えば燃焼室4の充填量)がさらに変化する点で,
定常均質燃焼運転と識別される。これは,内燃機関1の希薄均質燃焼運転あるい
は均質希薄燃焼運転である。この希薄均質燃焼運転は,均質燃焼運転の通常運転
方式への過渡運転方式である。
希薄均質燃焼運転において,内燃機関1は,図2のブロック28に示すように
,燃料量rkが要求トルクmdsoll及び燃焼室4に供給される空気量rlか
ら算出すべく,開ループ制御及び/又は閉ループ制御される。このとき,供給空
気量rl及び燃焼室4に噴射される燃料噴射量rkから,燃料/空気混合気(λ
)が算出される。内燃機関1のイグニッションプラグ10の点火角ZWは,要求
トルクmdsoll,空気量rl及び燃料噴射量rkから算出され調整される。
希薄均質燃焼運転において,燃焼室4に供給される空気量rlは,さらに,よ
り小さい充填量に低下する。このことが図2中,ブロック29に示される。ブロ
ック30において,燃焼室4に供給される空気量が所定値に到達したか否か,詳
細には,充填量rlが通常の均質燃焼運転の最大充填量rlmaxhomよりも
小さいか否かが判断される。即ち,rl<rlmaxhomが判断される。この
とき,充填量rlmaxhomは,通常の均質燃焼運転での化学量論
比の燃料/空気混合気(即ちλ=1)となるように設定される。さらに,この充
填量は,出力トルクMdが一定となるように設定される。
rl<rlmaxhomを満足しない場合には,ブロック28,29を介する
ループでさらに待機する。一方,上記を満足する場合(図3中,参照符号31の
時点で示す)には,この時点で,非定常希薄均質燃焼運転から均質燃焼運転へ切
り換えられる。このとき,図2に示すように,ブロック32により切り換えが実
行される。
上記時点31で,ラムダ制御が開始され,上記予め設定されたλ値(例えばλ
=1,即ち化学量論比の燃料/空気混合気)による均質燃焼運転が続行される。
このことが,図2中のブロック33に示される。ラムダ制御は,例えば化学量論
比の燃料/空気混合気が得られるように(即ち,λ=1であるように),燃焼室
4に噴射される燃料噴射量rkを開ループ制御及び/又は閉ループ制御する。こ
のように調整された燃料噴射量rkにより,(少なくともある程度の期間は),内
燃機関1からの出力トルクMdが上昇することになる。これは,時点31におい
て(即ち,ラムダ制御を開始すると共に),出力トルクMdがほぼ一定に留まるよ
うに点火角ZWを調整することにより,補償される。
このことは,図2中のブロック34を介して達成される。このため,燃料噴射
量rkは,燃焼室4に供給される空気量rlから化学量論比の燃料/空気混合気
に基づいて算出される。さらに,点火角ZWは,要求トルクmdsollに応じ
て点火を遅らせる方向に調整される。遅角補正のために,通常の均質燃焼運転と
はまだ所定の
ずれが存在し,そのずれにより一時的に過剰に供給される空気量及び内燃機関1
の過剰な発生トルクが無効にされる。
ブロック35では,燃焼室4に供給される空気量rlが,最終的に化学量論比
の燃料/空気混合気での定常均質燃焼運転に応じた充填量に低下したか否かを判
断する。低下していない場合には,ブロック34を介するループでさらに待機す
る。一方,低下した場合には,ブロック36において,点火角補正せずに定常均
質燃焼運転により内燃機関1をさらに駆動する。図3では,この場合を参照符号
37の時点に示す。
この定常均質燃焼運転においては,燃焼室4に供給空気量は,均質燃焼運転で
の充填量rlhomと一致し,イグニッションプラグ9の点火角zwhomは,
同様に,均質燃焼運転での点火角と一致する。スロットルバルブ12の回転位置
wdkhomについても,同様である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1. 特に車両の内燃機関(1)の駆動方法であって,第1の駆動方式での圧縮 行程中,あるいは第2の駆動方式での吸気行程中に燃料を燃焼室(4)に直接噴 射し,前記燃焼室(4)内に噴射される燃料噴射量を両駆動方式で異なる開ルー プ制御及び/又は閉ループ制御する方法において,最初に,前記第1の駆動方式 から前記第2の駆動方式の過渡運転に切り換え(26),次いで前記第2の駆動方 式の通常運転に切り換える(31,37)ことを特徴とする内燃機関の駆動方法 。 2. 供給空気量(rl)の算出において,前記供給空気量(rl)に応じて, 特に前記供給空気量(rl)が第1のしきい値(rlmaxhommager) を下回った後に,前記第1の駆動方式から前記第2の駆動方式の前記過渡運転に 切り換える(26)ことを特徴とする請求項1に記載の方法。 3. 前記供給空気量(rl)の算出において,前記供給空気量(rl)に応じ て,特に前記供給空気量(rl)が第2のしきい値(rlmaxhom)を下回 った後に,前記第2の駆動方式の前記過渡運転から前記第2の駆動方式の前記通 常運転に切り換える(31)ことを特徴とする請求項1又は2に記載の方法。 4. 前記第2の駆動方式の前記過渡運転においては,前記供給される燃料/空 気混合気が,略希薄な値(λ>1)に開ループ制御及び/又は閉ループ制御され ることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の方法。 5. 前記燃料噴射量(rk)は,前記第1の駆動方式から前記第2の駆動方式 の前記過渡運転に切り換えた後に(26),前記供給空気量(rl)と前記要求ト ルク(mdsoll)から算出されることを特徴とする請求項4に記載の方法。 6. 前記点火角(ZW)は,前記第1の駆動方式から前記第2の駆動方式の前 記過渡運転へ切り換えられた後に(26),前記供給空気量(rl),前記燃料噴射 量(rk)及び前記要求トルク(mdsoll)から算出されることを特徴とす る請求項4又は5に記載の方法。 7. 前記第2の駆動方式での前記通常運転において,前記供給される燃料/空 気混合気は,予め設定された値,特に化学量論比の値(λ=1)に開ループ及び /又は閉ループ制御されることを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記 載の方法。 8. 前記燃料噴射量(rk)は,前記第2の駆動方式の前記過渡運転から前記 通常運転に切り換えた後に(31),前記供給空気量(rl)から算出されること を特徴とする請求項7に記載の方法。 9. 前記点火角(ZW)は,前記第2の駆動方式の前記過渡運転から前記通常 運転に切り換えた後に(31),前記要求トルク(mdsoll)から算出される ことを特徴とする請求項7又は8に記載の方法。 10.内燃機関(1)の制御装置(16)の制御素子,特にリード オンリーメモリであって,特にマイクロプロセッサの前記リードオンリーメモリ に,請求項1から9のいずれか1項に記載の方法を実施するのに適したプログラ ムを格納し実行する制御素子。 11.第1の駆動方式での圧縮行程中,あるいは第2の駆動方式での吸気行程中 に燃料を燃焼室(4)に直接噴射するインジェクションバルブ(8)と,前記燃 焼室(4)内に噴射される燃料噴射量を前記両駆動方式で異なる開ループ制御及 び/又は閉ループ制御する制御装置(16)とを有する,特に車両の内燃機関に おいて,制御装置(16)は,最初に,第1の駆動方式から第2の駆動方式の過 渡運転に切り換え(26),次いで第2の駆動方式の通常運転に切り換える(31 ,37)ことを特徴とする内燃機関。
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