JP2002529639A - 内燃機関の作動方法 - Google Patents
内燃機関の作動方法Info
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Abstract
Description
つの作動モードの間で切換が行われる、内燃機関、特に自動車用内燃機関の作動
方法に関している。同様に本発明は、燃焼室と制御装置を有しており、前記燃焼
室には燃料が少なくとも2つの作動モードで噴射可能であり、前記制御装置によ
って2つの作動モード間で切換が行われる、内燃機関、特に自動車用内燃機関に
関している。
て公知である。そこでは燃料が吸気行程中の均質モードと圧縮行程中の成層モー
ドにおいて内燃機関の燃焼室内へ噴射される。均質モードは有利には内燃機関の
全負荷モードに対して設けられている。それに対して成層モードは、アイドリン
グモード及び部分負荷モードに適している。回転トルクは、この種の直噴式内燃
機関のもとでは前述した作動モード間で切換られる。
。通常の均質モードの場合、ラムダ値はほぼλ=1で作動される。それに対して
希薄均質モードの場合ではラムダ値はλ>1であってもよい。これらの2つのモ
ード間でも切換が必要とされる。
る。そのため例えば、この切換をショックなしで自動車のドライバに気付かせる
ことなく行うことが求められる。同様に内燃機関毎に正確な作動モードにあらゆ
る時点で切換られることが補償されなければならない。
フレキシブルにかつ問題なく行えるように改善を行うことである。
行されるようにして解決される。また冒頭に述べたような形式の内燃機関の場合
では前記課題は、前記2つの作動モード間の切換の際に中間状態への移行がなさ
れるように構成されて解決される。
の中間状態の挿入によって、なんらかの作動モード間のあらゆる移行がこの中間
状態において実施可能である。それによりこの中間状態は、内燃機関の制御装置
内にある作動モード間の切換を実現するプログラムを表わしている。これにより
この切換がフレキシブルにそのつどの作動モードに適合化可能となる。同様に切
換のためのプログラムを明瞭かつ明確に構築し構造化することも達成され得る。
作動モードの変更の際に制御装置の全てのプログラムを当該作動モードへの移行
の際に場合によっては実施される変更に関して検査することはもはや必要なく、
所要の変更が中間状態のプログラムにおいて直接実施されるだけである。それに
より制御装置の全てのプログラミングが簡単化され誤機能の発生頻度が低減され
る。同様に作動モード及び切換の際のあらゆる変更が可及的にフレキシブルにか
つ迅速に実施可能である。
状態への移行がなされる。
状態が設けられる。それにより所属のプログラムのモジュール性がさらに高めら
れる。その際個々の切換の際の可及的に迅速でかつ簡単な変更の導入が可能であ
る。同様に2つの作動モード間の各個別の切換がそのつどの個々の作動モードに
適合化可能である。それによってフレキシビリティ及び作動の確実性は、著しく
向上される。
独立的にまたは作動モードの枠内で実施される。これにより一方では1つの中間
状態ないし複数の中間状態が、作動モード及びそのプログラムに依存することな
く存在しているそのつどの独立的なプログラムとして実現される。しかしながら
また他方では、1つ又は複数の中間状態がプログラミング技法的に作動モードの
うちの1つの枠内に存在することが可能となる。このケースでは例えば、成層モ
ードでの切換のために設けられた中間状態が、成層モードに該当するプログラム
の枠内でのプログラムとして存在することが可能となる。それによりこの場合中
間状態がプログラミング技法的に所属の作動モードの下位に位置付けられること
も可能となる。
て、作動モード間の切換に対して求められる手段が実施される。特に有利には1
つの中間状態ないし複数の中間状態から切換のためのシーケンスが実施される。
特に切換に求められる通信が実施され、及び/又は1つの中間状態ないし複数の
中間状態において、切換られるべき作動モードに対する調整機能が設定される。
モードへの移行が行われる。このケースでは第1の作動モードから第2の作動モ
ードへの移行が表わされており、この切換中に第3の作動モードへの切換のため
の要求への関与はない。
れさらに別の1つの中間状態へ移行される。このケースでは、第2の作動モード
への切換期間中に第3の作動モードへの切換のための要求への関与が存在する。
このことは結果的に次のようなことになる。すなわち第2の作動モードへの移行
を実現する中間状態から、第3の作動モードへの切換を実施する別の中間状態へ
の移行へとつながる。それにより本発明では次のような可能性が得られる。すな
わち目下実施されている切換の期間中でも、切換のためのさらなる分岐的要求が
実施可能である。このことは、目下の中間状態から他の中間状態への移行によっ
て特に簡単で著しくフレキシブルな方式が達成されることにつながる。
間状態への移行が可能である。これはこれまでに要求されていた第3の作動モー
ドへの切換のなされる前に他の第4の作動モードへの新たな要求が現れた場合に
実施される。それにより多数の短時間の順次連続した種々異なる作動モードの要
求も本発明によれば何らかのシーケンスや問題を引き起こすことなく処理可能で
ある。
ことは本発明によって最終的に要求された作動モードへの移行がなされることを
意味する。
び複数の作動モードと複数の中間状態の間の移行が、制御装置によって実施可能
な自動切換(“Schaltautomat”)を形成する。この自動切換は、内燃機関の作動
モード間の全ての移行を制御しコントロールする。これらの個々の作動モード、
中間状態、移行は、モジュラ性プログラムとして実現される。それによりフレキ
シビリティと同時に見通しの改善と誤機能の回避が達成される。
ードが二進データワードの形態で記憶される。この場合各作動モードは二進デー
タワードの所定のビットによって表わされる。この二進データワードに対しては
制御装置のあらゆるプルグラムと機能がアクセス可能である。それにより特に簡
単な形式で、いつでも目下の実際の作動モードと所望の目標作動モードが確認で
きる。
けられている制御素子の形態で可能なことである。この場合この制御素子にはプ
ログラムが記憶されており、このプログラムは、計算機器、特にマイクロプロセ
ッサ上で実行可能であり本発明による方法の実施に適したものである。つまりこ
のケースでは本発明が、制御素子に記憶されているプログラムによって実現され
る。そのためこのプログラムを備えた制御素子も、プログラムでの実施に適した
本発明の方法と同じような形態で本発明として表わされる。この制御素子として
は有利には、電気的な記憶媒体、例えばROMが適用に即している。
の実施例に基づいて以下の明細書で詳細に説明する。この場合 図1は、本発明による内燃機関の実施例を概略的に示した図であり、 図2及び図3は、図1の内燃機関を作動するための本発明による方法の実施例を
概略的に示した図である。
3内部で往復移動可能である。シリンダ3は、燃焼室4を備えており、この燃焼
室4はピストン2とインレットバルブ5とアウトレットバルブ6によって仕切ら
れている。インレットバルブ5は吸気管7に接続しており、アウトレットバルブ
6は排気管8に接続している。
プラグ10が燃焼室4に突出している。燃料噴射弁9を介して燃料は燃焼室4内
へ噴射される。この燃料は点火プラグ10を用いて燃焼室4内で点火される。
て吸気管7に空気が供給される。この供給空気の量は、スロットルバルブ11の
角度位置に依存している。排気管8には触媒12が設けられている。この触媒1
2は、燃焼した燃料から生じる排気ガスの浄化に用いられている。
再循環管路13内には排ガス再循環バルブ14が設けられており、それによって
吸気管7内に戻される排ガスの量が設定される。この排ガス再循環回路13と排
ガス再循環バルブ14はいわゆる排ガス再循環系を形成している。
のタンクパージ管路16内には、パージバルブ17が設けられており、このバル
ブ17を介して、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設定
可能である。このタンクパージ管路16とタンクパージバルブ17は、いわゆる
タンク排気系を形成している。
れは図には示されていないクランク軸に伝達されて回転トルクを生み出す。
サを用いて測定された内燃機関1の動作パラメータを表わしている。例えば制御
装置18は、空気質量センサ、ラムダセンサ、回転数センサなどに接続されてい
る。さらに制御装置18は、アクセルペダルセンサにも接続されており、このセ
ンサは、ドライバによって操作されたアクセルペダルの位置と、それに伴うトル
ク要求を表わす信号を生成する。制御装置18は、出力信号20を形成し、この
出力信号を用いてアクチュエータないし調整器を介して、内燃機関1の特性を制
御する。例えばこの制御装置18は、燃料噴射弁9,点火プラグ10,スロット
ルバルブ11などに接続され、それらの制御に必要な信号を形成する。
1の作動パラメータを開ループ制御及び/又は閉ループ制御するために設けられ
ている。例えば噴射弁9から燃焼室4内へ噴射された燃料量は、制御装置18に
よって僅かな燃料消費及び/又は僅かな有害物質排出に向けて開ループ制御及び/
又は閉ループ制御される。この目的のために制御装置18はマイクロプロセッサ
を備えており、これが例えばROMなどの記憶媒体内に、前述したような開ルー
プ制御及び/又は閉ループ制御を実施するのに適したプログラムを記憶させる。
トルバルブ11が所望のトルクに依存して部分的に開閉する。燃料は噴射バルブ
9から、ピストン2によって引き起こされる吸気行程の間燃焼室4に噴射される
。同時にスロットルバルブ11を介して吸入された空気は、噴射された燃料に渦
を生じさせ、それによって燃焼室4内で実質的に均等に分布される。その後で燃
料/空気混合気は、圧縮行程中に圧縮され、これは点火プラグ10から点弧が伝
播されるように行われる。点火された燃料の膨張によってピストン2は駆動され
る。発生した回転トルクは、均質モードにおいては実質的にスロットルバルブ1
1の位置に依存する。僅かな有害物質の排出に関連して燃料/空気混合気は、で
きるだけラムダ値=1かラムダ値<1に設定される。
質モードと同じように燃料が吸気行程中に燃焼室4内へ噴射される。均質モード
のとの違いは、燃料/空気混合気がラムダ値>1の場合も生じ得ることである。
トルバルブ11が十分に開放される。燃料は、噴射弁9からピストン2によって
引き起こされる圧縮行程の間に燃焼室4内へ噴射され、詳細には、局所的に点火
プラグ10の直ぐ近傍にて、並びに点火前の適切な時間間隔で行われる。その後
で点火プラグ10を用いて燃料が点火され、ピストン2がこれに続く動力(燃焼
)行程中に点火燃料の膨張によって駆動される。発生したトルクは、成層モード
においては噴射された燃料量に十分に依存する。実質的にはこの成層モードは内
燃機関1のアイドリングモードや部分負荷モードに用いられる。
中に二重噴射が行われる。すなわち燃料は噴射弁9から吸気行程と圧縮行程の間
燃焼室4に噴射される。この均質成層モードは成層モードの特性と均質モードの
特性を結合したものである。この均質成層モードを用いて例えば成層モードから
均質モードへの穏やかな移行や均質モードから成層モードへの穏やかな移行が達
成される。
izen)“skh”でも、二重噴射が行われる。この場合燃料は、噴射弁9から圧
縮行程の間及び動力行程の間燃焼室4内に噴射される。このようにして実質的に
は付加的なトルクは得られないが、動力行程中に噴射された燃料によって触媒1
2の迅速な加熱が生じる。このことは例えば内燃機関1のコールドスタートの際
に意味をなす。
の切換は制御機器18によって実施される。切換のトリガは内燃機関1の作動状
態もしくは制御機器18の実施する機能によって行われる。例えばコールドスタ
ートの際には、第5の作動モード、すなわち成層−触媒加熱モードがトリガされ
、これによって触媒12が迅速に作動温度まで加熱される。
作動モード間での相互切換に適した方法が示されている。この場合図2に示して
いるブロック21は、図3の線図に対するワイルドカード(Platzhalter)を表わ
している。図3に示されているサークルは、前述した内燃機関1の5つの作動モ
ードを表わしており、図中の楕円は、いわゆる中間状態を表わしている。また実
線と破線の矢印並びに白抜きの矢印はこれらの作動モードと中間状態の間の移行
を表わしている。
グラムによって表わされる。これらの作動モードと中間状態の間の移行の時間的
シーケンスは制御装置18のプログラムによってプリセットされコントロールさ
れる。
ードの制御装置18への記憶に用いられる。この目標バイト22は、8つのビッ
トを有し、それらのうちの3つのバイトは空欄である。この空欄の箇所が示唆し
ていることは、図1に示されている内燃機関1と、図2及び図3に示されている
方法が、5つ以下の作動モードでもあるいは5つ以上の作動モードでも実施可能
なことである。このようなケースではいくつかの目標バイト22が多かれ少なか
れビットで占められていない。
均質成層モード“hos”、成層触媒加熱モード“skh”はそれぞれ目標バイ
ト22の残留する5つのビットで表わされている。
所望の作動モードを表わしている。内燃機関1が例えば所望の目標作動モードと
して均質モードで作動されるべき場合には、目標バイト22においてビット“h
om”が“1”にセットされる。それに対してビット“hmm”“sch”“h
os”“skh”は全て“0”にセットされる。目標バイト22においては常に
、関与する5つのビットが“1”にセットされ、それに対して他のビットは“0
”にセットされる。“1”にセットされたビットは、内燃機関1の所望の目標作
動モードを表わしている。
仕様について、あるいはどの作動状態ないし機能によって、目標作動モードがセ
ットされるかについては重要ではないことである。その代わりに本発明は、目標
バイト22が前述したように制御装置18内に含まれており、図2に示されてい
るようにブロック21に印加されることから出発している。
所望の目標作動モードから外れている場合には、作動モードの切換が必要である
。この切換は、制御装置18によって図2及び図3に示された方法に応じて行わ
れる。
装置18に記憶されてもよい。これは図2にも示されている。この実際値バイト
には、内燃機関1が目下実際におかれている作動モードを表わすビットのみがセ
ットされる。
実際値バイトは、それぞれ二進のデータワードである。この場合作動モードの各
々は、それぞれの二進データワードの同じ箇所の所定のビットによって表わされ
る。注意すべきことは、目標バイト22と実際値バイトは前述したように相互に
区別され相応にホールドされなければならないことである。
動モードとして成層モード“sch”にあり、目標バイト22では均質モード“
hom”が所望の目標作動モードとしてセットされていることを前提とする。図
3の線図では内燃機関1がサークル23に位置しており、そこからサークル24
へ移行すべきものとされる。
御される。均質モードでは内燃機関1はこれとは異なる方式で開ループ制御及び
/又は閉ループ制御される。例えば成層モードにおいては通常はスロットルバル
ブ11が十分に開かれるのに対して、均質モードでは発生するトルクがスロット
ルバルブ11を介した空気供給量の絞りによって制御される。さらに例えば排ガ
ス再循環バルブ14は成層モードでは通常は均質モードの時よりも十分に開かれ
さらにタンクパージバルブ17も当該作動モードでは異なって制御される。
要となってくる。これらの手段は、図3の楕円25で示されている中間状態“z
hom”において実施される。
”への内燃機関1の切換に対しては、まず図3の矢印26に示されているように
成層モード“sch”から楕円25の中間状態“zhom”への移行が実施され
る。中間状態“zhom”では、前述した切換に必要とされる全ての手段が実施
される。これらの所要の全ての手段が実施された場合には図3の矢印27に相応
して当該中間状態“zhom”から均質モード“hom”への移行が行われる。
まり成層モードが、所望の目標作動モード、つまり均質モードからずれている場
合には、実際の作動モード“sch”から中間状態“zhom”への移行が行わ
れる。
あってもよい。同様に中間状態をプログラミング技法的に1つの作動モードに所
属させることも可能である。それにより、中間状態が、実際の作動モードまたは
目標作動モードの枠内で1つのプログラムを表わすことも可能である。
作動モードから目標作動モードへのシーケンスが含まれている。それにより中間
状態は切換に対して責任を負う。特に中間状態からは切換に必要とされる外部機
能等との全ての通信が実施される。
成される。すなわち例えば排ガス再循環及び/又はタンクパージングなどの調整
機能において送出される要求が生成される。さらなる可能性として、迅速な目下
の状況へのアクセス及び/又は充填度へのアクセスなどに対する調整機能の要求
も転送され得る。送出されたこれらの要求によって、前述した調整機能は所望の
目標作動モードが要求されていることを示唆する。
る。その後でこの調整機能は所望の目標作動モードへ設定される。調整機能のう
ちの1つがこの設定を実施したならば、図2に従って肯定応答が中間状態“zh
om”に送信される。
へ移行される。この状態に達すると同時に排ガス再循環系は、肯定応答を中間状
態“zhom”に送出する。タンクパージングの場合またはスロットルバルブ1
1の調整の場合でも同じようになされる。これらの全てのケースでは、相応の調
整機能から所望の目標作動モードが目標バイト22から読み出される。その後で
そのつどの調整機能が当該目標作動モードへ設定される。そのつどの調整機能が
所望の目標作動モードへ設定されると同時に所属の肯定応答が形成される。
は、当該の調整機能が所望の目標作動モードへの移行に対して準備が整ったこと
を意味する。それに続いて図3によれば中間状態“zhom”から目標作動モー
ド“hom”へ移行される。
機能にのみ送出されてもよい。同様に中間状態“zhom”から所定の届けられ
た肯定応答のみが利用されてもよい。それに伴いこれらの要求は、中間状態“z
hom”から全てのまたは個々の調整機能へ送出されてもよい。相応に全てのま
たは個々の肯定応答のみが中間状態“zhom”に利用されてもよい。
送出されてもよい。それにより、肯定応答が他の調整機能に届いた場合には、要
求をまず所定の調整機能に送出することが可能である。それに伴って前記要求は
、中間状態“zhom”から時間的に並行して及び/又はシリアルに送出され得
る。
応答持続時間及び/又はその時間的な順序が重要となり得る。そのため、所定の
肯定応答がいずれにせよ所定の持続時間内で届いた場合にのみ所望の目標作動モ
ードへ移行されるようにしてもよい。
モード“hom”への内燃機関1の移行が説明されている。
”の各々から他の各作動モードへのこの種の移行も可能である。その場合には、
それらの移行の各々のもとで中間状態が存在する。
間状態“zhom”がこれに当たる。作動モード“hmm”への移行では、所属
する中間状態“zhmm”がこれに当たる。また作動モード“hos”への移行
では、所属する中間状態“zhos”がこれに当たり、作動モード“sch”へ
の移行では、所属する中間状態“zsch”がこれに当たる。
動モードの各々から3つの非所属の中間状態への移行が実線の矢印で示されてい
る。例えば作動モード“sch”からは、3つの非所属の中間状態“zhom”
“zhmm”“zhos”への各移行が実線の矢印で示されている。
への移行が白抜き矢印で示されている。
態の1つを介した移行には所定の持続時間が必要である。この所要の持続時間の
間は、所望の目標作動モードの変更の可能性も生じる。つまり既に1つの目標作
動モードが設定されているにもかかわらず、この目標作動モードへの移行前に別
の1つの目標作動モードが望まれるようなことも生じ得る。
中間状態への移行となる。この第1の中間状態では、第1の目標作動モードに対
して必要な手段が実施される。ここにおいてこの当該手段の実行中に別の第2の
目標作動モードの要求が届いた場合、この第2の目標作動モードに必要な手段は
、当該第1の中間状態によって実施されない。
と接続されている。それにより、各中間状態から別の各中間状態への移行が可能
である。このことは図3において破線の矢印で示されている。
作動モードに対して必要な手段の実行中に、第2の目標作動モードの要求が届い
た場合には、第1の中間状態から所属の第2の中間状態への移行が行われる。す
なわち図3に相応して目下の第1の中間状態から、第2の目標作動モードに対す
る手段の実行を必要とする第2の中間状態への移行が実施される。
る目標作動モードの第3の要求及びさらなる要求に基づいてが繰り返されてもよ
い。他の目標作動モードへの切換に対する要求が何も存在しない場合には、最後
に実行した中間状態から最終的な所望の目標作動モードへ移行される。
28によって示されている)は、例外として示されてる。この作動モード“sk
h”に対しては、中間状態の介在接続無しで直接成層モード“sch”から移行
される。相応に成層触媒加熱モード“skh”からは成層モード“sch”に直
接切換えられてもよい。
の十分な一致にある。成層触媒加熱モードでは成層モードの場合と同じような方
式で、燃料が圧縮フェーズ中に燃焼室4内に噴射される。成層モードとの相違は
、成層触媒加熱モードの場合が付加的に燃料を燃焼行程中にも内燃機関の燃焼室
4内に噴射することである。これによって発生するトルクが実質的に変動するこ
とはないので、調整機能や内燃機関1のその他の作動パラメータを、成層モード
から成層触媒加熱モードへの移行の際もしくは成層触媒加熱モードから成層モー
ドへの移行の際に変更する必要はない。従ってこれに対して求められる中間状態
も必要ない。
状態“zhom”“zhmm”“zhos”“zsch”、これらの作動モード
及び中間状態の間の移行は、図3に相応していわゆる自動切換を形成している。
これは制御装置18によって実施及び実現が可能なものである。この自動切換は
、作動モード間の切換の際のシーケンスを制御しコントロールする。この場合図
3の自動切換は、さらに多くの作動モードまたは中間状態に拡張することも可能
であるし、あるいはさらに少ない作動モードまたは中間状態に縮小させることも
可能である。
図である。
図である。
Claims (14)
- 【請求項1】 内燃機関(1)、例えば自動車の内燃機関の作動方法であっ
て、 燃料が少なくとも2つの作動モードで燃焼室(4)内へ噴射され、 前記2つの作動モードの間で切換が行われる形式のものにおいて、 前記2つの作動モード(23,24)間の切換の際に中間状態(25)への移
行(26)がなされることを特徴とする方法。 - 【請求項2】 種々の作動モード間の切換の際に、異なる中間状態への移行
がなされる、請求項1記載の方法。 - 【請求項3】 1つの中間状態(25)ないし複数の中間状態が独立的にま
たは作動モード(23,24)の枠内で実施される請求項1または2記載の方法
。 - 【請求項4】 1つの中間状態ないし複数の中間状態において作動モード間
の切換に必要とされる手段が実施される、請求項1から3いずれか1項記載の方
法。 - 【請求項5】 1つの中間状態(25)ないし複数の中間状態から切換のた
めのシーケンス、特に切換に対して必要とされる通信が実施される、請求項1か
ら4いずれか1項記載の方法。 - 【請求項6】 1つの中間状態ないし複数の中間状態において、切換られる
べき作動モードに対する調整機能が設定される、請求項1から5いずれか1項記
載の方法。 - 【請求項7】 1つの作動モード(23)から中間状態(25)への及び他
の作動モードへの移行(26,27)が行われる、請求項1〜6いずれか1項記
載の方法。 - 【請求項8】 1つの作動モードから1つの中間状態への及び他の中間状態
への移行が行われる、請求項1〜6いずれか1項記載の方法。 - 【請求項9】 他の中間状態からさらなる中間状態へのあるいは他の作動モ
ードへの移行が行われる、請求項8記載の方法。 - 【請求項10】 計算機器、例えばマイクロプロセッサ上で実行可能であり
請求項1から9に記載の方法の実施に適したプログラムが記憶されている、内燃
機関(1)、例えば自動車用の内燃機関の制御装置(18)のためのROMなど
の制御素子。 - 【請求項11】 内燃機関(1)、例えば自動車用内燃機関であって、燃焼
室(4)と制御装置(18)を有しており、前記燃焼室(4)には燃料が少なく
とも2つの作動モードで噴射可能であり、前記制御装置(18)によって2つの
作動モード間で切換が行われる形式のものにおいて、 前記制御装置(18)により前記作動モード(23,24)間の切換の際に中
間状態(25)への移行が行われることを特徴とする内燃機関。 - 【請求項12】 前記制御装置(18)により、異なる作動モード間の切換
の際に種々異なる中間状態への移行が行われる、請求項11記載の内燃機関。 - 【請求項13】 複数の作動モード、複数の中間状態、及び複数の作動モー
ドと複数の中間状態の間の移行が、制御装置(18)によって実施可能な自動切
換を形成する、請求項11または12記載の内燃機関。 - 【請求項14】 前記制御装置(18)内に所望の目標作動モードと目下の
実際の作動モードが二進のデータワードの形態で記憶されており、書く作動モー
ドが二進データワード内の所定のビットによって表わされている、請求項11か
ら13いずれか1項記載の内燃機関。
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