JP2016514800A - 過渡補正を適合させるための方法 - Google Patents

Abstract

【課題】燃焼室を有する内燃機関の運転のためにラムダ値変化を用いて過渡補正を適合させる方法を提案する。【解決手段】燃焼室が第１の吸入孔を有し、第１の吸入孔が第１の吸気管に接続され、第１の吸気管内に第１の噴射弁が配置され、燃焼室が第２の吸入孔を有し、第２の吸入孔は第２の吸気管に接続され、第２の吸気管内に第２の噴射弁が配置され、通常運転中に所定の燃料量が噴射され、この所定の燃料量が第１の吸入弁によって噴射しようとする第１の燃料量と、第２の吸入弁によって噴射しようとする第２の燃料量とから構成され、第１の方法ステップで第１の噴射弁を閉鎖状態に保ち、第２の方法ステップで第１の噴射弁を再び開放し、第２の方法ステップで第１のテスト燃料量を第１の吸入孔を介して燃焼室内に噴射し、第２のテスト燃料量を第２の吸入孔を介して燃焼室内に噴射し、第１のテスト燃料量と第２のテスト燃料量とから所定の燃料量を構成する。【選択図】 図２ａ

Description

本発明は、請求項１の前文に記載した内燃機関に関する。

このような内燃機関は一般的に公知であって、吸入行程中に空気燃料混合気が燃焼室に供給されることによって駆動される。空気燃料混合気を生成するために、噴射弁が所定量の燃料を吸気管内に噴射し、かつ噴霧し、吸気管は吸入孔を介して燃焼室に接続されている。この場合、吸気管内に配置されたスロットルバルブは、燃焼室に向かって吸い込まれる新気量を規定する。スロットルバルブの開放と共に、吸気管内の圧力が上昇し、それによって、噴射された燃料の気化傾向が低下される。例えば噴射弁によって吸気管壁部に噴射される燃料に加えて、スロットルバルブの開放時における低下された気化傾向に基づく燃料も、吸気管壁部に堆積する。スロットルバルブの閉鎖時に、吸気管内の圧力は低下され、気化傾向は高くなり、壁部に堆積した燃料は吸気管内で気化し、それによって空気燃料混合気はリッチになる。２つのケースにおいて、燃焼室に供給された燃料量若しくは実際燃料量は、提供された燃料量若しくは目標燃料量とは異なっている。

従って、吸気管内に噴射される提供された燃料量は、負荷が変化したときに、例えば壁部における燃料の堆積若しくは蓄積に基づく燃料の損失若しくは補充量が補正されるように、調整されなければならないということが、一般的に公知である。このような方法は、過渡補正と呼ばれていて、例えば特許文献１に記載されている。経済的および環境保護的に合理的な過渡補正の枠内で、一方では、それぞれの運転状況のための、補正に必要な燃料量変化がどの位の大きさであるのかを知る必要があり、他方ではこの知識を、運転パラメータ例えば吸気管圧力に依存して所定の燃料量を補正するために利用する必要がある。この場合、過渡補正のために必要な燃料量変化の知識がより正確であればあるほど、過渡補正の適合をより正確に行うことができる。過渡補正が行われないかまたは間違った過渡補正が行われると、燃焼室内の空気燃料混合気がリーン若しくはリッチになる危険がある。このような場合、燃焼ミスファイヤに至る出力低下が発生し得る。他方では、過渡補正のために必要な燃料量をできるだけ正確に規定することによって、内燃機関の排出ガスの少ない安定した運転が可能となる。

補正量を決定するために、吸気管内の壁膜の状態が考慮され得る。堆積若しくは蓄積した燃料の量、およびひいては壁膜の状態、特に壁膜の厚さは、多くのパラメータ、例えば吸気管温度、吸気管圧力および回転数に依存している。従って、これらのパラメータに依存した、特に様々な運転状況のための壁膜の状態を知り、この依存性の知識を利用して、様々な条件下において過渡補正を適合させることができれば、好都合である。この場合、一般的に、噴射された燃料量が制御ユニット若しくは制御器によって運転状況に依存して制御され、特に負荷が急激に変化したときにそれぞれ必要な過渡補正が考慮される。

それぞれの内燃機関における、過渡補正のために必要な、噴射される燃料の変化の、様々なパラメータ特に吸気管圧力に対する個別の依存性を知り、それぞれの運転状況のために過渡補正を適合させれば、過渡補正のために必要な燃料量変化が時間の経過につれて変化することは避けられない。実際にはむしろ、壁膜の状態およびひいては過渡補正のために必要な燃料変化も、例えば吸気管等の汚れによって時間の経過につれて変化することを前提としなければならない。このような変化の補正のためには、内燃機関のできるだけ排出ガスの少ない運転を保証するために、過渡補正を新たに適合させなければならない。従来技術の方法により、過渡補正を繰り返し適合させることは、コストも時間もかかり、多大な費用を伴う。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２００７００５３８１号明細書

独立請求項に記載した、内燃機関のための過渡補正を適合させるための本発明の方法は、従来技術に対して、安価に、かつ多大な追加費用をかけることなしに、燃焼室に提供された燃料量に対する差を求めることができる、という利点を有している。本発明によれば、第１の方法ステップで、燃焼室に通じる吸気管の１つ（つまり第１の吸気管）内に燃料が噴射されることは阻止される。それと同時に、第１の方法ステップ中に、燃焼室に、第２の吸気管（つまり第２の）若しくは複数の別の吸気管を介して、通常運転中に２つの若しくはすべての吸気管内に噴射される燃料量に相当する補充燃料量が供給される。

第１の方法ステップ中に、第１の吸気管の壁部に堆積した燃料は気化し、燃焼室内に導入される空気燃料混合気はリッチになる。

第１の方法ステップ中に発生した空気燃料混合気の過濃は、ラムダ値の変化を用いて、つまりラムダ値変化を用いて確認することができる。この場合、好適な形式で、燃焼室の出口若しくは内燃機関に設けられた複数の燃焼室の出口に、または排気管路内に配置されたラムダセンサが、燃焼室から排出される排気ガス中の残留酸素量を定量化するラムダ値を算出する。特に、第１の方法ステップ中に、リッチ移行、つまりラムダ値の減少後の増大を観察することができる。

第２の方法ステップ中に、第１のテスト燃料量が第１の噴射弁を介して第１の吸気管内に噴射され、第２のテスト燃料量が第２の噴射弁を介して第２の吸気管内に噴射される。この場合、第１の燃料量と第２の燃料量との合計が、通常運転中の所定の燃料量若しくは補充燃料量に相当する。これによって、第１の吸気管内の壁部に燃料が堆積し、燃焼室に供給された空気燃料混合気がリーンになる。ラムダ値変化は、第２の方法ステップ中に、リーン移行の形をとる、つまりラムダ値はまず上昇し、次いで再び低下する。

リッチ移行若しくはリーン移行の大きさおよび時間は、燃焼室内の実際燃料量と目標燃料量との間の量的な差の値である。従って、本発明によれば、それぞれの運転状況のために観察されたラムダ値変化が、過渡補正の適合のために考慮される。この場合、原則として、内燃機関において既に設けられているラムダセンサを、本発明に従って使用すれば好適である。何故ならば、既存のラムダセンサを使用することで、追加費用の原因となる別の検出手段、例えば壁膜の状態を算出する検出手段を使用しなくても済むからである。さらに、本発明による方法は、吸気管の壁部における燃料の堆積または蓄積から得られる、目標燃料量に対する差だけではなく、別の潜在的な原因から結論される差も考慮される、という利点を有している。

本発明の好適な実施例によれば、標準的な条件下で第１および第２の燃料量が、および／または第２の方法ステップで第１および第２のテスト燃料量が、同じ量だけ吸気管内に噴射される。この場合、好適には、複数の噴射弁は構造的に同じであってよく、これによって、別の種類の噴射弁を製造することによって発生する追加的な費用は避けられる。

この方法を、様々な運転状況のために繰り返し実施すれば、すべての可能な運転状況に依存する、実際燃料量と目標燃料量との差に関する大まかな知識を得ることができ、過渡補正を各運転状況のために適合させることができる。次いで、本発明の好適な実施例によれば、適合された過渡補正を、それぞれの運転状況に割り当てる特性マップが作成される。特に、制御プログラム、例えばＤＯＥプログラムを介して、各運転状況のために、噴射しようとする燃料量が修正される。この実施例の特別な利点は、様々な運転状況下で、内燃機関は特に排出ガスの少ない運転が可能であり、この場合、内燃機関の安定した運転が保証される、という点にある。

本発明の別の好適な実施例によれば、第１の方法ステップの開始時および／または第２の方法ステップの開始時におけるラムダ値変化が算出される。ラムダ値変化が、第１の方法ステップの開始時にだけ、または第２の方法ステップの開始時にだけ検出される場合、好適な形式で、ラムダセンサの評価コストは低減され得る。ラムダ値変化が、第１の方法ステップの開始時でも、また第２の方法ステップの開始時でも検出される場合、測定精度を高めることができる。

本発明の別の好適な実施例によれば、耐用運転中に、第１および第２の方法ステップを実施し、つまり燃焼室のために予め設定された目標燃料量に対する差を求めて、この差を過渡補正の適合のために利用するようになっている。耐用運転とは、テスト目的を含む運転のことである。この場合、特に好適には、想像できるすべての運転状況を前もって時間をかけてテストし、次いで特性マップを作成することは省かれる。その代り、内燃機関がこれまで考慮されていない運転状況下で運転されると直ちに、前記特性マップが適合された過渡補正の分だけ追加若しくは修正されることによって、実際燃料量および目標燃料量の特性マップ、つまり壁膜状態の特性マップが次々に算出されるようになっている。

本発明の別の好適な実施例によれば、所定の時間後に、過渡補正が様々な運転状況のために新たに適合される。壁膜状態の依存性、若しくは燃焼室に提供された、内燃機関の燃料量との差が、１つの運転状況のために変化すると、この時点まで使用された過渡補正の代わりに、新たに適合された過渡補正が使用される。

本発明の別の好適な実施例によれば、内燃機関の燃焼プロセス後の排出ガスが変化、特に劣化が確認されると直ちに、内燃機関は、次に可能な機会に自動的にテスト段階に移行する（つまり、第１および第２の方法ステップが実施される）。劣化は、例えばラムダ値の目標値に対する差を用いて、または通常運転中の排気ガス値の劣化を用いても表すことができる。テスト段階で、壁膜状態は、前記方法に従って、様々な可能な運転状況下で算出され、次いで過渡補正が新たに適合される。

内燃機関の部分図である。 本発明の１実施例による方法の第１の方法ステップを実施する内燃機関の一部の概略図である。 堆積した燃料量の時間的な変化を示す図である。 堆積した燃料量の時間的な変化を示す図である。 ラムダ値の時間的な変化を示す図である。 本発明の１実施例による方法の第２の方法ステップを実施する内燃機関の一部の概略図である。 堆積した燃料量の時間的な変化を示す図である。 堆積した燃料量の時間的な変化を示す図である。 ラムダ値の時間的な変化を示す図である。

以下に、図面に示した本発明の実施例を具体的に説明する。

図１には、内燃機関１の部分の図が示されており、この内燃機関１は、燃焼室２、噴射弁１２、吸入バルブ１０′、点火手段１３、噴射弁孔１４、吸入孔１０および第１の吸気管１１を有しており、一方、燃料３は燃焼室に向かって第１の吸気管１１内に噴射され、この場合、第２の吸気管も設けられている（図１には示されていない）。燃料は、噴射時に円錐形噴霧の形で噴霧され、これは、図１に破線で示されている。図面で分かるように、内燃機関１の実際の実施例において、噴射時に燃料３は吸気管１１の壁部にも噴射される。

図２ａおよび図２ｂには、本発明の１実施例による方法の第１の方法ステップを実施する内燃機関１の一部の概略図が示されている。内燃機関は、燃焼室２と、第１および第２の吸気管１１および２１と、吸気管ごとに少なくとも１つの噴射弁、つまり少なくとも２つの噴射弁１２，２２とを有している。燃焼室２は、ピストン（図面に示されていない）が燃焼室２内で移動可能であるように構成されており、燃焼室の壁部は２つの吸入孔１０，２０を有していて、これらの吸入孔を通じて空気燃料混合気が吸入され、さらに、燃焼室の前記壁部は２つの吐出孔３０，３１を有していて、これらの吐出孔３０，３１を通じて、空気燃料混合気の燃焼プロセス後の未燃焼ガスが燃焼室２から吐出管３２，３３内へ吐出される。燃焼室２の出口に一般的な形式でラムダセンサが配置されており、このラムダセンサは、排気ガスの残留酸素量を算出することができる。通常運転中に、２つの噴射弁１２，２２から所定の燃料量が、各吸入孔１０，２０に向かって吸気管１１，１２内に噴射され、これによって、吸入された空気と共に各吸気管内で空気燃料混合気を形成する。吸入された空気の量はスロットルバルブによって変えられる。内燃機関１が例えばより高いトルクを提供したい場合には、スロットルバルブは開放する。この場合、吸気管１１，２１内の圧力は高くなり、燃料の気化傾向は低下し、燃料の一部は壁部に蓄積する。燃料が燃焼室２に供給される際に、空気燃料混合気にとって、噴射時に壁部に噴射された燃料と共に壁部に堆積した燃料が不足する。スロットルバルブの閉鎖時に、吸気管圧力が低下し、燃料の気化傾向が高くなり、吸気管壁部に堆積した燃料が吸気管の容積内に気化され、次いで燃焼室２に追加的に供給される。従って、閉鎖時においても開放時においても、提供された燃料量が燃焼室内に達することがないことを考慮しなければならない。燃焼室に供給された燃料量は、目標燃料量とは異なる。噴射しようとする燃料を前もって規定する際に、例えば燃料が吸気管壁部１１，２１に堆積若しくは蓄積することに起因する燃料変化を考慮するために、実際燃料量と目標燃料量とがどの程度大きく異なっているかを知る必要がある。

図２は第１の方法ステップを示しており、この第１の方法ステップにおいて、第１の噴射弁１２が少なくとも１回の全サイクルに亘って閉鎖され、従って燃料は第１の吸気管１１内に噴射されることはなく、吸気管１１の壁部の壁膜が消失する。それと同時に、第２の噴射弁２２が補充燃料量４を第２の吸気管２１内に噴射し、その量は、通常運転中に２つの噴射弁から一緒に噴射されるであろう燃料量（図面中に太字で印刷された２ｘによって示されている）に正確に相当する。図２ｂは、第１の方法ステップ中に、第１の吸気管３１０の壁部における燃料堆積物が時間３００の経過に伴って減少することを示す。これに対して、第２の吸気管３２０の壁部における燃料堆積物は、図２ｃに示されているように、時間３００に亘って一定に維持されている。

ラムダセンサによって、壁膜の消失中に、測定されたラムダ値３３０がまず時間３００の経過に伴って減少し、次いで再び、ラムダセンサが噴射弁の閉鎖前に測定したラムダ値に戻ることが、確認される。ラムダ値の短時間の低下、およびそれに続く上昇、つまりラムダ値変化は、リッチ移行と呼ばれ、図２ｄに示されている。

図３には、本発明の１実施例による方法の第２の方法ステップが概略的に示されている。

第２の方法ステップにおいて、第１の噴射弁１２は再び開放され、第１のテスト燃料量６が第１の吸気管１１内に噴射される。第１のテスト燃料量６は、第２の噴射弁２２から第２の吸気管２１内に噴射される第２のテスト燃料量６′と共に、通常運転による所定の燃料量若しくは補充燃料量に相当する燃料量を形成する。第１の吸気管１１内に、第２の方法ステップ中に新たな燃料が壁部に蓄積する。つまり第１の吸気管３１０の壁部における燃料堆積物は、時間３００の経過に伴って増大する。これは図３ｂに示されている。図３ｃは、第２の吸気管３２０の壁部における燃料堆積物が一定に維持されていることを示す。同様に、第２の方法ステップ中に、ラムダ値３３０が時間３００の経過に伴ってまず増大し、次いでラムダセンサが噴射弁の開放前に有していたラムダ値に戻ることが、確認される。このようなラムダ値の短時間の上昇および次いで行われる低下は、リーン移行と呼ばれ、図３ｄに示されている。

様々な運転状況下で第１および第２の方法ステップを繰り返し行うことによって、それぞれの運転状況のための、燃焼室に供給された燃料の実際燃料量と目標燃料量との差を決定することができる。燃焼室２に提供された燃料量との差を知ることによって、内燃機関１の各運転状況のために、所定の燃料量を修正すること、つまり、それぞれの運転状況に過渡補正を適合させることができる。

１ 内燃機関
２ 燃焼室
３ 燃料
４ 補充燃料量
６ 第１のテスト燃料量
６′ 第２のテスト燃料量
１０ 第１の吸入孔
１０′ 吸入バルブ
１１ 第１の吸気管
１２ 第１の噴射弁
１３ 点火手段
１４ 噴射弁孔
２０ 第２の吸入孔
２１ 第２の吸気管
２２ 第２の噴射弁
３０，３１ 吐出孔
３２，３３ 吐出管
３００ 時間
３１０ 第１の吸気管
３２０ 第２の吸気管
３３０ ラムダ値

Claims (8)

1. 燃焼室（２）を有する内燃機関（１）の運転のために、ラムダ値変化を用いて過渡補正を適合させるための方法であって、前記燃焼室が第１の吸入孔（１０）を有しており、該第１の吸入孔（１０）が第１の吸気管（１１）に接続されていて、この第１の吸気管（１１）内に第１の噴射弁（１２）が配置されており、前記燃焼室（２）が第２の吸入孔（２０）を有していて、この第２の吸入孔（２０）は第２の吸気管（２１）に接続されていて、該第２の吸気管（２１）内に第２の噴射弁（２２）が配置されており、通常運転中に所定の燃料量が噴射され、この所定の燃料量が、前記第１の噴射弁（１２）によって噴射しようとする第１の燃料量と、前記第２の噴射弁（２２）によって噴射しようとする第２の燃料量とから構成されている方法において、
   第１の方法ステップで、前記第１の噴射弁（１２）を閉鎖状態に保ち、第２の方法ステップで前記第１の噴射弁（１２）を再び開放し、前記第２の方法ステップで、第１のテスト燃料量（６）を前記第１の噴射弁（１２）を介して噴射し、第２のテスト燃料量（６′）を前記第２の噴射弁（２２）を介して噴射し、前記第１のテスト燃料量（６）と前記第２のテスト燃料量（６′）とから前記所定の燃料量を構成することを特徴とする、過渡補正を適合させるための方法。
2. 通常運転中に、前記第１の噴射弁（１２）から噴射された第１の燃料量と、前記第２の噴射弁（２２）から噴射された第２の噴射量とを同じにし、かつ／または前記第２の方法ステップで、前記第１の噴射弁（１２）から噴射された第１のテスト燃料量と、前記第２の噴射弁（２２）から噴射された第２のテスト燃料量とを同じにすることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 第１および／または第２の方法ステップの開始時におけるラムダ値変化および／またはその途中のラムダ値変化を監視することを特徴とする、先行請求項のいずれか１項に記載の方法。
4. 前記過渡補正の適合を、様々な運転状況のためのラムダ値変化を用いて行うことを特徴とする、先行請求項のいずれか１項に記載の方法。
5. それぞれの運転状況に適合された過渡補正を記憶し、内燃機関（１）の通常運転中に、燃料噴射時におけるそれぞれの運転状況のために考慮することを特徴とする、請求項４に記載の方法。
6. 所定の値を越える、内燃機関（１）の排出ガス特性の変化が確認されると直ちに、少なくとも１つの運転状況のために過渡補正を新たに適合させることを特徴とする、先行請求項のいずれか１項に記載の方法。
7. 内燃機関（１）の耐用運転の所定の時間間隔後に、過渡補正を新たに適合させることを特徴とする、先行請求項のいずれか１項に記載の方法。
8. 噴射された燃料量のコントロールをコンピュータ制御により行うことを特徴とする、先行請求項のいずれか１項に記載の方法。

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