JP4338475B2 - 燃料壁膜質量の決定方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、吸気管噴射式の内燃機関における燃料壁膜質量の決定方法および装置に関するものである。

吸気管噴射式の内燃機関においては、いわゆる壁膜効果が存在する。この場合、吸気管内に噴射された燃料は全てが内燃機関の燃焼室内に入らず、一部吸気管または噴射弁に壁膜として堆積する。動的エンジン運転において、特に負荷切換変化があったとき、この壁膜質量は変化する。この結果、内燃機関の排気系内における設定燃空比に偏差が発生する。壁膜質量の変化はモデルを介して補正される。このようにして、排気系内における設定燃空比の偏差を補償することができる。

吸気管噴射式の内燃機関において、負荷切換変化があったときに、内燃機関の排気系内の設定燃空比の偏差を補償するために、吸気管または噴射弁における燃料壁膜質量を決定する方法および装置を提供することが本発明の課題である。

本発明によれば、吸気管噴射式の内燃機関における燃料壁膜質量の決定方法において、内燃機関のシリンダの吸気弁が開く前に全て吸気管内に行われる燃料噴射から、燃料壁膜質量が決定され、このように決定された燃料壁膜質量に対する値が、開いている吸気弁を介してシリンダの燃焼室内に噴射される燃料質量と全噴射燃料質量との間の比の関数として補正される。

また、本発明によれば、吸気管噴射式の内燃機関における燃料壁膜質量の決定装置は、内燃機関のシリンダの吸気弁が開く前に全て吸気管内に行われる燃料噴射から、燃料壁膜質量を決定するための手段と、このように決定された燃料壁膜質量に対する値を、開いている吸気弁を介してシリンダの燃焼室内に噴射される燃料質量と全噴射燃料質量との間の比の関数として補正するための手段と、を備えている。

本発明による決定方法および本発明による決定装置は、従来技術に比較して、燃料噴射が全て内燃機関のシリンダの吸気弁が開く前に吸気管内に行われるこの燃料噴射から、燃料壁膜質量が決定され、このように決定された燃料壁膜質量に対する値が、開いている吸気弁を介してシリンダの燃焼室内に噴射される燃料質量と全噴射燃料質量との間の比の関数として補正されるという利点を有している。このようにして、負荷切換変化があったとき、噴射燃料質量が全て吸気弁が開く前に噴射されたか、またはその全てまたは一部が、開いている吸気弁内に噴射されたかには無関係に、先行制御手段としてのいわゆる移行補償により、排気系内の燃空比（空燃比）の変化を阻止ないし補償することができる。したがって、移行補償に対して、開いている吸気弁内への燃料の少なくとも一部の噴射に基づく燃料壁膜質量の変化が考慮される。

本発明は更に、有利な拡張および改善が可能である。
開いている吸気弁を介して燃焼室内に燃料が噴射される時間の、全有効噴射時間に対する比が求められたとき、開いている吸気弁を介してシリンダの燃焼室内に噴射される燃料質量と全噴射燃料質量との間の比の、特に簡単な決定方法が得られる。この場合、開いている吸気弁を介して燃焼室内に燃料が噴射される時間において、噴射弁から吸気弁までの燃料の飛行時間が考慮されるとき、それは特に有利である。このようにして、燃料が燃焼室内に到達可能な時間を特に正確に決定し、したがって決定された燃料壁膜質量の特に確実な補正を実行することができる。

他の利点は、開いている吸気弁を介して燃焼室内に燃料が噴射されるクランク角範囲の、エンジン回転速度の関数として全有効噴射時間に割り当てられているクランク角範囲に対する比が求められることにより、前記比が決定されることにある。このようにして、開いている吸気弁を介してシリンダの燃焼室内に噴射される燃料質量と全噴射燃料質量との間の比を、噴射過程の間における種々のクランク角を評価することにより、特に簡単に決定することができる。

他の利点は、壁膜補償の範囲内において、負荷の急変が同じ場合に、内燃機関の排気系内の燃空比に対して、燃料が全て吸気弁が開く前に噴射される場合と同じ値が得られるように、前記比の関数として燃料壁膜質量の決定値に対する補正係数が決定されることにある。このようにして、決定燃料壁膜質量の、簡単且つそれぞれの内燃機関に適合された、したがって特に正確な補正が可能であり、この補正は、噴射燃料質量が全て吸気弁が開く前に噴射されたか、またはその全てまたは一部が、開いている吸気弁内に噴射されたかとは無関係に、きわめて確実な移行補償が可能である。

他の利点は、調節可能なカム軸におけるカム軸位置の変化により、燃料噴射の終了に対する導入角の変化により、または噴射弁を離れてから吸気弁に到達するまでの燃料の飛行時間から得られる飛行角の変化により、前記比が変化されることにある。このようにして、開いている吸気弁内に噴射される燃料質量を特にフレキシブルに変化させることができる。

図３に吸気管噴射式の内燃機関１が略図で示されている。内燃機関１は、燃焼室１５およびピストン８５を有する少なくとも１つのシリンダ２０を含み、ピストン８５は、図３には示されていないクランク軸を駆動する。燃焼室１５内に、吸気弁５を介して、吸気管１０から燃料／空気混合物を供給可能である。燃焼室１５内の燃焼後に発生した排気ガスは、排気弁９０を介して排気系３０内に供給される。吸気管１０から燃焼室１５内に吸い込まれた燃料／空気混合物は、点火プラグ５５により点火される。吸気弁５および排気弁９０は、当業者に既知のように、クランク軸から駆動されるカム軸により、したがってシリンダ２０のクランク角の関数として開閉させることができる。吸気弁５および排気弁９０を、エンジン制御装置６０を介して、完全に可変に操作することも可能である。このために、図３においては、吸気弁５および排気弁９０は、エンジン制御装置６０と破線結合で示されている。吸気管１０に供給された空気質量は、空気質量流量測定装置、例えばホット・フィルム空気質量流量計６５により測定され、また形成された測定信号はエンジン制御装置６０に供給される。吸気管１０内への空気供給量は、例えばエンジン制御装置６０から電気的に操作可能な絞り弁５０により調節可能である。この場合、絞り弁５０は、空気の流れ方向においてホット・フィルム空気質量流量計６５の後方に配置されている。空気の流れ方向は、図３において吸気管１０内の矢印により示されている。吸気管１０内で空気の流れ方向において絞り弁５０の後方に吸気管圧力センサ７０が配置され、吸気管圧力センサ７０は、吸気管１０内の圧力を測定し且つ対応する測定信号をエンジン制御装置６０に伝送する。吸気弁５と絞り弁５０との間で吸気管１０内に、吸気管１０内に燃料を噴射するための噴射弁２５が配置されている。排気系３０内にλセンサ７５が配置され、λセンサ７５は、排気系３０内の酸素含有量を決定し且つそれをエンジン制御装置６０に伝送する。酸素含有量から、エンジン制御装置６０は、排気系３０内の燃空比を決定することができる。さらに、シリンダ２０にクランク角センサ８０が配置され、クランク角センサ８０は、当業者に既知のように、実際クランク角を測定し且つ場合によりそれをエンジン制御装置６０に伝送する。

以上の考察は、例としてシリンダ２０に対して行われたものであるが、同様に複数のシリンダにも使用可能である。
エンジン制御装置６０は、図１に示されている本発明による壁膜決定および補正ユニット３５を含み、壁膜決定および補正ユニット３５は、エンジン制御装置６０内でハードウェアによりおよび／またはソフトウェアにより形成されてもよい。クランク角センサ８０から与えられるクランク角の時間線図から、エンジン制御装置６０は、内燃機関１のエンジン回転速度を当業者に既知のように決定することができる。ホット・フィルム空気質量流量計６５により決定され且つ燃焼室１５内に供給された空気質量と、吸気管圧力センサ７０から提供された吸気管圧力と、クランク角センサ８０により決定されたエンジン回転速度とから、エンジン制御装置６０は、当業者に既知のように、例えばモデルによりシリンダ２０の相対充填量ｒｌｐを決定することができる。相対充填量ｒｌｐは、壁膜決定および補正ユニット３５において、ブロック９１から、吸気管１０および／または噴射弁２５における燃料壁膜質量を決定する燃料壁膜質量決定手段４０に供給される。この場合、燃料壁膜質量決定手段４０は、壁膜特性曲線ないし壁膜関数を形成し、壁膜特性曲線ないし壁膜関数は、入力変数としての相対充填量ｒｌｐを、出力変数として関連の燃料壁膜質量ｗｆに変換する。この場合、壁膜特性曲線は、全て吸気弁５が開く前に吸気管１０内に行われる燃料噴射から決定される。これは、言い換えると、全燃料質量が蓄積されること、即ち開いている吸気弁５内には噴射されないことを意味する。この条件下で、絞り弁５０の位置の対応する変化により、したがって相対充填量ｒｌｐの対応する変化によって形成される負荷の急変により、壁膜特性曲線が適用される。これは、燃料噴射量を変化させるために、絞り弁５０のそれぞれの位置に対して、ないしこれから得られるそれぞれの相対充填量ｒｌｐに対して、形成される壁膜効果が正確に補償され且つλセンサ３５により決定された排気系３０内の燃空比の変化が正確に補償されるように、エンジン制御装置６０が噴射弁２５を操作することにより行うことができる。このとき、このために必要な燃料過剰量は、絞り弁５０のそれぞれの位置において形成される燃料壁膜質量に対応する。次に、これが関連の相対充填量ｒｌｐに対する出力変数として、壁膜特性曲線内に記憶されてもよい。

このように燃料壁膜質量決定手段４０により決定された燃料壁膜質量ｗｆは、次に第３の乗算素子１０７に供給される。
ブロック９２を介して、壁膜決定および補正ユニット３５に、ピストン８５の給気切換上死点に対するピストン８５の点火上死点のクランク角位置を表わす３６０°のクランク角が供給される。３６０°のクランク角は第１の減算素子１０１に供給される。ブロック９３を介して、壁膜決定および補正ユニット３５に、給気切換上死点に対する吸気弁５の開放時点クランク角位置を表わすクランク角ＷＮＷＲＥＯが供給される。この場合、クランク角ＷＮＷＲＥＯは、一般に固定設定され、ないしエンジン制御装置６０内で既知であり、且つ加算素子１０２に供給される。ブロック９４を介して、壁膜決定および補正ユニット３５に、吸気弁５の閉鎖時点クランク角位置に対する点火上死点クランク角位置を表わすクランク角ＷＥＳＳＯＴが供給される。この場合、クランク角ＷＥＳＳＯＴは、同様に一般に固定設定され、ないしエンジン制御装置６０内で既知であり、且つ同様に加算素子１０２に供給される。したがって、加算素子１０２は、クランク角ＷＮＷＲＥＯおよびＷＥＳＳＯＴの和を形成する。この和は、第１の減算素子１０１において、クランク角３６０°から減算される。したがって、第１の減算素子１０１の出力に、吸気弁５が開かれているクランク角範囲、即ち吸気弁５の開放時点から吸気弁５の閉鎖時点までのクランク角範囲に対応するクランク角ｗｏｅ＿ｗが存在する。クランク角ｗｏｅ＿ｗは、次に第２の減算素子１０３に供給される。ブロック９５を介して、壁膜決定および補正ユニット３５に、吸気弁５の閉鎖時点クランク角に対する燃料噴射の終了時点クランク角を表わすクランク角ｗｅｅが供給される。この場合も同様に、クランク角ｗｅｅは、一般に固定設定され、ないしエンジン制御装置６０内で既知であり、且つ第３の減算素子１０４に供給される。ブロック９６を介して、壁膜決定および補正ユニット３５に、シリンダ２０のクランク軸角速度ｖｗｋｗが供給され、この場合、角速度ｖｗｋｗは、クランク角センサ８０の測定信号から、当業者に既知のようにエンジン制御装置６０で決定することができる。この場合、クランク軸角速度ｖｗｋｗは、内燃機関１のエンジン回転速度に対応する。角速度ｖｗｋｗは第１の乗算素子１０５に供給される。ブロック９７を介して、壁膜決定および補正ユニット３５に、燃料の液滴が噴射弁２５を離れてから吸気弁５に到達するまでに要する時間を表わす燃料飛行時間ｔｋｒｆが供給される。飛行時間ｔｋｒｆは、エンジン制御装置６０において、既知の噴射角および噴射圧力と、既知の噴射弁２５と吸気弁５との間の間隔との関数として、当業者に既知のように決定され、且つ同様に第１の乗算素子１０５に供給される。したがって、第１の乗算素子１０５は、角速度ｖｗｋｗと燃料飛行時間ｔｋｒｆとの積を形成する。このように形成された積は、噴射弁２５から吸気弁５までの燃料の飛行時間に対応するクランク角ｗｋｒｆである。クランク角ｗｋｒｆは、同様に第３の減算素子１０４に供給され、且つ第３の減算素子１０４において、クランク角ｗｅｅから減算される。したがって、第３の減算素子１０４の出力において、吸気弁５の閉鎖時点クランク角に対する飛行時間の終了時点クランク角に対応するクランク角ｗｅｅｏｔｋｒｆが得られる。クランク角ｗｅｅｏｔｋｒｆは、第２の減算素子１０３に供給され、且つ第２の減算素子１０３において、クランク角ｗｏｅ＿ｗから減算される。この結果、第２の減算素子１０３の出力において、開かれた吸気弁５内に燃料が到達可能なクランク角範囲に対応するクランク角が得られ、ここでは、それが、吸気弁５の開放後の噴射弁２５からの燃料の噴射によるものか、または燃料の飛行時間ｔｋｒｆの間のものであるかを問わない、第２の減算素子１０３の出力は、次に最大値選択素子（ＭＡＸ）１０９に供給され、最大値選択素子１０９には、他の入力を介してブロック９８から値０が供給されている。最大値選択素子１０９は、次に、０と、第２の減算素子１０３から提供されたクランク角とから最大値を形成する。これは、第２の減算素子１０３の出力が負であるとき、したがって燃料質量が全て吸気弁５が開く前に吸気管１０内に噴射され、且つ燃料の飛行時間ｔｋｒｆを考慮しても、燃料が開いている吸気弁５内に噴射されないとき、最大値選択素子１０９の出力は０であることを意味する。これに対して、第２の減算素子１０３の出力が正である場合、第２の減算素子１０３の出力は最大値選択素子１０９の出力にも対応し、一方で最大値選択素子１０９の出力は除算素子１０８に供給されている。ブロック９９を介して、壁膜決定および補正ユニット３５に、同様に角速度ｖｗｋｗが供給される。この場合には、角速度ｖｗｋｗは第２の乗算素子１０６に供給される。ブロック１００を介して、壁膜決定および補正ユニット３５に、全有効噴射時間ｔｅ＿ｗが供給される。この時間は、噴射弁２５が開かれている時間に対応し、且つ固定設定され、またはエンジン制御装置６０で既知である。全有効噴射時間ｔｅ＿ｗは、同様に第２の乗算素子１０６に供給される。したがって、第２の乗算素子１０６において、角速度ｖｗｋｗと全有効噴射時間ｔｅ＿ｗとから積が形成される。この積は、実際角速度ｖｗｋｗにおいて全有効噴射時間ｔｅ＿ｗに対応するクランク角ｗｔｅである。クランク角ｗｔｅは、次に同様に除算素子１０８に供給される。除算素子１０８において、最大値選択素子１０９の出力、したがって噴射弁２５から噴射された燃料が開かれている吸気弁５内に到達可能なクランク角範囲が、クランク角ｗｔｅ、したがって全有効噴射時間に対するクランク角範囲により除算される。この結果は、開かれている吸気弁５を介してシリンダ２０の燃焼室１５内に噴射される燃料質量の全噴射燃料質量に対する比ｖｔｉである。即ち、この比は、燃料が開いている吸気弁５を介して燃焼室１５内に噴射されるクランク角範囲の、全燃料噴射が行われるクランク角範囲に対する比である。この比ｖｔｉは、さらに、燃料が開いている吸気弁５を介して燃焼室１５内に噴射される時間の、全有効噴射時間ｔｅ＿ｗに対する比でもある。この比ｖｔｉは、決定された燃料壁膜質量を補正する燃料壁膜質量補正手段４５に入力変数として供給され、燃料壁膜質量補正手段４５は、補正関数ないし補正特性曲線を含み、且つこの補正特性曲線により、比ｖｔｉを、燃料壁膜質量に対する補正係数を示す出力変数ｆｔｉｎｅｏに変換し、出力変数ｆｔｉｎｅｏは、同様に第３の乗算素子１０７に供給されている。

補正特性曲線ないし補正係数ｆｔｉｎｅｏの適用に対して、例えば導入角とも呼ばれるクランク角ｗｅｅの間、燃料質量の少なくとも一部が、開いている吸気弁５を介して燃焼室１５内に到達するように、噴射がより遅い時点までシフトされてもよい。このとき、補正特性曲線は、壁膜補償の範囲内において、負荷の急変が同じ場合に、内燃機関１の排気系３０内の燃空比に対して、燃料が全て吸気弁５が開く前に噴射される場合と同じ値が得られるように、比ｖｔｉの関数として適用される。このとき、燃料壁膜質量に対する補正係数ｆｔｉｎｅｏは、補正係数ｆｔｉｎｅｏだけ補正された補償燃料壁膜質量が、負荷切換において、排気系３０内の変化の必要な移行補償を保証するように、この比の関数とし適用されている。このために、補正係数ｆｔｉｎｅｏは、第３の乗算素子１０７において、補正燃料壁膜質量ｄｗｆを決定するために、燃料壁膜質量決定手段４０の出力、したがって決定された燃料壁膜質量ｗｆと乗算される。

燃料が開いている吸気弁５内に噴射されない場合、比ｖｔｉは０に等しく且つ補正係数ｆｔｉｎｅｏは１に等しいので、燃料壁膜質量の補正は行われない。比ｖｔｉが１に等しいとき、全燃料質量は開いている吸気弁５内に噴射される。この場合には、形成される燃料壁膜質量は小さいので、このとき補正係数ｆｔｉｎｅｏはそれに対応して１より小さくなる。

したがって、図１に示す機能図により、比ｖｔｉに対して、次式が形成される。

ここで、°ＫＷは、°クランク軸を表わす。
比ｖｔｉが時間の範囲内で計算される場合、次式が得られる。

ここで、ｔｉｏｅは、燃料が噴射弁２５から噴射され且つ同時に吸気弁５が開かれている時間である。式（２）の分子の和は、燃料が、開いている吸気弁５を介して燃焼室１５内に噴射される時間に対応し、この場合、噴射弁２５から吸気弁５までの燃料の飛行時間ｔｋｒｆが考慮される。

即ち、図１に示す機能図による比ｖｔｉの計算において、噴射される燃料質量は２つの部分に分割される。この場合、吸気弁５が開く時点が基準とされる。この場合、上記のモデル概念においては、噴射された燃料質量の少なくとも一部が開いている吸気弁５内に噴射されるときには、燃料壁膜質量は補正されなければならないことから出発される。即ち、噴射された燃料質量の分割は比ｖｔｉにより定義される。即ち、この場合、比ｖｔｉは、開いている吸気弁５を介して燃焼室１５内に到達した噴射燃料質量の全噴射燃料質量に対する比である。吸気弁５が開く時点を基準点として特定することにより、上記のようにこの時点を基準に燃料を分割する場合、燃料の飛行時間ｔｋｒｆのみならず、カム軸により、またはエンジン制御装置６０の側の完全に可変な弁調節により可能な、吸気弁５が開く時点の調節もまた考慮されなければならない。

吸気弁５用の調節可能なカム軸を進み方向にシフトした場合、それは、導入角ｗｅｅの範囲内で、噴射時点を遅れ方向にシフトするのと同じ効果を有している。吸気弁５用のカム軸を進み方向にシフトすることにより、吸気弁５はより早く開く。したがって、噴射開始時点が一定の場合、開いている吸気弁５を介して燃焼室１５内により多量の燃料が到達することになる。導入角ｗｅｅの範囲内で、噴射時点が遅れ方向にシフトされた場合、燃料の噴射はより遅く開始される。したがって、吸気弁５の開放時点が一定の場合、同様に、開いている吸気弁５を介して燃焼室１５内により多量の燃料が到達することになる。

一般的に、比ｖｔｉは、次の３つの調節変数、即ち
（１）吸気弁５用カム軸が調節可能な場合における吸気弁５の開放カム軸位置の、クランク角ｗｎｗｖｅだけの変化、したがって吸気弁５が開く時点の変化、
（２）燃料噴射終了の、吸気弁５が閉じる時点のクランク角に対する導入角ｗｅｅの変化、
（３）燃料の液滴が噴射弁２５を離れてから吸気弁５に到達するまでの飛行時間から得られる飛行角ｗｋｒｆの、角速度ｖｗｋｗの関数としての変化、
により可変である。

図２ａ−図２ｄに、上記の３つの調節変数による比ｖｔｉの調節に対する４つの例が示されている。この場合、４つの例は全て、同じクランク角基準点を有する、シリンダ２０の作業行程の範囲内に組み込まれている。ここで、符号ＺＯＴは、ピストン８５の点火上死点を示し、符号ＬＷＯＴは、ピストン８５の給気切換上死点を示す。点火上死点ＺＯＴおよび給気切換上死点ＬＷＯＴは、相互に３６０°のクランク角だけ離れている。点火上死点ＺＯＴおよび給気切換上死点ＬＷＯＴの間に、吸気弁５が開くクランク角位置ＥＯＥが存在する。吸気弁５の開放クランク角位置ＥＯＥに続いて、吸気弁５の閉鎖クランク角位置ＥＳが存在する。点火上死点ＺＯＴおよび給気切換上死点ＬＷＯＴの位置は、４つの全ての例に対して同じである。吸気弁５の開放クランク角位置ＥＯＥおよび吸気弁５の閉鎖クランク角位置ＥＳは、図２ａ、図２ｃおよび図２ｄに対しては同じである。

図２ａの第１の例においては、噴射弁２５からの燃料の噴射は全有効噴射時間ｔｅ＿ｗの間に行われ、図２ａにおいてこれがハッチングで示されている。関連のクランク角範囲はクランク角ｗｔｅにより表わされている。同様に、給気切換上死点と、吸気弁５が開くクランク角ＥＯＥとの間のクランク角範囲ＷＮＷＲＥＯが示されている。さらに、クランク角ＥＯＥとクランク角ＥＳとの間のクランク角範囲ｗｏｅ＿ｗが示され、クランク角範囲ｗｏｅ＿ｗは、吸気弁５が開かれているクランク角範囲を表わす。さらに、燃料噴射の終了と吸気弁５が閉じるクランク角との間の導入角ｗｅｅが示されている。この導入角ｗｅｅは、上記のように、図２ａに示されているような、飛行時間に対する導入角を表わすクランク角ｗｋｒｆと、飛行時間のない導入角を考慮したクランク角ｗｅｅｏｔｋｒｆとから構成されている。さらに、４つの全ての例に対して、吸気弁５の閉鎖クランク角と点火上死点ＺＯＴとの間のクランク角ＷＥＳＳＯＴが示されている。図２ａにはさらに、吸気弁５が開かれているときに噴射弁２５からの燃料噴射が行われるクランク角範囲に対応するクランク角ｗｔｉｏｅが示されている。

次に、図２ａにおける比ｖｔｉは、次式により計算される。

ここで、図２ｂにおいては、吸気弁５の開放クランク角および吸気弁５の閉鎖クランク角をそれぞれ、カム軸位置の変化により、値ｗｎｗｖｅだけ進み方向にシフトするように設計されている。したがって、吸気弁５の開放クランク位置ＥＯＥよりもクランク角ｗｎｗｖｅだけ進み方向にシフトされた吸気弁５の開放クランク角ＥＯＥ１が得られる。それに対応して、吸気弁５の閉鎖クランク角ＥＳよりもクランク角ｗｎｗｖｅだけ進み方向にシフトされた吸気弁５の閉鎖クランク角ＥＳ１が得られる。このようにして、上記のように、燃料の噴射クランク角範囲が同じままである場合、図２ａに比較してより多量の燃料部分が、開いている吸気弁５内に噴射される。導入角ｗｅｅもまたクランク角ｗｎｗｖｅだけ上昇されたとき、上記とは逆方向に作用するので、燃料噴射クランク角範囲ｗｔｅを、同様にクランク角ｗｎｗｖｅだけ進み方向にシフトさせた、第２の導入角ｗｅｅ１が得られる。したがって、開いている吸気弁５内への燃料の噴射クランク角範囲ｗｔｉｏｅは不変のままである。飛行時間クランク角範囲ｗｋｒｆもまた、全有効噴射クランク角範囲ｗｔｅと全く同様に不変のままである。しかしながら、導入角はクランク角ｗｎｗｖｅだけ上昇されるので、第１の飛行時間のない導入角ｗｅｅｏｔｋｒｆよりもクランク角ｗｎｗｖｅだけ上昇された、第２の飛行時間のない導入角ｗｅｅｏｔｋｒｆ１もまた得られる。カム軸位置がクランク角ｗｎｗｖｅだけ変化することに基づき、給気切換上死点ＬＷＯＴと吸気弁５の開放クランク角ＥＯＥ１との間の新たなクランク角範囲ＷＮＷＲＥＯ１もまた得られる。クランク角ＷＥＳＳＯＴもまたＷＥＳＳＯＴ＋ｗｎｗｖｅに上昇される。しかしながら、クランク角ｗｔｉｏｅおよびｗｋｒｆおよびｗｔｅは、上記手段により不変のままであるので、比ｖｔｉもまた変化しない。

図２ｃの第３の例においては、図２ａに記載の吸気弁５の開放クランク角ＥＯＥおよび吸気弁５の閉鎖クランク角ＥＳが使用されるので、給気切換上死点ＬＷＯＴと吸気弁５の開放クランク角ＥＯＥとの間のクランク角範囲ＷＮＷＲＥＯは、図２ａから既知の値を有している。さらに、全有効噴射クランク角範囲ｗｔｅは、図２ｃにおいても不変であると仮定する。しかしながら、図２ｃの例においては、図２ａからの第１の導入角ｗｅｅより大きい第３の導入角ｗｅｅ２が選択されるので、燃料噴射は進み方向にシフトされ、開いている吸気弁５内への燃料の噴射のための、図２ａおよび図２ｂからのクランク角範囲ｗｔｉｏｅよりも小さい第２のクランク角範囲ｗｔｉｏｅ２が得られる。図２ａ、図２ｂおよび図２ｃの例に対しては、角速度ｖｗｋｗ、したがって内燃機関１のエンジン回転速度は、一定のままであると仮定する。したがって、これらの３つの例の全てにおいて、飛行時間を有する導入角ｗｋｒｆは同じ大きさである。したがって、開いている吸気弁５内への噴射に対する第２のクランク角範囲ｗｔｉｏｅ２は低減され、全有効噴射に対するクランク角範囲ｗｔｅは同じままである場合、比ｖｔｉは、図２ａおよび図２ｂの例よりも低減されている。

図２ｃの例においては、第３の導入角ｗｅｅ２は図２ａの第１の導入角ｗｅｅよりも増大され且つ飛行時間を有する導入角ｗｋｒｆは図２ａの例と同じ大きさであるので、図２ｃの例においては、第３の導入角ｗｅｅ２と同じ割合で上昇された第３の飛行時間のない導入角ｗｅｅｏｔｋｒｆ２が得られる。

図２ｃの例において、導入角を、図２ａから既知の値よりも低減させた場合、それに対応して、飛行角ないし飛行時間を有する導入角ｗｋｒｆが同じままである場合、全有効噴射クランク角範囲ｗｔｅが同様に図２ａの例と同じままであるかぎり、開いている吸気弁５に導かれる燃料の全有効噴射燃料に対する割合、したがって比ｖｔｉを上昇させることができる。

図２ｄの例においても同様に、図２ａに示すような吸気弁５の開放クランク角ＥＯＥおよび吸気弁５の閉鎖クランク角ＥＳが使用されるので、給気切換上死点ＬＷＯＴと吸気弁５の開放クランク角ＥＯＥとの間のクランク角範囲ＷＮＷＲＥＯは、図２ａの例と同じ大きさである。図２ｄの例においては、さらに、全有効噴射クランク角範囲ｗｔｅは不変のままとされるべきである。

ここで、図２ｄの例においては、内燃機関１のエンジン回転速度、したがって角速度ｖｗｋｗが上昇されたので、燃料飛行時間の間により大きいクランク角が進められると仮定する。これは、図２ａ−図２ｃよりも拡大された第２の飛行時間を有する導入角ｗｋｒｆ３が得られることを意味する。比ｖｔｉを図２ａの例と比較して変化させないようにするために、飛行時間のない導入角ｗｅｅｏｔｋｒｆは、図２ａの例に比較して不変のままとされる。これは、図２ｄの例においては、第２の飛行時間を有する導入角ｗｋｒｆ３の、図２ａ−図２ｃに示す第１の飛行時間を有する導入角ｗｋｒｆに対する割合と同じ割合で、図２ａからの導入角ｗｅｅよりも上昇された第４の導入角ｗｅｅ３が形成されなければならないことを意味する。これに対応して、燃料噴射は進み方向にシフトされるので、図２ａおよび図２ｃからの第１のクランク角範囲ｗｔｉｏｅよりも、第２の飛行時間を有する導入角ｗｋｒｆ３が第１の飛行時間を有する導入角ｗｋｒｆより上昇された値だけ小さい、開いている吸気弁５内への燃料の噴射に対する第３のクランク角範囲ｗｔｉｏｅ３が得られる。

図２ｄの例において、エンジン回転速度、したがって角速度ｖｗｋｗが低下された場合、それに対応して、飛行角もまた図２ａの例よりも低下するであろう。導入角ｗｅｅを図２ａと同じままとし且つ全有効噴射クランク角範囲ｗｔｅも同じままとした場合、比ｖｔｉは低下するであろう。この場合、飛行時間のない導入角ｗｅｅｏｔｋｒｆは、それに対応して図２ａの例よりも上昇するであろう。燃料飛行時間が一定の場合、エンジン回転速度がより高くなったとき、より小さいエンジン回転速度のときよりも大きいクランク角が進められる。

上記の４つの例から、例として、比ｖｔｉが、上記の３つの調節変数の関数として、即ち吸気弁５のカム軸が調節可能な場合におけるカム軸位置の変化の関数として、噴射過程の終了に対する導入角の変化ないし飛行角、したがって飛行時間を有する導入角の変化がどのように可変であるかがわかる。

上記のように、噴射弁２５から噴射された燃料質量は常に完全には蓄積されないで、一部または全部が開いている吸気弁５内に噴射される。開いている吸気弁５内に噴射された燃料部分は燃料壁膜質量に全く寄与しないかまたは僅かに寄与するにすぎない。これは本発明の補正係数ｆｔｉｎｅｏによる補正によって考慮され、この場合、この補正係数ｆｔｉｎｅｏにより、開いている吸気弁５に噴射された燃料質量の、噴射弁２５から吸気管１０内に噴射された全燃料質量に対する比が考慮される。

本発明による吸気管噴射式の内燃機関における燃料壁膜質量の決定方法および装置を説明するための機能図である。 図２ａ−図２ｄは、開かれている吸気弁内への燃料噴射の種々の可能な変更態様図である。 本発明に係る吸気管噴射式の内燃機関の概略全体図である。

符号の説明

１ 内燃機関
５ 吸気弁
１０ 吸気管
１５ 燃焼室
２０ シリンダ
２５ 噴射弁
３０ 排気系
３５ 壁膜決定および補正ユニット
４０ 燃料壁膜質量決定手段
４５ 燃料壁膜質量補正手段
５０ 絞り弁
５５ 点火プラグ
６０ エンジン制御装置
６５ ホット・フィルム空気質量流量計
７０ 吸気管圧力センサ
７５ λセンサ
８０ クランク角センサ
８５ ピストン
９０ 排気弁
９１−１００ ブロック
１０１、１０３、１０４ 減算素子
１０２ 加算素子
１０５、１０６、１０７ 乗算素子
１０８ 除算素子
１０９ 最大値選択素子
ｄｗｆ 補正燃料壁膜質量
ＥＯＥ、ＥＯＥ１ 吸気弁開放クランク角位置
ＥＳ、ＥＳ１ 吸気弁閉鎖クランク角位置
ｆｔｉｎｅｏ 燃料壁膜質量に対する補正係数
°ＫＷ °クランク軸
ＬＷＯＴ 給気切換上死点
ｒｌｐ 相対充填量
ｔｅ＿ｗ 全有効噴射時間
ｔｉｏｅ 燃料の噴射と吸気弁の開放とが同時に行われる時間
ｔｋｒｆ 燃料飛行時間
ｖｔｉ 最大値選択素子の出力／ｗｔｅ
ｖｗｋｗ クランク軸角速度
ｗｅｅ、ｗｅｅ１、ｗｅｅ２、ｗｅｅ３ 導入角（吸気弁閉鎖時点クランク角に対する燃料噴射終了時点クランク角を表わすクランク角）
ｗｅｅｏｔｋｒｆ、ｗｅｅｏｔｋｒｆ１、ｗｅｅｏｔｋｒｆ２ 飛行時間のない導入角
ＷＥＳＳＯＴ 吸気弁閉鎖と点火上死点との間のクランク角
ｗｆ 燃料壁膜質量
ｗｋｒｆ、ｗｋｒｆ３ 燃料飛行時間クランク角（飛行時間を有する導入角）
ｗｎｗｖｅ クランク角シフト値
ｗｏｅ＿ｗ 吸気弁開放クランク角範囲
ＷＮＷＲＥＯ、ＷＮＷＲＥＯ１ 給気切換上死点と吸気弁開放との間のクランク角
ｗｔｅ 全有効噴射時間に対応するクランク角
ｗｔｉｏｅ、ｗｔｉｏｅ１、ｗｔｉｏｅ２、ｗｔｉｏｅ３ 燃料噴射が吸気弁の開放中に行われるクランク角範囲
ＺＯＴ 点火上死点

Claims (7)

1. 全燃料質量が蓄積され、開いている吸気弁（５）内には噴射されないように内燃機関（１）のシリンダ（２０）の吸気弁（５）が開く前に全て吸気管（１０）内に行われる燃料噴射から、燃料壁膜質量が決定されること、および
   噴射された燃料質量の少なくとも一部が開いている吸気弁（５）内に噴射されるとき、前記の決定された燃料壁膜質量に対する値が、開いている吸気弁（５）を介してシリンダ（２０）の燃焼室（１５）内に噴射される燃料質量と全噴射燃料質量との間の比の関数として補正されること、
   を特徴とする吸気管噴射式の内燃機関における燃料壁膜質量の決定方法。
2. 開いている吸気弁（５）を介して燃焼室（１５）内に燃料が噴射される時間の、全有効噴射時間に対する比が求められることにより、開いている吸気弁（５）を介してシリンダ（２０）の燃焼室（１５）に噴射される燃料質量と全噴射燃料質量との間の前記比が決定されることを特徴とする請求項１に記載の決定方法。
3. 開いている吸気弁（５）を介して燃焼室（１５）内に燃料が噴射される時間において、噴射弁（２５）から吸気弁（５）までの燃料の飛行時間が考慮されることを特徴とする請求項２に記載の決定方法。
4. 開いている吸気弁（５）を介して燃焼室（１５）内に燃料が噴射されるクランク角範囲の、エンジン回転速度の関数として全有効噴射時間に割り当てられているクランク角範囲に対する比が求められることにより、開いている吸気弁（５）を介してシリンダ（２０）の燃焼室（１５）に噴射される燃料質量と全噴射燃料質量との間の前記比が決定されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の決定方法。
5. 前記の決定された燃料壁膜質量の値に対する補正係数が、壁膜補償の範囲内において負荷の急変が同じ場合に内燃機関（１）の排気系（３０）内の燃空比の値として燃料が全て吸気弁（５）が開く前に噴射される場合の燃空比の値と同じ値が得られるように、開いている吸気弁（５）を介してシリンダ（２０）の燃焼室（１５）に噴射される燃料質量と全噴射燃料質量との間の前記比の関数として決定されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の決定方法。
6. 調節可能なカム軸におけるカム軸位置の変化により、燃料噴射の終了に対する導入角の変化により、または噴射弁（２５）を離れてから吸気弁（５）に到達するまでの燃料の飛行時間から得られる飛行角の変化により、開いている吸気弁（５）を介してシリンダ（２０）の燃焼室（１５）に噴射される燃料質量と全噴射燃料質量との間の前記比が変化されることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の決定方法。
7. 全燃料質量が蓄積され、開いている吸気弁（５）内には噴射されないように内燃機関（１）のシリンダ（２０）の吸気弁（５）が開く前に全て吸気管（１０）内に行われる燃料噴射から、燃料壁膜質量が決定するための手段（４０）と、
   噴射された燃料質量の少なくとも一部が開いている吸気弁（５）内に噴射されるとき、前記の決定された燃料壁膜質量に対する値を、開いている吸気弁（５）を介してシリンダ（２０）の燃焼室（１５）内に噴射される燃料質量と全噴射燃料質量との間の比の関数として補正するための手段（４５）と、
   を備えたことを特徴とする吸気管噴射式の内燃機関における燃料壁膜質量の決定装置。

Images