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発明の名称 内燃機関を運転する方法
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−164966(P2001−164966A)
公開日 平成13年6月19日(2001.6.19)
出願番号 特願2000−342490(P2000−342490)
出願日 平成12年11月9日(2000.11.9)
代理人 【識別番号】100061815
【弁理士】
【氏名又は名称】矢野 敏雄 (外4名)
発明者 ウルリヒ シュールマイスター
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【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、圧縮段階の間に第1の運転モードでかつ吸気段階の間に第2の運転モードで燃焼室(4)内へ噴射し、両運転モードの間の切換を行う形式のものにおいて、内燃機関(1)が低温の場合に、第1の運転モードでの噴射を温度に関連して制御しかつ/またはコントロール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】 内燃機関(1)が低温の場合に、第1の運転モードへの切換を温度に関連して制御しかつ/またはコントロールする、請求項1記載の方法。
【請求項3】 噴射時点および/または点火時点を温度に関連して制御しかつ/またはコントロールする、請求項1または2記載の方法。
【請求項4】 スロットルバルブ(11)の角度および/または排ガス戻し案内弁(14)を介しての排ガス再循環率を温度に関連して制御しかつ/またはコントロールする、請求項1から3までのいずれか1項記載の方法。
【請求項5】 エンジン温度および/または吸気温度および/または排ガス温度を測定する、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】 冷却水温度および/またはオイル温度を測定する、請求項5記載の方法。
【請求項7】 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6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に用いられる制御素子。
【請求項8】 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、圧縮段階の間に第1の運転モードでかつ吸気段階の間に第2の運転モードで噴射可能であり、また、両運転モードの間の切換を行うための制御装置(18)が設けられている形式のものにおいて、温度センサが設けられており、内燃機関(1)が低温の場合に、制御装置(18)によって、第1の運転モードでの噴射が、温度に関連して制御可能かつ/またはコントロール可能であることを特徴とする、内燃機関。
【請求項9】 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、圧縮段階の間に第1の運転モードでかつ吸気段階の間に第2の運転モードで噴射可能であり、また、両運転モードの間の切換を行うための制御装置(18)が設けられている形式のものにおいて、内燃機関(1)が低温の場合に、制御装置(18)によって、第1の運転モードでの噴射が、温度に関連して制御可能かつ/またはコントロール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。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、特に自動車の内燃機関を運転する方法であって、燃料を、圧縮段階の間に第1の運転モードでかつ吸気段階の間に第2の運転モードで燃焼室内へ噴射し、両運転モードの間の切換を行う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、圧縮段階の間に第1の運転モードでかつ吸気段階の間に第2の運転モードで噴射可能であり、また、両運転モードの間の切換を行う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、圧縮段階の間に第1の運転モードでかつ吸気段階の間に第2の運転モードで噴射可能であり、また、両運転モードの間の切換を行うための制御装置が設けられている形式のものに関する。
【0002】
【従来の技術】このような形式の方法、このような形式の内燃機関およびこのような形式の制御装置は、たとえばいわゆる「ガソリン直接噴射」によって知られている。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または圧縮段階の間に層状燃焼運転もしくは成層燃焼運転でそれぞれ内燃機関の燃焼室内へ噴射される。均質燃焼運転が、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および部分負荷運転のために適している。
【0003】内燃機関が低温の場合には特に、成層燃焼運転を簡単に実施することはできない。
【0004】内燃機関が低温の場合、成層燃焼運転では有害物質排出が増大すると同時に運転非静粛性が増大する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、冒頭で述べた形式の、内燃機関を運転する方法を改善して、内燃機関が低温の場合でも、層状燃焼運転もしくは成層燃焼運転を使用することができるようにすることである。
【0006】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するために本発明の方法では、内燃機関が低温の場合に、第1の運転モードでの噴射を温度に関連して制御しかつ/またはコントロールするようにした。また、前記課題を解決するために本発明の内燃機関では、温度センサが設けられており、内燃機関が低温の場合に、制御装置によって、第1の運転モードでの噴射が、温度に関連して制御可能かつ/またはコントロール可能であるようにした。また、前記課題を解決するために本発明の制御装置では、内燃機関が低温の場合に、制御装置によって、第1の運転モードでの噴射が、温度に関連して制御可能かつ/またはコントロール可能であるようにした。
【0007】
【発明の効果】温度に関連したこの制御および/またはコントロールによって特に、低温の内燃機関の始動後に、内燃機関の、改善された暖機運転を達成することができる。特に、運転静粛性と排ガス特性とを、温度に関連した制御および/またはコントロールによって改善することができる。同様に暖機運転段階も短縮することができるので、より早期の時点で、内燃機関の通常の運転へ移行することができる。
【0008】本発明の有利な実施態様では、内燃機関が低温の場合に、第1の運転モードへの切換が温度に関連して制御されかつ/またはコントロールされる。このことは、成層燃焼運転自体だけでなく成層燃焼運転への切換も温度に関連して実施されることを意味している。この場合、このことは、切換時機ならびに切換時における移行過程に関するものであってもよい。
【0009】本発明の有利な変化形では、噴射時点および/または点火時点が温度に関連して制御されかつ/またはコントロールされ、かつ/またはスロットルバルブの角度および/または排ガス戻し案内弁を介しての排ガス再循環率が温度に関連して制御されかつ/またはコントロールされる。
【0010】本発明のさらに有利な変化形では、エンジン温度および/または吸気温度および/または排ガス温度が測定される。
【0011】本発明による方法が、特に自動車の内燃機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。
【0012】本発明のさらに別の特徴、使用可能性および利点は、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。
【0013】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を図面につき詳しく説明する。
【0014】図1には、自動車の内燃機関1が示してある。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。
【0015】吸気弁5および排気弁6の領域では、噴射弁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。
【0016】吸気管7内には、旋回可能なスロットルバルブ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。
【0017】排気管8からは、排ガス戻し案内管13が吸気管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。
【0018】燃料タンク15からは、タンク空気抜き管路16が吸気管7に通じている。タンク空気抜き管路16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。
【0019】ピストン2は、燃焼室4内での燃料の燃焼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。
【0020】制御装置18は、内燃機関1の、複数のセ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。
【0021】特に制御装置18は、内燃機関1の種々の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。
【0022】図1の内燃機関1は、複数の運転モードで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、リーンな成層燃焼運転等で運転することが可能である。
【0023】均質燃焼運転では、燃料が、吸気段階の間に噴射弁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。
【0024】均質なリーン燃焼運転は均質燃焼運転に十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。
【0025】成層燃焼運転では、燃料が、圧縮段階の間に噴射弁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。
【0026】内燃機関1の前記各運転モードの間で、そ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によって実施される。
【0027】また、多段噴射も可能である。この場合、ピストン2の作業段階の間に、所属の燃焼室4内への燃料の複数回の噴射が実施される。これらの噴射は、吸気段階の間および/または圧縮段階の間に行われるようになっている。前記多段噴射は特に、前述した各運転モードの間で切り換えられる中間状態を成している。
【0028】図1によれば、複数の温度センサが設けられている。この場合、吸気の温度を測定する温度センサ22′は吸気管7の領域に配置されている。別の温度センサ22′′,22′′′は、排ガス温度を測定するために排気管8の領域、しかも触媒12の前後に設けられている。エンジン温度を測定するさらに別の温度センサ22′′′′がシリンダ3に対応配置されている。この温度センサ22′′′′は、内燃機関1の冷却水またはエンジンオイルもしくはトランスミッションオイルに対応されていてよい。したがって、冷却水の温度またはオイル温度を介してエンジン温度を推測することができる。
【0029】前記温度センサのうち、少なくとも1つは存在している。場合によっては、複数の温度センサが設けられていてもよいし、全ての温度センサが設けられていてもよい。以下、少なくとも1つの温度センサは符号22で示してある。
【0030】内燃機関1が低温の場合には、成層燃焼運転への切換は、温度センサ22によって測定された温度に関連して制御されかつ/またはコントロールされる。選択的にまたは付加的に、成層燃焼運転自体は、温度センサ22によって測定された温度に関連して制御されかつ/またはコントロールされる。
【0031】選択的にまたは付加的に、低温の内燃機関1の、温度に関連した相応する制御および/またはコントロールは、場合によって存在する多段噴射、しかも、特に圧縮段階で行われる噴射のために実施される。
【0032】低温の内燃機関1を温度に関連して制御しかつ/またはコントロールする場合には、噴射弁9の噴射時点および/または点火プラグ10の点火時点および/またはスロットルバルブ11の角度および/または排ガス戻し案内弁14を介しての排ガス再循環率に影響が与えられる。この場合、これらの運転量のうちの少なくとも1つが、温度に関連して制御されかつ/またはコントロールされる。しかし、複数または全ての運転量に相応に影響が与えられてもよい。
【0033】この場合、低温の内燃機関1の運転量の、前述した影響は、成層燃焼運転への切換時および/または成層燃焼運転自体が行われている場合および/または多段噴射時に使用される。




 

 


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