(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガソリン式火花点火過給式内燃機関である火花点火過給式内燃機関の燃料混合物の燃焼相を制御する方法であって、前記機関が、燃焼室（１４）を含む少なくとも１本の気筒（１２）と、少なくとも１つの燃料供給手段（４８、５２）と、少なくとも１つの吸気手段（１６）と、少なくとも１つの排気手段（２２）と、火花点火手段（３８）とを有する方法において、
前記機関が高負荷で低回転速度の場合に、
前記燃料混合物の燃焼時に、前記燃焼室内で最高筒内圧力（Ｐｍａｘ）が生じるクランク角度の値（θ’）を求めることと、
このように求められた値を、前記燃焼室内の異常燃焼を表す最大角度しきい値（θｍａｘ）と比較することと、
求められた値が前記しきい値に達したときであって前記点火手段が作動しないときに異常燃焼の開始を検出することと、
前記燃料混合物に他の燃料を供給して、この燃料混合物の全体的なオクタン価を、前記最高筒内圧力が生じるクランク角度を小さくするように変更することを有することを特徴とする制御方法。
【請求項２】
前記燃料混合物の全体的なオクタン価を高くすることを有する、請求項１に記載の制御方法。
【請求項３】
気体状の他の燃料を前記燃料混合物に供給することを有する、請求項１に記載の制御方法。
【請求項４】
前記気体状の他の燃料は、車輌用天然ガス（ＶＮＧ）状の気体燃料である、請求項３に記載の制御方法。
【請求項５】
前記燃料混合物を液体燃料から生成することを有する、請求項１から４のいずれか１項に記載の制御方法。
【請求項６】
前記燃料混合物をガソリン燃料から生成することを有する、請求項５に記載の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、火花点火過給式内燃機関、特にガソリン式の火花点火過給式内燃機関の燃料混合物の燃焼相を制御する方法に関する。
【０００２】
特に、本発明は、間接燃料噴射によるそのような機関に関するが、直接燃料噴射による機関をいかなる点でも除外するものではない。
【０００３】
本発明は基本的に、小形化された機関に関する。この措置は、従来の機関と同じ出力および／または同じトルクを維持しつつ、機関のサイズおよび／または容量を小さくすることを目的としている。
【背景技術】
【０００４】
一般に、この種の機関は、内部で、燃料混合物が圧縮相を受け、その後プラグなどの火花点火手段の作用の下で燃焼相を受ける燃焼室を有する。
【０００５】
この燃料混合物では、一部が機関に重大な損傷を与える機械的応力および／または熱応力を発生させる異常燃焼が生じる可能性があることが分かっている。
【０００６】
この異常燃焼は基本的に、プラグが燃焼室内に存在する混合物の添加を開始する前の、燃料混合物の事前点火（または自己点火）による燃焼である。
【０００７】
すなわち、過給の結果としてこの燃焼室内で高圧および高温に達することを考慮すると、プラグによって燃料混合物が点火する時間よりかなり前に燃焼が散発的に開始される可能性がある。
【０００８】
事前点火または自己点火によるこの異常燃焼が急激に、無作為に散発的に生じる場合、この燃焼をランブルと呼ぶ。
【０００９】
この異常燃焼によって圧力レベルが非常に高くなり（１２０バール〜２５０バール程度）、かつ伝熱量が増大し、ピストンやピストンロッドのような機関の可動部材が部分的にあるいは完全に破壊される恐れがある。
【００１０】
また、この異常燃焼が高負荷でかつ一般に機関の低回転速度で生じることが分かっている。
【００１１】
より正確には、この異常燃焼は、初期エンジンノック、すなわち、点火進角を小さくすることを必要とし、したがって、機関の低回転速度でランブルが生じる可能性を高めることを必要とする現象に伴う状況の結果として点火サブアドバンスが実現されたときに出現する。
【００１２】
この異常燃焼を防止する１つの解決手段は、このようなランブルが生じやすい温度および圧力条件が発生するのを避けるように最大筒内圧力角度を制限することから成る。
【００１３】
この解決手段は、この火花点火機関のすべての性能潜在性を活用できなくする欠点を有する。すなわち、過給圧を介した負荷の増大によってエンジンノックが発生し、従来の点火サブアドバンスを適用することが必要になる。このサブアドバンスは燃焼時期を早め、したがって、ＴＤＣ（燃焼上死点）後に通常値の３５°クランク角度に制限しなければならない最高筒内圧力角度を大きくする。したがって、低速での機関の最高性能は、点火進角がこの２つの基準の組み合わせに応じて調整される負荷に制限される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
したがって、本発明の目的は、ランブルが出現する可能性を制限するのを可能にする燃焼方法によって前述の欠点を解消することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
したがって、本発明は、火花点火過給式内燃機関、特にガソリン式の火花点火過給式内燃機関の燃料混合物の燃焼相を制御する方法であって、該機関が、燃焼室を含む少なくとも１本の気筒と、少なくとも１つの燃料供給手段と、少なくとも１つの吸気手段と、少なくとも１つの排気手段と、火花点火手段とを有する方法において、該機関が高負荷で低速度の場合に、
燃料混合物の燃焼時に、燃焼室内で最高筒内圧力が生じるクランク角度の値を求めることと、
このように求められた値を、燃焼室内の異常燃焼を表す最大角度しきい値と比較することと、
求められた値がこのしきい値に達したときおよび点火手段が作動しないときに異常燃焼の開始を検出することと、
他の燃料を燃料混合物に供給して、この燃料混合物の全体的なオクタン価を、最高筒内圧力が生じるクランク角度を小さくするように変更することを有する方法に関する。
【００１６】
この方法は、燃料混合物の全体的なオクタン価を高くすることを有してもよい。
【００１７】
この方法は、気体状の他の燃料を燃料混合物に送り込むことを有してもよい。
【００１８】
有利なことに、この方法は、ＶＮＧ状の気体燃料を供給することを有してもよい。
【００１９】
この方法は液体燃料から燃料混合物を生成することを有してもよい。
【００２０】
本発明の他の特徴および利点は、添付の図を参照して以下の説明を読むことによって明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明による燃焼相制御方法を使用する機関を示す図である。
【図２】従来技術の機関および本発明による方法を使用する機関についてのクランク角度（°Ｖ）の関数としての圧力曲線（バール単位のＰ）を示す図である。
【図３】従来の機関および本発明による方法（Ｉｎｖ）を使用する機関についての機関速度（ｒｐｍ単位のＲ）の関数としてのトルク（Ｎ．ｍ単位のＣ）を表す曲線を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１に示されている機関は、火花点火過給式内燃機関である。
【００２３】
この機関は、単一燃料気化と呼ばれる単一の燃料を使用するための第１の燃焼モードと、多燃料気化と呼ばれ、それぞれの異なる性質を有するいくつかの燃料を組み合わせるのを可能にする他の燃焼モードとを含む特定の走行機能を有する。
【００２４】
非制限的な例として、単一燃料気化モードに使用される燃料は、アンチノック指数（ＲＯＮ）がたとえば９０〜９５程度である第１の液体燃料（ガソリン、エタノール、バイオ燃料など）であり、多燃料気化走行モードの場合には、第１の液体燃料が、第１の燃料より高いＲＯＮを有する他の液体または気体燃料（ＶＮＧ（車輌用天然ガス）、ＬＰＧ（液化石油ガス）、メタン）と組み合わされる。
【００２５】
以下の説明を簡略化するために、前述の単一燃料気化ではガソリン状の液体燃料を使用し、多燃料気化、ここでは２燃料気化の場合、ガソリン状液体燃料がＶＮＧ状気体燃料と組み合わされる。
【００２６】
図１に示されている機関は、内部で燃料混合物の燃焼が生じる燃焼室１４を区画する往復直線変位部材（不図示）を含むピストンを収納する少なくとも１本の気筒１２、ここでは４本の気筒を有する。
【００２７】
気筒は、吸気管２０に関連する少なくとも１つの弁１８を含む吸気手段１６を有する。この気筒は、排気管２６を制御する少なくとも１つの排気弁２４を含む燃焼気体排気手段２２も有する。
【００２８】
複数の排気管２６が、排気配管３０に連結された排気マニフォルド２８に連結されている。
【００２９】
この排気配管上に過給装置３２、たとえばターボコンプレッサが配置されている。このターボコンプレッサは、排気配管内を循環する排気ガスによってタービン３４と、タービンに回転可能に連結され、外気の圧縮を可能にし、この吸気を加圧下で（または過給空気を）吸気管２０へ流入させる圧縮器３６と、を有する。
【００３０】
この気筒は、気筒の燃焼室内に存在する燃料混合物に点火するのを可能にする１つまたは２つ以上の火花を発生させる火花点火手段３８、たとえば点火プラグも有する。
【００３１】
燃焼室１４内の燃焼の進行状態を知るのを可能にする手段４０も設けられている。図１に示されている例では、これらの手段は、筒内圧力と呼ばれる燃焼室内の圧力の変化を測定するのを可能にする圧力検出器４２である。この圧力は、燃料混合物の燃焼の進行状態を表す複数のパラメータの１つである。
【００３２】
もちろん、振動波を表す信号を発生させる加速計などの、機関の気筒ハウジング上に通常配置されるノック検出手段のような、燃焼の進行状態を知るのを可能にする任意の他の手段を使用することができる。
【００３３】
機関は、気筒内のピストンの位置を判定するのを可能にするために、ピストンが連結されたクランク軸（不図示）によって保持されたターゲット４６と向かい合うように配置された角度センサ４４も保持している。
【００３４】
気筒は、燃料を吸気管２０に送り込むのを可能にする、第１の燃料供給手段４８、ここではガソリン状の液体形態の燃料用の噴射装置５０の形をした燃料供給手段も有する。
【００３５】
この気筒は、気体燃料を吸気管２０に送り込むのを可能にする気体燃料（ＶＮＧ）噴射装置５４を含む第２の燃料供給手段５２も有する。
【００３６】
機関は、この機関の動作を制御するのを可能にする機関計算機と呼ばれる計算制御ユニット５６を有する。
【００３７】
特に、この計算機は、機関が備える様々な検出器、ゾンデ、および／または検出手段（燃焼室内の水温、油温、圧力）に直接接続されるかあるいは導体によって間接的に連結されている。受信された信号が処理され、次に、計算機が制御線を通じてこの機関の構成部材を制御して機関を円滑に走行させる。
【００３８】
一例として図１に示されているように、圧力検出器４２は、複数の気筒内で優勢な圧力を表す信号を送信するように導体５８によってこの計算機に接続されており、角度センサ４４は、ピストンの変位時のピストンの位置を判定するように導体６０によってこの計算機に接続されており、点火プラグ３８は、燃料混合物の点火時間を調整するように制御線６２によって計算機に接続されており、噴射装置５０、５４の制御装置は、燃料噴射量や噴射時間などの燃料噴射パラメータを調整するように制御線６４、６６によって計算機５６に接続されている。
【００３９】
この計算機は、運転者によって要求される機関速度や出力のような様々な機関走行条件に従って、計算機の演算に必要な複数のパラメータを評価するのを可能にする複数のマップまたはデータチャートを有する。
【００４０】
この機関が高負荷および低速度（１０００ｒｐｍから２５００ｒｐｍの間）で走行する際、エンジンノックに対して、この異常燃焼モードを回避するために点火サブアドバンスが必要になる。
【００４１】
図２に示されているように、このサブアドバンスは、最大筒内圧力角度θｍａｘを上死点（図中のＰＭＨ）から離し、この角度は一般に、ＴＤＣ後に通常値の約３５度のクランク角度に制限される。
【００４２】
このクランク角度値θｍａｘに接近するかあるいはこの値を超えた場合、ランブル型異常燃焼が生じる可能性が高くなる。
【００４３】
これを防止するために、燃焼室１４内の燃料混合物の燃焼の進行が制御される。
【００４４】
図２を参照すると、曲線ＡＡは、燃焼室内に燃料混合物を吸入した後の、クランク角度（°Ｖ）の関数としての、単一燃料気化モードで走行する機関の燃焼室１４内の筒内圧力の従来の変化を示している。
【００４５】
ピストンは、燃焼室内に存在する燃料混合物を、この混合物が点火プラグ３８によって点火されるＴＤＣの近傍まで圧縮する。この点火の結果、筒内圧力は、ＴＤＣ後に約３５°のしきい値クランク角度θｍａｘの値Ｐｍａｘまで上昇する。この筒内圧力は次に、ＢＤＣに達し、燃焼室内の圧力が大気圧に近くなるまで低下する。
【００４６】
この通常値の３５°を超えると、燃料混合物が自己点火する可能性がある。
【００４７】
すなわち、設定されたタイミング進角が遅すぎる（３５°を超える最高筒内圧力を生じさせる）場合、点火プラグが点火する直前の、燃焼室１４内の圧力および温度条件は、急激な自己点火（ランブル）が生じる可能性があるような条件である。
【００４８】
有利なことに、この３５°のクランク角度値は機関試験ベンチ上の実験から得られる平均値に相当する。
【００４９】
ランブル型燃焼が出現する可能性を制限するには、測定された最高筒内圧力の測定されたクランク角度の値がこの圧力の設定クランク角度しきい値θｍａｘを超えないことが必要である。
【００５０】
したがって、圧力検出器４２は、ＴＤＣとＢＤＣとの間の燃焼時に燃焼室１４内の圧力を測定し、対応する信号を導体５８を通して計算機に送信する。
【００５１】
有利なことに、最初にこの最大角度値の妥当性を機関試験ベンチ上で実証することができ、したがって、圧力検出器および計算機５６とのリンク無しで済ますことができる。
【００５２】
負荷、点火進角、機関速度、過給圧力の関数としての筒内圧力角度のこれらのマップは、計算機に組み込まれ、したがって、車輌内でこれらの検出器を連続的に使用することができる。
【００５３】
同時に、角度センサ４４は、クランク軸角度位置信号をこの計算機に伝達し、計算機が該信号からピストンの位置を求める。
【００５４】
計算機は、この２つの信号（圧力および角度位置）から、最高筒内圧力に達するＴＤＣ後のクランク角度θ’の値を求める。
【００５５】
次に、対応する値を超えるとランブルが出現する可能性が高くなる最大限界を表す最大角度しきい値θｍａｘと、角度θ’の求められた値が比較される。
【００５６】
有利なことに、このしきい値は、計算機のデータチャートに含まれ、前述の例では、ＴＤＣ後で約３５°である。
【００５７】
これによって、計算機は、求められた角度値が最大角度しきい値θｍａｘに近づくかあるいは達したときであって、サイクル内の早期に、すなわち点火プラグが点火する前にこの値が求められたときに、ランブル型異常燃焼が開始する可能性を検出することができる。
【００５８】
したがって、このしきい値に近づくかあるいは場合によっては達すると、計算機は、単一燃料気化モード（ガソリン）の機関から二燃料気化モード（ガソリンおよびガス）の機関に切り替えるように燃料噴射装置を制御する。
【００５９】
次に、たとえばＶＮＧ状の第２の気体燃料を同時に噴射することによって、この混合物の全体的なオクタン価を修正し、したがって、ノック抵抗を強くすることができる。これによって、最大筒内圧力角度を許容最大値より小さい値に維持しつつ、負荷および／または点火進角を増大することができる。
【００６０】
この第２の燃料は、点火進角を修正することによって燃焼のタイミングを変更するのを可能にする自己点火抵抗特性（ＲＯＮ）を有する利点をもたらす。
【００６１】
したがって、この同時噴射を介して、ランブル発生ゾーンから離れた状態を維持しつつ、特に機関性能を高めることが可能である。
【００６２】
より正確に言えば、機関吸入相の間、計算機５６は、ガソリンの質量の、最初に噴射装置５０を通して管２０内に噴射される部分が、噴射装置５４によるＶＮＧの噴射で置き換えられるように、制御線６４、６６を通じて噴射装置５０および５４を制御する。
【００６３】
これによって、初期燃料混合物のオクタン価を修正し、かつガソリンより高いＲＯＮを有するＶＮＧ燃料が存在する結果として、得られる燃料混合物のこの全体的なオクタン価を高くすることができる。
【００６４】
噴射すべきガスの最適量は、機関の動作点が所望のトルクにおける動作点であり、点火進角がエンジンノックの限界に達し、ＴＤＣ後に３５°以下の最大圧力角度が生じるように２つの燃料を混合するのに必要な包括的なオクタン価に相当する。
【００６５】
第２の気体燃料をこのように同時に噴射することによって、最大筒内圧力角度θ’（図２参照）をしきい値θｍａｘより小さい値に維持することができ、さらに燃料混合物の空燃比が１に維持される利点が得られる。
【００６６】
もちろん、当業者は、筒内圧力角度を許容最大筒内圧力角度基準内に維持しつつノック発生ゾーンから離れるように所望のＲＯＮを得、したがって、ランブルが発生する可能性を制限するのに必要なガソリンに対するＶＮＧの質量比を求めることができる。
【００６７】
これによって、すべての利点が得られる状態で、ガソリンで走行する機関の圧縮比を高くすることもできる。
【００６８】
本発明によれば、図３を見ると分かるように、同時にＶＮＧを噴射することによって得られるトルクでは、従来技術の機関によって得られるトルク（曲線ＡＡ）より低い機関速度でより高いトルク（曲線Ｉｎｖ）を得るのが可能になる。
【００６９】
本発明は、前述の実施例に限定されず、本発明が対象とするあらゆる均等実施形態または変形実施形態を包含する。
【符号の説明】
【００７０】
１０  火花点火過給式内燃機関
１２  気筒
１４  燃焼室
１６  吸気手段
１８  弁
２０  吸気管
２２  燃焼ガス排気手段
２４  排気弁
２６  排気管
２８  排気マニフォルド
３０  排気配管
３２  過給装置
３４  タービン
３６  圧縮器
３８  火花点火手段
４０  手段
４２  圧力検出器
４４  角度センサ
４６  ターゲット
４８  燃料供給手段
５０、５４  噴射装置
５２  第２の燃料供給手段
５６、５８、６０  導体
６２、６４、６６  制御線
ＡＡ  曲線
Ｉｎｖ  曲線
θｍａｘ  最大筒内圧力角度
θ’  クランク角度
Ｐｍａｘ  値
ＲＯＮ  アンチノック指数
ＶＮＧ  車輌用天然ガス
【図１】
0005922347.tif 000002
【図２】
0005922347.tif 000003
【図３】
0005922347.tif 000004