(57)【要約】  内燃機関（１０）は複数のシリンダ（１２ａ−１２ｄ）を含む。その燃焼室内に燃料がシリンダごとに注入される。期間（ｔＥ）内においてシリンダごとに目標燃料量（ｑｓｏｌｌ）が変化され、このとき、内燃機関（１０）の目標運転状態を導入または保持するために、前記期間（ｔＥ）にわたって形成された平均値が、上記変化なしに噴射されるであろう正規目標燃料量（ｑｓｏｌｌ＿ｎｏｒｍ）に少なくともほぼ対応するように前記目標燃料量（ｑｓｏｌｌ）が変化されることが提案される。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料が燃焼室（１４）内にそれぞれ好ましくは直接注入される、複数の燃焼室（１４）を備えた内燃機関（１０）の運転方法において、
期間（ｔＥ）内においてシリンダごとに目標燃料量（ｑｓｏｌｌ）が変化され、このとき、内燃機関（１０）の目標運転状態を導入または保持するために、前記期間（ｔＥ）にわたって形成された平均値が、上記変化なしに噴射される正規目標燃料量（ｑｓｏｌｌ＿ｎｏｒｍ）に少なくともほぼ対応するように前記目標燃料量（ｑｓｏｌｌ）が変化されることを特徴とする、内燃機関の運転方法。
【請求項２】
前記変化が、作業サイクルから作業サイクルへ、新たに設定されることを特徴とする、請求項１の方法。
【請求項３】
前記変化が希望どおりにランダムであり、特にランダム関数によって設定されることを特徴とする、請求項１または２のいずれかの方法。
【請求項４】
前記変化が、その最高確率密度が正規目標燃料量（ｑｓｏｌｌ＿ｎｏｒｍ）において存在する正規分布であることを特徴とする、請求項３の方法。
【請求項５】
前記正規目標燃料量（ｑｓｏｌｌ＿ｎｏｒｍ）が、希望どおりにランダムに変化し且つその最高確率密度が１において存在する正規分布係数で乗算されることを特徴とする、請求項４の方法。
【請求項６】
前記変化が所定の時間経過を有することを特徴とする、請求項１または２のいずれかの方法。
【請求項７】
前記期間（ｔＥ）が内燃機関（１０）の始動直後に開始することを特徴とする、請求項１ないし６のいずれかの方法。
【請求項８】
前記期間（ｔＥ）内において、燃料が、作業サイクルごとに１回の噴射または複数回の噴射によって注入されることを特徴とする、請求項１ないし７のいずれかの方法。
【請求項９】
燃料が均質分割噴射により噴射されることを特徴とする、請求項８の方法。
【請求項１０】
噴射されるべき燃料量（ｑｓｏｌｌ）がランダムに変化される期間が、前記均質分割噴射が実行される期間（ｔＥ）に対応することを特徴とする、請求項９の方法。
【請求項１１】
２つの均質分割噴射のうちの１つのみが正規分布係数で乗算されることを特徴とする、請求項９または１０のいずれかの方法。
【請求項１２】
個々の燃焼室の変化が、全ての燃焼室の１つの作業サイクル内において、燃焼室全体で平均された噴射されるべき目標燃料量が正規目標燃料量に対応するように結合されていることを特徴とする、請求項１ないし１１のいずれかの方法。
【請求項１３】
請求項１ないし１２のいずれかに記載の方法において使用するためにプログラミングされていることを特徴とする、コンピュータ・プログラム。
【請求項１４】
請求項１ないし１２のいずれかに記載の方法において使用するためのコンピュータ・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（１０）の操作／制御装置（３０）用電気記憶媒体。
【請求項１５】
請求項１ないし１２のいずれかに記載の方法において使用するためにプログラミングされていることを特徴とする、内燃機関（１０）用操作／制御装置（３０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は請求項１の上位概念に記載の内燃機関の運転方法に関するものである。本発明の対象は、さらに、コンピュータ・プログラム、電気記憶媒体並びに操作／制御装置である。
【背景技術】
【０００２】
従来の技術
冒頭記載の種類の方法は市場において既知である。このような内燃機関においては、各燃焼室に、燃料即ちガソリンを燃焼室内に直接噴射する固有のインジェクタが付属されている。内燃機関の排気ガスは少なくとも１つの触媒により浄化される。冒頭記載の種類の方法は、１つまたは複数の噴射装置により燃料がシリンダごとに配量され且つ燃焼室内に注入される、吸気管噴射を備えた内燃機関においても実行される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
冒頭記載の種類の方法を、内燃機関の運転においてできるだけ少ない有害物質が放出されるようにさらに改良することが本発明の課題である。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この課題は請求項１の特徴を有する方法により解決される。他の解決方法が並列請求項に与えられている。本発明の有利な変更態様が従属請求項に記載されている。さらに、本発明に対して本質的な特徴が以下の説明およびその図面においてみられる。この場合、本発明に対する個々の特徴はあらゆる種々の組み合わせにおいても有意義である。
【０００５】
発明の利点
排気ガスを効果的に浄化するために、触媒ができるだけ高い温度レベルを有することが必要である。本発明による方法が使用されたとき、排気温度が上昇され、したがって触媒の温度もまた上昇される。これにより、エミッションが低下可能である。本発明により、これは追加の燃料消費なしに可能であり且つ追加の構成要素を必要としない。
【０００６】
本発明は、意図的なシリンダごとの噴射燃料量の変化により、即ち完全に意識的に導入または実行されたシリンダごとの噴射燃料量の変化により、少なくとも一時的に、あるシリンダにおいてはむしろリッチな混合物が、一方他のシリンダにおいてはむしろリーンな混合物が発生されることの考慮を基礎とする。むしろリッチな混合物は排気ガス内に炭化水素（ＨＣ）の過剰を形成し、むしろリーンな混合物は排気ガス内に酸素（Ｏ２）の過剰を形成する。これらの両方の成分により、触媒の範囲内および触媒それ自身内に発熱反応が行われ、この発熱反応は排気温度を上昇させ、これにより触媒を比較的急速に加熱させる。
【０００７】
この場合、本発明により、各シリンダ内ないしは各燃焼室内に噴射された燃料量の平均値は正規目標燃料量に対応するので、この手段によりトルクおよび回転速度は少なくとも本質的に影響されないままである。この正規目標燃料量は、内燃機関の目標運転状態を導入または保持するために、即ち、例えば、（アイドリングにおける）所定の回転速度および／または所定のトルクおよび／または所定の混合物を提供するために、提案された意図的な変化なしに噴射されるであろう（従来技術から既知の）目標燃料量である。
【０００８】
本発明の第１の有利な変更態様において、前記変化が、作業サイクルから作業サイクルへ、新たに設定されることが提案される。この場合、噴射燃料量の変化はできるだけ多数の作業サイクルに分配され、これにより、内燃機関の運転への影響が最大に平滑化される。
【０００９】
さらに、前記変化が希望どおりにランダムであり、特にランダム関数によって設定されることが提案され、このことは簡単に実行可能である。用語「希望どおりにランダムであり」とは、意図的ではない、例えば部品公差により、または内燃機関の構成要素の欠陥またはエラー機能により発生されるランダムな変化を意味するものではなく、意識的に導入され且つ設定に対応するランダムな変化を意味することを指摘しておく。
【００１０】
このような希望どおりにランダムな変化は、その最高確率密度が正規目標燃料量において存在する正規分布であるように選択可能であることが有利である。ガウスの吊鐘形曲線の形状で既知のこのような正規分布により、所定の期間にわたり噴射された全体の燃料量が正規目標燃料量の範囲内に存在し、これにより、内燃機関の正常運転が本発明による方法によってできるだけ影響されないことが特に簡単に保証される。
【００１１】
本発明による方法の簡単な実行は、前記正規目標燃料量が、希望どおりにランダムに変化し且つその最高確率密度が１において存在する正規分布係数で乗算されることにある。
内燃機関の低温始動後に、その排気ガス浄化機能が開始される温度レベルに触媒をできるだけ急速にもたらすことが重要である。したがって、内燃機関のスタート直後の期間内における本発明による方法の実行が特に有利である。
【００１２】
基本的に、燃料は１回の噴射によって注入されても、または複数回の噴射によって注入されてもよい。前者は技術的に簡単であり、後者はエミッションに関して利点を有している。
【００１３】
本発明による方法は、ガソリン直接噴射内燃機関において基本的に既知であるように、  燃料が少なくとも上記期間の間均質分割噴射により噴射されるとき、特に有効である。これに対する変更態様において、噴射されるべき燃料量が希望どおりにランダムに且つ正規分布で変化される期間が、前記均質分割噴射が実行される期間に対応することが提案される。この場合、２つの均質分割噴射のうちの１つのみが正規分布係数で乗算されてもよく、このことは計算費用を低下させる。
【００１４】
個々の燃焼室内に噴射される燃料量の変化が、全ての燃焼室の１つの作業サイクル内において、燃焼室全体で平均された噴射されるべき目標燃料量が正規目標燃料量に対応するように結合されていることもまた可能である。このようにして、各作業サイクルにおいて、全噴射燃料量が正規目標燃料量に対応する。
【００１５】
図面
以下に本発明の特に好ましい実施例が添付図面により詳細に説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
実施例の説明
図１において、内燃機関全体が符号１０を有している。内燃機関１０は、対応する燃焼室１４ａ−１４ｄを有する４個のシリンダ１２ａ−１２ｄを含む。シリンダ１２ａが図２にきわめて詳細に示されている。吸気管１６および吸気弁１８ａ−１８ｄを介して燃焼空気が燃焼室１４ａ−１４ｄ内に到達する。この実施例においては、燃料はそれぞれインジェクタ２０ａ−２０ｄにより燃焼室１４ａ−１４ｄ内に噴射される。インジェクタ２０ａ−２０ｄは図示されていない「レール」に接続され、「レール」内に燃料が高圧で貯蔵されている。この場合、燃料はガソリンであり、即ち、図１に示されている内燃機関はガソリン直接噴射を備えたエンジン（ＢＤＥ）である。しかしながら、ガス状燃料、バイオ燃料または合成燃料の使用もまた考えられる。図示されていない実施例において、燃料はシリンダごとに吸気管内に噴射される。最終的に、以下に記載の原理のほとんどは、一般的に、オットー・サイクル・エンジン燃焼を備えた内燃機関ないしは外部点火を備えた内燃機関に対して適用される。
【００１７】
燃焼室１４ａ−１４ｄ内に存在する燃料／空気混合物はそれぞれ点火プラグ２２ａ−２２ｄにより点火される。高温の燃焼排気ガスは燃焼室１４ａ−１４ｄから排気弁２４ａ−２４ｄを介して排気管２６内に導かれる。排気ガスは触媒装置２８に到達し、触媒装置２８は排気ガス内の有害物質を転化し、これにより排気ガスを浄化する。内燃機関１０の運転は操作／制御装置３０により操作／制御され、操作／制御装置３０は、図１には示されていない種々の内燃機関１０のセンサおよびアクチュエータから信号を受け取る。自動車内に組み込まれている内燃機関１０のユーザがそれによりトルク希望を表現可能な加速ペダル伝達器がそれに属している。さらに、これらのセンサに、内燃機関１０の運転温度を測定する温度センサ、吸気管１６を介して燃焼室１４ａ−１４ｄ内に到達する空気質量を測定するＨＦＭセンサ（ホットフィルム式エアマスセンサ）、および触媒２８の範囲内に配置され且つ燃焼室１４ａ−１４ｄ内の燃料／空気混合物の比を測定するλ（空気過剰率）センサが属している。操作／制御装置３０により、例えば、インジェクタ２０、点火プラグ２２並びに図１に示されていない吸気管１６内の絞り弁が操作される（符号に添え字が与えられていないとき、これは、ここでおよび以下において、対応する符号が全ての同じ構成要素に対して適用されることを意味している）。
【００１８】
排気ガス内に含まれている有害物質の最適転化を達成するために、触媒装置２８は所定の作動温度を有していなければならない。低温内燃機関１０のスタート直後においては触媒装置２８もまた同様に低温であるので、この期間内においては排気ガス内に含まれている有害物質の転化率は比較的小さい。したがって、エミッションを低下させるために、低温内燃機関１０のスタート後において触媒装置２８をできるだけ急速に加熱することが必要である。
【００１９】
スタート後における触媒装置２８の最適加熱方式とは、この場合、未処理エミッションが低く同時に加熱電力が大きいことを意味する。このために、”ＨＳＰ”とも略される噴射方式「均質分割」が開発された。この噴射方式においては、シリンダ１２の吸気行程の間にインジェクタ２０により燃焼室１４内に第１の噴射が行われる。これにより、均質でしかもリーンなベース混合物が発生される。これが図２に３２で示されている。
【００２０】
第２の噴射が圧縮行程の間に行われる。この第２の噴射により、ピストン３４上部側の対応形状により支援されて、点火プラグ２２の範囲内に比較的リッチな雲状混合物が発生される。これが図２に３６で示されている。噴射時期、および第１の噴射および第２の噴射間の量の配分は、移動時間を考慮して、燃焼ミスファイヤがなく且つ同時に良好な回転規則性を有して十分に絞りのない運転を可能にする点火角が実現可能なように決定される。重心位置の遅れにより、放出されるエネルギーの大部分は機械的エネルギーに転化されず、排気流れ内に熱として放出される。これにより、触媒装置２８の急速加熱が可能である。
【００２１】
内燃機関１０の所定の回転速度ないしは所定のトルクを達成させるために、操作／制御装置３０により、各シリンダ１２ａ−１２ｄに対して所定の正規目標燃料量ｑｓｏｌｌ＿ｎｏｒｍが決定される。図３からわかるように、この燃料量は、各シリンダ１２ａ−１２ｄに対して（「シリンダごとに」）希望どおりに即ちランダム関数に対応してランダムに変化され且つその最高確率密度が１において存在する正規分布係数で乗算される。したがって、燃焼室１４内に対応インジェクタ２０により噴射されるべき目標燃料量ｑｓｏｌｌは正規目標燃料量ｑｓｏｌｌ＿ｎｏｒｍと異なっていてもよい。これは、上記の均質分割噴射方法が使用される各期間に対して適用される。内燃機関のスタートに直接続くこの期間は時点ｔＥにおいて終了する。
【００２２】
上記の係数の変化は、時点ｔＥにおいて終了する期間にわたり形成された、各シリンダ１２ａ−１２ｄに対する、噴射されるべき目標燃料量ｑｓｏｌｌの平均値が正規目標燃料量ｑｓｏｌｌ＿ｎｏｒｍに対応するように行われる。したがって、目標燃料量ｑｓｏｌｌと正規目標燃料量ｑｓｏｌｌ＿ｎｏｒｍとの間の比の平均値は、各シリンダ１２ａ−１２ｄに対して、上記期間の間は値１に対応する。全てのシリンダ１２ａ−１２ｄの各作業サイクルにおいて形成される比が図３に点により示されている。この比は各シリンダ１２ａ−１２ｄに対してそれぞれ値１の周りにランダムに変化していることがわかる。
【００２３】
ここで例として挙げた時点ｔ１における各燃焼室１４ａ−１４ｄの作業サイクルに対して、これは、燃焼室１４ａ内に比較的リーンな混合物が、燃焼室１４ｂ内に比較的リッチな混合物が、燃焼室１４ｃ内に同様に比較的リッチな混合物が、および燃焼室１４ｄ内にもまた比較的リッチな混合物が発生されることを意味している。燃焼室１４ａ内の比較的リーンな混合物により、この燃焼室１４ａから流出する排気ガス内に酸素過剰が得られ、一方、他の燃焼室１４ｂ、１４ｃおよび１４ｄから流出する排気ガス内に炭化水素過剰が得られる。排気管２６において、過剰酸素Ｏ２および炭化水素ＨＣは混合され且つそこで発熱反応を行い、この発熱反応が一方で触媒装置２８の直前における排気温度を上昇させる。
【００２４】
同様にここで例として挙げた時点ｔ２においては、燃焼室１４ｃおよび１４ｄ内に比較的リーンな混合物が、一方、燃焼室１４ａおよび１４ｂ内に比較的リッチな混合物が存在している。この結果、燃焼室１４ａおよび１４ｂから流出する排気ガスはＨＣ過剰を有し、一方、燃焼室１４ｃおよび１４ｄから流出する排気ガスはＯ２過剰を有している。これもまた同様に排気管２６内において上記の発熱反応を行い、この発熱反応が同様に排気温度を上昇させる結果をもたらす。さらに、時間的に変化するＨＣ過剰およびＯ２過剰の組み合わせは、排気ガスが触媒の加熱過程において均質となり、このことがこの過程内において未処理ＨＣエミッションおよび未処理ＮＯｘエミッションを低下させる結果をもたらす。
【００２５】
著しく加熱された排気ガスにより、内燃機関のスタート後において触媒装置２８は著しく加熱され、このことは、触媒装置２８が排気ガス内に含まれている有害物質の最適転化率を有するその作動温度を比較的急速に達成させる。このようにして、スタート直後に内燃機関１０から放出される有害物質が低減される。噴射されるべき目標燃料量ｑｓｏｌｌの希望どおりのランダムな変化により、内燃機関１０から発生されるべきトルクは全体としてほとんど影響されることはない。
【００２６】
図４に、排気温度Ｔが、最大許容ばらつきｄＱに対して、即ち目標燃料量ｑｓｏｌｌの変化の範囲内に対して目盛られている。ばらつきが低いときに既に明らかな温度上昇ｄＴが達成されることがわかる。逆に図５からわかるように、ばらつきｄＱが比較的小さいときに既に、スタート直後に内燃機関１０から放出される炭化水素の著しい低下ｄＨＣが形成されることがわかる。
【００２７】
上記の実施例においては、噴射されるべき目標燃料量ｑｓｏｌｌの変化が、各シリンダ１２ａ−１２ｄに対して個々に、しかも個々のシリンダ１２ａ−１２ｄに対して独立に行われる。しかしながら、個々の燃焼室の目標燃料量の変化を、全ての燃焼室の１つの作業サイクル内において燃焼室全体で平均された噴射されるべき燃料量が正規目標燃料量に対応するように結合することもまた可能である。
【００２８】
さらに、上記の実施例においては、希望どおりにランダムな意図的な変化から出発された。例えば周期関数の形で、好ましくは種々の周期を有する正弦関数または等しい周期で且つ所定の位相シフトを有する正弦関数の形で、「固定に」制御された変化を形成することもまた考えられる。このとき、変化により、各シリンダに対して、所定の時間経過に対応して、追加燃料量またはより少ない燃料量が決定され、これが正規目標燃料量と加算されて目標燃料量を与える。代替態様として、正規目標燃料量が、上記のように、例えば値＞１および値＜１の間で周期的に変化する係数で乗算されてもよい。さらに、時間経過（例えば振幅および周期により定義される正弦関数において）が内燃機関の実際運転状態例えば運転温度の関数であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、それぞれ１つの燃焼室を有する複数のシリンダを備えた内燃機関の略示図を示す。
【図２】図２は、図１に示す内燃機関のシリンダ範囲の部分図を示す。
【図３】図３は、内燃機関のスタート直後における、図２に示す内燃機関の個々のシリンダに対する目標燃料量の正規目標燃料量に対する比が、時間に対して目盛られている線図を示す。
【図４】図４は、図１に示す内燃機関の触媒手前における排気温度が、目標燃料量の変化の範囲に対して目盛られている線図を示す。
【図５】図５は、放出される炭化水素の低下が、目標燃料量の変化の範囲に対して目盛られている、図４に類似の線図を示す。
【符号の説明】
【００３０】
１０    内燃機関
１２ａ−１２ｄ    シリンダ
１４ａ−１４ｄ    燃焼室
１６    吸気管
１８ａ−１８ｄ    吸気弁
２０ａ−２０ｄ    インジェクタ
２２ａ−２２ｄ    点火プラグ
２４ａ−２４ｄ    排気弁
２６    排気管
２８    触媒装置
３０    操作／制御装置
３２    リーンなベース混合物
３４    ピストン
３６    リッチな混合物雲
ｄＨＣ    放出される炭化水素の低下
ｄＱ    ばらつき
ｄＴ    温度上昇
ｑｓｏｌｌ    目標燃料量
ｑｓｏｌｌ＿ｎｏｒｍ    正規目標燃料量
ｔ    時間
ｔ１、ｔ２    時点
ｔＥ    期間（時点）
Ｔ    排気温度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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