(57)【要約】  本開示は、ターボチャージされる内燃機関（１０）及びその運転方法を提供する。この方法は、燃料が機関（１０）の少なくとも１つのシリンダ（２０）の中の自動着火条件より前に噴射される、第１のモードで機関（１０）を運転することを含む。この方法は、ターボチャージャのブースト圧を示す値が所定の判定基準を満たす場合、例えばブースト圧が低すぎるなどの場合に、自動着火条件より後の燃料噴射を含む第２の運転モードで機関（１０）を選択的に運転することをさらに含む。本開示の内燃機関（１０）は、制御アルゴリズムを記録したコンピュータ読取り可能媒体を有する物品を含む。この制御アルゴリズムは、予混合モードで機関（１０）を運転するための第１の手段、及び、ターボチャージャのブースト圧を示す値が所定の判定基準を満たす場合、予混合モードと従来モードとの混合モードで機関（１０）を選択的に運転するための第２の手段を含む。
2009504973.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料噴射器（５０）を少なくとも部分的に中に配置した少なくとも１つのシリンダ（２０）を含む内燃機関（１０）の運転方法であって、
自動着火条件が所与の機関サイクルにおいて生じる時点より前に、少なくとも１つのシリンダ（２０）に燃料チャージを噴射することを含む第１のモードで機関（１０）を運転するステップと、
機関（１０）と連結されたターボチャージャ（９０）のブースト圧を示す値を測定するステップと、
測定値が所定の判定基準を満たす場合、自動着火条件が少なくとも１つの後続の機関サイクルにおいて生じた時点の後に、少なくとも１つのシリンダ（２０）に燃料チャージを噴射することを含む第２のモードで機関（１０）を選択的に運転するステップと
を含む内燃機関の運転方法。
【請求項２】
第２のモードで機関（１０）を選択的に運転するステップが、
燃料噴射器（５０）の第１の噴霧パターンによって、少なくとも１つのシリンダ（２０）に第１の燃料チャージを噴射することと、
第１の噴霧パターンとは異なる、燃料噴射器（５０）の第２の噴霧パターンによって、少なくとも１つのシリンダ（２０）に第２の燃料チャージを噴射することと
を含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
第２のモードで機関（１０）を選択的に運転するステップが、ブースト圧を示す測定値が所定の閾値未満である場合、前記モードで機関（１０）を運転することを含む請求項２に記載の方法。
【請求項４】
第２のモードで機関（１０）を選択的に運転するステップが、少なくとも１つの後続の機関サイクルにおいて最初に第１の燃料チャージを、そして、少なくとも１つの後続の機関サイクルにおいて、第１の燃料チャージより遅い２番目に、前記第１の燃料チャージより少量の第２の燃料チャージを噴射することを含む請求項３に記載の方法。
【請求項５】
第２のモードで機関（１０）を選択的に運転するステップが、機関（１０）が利用可能な出力範囲のうちの低い方の部分にある場合、前記第２のモードで機関（１０）を選択的に運転することを含む請求項４に記載の方法。
【請求項６】
少なくとも１つのシリンダ（２０）含む機関ハウジング（１２）と、
前記少なくとも１つシリンダ（２０）の中に少なくとも部分的に配置される燃料噴射器（５０）と、
ターボチャージャ（９０）と、
前記ターボチャージャ（９０）のブースト圧を示す値を測定するための手段と、
前記ターボチャージャ（９０）と、測定のための前記手段とに連結された電子制御装置（３０）と
を備える内燃機関（１０）であって、
前記電子制御装置（３０）が、制御アルゴリズムを記録したコンピュータ読取り可能媒体を含み、前記制御アルゴリズムが、自動着火条件が少なくとも１つのシリンダ（２０）に生じる時点より前に、前記少なくとも１つのシリンダ（２０）に燃料を噴射することを含む第１のモードで機関（１０）を運転するための手段と、測定値が所定の判定基準を満たす場合、自動着火条件が少なくとも１つのシリンダ（２０）に生じた時点の後で、前記少なくとも１つのシリンダ（２０）に燃料を噴射することを含む第２のモードで機関（１０）を選択的に運転するための手段とを含む
内燃機関。
【請求項７】
機関（１０）を第２のモードで選択的に運転するための前記手段が、
自動着火条件が、所与の機関サイクルの間に生じる時点より前に、前記少なくとも１つのシリンダ（２０）に燃料を噴射するための第１の手段と、
自動着火条件が、所与の機関サイクルの間に生じた時点の後に、前記少なくとも１つのシリンダ（２０）に燃料を噴射するための第２の手段と
を含み、
前記燃料噴射器（５０）が、少なくとも１つのシリンダ（２０）の軸に対して第１の平均噴霧角度で配置されかつ第１の噴霧パターンを画定する噴射オリフィス（５８）の第１のセット、及び、前記第１の平均噴霧角度より大きい第２の平均噴射角度で前記軸に対して配置されかつ第２の噴霧パターンを画定する噴射オリフィスの第２のセットを含む混合モード燃料噴射器であって、
前記第１の手段が、前記第１の噴霧パターンによって燃料を噴射するための手段を含み、
前記第２の手段が、前記第２の噴霧パターンによって燃料を噴射するための手段を含む
請求項６に記載の内燃機関（１０）。
【請求項８】
前記制御アルゴリズムが、少なくとも１つのマップを含む開ループ制御アルゴリズムを含む請求項６に記載の内燃機関（１０）。
【請求項９】
少なくとも１つのシリンダ（２０）のシリンダ圧及びシリンダ圧の変化率のうち少なくとも一方を示す値を測定するための手段
をさらに備え、
前記制御アルゴリズムが、シリンダ圧及びシリンダ圧の変化率のうち少なくとも一方を示す測定値に対応するフィードバック期間を含む閉ループ制御アルゴリズムを含む
請求項６に記載の内燃機関（１０）。
【請求項１０】
制御アルゴリズムを記録したコンピュータ読取り可能媒体を備える物品であって、前記制御アルゴリズムが、燃料噴射器（５０）を少なくとも部分的に中に配置した少なくとも１つのシリンダ（２０）を有する内燃機関（１０）のターボチャージャ（９０）のブースト圧を示す値を測定するための手段を含み、前記制御アルゴリズムがさらに、測定値が所定の閾値を超える場合には、予混合モードで前記機関（１０）を運転するための第１の手段、及び、測定値が所定の閾値未満である場合には、予混合モードと従来モードとの混合モードで前記機関（１０）を選択的に運転するための第２の手段を含む物品。  
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は一般に、ターボチャージされる内燃機関及びその運転方法に関する。より詳しくは、本開示は、ターボチャージャのブースト圧を示す値が所定の判定基準を満たす場合、この種の機関を異なるモードで運転する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関および機関運転方式は洗練され続け、設計および運転における革新はほとんど毎日明らかにされている。近年における多数の設計変更の背後にある推進力の１つは、排出物に対する厳しい要求事項が次第に増加してきていることである。排出物の質を改善する一般的な方法の１つは、機関の下流での燃焼生成物の処理に関するものである。言い換えれば、機関で発生する排気ガスは、望ましくない成分を除去するか、あるいは低減させる試みの中で、様々な化学的及び／又は物理的プロセスによって処理される。他の機関開発者は、燃焼プロセス自体により重点を置いてきている。燃料噴射量、頻度、タイミング及びさらに噴霧パターンの種類まで操作することによって、機関排出物に対するさまざまな効果があることが示されてきた。様々な窒素―酸素化合物（集合的に「ＮＯｘ」として知られている）に関する排出規制に対する次第に厳しくなる政府要求は、技術者にとって特に関心のあるところである。
【０００３】
内燃機関シリンダ内で着火前に空気と燃料を予備混合することは、機関排気中のＮＯｘレベルを低下させることに役立ち得ることがわかっている。特に、１つの方法は、「予混合（ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ  ｃｈａｒｇｅ）」着火として周知の技術である。圧縮着火式機関において、この方法は、「ＨＣＣＩ」と広く呼ばれる。予混合モードでは、燃料は、シリンダ内の条件が自動着火を引き起こす、機関サイクル中の時点より前に、圧縮着火式機関シリンダに噴射され得る。これは、燃料が機関サイクル中の上死点の近く、又は、そうでない場合、自動着火が発生し得る時点で主として噴射されるというより従来の方式と異なる。言い換えれば、燃料は燃料噴射器先端から離れるときから、ほぼ連続的に燃焼し続けるというよりはむしろ、ＨＣＣＩモードでは、ピストンがシリンダ内を上方に移動するにつれて、燃料と空気が比較的長い時間をかけて混合するように、燃料は自動着火条件に先立って噴射され得る。
【０００４】
予混合運転は、機関の外部及び内部の様々な運転条件に比較的影響されやすい。周囲の温度及び圧力は、機関サイクルにおける自動着火条件のタイミングと同様に、例えば、機関が予混合モードにおいて正常に動作する能力に影響を及ぼし得る。かかる機関は、普通はターボチャージャと連結され、良好で予測可能な運転に対して様々な追加の難題をもたらす。
【０００５】
詳細には、ＨＣＣＩ運転は、燃焼エネルギーを機械エネルギーに比較的効率的に変換するので、ＨＣＣＩ運転中のターボチャージャのブースト圧は、所与の燃焼した燃料の量に対して、比較的より低くなり得る。従来の運転中と比べて、所与のシリンダ内の比較的より多くの燃焼のエネルギーが、ピストン運動の機械エネルギーに変換される。したがって、熱及びガス圧の形で排気系に移動させられるエネルギーはより少なく、ターボチャージャのスピードは従来の運転から予想されるものより比較的に低くなり得る。機関がその利用可能な出力範囲の低い方の部分に向かってＨＣＣＩモードで作動しているとき、例えば低負荷時又はアイドリング時では、この現象は特に明白である。
【０００６】
ＨＣＣＩ運転の高められた効率が様々な効果を提供すると共に、ＨＣＣＩモードの噴射された燃料は、より一様に着火しやすく、多くの場合、同程度の燃料量の従来の着火より、比較的大きなピークのシリンダ圧及び圧力スパイクを発生する。動力要求、したがって、噴射された燃料量が増加するにつれて、機関では、機関の有するリスクであるＨＣＣＩに由来する物理的応力が、機関本体構造部に損傷を与える段階に到達する場合がある。
【０００７】
シリンダ圧上昇速度及びピークシリンダ圧の制御は、高い空燃比における運転、又は排気ガスのような希釈剤を燃焼混合気に加えることにより、これまで一般的に達成されてきた。しかし、これらの方法は、ＨＣＣＩ運転から生じるシリンダ圧を管理するとき、効果がないことが多くの実例において示された。
【０００８】
複数の運転モードを有しているターボチャージされる内燃機関の１つの種類が、ｚｕｒ  Ｌｏｙｅらに交付された（特許文献１）に開示されている。ｚｕｒ  Ｌｏｙｅのシステムは、様々な機関運転要求及び条件を満たすようにモードを切り替えることができるように見えると共に、二重燃料噴射器を利用し、比較的複雑な本体構造部及び電子制御を必要としている。
【０００９】
【特許文献１】米国特許第６，５６１，１５７号明細書
【特許文献２】米国特許第６，７２５，８３８号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本開示は、上述した問題又は欠点の１つ以上に向けられる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
一つの態様では、本開示は、燃料噴射器を少なくとも部分的に中に配置した少なくとも１つのシリンダを含む内燃機関を運転する方法を提供する。この方法は、所与の機関サイクル中に自動着火条件が生じる時点より前に少なくとも１つのシリンダに燃料チャージを噴射することを含む第１のモードで機関を運転するステップと、機関と連結されたターボチャージャのブースト圧を示す値を測定するステップとを含む。この方法は、その測定値が所定の判定基準を満たす場合には、少なくとも１つの後続の機関サイクル中に自動着火条件が生じた時点の後で少なくとも１つのシリンダに燃料チャージを噴射することを含む第２のモードで機関を選択的に運転するステップをさらに含む。
【００１２】
別の態様では、本開示は、少なくとも１つのシリンダを有する機関ハウジングを含む内燃機関を提供する。燃料噴射器は、少なくとも１つのシリンダの内に少なくとも部分的に配置される。内燃機関は、ターボチャージャ及びターボチャージャのブースト圧を示す値を測定するための手段をさらに含む。電子制御装置が、さらに設けられ、かつ、ターボチャージャと、測定するための手段とに連結される。この電子制御装置は、制御アルゴリズムを記録したコンピュータ読取り可能媒体を含む。この制御アルゴリズムは、自動着火条件が少なくとも１つのシリンダ内で生ずる時点より前に、少なくとも１つのシリンダに燃料を噴射することを含む第１のモードで機関を運転するための手段を含む。この制御アルゴリズムは、測定値が所定の判定基準を満たす場合には、少なくとも１つのシリンダ内で自動着火条件が生じた時点の後で少なくとも１つのシリンダに燃料チャージを噴射することを含む第２のモードで機関を選択的に運転する手段をさらに含む。
【００１３】
さらに別の態様では、本開示は、制御アルゴリズムを記録したコンピュータ読取り可能媒体を含む物品を提供する。この制御アルゴリズムは、燃料噴射器を少なくとも部分的に中に配置した少なくとも１つのシリンダを有する内燃機関内のターボチャージャのブースト圧を示す値を測定するための手段を含む。この制御アルゴリズムは、測定値が所定の閾値を超えた場合に、予混合モードで機関を運転するための第１の手段と、所定の値が所定の閾値未満の場合に、予混合モードと従来モードとの混合モードで機関を選択的に運転する第２の手段をさらに含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１を参照すると、本開示による機関１０が示されている。機関１０は、少なくとも１つのシリンダ２０を有する機関ハウジング１２を含む（例えば、複数のシリンダが機関ハウジング１２内に配置されている）。機関１０は、シリンダ２０内に少なくとも部分的に配置され、従来の方法で、シリンダの中を往復可能なピストン１４をさらに含んでもよい。ピストンロッド１６は、ピストン１４をクランクシャフト１８と、従来の方法で連結する。溜出ディーゼル燃料のような加圧燃料の源、すなわち、ポンプ４０は、設けられ、かつ、コモンレール４２及び供給経路４６を介して複数の燃料噴射器５０に流体結合され得る。機関１０は、一般的に複数のシリンダ（各々、対応する燃料噴射器を備えている）を含むが、明確にするため、ここでの記述は、主として単一のシリンダ２０及び燃料噴射器５０に言及する。一実施形態において、機関１０は、コモンレールディーゼル機関であると考えられるが、一方、代替実施形態では、例えば、それぞれの燃料噴射器と連結された１つ以上のユニットポンプを有する機関、又は例えば炭化水素ガス燃料など他の燃料を使用している機関が考えられる。機関ハウジング１２は、吸気マニホールド７１、排気マニホールド７２及びターボチャージャ９０とさらに連結されてもよい。
【００１５】
機関１０は、機関１０の運転のある１つの状況を制御及び／又はモニタするように作動可能な電子制御装置３０をさらに含むことができる。図１に示した実施形態において、電子制御装置３０は、通信ライン８１を介して一組のオペレータ制御装置８０と通信する。電子制御装置３０は、シリンダ２０の流体圧力にさらされる圧力センサ３６と通信することもできる。例えば、圧力センサ３６は、少なくとも部分的にシリンダ２０内に配置され、かつ通信ライン３７を介して電子制御装置３０に連結されてもよい。機関シリンダの２つ以上又は全てが圧力センサに連結されている実施形態と同様に、ただ１つのシリンダが、そのシリンダに関連する圧力センサを含む実施形態が考えられる。圧力センサ３６は、従来技術で周知である様々な圧力センサの、例えば、シリンダ２０からの流体圧力によって歪められるダイヤフラムを有するピエゾ抵抗センサなどのいかなるものであってもよい。
【００１６】
機関１０は、少なくとも部分的に排気マニホールド７２内に、又は排気システムの他の場所に配置され、かつ通信ライン９５を介して電子制御装置３０と通信する温度センサ９４をさらに含むことができる。ターボチャージャシャフト回転速度センサ９２は、ターボチャージャ９０と連結され、かつ、他の通信ライン９３を介して電子制御装置３０と通信することができる。さらに吸気マニホールド圧力センサ９８が設けられ、かつ吸気マニホールド７１の流体圧力にさらされ、そして、さらにもう一つの通信ライン９９を介して電子制御装置３０と通信することができる。機関１０は、通信ライン１７を介して電子制御装置３０に連結するクランク角度センサ１５をさらに含んでもよい。さらに、機関１０は、さらにもう一つの通信ライン３３を介して電子制御装置３０に連結するスピード及び／又は荷重センサ３１を含んでもよい。
【００１７】
さらに図２を参照すると、電子制御装置３０は、他の通信ライン５１を介して各燃料噴射器５０と制御通信してもよい。各燃料噴射器５０は、少なくとも部分的にシリンダ２０内に配置される、従来の燃料噴射器又は混合モード燃料噴射器であってもよい。様々な適切な混合モード燃料噴射器が、周知の技術である。１つの例示的な混合モード燃料噴射器は、Ｓｈａｆｅｒらに交付された（特許文献２）で知られている。他の適切な混合モード燃料噴射器は噴射器５０であり、その一部分を図２に示す。
【００１８】
噴射器５０は、二重同心チェックの燃料噴射器（ｄｕａｌ  ｃｏｎｃｅｎｔｒｉｃ  ｃｈｅｃｋ  ｆｕｅｌ  ｉｎｊｅｃｔｏｒ）であってもよく、第１の、即ち外側のチェック５２及び第２の、即ち内側チェック６２を含む。外側チェック５２は、第１のシート５６から離れるように、あるいは、向かうように移動することによって、噴射オリフィス５８の第１のセットを、それぞれ開閉するよう作動可能な第１の弁部材５４を含んでもよい。次に、内側チェック６２は、第２のシート６６から離れるように、あるいは、向かうように移動することによって、第１のセット５８とは異なる第２のセットの燃料オリフィス６８を、それぞれ開閉するよう作動可能な第２の弁部材６４を含んでもよい。制御弁組立体７０は、燃料噴射器５０、及び外側チェック５２および内側チェック６２の開閉を制御するための電子制御装置３０と連結してもよい。１つの考えられた実施形態において、電子制御装置３０は第１のチェック５２及び第２のチェック６２の１つ又は両方を選択的に開き、噴射オリフィスの要求された対応セットを通して燃料を噴射する。本明細書において記載されているように、電子制御装置３０は、所与の機関サイクルの間の選択された時間において、それぞれの噴射を命令するようにさらに作動可能であってもよい。
【００１９】
噴射オリフィス５８の第１のセットは、シリンダ２０のＺ軸に対して第１の平均噴霧角度αで配置される複数の噴射オリフィスを含んでもよい。噴射オリフィス６８の第２のセットは、第１の平均噴霧角度αより大きい第２の平均噴霧角度θでＺ軸に対して配置される、第１のセット５８とは異なる複数の噴射オリフィスを含んでもよい。噴射オリフィス５８は、燃料噴射器５０の第１の噴霧パターンを画定し、一方、噴射オリフィス６８は、燃料噴射器５０の第２の、異なる噴霧パターンを画定する。噴射オリフィス５８の第１のセットによる燃料噴射は、主として予混合モード、即ちＨＣＣＩ運転用であり得、一方、第２のセット６８による燃料噴射は、主として従来の拡散燃焼運転用であり得ると考えられる。例えば、それぞれの噴射について、比較的大きい燃料噴射量が要求される実施例に対しては、第１のセット５８と第２のセット６８の両方による同時噴射が行われてもよい。本明細書において記載されるように、予混合モードと従来モードとの混合、又は連続モードの運転は、同じ機関サイクル間に選択的に使用されてもよい。当業者は、本開示の範囲内において、異なる噴霧パターンを提供するための代替手段が使用され得るということを理解できるであろう。例えば、異なる平均噴霧角度を有している噴射オリフィスの別々のセットよりはむしろ、異なるサイズまたは異なる数を有しているオリフィスのセットが、燃料噴射器５０の２つ以上の利用可能な噴霧パターンを提供するために利用され得る。さらに、ただ１つの噴霧パターンを有している従来の燃料噴射器が使用されてもよい。
【００２０】
本開示は、少なくとも部分的にシリンダの中に配置される、例えば、混合モード噴射器５０などの燃料噴射器を有する少なくとも１つのシリンダ２０を含む内燃機関１０を運転する方法をさらに提供する。この方法は、ＨＣＣＩ燃焼イベントからのシリンダ圧及び圧力スパイクを管理するためにターボチャージャのブースト圧を増加させることを主に目的とする。ターボチャージャ９０によってシリンダ２０に供給される圧縮空気は、いくつかの実例において、シリンダ圧力スパイク及びピークのシリンダ圧を制限する効果を有する可能性がある。これは、少なくとも一部は、燃焼中の不活性のヒートシンクとして基本的に作用する空気の構成物質に起因すると考えられ、加圧されたシリンダチャージ空気に、加圧されない外気より比較的高い熱容量を与える。したがって、ＨＣＣＩ燃焼上昇速度及びピークのシリンダ圧は許容範囲内のレベルに維持され得る。本明細書で記載されているように、チャージ空気中の残留、未燃焼の酸素は後続の従来の燃焼イベントにおいて使用されてもよい。
【００２１】
この方法は、自動着火条件が所与の機関サイクルで生じる時点より前に、少なくとも１つのシリンダ２０へ燃料チャージを噴射することを含む第１のモードで機関１０を運転するステップを含んでもよい。第１の運転モードでの燃料チャージの噴射は、例えば、噴射オリフィス５８の第１のセットによって画定されるＨＣＣＩ噴霧パターンなどの燃料噴射器５０の第１の噴霧パターンによりシリンダ２０に燃料チャージを噴射するステップを含んでもよい。燃料チャージを噴射するステップは、所与の機関サイクルの間に、対応するピストン１４が上死点にある時点より前に燃料チャージを噴射することをさらに含んでもよい。第１の運転モードは、純粋なＨＣＣＩモードであってもよい。
【００２２】
この方法は、ターボチャージャ９０のブースト圧を示す値を測定するステップをさらに含んでもよい。本明細書において使用されるように、「〜を示す値」という句は、興味があるパラメータ又は特性の直接測定値と同様に、興味があるパラメータ又は特性の評価値及び／又は推測値、ならびに興味があるパラメータ又は特性と周知の関係を有する他のパラメータ又は特性の間接測定値の両方を指すものと理解されなければならない。ブースト圧を示す値を測定するための１つの手段が、吸気マニホールド７１のガス圧を測定するように作動可能な吸気マニホールド圧力センサ９８によるものである。ブースト圧を示す値を測定するための他の手段は、温度センサ９４である。ターボチャージャ回転速度、したがってブースト圧は一般的に機関排気の温度に関係するので、排気温度は、興味がある特性の間接的な測定／評価を可能にする値の例である。ブースト圧を示す値を測定するためのさらにもう１つの手段は、スピードセンサ９２によるものである。ターボチャージャシャフト回転速度は、ブースト圧に関係しているとして知られている、したがって、ブースト圧を示す値は、ターボチャージャシャフト回転速度を測定することによって決定してもよい。
【００２３】
この方法は、ブースト圧を示す測定値が所定の判定基準を満たす場合には、少なくとも１つの後続の機関サイクル中に自動着火条件が生じた時点の後で、シリンダ２０に燃料チャージを噴射することを含む第２のモードで機関１０を選択的に運転するステップをさらに含んでもよい。例えば、測定値が所定の閾値未満、すなわち、ブースト圧が低すぎる場合に、第２のモードの運転が発生してもよい。第２のモードにおける運転は、少なくとも１つの後続の機関サイクル中の、自動着火条件が生じる時点より前に、他の燃料チャージの噴射を含んでもよい。言い換えれば、第２の運転モードは、同じ機関サイクル中のＨＣＣＩ及び従来の噴射の両方を備えた混合モードを含んでもよい。第２のモードの混合モードバージョンで運転するとき、第１および第２の燃料チャージの噴射が一般的に同じ機関サイクル中に起こると考えられる、しかし、本明細書に記載されているように、従来の噴射及びＨＣＣＩ噴射が連続した、又は交番の機関サイクルにおいて発生することができ、ターボチャージャ９０の回転速度を上げ、したがって、そのブースト圧を増加させる。
【００２４】
第２のモードの混合モード実施形態での運転は、１つ以上の後続の機関サイクルにおける自動着火条件の前後に、それぞれ第１の噴射及び第２の噴射を含んでもよい。第１の燃料チャージの噴射は噴射器５０の第１の噴霧パターンによるＨＣＣＩ噴射であってもよい、一方、第２の燃料チャージの噴射は噴射器５０の第２の噴霧パターンによる従来タイプの噴射であってもよい。ピストン１４が、所与の機関サイクル中に上死点位置に到達したとき、又は後に、第２の燃料チャージの噴射が起こってもよいとさらに考えられる。言い換えれば、自動着火条件が最初にシリンダ２０において出現した時点の後に、第２の燃料チャージの噴射が起こってもよい。
【００２５】
内燃機関におけるすべての燃焼イベントと同様に、第２の、従来の燃料チャージを燃焼させることによる燃焼エネルギーの一部は、シリンダ２０の中で機械エネルギーに変換されない。シリンダ２０内に燃焼後に残存するエネルギーの一部は、燃焼生成物の圧力及び温度、ならびに、おそらくシリンダ２０から出る未燃焼ガスの形で、従来の方法でターボチャージャ９０の機械エネルギーに変換され得る。一般に、シリンダ２０の自動着火条件が最初に発生した後、遅延を比較的より長くすると、利用可能な燃焼エネルギーの比較的より大きい部分がターボチャージャ９０へ移されることが可能となる。
【００２６】
したがって、第２の燃料チャージの噴射のタイミングは、ターボチャージャ９０へ送ることが望まれる利用可能な燃焼エネルギーの相対的な割合に少なくとも部分的に依存してもよい。比較的急速にターボチャージャ回転速度を上げて、結果的にブースト圧を高めることが望ましい場合、第２の燃料チャージの噴射が、所与の機関サイクルの比較的後の時点に生じてもよい。自動着火条件の発生と第２の燃料チャージの噴射のタイミングとの間の遅延は、シリンダ２０の中で機械エネルギーに変換される燃焼エネルギー対ターボチャージャ９０で機械エネルギーに変換される燃焼エネルギーの相対的な割合を変化させるように調整され得る。比較的、より徐々にターボチャージャ回転速度を上げることが望ましい場合、従来の圧縮着火式運転において一般的であるように、第２の噴射が機関サイクルの比較的初期、例えば自動着火条件の発生の直前、又は実質的に同時に発生してもよい。
【００２７】
当業者は、第２の運転モードでの従来の噴射の相対的タイミングは、機関１０の排出物の質に影響を与える可能性があるということを理解できるであろう。例えば、所与の機関サイクルにおいて比較的遅れて噴射することは、より早めの従来の噴射よりターボチャージャ９０により利用され得る比較的多い排気エネルギーを生じさせるが、一方、機関１０からの様々な望ましくない排気物の割合を増加させる可能性がある。
【００２８】
第２の燃料チャージで噴射される燃料の量は、同じく、ターボチャージャ９０で利用することが望まれる燃焼エネルギーの量に依存して変化してもよい。この所定の燃料量は、少なくとも部分的に、測定されたブースト圧を示す値に基づいて選択されてもよい。例えば、ブースト圧が比較的低い場合、各々の各第２の燃料チャージあたりの、少なくとも１つの後続の機関サイクルにおける比較的大きい燃料の量を噴射することが望ましい可能性がある。ブースト圧が比較的高い場合、それでも、まだ所定の判定基準を満たす、例えば所定の閾値未満の場合、各々の第２の燃料チャージあたり比較的少ない燃料量を噴射することが望ましい可能性がある。
【００２９】
従来の機関の運転は、一般的に、少なくとも特定の排出物に関して、ＨＣＣＩより比較的劣った排出物の質を生じることは当技術分野で周知である。したがって、第２の噴射における比較的大きい燃料噴射量の好ましさは、要求される又は可能な機関１０に対する排出物プロファイルに依存する可能性がある。同様に、本明細書においても議論したように、第２の噴射の相対的タイミングは、排出物プロファイルに影響を与える可能性があり、設計者／運転者は、特定の運転方針に到達するさい、様々な要因をバランスさせることができる。
【００３０】
本開示による第２のモードにおける選択的な運転は、機関１０が動力出力範囲の低い方の部分にある場合に主に使用されるとさらに考えられる。機関１０が比較的高速又は高負荷で運転している場合、例えば、ターボチャージャ９０は、純粋なＨＣＣＩモードでの運転が実行可能であるように、一般的に充分なブースト圧を提供している。
【００３１】
電子制御装置３０は、制御アルゴリズムを記録しているＲＡＭ、ＲＯＭ又は他の媒体のようなコンピュータ読取り可能媒体を含んでもよい。この制御アルゴリズムは、第１モードで機関１０を運転するための手段を含む、例えば、ＨＣＣＩ運転のために、シリンダ２０の中に自動着火条件が生じる時より前に、混合モード燃料噴射器５０の第１の噴霧パターンによってシリンダ２０内に燃料を噴射することを含んでもよい。制御アルゴリズムは、第２のモードで選択的に機関１０を運転させるための手段、例えば、本明細書において記載されているように、ブースト圧を示す測定値が所定の判定基準を満たす場合、自動着火条件が、シリンダ２０の中で生じた時点の後で、混合モード燃料噴射器５０の第２の噴霧パターンによってシリンダ２０に燃料を噴射することをさらに含んでもよい。
【００３２】
１つの考えられた実施形態において、制御アルゴリズムが、ターボチャージャ９０のブースト圧を示す値を測定するための手段もまた含んでもよい。かかる実施形態の制御アルゴリズムが、測定値が所定の判定基準を満たす場合、従来のモードで機関１０を運転させるための第１の手段、ならびに予混合モードと従来モードとの混合モードで機関１０を運転させるための第２の手段をさらに含んでもよい。
【００３３】
制御アルゴリズムは、特定の機関サイクルの間、機関１０のクランク角度を示す値を測定するための手段をさらに含んでもよい。第２のモードで機関１０を選択的に運転する手段は、例えば、自動着火条件より前の時点に対応する、所定のクランク角度範囲の前の少なくとも１つの後続の機関サイクルの間の時点で、第１の、すなわち、ＨＣＣＩ燃料噴射のための手段を含んでもよい。第２のモードで機関１０を選択的に運転する手段は、例えば、自動着火条件より後の時点に対応する、所定のクランク角度範囲より後の少なくとも１つの後続の機関サイクルの間の時点で、第２の、すなわち、従来の燃料噴射のための手段を含んでもよい。
【００３４】
この制御アルゴリズムは、開ループ制御アルゴリズムでもよく、少なくとも１つのマップを含む。測定されたブースト圧は、第２のモードでの運転の開始のためのトリガーとしてそれ自体で働いてもよい。ブースト圧に関する他の変数も、第２モードでの運転を開始させてもよい。例えば、ターボチャージャシャフト回転速度が特定の閾値未満に、又は、所定の範囲内にある場合、第２の運転モードによる補足的な、従来の噴射は、望ましい可能性があり、そして、機関運転は第１の運転モードから第２の運転モードに移行されてもよい。同様に、機関１０の動力出力が特定の閾値未満にある場合、第２のモードの運転は望ましい可能性がある。排気温度又は動力要求は、より大きなブースト圧が必要とされるというインジケータとしても役立つかもしれない。第２の、従来の噴射の噴射圧、所要時間又はタイミングのいずれも、特定のブースト圧、排気温度、などに特にマップされてもよい。かかるマップは、実験室試験機、コンピュータモデリング、などに基づいて作成されてもよい。この少なくとも１つのマップは、ルックアップテーブル、ニューラルネットワーク等を備えてもよい。
【００３５】
制御アルゴリズムは、例えば、シリンダ２０のシリンダ圧及び／又はシリンダ圧の変化率に対応するフィードバック期間を含む閉ループ制御アルゴリズムであってもよい。このような実施例では、電子制御装置３０は、シリンダ圧及び／又はシリンダ圧の変化率をモニタしてもよい。シリンダ圧が所定の閾値及び／又は所与の機関サイクルごとの、所定の好ましい最大の上昇速度に達する場合、電子制御装置３０は、第２モードでの運動を選択的に開始し、かつブースト圧を上昇させるために、少なくとも１つの後続の機関サイクルで従来の燃料噴射を命令してもよい。電子制御装置３０は、機関サイクルごとの従来の噴射はシリンダ圧が許容レベルまで戻る、あるいは、シリンダ圧を許容に保持するのに必要なだけ長い時間継続してもよいように、シリンダ圧特性を連続的にモニタすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
機関１０が利用可能な動力の出力範囲の低い方の部分にある場合に、本発明で開示された方法が適用できると考えられる。純粋なＨＣＣＩモード（第１のモード）のより低い動力レベルで運転するときに、ターボチャージャ９０からのブースト圧は、過剰なシリンダ圧及びシリンダ圧力スパイクによって機関本体構造部を危うくする危険なしに運転させるには十分ではない可能性がある。本明細書に記載されているように、噴射された燃料は、比較的より急速に着火し、かつ、より完全に燃焼するのと同様に比較的より冷たい燃焼を行う傾向があるので、純粋なＨＣＣＩ運転は、ターボチャージャ９０を駆動するには比較的より小さな利用可能な排気エネルギーに結果としてなる傾向があり、そして、従来の噴射によるより、燃焼エネルギーの比較的より大きな部分をピストン１４の機械エネルギーに変換する。したがって、第２の作動モード（例えば機関サイクルごとにＨＣＣＩ噴射及び従来の噴射を使用する）は、要求されたブースト圧を与えるまで、ターボチャージャ９０を「スピンアップ」するための追加排気エネルギーを提供するために利用され得る。本明細書に記載されているように、従来の噴射は、所与の機関サイクルの間、ＨＣＣＩ噴射と一緒に使用されてもよい、しかし、ターボチャージャ９０が必要なブースト圧を提供するまで、従来の運転だけが使用されてもよい。この開示によってブースト圧を上昇させるために、継続的な機関サイクルにおいて、同じシリンダで、純粋なＨＣＣＩモードと従来のモードが交互に現れてもよい。本方法は、機関１０が、利用可能な動力の出力範囲のより低い部分で連続的に運転する場合と同様に、機関１０の動力出力がより低い負荷領域を越えて上昇している場合にも適用できるであろう。
【００３７】
図３を参照すると、フローチャート１００と関連して示される本開示による例示的な制御プロセスが示されている。このプロセスは、開始、枠１１０、から始まる。枠１１０から、プロセスは枠１２０へ進むことができる。そこにおいて、機関１０は、例えば所与の機関サイクルで混合モード噴射器５０の第１の噴霧パターンによる燃料チャージの噴射によって、その第１モードで運転される。第１の噴霧パターンによる噴射が、燃料がシリンダ２０の壁の方よりはむしろその中の方に比較的深く導かれるように、噴射オリフィス６６の第１のセットによるものあってもよいことが思い出されるであろう。記載されているように、第１モードの各噴射は、自動着火条件がシリンダ２０内に生じる時点より前に、例えば、ピストン１４が上死点位置に到達するより前に生じるＨＣＣＩ噴射でもよい。
【００３８】
プロセスは、枠１２０から枠１３０へ進むことができる。そこにおいて、ブースト圧を示す記載されている値が測定され得る。記載されたように、多くのパラメータは、すべて測定されてもよいし、主題の値を測定するために推定又は推論されてもよい。電子制御装置３０は、例えば、センサ９８を介して吸気マニホールドの空気圧を測定してもよい。プロセスは、枠１３０から枠１４０へ進むことができる。そこにおいて、電子制御装置３０は、値が所定の閾値未満であるかどうかを測定することができる。所定の閾値は、シリンダ圧及びシリンダ圧力スパイクは、機関１０によって適応され得る限度の範囲内にあることを確実にするのに十分なブースト圧を表すことができる。閾値が達成されない場合、第２のモードが適用され、そして、従来の噴射が、ＨＣＣＩ噴射と連動して又は単独で、ターボチャージャ９０をスピンアップするのに使用される。
【００３９】
ブースト圧が所定の閾値未満ではない場合、電子制御装置３０は補足的な従来の燃料噴射が必要でないと決定することができ、そして、プロセスは枠１６０、終了へ進むことができる。プロセスが、枠１４０から枠１６０へ直接進む場合、従来の噴射を用いる必要なしに充分なブースト圧が供給される場合、機関１０が、動力出力範囲内で、又は所定の動力出力閾値以上で運転されるように決定されるので、モード間でのスイッチングの為の制御ロジックが使用禁止にされてもよい。モードをスイッチングするための制御ロジックの禁止は、直接動力出力にマップされてもよい。機関１０がその利用可能な動力出力範囲の低い方の部分に戻る場合、しかし、または、そこで、ブースト圧は、所定の閾値未満に戻る場合、制御ロジックは、必要なら、第２モードが使用され得るように再開してもよい。
【００４０】
測定値が、枠１４０で所定の閾値未満にある場合、プロセスは、枠１５０へ進むことができる。そこにおいて、機関１０は、第２モードにおいて運転され、そして、電子制御装置３０は、少なくとも１つの後続の機関サイクルにおいて、噴射器５０の第２噴霧パターンによる、又は、少なくとも１つの後続の機関サイクルにおいて、第１の噴霧パターン及び第２の噴霧パターンの両方による燃料チャージの噴射を命令する。本明細書において記載されているように、フローチャート１００において示される制御プロセスは、開ループ制御プロセスでもよい。したがって、第２のモードの燃料噴射のタイミング、継続時間、噴射圧、などは、枠１３０において測定されるブースト圧を示す値にマップされてもよい。
【００４１】
図４を参照すると、本開示による他の例示的な制御プロセスを示すフローチャート２００が示されている。本明細書に記載されているように、図４に示されるプロセスは閉ループ制御プロセスを含んでもよい。プロセスは、枠２１０、開始、から始まり、そして、その時から枠２２０へ進むことができる。そこにおいて、電子制御装置３０は、第１モードで機関１０を運転し、かつ所与の機関サイクルで噴射器５０の第１の噴霧パターンによる燃料チャージの噴射を命令してもよい。枠２２０から、プロセスは、枠２３０へ進むことができる。そこにおいて、本明細書に記載されているように、ブースト圧を示す値の測定が発生してもよい。枠２３０から、プロセスは、枠２４０へ進むことができる。そこにおいて、電子制御装置３０は、値が所定の閾値未満にあるかどうかクエリしてもよい。ＮＯの場合は、プロセスは、直接終了、枠２８０、まで進んでもよい。
【００４２】
ブースト圧を示す値が、枠２４０で所定の閾値未満にある場合、プロセスは枠２５０へ進むことができる。そこにおいて、電子制御装置３０は、第２のモードで機関１０を運転し、かつ、本明細書で記載されているように、少なくとも１つの後続の機関サイクルで噴射器５０の第２の噴霧パターンによる追加の燃料チャージの噴射を命令してもよい。枠２５０から、プロセスは、枠２６０へ進むことができる。そこにおいて、電子制御装置３０は、シリンダ２０のシリンダ圧及びシリンダ圧の変化率のうち少なくとも一方を示す値を測定してもよい。枠２６０から、プロセスは、枠２７０へ進むことができる。そこにおいて、電子制御装置３０は、測定値が所定の閾値未満にあるかどうかクエリしてもよい。ＮＯの場合は、プロセスは、枠２７０から枠２５０に戻る。ＹＥＳの場合は、プロセスは、枠２８０、終了へ進むことができる。
【００４３】
フローチャート２００において示されるプロセスによって、電子制御装置３０がシリンダ圧及びシリンダ圧力上昇速度をモニタすることができ、第２の運転モードでの追加の、従来の燃料噴射を使用することにより、例えば、本体構造部の限界が超えられないことを確実にする。このようにして、制御ロジックは、シリンダ圧及び圧力スパイクが要求される限界内に導かれるまで従来の噴射を命令する電子制御装置３０を用いて閉ループを作動し、かつ、要求される追加の従来の噴射が適当なブースト圧を供給するのに必要な場合、機関（１０）が動力範囲にある限り作動し続ける。
【００４４】
フローチャート２００のプロセスが、システムへの損傷を確実に避けるために、従来の運転を過度に用いる必要なしに、機関（１０）上で実行性のある程度の動力要求をＨＣＣＩが占めることができるという利点をさらに提供する。言い換えれば、閉鎖ループを走らせることによって、ＨＣＣＩ運転によって実行可能に提供される程度の動力要求と共に、従来の燃料噴射の量又は頻度がシリンダ圧を制御下に保つのに使用され得る。いったんシリンダ圧が処理可能な限界の中に入ると、従来の噴射は打ち切られてもよい。
【００４５】
本記載は単に例示を目的とするものであり、本開示内容の幅を多少なりとも狭めるものと解釈されるべきではない。したがって、当業者であれば、本開示内容の意図する趣旨及び範囲を逸脱することなく、本開示の例示形態に対して種々の変形が可能であることを理解するであろう。例えば、フローチャート１００及び２００のプロセスがブースト圧を示す値を測定することを意図すると共に、より高いブースト圧が必要とされるとき、シリンダ圧だけが測定に用いられてもよい。このように、シリンダ圧は、ブースト圧を「を示す値」として考えられてもよいということである。かかる方策は、閉ループ、あるいは開ループ設計のどちらにおいて用いられてもよい。
【００４６】
さらに、混合モード噴射器が実用的な実行方策を提供すると共に、従来の噴射器が、本開示に従って使用されてもよい。かかる実施形態において、第１の運転モードは、自動着火条件より前の燃料噴射から成ることができるが、一方、第２の運転モードは混合前及び後自動着火噴射、又は、所与の機関サイクルの自動着火条件より後の噴射から成ることができる。
【００４７】
さらに、ブースト圧を示す値のための所定の判定基準は、所定の閾値未満の値であることに関連して記載されていると共に、代替が考えられ、例えば、所定の範囲内の値が考えられる。例えば、特に低動力レベルでは、純粋なＨＣＣＩでの運転の場合であっても、噴射される燃料量は機関本体構造部に損傷を与える心配を高めるほど大きくなくてもよい。しかし、いったん動力要求及び燃料の噴射量が増加すると、機関本体構造部の損傷の危険度は、ターボチャージャのブースト圧がシリンダ圧に影響するのに十分な大きさである時点より前に生じる可能性がある。したがって、ブースト圧を示す値が所定の範囲内にある場合、第２の運転モードは選択的に使用され得る。他の観点、特徴及び利点は、添付の図面及び前掲の請求項をさらに考察することにより明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本開示による内燃機関の概略側面図である。
【図２】図１の内燃機関の一部の部分断面側面図である。
【図３】本開示による制御プロセスを示すフローチャートである。
【図４】本開示による他の制御プロセスを示すフローチャートである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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