(57)【要約】本発明は、特に自動車の内燃機関の燃焼室内への燃料噴射の中断角を規定し、この場合、遅くとも、燃焼室内の圧力が、燃料を燃焼室内に噴射するための噴射弁の他方の側、特に流入管路内の圧力を上回るクランク角に中断角が相当している内燃機関を運転するための方法に関する。本発明によれば、燃焼室圧を吸入行程で吸気管圧と同等化し、圧縮行程で圧縮を介して吸気管圧に関連して規定し、燃焼室圧を噴射弁の他方の側における圧力と比較し、差圧を規定し、規定された差圧の達成時に噴射を中断し、この場合、既知の吸気管圧および噴射弁の他方の側における既知の圧力において、遅くとも噴射を中断するクランク角を中断角として規定する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
特に自動車の内燃機関の燃焼室内への燃料噴射の中断角を規定し、この場合、遅くとも、燃焼室内の圧力が、燃料を燃焼室内に噴射するための噴射弁の他方の側、特に流入管路内の圧力を上回るクランク角に中断角が相当している内燃機関を運転するための方法において、燃焼室圧を吸入行程で吸気管圧と同等化し、圧縮行程で圧縮を介して吸気管圧に関連して規定し、燃焼室圧を噴射弁の他方の側における圧力と比較し、差圧を規定し、規定された差圧の達成時に噴射を中断し、この場合、既知の吸気管圧および噴射弁の他方の側における既知の圧力において、遅くとも噴射を中断するクランク角を中断角として規定することを特徴とする、内燃機関を運転するための方法。
【請求項２】
燃焼室圧を圧縮行程で断熱圧縮を介して規定する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
燃焼室内の特別な断熱圧縮を固有のエンジンデータおよび目下のクランク角を介して規定する、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
燃料噴射の中断をすでに、所定の安全角だけ中断角への到達前に位置するクランク角で行う、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】
当該方法を、第１の運転モードの間、特に噴射過程が吸入行程の間に開始される、いわゆる「均質燃焼運転」で使用する、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】
当該方法を、噴射弁の他方の側における、燃料に作用する流入管路内の圧力が、限界圧よりも小さい場合に使用する、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
当該方法を内燃機関の始動時に使用する、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
コンピュータプログラムにおいて、当該コンピュータプログラムが、コンピュータで実施される場合に、請求項１から７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ことを特徴とする、コンピュータプログラム。
【請求項９】
当該コンピュータプログラムが、メモリ、特にリード・オンリ・メモリまたはフッラシュ・メモリに記憶されている、請求項８記載のコンピュータプログラム。
【請求項１０】
特に自動車に用いられる内燃機関を運転するための制御および／または調整のための制御装置において、制御装置および／または調整装置が、メモリを有しており、該メモリに、請求項８または９記載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、制御装置。
【請求項１１】
特に自動車に用いられる内燃機関であって、燃焼室が設けられており、該燃焼室内に燃料が噴射可能であり、燃料噴射装置が設けられており、該燃料噴射装置を介して、燃料が、燃料室内に到達するようになっている形式のものにおいて、噴射が、制御装置を介して制御可能かつ／または調整可能であり、中断角が噴射時に通過されかつ噴射が中断されなければならないかどうか、制御装置によって中断角が検出可能かつ規定可能であることを特徴とする、内燃機関。
【請求項１２】
当該内燃機関が、請求項１０記載の制御装置を有している、請求項１１記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
背景技術
本発明は、特に自動車の内燃機関の燃焼室内への燃料噴射の中断角を規定し、この場合、遅くとも、燃焼室内の圧力が、燃料を燃焼室内に噴射するための噴射弁の他方の側、すなわち、特にレール内の圧力を上回るクランク角に中断角が相当している内燃機関を運転するための方法に関する。
【０００２】
同じく、本発明は、前記方法を実施するためのコンピュータプログラムならびに内燃機関の制御および調整のための制御装置ならびに特に自動車に用いられる内燃機関自体であって、燃焼室が設けられており、該燃焼室内に燃料が噴射可能であり、噴射が、制御装置を介して制御可能かつ／または調整可能である形式のものに関する。
【０００３】
このような方法およびこのような形式の内燃機関は、たとえば自動車における、いわゆる「ガソリン直接噴射」によって知られている。そこでは、燃料が均質燃焼運転で吸入段階の間にまたは成層燃焼運転で圧縮段階の間に内燃機関の燃焼室内に噴射される。均質燃焼運転は、有利には内燃機関の全負荷運転のために設けられているのに対して、成層燃焼運転は、アイドリング運転または部分負荷運転のために適している。たとえば要求されるトルクに関連して、このような形式の直接噴射式の内燃機関では、前述した両運転モードの間で切換が行われる。
【０００４】
ガソリン直接噴射を伴うエンジンでは、燃料が燃焼室内に直接噴射される。通常、高い圧力を備えた燃料が提供される。なぜならば、高圧ポンプが高い圧力を高圧インジェクタ（噴射弁）の前方で形成し、これによって、この噴射弁の上方で圧力減少が内燃機関の方向に生ぜしめられるからである。しかし、特定の運転状態では、蓄圧器内の燃料の圧力が、燃焼室内に形成された圧力よりも僅かであることが考慮されなければならない。
【０００５】
特に高圧ポンプがまだ十分な圧力を形成していない始動段階では、燃料が、特にレール内にまたは一般的には燃料流入管路内に、電動式の燃料ポンプの圧力レベルに相当する圧力レベルで付与されている。内燃機関の始動は均質燃焼運転で実施される。特にコールドスタート時には、燃料に作用するまだ僅かな圧力に基づき、所望の燃料量を燃焼室内に噴射しかつ内燃機関を確実に始動するために、比較的長い噴射期間が必要となることが可能である。このために、内燃機関がすでに吸入段階から圧縮段階に噴射の間に移行し、その後に燃焼室内に形成される圧力が、流入管路内の燃料に作用する圧力よりも大きくなる限り噴射が持続することが生ぜしめられ得る。燃焼室内では、圧力が圧縮行程においてピストンストロークの増加と共に増加する。この場合、長い噴射時間では、燃料およびガスが燃焼室から再びレール内に吹き戻されることが生ぜしめられ得る。このことは、いずれにせよ、回避されなければならない。
【０００６】
さらに、電動式の燃料ポンプのレベルへの圧力の減少を要求する診断機能も存在する。そして、燃料が圧縮行程の間に噴射される成層燃焼運転でも、燃焼室圧が噴射弁の前方のレール内のもしくは流入管路内の燃料圧を上回る運転状態が生ぜしめられ得る。
【０００７】
従来、レール内へのガスの吹戻しを回避するためには、形成されたレール圧に関してのみ噴射のための中断角を設定する特性マップが提供される。
【０００８】
噴射中断のための相応の特性マップは、公知先行技術によれば、個別測定によって検出されなければならない。
【０００９】
したがって、たとえばドイツ連邦共和国特許出願公開第１９９１３４０７号明細書に基づき、特に２つの運転モードで運転される内燃機関を運転するための方法ならびに内燃機関自体を提案することが公知である。この内燃機関では、燃料が燃焼室内に噴射される。この場合、噴射は噴射開始角と噴射期間とを有している。この場合、噴射開始角と噴射期間とから噴射終了角が検出され、この場合、噴射中断角が噴射終了角によって上回られるかどうかが検査される。このことが当てはまる場合には、噴射開始角が「早めの方向」に向かってシフトされる。
【００１０】
本発明の課題は、内燃機関を運転するための方法を改良して、最適な中断角を全ての運転点で記述することができ、さらに、データ検出が著しく簡単となるようにすることである。これによって、噴射のための提供された時間窓の、改善された使用が保証されていることが望ましい。
【００１１】
この課題は、冒頭で述べた方法において、本発明によれば、燃焼室圧を吸入行程で吸気管圧と同等化し、圧縮行程で圧縮を介して吸気管圧に関連して規定し、燃焼室圧を噴射弁の他方の側における圧力と比較し、差圧を規定し、規定された差圧の達成時に噴射を中断し、この場合、既知の吸気管圧および噴射弁の他方の側における既知の圧力において、遅くとも噴射を中断するクランク角を中断角として規定することによって解決される。
【００１２】
提案された方法によって、中断角が相対的にかつ吸気管圧を付加的に考慮して検出される。これによって、著しく正確な中断角が規定可能となる。燃焼室圧の規定および噴射弁の上方の差圧の形成から、最終的に、噴射を中断するための所要のクランク角を算出することができる。差圧が過度に小さくなると、噴射が中断される。
【００１３】
圧縮行程では、燃焼室圧が、特に断熱圧縮を介して吸気管圧に関連して規定される。これに対して、燃焼室圧は吸気管圧に吸入行程で同等化される。こうして、中断角をより正確に規定することができ、したがって、提供された噴射窓をより良好に使用することができる。これによって、所望の燃料量を噴射することができ、にもかかわらず、燃料の吹戻しを確実に阻止することができる。本発明による手段は、内燃機関のあらゆる運転条件でかつコールドスタート時でも使用可能である。したがって、あらゆる条件下での内燃機関の確実な始動が達成される。
【００１４】
念のために付言しておくと、前述した各角度ならびに以下に記載する各角度にも、所属の時点が対応している。すなわち、全ての角度は相応の時点もしくは期間によって置き換えることができる。この場合、換算は内燃機関の回転数に関連している。
【００１５】
この場合、前記方法において、燃焼室内の特別な断熱圧縮を固有のエンジンデータおよび目下のクランク角を介して規定することが提案されていてよい。固有のエンジンデータは予め検出することができるかもしくは製造元によって提供することができる。
【００１６】
この場合、クランク角による条件方程式が解かれると、付与された吸気管圧および付与されたレール圧において、圧力減少が燃焼室の方向で存在するクランク角が生ぜしめられる。周辺圧における理論的な中断角は、たとえば吸気管圧と同じ周辺圧および目下のレール圧において、断熱比に対する方程式を使用して検出することができる。現実の吸気管圧との乗法によって、実際に必要となる中断角が生ぜしめられる。算出は、特性線における周辺圧での断熱圧縮に対する値の記載および角度と吸気管圧との後続の乗法によって簡単にすることができる。
【００１７】
さらに、燃料噴射の中断をすでに、所定の安全角だけ中断角への到達前に位置するクランク角で行うことが提案されていてよい。
【００１８】
この事例では、圧力の差が異なる形式で調整され、したがって、より早期の中断角が得られ、したがって、燃料がレール内に吹き戻されないという安全性がさらに高められる。
【００１９】
特に前記方法を、噴射過程が吸入行程の間に開始される第１の運転モードの間、すなわち、均質燃焼運転で使用することが提案されていてよい。内燃機関のこの第１の運転モードでは、スロットルバルブが所望のトルクに関連して部分的に開閉される。燃料は噴射弁から、ピストンによって生ぜしめられた吸入段階の間に燃焼室内に噴射される。同時にスロットルバルブを介して吸い込まれた空気によって、噴射された燃料が渦流付与され、これによって、燃焼室内にほぼ均一に分配される。その後、燃料／空気混合物が圧縮段階の間に圧縮され、その後、点火プラグによって点火される。点火された燃料の膨張によって、ピストンが駆動される。形成されるトルクは、均質燃焼運転では、主として、スロットルバルブの位置に関連している。僅かな有害物質発生に関して、燃料／空気混合物は可能な限りλ（空気過剰率）＝１またはλ＜１に調整される。
【００２０】
内燃機関の別の運転モード、いわゆる「均質な希薄燃焼運転」では、燃料が均質燃焼運転と同様に吸入段階の間に燃焼室内に噴射される。しかし、均質燃焼運転と異なり、燃料／空気混合物がλ＞１で生ぜしめられてもよい。
【００２１】
さらに、内燃機関の第３の運転モード、いわゆる「成層燃焼運転」が知られている。この第３の運転モードでは、スロットルバルブが十分に開放されている。燃料は噴射弁によって、ピストンによって生ぜしめられた圧縮段階の間に燃焼室内に噴射され、しかも、局所的に点火プラグのすぐ周辺にならびに時間的に点火時点から適切な間隔を置いて噴射される。その後、点火プラグによって燃料が点火され、これによって、ピストンが、いまや後続の作業段階で、点火された燃料の膨張によって駆動される。形成されるトルクは、成層燃焼運転では、噴射される燃料量に十分関連している。主として、成層燃焼運転は、内燃機関のアイドリング運転および部分負荷運転のために設けられている。
【００２２】
場合によっては、さらに別の運転モードも可能である。内燃機関の前述した運転モードの間で切換が行われてよい。
【００２３】
本発明の使用が特に有利となる前述した均質燃焼運転は、特に始動段階で付与される。
【００２４】
同じく、本発明が、燃料に作用する、限界圧よりも小さい圧力で使用されると特に有利である。
【００２５】
噴射終了角が中断角を上回る恐れがあることが検出される場合には、噴射角開始の変更が可能であり、この場合、噴射角を特に「早めの方向」に向かって変更することができることが提案されていてもよい。これによって、特に燃料に作用する圧力が小さく、たとえば限界圧よりも小さく、これによって、中断、場合によっては、過度に少ない燃料が内燃機関の確実な運転のために付与され得る場合に、噴射角の変更が可能であることを達成することができる。燃料に作用する圧力が高い場合には、噴射時間は、一般的にもはや中断が不要となる程度に短くなる。
【００２６】
この事例では、演算時間を節約するために、完全な算出がもはや実施されないことが提案されていてよい。
【００２７】
内燃機関の始動時の使用が特に有利である。なぜならば、特に始動時、特にコールドスタート時には燃料に対する圧力が僅かであり、特に電動式の燃料ポンプにおける圧力に相当しているからである。同時に大きな量の燃料が燃焼室内に噴射されなければならず、これによって、内燃機関の確実な始動が保証される。したがって、噴射の中断は始動時に内燃機関の停止を生ぜしめる恐れがある。この理由から、内燃機関の始動時に噴射の中断を阻止することが特に有利である。本発明によって可能となるように、噴射時間窓の特に最適な使用によって、このことを十分に達成することができる。さらに、ここでも、噴射開始角の変更が設けられていることが提案されていてよい。これによって、さらに、設けられた燃料量が完全にも燃焼室内に噴射されることを改善することができる。他方では、燃料の吹戻しが阻止される。
【００２８】
さらに、本発明は、コンピュータプログラムに関する。この場合、当該コンピュータプログラムが、コンピュータで実施される場合に、前述した方法を実施するために適している。
【００２９】
特にコンピュータプログラムが、メモリに記憶されていてよい。
【００３０】
本発明による方法を、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することが特に重要である。この場合、制御装置には、マイクロプロセッサ、特にコンピュータで実行可能であると共に本発明による方法を実施するために適したプログラムが記憶されている。すなわち、この事例では、本発明が、制御装置に記憶されたプログラムによって実現され、これによって、このプログラムを備えた制御装置が、実施のために適したプログラムを用いる方法と同じく本発明を成している。記憶媒体として、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。制御および調整のための制御装置は、特に内燃機関の運転状態の間の切換を保証するために働く。
【００３１】
最後に、本発明は、特に自動車に用いられる内燃機関であって、燃焼室が設けられており、該燃焼室内に燃料が噴射可能であり、燃料噴射装置が設けられており、該燃料噴射装置を介して、燃料が、燃焼室内に到達するようになっている形式のものに関する。この場合、噴射が、制御装置を介して制御可能かつ／または調整可能であり、中断角が噴射時に通過されかつ噴射が中断されなければならないかどうかが、制御装置によって検出可能である。
【００３２】
特に内燃機関は、前述した形式で調整するかまたは制御するための制御装置を有していてよい。
【００３３】
本発明のさらなる特徴、使用可能性および利点は、図面に示した以下の実施例の説明から明らかである。この場合、記載または図示した全ての特徴はそれ自体でまたは任意に組み合わせて本発明の対象を成している。
【００３４】
図１には、本発明による内燃機関に用いられる噴射挿入体を備えた内燃機関のブロック回路図が示してある。この場合、高圧燃料ポンプ１０に燃料流入通路１２を介して燃料がタンク１４から供給される。燃料は電動式の低圧燃料ポンプ１６によってタンク１４から燃料流入通路１２内に圧送される。この燃料流入通路１２内の圧力は調整弁を介して調整される。
【００３５】
高圧燃料ポンプ１０は高圧管路１８を介してレール２０内に燃料圧送する。さらに、このレール２０は、ここでは高圧噴射弁として形成された噴射弁２２に接続されている。レール２０には圧力制限弁２４と圧力センサ２６とが設けられている。
【００３６】
さらに、内燃機関は制御装置２８を有している。この制御装置２８は噴射装置の制御および調整を引き受ける。
【００３７】
図面には、信号線路、給電線路等は示していない。
【００３８】
また、特にピストンと、吸気弁と、排気弁とによって仕切られた燃焼室を備えたシリンダも図示していない。吸気弁には吸気管が連結されており、排気弁には排気管が連結されている。吸気弁および排気弁の領域では、噴射弁２２と点火プラグとが燃焼室内に突入している。噴射弁２２を介して、燃料を燃焼室（図示せず）内に噴射することができる。点火プラグによって、燃焼室内の燃料に点火することができる。
【００３９】
吸気管（図示せず）内には、回動可能なスロットルバルブが収納されている。このスロットルバルブを介して吸気管に空気が供給可能となる。供給される空気の量はスロットルバルブの角度位置に関連している。排気管内には触媒が設けられている。この触媒は、燃料の燃焼によって生ぜしめられた排ガスの浄化のために働く。
【００４０】
排気管から、排ガス戻し手段が吸気管に戻されている。排ガス戻し管内には排ガス戻し弁が収納されている。この排ガス戻し弁によって、吸気管内に戻される排ガスの量を調整することができる。
【００４１】
ピストンは、燃焼室内での燃料の燃焼によって往復運動させられる。この往復運動は、クランクシャフト（図示せず）に伝達され、このクランクシャフトにトルクを加える。
【００４２】
制御装置２８は入力信号によって負荷されている。この入力信号は、内燃機関の、センサによって測定された運転量を成している。たとえば、制御装置２８は、空気質量センサ、空気過剰率センサ（酸素センサ）、回転数センサおよびこれに類するものに接続されている。さらに、制御装置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示す信号を発生させる。制御装置２８は出力信号を発生させる。この出力信号によって、アクチュエータもしくは調整器を介して内燃機関の特性に影響を与えることができる。たとえば、制御装置２８は、噴射弁、点火プラグ、スロットルバルブおよびこれに類するものに接続されていて、これらの構成部材を制御するために所要の信号を発生させる。
【００４３】
特に制御装置２８は、内燃機関の運転量を制御しかつ／または調整するために設けられている。たとえば、噴射弁２２によって燃焼室内に噴射される燃料量が制御装置２８によって、特に僅かな燃料消費率および／または僅かな有害物質発生に関して制御されかつ／または調整される。この目的のためには、制御装置がマイクロプロセッサ、特にコンピュータを備えている。このマイクロプロセッサは記憶媒体を備えている。この記憶媒体には、前述した制御および／または調整を実施し、したがって、本発明による方法を運転するために適したプログラムが記憶されている。
【００４４】
こうして、種々異なる運転モード、たとえば前述した、いわゆる「均質燃焼運転」、「均質な希薄燃焼運転」または「成層燃焼運転」を調整することができる。
【００４５】
内燃機関の始動の間、特にコールドスタート時に付与されるような均質燃焼運転の場合、燃料流入管路１２内の圧力は、燃料ポンプ１６によって提供される圧力である。高圧ポンプ１０は、この時点では、まだ圧力増加を供給しない。この場合、圧力は４〜８ｂａｒの間で燃料流入管路１２内に位置している。
【００４６】
ピストンの吸入段階の間に燃料が噴射弁２２によってピストン内に噴射される均質燃焼運転では、吸入行程の間に燃焼室内に吸気管内の圧力が形成される。この場合、吸気管圧は始動段階で０．７〜１ｂａｒの間に位置している。この限りにおいて、レール２０内の圧力はピストン内の圧力よりも大きい。しかし、始動段階では、レール２０内の僅かな圧力に基づき、噴射期間が比較的長いので、この噴射期間が確かに吸入行程で開始されるものの、圧縮行程に到達することが生ぜしめられ得る。この場合、この圧縮行程では、断熱圧縮の経過中に吸気管圧から出発してピストン内の圧力が増加し、これによって、この圧力が燃料流入管路内の圧力およびレール内の圧力よりも大きくなり得る。この事例では、燃料とガスとが噴射弁２２を通ってレール２０内に吹き戻されることが可能である。このことを阻止するためには、ピストン内の圧力が始動段階におけるレール２０内の圧力を上回るほどに圧縮が進行されているクランク角に相当する中断角が検出される。
【００４７】
さらに、レール側に限界圧が規定されており、レール２２内の圧力がこの限界圧よりも小さい限りしか中断クランク角が検出されないことを提案することができる。レール２０内の圧力が高圧ポンプ１０によって増加し、この場合、約１０００ｂａｒが達成され得ると、もはや吹戻しは生ぜしめられ得ない。したがって、限界圧が規定され得る。この限界圧を上回った後、吹戻しはもはや生ぜしめられ得ない。
【００４８】
したがって、断熱圧縮によって吸気管圧に関連して、レール側における圧力と比較される燃焼室圧が検出され、規定された差圧の達成時に噴射が中断されることが提案されている。この場合、既知の吸気管圧および噴射弁の他方の側、すなわち、レール内の既知の圧力では、遅くとも噴射が中断されるクランク角が中断角として規定可能である。
【００４９】
さらに、臨界的な角度、すなわち、中断角が噴射の間に上回られる限り検出され、この場合、このために、噴射開始角が規定されており、噴射期間と、これに関して噴射終了角とが検出され、その後、噴射終了角が中断角を通過しないほどに、噴射がすでにより早期に開始されることを提案することができる。
【００５０】
この場合、特に噴射の中断がすでにある程度の安全角だけ中断角以前に行われることを提案することができる。
【００５１】
しかし、本発明による方法によって、燃焼室圧のより良好な規定によって、臨界的なクランク角をより正確に規定することができ、これによって、噴射のために提供された時間窓をより良好に使用することができ、したがって、噴射開始のシフトが多くの事例で行われる必要がない。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明による内燃機関の実施例のブロック回路図である。
【符号の説明】
【００５３】
１０  高圧燃料ポンプ、  １２  燃料流入通路、  １４  タンク、  １６  低圧燃料ポンプ、  １８  高圧管路、  ２０  レール、  ２２  噴射弁、  ２４  圧力制限弁、  ２６  圧力センサ、  ２８  制御装置
2005537430.tif 000003
【国際調査報告】
2005537430.tif 000004
2005537430.tif 000005
2005537430.tif 000006
2005537430.tif 000007
2005537430.tif 000008
2005537430.tif 000009