(57)【要約】      （修正有）【課題】簡単且つ経済的なやり方で、出来る限り希薄な混合気形成によって、オットーエンジンの効率的に最適化された運転を調節し、その際には自己着火温度が生み出され又燃焼状態を最適化する。【解決手段】少なくとも一つの吸気弁、一つ又は複数の可変制御排気弁、オットーエンジン（ＯＭ）の空気＝燃料＝比（λ）の連続把捉のためのセンサ（２１）、及びオットーエンジン（ＯＭ）の回転数ｎの把捉のためのセンサ（２２）を持ち、その際燃料が直接少なくとも一つの燃焼室の中へ噴射され又オットーエンジン（ＯＭ）が、望ましい燃焼重心（ＭＦＢ５０％ｓｅｔ）が調節される様に運転される、自己着火式オットーエンジン（ＯＭ）の運転のための方法が提示される。この方法は燃料の自己着火ポイントが、燃焼重心（ＭＦＢ５０％）に応じて噴射ポイントを通じて制御されると云うことによって際立っている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つの吸気弁（１４）と、一つ又は複数の可変制御排気弁（１５）と、オットーエンジン（ＯＭ）の空気燃料比（λ）の連続把捉のためのセンサ（２１）と、オットーエンジン（ＯＭ）の回転数（ｎ）の把捉のためのセンサ（２２）とを備え、燃料が少なくとも一つの燃焼室（１０）の中へ直接噴射され、オットーエンジン（ＯＭ）が望ましい燃焼重心（ＭＦＢ５０％）に調節されるように運転される、自己着火式オットーエンジン（ＯＭ）の運転のための方法において、
燃焼重心（ＭＦＢ５０％）のための見積り値（ＭＦＢ５０％λ）がオットーエンジン（ＯＭ）の空気燃料比（λ）とオットーエンジン（ＯＭ）の回転数（ｎ）とに応じて求められることを特徴とする方法。
【請求項２】
燃焼重心のための見積り値（ＭＦＢ５０％λ）の把捉のために特性マップ（３２）が用いられることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
燃料の自己着火点が燃焼重心（ＭＦＢ５０％）のための見積り値（ＭＦＢ５０％λ）に応じた噴射開始の制御を通じて制御されることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
少なくとも一つの排気弁（１５）の弁アクチュエータ（１９）が、オットーエンジン（ＯＭ）の空気燃料比（λ）に応じて制御されることを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
ピストン運動に係わっている、排気弁（１５）が閉じられる時点がオットーエンジン（ＯＭ）の空気燃料比（λ）に応じて制御されることを特徴とする、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
制御の枠組みの中で前もって定められている空気燃料比（λ）の迅速な調節のためにプレ制御器（２６）が用いられることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
少なくとも一つの吸気弁（１４）と、一つ又は複数の可変制御排気弁（１５）と、オットーエンジン（ＯＭ）の空気燃料比（λ）の連続把捉のためのセンサ（２１）と、オットーエンジン（ＯＭ）の回転数（ｎ）の把捉のためのセンサ（２２）と、少なくとも一つの燃焼室（１０）の中へ燃料を直接噴射するためのインジェクタ（１８）とを備え、望ましい燃焼重心（ＭＦＢ５０％）に調節されてオットーエンジン（ＯＭ）が運転されるように、制御装置（ＳＧ）が構成されている、自己着火式オットーエンジン（ＯＭ）の運転のための制御装置（ＳＧ）において、
制御装置（ＳＧ）が、燃焼重心（ＭＦＢ５０％）のための見積り値（ＭＦＢ５０％λ）をオットーエンジン（ＯＭ）の空気燃料比（λ）とオットーエンジン（ＯＭ）の回転数（ｎ）とに応じて求めるように構成されていることを特徴とする制御装置。
【請求項８】
請求項２から６までのいずれかに記載の方法を制御するように構成されていることを特徴とする、請求項７に記載の制御装置（ＳＧ）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は請求項１の上位概念に基づく方法並びに請求項７の上位概念に基づく制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
その様な目的は既にドイツ国特許出願公開 １０ ２００６ ０４１４６７ Ａ１ から知られている。この文書には燃料が直接シリンダの中へ噴射されて空気と化学的に燃焼される内燃機関の運転のための方法が記載されている。燃料の燃焼はオットーエンジンの自己着火法によって行われる。
【０００３】
オットーエンジンの自己着火（Controlled Auto Ignition−CAI）は部分負荷領域内では同時に低い有害物質の排出を実現しながら燃料消費の低減のための高いポテンシャルをもたらす。従ってこの燃焼方法は現在集中的に研究されている。オットーエンジンの自己着火の場合には均質な空気＝燃料＝混合気が圧縮される。この混合気は、燃焼室内で十分に高い温度とそれに対応する圧力が到達されるや否や、自己着火する。
【０００４】
その際空気＝燃料＝混合気の自己着火のために必要な混合気温度はシリンダ内での先行の作動サイクルからの熱い残留ガスの維持によって達成される。その様な排気ガス維持は、シリンダの可変制御可能な排気弁がガス交換＝上死点の到達のずっと前に閉じられ且つシリンダ内に残っている熱い残留ガスが圧縮されることによって達成される。吸気弁はシリンダ内で再び吸気管圧力が支配的となった時に初めて、フローロス（流れ損失）を避けるために新気供給のために開かれる。
【０００５】
刊行物 １０２００６ ０４１ ４６７ Ａ１ には、空気＝燃料＝混合気の自己着火が作動サイクルのためにシリンダ内へ噴射される燃料量をプレ噴射とメイン噴射に可変的に分割することによって制御されると云う制御コンセプトが記載されている。プレ噴射はガス交換の上死点の前に行われ、又メイン噴射はその後の吸入段階の間に行われる。更にその後に続く圧縮の終了の際に到達されるシリンダ充填気の温度はＤＥ １０ ２００６ ０４１ ４６７Ａ１ によればプレ噴射の割合が増えるのに伴って上昇する。プレ噴射の割合を０％と１０ ％の間で変化させた場合、圧縮終了時温度に約６０Ｋの違いが観察された。
【０００６】
燃焼の制御のために ＤＥ １０ ２００６ ０４１ ４６７ Ａ１の制御コンセプトは指示平均圧力のための制御器、ラムダ制御器、及び燃焼状態のための制御器から成る組合せを提案している。
【０００７】
指示平均圧力のための制御器は制御値としてメイン噴射時間長さ、従ってメイン噴射によって噴射される燃料量、を出力する。この制御値によって負荷が制御される。換言すれば：望ましいトルクはこの制御値を用いて調節される。
【０００８】
ラムダ制御器はラムダゾンデの信号を処理して制御値にし、この制御値を用いて排気カムシャフトの位相位置が又従ってシリンダ内の残留ガス量が調節される。
燃焼状態のための制御器は入力値として加熱過程の５０％＝変換ポイントを用いて作動する。５０％＝変換ポイントが遅過ぎる位置にある場合にはプレ噴射時間長さが延長されるのに対して、早過ぎる場合にはプレ噴射時間長さが短縮される。５０％＝変換ポイントはシリンダ毎のシリンダ圧力センサ或いはイオン流センサによって生み出されるシリンダ毎の燃焼情報から導き出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】ドイツ国特許出願公開１０ ２００６ ０４１ ４６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
以上の様な技術水準から出発して我々の発明は、出来る限り簡単且つ経済的なやり方で、出来る限り希薄な混合気組成によって、オットーエンジンの効率的に最適化された運転を調節し、その際には自己着火温度が生み出され又燃焼状態が最適化されなければならない、と云うことを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この課題はそれぞれ独立の請求項のメルクマールによって解決される。
ここで、燃焼重心（Verbrennungsschwerpunkt）ＭＦＢ５０％とは、燃料の５０％が燃焼されている点であると理解される。燃焼重心 ＭＦＢ５０％の見積り値 ＭＦＢ５０％λはオットーエンジンの空気＝燃料＝比λとオットーエンジンの回転数ｎとに依存して求められるから、ＤＥ １０ ２００６ ０４１４６７ Ａ１ の目的の場合には必要となるシリンダ毎の圧力＝及び／又はイオン流＝センサは無しで済ますことが出来る。空気＝燃料＝比λはオットーエンジンの排気ガスから既に存在しているラムダゾンデを用いて求められる。オットーエンジンの回転数ｎも通常は又既に存在している回転数センサを用いて確定することが出来る。従って実際の燃焼重心はラムダゾンデ或いは回転数センサの何れにせよ求められる測定値を用いて確定することが出来、又そのために何らの追加のセンサも必要ではない。かくして本発明は燃焼重心 ＭＦＢ５０％の確定のために何れにせよ存在しているセンサ装置の多重利用を可能にする。
【００１２】
燃焼重心 ＭＦＢ５０％を求めるために特性マップが使用されると有利である。
本発明の一つの有利な実施態様によれば、燃料の自己着火時点は噴射開始の制御を通じて燃焼重心 ＭＦＢ５０％の見積り値 ＭＦＢ５０％λによって制御される。
【００１３】
少なくとも一つの排気弁の弁アクチュエータがオットーエンジンの空気＝燃料＝比λによって制御されると有利である。
ピストンの運動に係わっている、排気弁の閉じられる時点がオットーエンジンの空気＝燃料＝比λに応じて制御されると有利である。
【００１４】
かくしてこの制御は、それぞれのシリンダの排気弁の閉弁過程の開始及び／又は終了を、開弁過程は同じに保ちながら事前設定することによって、望ましい空気＝燃料＝比をオットーエンジンの一つのシリンダの中で調節することを可能にする。その際排気弁の閉弁過程はピストンが上死点に到達する前に終了されている様に制御される。これによって熱い排気ガスの一部がシリンダ内に残され且つ追加的に圧縮され、又これによって、開かれた吸入弁を通したその後の新気の供給と燃料噴射によって形成される混合気の温度が高められる。
【００１５】
制御の枠組みの中で事前設定された空気＝燃料＝比λをより迅速に調節するためにプレ制御器が用いられると有利である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は本発明に基づく方法で用いられるアクチュエータ及びセンサの略図を示す。
【図２】図２は  マイナスのバルブオーバーラップを持つ自己着火式オットーエンジンの一つのシリンダの中の圧力変化のグラフを示す。
【図３】図３は燃焼重心の調節のための本発明に基づく制御コンセプトによるブロック図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の一つの好ましい実施例が以下に図面に基づいて詳しく説明される。
図１は本発明に基づく方法の枠組みの中で自己着火式オットーエンジンＯＭの中で用いられる諸構成要素、並びにそれに付随しているデータの流れを示している。シリンダ１０のピストン１１はコンロッド１２を介してオットーエンジンＯＭのクランクシャフト１３を駆動する。給気路１６を通して新気がシリンダ１０内へ吸入され、その際新気は、制御時間が吸気弁アクチュエータ１７によって事前設定されている吸気弁１４を通して送り込まれる。インジェクタ１８は制御装置ＳＧのコマンドＩＮに基づいて燃料をシリンダ１０の中へ噴射し、それによってそこに空気＝燃料＝混合気が形成され、次いでこの混合気が燃焼され、その際にピストン１１を駆動する。その際に発生した排気ガスは排気ガス路２０を通してシリンダ１０の外へ押し出される。この排気ガスの押し出しは排気弁アクチュエータ１９によって操作される排気弁１５を通じて制御される。このために排気弁アクチュエータ１９は制御装置ＳＧからとりわけ閉弁信号ＥＶＣ（Exhaust Valve Closing）を受け取り、これによって、前もって上に持ち上げられていた排気弁が閉じられる。ラムダゾンデ２１は押し出された排気ガス中の混合気の空気＝燃料＝比λを求め、これに対応する測定値λａｃｔｕａｌを制御装置ＳＧへ送り込む。制御装置ＳＧは更に、回転数センサ２２によって把捉されるオットーエンジンＯＭの実際の回転数ｎを受け取る。ところで制御装置（ＳＧ）はここに提示されている方法及び／又はその実施例の一つの流れを制御する様に仕立てられ、又とりわけその様にプログラムされている。自己着火燃焼法の枠組みの中における個々の構成要素の連係動作を以下に図２に基づいて詳しく説明する。
【００１８】
図２は４＝サイクル＝オットーエンジンＯＭの自己着火燃焼プロセスの枠組みの中におけるシリンダ圧力の変化１をカムシャフト角度φ（水平軸）に対するグラフとして示している。図２更に吸気弁１４の弁ストローク５と排気弁１５の弁ストローク３を、共に同じくクランクシャフト角度φに対するグラフとして示している。垂直軸の上には圧力ｐ並びに弁ストロークｈが定性的に取られている。
【００１９】
図２に示されている排気ガス留保式の自己着火燃焼プロセスはそれぞれ異なる角度位置に割当てることの出来る四つの行程、即ち吸気行程（０°−１８０°）、圧縮行程（１８０°−３６０°）、作動行程（３６０°−５４０°）、及び排気行程（１８０°−０°）、を含んでいる。吸気工程の初めに参照記号９で示されているカムシャフト角度の下でシリンダ１０の中の圧縮された熱い残留ガスの中への燃料の噴射が行われる。シリンダ１０の中で吸気管圧力が支配的であると、新気を吸入するために吸気弁１４が開かれる。それに続く圧縮工程の枠組みの中で先ずシリンダ１０の吸気弁１４が閉じられ、次いでシリンダ１０の中にある空気＝燃料＝残留ガス混合気が圧縮される。この圧縮プロセスによって混合気温度が、圧縮工程の終わりに着火温度が到達されるまで、上昇する。混合気はほぼ同時に燃焼室１０全体で着火し始め、これによって混合気を通して走る火炎フロントが回避される。熱の解放が高い局部温度無しに行われるので、熱による酸化窒素の形成は劇的に低減される。シリンダ１０のピストン１１がφ＝３６０°の上死点を通過した後も、燃焼プロセスはシリンダ圧力を更に上昇させるので、最大圧力はクランクシャフト角度φが３６０°を幾らか越えた時の作動工程の開始の少し後にピストン１１の上に現れる。作動工程の終了の少し前に５４０°よりもわずかに少ないクランクシャフト角度φの下で排気弁１５が開かれ、続く排気行程で熱い排気ガスの大部分が排気弁１５を通してシリンダ１０の外へ押し出される。排気弁１５は排気行程の間のおよそ−９０°のクランクシャフト角度φの時に再び閉じられる。この閉弁は従って、ピストン１１がφ＝０の上死点の到達する時点よりも明らかに前に行われる。従って加熱された排気ガスの一部がシリンダ１０の中に残留ガスとして残される。
【００２０】
上述の排気ガス留保方法の場合に決定的なのは、シリンダ１０内での排気ガス保持によって後続の混合気の温度レベルが引き上げられ、それによって圧縮工程の終わりにはシリンダ１０内で従来のガソリン燃料の自己着火のために必要なおよそ１，０００ケルビンの温度が到達されると云うことである。
【００２１】
本発明は上に説明された自己着火式燃焼方法の燃焼状態の最適化のための制御を提示している（図２）。その際この制御は次の二つの機能を満たしている：一つにはこの制御は要求される空気＝燃料＝比λを調節し、その際この制御は−排気弁１５の開弁の開始を同じに保ちながら−排気弁（１５）が閉じられる、ピストンの運動と関係づけられた時点を制御する。もう一つにはこの制御は噴射時点を又それによって燃焼の開始（自己着火時点）並びに、自己着火時点と同時に現れる燃焼重心ＭＦＢ５０％の位置を制御する。この制御は好ましくは制御装置ＳＧの中で実現される。
【００２２】
図３は本発明に基づく制御をブロック図として示している。制御の入力値は基準値事前設定装置４０によって形成される、事前設定された空気＝燃料＝比λｓｅｔである。燃焼プロセスの最高の効率を達成するために、出来るだけ希薄な混合気組成、即ちλ＞１、が目指される。そのためには次の様な幾つかのやり方がある：空気＝燃料＝比λに対しては一つには排気弁１５の制御時点を通じて、又もう一つには燃料の噴射量を通じて、制御されることが出来る。本発明に基づく制御はトルクの基準値をベースとしているが、トルクを生み出すためには所定の燃料量が必要である。従って望ましい空気（新気）＝燃料＝比λｓｅｔは燃焼室充填気の燃料成分の変化を通じてではなく、新気成分の変化を通じて調節される。その際新気成分は残留ガス成分の調節の結果として、それ故、排気弁１５の閉弁時点の制御を通じて制御される、先行する作動工程からの留保された排気ガスの量を通じて、生み出される。
【００２３】
出来る限り希薄な混合気組成、それ故高い空気成分割合を持つ混合気、を獲得するために、先ずλ＝制御器２４が基準値λｓｅｔと実際値λａｃｔｕａｌとの間の制御偏差ｅに応じて最初の制御介入を行う。この最初の制御介入はλ＝制御器２４によって、制御偏差ｅが最小となる様に行われる。この最初の制御介入はプレ制御器２６がλｓｅｔに応じて求めた最初のベース値を用いて結節点３０によって行われる。このベース値は例えば基準値λｓｅｔの事前に与えられ且つ制御装置ＳＧの中に格納されている依存関係から生み出される。最初の制御介入と結び付けられているこのベース値は制御値ＥＶＣを形成し、この制御値ＥＶＣはオットーエンジンＯＭの排気弁アクチュエータ１９に送られて排気弁１５の閉弁をもたらす。λ＝制御器２４は排気弁１５の閉弁プロセスを、オットーエンジンＯＭのシリンダの中に閉じ込められている空気＝燃料＝混合気の空気過剰率が基準値に接近する様に最適化する。基準値は好ましくは、その調節が自己着火温度の確実な到達を保証する様に、事前決定されている。それ故シリンダ１０内には熱い残留ガスの定められた最少量が残されていなければならないが、この残留ガスは先行する作動行程の理論空燃比を越える燃焼室充填気（λ＞１）に由来しており、未だ酸素を含んでいる。λ＝制御器２４はそのために、対応する制御値ＥＶＣを求める。この制御の枠組みの中では又ラムダゾンデ２１によって実際の空気過剰率λａｃｔｕａｌもオットーエンジンＯＭから排出される排気ガスを用いて求められる。λａｃｔｕａｌのこの値は結節点２８を通るフィードバック＝ループを通して基準＝空気過剰率λｓｅｔから差し引かれ、その差が制御偏差ｅとして制御器λ＝制御器２４へ送り込まれる。
【００２４】
一定に保持された混合気の燃料成分割合に対して空気成分割合を線化させることによって行われる空気＝燃料＝比λの変化によれば、加熱された残留ガス成分割合と共にガス混合気温度も変化する。これによって、圧縮段階で自己着火温度が達成又／或いはオーバーされる時点も変化する。この時点はシリンダ充填気の燃焼開始を示している。燃焼開始に応じて燃焼状態が変化して燃焼重心 ＭＦＢ５０％が移動する。燃焼重心 ＭＦＢ５０％が前もって定められている燃焼重心 ＭＦＢ５０％ｓｅｔと（最早）一致しなくなると燃焼状態の修正が行われなければならない。この目的のために実際の燃焼重心が求められなければならない。
【００２５】
これは追加の補助手段無しに間接的に実際の空気＝燃料＝比λａｃｔｕａｌとオットーエンジンＯＭの実＝回転数ｎに応じて見積もられる。或る実施例ではこの見積りは値ＭＦＢ５０％λが格納されており且つ実際の空気＝燃料＝比λａｃｔｕａｌと実回転数ｎとを用いてアドレスされる特性マップ３２にアクセスすることによって行われる。次いでこの見積もられたＭＦＢ５０％λ値に応じて、噴射時点の変化を通じて燃焼状態の修正が行われる。
【００２６】
この目的のために制御器ＭＦＢ５０％＝制御器３４が入力信号として制御偏差ｋを受取るが、この制御偏差ｋは結節点３６を通じて見積り値ＭＦＢ５０％λと、基準値事前設定装置４６から与えられる基準＝燃焼重心ＭＦＢ５０％ｓｅｔとの間で形成される。見積り値ＭＦＢ５０％λはこの制御のためには実際値を表している。ＭＦＢ５０％＝制御器３４は制御偏差ｋから噴射時点の調節のために第二の制御介入値を生み出すが、この第二の制御介入値は制御偏差ｋが最小化される様に作られる。第二の制御介入値は結節点３８で第二のベース値と結合される；この第二のベース値はプレ制御器４２によって燃焼重心の前もって定められている基準値ＭＦＢ５０％ｓｅｔに応じて生み出される。第二の制御介入値と結合される第二のベース値はアクチュエータ４４のための制御値ＳＯＩ（start of injection 噴射開始）を生み出し、このアクチュエータ４４はこの制御値ＳＯＩに応じてインジェクタ１８を通じて噴射を行わせる。
【００２７】
燃焼重心ＭＦＢ５０％のダイナミックな調節のために重要な前提条件となるのは実際の燃焼重心の見積りの助けとなる実際の空気＝燃料＝比λａｃｔｕａｌを迅速に把捉することである。或る実施態様では、残留ガスが排気行程の終わりの中間圧縮によって着火され、それによってその後に調節される混合気温度が影響を受けることが無い様にするために、噴射は吸気行程の中及び／又は圧縮行程の中で初めて行われる。
【００２８】
別の実施態様では、全体として噴射される燃料量を増やすために、一回又は二回の噴射を充填気交換行程（Ladungswechseltakt）の中で又／或いは圧縮行程の中で行わせることが考えられている。その際充填気交換行程と云うのは弁１４及び１５が閉じられている時の中間圧縮段階であると理解されている。更には、制御値ＥＶＣ及びＳＯＩを対応する亜口に対して直接送り込むのではなく、アクチュエータを制御する中央制御装置を通じて送り込むと云うことも考えられる。
【００２９】
本発明はかくして、何れにせよ制御装置ＳＧに対して送り込まれる空気＝燃料＝比の実際の値λａｃｔｕａｌとエンジン回転数ｎを再度利用し、その際噴射時点の調節によって燃焼状態を最適化することにより、出来るだけ希薄な混合気組成の下でオットーエンジンＯＭの効率的に最適な運転を可能にする。
【符号の説明】
【００３０】
１     シリンダ圧力変化
３     排気弁の弁ストローク
５     吸気弁の弁ストローク
９     クランクシャフト角度値
１０   シリンダ
１１   ピストン
１２   コンロッド
１３   クランクシャフト
１４   吸気弁
１５   排気弁
１６   給気路
１７   吸気弁アクチュエータ
１８   インジェクタ
１９   排気弁アクチュエータ
２０   排気ガス路
２１   ラムダゾンデ
２２   回転数センサ
２４   λ＝制御器
２６   プレ制御器
２８   結節点
３０   結節点
３２   特性マップ
３４   ＭＦＢ５０％＝制御器
３６   結節点
３８   結節点
４０   基準値事前設定装置
４２   プレ制御器
４４   アクチュエータ
４６   基準値事前設定装置
ｅ     制御偏差
ＥＶＣ 排気弁閉弁（Exhaust Valve Closing）信号
ｈ     弁ストローク
ＩＮ   コマンド
ｋ     制御偏差
λａｃｔｕａｌ実際の空気＝燃料＝比
λｓｅｔ             基準＝空気＝燃料＝比
ＭＦＢ５０％λ燃焼重心 の見積り値
ＭＦＢ５０％ｓｅｔ   燃焼重心の基準値
ｎ     エンジン回転数
ＯＭ   オットーエンジン
ｐ     圧力
ＳＧ   制御装置
ＳＯＩ 制御値（Start Of Injection 噴射開始）
φ     クランクシャフト角度値
【図１】
2011058491.tif 000003
【図２】
2011058491.tif 000004
【図３】
2011058491.tif 000005