(57)【要約】【解決手段】内燃機関の燃焼室１内へ燃料を噴射するための装置及び方法であって、噴射された燃料が点火プラグ５の点火火花によって点火されるようになっている形式のものにおいて、噴射された燃料の点火火花による点火を検出する手段が設けられており、燃料の失火の検出された場合に燃料量の一定の状態で燃料噴射の噴射パラメータが変化されるようになっている。【効果】失火が確実に避けられて、直接噴射方式のオットー機関の運転が著しく改善される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃焼室（１）内へ燃料を噴射するための装置であって、噴射弁（４）から噴射された燃料が点火プラグ（５）の点火火花によって点火されるようになっており、噴射された燃料の点火火花による点火を検出する手段が設けられている形式のものにおいて、燃料量の一定の状態で燃料の失火の検出された場合に燃料噴射の噴射パラメータが変化されるようになっていることを特徴とする、内燃機関の燃焼室内へ燃料を噴射するための装置。
【請求項２】
噴射パラメータとして噴射圧力を調整するようになっている請求項１記載の装置。
【請求項３】
噴射パラメータとして噴射弁の弁ニードル（２２）の行程（２６）を調整するようになっている請求項１又は２記載の装置。
【請求項４】
噴射パラメータとして噴射時間を調整するようになっている請求項１から３のいずれか１項記載の装置。
【請求項５】
噴射弁（４）が、主噴射ジェット（１０）と渦領域（１１）とを形成するように構成されており、噴射弁（４）と点火プラグ（５）とが燃焼室（１）内で、点火プラグ（５）の点火火花を渦領域（１１）内に位置させるように配置されている請求項１から４のいずれか１項記載の装置。
【請求項６】
噴射された燃料の点火を検出するために、燃焼室内での測定を行うセンサー（７）が設けられている請求項１から５のいずれか１項記載の装置。
【請求項７】
センサーが燃焼室圧力センサー（７）若しくはイオン電流センサーとして形成されている請求項６記載の装置。
【請求項８】
噴射された燃料の点火を検出する手段が、内燃機関の回転数を評価するようになっている請求項１から５のいずれか１項記載の装置。
【請求項９】
別の手段を設けてあり、該手段によって、内燃機関の回転数低下が誤りのある燃料噴射量に起因するものであるのか燃料噴射の噴射パラメータの選択の誤りに起因するものであるのかが決定されるようになっている請求項８記載の装置。
【請求項１０】
内燃機関の燃焼室（１）内へ燃料を噴射するための方法であって、噴射弁から噴射された燃料を点火プラグ（５）の点火火花によって点火するようになっている形式のものにおいて、噴射された燃料の点火火花による点火が行われたかどうかを検出して、燃料量の一定の状態で燃料の失火の検出された場合に燃料噴射の噴射パラメータを変化させることを特徴とする、内燃機関の燃焼室内へ燃料を噴射するための方法。
【請求項１１】
噴射パラメータとして噴射圧力を調整する請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
噴射パラメータとして噴射弁の弁ニードル（２２）の行程（２６）を調整する請求項１０又は１１記載の方法。
【請求項１３】
噴射パラメータとして噴射時間を調整する請求項１０から１２のいずれか１項記載の方法。
【請求項１４】
噴射された燃料の点火を検出するために、センサー（７）を用いて燃焼室（１）内の測定を行う請求項１０から１３のいずれか１項記載の方法。
【請求項１５】
センサーとして燃焼室圧力センサー（７）若しくはイオン電流センサーを用いる請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
噴射された燃料の点火を検出するために、内燃機関の回転数を評価する請求項１０から１３のいずれか１項記載の方法。
【請求項１７】
内燃機関の回転数低下が誤りのある燃料噴射量に起因するものであるのか、燃料噴射の噴射パラメータの選択の誤りに起因するものであるのかを調べる請求項１６記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の燃焼室内へ燃料を噴射するための装置であって、噴射弁から噴射された燃料が点火プラグの点火火花によって点火されるようになっており、噴射された燃料の点火火花による点火を検出する手段が設けられている形式のもの、並びに内燃機関の燃焼室内へ燃料を噴射するための方法であって、噴射弁から噴射された燃料を点火プラグの点火火花によって点火するようになっている形式のものに関する。
【背景技術】
【０００２】
ドイツ連邦共和国特許第１９９１１０２３Ｃ１号明細書により、燃料を直接に内燃機関の燃焼室内へ燃料を噴射する方法は公知である。このように噴射された燃料は点火プラグの点火火花によって点火される。この場合に燃料は、主噴射ジェットと渦領域（渦の生じる領域）とが形成されるように噴射される。点火プラグは渦領域を点火するように配置されている。
【特許文献１】ドイツ連邦共和国特許第１９９１１０２３Ｃ１号明細書
【発明の開示】
【発明の効果】
【０００３】
独立請求項に記載の手段を有する本発明に基づく装置若しくは方法においては利点として、失火が確実に避けられる。これによって、直接噴射方式のオットー機関の運転が著しく改善される。
【０００４】
本発明の有利な実施態様が従属請求項に記載してある。噴射パラメータ、即ち噴射圧力、噴射弁の弁ニードルの行程若しくは噴射時間を調整することが特に簡単である。本発明に基づく装置若しくは方法は、噴射弁によって燃焼室内に主噴射ジェットと逆流領域若しくは再循環領域とを形成する場合に特に適している。主噴射ジェット内では燃料は方向付けられた運動、即ち直線的な運動を行うのに対して、再循環領域では特に点火性の高い空気・燃料混合気が形成される。噴射パラメータの調整によって、点火プラグに対する再循環領域の位置が調整される。特に有利には、噴射された燃料の点火状態の検出は、直接に燃焼室内の測定を行うセンサーによって行われる。このために適しているセンサーは、例えば燃焼室圧力センサー若しくはイオン電流センサーである。別の実施態様では内燃機関の回転数の評価を行うようになっており、この場合に失火は回転数低下によって検出される。回転数評価においては、回転数低下の原因として噴射量の変化を調べて噴射パラメータを変化させることも可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
本発明の有利な実施例を図面に示して、詳細に説明する。図１に内燃機関の燃焼室１を概略的に示してある。燃焼室１はシリンダー２及び該シリンダー内を通常の形式で運動するピストン３によって形成されている。燃焼室１内に噴射弁４によって燃料、通常はガソリンを噴射して、点火プラグ５の点火火花によって点火するようになっている。燃焼室１内での燃料の燃焼は燃焼室１内での急速な圧力上昇をもたらし、該圧力はシリンダー２内でピストン３を運動させる。図１に示す燃焼室１は、直接噴射方式のオットー機関の燃焼室である。空気供給のために必要な通路及び弁は、図面を見易くするために図示を省略してある。同様に、噴射弁４及び点火プラグ５も概略的に示してある。これらの構成部分は一般的な構造のものである。さらに制御装置６を設けてあり、制御装置は種々の構成部分、殊に図１に示す噴射弁４並びに点火プラグ５を制御するようになっている。対応する制御導線若しくは制御ラインも図示を省略してある。
【０００６】
噴射弁４は、燃焼室１内に主噴射ジェット１０と渦領域１１とを形成するように構成して配置されている。図１に示してあるように、主噴射ジェット１０はここでは円錐面状（中空コーン状）の噴流として形成されており、該円錐面状噴流（中空コーン状燃料噴霧）の尖端は、噴射弁４の噴射開口によって生ぜしめられている。主噴射ジェットによって規定される円錐の底辺部分は、渦領域１１によって取り囲まれている。主噴射ジェット１０は、円錐の頂点から底面へ向かって迅速に運動する燃料によって形成されている。該燃料はほぼ細かい粒子状である。渦領域１１の燃料は著しく微細な粒子状若しくはほぼガス状である。主噴射ジェット１０の燃料は、早い運動及び粒子の形状で存在することに基づき点火火花によって点火されにくい。これに対して、渦領域１１は点火火花によって極めて容易に点火され、それというのは渦領域の燃料は著しく微細な粒子状若しくはガス状（霧状）であるからである。従って燃焼室１内での点火プラグ５の配置は、点火プラグ５の点火火花（火花放電）を発生させる部分がほぼ渦領域１１内に位置するように行われる。点火火花によって渦領域１１の燃料を点火すると、これによって大きなエネルギーが生じ、その結果、主噴射ジェット１０の燃料も確実に点火される。
【０００７】
本発明に基づき、噴射弁４を制御するための噴射パラメータは、渦領域１１が点火プラグ５の点火火花の範囲に位置するように調整される。
【０００８】
図２に、噴射弁４の一部分を拡大して示してある。噴射弁４は弁座２１及び弁ニードル２２を備えている。噴射弁の閉鎖状態では弁ニードル２２は弁座２１に当接して、噴射弁の内室２５を燃焼室１に対して閉鎖している。図２では噴射弁４は開放状態で示してあり、即ち弁ニードル２２の、矢印２３の方向での運動によって弁ニードル２２は弁座２１から離れて、噴射間隙２４を開放している。噴射間隙の開放によって、噴射弁の内室２５内で高い圧力を受けている燃料は、噴射間隙を介して高い圧力で燃焼室１内へ噴射される。この場合に重要なのは行程２６であり、即ち弁ニードル２２が弁座２１からどの程度離れるか、換言すれば弁ニードルと弁座との距離がどの程度であるかである。行程２６が大きければ大きいほど、噴射間隙２４の横断面積が大きくなり、単位時間当たりの燃料はより多く燃焼室１内に噴射される。この種の弁においては、複数のパラメータを調整することができる。例えば、噴射弁の内室２５内の圧力を高めることができる。圧力が高ければ高いほど、単位時間当たりの燃料はより多く噴射される。さらに、行程２６を調整することができる。行程２６が大きければ大きいほど、単位時間当たりの燃料はより多く噴射される。さらに、噴射の時間を調整することができる。燃焼室１内での所定の燃焼過程のために噴射されるべき規定された所望の燃料量に関連して、噴射圧力、行程２６及び噴射時間が所定の範囲内で変化させられる。規定された所望の燃料量のために例えば、ある一定の噴射圧力を用いて、噴射時間によって量制御を行うことが可能である。同一の噴射量は、ある一定の行程２６で噴射時間を適切に適合させることによっても達成できる。
【０００９】
主噴射ジェット１０及び渦領域１１の形成のために、図示のものと異なる幾何学形状の噴射弁を用いることも可能である。噴射弁の図示の幾何学形状は、ドイツ連邦共和国特許第１９９１１０２３号明細書に記載の放射状噴射若しくはジェット噴射にとって特に有利である。複数の噴射孔を用いて異なる形状の主噴射ジェット及び渦領域を形成することも可能である。
【００１０】
図３には、噴射パラメータの調整によって主噴射ジェット１０及び渦領域１１の異なる幾何学形状を達成するための実施例が示してある。ここでも噴射弁４から噴射された主噴射ジェット１０は、前に述べてあるように円錐面状に形成されている。噴射パラメータに依存して、渦領域１１の異なる形状が達成される。第１の渦領域１１１の断面は、第２の渦領域１１２の断面よりも明らかに小さくなっている。第２の渦領域１１２の直径は、第１の渦領域１１１の直径よりも明らかに大きくなっている。さらに、第２の渦領域１１２は噴射弁４に向かって拡がっている。第２の渦領域１１２は、行程２６を減少させかつ噴射弁の内室２５内の燃料の圧力を高めるとした噴射パラメータによって形成されている。このような両方の処置は、同一の噴射時間で同一の噴射量を達成するように実施される。主噴射ジェット１０の幾何学形状はほとんど影響されていない。渦領域の大きさだけが行程減少及び圧力上昇によって増大されている。
【００１１】
図４には、噴射パラメータに依存して主噴射ジェット１０及び渦領域１１に影響を及ぼすための、即ち主噴射ジェット及び渦領域を制御するための別の実施例が示してある。図４には、第１の主噴射ジェット１０１及び該主噴射ジェットに所属する渦領域１１３を図示してある。さらに、第２の主噴射ジェット１０２及び該主噴射ジェットに所属する渦領域１１４を図示してある。
【００１２】
図示の異なる幾何学形状は、噴射時間及び行程を変化させることによって達成される。第１の主噴射ジェット１０１及び渦領域１１３は、一定の噴射圧力で、第２の主噴射ジェット１０２及び渦領域１１４の場合よりも噴射時間を短くしてかつ行程を大きくすることによって形成される。行程を大きくして、かつ相応に噴射時間を短くすることによって、渦領域１１３は噴射弁４の近くへ移されている。
【００１３】
前述のように噴射パラメータを適切に選ぶことによって、主噴射ジェット１０若しくは渦領域１１の相対位置を調整することができる。特に、点火火花（スパーク）を常に渦領域１１内で生ぜしめて、噴射された燃料の確実な点火を保証することができる。
【００１４】
噴射弁４及び点火プラグ５の組み付け状態のばらつきによって、燃焼室１内での噴射弁と点火プラグとの相互の相対位置は正確に規定されない。点火プラグはしばしば圧縮可能若しくは押し潰し可能なシール又はガスケットを介在して組み付けられ、この場合には燃焼室１内への点火プラグの組み付け深さは、点火プラグをねじ込む力に依存している。さらに内燃機関の種々の条件は運転中に変化し、例えば燃焼生成物の堆積若しくは摩耗などは弁ニードル２２若しくは弁座２１の幾何学形状に影響を及ぼすことになる。さらに、燃料は粘性、密度若しくは添加物などに関連して互いに異なっている。噴射パラメータの前述の調整は、運転中に点火火花がもはや適切に渦領域１１内で生ぜしめられていないことを検出した場合に行われる。点火火花が渦領域１１内で生ぜしめられていない場合、若しくは点火プラグ５の放電電極が例えば主噴射ジェット１０によって濡らされた場合には、燃焼が途絶えてしまうか若しくは不完全になってしまうことになる。このことは適切な方法で検出される。検出の一つの方法は、図１に概略的に示してあるように燃焼室圧力センサー７を用いることである。この種のセンサーによって燃焼中の圧力上昇が監視され、失火若しくは不完全燃焼はクランク軸回転にわたって低い圧力経過（圧力特性曲線）に現れる。別の方法は燃焼ガスのイオン電流の測定である。例えば点火プラグ５の放電電極に電圧を印加すると、電圧は燃焼室１内に遊離のイオンがある場合には電流を生ぜしめる。この場合にイオンの数量、即ち電流の大きさは燃焼に関する直接的な尺度である。イオン電流センサー若しくは燃焼室圧力センサーを用いた直接的な測定によって失火若しくは不完全燃焼を検出する場合には、次の燃焼に際して噴射パラメータ、特に圧力行程及び噴射時間を変化させることによって、渦領域１１を調整して、完全な燃焼を起こさせるようにすることができる。
【００１５】
さらに、付加的なセンサー、例えばイオン電流センサー若しくは燃焼室圧力センサー７を用いることなしに、失火を検出する方法もある。このような方法は内燃機関の回転数の評価である。内燃機関の１つのシリンダー内で燃焼が行われていない場合には、内燃機関の回転数の減少が生じる。内燃機関の回転数の正確な測定によって、内燃機関の複数のシリンダーのうちの例えば１つのシリンダー内の失火若しくは不完全燃焼を確実に認識（検出）することができる。噴射される燃料の量が変化して回転数を増大若しくは減少させてしまうことは問題である。このような異なる両方の原因は、図５に例として示す方法で検出される。ステップ２０１で、多気筒内燃機関の特定の１つのシリンダーに起因する回転数低下が検出される。これに対応して、ステップ２０２で噴射量が増大され、即ち噴射時間が延ばされ、ほかのすべてのパラメータは同じに保たれる。このような処置が効果的であったかどうかは、ステップ２０３で検査される。回転数低下が解消されている場合には、ステップ２０３に続いてステップ２０４が接続され、即ち該方法は終了される。前記処置は効果的でなかった場合には、ステップ２０３に続いてステップ２０５が接続されて、該ステップではもとの噴射量を生ぜしめ、かつ噴射パラメータの図３及び図４で述べた調整（変化）を行って渦領域１１を点火プラグ５の範囲内に到達させるように試みる。該処置が効果的であったかどうかは、ステップ２０６で検査される。回転数低下が解消されている場合には、ステップ２０６に続いてステップ２０４が接続され、即ち該方法は終了される。ステップ２０６で該処置は効果的でなかったことが検出された場合には、ステップ２０５が繰り返され、その際に噴射のための別の噴射パラメータが選ばれて調整される。
【００１６】
別の実施態様として、まず噴射パラメータを調整し、次いで所望の結果が得られない場合にのみ、噴射量を調整することも考えられる。回転数低下を、噴射される燃料量の変化によって解消することもでき、燃料量の変化は噴射量が許容の設定限界値に達するまで繰り返されてよい。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】内燃機関の燃焼室、噴射弁、点火プラグ及びエンジン制御装置を示す図
【図２】噴射ノズルの拡大図
【図３】燃料の噴射パラメータを調整する実施例の概略図
【図４】燃料の噴射パラメータを調整する別の実施例の概略図
【図５】本発明に基づく方法のフローチャート
【符号の説明】
【００１８】
１  燃焼室、  ２  シリンダー、  ３  ピストン、  ４  噴射弁、  ５  点火プラグ、  ７  燃焼室圧力センサー、  ２１  弁座、  ２２  弁ニードル、  ２３  矢印、  ２４  噴射間隙、  ２５  内室、  ２６  行程
【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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