(57)【要約】ピストン燃焼機関のトルクの変調を行う制御方法は、可変容積の圧縮室６及び操作可能入口弁３を有する。所定の動作条件に要求されるトルクが、動力行程が実行される頻度の選定と組み合わされた入口弁３の開放時間及び閉鎖時間の選定と組み合わされた燃焼室６の容積の選定を通じて得られる。
2006505740.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可変容積の圧縮室（６）及び操作可能な入口弁（３）を有するピストン燃焼機関のトルクを調整する制御方法であって、所定の動作条件に要求されるトルクが、動力行程が実行される頻度の選定と組み合わされた前記入口弁（３）の開放時間及び閉鎖時間の選定と組み合わされた前記燃焼室（６）の容積の選定を通して得られることを特徴とした制御方法。
【請求項２】
最大負荷において圧縮室最大容積が割り当てられること、
負荷が減少したとき燃焼室容積が減少され、かつ、前記入口弁（３）の閉鎖が早期に実行されること、並びに
負荷が更に減少したとき動力行程の頻度の選定が実行されること、
を特徴とした請求項１に記載の制御方法。
【請求項３】
動力行程の頻度の選定が、アイドリングから最大負荷の５０％までで実行されることを特徴とした請求項１又は２に記載の制御方法。
【請求項４】
出口弁（４）が操作可能であり、また、圧縮室（６）の容積が、出口弁（４）ばかりではなく入口弁（３）の開閉時間の選定と組み合わせてかつ動力行程が実行される頻度の選定と組み合わせて選定されることを特徴とした請求項１ないし３のいずれかに記載の制御方法。
【請求項５】
前記燃焼機関が複数のシリンダ（１）を有し、また、異なるシリンダ（１）について動力行程の異なる頻度が選択されることを特徴とした請求項１ないし４のいずれかに記載の制御方法。
【請求項６】
前記動力行程が前記入口弁（３）を早期に閉鎖して実行されることを特徴とした請求項１ないし５のいずれかに記載の制御方法。
【請求項７】
前記動力行程が前記出口弁（４）の開放を遅らせて実行されることを特徴とした請求項４ないし６のいずれかに記載の制御方法。
【請求項８】
前記動力行程の頻度が選定されたとき、前記燃焼室（６）の容積が最大容積の２０−８０％になるように制御されることを特徴とした請求項１ないし７のいずれかに記載の制御方法。
【請求項９】
前記動力行程の頻度が選定されたとき、前記燃焼室（６）の容積が最大容積の３０−５０％であることを特徴とした請求項１ないし７のいずれかに記載の制御方法。
【請求項１０】
各動力行程において、トルクから独立した所定の毎分回転数に対し、空気及び燃料のほぼ等しい量並びに空気及び燃料のほぼ同じ割合が他の動力行程におけると同様に点火されることを特徴とした請求項１ないし９のいずれかに記載の制御方法。
【請求項１１】
２行程サイクル又は４行程サイクルが要求されたトルクに基づいて選択され、また、前記動力行程が４行程サイクルばかりではなく２行程サイクルにおいても実行されることを特徴とした請求項４ないし１０のいずれかに記載の制御方法。
【請求項１２】
コンピュータ・プログラムを備えた制御装置（８）を含み、運転者からのトルク要求に基づく信号制御によって、動力行程の頻度、弁の動作時間、弁の揚程、前記圧縮室（６）の容積、２行程サイクル又は４行程サイクルでの運転を選定することを特徴とした請求項１に記載の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可変容積の圧縮室を有しかつ操作可能な入口弁を備えたピストン式燃焼機関（エンジン）のトルクの調整を行う制御方法に関する。
本発明は、車両、航空機、ボート、船舶等の推進のための、並びに圧縮機、液圧ポンプ、発電機等の運転のためのオットーエンジン及びディーゼルエンジンのような可変負荷を受けるエンジン（機関）に適用可能である。
【０００２】
本発明は、制御装置を使用する必要がある。制御装置のソフトウエアは、制御装置の機能を決定する。本発明が実用に供されるソフトウエアは、例えば、問題のエンジンのその他の特性及びパラメータを制御するために使用される大きな制御装置の一部として適用されてもよい。
【背景技術】
【０００３】
この１０年間、内燃機関は、例えば、燃料噴射及び点火用のデジタル制御装置の導入によって、改善された運転経済性及び低減された環境への影響に向けて開発されてきた。
しかし、このような改善にもかかわらず、変化する運転条件により、平均効率が低くかつ環境への影響が大きい問題がいぜんとしてある。排気ガス放出物の組成も変わり、排気ガスを浄化することを困難にしている。
【０００４】
可変圧縮比（ＶＣＲ）が効率を改善することは、周知である。自由に操作可能な弁、いわゆる可変弁アクチュエータ（ＶＶＡ）の導入が、吸気行程中にスロットル調整から入口弁の早期閉鎖までの変化の可能性、いわゆるミラーサイクルを生じ、また、エンジン１回転のような短時間中に全体シリンダの閉鎖の可能性、頻度調整されたトルク（Frequency modulated Torque）又はスキップサイクル（これは実質的に改善された効率を生じる）を生じることも周知である。ＶＶＡの使用によって２行程サイクルと４行程サイクルとの間で変化することが可能であることも事実である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
可変容積を備えた圧縮室を有し、操作可能な弁を有し、上述した欠点を低減し、良好な効率及び環境への低い影響をもたらすピストン燃焼機関（エンジン）のトルクの調整を行う制御方法を提供することが、本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の目的は、所定の動作条件に要求されるトルクが、動力行程が実行される周波数の選定と組み合わされた入口弁の開放時間及び閉鎖時間の選定と組み合わされた燃焼室の容積の選定を通して得られることを特徴とし、最初に特定されたような方法によって達成される。
【０００７】
本発明者が知る限りでは、１つの同じエンジンにＶＣＲ技術とＶＶＡ技術とを組み合わせることを誰も今までに示唆していなかった。好ましくは、最大圧縮容積が最大負荷のさいに割り当てられる。負荷を低減する際に、圧縮容積が減少され、他方同時に、効率が最適になるまで、入口弁の早期閉鎖が適用される。これは、任意の関連する条件に利用することに関して最大になる。負荷が連続して減少される際に、頻度調整されたトルクが加えられる。それによって、制御装置が動力行程の頻度を選定したとき、要求された負荷が達成される。動力行程の頻度の特徴又はパラメータは、最適動力効率が得られた負荷レベルから維持される。低い毎分回転数において大きなトルクが要求される場合には、好ましくは２行程サイクルが用いられる。本発明によればＶＣＲがＶＶＡと組み合わされるので、ＶＣＲ又はＶＶＡによって個々に達成されうる燃料消費の合計低減よりも高い燃料消費低減のような相乗効果が得られる。
【０００８】
可変圧縮比、ＶＣＲは、ピストンとピストンの上死点におけるシリンダの天井との間の容積の変化として言及される。
操作可能弁、又は可変弁アクチュエータ、ＶＶＡは、弁の開閉時間、弁の弁揚程、又は弁の面積が弁制御装置からの信号によって作動される弁アクチュエータによって制御される弁として言及される。操作可能な弁は、空気圧式、液圧式、電磁式、又は任意の他の類似仕様で作動される弁アクチュエータを有する。
【０００９】
動力行程は、燃焼中に膨張するガス質量のエネルギが機械的仕事に変えられるさいの行程として言及される。動力行程は、今日のエンジンにおけるような最適又は正常であるサイクル内に含まれてもよい。
【００１０】
アイドル行程は、いかなるガス交換、空気供給、又は燃焼なしの行程（その間は確実な仕事が実行されない）として言及される。このような行程の際に、摩擦損失及び熱損失による損失が最小である。アイドル行程の実行中は、空気又は燃料と共に空気がエンジンを介して吸引される。アイドル行程は、入口弁が再開放される瞬間まで空気が供給されることを防止する目的のために、アイドル行程中閉鎖状態を維持されるように少なくとも入口弁が操作可能であることを予め想定する。しかし、本発明によれば、出口弁も操作可能であることが好ましい。
【００１１】
動力行程の頻度は、エンジンの毎分回転数の０−１００％の間で変化する。頻度は、動力行程がエンジンのｎ回転毎に実行されるべきであることを決定することによって選定される。残りの行程は、アイドル行程である。代案として、一連の動力行程が実行されるべきであること及びアイドル行程がエンジンのｎ回転毎に実行されることが決定される。要求されたトルクは、センサによって記録されかつ制御装置に伝達される。制御装置は、動力行程が実行されるべき頻度を選定する。
【００１２】
最適な動力行程は、実行されるべき仕事が、設定された経済性及び環境条件に関して、並びに燃料消費に関してできるだけ大きくなる行程として言及される。最適な動力行程が実行される頻度の選定によって要求されたトルクを与えることによって、最適で可能な運転経済性が達成される。
【００１３】
４行程サイクル中、最適な動力行程は、今日のエンジンにおいては一般的であることに関連して、入口弁の早期閉鎖、ミラーサイクルを含み、また、出口弁の開放が遅延される、すなわちアトキンソンサイクル（一般的使用となっているものに匹敵する）になる。圧縮室の容積は、所定の条件の下での最適で可能な結果を得る目的のために選定され、圧縮室の容積は最大圧縮室容積の約２０−８０％、好ましくは最大圧縮室容積の３０−５０％になる。
【００１４】
エンジン試験によって、エンジンの各毎分回転数における関連するパラメータの値を決定することが可能である。代案として、制御装置が順応可能、すなわち学習可能であってもよい。
【００１５】
２行程サイクル中の最適な動力行程は４行程サイクル中の最適の動力行程とは異なる。なぜならば、出口弁が開放されているときに存在するシリンダ圧力がガス交換を実行する目的のために用いられるべきであるからである。出口弁を急速に開くと流出排気ガスが脈動し、これによりシリンダ内で１気圧以下の低圧力が発生する。出口弁が閉鎖され、続いて次の圧縮行程及び続く動力行程前に正しい量の空気を供給するために、出口弁の閉鎖時及び低圧が出口弁の閉鎖に関連して十分利用されるような時点で、入口弁が開かれる。最適な動力行程は、ピストンの下死点に関連して露出され、開かれたままの出口開口を使用することによって実行されてもよい。
【００１６】
２行程サイクル中、ガスの交換を行うために、フラッシュポンプが完全に又は部分的に、かつシリンダ内の低圧と組み合わせて使用されても良い。
特定の運転条件においては、例えば、最大の効果が要求されたとき又は他の限られた条件のさいに最適の動力行程から逸脱することが必要になることもある。
【００１７】
エンジン及びその制御装置は、異なる特性により異なる最適な動力行程を生じる２種又はそれ以上の種類の燃料を使用することによってエンジンの所定毎分回転数における１組以上の最適な動力行程のパラメータを許容するために設計されてもよい。ガソリン及びエタノール等の燃料がこのような燃焼の例である。各毎分回転数に対して、ガソリン用の１組の最適な動力行程のパラメータ及びエタノール用の別のパラメータがある。
【００１８】
本発明によれば、空気及び燃料を供給するための装置は、各動力行程において及び特定の毎分回転数において、その毎分回転数における他の動力行程と同様な空気及び燃料の量並びに空気及び燃料の同様な混合物の量が燃焼のために用いられるように、予め設定される。更に、再循環排気ガス、ＥＧＲの可能な量が複数の動力行程に対して等しくなる。したがって、燃焼条件が繰り返されかつ同様に保たれるので、所定の毎分回転数に対して各動力行程が行われ、等しい量の仕事が実行され、排気ガスの化学的組成が同じに留まり、排気ガスの浄化が促進される。
【００１９】
４行程サイクルで運転する一般のピストン燃焼機関においては、動力行程の燃焼が第２回転毎に起こり、また、２行程サイクルで運転するエンジンにおいては、燃焼が各回転毎に起こる。空気、燃料の残り、例えば、非燃焼炭化水素がエンジンから吸引されるので、これらのエンジンのガス交換装置では他の行程の間隔が不適切になり、効率を低下しかつ環境への影響を及ぼす。本発明及びそれによって得られた利点を使用するために、ガス交換の目的のために弁及び開口が１又はそれ以上の引き続くアイドル行程中に閉じられることができるようにしなければならない。これは、部分的負荷の場合にしばしば起こる。したがって、本発明は、操作可能な弁、少なくとも操作可能な入口弁を必要とする。
【００２０】
操作可能な弁を用いることによって、その弁の開閉、できれば、弁揚程がクランクシャフト位置及び／又はピストン位置、毎分回転数を検出するセンサ、それに関連した電子機器、ソフトウエアを備えたデジタル制御装置によって制御される。ガス交換及び動力行程はその必要なときにのみ実行される。残りの時間については、弁、少なくとも入口弁が閉鎖状態に留まる。これは、最適の動力行程の頻度が要求されたトルクを達成するために選択されることを意味する。
【００２１】
制御方法は、各瞬間における要求されたトルクを検出するデジタル制御装置を用いる。このトルクが最適な動力行程、好ましくはアイドリングから５０％負荷までによって達成される範囲内にこのトルクがある場合には、動力行程の特定の頻度、要求されたトルクを与えるように想定されたものが制御装置によって選定される。所定の毎分回転数において、動力行程は、それが実行される各時点の同じ仕事量を与える。したがって、それは、トルク値を決定する動力行程の頻度である。
【００２２】
操作可能な弁は、動力行程の直前及び直後に空気及び燃料の供給、排気ガスの除去、ガス交換を許容する。動力行程が各回転毎に実行される頻度を選定するために、ガス交換は２行程サイクルのエンジンにおけるように各回転毎に起きなければならない。ガス交換は、同期４行程エンジンにおけるように、すなわち吸気行程を加えることによって実行され得る。その結果、第２行程毎に実行される動力行程を生じる。本発明によれば、要求されたトルクが２行程サイクル又は４行程サイクルの周波数の選定を通じて又は１もしくはそれを超える２行程サイクルが１もしくはそれを超える４行程サイクルと混合される頻度を通じて与えられる。本発明によれば、動力行程の異なる頻度が異なるエンジン・シリンダについて選定されうる。入口弁が操作可能であるが出口弁は操作可能ではない場合には、４行程サイクルのみが実行するのに可能である。
【００２３】
制御装置は、運転者からのトルクの増加又は減少についての要求に応えて、例えば、一般の仕様又は類似の仕様でガス・ペダルを使用することによって、エンジンのアイドル行程数に関連した動力行程の割合を制御するように構成される。それによって、入口弁の開閉時点、可能ならば弁の揚程を選択することによって供給される空気量ばかりではなく、制御可能な間隔内で圧縮室の容積を制御するように制御装置が構成されるので、動力行程は上記定義に基づいて最適化される。
【００２４】
エンジンは、各シリンダについてのアイドル行程数に関連した動力行程数の変動を通して、及びシリンダからシリンダまでの異なる変動をもたせることによって、制御される。制御装置は、各シリンダの燃焼室への入口弁及び出口弁の開閉を制御することによって、又は出口弁が操作可能でない場合、入口弁のみの開閉を制御することによってエンジンを制御する。このようにして、入口弁、可能ならば出口弁の開閉が、運転者によって要求されたトルクに基づいてなされる。制御は、制御装置の制御ユニットからの制御信号によって遂行される。出口弁が操作可能ではない場合には、動力行程が４行程サイクルに適用されなければならない。入口弁及び出口弁の両者が操作可能弁であるならば、制御装置は、エンジンのシリンダに対して４行程サイクルと２行程サイクルとの間で変更するように構成されうる。例えば、一方のシリンダは２行程サイクルで動作し、他方のシリンダは４行程サイクルで動作してもよい。制御装置は、２行程サイクル又は４行程サイクルがそれらのサイクルに基づいて一方のサイクルを選択しかつ動力行程の特定の頻度を適用するために最も効率的である条件の下で決めるように構成されなければならない。したがって、制御方法は、これらの与えられた条件に基づいて、２行程サイクルと４行程サイクルとの間の選択を含む。
【００２５】
制御装置は、データキャリヤに配置されたこの目的のためのコンピュータ・プログラムを含む制御ユニットを備えている。制御ユニットは、少なくとも入口弁、しかし可能ならば出口弁を制御するアクチュエータの例えば、空気圧式、液圧式、電磁式、又はその他の作動形式のアクチュエータ用の回路に動作可能に接続される。例えば、制御ユニットは、エンジンの入口弁又は出口弁に作用するアクチュエータの作動用回路に配置されたソレノイドを制御するように配置されてもよい。制御ユニットは、トルクの要求を与える部材、例えば、運転者がエンジンのトルクの増減に関する指令を与えるガスペダル（ｇａｓ  ｐｅｄａｌ）に動作可能に接続される。頻度調整されたトルク用の制御装置は、装置の一部、例えば、当該エンジンの他特性又はパラメータを制御する大きな制御装置における節約運転モードに対応する一部でもよい。
【００２６】
負荷が低くなればなるほど、本発明の実施によって達成される燃料消費の相対的低減及び環境への影響の低減が大きくなる。エンジン及びその制御装置は、エンジンの全運転間隔を１つの制御特性として最適の動力行程の異なる頻度で処理するように設計されてもよい。
【００２７】
本発明から逸脱せずに、例えば、燃料の混合及び／又は気化を改善するために、１又はそれを超える回転中に、空気のみ又は燃料と空気の組合せがシリンダに供給されかつシリンダに収容されてもよい。本発明は、絶対的な最適動力行程の選定又は最も適正な周波数の選定に限定されない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
図１は、ピストン２を備えたシリンダ１の例示概略図である。ピストン２が４行程サイクルの吸気行程中に移動しつつあり、また、空気が可能ならば燃料と共に開放した入口弁３を介して流れつつある。出口弁４は閉鎖されている。ＶＣＲピストン５は、圧縮室６の容積を変えるように用いられる。その容積は、ピストン２とピストン２の上死点におけるシリンダ１の天井との間の容積である。
【００２９】
空気回路７は、弁３、４及びＶＣＲピストン５を操作するアクチュエータを作動させるために用いられる。制御ユニット８は、信号によって、ＶＣＲピストン５ばかりではなく、空気回路７、空気回路７に接続された弁３、４を制御する目的のために空気回路７に動作可能に接続される。部材９（例えば、ガス・ペダル）が、トルク指令を与える目的のために制御ユニット８に有効に接続される。クランクシャフト１１に装着されたグレーデッド（ｇｒａｄｅｄ）円板１２に配置されたセンサ１０が制御ユニット８に動作可能に接続され、制御ユニット８に毎分回転数、クランクシャフト位置及び／又はシリンダ１内のピストン２の位置についての情報を与える。制御ユニット８は、操作可能な弁３、４がいつ開閉すべきか、そして、ピストン２が上死点位置にあるとき、ＶＣＲピストン５があるべき位置を決定する。操作可能な弁３、４は、例えば、電磁式、液圧式、又は空圧式に作動できる。ＶＣＲピストン５は、例えば、機械式、液圧式、又は空圧式に可動である。ＶＣＲピストン５は、図示されてはいないが、クランクシャフト１１に接続されてもよく、また、最適な圧縮を達成するためにピストン２の移動と協働してＶＣＲピストン５の可変往復運動を実行するように、配置されてもよい。自動制御装置においては、ＶＣＲピストン５は、それが最適圧縮を達成する位置を連続して求めてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の方法が実施されるエンジンの例示概略図である。
【図１】
2006505740.tif 000003
【国際調査報告】
2006505740.tif 000004
2006505740.tif 000005