(57)【要約】本発明は内燃機関の作動方法および対応する装置に関する。この場合、少なくとも１つのシリンダにおいて、そのシリンダに送り込まれる燃料が燃料空気混合物として燃焼する。少なくとも１つの調整装置により少なくとも１つの物理的な過程が制御され、この物理的な過程によって少なくとも１つのシリンダ内における燃料空気混合物の成分配分および／または全体の組成が変えられる。ノックが発生するとノック制御部により少なくとも１つのシリンダにおける点火角が、基本点火角から調整角だけ段階的に遅角調整される。少なくとも１つの調整装置の位置調整量が所定の第１の閾値を超えると、および／または少なくとも１つの物理的な過程の変化が所定の第２の閾値を超えると、調整角が段階的に急速に低減され、その際、ステップ幅を大きくすることにより、および／またはステップの周波数を高くすることにより、いっそう急速な低減が行われる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の作動方法であって、
少なくとも１つのシリンダ内で該シリンダに送り込まれた燃料が燃料空気混合物として燃焼し、
少なくとも１つの調整装置によって少なくとも１つの物理的な過程が制御され、該過程により少なくとも１つのシリンダ内の燃料空気混合物の成分配分および／または全体の組成が変えられ、
ノックが発生するとノック制御部により少なくとも１つのシリンダにおける点火角度が基本点火角度から調整角だけ段階的に遅角調整される形式の、
内燃機関の作動方法において、
少なくとも１つの調整装置の位置調整量が所定の第１の閾値を超えていれば、および／または前記少なくとも１つの物理的な過程の変化が所定の第２の閾値を超えていれば、調整角を段階的に急速に低減し、ステップ幅を大きくすることによりおよび／またはステップの周波数を高めることにより、いっそう急速な低減を行うことを特徴とする、
内燃機関の作動方法。
【請求項２】
調整装置として少なくとも１つの排気ガス帰還弁および／または少なくとも１つの吸気および／または排気カムシャフト位置調整部または可変弁位置調整部を用い、物理的な過程として帰還排気ガスレートを制御し、帰還排気ガスレートの変化が所定のレート変化閾値を超えると、および／または排気ガス帰還弁位置調整の変化が所定の排気ガス帰還弁変化閾値を超えると、および／または吸気および／または排気カムシャフト位置調整の変化が所定の吸気および／または排気カムシャフト変化閾値を超えると、および／または可変弁位置調整の変化が所定の第１の弁変化閾値を超えると、調整角の急速な低減を行う、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記のレート変化閾値および／または排気ガス弁変化閾値および／または吸気および／または排気カムシャフト変化閾値および／または第１の弁変化閾値の超過により、基本点火角に付加的に第１の進角調整角を加算する、請求項２記載の方法。
【請求項４】
調整装置として少なくとも１つのフラップ式吸気運動制御弁を用い、物理的な過程として空気燃料混合物の動きの強さを制御し、前記フラップ式吸気運動制御弁の変化が所定のフラップ式吸気運動制御弁変化閾値を超えると、調整角の急速な低減を行う、請求項１から３のいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
前記のフラップ式吸気運動制御弁変化閾値の超過により、基本点火角に付加的に第２の進角調整角を加算する、請求項４記載の方法。
【請求項６】
調整装置として少なくとも１つの吸気および／または排気カムシャフト位置調整部または可変弁制御部を用い、物理的な過程として供給される外気の量または供給される燃料空気混合物の量を制御し、吸気および／または排気カムシャフト位置調整変化が所定の吸気および／または排気カムシャフト変化閾値を超えれば、および／または可変弁位置調整変化が所定の第２の弁変化閾値を超えれば、調整角の急速な低減を行う、請求項１から５のいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
前記の吸気および／または排気カムシャフト変化閾値および／または第２の弁変化閾値の超過により、基本点火角に付加的に第３の進角調整角を加算する、請求項６記載の方法。
【請求項８】
すべてのシリンダに対して同時に調整角の急速な低減を行う、請求項１から７のいずれか１項記載の方法。
【請求項９】
調整角の急速な低減をシリンダごとに行う、請求項１から７のいずれか１項記載の方法。
【請求項１０】
調整角の急速な低減を行うときにノック検出の基準値を計算するための追従係数を変化させる、請求項１から９のいずれか１項記載の方法。
【請求項１１】
ノックが発生すると、および／または負荷ダイナミック状態および／または回転数ダイナミック状態が生じると、調整角の急速な低減を中止する、請求項１から１０のいずれか１項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
従来の技術
本発明は、独立請求項の上位概念に記載の内燃機関の作動方法および対応する装置に関する。
【０００２】
少なくとも１つのシリンダ内でそのシリンダに供給された燃料を燃料空気混合物として燃焼させるようにした内燃機関の作動方法および対応する装置はすでに知られている。さらにたとえば排気ガス帰還弁、吸気および／または排気のためのカムシャフト位置調整、可変の弁制御またはフラップ式吸気運動制御弁などのような調節装置が知られている。これらはたとえば排気ガス帰還レート、燃料空気混合物の運動の強度、供給される外気の量または供給される燃料空気混合物の量などのような物理的な事象に作用を及ぼし、その際、それらの物理的な事象によってシリンダ内の成分の配分および／または燃料空気混合物の組成が変えられる。
【０００３】
さらに内燃機関についてノック検出システムやノック制御システムが知られており、それによってシリンダ内のノック発生が検出され、ノック信号が発生すると点火角が遅角調整される。
【０００４】
帰還される排気ガスレートが高められると、公知の内燃機関ではベース点火角がまえもって定められた一定の角度だけ進角調整される。
【０００５】
発明の利点
これに対し独立請求項の特徴を備えた本発明による方法ならびに本発明による装置のもつ利点とは、ダイナミックな動作状態において内燃機関をノッキング限界で稼働させることができ、したがって最大の効率が得られることである。
【０００６】
従属請求項に記載の構成により、独立請求項に記載の方法および独立請求項に記載の装置の有利な実施形態が可能である。殊に有利であるのは、排気ガス帰還レートが変化しても内燃機関を高速にノッキング限界のところで稼働できることである。このことは、フラップ式吸気運動制御弁の位置の変更やカムシャフトの位置設定または可変の弁位置設定に起因する空気供給や燃料空気混合物供給の変更についてもあてはまる。基本点火角に付加的に進角調整角を加算すると、ノッキング限界へ近づける動作を付加的に加速することができる。また、すべてのシリンダに対して調整角の低減を同時に行うのが有利であり、その理由はすべてのシリンダについて新しい条件への整合をただちに行うことができるからである。特定の状況において個々のシリンダの特性がそれぞれ大きく異なっているならば、調整角の迅速な低減をシリンダ固有に行うのが有利である。さらに調整角の迅速な低減を起動するときに基準値もいっしょに迅速に導くのが有利であり、それというのもノック検出も新しい条件に迅速に整合させるべきだからである。ノックが発生した場合または負荷のダイナミックな状態、ノックを避けるために有用であるのは、迅速な低減を中止することである。
【０００７】
実施例の説明
ノックつまり内燃機関の燃焼室内における異常な燃焼過程によって性能ならびに効率が制約され、高い火炎伝播速度により燃焼室が損傷してしまう。このことを避けるため、最近の内燃機関ではノック検出およびノック制御のためのシステムが組み込まれている。この種のシステムは文献から十分に知られており、したがってそれらの動作について以下では手短にまとめるだけにする。
【０００８】
ノック検出部に属するノックセンサにより燃焼室から信号が捕捉され、その信号はやはりノック検出部に属する評価ユニットへ伝送される。この種の信号はたとえば音響信号、電磁信号、電気信号、圧力信号または温度信号とすることができ、それらはノックセンサにより燃焼室内または燃焼室外で検出される。評価ユニットは信号の増幅を行い、適切なやり方で信号を積分して、内燃機関に含まれているマイクロプロセッサにおいて信号のアナログ／ディジタル変換の後、積分された値ＵＩＮＴ，ａｋｔｕｅｌｌ を閾値と比較することができ、その際に信号が閾値を超えていればノックが検出される。さらに評価ユニットにおいて妨害信号抑圧のためにたとえば所定の周波数帯域の選択もしくは所定の時間窓に関する選択を行うことができ、この場合、周波数帯域もしくは周波数窓はノック信号の発生に特徴的なものである。
【０００９】
ディジタル化された目下のノック信号ＵＩＮＴ，ａｋｔｕｅｌｌ は有利な実施例によれば、ノック検出のためマイクロプロセッサにより個々の目下のシリンダの基準値ＵＲＥＦ，ａｌｔ と比較される。この比較には相対的なノック強度ＲＫＩの測定も含まれており、これは目下のノック信号とシリンダ固有の基準値との商として得られる：
【００１０】
【数１】
2004508485.tif 000002
【００１１】
ついで相対的ノック強度ＲＫＩがノック検出閾値と比較される。この実施例の場合もノック検出閾値はやはりマイクロプロセッサにより供給される。その際、有利な実施例によれば目下のシリンダのためにシリンダ固有のノック検出閾値が供給される。
【００１２】
相対的ノック強度ＲＫＩの計算に必要とされるシリンダ固有の基準値ＵＲＥＦ，ａｌｔ は継続的に内燃機関の目下の動作状態に整合される。これは追従係数Ｎを用いて行われ、この係数を用いることでシリンダ固有の新たな基準値ＵＲＥＦ，ｎｅｕ が計算され、これによって目下のノック信号ＵＩＮＴ，ａｋｔｕｅｌｌ が考慮される。シリンダ固有の新たな基準値ＵＲＥＦ，ｎｅｕ の計算は有利には次式を用いて行われる：
【００１３】
【数２】
2004508485.tif 000003
【００１４】
ノックが検出されると、内燃機関に組み込まれたマイクロプロセッサによりノック制御が行われ、これによれば基本点火角に調整角が加算され、それにより合計がベース点火角となる。この場合、調整角が大きくなればなるほどベース点火角がさらに遅れる方向に遅角調整される。本出願では調整角は正の値として定義される。ベース点火角の遅角調整によってノックが低減される。ノックが新たに発生すると、ベース点火角が調整角の増加により再度遅角調整される。さらにトルク構造によりトルク要求に基づきトルクベースの点火角が計算され、これによって最も早い可能な点火角が表される。ついでこの方法によれば、ベース点火角とトルクベースの点火角が互いに比較され、この場合、実現すべき点火角として両方の点火角のうち遅い方の点火角が用いられる。この場合、基本点火角は負荷および／または回転数に依存する特性マップから読み出され、これには通常条件における点火角が含まれていて内燃機関のマイクロプロセッサに格納されている。この場合、回転数および／または負荷の特定の領域に割り当てられている基本点火角に関する値が含まれている。この場合、有利にはクランクシャフトに取り付けられているセンサにより回転数が求められる。また、マイクロプロセッサにより負荷すなわち個々のシリンダの相対的な空気充填度が、回転数やトルク要求など様々な動作パラメータに基づき、ならびにサーミスタフィルム形空気量測定器（ＨＦＭ）や吸気圧センサの測定値、帰還排気ガスレートまたはスロットルバルブ位置に基づきモデルを用いることで求められ、基本点火角を求めるために供給される。相対的空気充填度は、個々のシリンダについて目下の空気充填度と通常条件のもとでの空気充填度との比として求められる。ノック制御部による点火角の位置調整はノックがもはや発生しなくなるまで行われる。個々のステップにおける点火角の位置調整量は調整角度に加算され、この角度は基本点火角に関してベース点火角の全調整量を表す。特定の期間にわたりノックがもはや発生しなければ、ノック制御部によるベース点火角が再び進角調整される。これに応じて調整角が小さくなる。
【００１５】
排気ガス帰還によって、排気ガスが新たな燃焼のために燃焼室へ戻される。このことはガソリン直接噴射式内燃機関においても吸気管噴射による内燃機関においても実行することができる。この場合、排気ガス帰還には内部排気ガス帰還も外部排気ガス帰還も含まれており、ここではシリンダ内で排気ガスが完全に吐出されるのではなく、シリンダ内に排気ガスが残留しており、次の動作サイクルで再びシリンダ内の燃料空気混合物の成分となるような過程を、内部排気ガス帰還と称する。また、外部排気ガス帰還によれば、排気ガス管から内燃機関吸気管への帰還が行われる。その際、外部から帰還される排気ガスのレートは排気ガス帰還弁を介して制御され、これはやはりマイクロプロセッサにより制御される。内部的に帰還される排気ガスのレートは、吸気カムシャフト位置および排気カムシャフト位置または可変弁調整により制御することができる。この場合、カムシャフト位置により弁が開かれるクランク角が変えられ、弁が開放されているクランク角期間は変えられないので、カムシャフト位置の変化とともに弁が閉じられるクランク角も変えられる。その際に１つの実施例によれば１つのシリンダのすべての弁のカムシャフト位置調整が可能であり、別の実施例によれば吸気弁と排気弁のクランクシャフト位置調整を別個に行うことができる。可変弁制御によって、各弁の開放と閉鎖を任意に制御することができる。帰還された排気ガスのレートが上昇するとシリンダ内に存在する燃料空気混合物の酸素含有量が低減し、その結果、燃焼室内での異常な燃焼過程の発生が困難になり、燃焼ピーク温度が低減される。
【００１６】
フラップ式吸気運動制御弁の位置調整により、内燃機関において吸気運動の強さを制御することができる。吸気管は吸気弁の領域に、幾何学的形状がそれぞれ異なるように成形された２つのダクトを有している。フラップ式吸気運動制御弁はそれらのダクトの一方に設けられた調整部材であって、その目的は空気の流れを両方のダクトにそれぞれ異なるように分配し、つまりは吸気運動を調整することである。一方のダクトは空気が貫流したときに主となる流れ方向に対して垂直な運動が強制されるように形成されており、他方のダクトは流れ抵抗を僅かに抑えるためにできるかぎり有利な流れが生じるように成形されている。フラップ式吸気運動制御弁による吸気ダクトを狭めることで強い吸気運動が達成される。
【００１７】
さて、本発明によれば、帰還排気ガスレートの上昇がまえもって定められた適用可能なレート変化閾値を超えると、急速な進角調整がアクティブにされ、その際に調整角が急速に小さくされる。調整角の急速な低減は、調整角が大きいステップでおよび／または高い周波数で低減されるようにして行われる。したがって長い期間にわたりもはやノックが発生しなければ、上述の点火角低減の場合よりも高速に低減が行われる。高速な低減によって、排気ガス帰還レートの変化により変えられたノック限界でエンジンが稼働されるようになる。これにより高い効率を実現することができる。
【００１８】
ノックが発生したときもしくは負荷または回転数のダイナミック状態が生じると、調整角の迅速な低減が再び非アクティブ状態にされ、ノック制御が通常状態で引き続き稼働され、その場合、ノックが生じれば調整角が大きくされ、あるいは特定の期間後にノックが生じなければ、調整角は再び小さくされる。その際、負荷の変化が負荷閾値または回転数閾値を超えると、マイクロプロセッサにより負荷ダイナミック状態および回転数ダイナミック状態が検出される。
【００１９】
高速な低減もしくは通常のノック制御はマイクロプロセッサにより制御される。排気ガス帰還弁、カムシャフト位置調整、可変弁位置調整、フラップ式吸気運動制御弁などのような制御もマクロプロセッサにより行われる。さらにマイクロプロセッサにおいて、本発明との関連で言及したすべての閾値が格納される。
【００２０】
同様に、排気ガス帰還弁位置設定、カムシャフト位置つまり吸気カムシャフト位置設定および排気カムシャフト位置設定が変化したときにも、あるいは可変弁位置設定が変化したときにも、排気ガス帰還レートの変化が達成される。この場合、排気ガス帰還弁位置設定は帰還排気ガスの外部レートに作用を及ぼし、カムシャフト位置設定および可変弁位置設定は帰還排気ガスの内部レートに作用を及ぼす。個々の位置設定がまえもって設定可能および適用可能な個々の閾値（排気ガス帰還変化閾値、吸気排気カムシャフト変化閾値または第１の弁変化閾値）を超えると、調整角が上述のように急速に低減される。
【００２１】
本発明のさらに別の有利な実施例によれば、燃料空気混合物の運動の強さがフラップ式吸気運動制御弁の位置の強い変化により大きく変わると、上述のように調整角が急速に低減される。フラップ式吸気運動制御弁の位置の大きい変化は、まえもって設定可能および適用可能なフラップ式吸気運動制御弁変化閾値の超過によって測定される。
【００２２】
本発明の別の有利な実施例によれば、供給される外気の量もしくは燃料空気混合物の量が大きく変化すると、調整角の上述の急速な低減が起動される。この場合、供給される外気の量もしくは燃料空気の量の変化はカムシャフト位置調整の変更たとえば吸気カムシャフト位置調整および／または排気カムシャフト位置調整の変更により、あるいは可変弁位置調整の変更により制御され、その変化について閾値を用いて測定される（吸気／排気カムシャフト変化閾値もしくは第２の閾値）。
【００２３】
本発明の別の実施例の場合、調整角の急速な低減に加えて進角調整角が調整角と基本点火角に加算され、その結果、調整角と基本点火角と進角調整角の合計からベース点火角が形成される。この場合、進角調整角は負の値である。その際、物理的な過程ごとにまえもって設定可能および適用可能な別の進角調整角が設定される。すなわち排気ガス帰還レート変化のための第１の進角調整角、燃料空気混合物の運動の強度変化のための第２の進角調整角、および供給された外気量および燃料空気混合物量の変化のための第３の進角調整角が設定される。第１、第２および／または第３の進角調整角はマイクロプロセッサに格納されている。
【００２４】
本発明の１つの別の実施例によれば調整角の急速な低減は、すべてのシリンダについて同時に行うこともできるし、シリンダ固有に行うこともできる。その際、シリンダ固有の調整によって内燃機関シリンダの固有の特性が考慮されるのに対し、すべてのシリンダに対して同時に調整角を急速に低減することで場合によってはノック限界へさらに急速に近づけることができる。
【００２５】
さらに別の有利な実施例によれば、排気ガス帰還レートの変化、燃料空気混合物の運動強度の変化、供給される外気量と燃料空気混合物量の変化によって変化する状況に合わせてノック検出を整合させる必要がある。このことは追従係数Ｎを小さくすることによって行われる。このようにしてシリンダ固有の基準値ＵＲＥＦ，ｎｅｕ を目下の条件に急速に整合させることができる。
【国際公開パンフレット】
2004508485.tif 000004
2004508485.tif 000005
2004508485.tif 000006
2004508485.tif 000007
2004508485.tif 000008
2004508485.tif 000009
2004508485.tif 000010
2004508485.tif 000011
2004508485.tif 000012
2004508485.tif 000013
2004508485.tif 000014
2004508485.tif 000015
2004508485.tif 000016
2004508485.tif 000017
2004508485.tif 000018
2004508485.tif 000019
【国際調査報告】
2004508485.tif 000020
2004508485.tif 000021
2004508485.tif 000022
2004508485.tif 000023
2004508485.tif 000024
2004508485.tif 000025