(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料が少なくとも一つの噴射弁（３２）を通して供給され、且つ噴射される燃料量が噴射期間によって影響を受ける、内燃機関（１０）の運転方法において、
噴射弁（３２）が要求された噴射期間（ｔｉ）が最大可能噴射期間（ｔｉｍｘｔｈ）よりも大きい時を検出し、
その結果、要求された噴射期間（ｔｉ）が最大可能噴射期間（ｔｉｍｘｔｈ）よりも大きい時に、目標混合気組成を生成するように、内燃機関の噴射燃料、吸入空気、又は出力トルクの制御への介入（６４；７４；７６）を実行することを特徴とする内燃機関の運転方法。
【請求項２】
介入（６４）が、燃焼室（１２）の空気充填量（ｒｌｓｏｌ）の制限を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
介入（６４）が、スロットルバルブ（２８）の角度（ｗｄｋ）の調節を含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記介入が、チャージ圧力及び／又は吸入管圧力の引き下げを含むことを特徴とする請求項２又は３に記載の方法。
【請求項５】
前記介入が、要求された噴射期間と最大可能噴射期間との間の差を入力変数とする特性曲線を用いて行われることを特徴とする請求項１ないし４の何れかに記載の方法。
【請求項６】
介入（７４、７６）が、目標トルク（ｍｉｔｉｂｇｒ）の引き下げを含むことを特徴とする請求項１ないし５の何れかに記載の方法。
【請求項７】
前記介入が、コントローラ、特に、要求された噴射期間（ｔｉｍｘ）と最大可能噴射期間（ｔｉｍｘｔｈ）との間の差を制御変数とするＰＩコントローラ（７４、７６）を用いて行われることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記介入が、燃料圧力の引き上げを含むことを特徴とする請求項１ないし７の何れかに記載の方法。
【請求項９】
コンピュータで実行された時に、請求項１から８までの何れかに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１０】
記憶装置、特にフラッシュメモリに格納されていることを特徴とする請求項９に記載のコンピュータプログラム。
【請求項１１】
噴射弁の噴射期間のための目標値（ｔｉ）を与える、燃料の供給のための少なくとも一つの噴射弁（３２）を備えた、内燃機関（１０）の運転制御装置（４０）において、
噴射弁（３２）が要求された噴射期間（ｔｉ）が最大可能噴射期間（ｔｉｍｘｔｈ）よりも大きい時を検出する手段を含み、
その結果、要求された噴射期間（ｔｉ）が最大可能噴射期間（ｔｉｍｘｔｈ）よりも大きい時に、目標混合気組成を生成するように、内燃機関の噴射燃料、吸入空気、又は出力トルクの制御への介入（６４；７４；７６）を実行する手段（６４；７４；７６）、を含むことを特徴とする内燃機関の運転制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料が少なくとも一つの噴射弁を通して供給され、噴射される燃料量が噴射期間によって影響を受ける、内燃機関の運転方法およびその運転制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
その様な方法の一つは市場から知られている。その方法によれば、燃料が噴射弁を通して吸入管の中へ噴射される（別の既知の方法によれば、燃料は直接燃焼室内へ噴射される。この既知の方法は、ガソリンに対しても、またディーゼルに対しても適用可能である）。噴射された燃料は、吸入管の中で霧化され、内燃機関の燃焼室内へ送られる。燃料は、本質的に一定の圧力の下にある燃料供給管の噴射弁へ送られる。噴射弁は、例えばドライバーによって高い負荷が要求されると、弁が相対的に長く開かれているように制御される。このようにして、より多量の燃料量が吸入管内へ到達する。
【０００３】
しかしながら、噴射弁の最大可能噴射期間は限られている。例えばガソリン直接噴射の場合に、噴射弁の不連続な弁の開放プロセスが望まれる場合には、最大可能噴射期間は、吸入行程に場合によっては圧縮行程を加えた時間長さに等しい。吸入管噴射の場合に、噴射弁は、極端なケースでは単純に連続的に開かれている。しかしながら、この場合も不連続な弁の開放プロセスの方が有利である。何故なら、開いた吸入弁の中へはできるだけ噴射されるべきではないからである。それ故、吸入弁が開いている際には、噴射弁はできるだけ閉じられているべきである。連続的に開かれている噴射弁の状態は“持続域（Ｄａｕｅｒｓｔｒｉｃｈ）”とも呼ばれる。
【０００４】
内燃機関のユーザーによって、高い負荷、即ち例えば、高い回転数の下での高いトルクが要求された場合には、噴射弁の要求された噴射期間が最大可能噴射期間よりも長くなってしまうということが起こり得る。しかしながら、最大可能噴射期間はエンジンによって制限されているから、より高い要求噴射期間にも拘わらず、最大可能噴射期間に対応する燃料量しか噴射されない。しかしながら、同時に、要求された高いトルクに対応する多量の空気充填量が燃焼室に送られるので、燃焼室内へ到達した混合気は過度に希薄となる。これが一方では排気特性の悪化をもたらし、また他方では内燃機関及び排気ガスの温度の上昇をもたらす。
【０００５】
高い排気ガス温度は更に、排気ガス装置にとっても有害である。その上高い排気ガス温度は、内燃機関が、給気を特定の運転状態の下で事前圧縮する圧縮機、例えばターボチャージャーを装備している場合に特に望ましくない。排気ガス流の中に設けられているターボチャージャーのタービンは、温度に対して極めて敏感であり、上述の様にして高められた排気ガス温度によって損傷を受けることがある。それ故、特に全負荷領域では通常、排気ガス温度を低下させるために、混合気の過濃化が行われる。この過濃化は、内燃機関が既に噴射期間を最早延長することができない状態で運転されている時には、不可能である。
【０００６】
より低いオクタン価を持つ燃料の使用も困難である。何故なら、この場合には、ノッキングを避けるために、内燃機関はより遅い点火角度で運転されるべきであるが、そうするとこれも又排気ガス温度を高める結果となってしまうからである。これに対しては、混合気の過濃化によって対処すべきであろうが、噴射弁が既に最大可能噴射期間で作動している場合には、これもまた不可能である。
【０００７】
前述の問題を防止するためには、噴射弁の極めて精確な設計が必要である。噴射弁の設計は、全ての運転状態で十分な燃料量を噴射することが可能であることを保証するように、行われなければならない。このことから、一般に、比較的大量の燃料量を噴射可能な噴射弁が要求される。これに対して、内燃機関のアイドリング時には、噴射弁の噴射期間は非常に短いことが必要である。特に、燃料蒸気が直接タンクから吸入管内へ送られるアクティブな燃料タンク排気の場合には、噴射弁は、アイドリング時に、非常に少量の燃料量しか内燃機関の燃焼室内に供給しないようにしなければならない。それ故、これ等の全ての要求に適応するためには、対応する噴射弁は非常に大きな可変領域を有していなければならない。即ち、最少燃料量だけでなく多くの燃料量も噴射可能でなければならない。しかしながら、このような噴射弁は非常に高価である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明は、冒頭に述べられた種類の方法を、設計が簡単な比較的安価な噴射弁を備えた内燃機関でも確実に運転可能なように拡張することを課題としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、燃料が少なくとも一つの噴射弁を通して供給され、且つ噴射される燃料量が噴射期間によって影響を受ける、内燃機関の運転方法において、噴射弁の要求される噴射期間がいつ最大可能噴射期間よりも大きくなるかを測定し、そのようなときに、目標混合気組成を生成する介入が行われる。
【００１０】
また本発明によれば、噴射弁の噴射期間のための目標値を与える、燃料の供給のための少なくとも一つの噴射弁を備えた、内燃機関の運転制御装置において、噴射弁の噴射期間のための目標値がいつ最大可能噴射期間よりも大きくなるかを測定する手段を含み、そのようなときに、目標混合気組成が生成されるように介入する手段を含む。
【００１１】
本発明の方法は簡単であるとと共に効果的である。本発明によって、内燃機関の噴射弁が最大可能噴射期間で運転されている時に生じるほとんど全ての問題は、この場合に排気ガスが過度に熱くなる危険があるということに関係している、ということが発見された。この原因は更に、場合によっては過少の燃料しか燃焼室に到達せず、従って燃料混合気が過度に希薄となるということに帰せられるべきである。本発明によれば、噴射弁の最大可能噴射期間がオーバーされたということが測定されるや否や、空気燃料混合気の制御が、出力志向ででは無く、混合気志向で行われるということが提案される。
【００１２】
このようにして、内燃機関の全ての運転状況の下で、従って噴射弁が最大可能噴射期間で運転されている時でも、混合気が過度に希薄とならず、望ましい混合気組成に対応する、ということが保証される。混合気組成は、ノーマル時には本質的に化学量論的混合気となるが、例えば排気ガス管内に配置されているタービンを保護するために、過濃化された混合気となることも可能である。
【００１３】
これによって、比較的多量の燃料量を噴射することのできる噴射弁は、最早従来の範囲では使用の必要が無い。実際には、従来用いられていた弁よりも１０％〜２０％小さい弁で間に合うであろう。噴射弁の設計に対する要求は一般により少なくなる。何故なら、冒頭に例としてその幾つかが述べられていた様々な限界状況を、結局のところ、最早考慮する必要がなくなるからである。このようにして、既に内燃機関の設計の際にコストが節減される。これは、特に、同じ部品の望ましい使用の結果、大きさの異なる内燃機関に同じ噴射弁を装備することができる故でもある。その上、対応する噴射弁は更に価格的にも有利であり、この点でもコストが節約される。更に限界状況が噴射弁の設計の際に見落とされている場合に発生し得る、エンジンの損傷或いは内燃機関のその他の構成要素に対する損傷が避けられる。
【００１４】
本発明における最初の拡張例では、介入が燃焼室の空気充填量の制限を含むことが示されている。このようにして、燃料・空気混合気の空気成分が燃料の最大可能噴射量に適合される。
【００１５】
空気充填量は、特に、単にスロットルバルブの角度を調節することによって引き下げられる。
これによって、吸入管の貫通断面積が減少され、その結果少ない空気が吸入管を通って燃焼室内へ流入することが可能である。
【００１６】
事前圧縮付きの、それ故吸入管内に圧縮機を備えている内燃機関の場合には、空気充填量を吸入管内のチャージ圧力の低下によっても引き下げることが可能である。これは、例えばウェイストゲートを介して簡単に実現される。
【００１７】
精確な介入を可能にするためには、介入の範囲を、要求された噴射期間と最大可能噴射期間との間の差に適合させることができれば有利である。従って、本発明に基づく方法の拡張例では、要求された噴射期間と最大可能噴射期間との間の差を入力変数とする特性曲線を用いて、介入を行うことが提案される。
【００１８】
燃焼室の空気充填量に直接影響を与える代わりに、介入はまた、目標トルクの引き下げを含むことができる。それ故、この場合に、燃料・空気混合気の一つの構成成分が逐一的に変えられるのではなく、制御系路内ではっきりと早期に介入される。この方法は、混合気の制御自体が影響を受けないという利点を持つ。
【００１９】
目標トルク（これは、一般に空気充填率に比例している。）が引き下げられる場合、該トルクの引き下げは、要求された噴射期間と最大可能噴射期間との間の差を制御変数とするコントローラ、特にＰＩコントローラを用いて行えば、特に精確に行うことができる。
【００２０】
前述の全ての拡張例は最終的に出力の引き下げを目標としており、これは噴射弁の最大可能噴射期間よりも長い噴射期間が要求される時に行われる。代わりとして或いは追加として、介入はまた、燃料圧力の引き上げを含むことができる。この場合には、要求出力が引続き利用できるか、或いは出力低下が少なくなる。
【００２１】
本発明はまた、コンピュータで実行された時に前記の方法の実施のために適しているコンピュータプログラムに関する。その際、前記コンピュータプログラムが、記憶装置、特にフラッシュメモリに格納されていると、特に有利である。
【００２２】
最後に、本発明は更に、噴射弁の噴射期間のための目標値を与える、燃料の供給のための少なくとも一つの噴射弁を備えた、内燃機関の運転制御装置に関する。本発明に基づく方法に関連して前述された利点を実現可能とするために、前記運転制御装置は、目標噴射期間がいつ最大可能噴射期間よりも大きくなるかを測定する手段を含むこと、またそのような時に、目標混合気組成を生成する介入手段を含むことが提案される。
【００２３】
【実施例】
本発明の実施例を、添付の図面を参照して以下詳細に説明する。
図１では、内燃機関に全体として参照符号１０が付けられている。内燃機関１０は燃焼室１２を含み、該燃焼室は、図には示されていない吸気弁を通して吸入管１４と結合されている。同じく図には示されていない排気弁を通して燃焼室１２は更に排気ガス管１６と結合されている。
【００２４】
排気ガス管１６の中には、シャフト２０を通して圧縮機２２を駆動するタービン１８が設けられている。タービン１８に沿ってウェイストゲート管路２３が走っており、この管路２３にウェイストゲート２５が設けられている。このウェイストゲート２５は、吸入管内で優勢な圧力を通してここでは詳しくは触れられていない方法で制御され、このことは管路２７によって示されている。これに対して圧縮機２２は吸入管１４に設けられている。圧縮機２２の上流側で、循環空気管路２４が吸入管１４から分岐しており、該循環空気管路は、圧縮機２２の下流側で再び吸入管１４へ口を開いている。循環空気管路２４には循環空気弁２６が配置されている。
【００２５】
吸入管１４の中には更にスロットルバルブ２８があり、該スロットルバルブの角度位置は調節モータ３０によって調節される（スロットルバルブ２８は、勿論別の方法として、直接ガス流を介して制御することもできる。）。スロットルバルブ２８の上流側には、ホットフィルム・エアマス計（ＨＦＭセンサ）３１が備えられており、該ＨＦＭセンサは、吸入管１４を通って流れて来る空気質量（エアマス）を測定する。スロットルバルブ２８と燃焼室１２との間には更に、噴射弁３２が配置されており、これによって燃料が吸入管１４の中へ噴射される。噴射弁３２は、燃料管路３４及び燃料ポンプ・圧力制御ユニット３６を介して、燃料タンク３８から供給される。
【００２６】
制御装置４０は、その入力側で、ＨＦＭセンサ３１と、アクセルペダル４４の位置検出器４２とに接続されている。更に、制御装置４０は、クランクシャフト４８の回転数を測定する回転数センサ４６から信号を受け取る。制御装置４０は、出力側において、ウェイストゲート管路２３の中のウェイストゲート２５、スロットルバルブ２８の調節モータ３０、噴射弁３２、及び燃料ポンプ・圧力制御ユニット３６に接続されている。
【００２７】
ノーマル状態において、内燃機関１０は次のように運転される。
吸入行程の間は、空気が吸入管１４を通して吸入される。制御装置４０によって、位置検出器４２で測定されたアクセルペダル４４の位置に依存して、ユーザーによって要求された負荷が決定され、空気供給システムの場合には、スロットルバルブ２８の調節モータ３０が上記の負荷に応じて制御される。場合によっては、ウェイストゲート２５の制御系に対して介入が行われ、これによってチャージ圧力を調節することもできる。噴射弁３２は、ＨＦＭセンサ３１によって測定された空気質量に依存して、制御装置４０によって、希望する混合気組成が得られるように制御される。かくして定められた量の燃料が吸入管１４の中へ噴射される。その際、燃料量は、噴射弁３２の開いている期間によって定められる。燃焼室１２から出てきた排気ガスはタービン１８を駆動する。タービン１８はまた、内燃機関１０の定められた運転状態の下で、圧縮機２２のシャフト２０を駆動し、排気ガス管１６内の空気を事前圧縮する。
【００２８】
特定の状況の下では、吸入管１４内の圧力を引き下げることが必要になることがある。これは、ウェイストゲート２５が開くように該ゲートを制御することによって対処される。この場合には、タービン１８に対する排気ガスが迂回されるので、タービン１８の駆動、またその結果として圧縮機２２の駆動が弱められる。
【００２９】
前述したように、噴射される燃料量は噴射弁３２による噴射期間によって定められる。内燃機関１０の回転数が高くなればなる程、燃料の噴射のために利用できる時間は短くなる。このため、高い回転数の下で内燃機関１０の大きな出力が要求され、その際、高い回転数の下で、ユーザーがアクセルペダル４４を更に深く踏み込んだ場合に、その出力を達成するために必要な燃料量を噴射することができないということが起こり得る。何故なら、燃料の噴射のために利用できる時間が短過ぎるからである。それ故、この場合に、噴射弁３２に要求される噴射期間は最大可能噴射期間よりも大きい。もう一つのこの様な状況は、例えば、内燃機関１０が既に持続的に開かれた噴射弁３２で運転されているが、タービン１８を過熱から保護するために混合気の過濃化が行われるべきであるという時に、起こり得る。この場合には、例えば図２に説明されている方法によって対処することができる。
【００３０】
図２を参照すると、スタートブロック５０の後で、先ずブロック５２で、位置検出器４２によって測定されたアクセルペダル４４の位置に対応する出力が達成される時に、噴射期間ｔｉがどれだけ長くなければならないかということが決定される。これと並行して、ブロック５４で、係数Ｆ（ブロック５６）を回転数センサ４６によって測定されたクランクシャフト４８の回転数ｎｍｏｔ（ブロック５８）で割った商ｔｉｍｘｔｈが形成される（ｔｉｍｘｔｈ＝Ｆ／ｎｍｏｔ）。係数Ｆは、最大回転数の下における最大可能噴射期間から求められる、機械に固有の大きさである。商ｔｉｍｘｔｈは、定められた回転数ｎｍｏｔの下における噴射弁３２の最大可能噴射期間に対応している。次いで、ブロック６０では、要求された噴射期間ｔｉと最大可能噴射期間ｔｉｍｘｔｈとの間の差ｄｔｉｍｘが作られる（ｄｔｉｍｘ＝ｔｉ−ｔｉｍｘｔｈ）。
【００３１】
ブロック６０で形成された差値ｄｔｉｍｘは、ブロック６２で、この値が正であるか否かチェックされる（ｄｔｉｍｘ>０ ?）。この値が正である場合、即ち要求された噴射期間ｔｉが、最大可能噴射期間ｔｉｍｘｔｈよりも大きい場合には、ブロック６４で、目標空気充填量ｒｌｓｏｌが最大空気充填量ｒｌｍａｘｔｉに等しく設定される（ｒｌｓｏｌ＝ｒｌｍａｘｔｉ）。最大空気充填量ｒｌｍａｘｔｉとは、噴射弁３２の最大可能噴射期間の下で、燃焼室１２内に目標混合気をもたらす空気充填量を意味している（それ故、例えば前述の過熱防止という理由から過濃化が望まれる場合には、過濃化された混合気である）。対応する値ｒｌｍａｘｔｉはブロック６５で定められる。空気充填量に関する目標値ｒｌｓｏｌから、ブロック６６で、スロットルバルブ２８の角度位置ｗｄｋが定められ（ｗｄｋ＝ｆ（ｒｌｓｏｌ））、或いは、代わりとしてまたは追加として、ウェイストゲート２５を介して対応するチャージ圧力が調節される。対応する信号が調節モータ３０に送られる。この方法は、終了ブロック６８で終了する。
【００３２】
ブロック６２で、差値ｄｔｉｍｘがゼロに等しいか又はゼロより小さいということが判定されると、ブロック７０で、空気充填量ｒｌｓｏｌが通常の方法でパラメータｘ、ｙに依存して決定される（ｒｌｓｏｌ＝ｆ（ｘ，ｙ））。パラメータｘ、ｙは、例えば、要求トルク、周囲圧力、等とすることができる。
【００３３】
かくして、図２に示されている方法によれば、それ故、要求された噴射期間ｔｉが最大可能噴射期間ｔｉｍｘｔｈをオーバーしている場合には、空気充填量が、従って内燃機関１０の出力が、どの様なケースにおいても化学量論的混合気が燃焼室１２にあるように制限される。空気充填量ｒｌｓｏｌの制限はまた、ウェイストゲート２５を開き且つこれによってウェイストゲート管路２３を開放することによって行うこともできる。これによって、吸入管１４内のチャージ圧力が引き下げられ、これもまた、燃焼室１２内の空気充填量の減少という結果をもたらす。更にブロック６２での比較の代わりに、要求された噴射期間ｔｉと最大可能噴射期間ｔｉｍｘｔｈとの差を、対応する空気充填量の値を形成する特性曲線に含ませることもできる。
【００３４】
図２に示されている実施例では、空気充填量ｒｌｓｏｌが制限された。図３には、内燃機関１０の目標トルクｍｉｔｉｂｇｒが引き下げられる実施例が示されている。この引き下げは、次の様に行われる（先の実施例の対応するブロックと同等の機能を持つブロック及び要素には同じ参照符号が付けられている。）。
【００３５】
図示された内燃機関１０は、噴射弁を備えた二つのバンクを有している。そこで対応する目標噴射期間を、それぞれｔｉ＿ｂ１及びｔｉ＿ｂ２と呼ぶ（ブロック５２ａ及び５２ｂ）。ブロック７２では、二つの目標噴射期間ｔｉ＿ｂ１及びｔｉ＿ｂ２から、最大値が作り出される（ＭＸ）。同時に、係数Ｆ（ここでは、値１２０，０００を取る、ブロック５６）から、ブロック５４で、エンジン回転数ｎｍｏｔで割ることによって、最大可能噴射期間ｔｉｍｘｔｈが定められる（ｔｉｍｘｔｈ＝Ｆ／ｎｍｏｔ）。ブロック６０では、値ｔｉｍｘ及びｔｉｍｘｔｈからの差の形成が行われる（ｄｔｉｍｘ＝ｔｉｍｘ−ｔｉｍｘｔｈ）。この方法のこの部分は、未だ本質的に図２に示されている方法と同じである。
【００３６】
ブロック７４で、上記の差に比例係数ＰＶＭＩＴＩＢＧＲが掛けられる。この結果が、Ｐコントローラの比例成分ｍｉｔｉｂｇｒｐである。ブロック７６では、差値ｄｔｉｍｘが積分器にも供給され、該積分器はＩコントローラの積分として働く成分ｍｉｔｉｂｇｒｉを送り出す。ブロック７６の積分器は、ドライバの意思を表す量ｍｉｆａｂ（ブロック７８）によって初期化される。ブロック７６及び７４は合わせてＰＩコントローラを形成し、該コントローラは、目標トルクｍｉｔｉｂｇｒの比例成分ｍｉｔｉｂｇｒｐと積分成分ｍｉｔｉｂｇｒｉとを含んでいる。
【００３７】
しかしながら、上記のコントローラは、場合によっては、要求された噴射期間ｔｉｍｘが回転数に依存している最大可能噴射期間ｔｉｍｘｔｈをオーバーしている時にのみ起動される。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、内燃機関の全体を示すブロック図である。
【図２】図２は、本発明による、図１に示された内燃機関の運転方法の第１の実施例の流れ図を示す。
【図３】図３は、本発明による、図１に示された内燃機関の運転方法の第２の実施例の流れ図を示す。
【符号の説明】
１０：内燃機関
１２：燃焼室
１４：吸入管
１６：排気ガス管
１８：タービン
２０：シャフト
２２：圧縮機
２３：ウェイストゲート管路
２４：循環空気管路
２５：ウェイストゲート
２６：循環空気弁
２７：管路
２８：スロットルバルブ
３０：調節モータ
３１：ホットフィルム・エアマス計（ＨＦＭセンサ）
３２：噴射弁
３４：燃料管路
３６：燃料ポンプ及び圧力制御ユニット
３８：燃料タンク
４０：制御装置
４２：位置検出器
４４：アクセルペダル
４６：回転数センサ
４８：クランクシャフト
【図１】
0004225720.tif 000002
【図２】
0004225720.tif 000003
【図３】
0004225720.tif 000004