(57)【要約】  過渡運転モードにおける内燃エンジンの制御。本発明は、内部燃焼エンジンにおいて、好適には、高圧縮比を有するガソリンエンジン、および、ＥＩＶＣを実行することができる可変動弁機構において、過渡運転モード中に、吸気ポートへ、および／または、気筒内に、不燃性流体を噴射することによって、ノッキングを回避する方法を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの気筒（１００）と、内燃エンジン内に不燃性流体を噴射するように構成された少なくとも１つの不燃性流体噴射器（９）と、少なくとも１つのコントローラ（１３）とを有する前記内燃エンジンを制御するための方法であって、
前記内燃エンジンが過渡運転モードで運転している場合に、前記不燃性流体を前記内燃エンジンに噴射するように噴射デバイス（９）を制御することによって特徴付けられた、方法。
【請求項２】
前記過渡運転モードの開始および持続時間を検出および／または予測するステップと、前記過渡運転モードの開始が判定された場合、および／または、前記過渡運転モードの前記予測された開始時に、不燃性流体を噴射するように前記噴射器（９）を作動させるステップとによって特徴付けられた、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
弁開放／閉鎖タイミングを変化させるように構成された前記内燃エンジンの可変動弁機構を制御することによって特徴付けられ、
前記可変動弁機構は、吸気弁閉鎖タイミングを第１のクランク角度から第２のクランク角度に切り替えるように構成され、前記第２のクランク角度は、前記第１のクランク角度よりも大きい、または、
前記可変動弁機構は、前記吸気弁閉鎖タイミングを第３のクランク角度から第４のクランク角度に切り替えるように構成され、前記第４のクランク角度は、前記第３のクランク角度よりも小さい、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
内部残留ガスの量を、第１の残留ガス値から、第２の残留ガス値に変化させるように構成された可変動弁機構を制御することによって特徴付けられ、前記第２の残留ガス値は、前記第１の残留ガス値よりも大きい、請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
早期または後期の吸気弁閉鎖タイミングから、または、早期または後期の吸気弁閉鎖タイミングへ切り替えられる切替期間中に水を噴射することによって特徴付けられた、請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記過渡運転モードの第１の燃焼サイクルから、前記過渡運転モードの後続する燃焼サイクルへ、噴射される不燃性流体の量を減少させることによって特徴付けられた、請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記過渡運転モードの前記第１の燃焼サイクルから、前記過渡運転モードの後続する燃焼サイクルへ、不燃性流体の噴射期間を減少させることによって特徴付けられた、請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記コントローラ（１３）が、前記噴射される不燃性流体の総量を分割し、それを複数の多数の噴射によって噴射することを特徴とする、請求項１から７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記コントローラ（１３）が、前記過渡運転モードの前記第１の燃焼サイクルから、前記過渡運転モードの後続する燃焼サイクルへ、前記不燃性流体の多数の噴射の数を減少させることを特徴とする、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記コントローラ（１３）が、前記過渡運転モードの前記第１の燃焼サイクルから、前記過渡運転モードの後続する燃焼サイクルへ、前記不燃性流体の多数の噴射の各噴射の前記噴射期間を減少させることを特徴とする、請求項８または９に記載の方法。
【請求項１１】
不燃性流体の噴射が実行される場合、火花点火（１２）の点火エネルギを、あらかじめ定義された第１の点火エネルギ値から、あらかじめ定義された第２の点火エネルギ値に増加させることによって特徴付けられた、請求項１から１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記火花点火（１２）の前記あらかじめ定義された第２の点火エネルギ値を、前記過渡運転モードの前記第１の燃焼サイクルから、前記過渡運転モードの後続する燃焼サイクルへ、減少させることによって特徴付けられた、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
あらかじめ定義されたより長い火花持続時間を提供することによって、または、あらかじめ定義された数の多数の火花点火を提供することによって、前記火花点火（１２）の、前記あらかじめ定義された点火エネルギを増加させることによって特徴付けられた、請求項１１または１２に記載の方法。
【請求項１４】
少なくとも１つの気筒（１００）と、不燃性流体を内燃エンジンに噴射するように構成された少なくとも１つの不燃性流体噴射器（９）とを備えた前記内燃エンジンのための制御デバイスであって、請求項１から１３のうちいずれか１項にしたがう方法を実行するように構成された、制御デバイス。
【請求項１５】
請求項１４に記載の制御デバイスを含む内燃エンジン。
【請求項１６】
コンピュータによって実行された場合、請求項１から１３のうちの少なくとも１項にしたがう方法を前記コンピュータに実行させる命令を備えたメモリに記憶可能なコンピュータプログラム製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本主題は、特に、不燃性流体を内燃エンジンに噴射するための方法およびデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃エンジンは、好適には、高圧縮比および可変動弁機構を有する過給ガソリンエンジンであり得る。不燃性流体は、最も好適には、内燃エンジンの過渡運転モード中に噴射される。この方法は、特に、速い加速度応答および低い燃料消費量を保証するために、過渡（運転）状況においてノッキングを抑制することを可能にする。
【０００３】
現代の内燃エンジンにとって、燃焼温度を下げ、ノッキングを回避することが依然として目標である。ノッキングは、火炎前面の後方で未燃焼のチャージの自己点火によって引き起こされ、その結果、局所的に高い温度および圧力勾配となる。したがって、ノッキングは、たとえばピストンまたは気筒ヘッドのような気筒部品の損傷に至る可能性がある。特に、中負荷時において可変動吸気弁機構および早期吸気弁閉鎖（ミラーサイクル）を使用した、高い圧縮比を有する過給ガソリンエンジンは、過渡運転モードにおいて、増加されたノッキング挙動を示す。通常、より遅い点火タイミングが、ガス温度を低下し、したがって、ノッキングを排除するために使用される。しかしながら、より遅い点火タイミングは、エンジン効率の低下に至る可能性がある。
【０００４】
特開２００８−１６９７６８号公報は、可変動弁ギア、吸気量制御手段、水噴射器、および水噴射器を制御する制御手段を備えた内燃エンジンのための燃焼制御デバイスを記載している。噴射の運動エネルギによってガスの流れを強くするために、水噴射は低負荷および早期吸気弁閉鎖（ＥＩＶＣ）において行われる。特開２００９−１３８６６１号公報には、可変圧縮比機構と水噴射システムとを備えるエンジンが記載されている。水は燃焼室に直接噴射される。特開２０１７−８９５５５号公報は、吸気通路と排気通路とを互いに連通させ、排気の一部をＥＧＲガスとして気筒に還流させる排気ガス再循環（ＥＧＲ）通路を備えたエンジンの制御デバイスを記載している。ＥＧＲ率の目標値は、エンジンの運転状態にしたがって設定され、目標ＥＧＲ率が増加されると、ＥＧＲ率の遅延時間中のノッキングを回避するために、気筒内に多量の水が供給される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１６９７６８号公報
【特許文献２】特開２００９−１３８６６１号公報
【特許文献３】特開２０１７−８９５５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の文献は内燃エンジンへの水噴射を記載しているが、たとえば加速状況において発生する、いわゆる「過渡ノッキング」は、ガソリンエンジンにおける圧縮比が制限される最も一般的な理由であり、それは未だに技術的な問題である。したがって、本明細書で記載され特許請求される主題は、特に、過渡運転状況におけるエンジンノッキングを回避して、所望の加速度応答を保証し、燃料消費量を低減するという技術的問題に対処する。この技術的問題は、独立請求項にしたがって、本発明によって解決される。さらなる好適な発展形態が、従属請求項に記載されている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本出願の主題によれば、少なくとも１つの気筒と、内燃エンジン内に不燃性流体を噴射するための少なくとも１つの噴射器と、少なくとも１つのコントローラ（制御ユニット）とを少なくとも備え得る内燃エンジンを制御するための方法が提案される。好適には、不燃性流体は、内燃エンジンの気筒内での燃焼中に、燃焼されない／完全には燃焼されない（すなわち、少なくとも部分的に不活性である）。より好適には、不燃性流体は、高い潜熱を有する気体または液体であり、流体の潜熱は、水の蒸発エンタルピの少なくとも１／１０である。最も好適には、不燃性流体は水である。
【０００８】
好適には、少なくとも１つの不燃性流体噴射器は水噴射器であり、好適には、不燃性流体／水が気筒内に噴射されるように配置される。この場合、内燃エンジンの気筒毎に少なくとも１つの水噴射器を提供することが好適である。代替的にまたは追加的に、少なくとも１つの不燃性流体噴射器は、不燃性流体が吸気ポート／ダクト内に噴射可能であるように、内燃エンジンの吸気ポートに配置され得る。気筒あたり少なくとも１つの吸気ポートを有することが好適であり得る。言い換えれば、噴射器は、不燃性流体を吸気ポート内へ、および／または、内燃エンジンの燃焼室内に噴射するように構成／配置され得る。
【０００９】
少なくとも１つのコントローラは、内燃エンジンに統合されてもよく、または、その代わりに、内燃エンジンから離れた車両内の位置に配置されてもよく、コントローラと内燃エンジンとは、１つまたは複数の信号線を介して接続され得る。
【００１０】
この方法は、特に、内燃エンジンが過渡運転モードで運転している場合、内燃エンジンに水を噴射するステップを備え得る。噴射は、好適には、エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）であり得る、内燃エンジンのコントローラによって制御され得る。しかしながら、この制御は、ＥＣＵとは別のエンティティまたは別のコントローラによっても実行され得る。
【００１１】
「過渡運転モード」という用語は、好適には、内燃エンジンの負荷および／または速度および／または弁タイミングおよび／またはＥＧＲ弁開放角度および／またはスロットル弁開放角度および／または他の空気質量制御デバイスの変化が生じる運転状況を伴うと解釈され得る。言い換えると、内燃エンジンは、たとえば、内燃エンジンの負荷および／または速度、および／または、空気質量制御デバイスのいずれかが変化／変動している時間または期間中に、過渡運転モードで運転し得る。
【００１２】
過渡運転モード中に内燃エンジン（簡潔には、燃焼エンジンまたはエンジン）へ水噴射を実行するステップを有する上述した方法は、たとえば、エンジンの負荷が急激に上昇した場合や、高温の内部残留ガス量が増加したときに生じるように、特に、燃焼温度が上昇するように燃焼条件が変化する場合に、燃焼温度を下げるという観点から有利であることが認識された。さらに、過渡運転モードにおける方法によって燃料消費量が低下することが認識された。したがって、この方法は、過渡的なノッキングを回避し、内燃エンジンの性能を維持し、燃料消費量を低減することができる。
【００１３】
さらに、噴射器は、異なる構成を有し得る不燃性流体／水噴射デバイスまたはシステムの一部であり得る。１つの態様では、少なくとも１つの噴射器が、内燃エンジンの吸気弁に近接して吸気ポート内に配置され得る。吸気弁が開いている場合、噴射は、吸気ストローク中に実行され得る。噴射された水は、吸入された空気と共に吸気弁を通って気筒内に流れ込み、そこで蒸発して、気筒チャージを冷却し得る。別の態様では、内燃エンジンがポート燃料噴射器（ＰＦＩ）を含む場合、水は噴射器の前で燃料と合流され得、水−燃料エマルジョンが、吸気弁の前の吸気ポートに噴射され得る。別の態様では、内燃エンジンがＰＦＩおよび直接燃料噴射器（ＤＩ）を含む場合、水および／または燃料を吸気ポートに噴射するために、ポート燃料噴射器が使用され得る。また、水および／または燃料を気筒内に噴射するために、直接燃料噴射器が使用され得る。
【００１４】
さらに、エンジン負荷に依存して、ポート燃料噴射とポート水噴射との切替が行われてもよく、または、水と燃料との混合物が吸気ポートに噴射されてもよい。低負荷では、燃料が吸気ポートへ噴射され、空気−燃料混合物の均質性を向上させ、未燃焼の炭化水素が回避される。これらの低負荷点では、ノッキングの危険性がかなり低いため、水噴射は不要であるが、使用することは可能である。高負荷では、燃料は気筒内に直接噴射され、燃料の蒸発熱を利用して気筒チャージを冷却することができ得る。それに加えて、吸気ポートへの水噴射はチャージ温度の低下をサポートし、ノッキングを回避し得る。
【００１５】
別の態様では、水が気筒内に直接噴射され得る。これは、特に過渡的状況に関して、気筒チャージを冷却するための効果的な方法である。気筒内に水を噴射するために気筒ヘッド内に配置された別個の水噴射器があってもよく、または、高圧ポンプおよび燃料−水−エマルジョンが気筒内に噴射される前に、水が燃料と合流されてもよい。この場合、燃料と水のために、高圧噴射器は１つだけ、高圧ポンプは１つだけ必要である。前述した噴射態様の組合せもまた実現され得る。それに加えて、少なくとも１つの他の水噴射弁が、吸気マニホールド内の中央位置に取り付けられ得る。吸入された空気を、気筒に達する前に冷却するために、吸気マニホールドへの水噴射が、吸気弁が開く前に行われてもよい。この追加の水噴射弁は、吸気ポートおよび／または気筒への水噴射の、前述した態様と組み合わされ得る。
【００１６】
さらに、この方法は、好適にはコントローラによって実行され得る以下のステップを含み得る。したがって、コントローラは、過渡運転モードの開始を検出および／または予測し得る。コントローラは、追加的または代替的に、過渡運転モードの持続時間を検出および／または予測し得る。さらに、コントローラは、過渡運転モードの開始が決定された場合、および／または、過渡運転モードの予測された開始時に、水噴射を作動させ得る。さらに、コントローラはまた、過渡運転モードの終了を検出した後、または、過渡運転モードの予測／決定された期間の終了後に、水噴射を終了させ得る。
【００１７】
過渡運転モードを検出するために、たとえば、内燃エンジンが配置されている車両の（ペダル値としての）ペダルの位置、および／または、ペダルの位置（値）の一次導関数や、たとえば、経時的な位置の変化が使用され得る。ペダルは、たとえば、加速ペダルまたはブレーキペダルであり得る。これらのペダル値は、目標運転点と、それがどのくらい速く達成されるべきかについての情報を提供する。たとえば、ペダル位置を変化させる勾配が、あらかじめ定義されたしきい値よりも大きいのであれば、過渡運転モードがアクティブであると定義され得る。さらに、ペダル値における変化は、内燃エンジンの多数のアクチュエータの反応を必要とし得る。すべてのアクチュエータは応答遅延時間を有し得るので、アクチュエータの目標値は、気筒内の目標運転点の状態を予測するために使用され得る。それに加えて、異なるアクチュエータの応答特性に依存して、過渡運転モードの開始および持続時間が決定され得る。たとえば、吸気弁閉鎖の目標値および／または吸気弁切替シーケンスからの多数の値を使用して、期待される空気質量および期待される温度を予測することができる。この目的のために、適用されたアクチュエータの挙動を表す制御スキームが、コントローラに記憶され得る。
【００１８】
過渡運転モードを検出および／または予測するためのさらなる例もまた、特許請求された主題に含まれる。たとえば、内燃エンジンの負荷または回転速度を測定／決定／計算し、負荷および／または回転速度に対する変化が生じた場合には、負荷／回転速度が、あらかじめ決定された値よりも変化したか否かがチェックされる。これは、パーセントで、または、あらかじめ定義された値よりも早く表示されてもよく、時間または時間当たりの差で表示されてもよい。特に過渡運転モードを予測するためのさらなる例は、外部エリアセンサによって提供されるデータの使用であり得、たとえば、車両のステレオカメラは、実際の運転セクタにおいて制限速度を有する道路を走行している場合、制限速度を上げる、または、道路前方の運転セクタのための制限速度の終了を示す道路標識が前方にあることを認識し得る。この予測は、その後、運転者が、より高い制限速度が適用される、または制限速度が適用されない運転セクタの開始時に車両を加速させ得ることを含み得る。実際の運転速度と、次の運転セクタまでの距離が与えられると、過渡運転モードの開始を計算／予測することが可能になる。これは、修正された制限速度での運転セクタの開始である。さらに、前述した予測は、より遅い車両が、前方の道路上で検出された場合にも使用され得る。運転者が、低速の車両を追い越すと仮定すると、２つの車両の所与の距離および走行速度に基づいて推定され得る場所で追い越しが行われる時点で、過渡運転モードの開始が予測／計算され得る。さらに、過渡運転モードは、全地球測位システムのような車両外部システムからの情報によっても追跡され得る、車両の移動速度の変化に基づいても決定され得る。複数の過渡運転モード決定および予測オプションが、組み合わされ得る。
【００１９】
好適な態様においてコントローラによって実行され得る、過渡運転モードの検出／予測によって、水噴射は、正確にタイミングが合わされ得、過渡運転モード中の水噴射の上述した利点が最適に実施される。
【００２０】
さらに、この方法は、好適にはコントローラによって実行され得る以下のステップを含み得る。したがって、コントローラは、弁開放／閉鎖タイミングを変化させることができる内燃エンジンの可変動弁機構を制御し得る。可変動弁機構は、吸気弁閉鎖タイミングを第１のクランク角度から第２のクランク角度に切り替え得、第２のクランク角度は、第１のクランク角度よりも大きい。代替的または追加的に、可変動弁機構は、吸気弁閉鎖タイミングを第３のクランク角度から第４のクランク角度に切り替え得、第４のクランク角度は、第３のクランク角度よりも小さい。
【００２１】
内燃エンジンのポンピング損失を減少させ、燃焼温度を低下させるために、吸気弁閉鎖に関する異なる弁ストラテジが使用され得る。ポンピング損失に関して、早期吸気弁閉鎖（ＥＩＶＣ）または後期吸気弁閉鎖（ＬＩＶＣ）は、スロットルプレートによって引き起こされるスロットル損失を回避するために有益である。ＥＩＶＣを使用すると、所望の気筒チャージが気筒に流入した場合、吸気ストロークの途中で、吸気弁が閉鎖され得る。その後、閉じ込められた気筒チャージは、下死点に達するまで膨張される。したがって、圧縮ストロークの開始時の気筒チャージの温度および圧力は、従来のスロットルエンジンと比較して低い。
【００２２】
さらに、ピストンが下死点（ＢＤＣ）を通過した後、圧縮ストロークの途中で、吸気弁が閉鎖され得るので、吸引されたチャージの一部が、吸気マニホールドに逆流され得る。気筒壁から、吸気マニホールドに逆流するガスへの熱伝達によって引き起こされる、圧縮開始時のチャージ温度は、ＥＩＶＣと比較して、ＬＩＶＣを使用すると、より高くなり得る。ＥＩＶＣとＬＩＶＣは、スロットル損失を最小化することに重点を置いて、自然吸気エンジンにおいて低負荷で使用され得る。ターボチャージャと組み合わせて、特にＥＩＶＣは、ノッキングを回避するためチャージ温度を下げるために、定格電力まで高負荷でも使用され得る。しかしながら、より低速では、ターボチャージャは、フル負荷でＥＩＶＣを実現するために所望の空気質量を供給できないことがあり得る。その後、チャージ温度における上昇に至り得る、より遅い吸気弁閉鎖タイミングに変更することが有益であり得る。
【００２３】
加速の場合、エンジンが低速でフル負荷に急速に到達しなければならず、吸気弁がより大きなクランク角度に切り替わる必要がある場合に、ノッキングの危険性が高い。このような状況では、特に過渡運転モード中、水噴射を追加して、吸気ポートおよび／または燃焼室への水の噴射によるノッキングを、効果的に抑制する。
【００２４】
さらなる例では、内燃エンジンは、圧縮比を変化させるための機構を備えられ得る。この機構は、２点切替、または、圧縮比の連続変位を実行し得る。高負荷における圧縮比の低下もまたノッキングを回避し得るが、圧縮比の切替が、数燃焼サイクル持続し得る。したがって、上述した水を噴射する方法は、圧縮比を変化させるためのデバイスが十分に速く反応しない可能性がある過渡的状況におけるノッキングを抑制するための追加の処置である。
【００２５】
別の例は、ノッキングを回避するためのさらなる機器として、外部排気ガス再循環（ＥＧＲ）を含み得る。外部ＥＧＲは、パイプの必要な長さのために、長い応答時間を有し得るので、ＥＧＲ率の切替中に、本明細書で記載された方法にしたがう追加の水噴射は、過渡運転モードにおけるノッキングを効果的に抑制する。
【００２６】
さらに、この方法は、好適にはコントローラによって実行され、内部残留ガスの量を、第１の残留ガス値から第２の残留ガス値に変化させるように燃焼エンジンの可変動弁機構を制御するステップを含み得、第２の残留ガス値は、第１の残留ガス値よりも大きいことがあり得る。大量の残留ガスは、有利なことに、内燃エンジンのデスロットルをサポートすることができる。気筒内に所望量の残留ガスを得るために、異なる弁ストラテジが使用され得る。吸気ポートと排気ポートとの間の圧力比および弁機構の変動に依存して、残留ガスが吸気ポートに再吸引されるか、排気ポートから引き出されるか、または所望量の残留ガスが、気筒内に閉じ込められ得る。弁ストラテジが異なれば、残留ガス温度が異なる可能性があり、これは、より低い負荷でもノッキングのリスクを高める可能性があり得る。特に大量の高温残留ガスを含む負荷点が生じる可能性がある場合に、過渡運転モードにおけるノッキングを回避するために、特許請求された方法は、そのような負荷点の発生を判定および／または予測し、その時間／時点で所望量の水を噴射し得る。
【００２７】
この方法は、切替期間中に水を噴射することができるコントローラによって実行され得るステップをさらに備えることができ、切替期間では、早期または後期の吸気弁閉鎖タイミングから、または、早期または後期の吸気弁閉鎖タイミングへと切り替えられ得る。これは、特に、過渡運転モード中、および、吸気弁閉鎖タイミング切替時に、水が噴射されることを意味する。切替は、ミラーサイクル、すなわちＥＩＶＣから、非ミラーサイクルへの、または、その逆への切替、すなわち、ＥＩＶＣのオンまたはオフの切替を含み得る。さらに、切替は、後期吸気弁タイミングのオフまたはオンの切替を含み得る。過渡運転モードがアクティブである切替期間においても、水噴射は、過渡的なノッキングを確実に抑制することができ得る。しかしながら、水噴射はまた、過渡運転モードがアクティブではない切替期間中にも実行され得る。
【００２８】
したがって、すでに上述したように、特に過渡運転モードがアクティブである場合、急加速が要求されている場合、および／または、内部ＥＧＲシステムが使用されている場合には、水噴射が、過渡的なノッキングを低減し得る。
【００２９】
この方法は、好適にはコントローラによって実行され、過渡運転モード内の第１の燃焼サイクルから、過渡運転モード内の後続する燃焼サイクルへ、噴射水量を減少させるステップをさらに含み得る。それは、最大量の水を用いて第１の過渡サイクルにおいて流体噴射を開始することによって、過渡運転モードの開始時に、チャージ温度を直ちに低下させるために、過渡的状況におけるノッキングを抑制するという観点から技術的に有益であることが認識され、過渡モードの後続するサイクルでは、水を節約するために、噴射水の量が低減され得る。
【００３０】
さらに、この方法は、好適には、過渡運転モード内の第１の燃焼サイクルから、過渡運転モード内の後続する燃焼サイクルへ、水噴射期間を減少させるために、コントローラによって実行されるステップを含み得る。特に、水噴射器が吸気ポートに配置され、吸気マニホールド内の追加の中央噴射器が使用されない場合、第１の過渡燃焼サイクルの水噴射は、吸気弁が開く前に１８０度まで開始し、吸気弁が閉じるまで持続し得る。吸気弁が開く前の長期間の水噴射は、吸気チャージ温度を低下させ、第１の過渡燃焼サイクルにおける十分な水供給を保証する。後続する過渡モードのサイクルでは、水を節約するために、噴射タイミングが短縮され得る。
【００３１】
さらに、この方法は、噴射される水の総量を分割することを含み得る。これは、吸気ポートの壁において、または、直接水噴射器が適用される場合には気筒壁において、壁の濡れを回避するために、複数の（多数の）水噴射による量の水を噴射するのと同様に、コントローラによって制御され得る。特に、好適には最大量の水が使用される第１の過渡サイクルでは、コントローラは、噴射を、より多くの多数の噴射に分割し、過渡運転モード内の第１の燃焼サイクルから、過渡運転モード内の後続する燃焼サイクルへ、多数の水噴射の回数、または、多数の水噴射の各噴射の噴射期間を、減少させることができる。
【００３２】
さらに、この方法は、コントローラが、水噴射を実行する場合、火花点火の点火エネルギを、約５０ｍＪであり得るあらかじめ定義された第１の点火エネルギ値から、約３００ｍＪであり得るあらかじめ定義された第２のエネルギ値に増加させることを含み得る。本明細書で特許請求される水噴射の方法は、ノッキングを抑制するために遅い火花角度に対する効果的な代案であり、燃焼フェーズはより早くなり得、その結果、点火タイミングにおいてより高い気筒圧力、したがって、火花プラグのより高い所望点火電圧をもたらす。それに加えて、低下した気筒温度は、点火条件を悪化させ得る。したがって、過渡運転モード中の水噴射中の点火エネルギを増加させて、気筒チャージの可燃性を安定させることが有利である。好適な態様によれば、コントローラは、水噴射を伴う過渡運転モードの第１の燃焼サイクルから、水噴射を伴う過渡運転モードの後続する燃焼サイクルへ、点火エネルギの第２のエネルギ値を減少させ得る。なぜなら、過渡運転モードの第１のサイクルは、最大量の噴射水を含むことができ、したがって、最大の点火エネルギを必要とし得るからである。点火エネルギを増加させるために、コントローラは、最大約５ｍｓまで加えることができる、あらかじめ定義された、より長い火花持続時間を提供することができるか、または、１回から２０回の点火まで変化し得る、あらかじめ定義された数の多数の火花点火を提供し得る。
【００３３】
さらに、特許請求される主題は、上述の方法ステップを実行することができる制御デバイスと、少なくとも１つの気筒、少なくとも１つの吸気ポート、および水噴射デバイスを備え得る内燃エンジンとを伴い得る。さらに、好適には、内燃エンジンは、可変動弁機構、ターボチャージャ、および／または、内部ＥＧＲシステムを有し得る。エンジンは、たとえば１４から１８のように、高い圧縮比を有するガソリンエンジンであり得る。ターボチャージャおよび可変動弁機構は、ＴＤＣの前に最大９０度の範囲で早期吸気弁閉鎖を実行し得る。制御デバイスまたはコントローラは内燃エンジンに含まれ得、ここで、「含む」は、コントローラがエンジンと物理的に一体化されていること、または、遠隔に配置されているが、信号線等によって接続されていることを意味する。
【００３４】
さらに、特許請求される主題は、コンピュータまたはコンピューティングユニットによって実行された場合、コンピュータに対して、上述した方法またはその態様を実行させる命令を備えた、メモリに記憶可能なコンピュータプログラム製品のみならず、コンピュータによって実行された場合、コンピュータに対して、前記方法またはその態様を実行させる命令を備えた、コンピュータ読取可能な（記憶）媒体を含み得る。
【００３５】
要約すると、本発明は、内燃エンジンにおいて、好適には、高い圧縮比を有するガソリンエンジン、およびＥＩＶＣを実行できる可変動弁機構において、過渡運転モードが検出された場合、および／または、コントローラによって予測された場合、好適には、流体、さらに最も好適には水である不燃性流体を、吸気ポートおよび／または気筒内へ噴射することによって、ノッキングを回避する方法を提供する。
【００３６】
この方法は、自発的加速度応答を保証し、過渡的状況中における高い燃料消費量を回避する。以下において、特許請求される主題は、添付された例示的な図面を参照して、少なくとも１つの好適な例に基づいてさらに説明される。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】内燃エンジンの気筒の概略図である。
【図２】水噴射デバイスの概略図である。
【図３】水／燃料比の関数として、燃料消費量の概略傾向を示す図である。
【図４】２つの異なる吸気弁角度を有する概略弁角度図である。
【図５】空気質量および吸気弁閉鎖の概略傾向を示す信号−時間図である。
【図６ａ】吸気弁機構の変動性に依存する異なる吸気弁曲線を概略的に図示する図である。
【図６ｂ】吸気弁機構の変動性に依存する異なる吸気弁曲線を概略的に図示する図である。
【図６ｃ】吸気弁機構の変動性に依存する異なる吸気弁曲線を概略的に図示する図である。
【図６ｄ】吸気弁機構の変動性に依存する異なる吸気弁曲線を概略的に図示する図である。
【図７ａ】一連の方法ステップの例を、フローチャートによって例示する図である。
【図７ｂ】一連の方法ステップの例を、フローチャートによって例示する図である。
【図８ａ】気筒内に残留ガスを閉じ込めるための異なる弁ストラテジを概略的に図示する図である。
【図８ｂ】気筒内に残留ガスを閉じ込めるための異なる弁ストラテジを概略的に図示する図である。
【図８ｃ】気筒内に残留ガスを閉じ込めるための異なる弁ストラテジを概略的に図示する図である。
【図８ｄ】気筒内に残留ガスを閉じ込めるための異なる弁ストラテジを概略的に図示する図である。
【図９ａ】水の分割噴射のための異なる噴射ストラテジの例を描写する図である。
【図９ｂ】水の分割噴射のための異なる噴射ストラテジの例を描写する図である。
【図９ｃ】水の分割噴射のための異なる噴射ストラテジの例を描写する図である。
【図９ｄ】水の分割噴射のための異なる噴射ストラテジの例を描写する図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
図１は、２つ以上の気筒１００を有し得、他に特定されていない内燃エンジンの例示的な気筒１００を描いている。エンジンは、たとえば、２つ、３つ、４つ、６つ、８つ、またはそれより少ない／多い気筒１００を有し得る。気筒１００は燃焼室１を備え、その中に、接続ロッド３を有するピストン２が、移動可能に配置されている。接続ロッド３は、公知のように、クランクシャフトであり得るクランクシャフト（図示せず）に接続されている。
【００３９】
燃焼室１には、吸気弁６を有する（空気）吸気ポート４と、排気弁７を有する排気ポート５とが接続されている。外気は、吸気ポート４を通って燃焼室１内に吸い込まれる。排気ポート５を介して、排気ガスが、燃焼室１から排気される。内燃エンジンには、点火プラグ１２ａおよび点火コイル１２ｂを備えた火花点火ユニット１２が取り付けられている。火花点火ユニット１２は、好適には、可変火花持続時間または多数の火花点火を提供する。内燃エンジン（すなわち、簡潔には、「燃焼エンジン」または「エンジン」）は、１つまたは複数の火花点火ユニット１２を有し得る。好適には、内燃エンジンは、気筒１００毎に少なくとも１つの火花点火ユニット１２を有する。火花プラグ１２ａならびに燃料噴射器８、または少なくともその一部は、火花および燃料が燃焼室１内に導入／噴射され得るように、燃焼室１の内部に接続されている。燃料噴射器８の高圧燃料供給は、描写されていない。燃料噴射器８は、好適には、直接燃料噴射器８であり得る。さらに、燃料噴射器８は、好適には、電気油圧式燃料噴射器または圧電式燃料噴射器であり得る。内燃エンジンは、１つまたは複数の吸気弁フェーズ調整アクチュエータ１０および／または１つまたは複数の排気弁フェーズ調整アクチュエータ１１を備えられ得る。吸気弁フェーズ調整アクチュエータ１０は、好適には、早期吸気弁閉鎖を実現するために使用される。排気弁フェーズ調整アクチュエータ１１は、好適には、残留ガスを調整するために、および／または、排気弁開放タイミングを変化させるために使用され得る。弁フェーズ調整アクチュエータ１０、１１は、好適には、油圧式アクチュエータまたは電気式アクチュエータである。吸気弁および排気弁の開放／閉鎖タイミングを制御するための他の手段が、追加的または代替的に適用され得る。なおさらに、以下に記載される態様において他に示されない限り、本明細書において特許請求される主題はまた、吸気／排気弁開放／閉鎖タイミング手段を有さない内燃エンジンをも伴い得る。
【００４０】
さらに、気筒１００の吸気ポート４には、不燃性液体噴射器９が接続されている。最も好適に噴射される液体は水であるので、高い蒸発エンタルピを有する他の液体を同様に使用することができるとしても、「水噴射器」という用語は、不燃性液体噴射器９の１つの具体例として使用される。水噴射器９は、３バールまでの噴射圧力を有する低圧噴射器、または、３バールを超える噴射圧力を有する高圧噴射器であり得る。（図１に図示されるように）吸気ポート４に接続された水噴射器９の代替として、またはそれに加えて、１つまたは複数の水噴射器９を、１つの気筒１００の気筒壁１４に接続して、燃焼室１に直接水を噴射することができる。
【００４１】
図１は、火花点火ユニット１２、弁フェーズ調整アクチュエータ１０、１１、直接燃料噴射器８、および水噴射器９に電気的に接続されているコントローラ１３をさらに図示している。コントローラ１３は、多数のユニット／噴射器／アクチュエータを制御する。コントローラ１３は、たとえば、エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）であり得る。コントローラ１３は他の制御ユニットであってもよく、コントローラ１３と、制御されるユニットとの間の信号線接続は図１の例と異なり得る。たとえば、１つのコントローラ１３−１が、燃料噴射器のみを制御し、別のコントローラ１３−２が、水噴射器９のみを制御するように、制御されるユニットのサブグループを制御し得る複数のコントローラ１３が存在し得る。さらに、たとえコントローラ１３が複数ある場合であっても、これらコントローラ１３は、階層的に、または、他の方式で互いに相互接続され得る。
【００４２】
さらに、図示されない圧力センサを燃焼室壁１４に配置して、燃焼室１内の圧力を測定できるようにしてもよい。燃焼室１内の圧力を測定することは、噴射されるべき水の量のフィードバック制御をサポートし得る。たとえば、噴射器９によって噴射されるべき水の量は、あらかじめ定義された内燃エンジン状態にしたがってコントローラ１３内のフィードフォワード制御によって決定され得る。たとえば、フィードフォワード制御は、パラメータによって定義され得、噴射される水の量をルックアップするために使用されるマップやテーブルなどを使用して、エンジン状態に依存して、噴射されるべき水の量を決定することができる。パラメータは、エンジンの負荷および回転速度であり得、これらに基づいて、ルックアップマップ、テーブルなどから、水の量が読み取られ得る。フィードフォワード制御によって設定された噴射されるべき水の量は、その後、燃焼室１内の実際の圧力に基づいて補正され得る。これは、フィードフォワード制御が、燃焼サイクルの燃焼フェーズが「時間通り」、すなわち、タイミングの先行も遅延もないと仮定することと、燃焼サイクルの燃焼フェーズが遅延しているので、この仮定は、実際の条件に対応しないこととを含み得る。燃焼フェーズの目標タイミングと実際のタイミングとの間のそのような乖離は、その後、フィードフォワード制御によって決定された水量を補正／適合させるために使用されるフィードバック制御によって補償され得る。たとえば、タイミングは、たとえば、質量燃焼割合５０％（ＭＦＢ５０）のポイントのような燃焼サイクル内の特定のポイントにおける目標圧力を、この時点で圧力センサによって測定された実際の圧力と比較することによって決定され得る。このポイントは、クランク角度値などによって決定され得る。フィードバック制御の技術的利点は、特に遅れたタイミングの場合には、車両の水タンク１５内に運搬される必要のある水が節約され得るということである。
【００４３】
図２は、不燃性流体が水である態様の水噴射デバイス１０１を図示する。水噴射デバイス１０１は、水タンク１５と、水パイプ／配管１７を介して水タンク１５から水噴射器９に水を供給することができる水ポンプ１６とを有する。水噴射器９および水ポンプ１６は、信号線１８を介してコントローラ１３と電気的に接続されている。コントローラ１３は、とりわけ、噴射パルス幅／時間、噴射圧力および／または噴射タイミングを制御し得る。たとえば、コントローラ１３は、エンジン内に噴射される水の量が変化され得るように、噴射パルス幅／時間を変化させるように適合され得る。上述したように、水噴射器９は、水が燃焼室１内に直接噴射されるように構成され得る。代替的または追加的に、水噴射器９は、燃焼室１内に吸い込まれる空気の流れの中に水が噴射され得るように、吸気ポート４に接続され得る。空気と水の混合物を形成するように、水がさらに噴射され得る。
【００４４】
図２にしたがう水噴射デバイス１０１は、多数の水噴射器９を接続するための流体レール、温度、圧力等のためのセンサ、さらなる信号線、水等の再循環のためのさらなる水ライン／配管、弁、および／または、さらなるアクチュエータ、ポンプ等のように、図示しないおよび／またはオプションの部位をさらに含み得る概略例である。
【００４５】
図３における図面は、水／燃料比の関数として、燃料消費量の概略的傾向を例示している。高負荷時、たとえば定格出力では、可能な限り早い点火角度がエンジンのノッキングによって制限されるため、最適化された燃焼フェーズで火花点火ガソリン燃焼エンジンを作動させることは困難であり得る。吸気ストローク中の吸気ポート４および／または気筒１００内への、本明細書で記載された水噴射は、気筒１００内のガス温度の低下をもたらし、それは最適化された燃焼フェーズ調整を可能にし、空気−燃料混合物の濃縮を回避する。したがって、特にエンジン負荷が高い場合には、特許請求された水噴射により、燃料消費量の大幅な削減が達成され得る。
【００４６】
図４は、第１の吸気弁角度ＩＶＡ１から、第２の吸気弁角度ＩＶＡ２への（図４の左部分から右部分への）、吸気弁クランク角度の切替を概略的に図示しており、ＩＶＡ１は、早期吸気弁閉鎖を表し、ＩＶＡ２は、より高い体積効率が必要な場合（ＥＩＶＣなし）に適用され得る吸気弁閉鎖を表す。切替は、たとえば、エンジンの低負荷または中負荷から高負荷に変化する場合に実行され得る。この概略図では排気弁角度ＥＶＡは一定のままであるが、変更することもできる。図４に図示されるような吸気弁角度の切替は、気筒１００内の圧縮端温度を上昇させ得、これは、望ましくないノッキングに至る可能性がある。そのような状況では、本明細書で説明された制御された水噴射は、弁角度切替中、ノッキングを抑制する。言い換えれば、たとえば（吸気）弁角度閉鎖／開放タイミングの切替中のシナリオにおいて、水噴射によりノッキングを抑制する方法が、有利に適用され得る。弁角度切替中のそのような適用シナリオの一例が図４に図示されており、水噴射は、切替期間の終了まで、すなわち、弁タイミングの切替が完了するまで、実行され得る。
【００４７】
図５は、空気質量（実線）および吸気弁閉鎖タイミング（点線）の概略的傾向を伴う信号−時間図を描写する。吸気弁閉鎖タイミングが、より大きなクランク角度に変化すると、弁タイミングの変化／切替中に、気筒１００内の空気質量が急上昇する。吸気弁閉鎖がその最終値に達する前に、空気質量のオーバーシュートが見られ得る。急激な空気質量の増加は気筒温度の上昇（図示せず）を招くので、そのオーバーシュートの事象は、通常、ノッキングの発生に対応する。このノッキングは、本明細書に記載された水噴射方法によって阻止され得、空気流変動が減少するか、または、空気流が再び安定するまで、水噴射が実行され得る。
【００４８】
図６ａ〜図６ｄは、早期吸気弁閉鎖を実現するために吸気弁機構内の異なる可変性によって引き起こされる吸気弁曲線の例を例示する。弁タイミングの切替中に水を噴射する提示された方法はまた、エンジン内で適用され得、以下の切替／変更オプションを提供する。図６ａは、吸気弁６のフェーズ調整における変化を示し、それは、より早い吸気弁閉鎖のみならず、より早い吸気弁開放をもたらし、したがって、吸気ポート６と排気ポート７との、より大きな弁オーバラップをもたらす。排気ポート５と吸気ポート４との間の圧力降下に依存して、より大きな弁オーバラップは、内部残留ガスの望ましくない増加に至る可能性がある。部分負荷におけるデスロットルのために、大量の残留ガスが有用であり得るが、軽負荷では不安定な燃焼に至り得る。したがって、カム位相器を使用すると、エンジンマップの限られた部分でのみ早期吸気弁閉鎖を可能にすることができ、ガソリンエンジンの負荷を制御するためにスロットルプレートが依然として必要とされ得る。より高い変動性へのさらなるステップとして、図６ｂは、吸気弁フェーズ調整における変化に加えて、吸気弁リフトの変化を図示する。そのような弁機構は、広範囲のエンジンマップにおいて早期吸気弁閉鎖を可能にし得、そして弁リフトを変化させることによって、負荷および残留ガスを制御することができる。図６ｃは、異なる弁リフト（ＩＶ１、ＩＶ２）を有する２つの弁プロファイルを含む吸気弁機構の吸気弁曲線を描写し、ＩＶ２は、吸気弁開放時間の長さを変化させるためのさらなる可能性を提供する。高負荷時には、弁曲線ＩＶ１が使用される一方、部分および低負荷時には、弁機構がＩＶ２に切り替えられ得る。最後に、図６ｄでは、弁タイミング、弁リフト、および弁開放時間の長さを変化させることを可能にする全体的な可変動吸気弁機構が描写される。
【００４９】
図７ａのフローチャートは、過渡運転モードが検出された場合の可能な一連のステップの例を図示する。過渡運転モードは、エンジンの負荷および／または回転速度の変化に基づいて、コントローラ１３によって検出され得る。たとえば、コントローラ１３は、負荷および／または回転速度の変化率（経時変化）が、過渡運転モードとして解釈される、あらかじめ定義されたしきい値を超えたことを検出し得る。過渡運転モードの持続期間は、変化率が、しきい値を超えている期間であるように定義され得る。過渡運転モードが検出されたと仮定すると（図７ａのステップＳ１００を参照）、図７ａは、弁タイミング切替中の水噴射、たとえば、ミラーサイクルから非ミラーサイクル等への変化を含む、提示された方法の適用シナリオを図示する。切替期間の検出は、１つの可能な例として、たとえばクランク角度等によって表現されるような弁タイミングの実際の値を、入力された目標値（図５参照）と比較することによって実行され得る。２つの値が互いに異なる場合、またはそれらが、あらかじめ定義されたしきい値よりも大きく異なる場合、それはステップＳ１０１および前述された比較において、ステップＳ１０２において切替期間が開始し、水噴射が開始されたことが、たとえばコントローラ１３によって検出され得る。そうでなければ、ステップＳ１０３において、水噴射を開始しなくてもよい。しかしながら、本明細書に記載された方法の他の例では、たとえば過渡運転モード中に、すなわち、弁タイミングの切替が行われるか否かに関わらず、水が常に噴射されるのであれば、水は常に噴射され得る。ステップＳ１０３の後、実際の弁タイミング値と目標値との比較が再び実行され、値の差がしきい値を下回っていない場合、切替が継続すると検出される。そうでなければ、ステップＳ１０４において、切替期間の終了が検出されるか、または、終了すると予測され、水噴射が、停止される。
【００５０】
図７ａの上記の例は、弁切替動作中に水が噴射される例を図示している。しかしながら、水噴射は、代替的にまたは追加的に、内部ＥＧＲを有するエンジン内の急速な加速度（あらかじめ定義されたしきい値を超える加速度）が検出された場合、または、気筒１００内の残留ガス量の変化中などの他の条件中に実行され得る。さらに、切替期間は、たとえば、エンジン性能パラメータ等に基づいて、ステップＳ１０１と比較して異なる手法で検出され得る。
【００５１】
図７ｂのフローチャートは、本方法の一連のステップのさらなる例を図示する。定常運転点および決定された吸気弁閉鎖ＩＶＣｓから開始して（Ｓ２００）、コントローラ１３は、ペダル値勾配ΔＰＶが、しきい値ΔＰＶＴＨより大きいか否かをチェックする。この場合、コントローラ１３は、過渡運転モード（ＴＯＭ）が検出されたと判定し、吸気弁閉鎖タイミングにおける変化ΔＩＶＣｐを予測する（Ｓ２０１）。次のステップＳ２０２では、吸気弁の切替を開始する。ΔＩＶＣが、しきい値ΔＩＶＣＴＨよりも大きいのであれば、コントローラ１３は、水噴射を作動させる（Ｓ２０４）。ΔＩＶＣが、しきい値ΔＩＶＣＴＨより小さいのであれば、コントローラによって水噴射は作動されない（Ｓ２０３）。実際の吸気弁閉鎖角度が、目標吸気弁閉鎖ＩＶＣｓ＋ΔＩＶＣｐに達しない限り、過渡運転モードＴＯＭが作動され、吸気弁閉鎖の予測変化ΔＩＶＣｐが、しきい値ΔＩＶＣＴＨよりも大きい場合には、水が噴射される。吸気弁閉鎖が、目標値ＩＶＣｓ＋ΔＩＶＣｐに達すると、コントローラ１３は、ノッキングが生じているか否かに関わらず、コントローラ１３に電気的に接続されたオプションのノッキングセンサ（図示せず）によって、吸気弁切替の終了を判定する（Ｓ２０５）。ノッキングが発生していれば、コントローラ１３は、水噴射を実行し（Ｓ２０７）、そうでなければ、水は噴射されない。
【００５２】
上記の例では、いくつかのステップが、省略され、および／または、反復され得ることが理解されるべきである。たとえば、この方法は、過渡運転モードが存在するか否かを検出するステップと、水噴射を作動させるステップとを含むだけでよく、これは、ステップＳ２００およびＳ２０４のみが実行されることを意味する。さらに、過渡運転モードの検出は、上記のステップ２０１に関連して記載されたように実行されるだけでなくてもよい。ペダル値の代わりにまたはそれに加えて、車両の速度または加速度、エンジン負荷、またはエンジン回転速度などの、過渡運転モードのための他の指標が使用され得る。たとえば、過渡動作モードが生じたか否かを判定するために、いくつかのチェックステップが、後続してまたは並行して実行され得る。
【００５３】
さらに、Ｓ２０５以降のステップは、省略もされ得る。また、弁閉鎖タイミング切替の検出は、他の手法で実行され得る。たとえば、Ｓ２０２において、目標弁切替タイミングと現在の弁切替タイミングとが互いに異なるとの比較によって検出され得、これは、切替期間の開始として解釈され得、水噴射ステップＳ２０４が開始され得る（たとえば、図７ａ参照）。同様に、ノッキングセンサなしで、切替期間が未だにアクティブであるか否かを判定することができ、切替期間が終了すると検出されると、すぐに噴射が停止され得る。
【００５４】
さらに、上述したような早期／後期吸気弁閉鎖切替中、水噴射の代わりに、または、それと組み合わせて、水噴射ステップは、特にエンジンが内部ＥＧＲを有する場合、あらかじめ設定されたしきい値を超える加速度が検出されるか否かを検出することを含み得、急速な加速中に、水が噴射され得る。この場合、図７の対応するステップ（特に、Ｓ２０１〜Ｓ２０５の間のステップ）は、置換され得るか、または、さらなるステップが追加されるであろう。
【００５５】
また水噴射は変化され得る。これはさらに以下に記載される。
【００５６】
図８ａ〜図８ｄは、気筒１００内に残留ガスを閉じ込めるための異なるストラテジを実現するための異なる吸気および排気弁曲線を概略的に描写する。図８ａは、ガス交換上死点（ＧＴＤＣ）の前に大きな弁オーバラップに至る排気ストローク中の早期吸気弁開放を伴う弁タイミングを図示する。この大きな弁オーバラップ中、排気圧力が、吸気圧力よりも高い限り、排気ガスが、吸気マニホールドに押し込まれる。図８ｂは、ガス交換上死点（ＧＴＤＣ）の前に大きな弁オーバラップに至る吸気ストローク中に排気弁７が遅く閉じる弁タイミングを図示する。この遅い排気弁閉鎖により、排気ガスは排気ポート５から気筒１００内に引き戻される。図８ｃでは、吸気ストローク中の排気弁７の第２の開放を図示する弁タイミングが描写されており、それにより排気ガスが気筒１００内に再吸引される。図８ｄでは、残留ガスが、排気弁７の早期閉鎖（たとえば、ＧＴＤＣの９０度前）および吸気弁６の後期開放（たとえば、ＧＴＤＣの９０度後）によって気筒１００内に閉じ込められ、それは負の弁オーバラップを引き起こす。図８ａに描写される弁タイミングが、最低の残留ガス温度となる一方、図８ｄに図示される弁タイミングは、図示されているすべての弁タイミングストラテジのうち最高の残留ガス温度に至る。その原因となるのは、排気ガスが排気ポート５から吸気ポート４へ逆流する場合に最も高く、ガス流が発生しない場合に最も低い、排気ポート５および吸気ポート４内のガスの壁熱損失である。火花点火式ガソリンエンジンでは、図８ａおよび図８ｂに概略的に描写される弁ストラテジが好適に使用され得、それは、低負荷で適度な残留ガス温度をもたらし得る。それにも関わらず、中負荷で図８ｂに概略的に描写される弁オーバラップを使用することは、ポンピング損失を減少させるのに有用であり得、ノッキングが現れ得る。特に過渡運転モードでは、弁アクチュエータ１０、１１の遅れた応答挙動のために、ノッキングの危険性があり得る。したがって、記載したような過渡運転モード中の水噴射は、その状況においてノッキングを抑制するための効果的な処置である。
【００５７】
図９ａ〜図９ｄは、過渡運転モード中の水分割噴射の４つの可能な例を例示する。図９ａは、同じ噴射期間でそれぞれ４回および２回の噴射の噴射信号ＷＩを図示する。図９ａおよび図９ｂにおける例は、ポート水噴射を表すので、吸気弁ＩＶの開放時間中に多数の噴射が行われる。過渡運転モードの第１のサイクルでは、より多量の水が必要とされ得るので、第１のサイクルにおける４回の噴射から、後続するサイクルｘにおける２回の噴射へと、噴射回数が低減され得る。図９ｂでは、図９ａと同じ噴射パターンが、過渡運転モードの第１のサイクルに対して図示されている。噴射回数を減らす代わりに、図９ｂは、後続するサイクルｘにおいて噴射された水の総量を減らすために、短縮された噴射期間での４回の噴射を図示する。本願の別の態様では、第１のサイクルおよび後続するサイクルにおける噴射期間は、異なる長さ、たとえば、多数の短縮された噴射期間が後続する第１の長い噴射期間またはその逆のような異なる長さを有し得る。さらに、後続するサイクルでは、噴射回数および噴射期間が短縮され得る。噴射回数は１から５まで変化し得、噴射期間は、０．５ｍｓから５ｍｓの範囲内であり得る。前述した噴射パターンは、直接水噴射ＤＷＩによっても実現され得る。それに加えて、直接水噴射ＤＷＩは、図９ｃおよび図９ｄに図示されるように、圧縮ストロークにおける多数の水噴射を可能にする。図９ａおよび図９ｂに図示される例と並行して、図９ｃでは、噴射回数は、後続するサイクルｘにおいて半分とされる一方、図９ｄは、第１のサイクルにおける場合と同じ噴射回数に対して短縮された噴射期間を図示する。圧縮ストローク中に水が噴射される場合、噴射期間および噴射回数の前述した変動もまた実現され得る。第１の水噴射期間を増加させ、その後、噴射期間を徐々に減少させることが、気筒１００への水供給を有利に安定させることが注目されるべきである。１燃焼サイクル中に水噴射を多数の噴射動作に分割することは、水の蒸発を促進し得、気筒壁１４への付着を回避する。水の量があらかじめ決定されているのであれば、ノッキング抑制と燃焼の安定性が良好に保証され得、さらに、上述した水量のフィードバック制御が併用されると、さらに良好に保証され得る。本明細書で記載された方法にしたがって水噴射中の点火エネルギが増加されると、燃焼安定性がさらに向上され得る。しかしながら、点火エネルギが、第１の点火から後続する点火まで徐々に減少されるのであれば、エネルギは節約され得る。
【００５８】
本主題は、特に、過渡的なエンジン運転モード中の水噴射による内燃エンジンにおけるノッキングの改善された抑制を可能にすることが要約される。たとえば、好適な態様は、早期または後期の吸気弁閉鎖切替中の水噴射を伴うミラーサイクルエンジンと、水噴射との組合せを網羅する。さらに、急加速中には、特に、エンジンが内部ＥＧＲシステムを有する場合に水噴射が使用される。
【００５９】
上記は、特定の態様および例によって実行される特定の動作順序を記載しているが、代替案が、異なる順序で動作を実行し、特定の動作を組み合わせる、特定の動作を重ね合わせることなどが可能であるので、そのような順序は例示的であることが理解されるべきである。本明細書における所与の態様への言及は、記載された態様が、特定の特徴、構造、または特性を含み得ることを示すが、すべての態様が、必ずしも特定の特徴、構造、または特性を含む必要はない。本明細書に記載され、図面によって図示される特徴は、組み合わされ得る。本明細書に記載され、特許請求された主題はまた、それらが独立請求項の範囲内にある限り、これらの組合せをも含むものとする。
【００６０】
詳細説明および図面は、単に提案された方法、デバイス、およびシステムの原理を例示するにすぎないことが再度注目されるべきである。したがって、本明細書では明示的に説明または図示されていないが、当業者であれば、特許請求された主題の原理を具体化し、その趣旨および範囲内に含まれる様々な構成を考案できることが認識されるであろう。
【００６１】
さらに、記載されたシステムの上述した様々な方法および構成要素のステップは、プログラムされたコンピュータによって実行され得ることが注目されるべきである。本明細書では、いくつかの実施形態はまた、マシンまたはコンピュータ読取可能であり、マシン実行可能またはコンピュータ実行可能な命令のプログラムをエンコードする、たとえばデジタルデータ記憶媒体のようなプログラム記憶デバイスを網羅することも意図されており、前記命令は、前記上述した方法のステップのいくつかまたはすべてを実行する。プログラム記憶デバイスは、たとえば、デジタルメモリ、磁気ディスクおよび磁気テープなどの磁気記憶媒体、ハードドライブ、または光学的に読取可能なデジタルデータ記憶媒体であり得る。これら実施形態はまた、上述した方法の前記ステップを実行するようにプログラムされたコンピュータを網羅することも意図されている。
【００６２】
それに加えて、本明細書に記載されている様々な要素の機能は、専用のハードウェアのみならず、適切なソフトウェアと関連してソフトウェアを実行することができるハードウェアの使用を通じて提供され得ることが注目されるべきである。プロセッサによって提供される場合、これら機能は、単一の専用プロセッサによって、単一の共有プロセッサによって、またはそのうちのいくつかが共有され得る複数の個々のプロセッサによって提供され得る。さらに、「プロセッサ」または「コントローラ」という用語の明示的な使用は、ソフトウェアを実行することができるハードウェアを限定的に称すると解釈されるべきではなく、限定することなく、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）ハードウェア、ネットワークプロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、ソフトウェアを記憶するための読取専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、および不揮発性記憶装置を暗黙的に含み得る。従来のおよび／またはカスタムである他のハードウェアも含まれ得る。
【００６３】
最後に、本明細書における任意のブロック図は、特許請求された主題の原理を具体化する例示的な回路の概念図を表すことが注目されるべきである。同様に、任意のフローチャート、フロー図、状態遷移図、疑似コードなどは、実質的にコンピュータ読取可能媒体において表され得、したがって、コンピュータまたはプロセッサが明示的に図示されているか否かに関わらず、コンピュータまたはプロセッサによって実行され得る様々なプロセスを表すことが認識されるであろう。
【００６４】
再び要約すると、本主題／方法は、好適には液体であり、最も好適には水である不燃性流体を噴射することによって、過渡運転モードでのエンジンノッキングを回避するための効果的な概念を提供する。この方法は、過渡運転状況における加速度応答および燃料消費量に関する欠点なしに、過給ガソリンエンジンにおいてでさえも、高い圧縮比を可能にする。
【符号の説明】
【００６５】
１  燃焼室
２  ピストン
３  接続ロッド
４  吸気ポート
５  排気ポート
６  吸気弁
７  排気弁
８  燃料噴射器
９  不燃性流体／水噴射器
１０  吸気弁フェーズ調整アクチュエータ
１１  排気弁フェーズ調整アクチュエータ
１２  火花点火
１２ａ  火花プラグ
１２ｂ  点火コイル
１３  コントローラ
１４  気筒壁
１５  （水）タンク
１６  （水）ポンプ
１７  （水）パイプ
１００  気筒
１０１（水）噴射デバイス
ＩＳＦＣ  表示された特定の燃料消費量
ＧＴＤＣ  ガス交換上死点
ＩＴＤＣ  着火上死点
ＢＤＣ  下死点
ＩＶ  吸気弁
ＥＶ  排気弁
ＩＶＡ  吸気弁角度
ＥＶＡ  排気弁角度
ＩＶＣ  吸気弁閉鎖
ＩＶＬ  吸気弁リフト
ＷＩ  水噴射
ＰＷＩ  ポート水噴射
ＤＷＩ  直接水噴射
ＴＯＭ  過渡運転モード
【図１】
2020537089.tif 000003
【図２】
2020537089.tif 000004
【図３】
2020537089.tif 000005
【図４】
2020537089.tif 000006
【図５】
2020537089.tif 000007
【図６ａ】
2020537089.tif 000008
【図６ｂ】
2020537089.tif 000009
【図６ｃ】
2020537089.tif 000010
【図６ｄ】
2020537089.tif 000011
【図７ａ】
2020537089.tif 000012
【図７ｂ】
2020537089.tif 000013
【図８ａ】
2020537089.tif 000014
【図８ｂ】
2020537089.tif 000015
【図８ｃ】
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【図８ｄ】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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【図９ｃ】
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【図９ｄ】
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【国際調査報告】
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