JP2001501271A - 自動車における内燃機関の作動のための方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、燃料噴射バルブ（１１）を備え、圧縮フェーズ中の第１の作動モード（Ｓ）において又は吸気フェーズ中の第２の作動モード（Ｈ）において燃料がタンク（３）から直接燃焼室に噴射可能であり、さらに内燃機関の開ループ制御及び/又は閉ループ制御のための制御装置（１０）を有している、内燃機関に関する。この場合管路（１３）が設けられており、該管路（１３）を介して第２の作動モード（Ｈ）においてタンク（３）から気化した燃料が燃焼室に供給可能である。

Description

【発明の詳細な説明】 自動車における内燃機関の作動のための方法 本発明は、圧縮フェーズ中の第１の作動モードにおいて又は吸気フェーズ中の 第２の作動モードにおいて燃料がタンクから直接燃焼室に噴射される、内燃機関 、特に自動車用内燃機関の作動のための方法並びに内燃機関に関する。 この種の内燃機関における燃焼室への燃料の直接噴射のためのシステムは、一 般的に公知である。この場合第１の作動モードとしていわゆる成層モードと、第 ２の作動モードとしていわゆる均質モードに区別される。成層モードは特に比較 的小さな負荷のもとで利用される。これに対して均質モードは内燃機関に加えら れる負荷が比較的大きな場合に適用される。成層モードでは燃料が内燃機関の圧 縮フェーズ中に燃焼室内の点火プラグの直ぐ近くに噴射される。このことはすな わち燃焼室内で燃料の均等な分散がもはや行われなくなることを意味するのでは なく、燃料が直ちに点火プラグによって点火されることに結び付けられる。この 成層モードの利点は、内燃機関によって供給すべき比較的小さな負荷が非常に僅 かな燃料量で実施可能となる点である。比較的大きな負荷はいずれにせよ成層モ ードによって満たすことはできない。この種の比較的 大きな負荷に対して設けられる均質モードでは、燃料が内燃機関の吸気フェーズ 中に噴射され、それによって燃料の渦状化とそれに伴う分散が燃焼室内で滞りな く行なわれる。その限りでは、この均質モードは、吸気管内へ燃料が噴射される 従来方式の内燃機関の作動モードにほぼ相当する。 本発明の課題は、さらなる燃料の節約が可能となる、内燃機関の作動方法と内 燃機関を提供することである。 前記課題は本発明により、第２の作動モードにおいてタンクから気化した燃料 を燃焼室へ供給するようにして解決される。本発明によればこの目的のために冒 頭に述べたような形式の内燃機関において相応の出力が準備される。 タンクから気化した燃料は、すなわち捕集され、管路を介して燃焼室及び燃焼 空間に供給される。このようにしてこの気化燃料は、雰囲気中に漏れて未使用の まま残されることなく、内燃機関の駆動に寄与するように用いられるものとなる 。総体的にみてこのことはさらなる燃料節約の利点を有しているだけでなく、内 燃機関の作動に起因する環境への影響も僅かにする利点をも有している。 但し気化した燃料は永続的に燃焼室に供給されるのではなく、所定の条件の下 でのみ供給される。本発明によれば、気化した燃料が第２の作動モードにおいて のみ、すなわち内燃機関の均質モード期間中にのみ燃焼室に供給される。このよ うにして、第１の作動モード、つまり成層モード中に過度の燃料が燃焼室に達す ることが避けられる。 前述したように、燃料が成層モードにおいてもはや燃焼室内で分散できない場 合には、燃焼室内の過量の燃料のもとで不完全燃焼が生じる可能性がある。この ことは不必要に高い燃料消費に結び付くだけでなく、不所望に高濃度の排ガス排 出にも結び付く。 本発明による、均質モード中のみのそして成層モード中では行われない気化燃 料の供給によれば、一方では、均質モード中の燃料供給による燃料節約の利点が 得られ、他方では、成層モード中の不完全燃焼などの欠点が回避される。 本発明の有利な構成例によれば、気化した燃料がアクティブチャコールフィル タを介して案内され、さらにこのアクティブチャコールフィルタの充填状態が求 められる。アクティブチャコールフィルタは、気化燃料の捕集に用いられる。内 燃機関の作動中にこのアクティブチャコールフィルタは、オーバーフロー状態を 避けるために常に再生されなければならない。この目的のために、内燃機関のラ ムダセンサ制御を用いてこのアクティブチャコールフィルの負荷程度、すなわち その充填状態が求められる。このようにしてアクティブチャコールフィルタのオ ーバーフローを確実に回避 するように、内燃機関が開ループ制御及び/又は閉ループ制御される。 本発明の別の有利な実施例によれば、アクティブチャコールフィルタの充填度 が所定の第２の値よりも小さくなるまで、第２の作動モードが維持される。これ により、アクティブチャコールフィルタが過度に充填された場合に、この充填度 が再び前記第２の値以下に低減されるまで、内燃機関が均質モードで作動される ことが達成される。この手法によれば、アクティブチャコールフィルタのオーバ ーフローも避けられる。 特に有利には、アクティブチャコールフィルタの充填度が事前に所定の第１の 値よりも大きかった場合にのみ、第２の作動モードが維持される。これによれば 、複数の作動モードの間での短時間の順次連続した交互の切換わりが避けられる 。すなわち均質モード維持のためのヒステリシスが得られる。これは不所望な切 換わり過程を回避する。 さらに別の有利な実施例によれば、内燃機関の始動後に、アクティブチャコー ルフィルタの充填度検出が行われているか否かが検査される。そしてこの検出が 行われていない場合には、所定の経過時間の後で内燃機関が第２の作動モードに 移行される。始動の後では、オーバーフローを回避するためにアクティブチャコ ールフィルタの充填度が検出されなければならない。しかしながらこの種の充填 度の検出は、所定の前提条 件のもとでのみ可能である（例えば均質モード中のみあるいは所定の定常的条件 下でのみ）。本発明によれば、ここにおいてアクティブチャコールフィルタの充 填度の検出が行われていたかどうかが検査される。行われていた場合にはその充 填度の値が再利用される。しかしながら行われていなかった場合には、所定の経 過時間の後で内燃機関が次のように開ループ制御及び/又は閉ループ制御される 。すなわち充填度を求めることができるように開ループ制御及び/又は閉ループ 制御される。この目的のために、内燃機関はアクティブチャコールフィルタの充 填度がいつでも求められるように均質モードに移行される。総体的にこのように して、内燃機関の始動後所定の経過期間内でアクティブチャコールフィルタの充 填度が求められることが保証され、それと共にこの充填度が内燃機関の開ループ 制御及び/又は閉ループ制御、特に本発明による気化燃料の燃焼室への供給のも とで利用されることが保証される。 特に有利には、最後に行われた充填度検出からの経過時間が算出される。この ようにして内燃機関が比較的長い間又は比較的短い間遮断されていたかどうかが 考慮される。内燃機関が比較的長い間遮断状態におかれていた場合には、所定の 経過時間を越えて、アクティブチャコールフィルタがこの長い期間燃料を吸収し ていたと見なされる。この理由から内燃機関はこの場 合直ちに均質モードで開ループ制御及び/又は閉ループ制御される。しかしなが ら内燃機関が比較的短い期間だけ遮断されていた場合には、内燃機関は強制的に 均質モードに移行されるのではなく、まず充填度が当該手段なしでも求めること が可能かどうかが検査される。所定の期間の経過後にもアクティブチャコールフ ィルタの充填度が求められなかった場合に初めて、内燃機関は均質モードで開ル ープ制御及び/又は閉ループ制御される。 同様に特に有利には、持続時間が内燃機関の始動後から算出される。これによ り、本発明によれば所定の期間毎にアクティブチャコールフィルタの充填度を求 めることが可能かどうかが検査される。充填度を求めることが可能な場合には、 この充填度の値が引き続き利用される。所定の経過時間の経過後にもアクティブ チャコールフィルタの充填度を求めることができなかった場合に初めて内燃機関 は均質モードで開ループ制御及び/又は閉ループ制御される。この手段は一方で はアクティブチャコールフィルタの充填度の迅速な検出を可能にし、しかしなが ら他方では内燃機関の暖機を少なくとも部分的に、燃料の節約される成層モード で行うことができる。 本発明の別の有利な実施例によれば、第２の作動モードが、アクティブチャコ ールフィルタの充填度の検出が存在するまで維持される。これにより充填度の検 出がどんな場合でも強行される。それによりいつでもアクティブチャコールフィ ルタの充填度に対する値で継続処理が可能となる。 別の実施例によれば、始動後に内燃機関が、アクティブチャコールフィルタの 充填度の検出が存在するまで第２の作動モードに移行される。この場合は、均質 モードへの移行なしでも充填度が検出可能かどうかある程度の期間待機して様子 をみるのではなく、直ちにアクティブチャコールフィルタの充填度を検出するた めに即座に均質モードへ移行される。 特に、本発明による方法の実現に電気的な記憶媒体を用いることには重要な意 味がある。この記憶媒体は、特に自動車の内燃機関の制御装置に対して設けられ ている。この場合電気的な記憶媒体には、計算機器、特にマイクロプロセッサで 実行可能な、本発明による方法の実施に適したプログラムが記憶されている。こ の場合には本発明はこの電気的な記憶媒体に記憶されたプログラムによって実現 される。そのためこのプログラムを備えた記憶媒体も、その実施にプログラムが 適している当該方法と同じように本発明を表すものである。 本発明の別の有利な実施例は従属請求項に記載されている。 図面 図１は、自動車の内燃機関の作動のための本発明に よるシステムの実施例を示したブロック回路図である。図２は、図１による内燃 機関の第２の状態の概略的な時間ダイヤグラムを示した図である。図３は、図１ による内燃機関の始動期間中の、図２の状態の概略的な時間ダイヤグラムを示し た図である。 実施例 図１には内燃機関の燃料供給システム１が示されている。これは自動車への適 用のために設けられている。この内燃機関は４つのシリンダと４つの燃焼室を有 している。この内燃機関はこの実施形態の場合、燃料有利にはガソリンが燃焼室 内へ直接噴射されている。 燃料はポンプ２によってタンク３からフィルタ４を介してさらなる別のポンプ ５に搬送される。この別のポンプによってこの燃料は圧力チャンバ６内へ送出さ れる。これらのポンプ２，５を用いて圧力チャンバ６内へは燃料に作用する比較 的高い圧力がかけられている。この圧力チャンバ６には圧力制御弁７と圧力セン サ８が接続されている。この場合圧力センサ８によって圧力チャンバ６内に存在 する燃料に作用している圧力が測定可能である。この圧力センサ８は、測定され た圧力に相応する電気信号を生成し、線路９を介して電気的な制御装置１０に供 給している。 圧力チャンバ６には４つの燃料噴射バルブ１１が接続されている。これらの燃 料噴射バルブ１１の各々は、内燃機関の燃焼室に直接配置されている。燃料噴射 バルブ１１の閉成によって、圧力チャンバ６はそれぞれの燃焼室から分離される 。電気線路１２を介して燃料噴射バルブ１１は制御装置１０と接続されている。 燃料噴射バルブ１１の１つの制御のために、制御装置１０は電気信号を形成する 。この信号によって相応の燃料噴射バルブ１１がその開放状態に制御される。信 号の長さは噴射時間に相応する。その間燃料は圧力チャンバ６から相応の燃料噴 射バルブ１１を介して内燃機関の所属の燃焼室内へ噴射される。 さらにタンク３は油圧管路１３を介してアクティブチャコールフィルタ１４と 接続されている。この管路１３は次のようにタンク３に接続されている。すなわ ちガス状又は霧状の燃料（タンク３内で気化した）が管路１３にピックアップさ れ、この管路を通ってアクティブチャコールフィルタ１４に流れるように接続さ れている。このアクティブチャコールフィルタでは気化燃料が捕集され、それに よってこのアクティブチャコールフィルタ１４が充填される。 アクティブチャコールフィルタ１４をオーバーフローさせないために、これは 再生されなければならない。この目的のために管路１３は、アクティブチャコー ルフィルタ１４から電磁弁１５を介して吸気管１６に接続されている。この吸気 管によって空気が吸入され、内燃機関の燃焼室へ供給される。この吸入された空 気を用いて、前記気化され当該吸気管に吸入された燃 料が内燃機関の燃焼室へ供給される。 電磁弁１５は線路１７を介して制御装置１０に接続されており、それによって この制御装置から制御されている。 第１の作動モード、すなわち内燃機関の成層モードＳではピストンによって引 き起こされる圧縮フェーズ中に燃料が噴射バルブ１１から燃焼室内へ噴射される 。すなわち場所的には点火プラグの直ぐ周辺に、そして時間的にはピストンの上 死点直前で噴射される。その後は点火プラグによって燃料が点火され、ピストン がこれに続く動作フェーズで前記点火された燃料の膨張によって駆動される。 第２の作動モード、すなわち内燃機関の均質モードＨでは、ピストンによって 引き起こされる吸気フェーズ中に燃料が燃料噴射バルブ１１から燃焼室内へ噴射 される。それと同時に吸気管１６を介して吸入された空気も、噴射された燃料に 渦状に混ざりそれによって燃焼室内には実質的に均質な分散が生じる。その後で 燃料空気混合気が圧縮フェーズ中に点火プラグによる点火のために圧縮される。 点火された燃料の膨張によって再びピストンは駆動される。 成層モードＳと均質モードＨ中に燃料噴射バルブ１１から燃焼室内へそれぞれ 噴射された燃料量ないし燃料質量は、制御装置１０によって特に少ない燃料消費 及び/又は少ない排ガス排出のために開ループ制御及 び/又は閉ループ制御される。この目的のためにこの制御装置１０はマイクロプ ロセッサを備えており、これは記憶媒体、特にＲＯＭ内に前記開ループ制御及び /又は閉ループ制御の実施に適したプログラムを記憶している。この制御装置１ ０には、センサを用いて測定された内燃機関の作動状態を表す入力信号が供給さ れ、それに基づいて出力信号が形成され、この出力信号によってアクチュエータ を介して内燃機関の特性が所望の開ループ制御及び/又は閉ループ制御に応じて 制御される。 電磁弁１５は、制御装置１０によって次のように制御される。すなわち内燃機 関の成層モードＳでは閉じられ、内燃機関の均質モードＨでは開かれるように制 御される。従ってタンク３内で気化した燃料は、第２の作動モード、すなわち均 質モードＨの時にのみ、開かれた電磁弁１５を介して吸気管１７に達し、内燃機 関の燃焼室内へ到達する。しかしながら第１の作動モード、すなわち成層モード Ｓでは、タンク３内で気化した燃料は何も内燃機関の燃焼室内へ到達しない。 このことは結果として、アクティブチャコールフィルタ１４が均質モードＨ中 にのみ再生されることを意味し、成層モードＳでは再生されない。このアクティ ブチャコールフィルタ１４が成層モードＳにおいてもオーバーフローしないよう にするために、図２に示されているような電磁弁１５の開ループ制御ないし閉ル ープ制御が制御装置によって行われる。 図２に相応してアクティブチャコールフィルタ１４の充填度Ｂの検出が制御装 置１０によって可能である。この検出は制御装置１０で行われるラムダセンサ制 御を用いて実施されてもよい。電磁弁が開かれている場合にはラムダセンサ制御 によって、燃料噴射バルブ１１から噴射される燃料量が低減されなければならな い。なぜならそれによって、アクティブチャコールフィルタ１４を介して供給さ れる気化燃料を補償する必要があるからである。この低減から制御装置１０は、 濃度と共にアクティブチャコールフィルタ１４の充填度Ｂを導出することができ る。この充填度Ｂは図２に示されている。さらに図２には、内燃機関がどの作動 モードにそれぞれおかれているか、すなわち成層モードＳか又は均質モードＨか が示されている。 図２によれば、アクティブチャコールフィルタ１４の充填度Ｂは時間ｔと共に 上昇し、時点ＴＢ１において充填度Ｂの１つの値Ｂ１を越える。ここまでにおい て内燃機関が均質モードＨにあったのならば、この時点ＴＢ１の後ではさしあた り内燃機関を成層モードＳに移行させることはもはやできない。このことは例え ば図中に実施不能が故に破線で示された成層モードＳへの移行として表されてい る。 充填度Ｂが時点ＴＢ２において値Ｂ２を下回った場合に初めて内燃機関は制御 装置１０によって成層モー ドＳへ、開ループ制御及び/又は閉ループ制御可能となる。このことは図２中に 実施可能が故に実線で示された成層モードＳへの移行として表されている。この 場合アクティブチャコールフィルタ１４の充填度Ｂの値Ｂ１は、充填度Ｂのもう 一つの値Ｂ２よりも大きいか同じである。 しかしながら前述した均質モードＨの維持は、アクティブチャコールフィルタ １４の充填度が値Ｂ１を上回った場合にのみ行われる。例えば充填度Ｂが値Ｂ２ よりは大きいが値Ｂ１よりは小さい場合には、均質モードＨの維持が行われるの ではなく、この場合には直ちに成層モードＳへの移行が制御装置１０によって行 われ得る。このことは図２中の時点ＴＢ３において示されているケースの場合で ある。 均質モードＨの維持されている間内燃機関は、均質な希薄モードに設定される 。それにより、それ自体可能な成層モードＳに較べて高い燃料消費が可及的に低 減される。 内燃機関の始動の後でもアクティブチャコールフィルタの充填度は、制御装置 １０による電磁弁１５の制御のもとで考慮されなければならない。このことは図 ３に基づいて説明を加える。この図３でも図２のようにアクティブチャコールフ ィルタ１４の充填度Ｂが内燃機関の作動モードと共に時間軸ｔに亘ってプロット されている。 時点Ｔ_Stの内燃機関の始動の後では、制御装置１０によって、アクティブチャ コールフィルタ１４の充電度Ｂが検出可能か否かが常に検査される。このことは とりわけ内燃機関の作動モードに依存している。この検査は所定の期間行われる 。 この期間は、図３中の経過期間Ｔ_D1で示されているように、最後に行われたア クティブチャコールフィルタ１４の充填度検出の時点、つまり時点Ｔ１から算出 されるか、あるいは図３中の経過期間Ｔ_D2で示されているように、内燃機関の始 動の時点Ｔ_Stからの経過時間で算出される。この場合経過期間Ｔ_D1は通常は経過 期間Ｔ_D2よりも著しく大きい。２つの経過期間Ｔ_D1、Ｔ_D2は、特に空気温度に依 存させて変更してもよい。この場合経過期間Ｔ_D1とＴ_D2は空気温度の上昇と共に 短くなる。 これらの経過期間Ｔ_D1、Ｔ_D2中アクティブチャコールフィルタ１４の充填度Ｂ は検出可能である。それによりこれらの求められた値は内燃機関の開ループ制御 及び/又は閉ループ制御のもとで、特に電磁弁１５の開ループ制御及び/又は閉ル ープ制御のもとで利用される。 しかしながらこれらの経過期間Ｔ_D1、Ｔ_D2の間アクティブチャコールフィルタ １４の充填度Ｂが検出されなくてもよい。その際は内燃機関が均質モードＨに移 行し、電磁弁１５は常時開かれる。このことは図３中 に経過期間Ｔ_D1ないしＴ_D2の終了時に行われる。それにより気化燃料はタンク３ から吸気管１７へ到達し、アクティブチャコールフィルタ１３のオーバーフロー は回避される。 さらにここにおいて均質モードＨは少なくとも、アクティブチャコールフィル タ１４の充填度Ｂが求められるまで維持される。このことは図３中時点Ｔ２に示 されている。その際には充填度Ｂの目下の値を用いて内燃機関のさらなる開ルー プ制御及び/又は閉ループ制御が制御装置１０によって実施される。 その他にも選択的に、内燃機関を始動後直ちに均質モードＨへ移行させ、アク ティブチャコールフィルター１４の充填度Ｂが求められるまでそのままにしてお くことも可能である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 1. 圧縮フェーズ中の第１の作動モード（Ｓ）において又は吸気フェーズ中の 第２の作動モード（Ｈ）において燃料がタンク（３）から直接燃焼室に噴射され る、内燃機関、特に自動車用内燃機関の作動のための方法において、 第２の作動モード（Ｈ）においてタンク（３）から気化した燃料を燃焼室に供 給することを特徴とする、内燃機関の作動のための方法。 2. 気化した燃料をアクティブチャコールフィルタ（１４）を介して案内し、 該アクティブチャコールフィルタ（１４）の充填度（Ｂ）を求める、請求項１記 載の方法。 3. 前記アクティブチャコールフィルタ（１４）の充填度（Ｂ）が所定の第２ の値（Ｂ２）よりも小さくなるまで、第２の作動モード（Ｈ）が維持される、請 求項１又は２記載の方法。 4. 前記アクティブチャコールフィルタ（１４）の充填度（Ｂ）が事前に所定 の第１の値（Ｂ１）よりも大きかった場合にのみ、第２の作動モード（Ｈ）が維 持される、請求項３記載の方法。 5. 内燃機関の始動（Ｔ_St）後に、アクティブチャコールフィルタ（１４）の 充填度（Ｂ）の検出の有無を検査し、この検出がない場合には、所定の期間（Ｔ_{D 1} ,Ｔ_D2）の経過後に内燃機関を第２の作動モード（Ｈ）に移行させる、請求項１ 〜４いずれか１項記載の方法。 6. 前記期間（Ｔ_D1）は、最後に行われた充填度（Ｂ）検出の時点（Ｔ１）か ら算出される、請求項５記載の方法。 7. 前記期間（Ｔ_D2）は、内燃機関の始動時点（Ｔ_St）から算出される、請求 項５記載の方法。 8. 前記アクティブチャコールフィルタ（１４）の充填度（Ｂ）の検出（Ｔ２ ）があるまで、第２の作動モード（Ｈ）が維持される、請求項５〜７いずれか１ 項記載の方法。 9. 始動（Ｔ_St）の後で、アクティブチャコールフィルタ（１４）の充填度（ Ｂ）の検出があるまで、内燃機関を第２の作動モード（Ｈ）に移行させる、請求 項１〜４いずれか１項記載の方法。 10．計算装置、特にマイクロプロセッサ上で実行可能な、請求項１〜９に記載 の方法を実施するのに適しているプログラムが記憶されている、自動車などの内 燃機関の制御装置（１０）用の例えばＲＯＭなどの電気的な記憶媒体。 11．燃料噴射バルブ（１１）を有し、圧縮フェーズ中の第１の作動モード（Ｓ ）において又は吸気フェーズ中の第２の作動モード（Ｈ）において燃料がタンク （３）から直接燃焼室に噴射可能であり、さらに内燃 機関の開ループ制御及び/又は閉ループ制御のための制御装置（１０）を有して いる、内燃機関、例えば自動車用の内燃機関において、 管路（１３）が設けられており、該管路（１３）を介して第２の作動モード（ Ｈ）においてタンク（３）から気化した燃料が燃焼室に供給可能であるように構 成されていることを特徴とする内燃機関。 12．前記管路（１３）に介在接続されるアクティブチャコールフィルタ（１４ ）が設けられている、請求項１１記載の内燃機関。 13．前記管路（１３）に介在接続される例えば電磁弁（１５）などの遮蔽部材 が設けられている、請求項１１又は１２記載の内燃機関。 14．前記管路（１３）は、燃焼室の前に配設される吸気管（１６）内に開口し ている、請求項１１〜１３いずれか１項記載の内燃機関。