内燃機関の運転方法および装置
【課題】二重噴射方式内燃機関の低温始動において、炭化水素エミッションを低減させ且つノッキングおよび自己点火傾向を低下させる内燃機関の運転方法および装置を提供する。
【解決手段】特に内燃機関(1)の始動において、噴射されるべき目標燃料量が、内燃機関(1)の運転を表わす温度の関数として、内燃機関(1)の吸気管(5)内に噴射されるべき第1の燃料量と、内燃機関(1)の燃焼室(10)内に直接噴射されるべき第2の燃料量とに分配される内燃機関(1)の運転方法および装置が提案される。前記第1の燃料量と前記第2の燃料量との間の比が温度の関数として連続的に変化される。
【解決手段】特に内燃機関(1)の始動において、噴射されるべき目標燃料量が、内燃機関(1)の運転を表わす温度の関数として、内燃機関(1)の吸気管(5)内に噴射されるべき第1の燃料量と、内燃機関(1)の燃焼室(10)内に直接噴射されるべき第2の燃料量とに分配される内燃機関(1)の運転方法および装置が提案される。前記第1の燃料量と前記第2の燃料量との間の比が温度の関数として連続的に変化される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は独立請求項に記載の内燃機関の運転方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
市場から、内燃機関の始動において、噴射されるべき目標燃料量が、内燃機関の運転を表わす温度の関数として、内燃機関の吸気管内に噴射されるべき第1の燃料量と、内燃機関の燃焼室内に直接噴射されるべき第2の燃料量とに分配される内燃機関の運転方法および装置が既知である。例えば内燃機関の運転を表わすエンジン温度の関数として、内燃機関の低温始動と高温始動との間で区別がなされている。市場から、低温始動においては、噴射されるべき目標燃料量を内燃機関の吸気管内に噴射されるべき燃料量のみにより噴射することが既知である。一方、高温始動に対しては、噴射されるべき目標燃料量を内燃機関の燃焼室内に直接噴射されるべき第2の燃料量のみにより噴射することが既知である。この根拠は、低温始動における吸気管噴射によるより良好な混合物の形成および高温始動における内燃機関内への直接噴射の場合における自己点火およびノッキング傾向の低下である。
【0003】
低温エンジンにおける内燃機関の始動の間に吸気管内に注入された燃料は、吸気管の壁上に堆積して完全には蒸発しないので、始動燃焼には関与しない。したがって、安定したエンジン始動を保証するためには、始動過程において燃料質量の増加が必要である。
【0004】
約20℃の低温始動温度においては、吸気管噴射の空気/燃料混合物は内燃機関の燃焼室の手前で既に良好に均質化されているので、内燃機関の吸気行程の間における直接噴射に比較して特に炭化水素のエミッションが少なくなる。この理由から、低温始動においては吸気管噴射が有利である。より高い温度においては、内燃機関の吸気行程の間における直接噴射は燃焼室内における燃料の蒸発によりシリンダ内の温度を低下させるので、ノッキングおよび自己点火傾向がより小さくなる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
内燃機関の低温始動においてエンジンおよび周囲温度が低くなるほど吸気管内噴射における壁膜形成が増大するので、燃料供給はさらに増加されなければならない。この結果、内燃機関の始動において例えば炭化水素の好ましくないエミッションが増大する。
【課題を解決するための手段】
【0006】
独立請求項の特徴を有する内燃機関の本発明による運転方法および本発明による運転装置は、従来技術に比較して、前記第1の燃料量と前記第2の燃料量との間の比が温度に依存して連続的に変化されるという利点を有している。このようにして、内燃機関の運転を表わす種々の温度に対して、温度に依存して、噴射されるべき目標燃料量における第1の燃料量の割合と第2の燃料量の割合との間で流動的な移行が実行可能であるので、内燃機関の運転は、始動時において、例えば炭化水素の好ましくないエミッションの低減に関して、並びにノッキングおよび自己点火の阻止に関して最適化可能である。
【0007】
従属請求項に記載の手段により、主請求項に記載の方法の有利な改良および改善が可能である。
【0008】
第1の温度値においては前記第1の燃料量が前記第2の燃料量よりも小さく選択されるとき、および第2の温度値においては前記第1の燃料量が前記第2の燃料量よりも大きく選択されるとき、それは有利である。このようにして、低温始動におけるエンジン温度ないしは周囲温度の低下と共に直接噴射が吸気管噴射よりも優位であることが可能とされる。このようにして、低温始動の低い温度範囲に対しては壁膜形成が減少するので、燃料噴射量の増加は必要ではなく且つ好ましくないエミッションを低減可能である。一方、低温始動の高い温度範囲に対しては吸気管噴射が直接噴射よりも優位であるので、優位である吸気管噴射に基づく空気/燃料混合物の良好な均質化により好ましくないエミッションが低減される。
【0009】
さらに、前記第2の温度値より大きい第3の温度値においては前記第1の燃料量が前記第2の燃料量よりも小さく選択されるとき、それは有利である。このようにして、内燃機関の高温始動に対しては再び直接噴射が吸気管噴射よりも優位であるので、ノッキングおよび自己点火傾向は低下されることが保証可能である。
【0010】
前記第2の燃料量が、温度に依存して、吸気行程の間に噴射されるべき第1の部分量と、圧縮行程の間に噴射されるべき第2の部分量とに分配されるとき、他の利点が得られる。このようにして、直接噴射の割合を、好ましくないエミッションの低減並びにノッキングおよび自己点火傾向の低下に関して、内燃機関の運転を表わす温度に最適に適合可能である。
【0011】
この場合、前記第2の燃料量の第1の部分量および第2の部分量への分配が温度に基づいて連続的に変化されるとき、それは有利である。これは、温度に依存して、噴射されるべき第1の部分量と噴射されるべき第2の部分量との間の流動的な移行を可能にし、これにより、特に内燃機関の始動において、好ましくないエミッションの低減およびノッキングおよび自己点火の低下に関して、内燃機関運転の、エンジン温度ないしは周囲温度への適合を改善させる。
【0012】
この場合、さらに、前記第1の部分量が温度の上昇と共に増加するように選択されるとき、および前記第2の部分量が温度の上昇と共に減少するように選択されるとき、それは有利である。このようにして、低温始動の低い温度範囲内においては直接噴射は主として圧縮行程内において行われることが保証可能である。このようにして、予め圧縮され且つこれにより加熱された燃焼室の空気内に燃料が噴射される。この結果、直接噴射された燃料は良好に蒸発する。したがって、低温始動の低い温度範囲内においては噴射されるべき燃料量は明らかに低減可能であり、これにより、好ましくないエミッションは同様に低減される。一方、高温始動の温度範囲に対しては、吸気行程の間における直接噴射の割合が優位であるので、このようにして低温の燃料により燃焼室内の温度が低下され、これによりノッキングおよび自己点火傾向が低下される。
【0013】
さらに、前記第1の燃料量が第1の燃料タイプから形成され、および前記第2の燃料量が前記第1の燃料タイプとは異なる第2の燃料タイプから形成されるとき、それは有利である。このようにして、上記利点を有する本発明は、同時に異なる燃料タイプが使用される内燃機関の運転に対してもまた利用可能である。
【0014】
本発明の実施例が図面に示され且つ以下に詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】内燃機関の略図である。
【図2】第1の実施形態および第2の実施形態に基づく本発明による装置とおよび本発明による方法の例示フローとを説明するための機能図である。
【図3】第1の実施形態による噴射されるべき目標燃料量を分配するための特性曲線群である。
【図4】本発明の上記実施形態において使用するための種々の噴射時期および噴射方式に関する一覧表である。
【図5】噴射されるべき目標燃料量を分配するための第2の実施形態に対する特性曲線である。
【図6】本発明の第2の実施形態に基づく本発明による方法の例示フローに対する流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【0016】
図1において、1は例えばオットー・サイクル・エンジンまたはディーゼル・エンジンとして形成されていてもよい内燃機関を表わす。内燃機関1は1つまたは複数のシリンダ65を含み、そのうちの1つが例として図1に示されている。シリンダ65の燃焼室10に吸気管5を介してフレッシュ・エアが供給可能である。さらに、第1の噴射弁25を介して吸気管5に燃料が供給可能である。このようにして吸気管5内に形成された空気/燃料混合物は吸気弁35を介してシリンダ65の吸気行程内において燃焼室10に供給される。第2の噴射弁30を介して燃焼室10に燃料が直接供給可能でもある。燃焼室10内における空気/燃料混合物の燃焼において形成された排気は、排気行程の間に排気弁40を介して排気系45内に排出される。燃焼室10内における空気/燃料混合物の燃焼によりシリンダ65のピストン55が運動させられる。オットー・サイクル・エンジンの場合、さらに点火プラグが設けられ、点火プラグは圧縮行程の終端において燃焼室10内に存在する空気/燃料混合物に点火する。温度センサ50は内燃機関の運転を表わす温度例えば冷却水温度またはエンジン温度あるいはシリンダ・ヘッド温度を測定する。測定された温度Tはエンジン制御装置15に供給される。エンジン制御装置15は燃料を噴射させるために第1の噴射弁25および第2の噴射弁30を操作する。この操作は、当業者に既知のように、所望のエンジン負荷およびエンジン回転速度の基づいて行われる。さらに、噴射弁25、30を温度Tに基づいて操作することもまた既知である。
【0017】
第1の噴射弁25および第2の噴射弁30の使用によりいわゆる二重噴射装置(Dual−Injection−System)が形成される。これは、燃焼のために必要な燃料量を第1の噴射弁25により吸気管5内に注入可能であるのみならず第2の噴射弁30により燃焼室10内にも直接注入可能である燃料噴射装置と理解される。このような装置においては、第1の噴射弁25は一般に低圧噴射弁として形成され、且つ図1に示されているように吸気弁35手前の吸気管5内に配置されている。第2の噴射弁30は例えば高圧噴射弁として形成されている。噴射されるべき目標燃料量は第1の噴射弁25および第2の噴射弁30に分配して噴射されても、または噴射弁25、30のいずれかのみにより全てが噴射されてもよい。
【0018】
このような装置はオットー・サイクル・エンジンにおいて既に量産され且つ幾つかの利点を提供している。特に、いわゆる吸気管噴射方法および直接噴射方法の異なる2つの噴射方法の利点を内燃機関1の運転条件に応じてそれぞれ相互に組み合わせることが可能である。本発明は、噴射されるべき目標燃料量の、第1の噴射弁25を介して吸気管5内に噴射されるべき第1の燃料量と、第2の噴射弁30を介して内燃機関1の燃焼室10内に直接噴射されるべき第2の燃料量とへの分配を、温度Tに基づいて最適化することに関するものである。
【0019】
図2は、例えばソフトウェアによりおよび/またはハードウェアによりエンジン制御装置15において実行される機能図であって、本発明による方法のフロー並びに本発明による装置の構成を説明するためにも使用される機能図を示す。この場合、本発明による装置は例えばエンジン制御装置15により表わされる。
【0020】
この場合、エンジン制御装置15は分配ユニット20を含み、分配ユニット20に、温度センサ50により測定された実温度値Tが温度信号として供給される。分配ユニット20は、実施形態に応じてそれぞれ、温度信号ないしは温度値Tに基づいて1つまたは複数の出力信号を決定し且つこれらを変換ユニット60に供給する。図2の例においては、第1の実施形態により分配ユニット20の3つの出力信号A1、A2、A3が示され、3つの出力信号A1、A2、A3は変換ユニット60に供給される。変換ユニット60は、次に、当業者に既知のように決定された噴射されるべき目標燃料量を、分配ユニット20から受信した1つまたは複数の出力信号に基づいて、第1の噴射弁25を介して吸気管5内に噴射されるべき第1の燃料量と、第2の噴射弁30を介して燃焼室10内に直接噴射されるべき第2の燃料量とに分配し、且つこの分配を変換するためにそれに対応して噴射弁25、30を操作する。
【0021】
分配ユニット20の詳細を以下に説明する。本発明の第1の実施形態により、分配ユニット20は、分配ユニット20の出力信号に対する3つの特性曲線A1、A2、A3からなる特性曲線群の形で形成されている。この場合、第1の出力信号A1は、第2の噴射弁30を介してシリンダ65の圧縮行程の間に燃焼室10内に直接噴射される、噴射されるべき燃料量の割合の温度Tに対する連続線図を示す。この線図では、第1の信号A1は、例えば0℃の第1の温度T0において100%の割合でスタートし、次に第2の温度T1>T0においてきわめて急速に低下し、第2の温度T1以降においては勾配値が次第に小さくなって0まで低下し、第4の温度T3>T1よりも大きいかまたは等しい温度で値0が達成される。温度T<T0では第1の出力信号A1は値100%に維持されている。
【0022】
第2の出力信号A2は第1の温度T0において値0からスタートし、次に第2の温度T1まではきわめて急速に上昇し、第2の温度T1以降においては次第に小さくなる勾配を有して第3の温度T2において絶対最大値に到達するが、ここでT1<T2<T3である。次に、温度T>T2に対しては第2の出力信号A2は第4の温度T3まできわめて急速に低下し、温度T>T3では勾配値が次第に小さくなって値0まで低下し、第5の温度T4>T3で値0が達成される。ここで、第2の出力信号A2は、温度Tに依存して、第1の噴射弁25を介して吸気管5内に噴射されるべき目標燃料量の割合を示す。
【0023】
第3の出力信号A3は第1の温度T0において値0からスタートし、第2の温度T1以降では勾配が次第に大きくなって第4の温度T3まで上昇し、温度T>T3では勾配が次第に小さくなって値100%まで上昇し、第5の温度T4で100%となる。温度T>T4では第3の出力信号A3は値100%のままであり且つ第2の出力信号A2は値0のままである。温度T<T0に対しては第2の出力信号A2および第3の出力信号A3はそれぞれ0に等しい。温度T>T3に対しては第1の出力信号A1は0に等しい。
【0024】
第3の出力信号A3は、第2の噴射弁30を介してシリンダ65の吸気行程の間に燃焼室10内に直接噴射される、噴射されるべき目標燃料量の割合を示す。3つの全ての出力信号A1、A2、A3は、温度Tに対して連続線図を有している。さらに、全ての温度Tにわたり次の関係が成立する。
A1+A2+A3=100% (1)
第2の温度T1において第1の出力信号A1は第2の出力信号A2と交差し、一方、第3の出力信号はA3=0である。これは、第2の温度T1においてA1=A2=50%であることを意味する。第4の温度T3において第2の出力信号A2は第3の出力信号A3と交差し且つ第1の出力信号A1は0に等しい。したがって、第4の温度T3においてはA2=A3=50%である。第3の温度T2において第1の出力信号A1は第3の出力信号A3と交差し且つ第2の出力信号A2は約90%において絶対最大値を有している。第2の温度T1におけるA3=0に対するA1およびA2の間の交点は50%とは異なる任意の値であってもよい。この場合、A1+A2=100%が成立する。極端な場合、このとき例えばA2=100%およびA1=0であってもよい。第4の温度T3におけるA1=0に対するA2およびA3の間の交点に対しても同様のことが成立する。ここでもまた一般的にA2+A3=100%が成立するが、極端な場合、このとき例えばA2=100%およびA3=0であってもよい。
【0025】
即ち、図3に示すように、燃焼室10内に直接噴射されるべき第2の燃料量は、第3の出力信号A3により示される吸気行程の間に噴射されるべき第1の部分量と、第1の出力信号A1により示される圧縮行程の間に噴射されるべき第2の部分量とに分配される。この場合、第1の部分量は温度の上昇と共に増加するように選択され、即ち図3に示すようにいわゆる単調増加となるように選択され、および第2の部分量は温度Tの増加と共に減少するように、即ち図3に示すように単調減少となるように選択されている。
【0026】
このようにして、図3に示すように、温度T<T1に対しては第2の部分量が第1の燃料量よりも優位である。したがって、第2の部分量による直接噴射は既に圧縮され且つそれによって加熱された燃焼室10の空気内に行われる。これにより、直接噴射された燃料はより良好に蒸発する。したがって、T<T1に対しては内燃機関1の吸気管5内に噴射されるべき目標燃料量は明らかに低減可能であり、これにより、同様に例えば炭化水素の好ましくないエミッションが低減される。
【0027】
温度T1<T<T3に対しては吸気管5内に噴射される第1の燃料量が第2の燃料量よりも優位である。したがって、この温度範囲内においては、優位である吸気管噴射に基づいて燃焼室10内に空気/燃料混合物の良好な均質化が得られる。この結果、この温度範囲内における直接噴射に比較して、例えば炭化水素の好ましくないエミッションはより低減される。この場合、第3の温度T2は例えば約20℃の値である。
【0028】
温度T>T3に対しては第2の燃料量の第1の部分量が吸気管5内に噴射されるべき第1の燃料量よりも優位である。このようにして、ノッキング傾向および自己点火傾向が低下される。この理由は、より高い温度T>T3においては優位である吸気行程間の直接噴射が低い燃料温度によりシリンダ65の燃焼室10内の温度を低下させ、これにより、同様にノッキングおよび自己点火傾向が低下されるからである。
【0029】
温度T<T1に対しては第2の燃料量は全て圧縮行程の間に噴射され、一方、温度T>T3に対しては第2の燃料量は全て吸気行程の間に噴射される。
【0030】
即ち、第2の温度T1は第1の所定の温度しきい値とみなすことができる。第4の温度T3は第2の所定の温度しきい値とみなすことができる。第1の所定の温度しきい値より小さい温度Tに対しては圧縮行程の間における直接噴射が吸気管噴射よりも優位である。温度T1<T<T3に対しては、即ち第1および第2の所定の温度しきい値間の温度に対しては吸気管噴射が直接噴射よりも優位である。第2の所定の温度しきい値より大きい温度Tに対しては吸気行程の間における直接噴射が吸気管噴射よりも優位である。
【0031】
温度Tに依存する出力信号A1、A2、A3の線図並びに温度値T0、T1、T2、T3およびT4の選択は、内燃機関が車両を駆動する場合に対しては、例えば試験台上においておよび/または走行試験において、一方で好ましくないエミッションが、他方でノッキングおよび自己点火傾向が最適に低下されるように行われてもよい。
【0032】
即ち、温度値T0、T1、T2、T3、T4に対しては例えば一般性を制限することなく次の値が選択されてもよい。
T0=−10℃
T1=0℃
T2=20℃
T3=60℃
T4=80℃
上記の方法ないしは上記の装置が内燃機関の始動の間に使用可能であることが特に有利である。この理由は、上記の温度T0<T<T3は特に内燃機関の始動において発生し且つ内燃機関の始動後の運転においてはほとんど発生しないからである。T<T3に対しては、この場合、いわゆる低温始動状況が存在し、一方、温度T>T3に対しては高温始動が想定される。したがって、低温始動に対する温度範囲は、本発明により、さらに、圧縮行程の間における直接噴射が吸気管噴射よりも優位である、温度T<T1に対する第1の低い温度範囲に細分される。このような始動は以下において直接噴射成層始動(DI−Schicht−Start)とも呼ばれる。T1<T<T3の低温始動の第2の温度範囲は吸気管噴射が直接噴射よりも優位であることを特徴とする。この始動は以下において吸気管噴射始動(PFI−Start)とも呼ばれる。温度T>T3に対しては、上記のように内燃機関の高温始動が得られ、この高温始動は以下において通常の直接噴射始動(DI−Start)とも呼ばれる。
【0033】
ここで、DIは直接噴射を表わし、およびPFIは吸気管噴射を表わす。したがって、図3に示す特性曲線A1、A2、A3により、温度に依存して、それぞれできるだけ少ない好ましからざるエミッションおよびできるだけ少ないノッキングおよび自己点火傾向となるように、内燃機関の始動に対する最適噴射方式が設定可能である。この場合には例えばエンジンの始動温度である温度Tに依存して、このとき、図3に示すように、分配ユニット20内において、好ましくないエミッションの低減およびノッキングおよび自己点火傾向の低下に関して内燃機関の始動に最も有利な噴射方式が、DI−Schicht−Start、通常のDI−StartおよびPFI−Startの中から選択される。ここで、吸気管噴射が直接噴射よりも優位であるPFI−Startは、先行噴射および/または吸気同期噴射により実行可能である。この場合、先行吸気管噴射はシリンダ65の排気行程の間に第1の噴射弁25により行われ、一方、吸気同期吸気管噴射はシリンダ65の吸気行程の間に第1の噴射弁25により行われる。
【0034】
図4に、選択された噴射方式に従って種々の噴射時期に対する表が示されている。吸気同期吸気管噴射を有するPFI−Startにおいては、吸気管噴射がシリンダ65の吸気行程の間に行われる。先行吸気管噴射を有するPFI−Startにおいては、吸気管噴射がシリンダ65の排気行程の間に行われる。この場合、PFI−Startにおける第1の燃料量は2つの部分量に分配されてもよく、そのうちの第1の吸気同期部分量はシリンダ65の吸気行程の間において吸気管内に噴射され、そのうちの第2の先行部分量はシリンダ65の排気行程の間において吸気管内に噴射される。代替態様として、第1の燃料量が、シリンダ65の吸気行程の間における吸気同期噴射のみによって噴射されても、またはシリンダ65の排気行程の間における先行噴射のみによって噴射されてもよい。通常のDI−Startにおいては、燃焼室10内への直接噴射がシリンダ65の吸気行程の間においてのみ行われる。DI−Schicht−Startにおいては、燃焼室10内への直接噴射がシリンダ65の圧縮行程の間においてのみ行われる。この場合、通常のDI−StartおよびDI−Schicht−Startは図3に示すように温度範囲T1<T<T3内においては相互に重ね合わされてもよいが、高い温度範囲内における低温始動においては、シリンダ65の吸気行程の間においてのみならずシリンダ65の圧縮行程の間においてもまた、同時に行われる吸気管噴射に比較しても僅かな直接噴射となる。
【0035】
図3に示すように、温度T<T1に対しては、DI−Schicht−Startが優位である。温度T1<T<T3に対しては吸気同期吸気管噴射を有するPFI−Startおよび/または先行吸気管噴射を有するPFI−Startが優位である。温度T>T3に対しては通常のDI−Startが優位である。
【0036】
第2の実施形態により、分配ユニット20からただ1つの信号Aのみが変換ユニット60に出力される。温度Tに依存してのこのようなただ1つの出力信号Aに対する特性曲線の例が図5に示されている。この場合、図5に示すように、図2において破線で示され且つ図3に示す3つの出力信号A1、A2、A3の代わりに分配ユニット20から出力されるただ1つの出力信号Aは、3つの異なる値をとることができる。T<T1に対して、この例においてはAは3に等しい。T1<T<T3に対して、この例においてはAは2に等しい。T>T3に対して、この例においてはAは1に等しい。ここで、図5に目盛られている温度値T0、T1、T3は図3に目盛られている温度値T0、T1、T3に対応する。この場合、図3に示す実施例とは異なり、T<T1の全ての温度範囲に対して、噴射されるべき目標燃料量は、第2の燃料量の第2の部分量のみにより、即ち、シリンダ65の圧縮行程内の直接噴射のみにより噴射される。したがって、始動の場合、T<T1の全温度範囲内においては、DI−Schicht−Startのみが実行されるであろう。同様に、T1<T<T3の全温度範囲内においては、噴射されるべき目標燃料量は、第1の燃料量のみにより、即ち、吸気管噴射のみにより実行され、したがって、始動の場合、吸気同期吸気管噴射および/または先行吸気管噴射を有するPFI−Startのみが実行される。図5に示す実施例においては、T>T3の全温度範囲に対しては、噴射されるべき目標燃料量は、第2の燃料量の第1の部分量のみにより、即ち、シリンダ65の吸気行程の間における直接噴射のみにより実行され、即ち、始動の場合、通常のDI−Startのみが実行される。したがって、A=3は、シリンダ65の圧縮行程内における直接噴射のみを、即ち、始動の場合、DI−Schicht−Startのみを表わしている。A=2は、吸気同期吸気管噴射および/または先行吸気管噴射を有する吸気管噴射のみを、即ち、始動の場合、PFI−Startのみを表わしている。A=1は、シリンダ65の吸気行程の間における直接噴射のみを、即ち、始動の場合、通常のDI−Startのみを表わしている。したがって、図5に示す実施例においては、図3に示す実施例のような、温度に依存する、第1の燃料量と第2の燃料量との間の比ないしは第2の燃料量の第1の部分量と第2の部分量との間の比の連続変化は実行されず、むしろ第2の温度T1においておよび第4の温度T3においてそれぞれ第1の燃料量と第2の燃料量との間の比のジャンプが行われる。
【0037】
図6に、第2の実施形態による本発明の方法の例示フローが流れ図により示されている。プログラムがスタートしたのち、例えば内燃機関1の点火の投入に基づく始動要求を受け取ったことによりプログラムが開始されたのち、プログラム点100において、温度Tが温度センサ50により測定される。それに続いて、プログラムはプログラム点105に移行される。
【0038】
プログラム点105において、分配ユニット20は、温度Tが所定の温度しきい値T1より小さいかどうかを検査する。これが肯定の場合、プログラムはプログラム点110に分岐され、否定の場合、プログラムはプログラム点115に分岐される。
【0039】
プログラム点110において、出力信号A=3がセットされ、および変換ユニット60は、噴射されるべき目標燃料量を全て第2の噴射弁30によりシリンダ65の1つまたは複数の圧縮行程の間においてのみ燃焼室10内に直接噴射するように操作される。それに続いて、プログラムは終了される。
【0040】
プログラム点115において、分配ユニット20は、温度Tが第2の所定のしきい値T3より小さいかどうかを検査する。これが肯定の場合、プログラムはプログラム点120に分岐され、否定の場合、プログラムはプログラム点125に分岐される。
【0041】
プログラム点120において、分配ユニット20は出力信号A=2をセットする。それに続いて、値A=2を受け取った変換ユニット60は、噴射されるべき目標燃料量の噴射を第1の噴射弁のみを介して吸気同期吸気管噴射および/または先行吸気管噴射により実行する。それに続いて、プログラムは終了される。
【0042】
プログラム点125において、分配ユニット20は出力信号Aを値1にセットする。変換ユニット60が値A=1を受け取ったことにより、変換ユニット60は、噴射されるべき目標燃料量の噴射を、第2の噴射弁30のみにより且つシリンダ65の1つまたは複数の吸気行程の間においてのみ実行する。それに続いて、プログラムは終了される。プログラムは反復して実行可能である。
【0043】
本発明の変更態様により、第1の噴射弁25から噴射される第1の燃料量が第1の燃料タイプから形成され、および第2の噴射弁30から噴射される第2の燃料量が第1の燃料タイプとは異なる第2の燃料タイプから形成されるように設計されていてもよい。このとき、両方の噴射弁25、30はそれぞれ異なる燃料タンクから供給される。したがって、本発明による方法および本発明による装置はいわゆる二重燃料装置においても使用可能である。この場合、異なる燃料タイプとして、例えばエタノールおよびガソリンが使用されてもよい。しかしながら、異なる燃料タイプとして、例えば圧縮天然ガス(CNG)およびガソリンが使用されてもよい。
【0044】
図3における出力信号A1、A2、A3の選択は単なる一例であり、および好ましくないエミッションの低減並びにノッキングおよび自己点火傾向の低下に関して記載されてきた。内燃機関の運転に対する他の要求においては、出力信号A1、A2、A3がそれとは異なって選択されてもよい。例えば出力信号A1が完全に省略され、その代わりに信号A2が図3からの信号A1+A2の和に対応するように選択されてもよい。この場合、T<T3の全ての温度範囲に対しては吸気管噴射が優位であり、即ち、始動の場合、吸気同期吸気管噴射および/または先行吸気管噴射を有するPFI−Startが優位となるであろう。
【0045】
例えばDI−Schicht−StartとPFI−Startとの組み合わせ状態により、適用する関数として、即ち、内燃機関の所望の運転条件に従って他の利点が達成可能である。即ち、それに続くDI−Schicht−Start直接噴射に比較してより少ないPFI−Start吸気管噴射は、PFI−Start吸気管噴射における好ましくない多量の燃料増加が必要とされることなく、燃焼室10内における空気/燃料混合物の良好な完全燃焼に関して有利なことがある。これは、特に、上記のように温度T<T1に対して有利である。さらに、この温度範囲に対して、比較的少ないPFI−Start吸気管噴射と、オットー・サイクル・エンジンとして内燃機関1を形成する場合に遅れ点火による重ね合わされたDI−Schicht−Start直接噴射とを組み合わせることもまた可能である。この場合、内燃機関1の始動に続く均質スプリット噴射による触媒加熱過程への流動的な移行が可能とされる。
【0046】
図3から出発して、出力信号A1、A2、A3の分配が次のように修正されてもよく、即ち、T<T3の温度に対して、したがって低温始動の範囲内のそれほど高くない始動温度において、好ましくは低温始動の高い温度範囲内において、優位であるPFI−Start吸気管噴射が、上記温度範囲内において図3に示されているよりも多い割合を有するそれに続くいわゆる通常のDI−Start直接噴射により、一方で自己点火傾向を有する良好に均質化された空気/燃料混合物による内燃機関の運転と、他方で自己点火の危険の少ないそれほど良好に均質化されていない空気/燃料混合物による内燃機関の運転との間の良好な妥協を示すように、出力信号A1、A2、A3の分配が修正されてもよい。T1<T<T3の温度範囲内において、図3に示す形態に比較して第3の出力信号A3が上昇され且つそれに対応して第2の出力信号A2が低下された場合、このことは、出力信号A2の低下により空気/燃料混合物の均質化を低い方向に移行させ、しかも図3に示したものと比較して第3の出力信号A3の割合がより高くなることにより、自己点火の危険は小さくなる。即ち、T1<T<T3の温度範囲内において第2の出力信号A2が低下し且つこれに対して同じ温度範囲内において第3の出力信号A3が上昇した場合、このことは、第2の出力信号A2の低下に基づいて空気/燃料混合物の均質化を悪くさせ、および第3の出力信号A3の上昇に基づいて自己点火の危険を低下させる。
【符号の説明】
【0047】
1 内燃機関
5 吸気管
10 燃焼室
15 エンジン制御装置
20 分配ユニット
25 第1の噴射弁(吸気管内噴射弁)
30 第2の噴射弁(燃焼室内直接噴射弁)
35 吸気弁
40 排気弁
45 排気系
50 温度センサ
55 ピストン
60 変換ユニット
65 シリンダ
【技術分野】
【0001】
本発明は独立請求項に記載の内燃機関の運転方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
市場から、内燃機関の始動において、噴射されるべき目標燃料量が、内燃機関の運転を表わす温度の関数として、内燃機関の吸気管内に噴射されるべき第1の燃料量と、内燃機関の燃焼室内に直接噴射されるべき第2の燃料量とに分配される内燃機関の運転方法および装置が既知である。例えば内燃機関の運転を表わすエンジン温度の関数として、内燃機関の低温始動と高温始動との間で区別がなされている。市場から、低温始動においては、噴射されるべき目標燃料量を内燃機関の吸気管内に噴射されるべき燃料量のみにより噴射することが既知である。一方、高温始動に対しては、噴射されるべき目標燃料量を内燃機関の燃焼室内に直接噴射されるべき第2の燃料量のみにより噴射することが既知である。この根拠は、低温始動における吸気管噴射によるより良好な混合物の形成および高温始動における内燃機関内への直接噴射の場合における自己点火およびノッキング傾向の低下である。
【0003】
低温エンジンにおける内燃機関の始動の間に吸気管内に注入された燃料は、吸気管の壁上に堆積して完全には蒸発しないので、始動燃焼には関与しない。したがって、安定したエンジン始動を保証するためには、始動過程において燃料質量の増加が必要である。
【0004】
約20℃の低温始動温度においては、吸気管噴射の空気/燃料混合物は内燃機関の燃焼室の手前で既に良好に均質化されているので、内燃機関の吸気行程の間における直接噴射に比較して特に炭化水素のエミッションが少なくなる。この理由から、低温始動においては吸気管噴射が有利である。より高い温度においては、内燃機関の吸気行程の間における直接噴射は燃焼室内における燃料の蒸発によりシリンダ内の温度を低下させるので、ノッキングおよび自己点火傾向がより小さくなる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
内燃機関の低温始動においてエンジンおよび周囲温度が低くなるほど吸気管内噴射における壁膜形成が増大するので、燃料供給はさらに増加されなければならない。この結果、内燃機関の始動において例えば炭化水素の好ましくないエミッションが増大する。
【課題を解決するための手段】
【0006】
独立請求項の特徴を有する内燃機関の本発明による運転方法および本発明による運転装置は、従来技術に比較して、前記第1の燃料量と前記第2の燃料量との間の比が温度に依存して連続的に変化されるという利点を有している。このようにして、内燃機関の運転を表わす種々の温度に対して、温度に依存して、噴射されるべき目標燃料量における第1の燃料量の割合と第2の燃料量の割合との間で流動的な移行が実行可能であるので、内燃機関の運転は、始動時において、例えば炭化水素の好ましくないエミッションの低減に関して、並びにノッキングおよび自己点火の阻止に関して最適化可能である。
【0007】
従属請求項に記載の手段により、主請求項に記載の方法の有利な改良および改善が可能である。
【0008】
第1の温度値においては前記第1の燃料量が前記第2の燃料量よりも小さく選択されるとき、および第2の温度値においては前記第1の燃料量が前記第2の燃料量よりも大きく選択されるとき、それは有利である。このようにして、低温始動におけるエンジン温度ないしは周囲温度の低下と共に直接噴射が吸気管噴射よりも優位であることが可能とされる。このようにして、低温始動の低い温度範囲に対しては壁膜形成が減少するので、燃料噴射量の増加は必要ではなく且つ好ましくないエミッションを低減可能である。一方、低温始動の高い温度範囲に対しては吸気管噴射が直接噴射よりも優位であるので、優位である吸気管噴射に基づく空気/燃料混合物の良好な均質化により好ましくないエミッションが低減される。
【0009】
さらに、前記第2の温度値より大きい第3の温度値においては前記第1の燃料量が前記第2の燃料量よりも小さく選択されるとき、それは有利である。このようにして、内燃機関の高温始動に対しては再び直接噴射が吸気管噴射よりも優位であるので、ノッキングおよび自己点火傾向は低下されることが保証可能である。
【0010】
前記第2の燃料量が、温度に依存して、吸気行程の間に噴射されるべき第1の部分量と、圧縮行程の間に噴射されるべき第2の部分量とに分配されるとき、他の利点が得られる。このようにして、直接噴射の割合を、好ましくないエミッションの低減並びにノッキングおよび自己点火傾向の低下に関して、内燃機関の運転を表わす温度に最適に適合可能である。
【0011】
この場合、前記第2の燃料量の第1の部分量および第2の部分量への分配が温度に基づいて連続的に変化されるとき、それは有利である。これは、温度に依存して、噴射されるべき第1の部分量と噴射されるべき第2の部分量との間の流動的な移行を可能にし、これにより、特に内燃機関の始動において、好ましくないエミッションの低減およびノッキングおよび自己点火の低下に関して、内燃機関運転の、エンジン温度ないしは周囲温度への適合を改善させる。
【0012】
この場合、さらに、前記第1の部分量が温度の上昇と共に増加するように選択されるとき、および前記第2の部分量が温度の上昇と共に減少するように選択されるとき、それは有利である。このようにして、低温始動の低い温度範囲内においては直接噴射は主として圧縮行程内において行われることが保証可能である。このようにして、予め圧縮され且つこれにより加熱された燃焼室の空気内に燃料が噴射される。この結果、直接噴射された燃料は良好に蒸発する。したがって、低温始動の低い温度範囲内においては噴射されるべき燃料量は明らかに低減可能であり、これにより、好ましくないエミッションは同様に低減される。一方、高温始動の温度範囲に対しては、吸気行程の間における直接噴射の割合が優位であるので、このようにして低温の燃料により燃焼室内の温度が低下され、これによりノッキングおよび自己点火傾向が低下される。
【0013】
さらに、前記第1の燃料量が第1の燃料タイプから形成され、および前記第2の燃料量が前記第1の燃料タイプとは異なる第2の燃料タイプから形成されるとき、それは有利である。このようにして、上記利点を有する本発明は、同時に異なる燃料タイプが使用される内燃機関の運転に対してもまた利用可能である。
【0014】
本発明の実施例が図面に示され且つ以下に詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】内燃機関の略図である。
【図2】第1の実施形態および第2の実施形態に基づく本発明による装置とおよび本発明による方法の例示フローとを説明するための機能図である。
【図3】第1の実施形態による噴射されるべき目標燃料量を分配するための特性曲線群である。
【図4】本発明の上記実施形態において使用するための種々の噴射時期および噴射方式に関する一覧表である。
【図5】噴射されるべき目標燃料量を分配するための第2の実施形態に対する特性曲線である。
【図6】本発明の第2の実施形態に基づく本発明による方法の例示フローに対する流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【0016】
図1において、1は例えばオットー・サイクル・エンジンまたはディーゼル・エンジンとして形成されていてもよい内燃機関を表わす。内燃機関1は1つまたは複数のシリンダ65を含み、そのうちの1つが例として図1に示されている。シリンダ65の燃焼室10に吸気管5を介してフレッシュ・エアが供給可能である。さらに、第1の噴射弁25を介して吸気管5に燃料が供給可能である。このようにして吸気管5内に形成された空気/燃料混合物は吸気弁35を介してシリンダ65の吸気行程内において燃焼室10に供給される。第2の噴射弁30を介して燃焼室10に燃料が直接供給可能でもある。燃焼室10内における空気/燃料混合物の燃焼において形成された排気は、排気行程の間に排気弁40を介して排気系45内に排出される。燃焼室10内における空気/燃料混合物の燃焼によりシリンダ65のピストン55が運動させられる。オットー・サイクル・エンジンの場合、さらに点火プラグが設けられ、点火プラグは圧縮行程の終端において燃焼室10内に存在する空気/燃料混合物に点火する。温度センサ50は内燃機関の運転を表わす温度例えば冷却水温度またはエンジン温度あるいはシリンダ・ヘッド温度を測定する。測定された温度Tはエンジン制御装置15に供給される。エンジン制御装置15は燃料を噴射させるために第1の噴射弁25および第2の噴射弁30を操作する。この操作は、当業者に既知のように、所望のエンジン負荷およびエンジン回転速度の基づいて行われる。さらに、噴射弁25、30を温度Tに基づいて操作することもまた既知である。
【0017】
第1の噴射弁25および第2の噴射弁30の使用によりいわゆる二重噴射装置(Dual−Injection−System)が形成される。これは、燃焼のために必要な燃料量を第1の噴射弁25により吸気管5内に注入可能であるのみならず第2の噴射弁30により燃焼室10内にも直接注入可能である燃料噴射装置と理解される。このような装置においては、第1の噴射弁25は一般に低圧噴射弁として形成され、且つ図1に示されているように吸気弁35手前の吸気管5内に配置されている。第2の噴射弁30は例えば高圧噴射弁として形成されている。噴射されるべき目標燃料量は第1の噴射弁25および第2の噴射弁30に分配して噴射されても、または噴射弁25、30のいずれかのみにより全てが噴射されてもよい。
【0018】
このような装置はオットー・サイクル・エンジンにおいて既に量産され且つ幾つかの利点を提供している。特に、いわゆる吸気管噴射方法および直接噴射方法の異なる2つの噴射方法の利点を内燃機関1の運転条件に応じてそれぞれ相互に組み合わせることが可能である。本発明は、噴射されるべき目標燃料量の、第1の噴射弁25を介して吸気管5内に噴射されるべき第1の燃料量と、第2の噴射弁30を介して内燃機関1の燃焼室10内に直接噴射されるべき第2の燃料量とへの分配を、温度Tに基づいて最適化することに関するものである。
【0019】
図2は、例えばソフトウェアによりおよび/またはハードウェアによりエンジン制御装置15において実行される機能図であって、本発明による方法のフロー並びに本発明による装置の構成を説明するためにも使用される機能図を示す。この場合、本発明による装置は例えばエンジン制御装置15により表わされる。
【0020】
この場合、エンジン制御装置15は分配ユニット20を含み、分配ユニット20に、温度センサ50により測定された実温度値Tが温度信号として供給される。分配ユニット20は、実施形態に応じてそれぞれ、温度信号ないしは温度値Tに基づいて1つまたは複数の出力信号を決定し且つこれらを変換ユニット60に供給する。図2の例においては、第1の実施形態により分配ユニット20の3つの出力信号A1、A2、A3が示され、3つの出力信号A1、A2、A3は変換ユニット60に供給される。変換ユニット60は、次に、当業者に既知のように決定された噴射されるべき目標燃料量を、分配ユニット20から受信した1つまたは複数の出力信号に基づいて、第1の噴射弁25を介して吸気管5内に噴射されるべき第1の燃料量と、第2の噴射弁30を介して燃焼室10内に直接噴射されるべき第2の燃料量とに分配し、且つこの分配を変換するためにそれに対応して噴射弁25、30を操作する。
【0021】
分配ユニット20の詳細を以下に説明する。本発明の第1の実施形態により、分配ユニット20は、分配ユニット20の出力信号に対する3つの特性曲線A1、A2、A3からなる特性曲線群の形で形成されている。この場合、第1の出力信号A1は、第2の噴射弁30を介してシリンダ65の圧縮行程の間に燃焼室10内に直接噴射される、噴射されるべき燃料量の割合の温度Tに対する連続線図を示す。この線図では、第1の信号A1は、例えば0℃の第1の温度T0において100%の割合でスタートし、次に第2の温度T1>T0においてきわめて急速に低下し、第2の温度T1以降においては勾配値が次第に小さくなって0まで低下し、第4の温度T3>T1よりも大きいかまたは等しい温度で値0が達成される。温度T<T0では第1の出力信号A1は値100%に維持されている。
【0022】
第2の出力信号A2は第1の温度T0において値0からスタートし、次に第2の温度T1まではきわめて急速に上昇し、第2の温度T1以降においては次第に小さくなる勾配を有して第3の温度T2において絶対最大値に到達するが、ここでT1<T2<T3である。次に、温度T>T2に対しては第2の出力信号A2は第4の温度T3まできわめて急速に低下し、温度T>T3では勾配値が次第に小さくなって値0まで低下し、第5の温度T4>T3で値0が達成される。ここで、第2の出力信号A2は、温度Tに依存して、第1の噴射弁25を介して吸気管5内に噴射されるべき目標燃料量の割合を示す。
【0023】
第3の出力信号A3は第1の温度T0において値0からスタートし、第2の温度T1以降では勾配が次第に大きくなって第4の温度T3まで上昇し、温度T>T3では勾配が次第に小さくなって値100%まで上昇し、第5の温度T4で100%となる。温度T>T4では第3の出力信号A3は値100%のままであり且つ第2の出力信号A2は値0のままである。温度T<T0に対しては第2の出力信号A2および第3の出力信号A3はそれぞれ0に等しい。温度T>T3に対しては第1の出力信号A1は0に等しい。
【0024】
第3の出力信号A3は、第2の噴射弁30を介してシリンダ65の吸気行程の間に燃焼室10内に直接噴射される、噴射されるべき目標燃料量の割合を示す。3つの全ての出力信号A1、A2、A3は、温度Tに対して連続線図を有している。さらに、全ての温度Tにわたり次の関係が成立する。
A1+A2+A3=100% (1)
第2の温度T1において第1の出力信号A1は第2の出力信号A2と交差し、一方、第3の出力信号はA3=0である。これは、第2の温度T1においてA1=A2=50%であることを意味する。第4の温度T3において第2の出力信号A2は第3の出力信号A3と交差し且つ第1の出力信号A1は0に等しい。したがって、第4の温度T3においてはA2=A3=50%である。第3の温度T2において第1の出力信号A1は第3の出力信号A3と交差し且つ第2の出力信号A2は約90%において絶対最大値を有している。第2の温度T1におけるA3=0に対するA1およびA2の間の交点は50%とは異なる任意の値であってもよい。この場合、A1+A2=100%が成立する。極端な場合、このとき例えばA2=100%およびA1=0であってもよい。第4の温度T3におけるA1=0に対するA2およびA3の間の交点に対しても同様のことが成立する。ここでもまた一般的にA2+A3=100%が成立するが、極端な場合、このとき例えばA2=100%およびA3=0であってもよい。
【0025】
即ち、図3に示すように、燃焼室10内に直接噴射されるべき第2の燃料量は、第3の出力信号A3により示される吸気行程の間に噴射されるべき第1の部分量と、第1の出力信号A1により示される圧縮行程の間に噴射されるべき第2の部分量とに分配される。この場合、第1の部分量は温度の上昇と共に増加するように選択され、即ち図3に示すようにいわゆる単調増加となるように選択され、および第2の部分量は温度Tの増加と共に減少するように、即ち図3に示すように単調減少となるように選択されている。
【0026】
このようにして、図3に示すように、温度T<T1に対しては第2の部分量が第1の燃料量よりも優位である。したがって、第2の部分量による直接噴射は既に圧縮され且つそれによって加熱された燃焼室10の空気内に行われる。これにより、直接噴射された燃料はより良好に蒸発する。したがって、T<T1に対しては内燃機関1の吸気管5内に噴射されるべき目標燃料量は明らかに低減可能であり、これにより、同様に例えば炭化水素の好ましくないエミッションが低減される。
【0027】
温度T1<T<T3に対しては吸気管5内に噴射される第1の燃料量が第2の燃料量よりも優位である。したがって、この温度範囲内においては、優位である吸気管噴射に基づいて燃焼室10内に空気/燃料混合物の良好な均質化が得られる。この結果、この温度範囲内における直接噴射に比較して、例えば炭化水素の好ましくないエミッションはより低減される。この場合、第3の温度T2は例えば約20℃の値である。
【0028】
温度T>T3に対しては第2の燃料量の第1の部分量が吸気管5内に噴射されるべき第1の燃料量よりも優位である。このようにして、ノッキング傾向および自己点火傾向が低下される。この理由は、より高い温度T>T3においては優位である吸気行程間の直接噴射が低い燃料温度によりシリンダ65の燃焼室10内の温度を低下させ、これにより、同様にノッキングおよび自己点火傾向が低下されるからである。
【0029】
温度T<T1に対しては第2の燃料量は全て圧縮行程の間に噴射され、一方、温度T>T3に対しては第2の燃料量は全て吸気行程の間に噴射される。
【0030】
即ち、第2の温度T1は第1の所定の温度しきい値とみなすことができる。第4の温度T3は第2の所定の温度しきい値とみなすことができる。第1の所定の温度しきい値より小さい温度Tに対しては圧縮行程の間における直接噴射が吸気管噴射よりも優位である。温度T1<T<T3に対しては、即ち第1および第2の所定の温度しきい値間の温度に対しては吸気管噴射が直接噴射よりも優位である。第2の所定の温度しきい値より大きい温度Tに対しては吸気行程の間における直接噴射が吸気管噴射よりも優位である。
【0031】
温度Tに依存する出力信号A1、A2、A3の線図並びに温度値T0、T1、T2、T3およびT4の選択は、内燃機関が車両を駆動する場合に対しては、例えば試験台上においておよび/または走行試験において、一方で好ましくないエミッションが、他方でノッキングおよび自己点火傾向が最適に低下されるように行われてもよい。
【0032】
即ち、温度値T0、T1、T2、T3、T4に対しては例えば一般性を制限することなく次の値が選択されてもよい。
T0=−10℃
T1=0℃
T2=20℃
T3=60℃
T4=80℃
上記の方法ないしは上記の装置が内燃機関の始動の間に使用可能であることが特に有利である。この理由は、上記の温度T0<T<T3は特に内燃機関の始動において発生し且つ内燃機関の始動後の運転においてはほとんど発生しないからである。T<T3に対しては、この場合、いわゆる低温始動状況が存在し、一方、温度T>T3に対しては高温始動が想定される。したがって、低温始動に対する温度範囲は、本発明により、さらに、圧縮行程の間における直接噴射が吸気管噴射よりも優位である、温度T<T1に対する第1の低い温度範囲に細分される。このような始動は以下において直接噴射成層始動(DI−Schicht−Start)とも呼ばれる。T1<T<T3の低温始動の第2の温度範囲は吸気管噴射が直接噴射よりも優位であることを特徴とする。この始動は以下において吸気管噴射始動(PFI−Start)とも呼ばれる。温度T>T3に対しては、上記のように内燃機関の高温始動が得られ、この高温始動は以下において通常の直接噴射始動(DI−Start)とも呼ばれる。
【0033】
ここで、DIは直接噴射を表わし、およびPFIは吸気管噴射を表わす。したがって、図3に示す特性曲線A1、A2、A3により、温度に依存して、それぞれできるだけ少ない好ましからざるエミッションおよびできるだけ少ないノッキングおよび自己点火傾向となるように、内燃機関の始動に対する最適噴射方式が設定可能である。この場合には例えばエンジンの始動温度である温度Tに依存して、このとき、図3に示すように、分配ユニット20内において、好ましくないエミッションの低減およびノッキングおよび自己点火傾向の低下に関して内燃機関の始動に最も有利な噴射方式が、DI−Schicht−Start、通常のDI−StartおよびPFI−Startの中から選択される。ここで、吸気管噴射が直接噴射よりも優位であるPFI−Startは、先行噴射および/または吸気同期噴射により実行可能である。この場合、先行吸気管噴射はシリンダ65の排気行程の間に第1の噴射弁25により行われ、一方、吸気同期吸気管噴射はシリンダ65の吸気行程の間に第1の噴射弁25により行われる。
【0034】
図4に、選択された噴射方式に従って種々の噴射時期に対する表が示されている。吸気同期吸気管噴射を有するPFI−Startにおいては、吸気管噴射がシリンダ65の吸気行程の間に行われる。先行吸気管噴射を有するPFI−Startにおいては、吸気管噴射がシリンダ65の排気行程の間に行われる。この場合、PFI−Startにおける第1の燃料量は2つの部分量に分配されてもよく、そのうちの第1の吸気同期部分量はシリンダ65の吸気行程の間において吸気管内に噴射され、そのうちの第2の先行部分量はシリンダ65の排気行程の間において吸気管内に噴射される。代替態様として、第1の燃料量が、シリンダ65の吸気行程の間における吸気同期噴射のみによって噴射されても、またはシリンダ65の排気行程の間における先行噴射のみによって噴射されてもよい。通常のDI−Startにおいては、燃焼室10内への直接噴射がシリンダ65の吸気行程の間においてのみ行われる。DI−Schicht−Startにおいては、燃焼室10内への直接噴射がシリンダ65の圧縮行程の間においてのみ行われる。この場合、通常のDI−StartおよびDI−Schicht−Startは図3に示すように温度範囲T1<T<T3内においては相互に重ね合わされてもよいが、高い温度範囲内における低温始動においては、シリンダ65の吸気行程の間においてのみならずシリンダ65の圧縮行程の間においてもまた、同時に行われる吸気管噴射に比較しても僅かな直接噴射となる。
【0035】
図3に示すように、温度T<T1に対しては、DI−Schicht−Startが優位である。温度T1<T<T3に対しては吸気同期吸気管噴射を有するPFI−Startおよび/または先行吸気管噴射を有するPFI−Startが優位である。温度T>T3に対しては通常のDI−Startが優位である。
【0036】
第2の実施形態により、分配ユニット20からただ1つの信号Aのみが変換ユニット60に出力される。温度Tに依存してのこのようなただ1つの出力信号Aに対する特性曲線の例が図5に示されている。この場合、図5に示すように、図2において破線で示され且つ図3に示す3つの出力信号A1、A2、A3の代わりに分配ユニット20から出力されるただ1つの出力信号Aは、3つの異なる値をとることができる。T<T1に対して、この例においてはAは3に等しい。T1<T<T3に対して、この例においてはAは2に等しい。T>T3に対して、この例においてはAは1に等しい。ここで、図5に目盛られている温度値T0、T1、T3は図3に目盛られている温度値T0、T1、T3に対応する。この場合、図3に示す実施例とは異なり、T<T1の全ての温度範囲に対して、噴射されるべき目標燃料量は、第2の燃料量の第2の部分量のみにより、即ち、シリンダ65の圧縮行程内の直接噴射のみにより噴射される。したがって、始動の場合、T<T1の全温度範囲内においては、DI−Schicht−Startのみが実行されるであろう。同様に、T1<T<T3の全温度範囲内においては、噴射されるべき目標燃料量は、第1の燃料量のみにより、即ち、吸気管噴射のみにより実行され、したがって、始動の場合、吸気同期吸気管噴射および/または先行吸気管噴射を有するPFI−Startのみが実行される。図5に示す実施例においては、T>T3の全温度範囲に対しては、噴射されるべき目標燃料量は、第2の燃料量の第1の部分量のみにより、即ち、シリンダ65の吸気行程の間における直接噴射のみにより実行され、即ち、始動の場合、通常のDI−Startのみが実行される。したがって、A=3は、シリンダ65の圧縮行程内における直接噴射のみを、即ち、始動の場合、DI−Schicht−Startのみを表わしている。A=2は、吸気同期吸気管噴射および/または先行吸気管噴射を有する吸気管噴射のみを、即ち、始動の場合、PFI−Startのみを表わしている。A=1は、シリンダ65の吸気行程の間における直接噴射のみを、即ち、始動の場合、通常のDI−Startのみを表わしている。したがって、図5に示す実施例においては、図3に示す実施例のような、温度に依存する、第1の燃料量と第2の燃料量との間の比ないしは第2の燃料量の第1の部分量と第2の部分量との間の比の連続変化は実行されず、むしろ第2の温度T1においておよび第4の温度T3においてそれぞれ第1の燃料量と第2の燃料量との間の比のジャンプが行われる。
【0037】
図6に、第2の実施形態による本発明の方法の例示フローが流れ図により示されている。プログラムがスタートしたのち、例えば内燃機関1の点火の投入に基づく始動要求を受け取ったことによりプログラムが開始されたのち、プログラム点100において、温度Tが温度センサ50により測定される。それに続いて、プログラムはプログラム点105に移行される。
【0038】
プログラム点105において、分配ユニット20は、温度Tが所定の温度しきい値T1より小さいかどうかを検査する。これが肯定の場合、プログラムはプログラム点110に分岐され、否定の場合、プログラムはプログラム点115に分岐される。
【0039】
プログラム点110において、出力信号A=3がセットされ、および変換ユニット60は、噴射されるべき目標燃料量を全て第2の噴射弁30によりシリンダ65の1つまたは複数の圧縮行程の間においてのみ燃焼室10内に直接噴射するように操作される。それに続いて、プログラムは終了される。
【0040】
プログラム点115において、分配ユニット20は、温度Tが第2の所定のしきい値T3より小さいかどうかを検査する。これが肯定の場合、プログラムはプログラム点120に分岐され、否定の場合、プログラムはプログラム点125に分岐される。
【0041】
プログラム点120において、分配ユニット20は出力信号A=2をセットする。それに続いて、値A=2を受け取った変換ユニット60は、噴射されるべき目標燃料量の噴射を第1の噴射弁のみを介して吸気同期吸気管噴射および/または先行吸気管噴射により実行する。それに続いて、プログラムは終了される。
【0042】
プログラム点125において、分配ユニット20は出力信号Aを値1にセットする。変換ユニット60が値A=1を受け取ったことにより、変換ユニット60は、噴射されるべき目標燃料量の噴射を、第2の噴射弁30のみにより且つシリンダ65の1つまたは複数の吸気行程の間においてのみ実行する。それに続いて、プログラムは終了される。プログラムは反復して実行可能である。
【0043】
本発明の変更態様により、第1の噴射弁25から噴射される第1の燃料量が第1の燃料タイプから形成され、および第2の噴射弁30から噴射される第2の燃料量が第1の燃料タイプとは異なる第2の燃料タイプから形成されるように設計されていてもよい。このとき、両方の噴射弁25、30はそれぞれ異なる燃料タンクから供給される。したがって、本発明による方法および本発明による装置はいわゆる二重燃料装置においても使用可能である。この場合、異なる燃料タイプとして、例えばエタノールおよびガソリンが使用されてもよい。しかしながら、異なる燃料タイプとして、例えば圧縮天然ガス(CNG)およびガソリンが使用されてもよい。
【0044】
図3における出力信号A1、A2、A3の選択は単なる一例であり、および好ましくないエミッションの低減並びにノッキングおよび自己点火傾向の低下に関して記載されてきた。内燃機関の運転に対する他の要求においては、出力信号A1、A2、A3がそれとは異なって選択されてもよい。例えば出力信号A1が完全に省略され、その代わりに信号A2が図3からの信号A1+A2の和に対応するように選択されてもよい。この場合、T<T3の全ての温度範囲に対しては吸気管噴射が優位であり、即ち、始動の場合、吸気同期吸気管噴射および/または先行吸気管噴射を有するPFI−Startが優位となるであろう。
【0045】
例えばDI−Schicht−StartとPFI−Startとの組み合わせ状態により、適用する関数として、即ち、内燃機関の所望の運転条件に従って他の利点が達成可能である。即ち、それに続くDI−Schicht−Start直接噴射に比較してより少ないPFI−Start吸気管噴射は、PFI−Start吸気管噴射における好ましくない多量の燃料増加が必要とされることなく、燃焼室10内における空気/燃料混合物の良好な完全燃焼に関して有利なことがある。これは、特に、上記のように温度T<T1に対して有利である。さらに、この温度範囲に対して、比較的少ないPFI−Start吸気管噴射と、オットー・サイクル・エンジンとして内燃機関1を形成する場合に遅れ点火による重ね合わされたDI−Schicht−Start直接噴射とを組み合わせることもまた可能である。この場合、内燃機関1の始動に続く均質スプリット噴射による触媒加熱過程への流動的な移行が可能とされる。
【0046】
図3から出発して、出力信号A1、A2、A3の分配が次のように修正されてもよく、即ち、T<T3の温度に対して、したがって低温始動の範囲内のそれほど高くない始動温度において、好ましくは低温始動の高い温度範囲内において、優位であるPFI−Start吸気管噴射が、上記温度範囲内において図3に示されているよりも多い割合を有するそれに続くいわゆる通常のDI−Start直接噴射により、一方で自己点火傾向を有する良好に均質化された空気/燃料混合物による内燃機関の運転と、他方で自己点火の危険の少ないそれほど良好に均質化されていない空気/燃料混合物による内燃機関の運転との間の良好な妥協を示すように、出力信号A1、A2、A3の分配が修正されてもよい。T1<T<T3の温度範囲内において、図3に示す形態に比較して第3の出力信号A3が上昇され且つそれに対応して第2の出力信号A2が低下された場合、このことは、出力信号A2の低下により空気/燃料混合物の均質化を低い方向に移行させ、しかも図3に示したものと比較して第3の出力信号A3の割合がより高くなることにより、自己点火の危険は小さくなる。即ち、T1<T<T3の温度範囲内において第2の出力信号A2が低下し且つこれに対して同じ温度範囲内において第3の出力信号A3が上昇した場合、このことは、第2の出力信号A2の低下に基づいて空気/燃料混合物の均質化を悪くさせ、および第3の出力信号A3の上昇に基づいて自己点火の危険を低下させる。
【符号の説明】
【0047】
1 内燃機関
5 吸気管
10 燃焼室
15 エンジン制御装置
20 分配ユニット
25 第1の噴射弁(吸気管内噴射弁)
30 第2の噴射弁(燃焼室内直接噴射弁)
35 吸気弁
40 排気弁
45 排気系
50 温度センサ
55 ピストン
60 変換ユニット
65 シリンダ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
特に内燃機関(1)の始動において、噴射されるべき目標燃料量が、内燃機関(1)の運転を表わす温度に基づいて、内燃機関(1)の吸気管(5)内に噴射されるべき第1の燃料量と、内燃機関(1)の燃焼室(10)内に直接噴射されるべき第2の燃料量とに分配される内燃機関(1)の運転方法において、
前記第1の燃料量と前記第2の燃料量との比が温度に依存して連続的に変化することを特徴とする内燃機関の運転方法。
【請求項2】
第1の温度においては、前記第1の燃料量が前記第2の燃料量よりも小さいこと、および
第2の温度においては、前記第1の燃料量が前記第2の燃料量よりも大きいこと、を特徴とする請求項1に記載の方法。
【請求項3】
前記第2の温度より大きい第3の温度においては、前記第1の燃料量が前記第2の燃料量よりも小さいことを特徴とする請求項1または2に記載の方法。
【請求項4】
前記第2の燃料量が、温度に基づいて、吸気行程の間に噴射されるべき第1の部分量と、圧縮行程の間に噴射されるべき第2の部分量とに分配されることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の方法。
【請求項5】
前記第2の燃料量の第1の部分量および第2の部分量への分配が、温度に依存して連続的に変化されることを特徴とする請求項4に記載の方法。
【請求項6】
前記第1の部分量が温度の上昇と共に増加するように選択されること、および
前記第2の部分量が温度の上昇と共に減少するように選択されること、を特徴とする請求項4または5に記載の方法。
【請求項7】
前記第1の燃料量が第1の燃料タイプから形成され、および前記第2の燃料量が前記第1の燃料タイプとは異なる第2の燃料タイプから形成されることを特徴とする請求項1ないし6のいずれかに記載の方法。
【請求項8】
特に内燃機関(1)の始動において、噴射されるべき目標燃料量を、内燃機関(1)の運転を表わす温度に基づいて、内燃機関(1)の吸気管(5)内に噴射されるべき第1の燃料量と、内燃機関(1)の燃焼室(10)内に直接噴射されるべき第2の燃料量とに分配する分配手段(20)を備えた内燃機関(1)の運転装置(15)において、
前記分配手段(20)が、前記第1の燃料量と前記第2の燃料量と比を温度に依存して連続的に変化させることを特徴とする内燃機関の運転装置。
【請求項1】
特に内燃機関(1)の始動において、噴射されるべき目標燃料量が、内燃機関(1)の運転を表わす温度に基づいて、内燃機関(1)の吸気管(5)内に噴射されるべき第1の燃料量と、内燃機関(1)の燃焼室(10)内に直接噴射されるべき第2の燃料量とに分配される内燃機関(1)の運転方法において、
前記第1の燃料量と前記第2の燃料量との比が温度に依存して連続的に変化することを特徴とする内燃機関の運転方法。
【請求項2】
第1の温度においては、前記第1の燃料量が前記第2の燃料量よりも小さいこと、および
第2の温度においては、前記第1の燃料量が前記第2の燃料量よりも大きいこと、を特徴とする請求項1に記載の方法。
【請求項3】
前記第2の温度より大きい第3の温度においては、前記第1の燃料量が前記第2の燃料量よりも小さいことを特徴とする請求項1または2に記載の方法。
【請求項4】
前記第2の燃料量が、温度に基づいて、吸気行程の間に噴射されるべき第1の部分量と、圧縮行程の間に噴射されるべき第2の部分量とに分配されることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の方法。
【請求項5】
前記第2の燃料量の第1の部分量および第2の部分量への分配が、温度に依存して連続的に変化されることを特徴とする請求項4に記載の方法。
【請求項6】
前記第1の部分量が温度の上昇と共に増加するように選択されること、および
前記第2の部分量が温度の上昇と共に減少するように選択されること、を特徴とする請求項4または5に記載の方法。
【請求項7】
前記第1の燃料量が第1の燃料タイプから形成され、および前記第2の燃料量が前記第1の燃料タイプとは異なる第2の燃料タイプから形成されることを特徴とする請求項1ないし6のいずれかに記載の方法。
【請求項8】
特に内燃機関(1)の始動において、噴射されるべき目標燃料量を、内燃機関(1)の運転を表わす温度に基づいて、内燃機関(1)の吸気管(5)内に噴射されるべき第1の燃料量と、内燃機関(1)の燃焼室(10)内に直接噴射されるべき第2の燃料量とに分配する分配手段(20)を備えた内燃機関(1)の運転装置(15)において、
前記分配手段(20)が、前記第1の燃料量と前記第2の燃料量と比を温度に依存して連続的に変化させることを特徴とする内燃機関の運転装置。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【公開番号】特開2009−270573(P2009−270573A)
【公開日】平成21年11月19日(2009.11.19)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−107355(P2009−107355)
【出願日】平成21年4月27日(2009.4.27)
【出願人】(591245473)ロベルト・ボッシュ・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング (591)
【氏名又は名称原語表記】ROBERT BOSCH GMBH
【Fターム(参考)】
【公開日】平成21年11月19日(2009.11.19)
【国際特許分類】
【出願日】平成21年4月27日(2009.4.27)
【出願人】(591245473)ロベルト・ボッシュ・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング (591)
【氏名又は名称原語表記】ROBERT BOSCH GMBH
【Fターム(参考)】
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