特許 6804930 内燃機関の燃焼室内への水噴射を診断するための方法および装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6804930

(24)【登録日】2020年12月7日

(45)【発行日】2020年12月23日

(54)【発明の名称】内燃機関の燃焼室内への水噴射を診断するための方法および装置

(51)【国際特許分類】

   F02D 19/12 20060101AFI20201214BHJP

   F02D 45/00 20060101ALI20201214BHJP

   F02D 41/22 20060101ALI20201214BHJP

   F02B 47/02 20060101ALI20201214BHJP

   F02M 25/025 20060101ALI20201214BHJP

【ＦＩ】

   F02D19/12 A

   F02D45/00 368D

   F02D45/00 368C

   F02D41/22 301B

   F02B47/02

   F02M25/025 Z

【請求項の数】10

【外国語出願】

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2016-206840(P2016-206840)

(22)【出願日】2016年10月21日

(65)【公開番号】特開2017-89622(P2017-89622A)

(43)【公開日】2017年5月25日

【審査請求日】2019年7月2日

(31)【優先権主張番号】10 2015 220 721.8

(32)【優先日】2015年10月23日

(33)【優先権主張国】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】390023711

【氏名又は名称】ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング

【氏名又は名称原語表記】ＲＯＢＥＲＴ ＢＯＳＣＨ ＧＭＢＨ

(74)【代理人】

【識別番号】100114890

【弁理士】

【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス＝ラインハルト

(74)【代理人】

【識別番号】100098501

【弁理士】

【氏名又は名称】森田 拓

(74)【代理人】

【識別番号】100116403

【弁理士】

【氏名又は名称】前川 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100135633

【弁理士】

【氏名又は名称】二宮 浩康

(74)【代理人】

【識別番号】100162880

【弁理士】

【氏名又は名称】上島 類

(72)【発明者】

【氏名】カーステン クルート

(72)【発明者】

【氏名】ヨハネス ヘーグル

【審査官】 二之湯 正俊

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０７−１３９４３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０９８３１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１５６２９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１０／００９４５２８（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｄ １／００−４５／００

Ｆ０２Ｂ ４７／０２

Ｆ０２Ｍ ２５／０２５

Ｇ０１Ｍ １５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内燃機関の燃焼室（１０１）内への水噴射を診断する方法において、
ノッキングセンサ（２０）の信号から、前記内燃機関のノッキング傾向を求め、
前記水噴射の診断のために前記ノッキング傾向を解析し、
前記内燃機関の動作領域において、第１の量および第２の量の水を前記燃焼室（１０１）内に噴射して当該内燃機関を動作させ、
前記第１の量と前記第２の量とは異なり、
前記第１の量の水を前記燃焼室（１０１）内へ噴射して動作させた場合の前記内燃機関のノッキング傾向と、前記第２の量の水を当該燃焼室（１０１）内へ噴射して動作させた場合の当該内燃機関のノッキング傾向とを比較する、
ことを特徴とする方法。

【請求項2】

前記内燃機関の動作領域において、前記内燃機関の前記ノッキング傾向と比較値とを比較する、
請求項１記載の方法。

【請求項3】

前記燃焼室（１０１）内へ噴射される水の前記第１の量または前記第２の量の一方の量は０である、
請求項１または２記載の方法。

【請求項4】

第１のステップにおいて、前記第１の量を用いて前記内燃機関を動作させ、第２のステップにおいて、前記第２の量を用いて当該内燃機関を動作させ、
前記第１の量は前記第２の量より少なく、
前記第１のステップにおいて第１のノッキング傾向を求め、前記第２のステップにおいて第２のノッキング傾向を求め、
前記第１のノッキング傾向が前記第２のノッキング傾向を上回る分が閾値を超える場合、前記水噴射は機能可能であると診断し、
前記第１のノッキング傾向が前記第２のノッキング傾向を上回る分が前記閾値未満である場合、または、前記第１のノッキング傾向が前記第２のノッキング傾向に等しいもしくは当該第２のノッキング傾向を下回る場合、前記水噴射がエラーを有すると診断する、
請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。

【請求項5】

第１のステップにおいて、前記第１の量を用いて前記内燃機関を動作させ、第２のステップにおいて、前記第２の量を用いて当該内燃機関を動作させ、
前記第１の量は前記第２の量より多く、
前記第１のステップにおいて第１のノッキング傾向を求め、前記第２のステップにおいて第２のノッキング傾向を求め、
前記第２のノッキング傾向が前記第１のノッキング傾向を上回る分が閾値を超える場合、前記水噴射は機能可能であると診断し、
前記第２のノッキング傾向が前記第１のノッキング傾向を上回る分が前記閾値未満である場合、または、前記第２のノッキング傾向が前記第１のノッキング傾向に等しいもしくは当該第１のノッキング傾向を下回る場合、前記水噴射がエラーを有すると診断する、
請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。

【請求項6】

前記内燃機関のノッキング傾向が前記比較値を上回る場合、前記水噴射はエラーを有すると診断する、
請求項２記載の方法。

【請求項7】

第１段階において、前記内燃機関のノッキング傾向が前記比較値を上回る場合、前記水噴射はエラーを有する可能性があると診断し、
その後、第２段階において、請求項２を引用する請求項３から５までのいずれか１項記載の方法を実施する、
請求項２記載の方法。

【請求項8】

複数のシリンダを備えた内燃機関の場合において、前記診断する方法をシリンダごとに個別に行う、
請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。

【請求項9】

前記ノッキング傾向を、燃焼ノイズにより、または、ノッキング燃焼の頻度により、または、ノッキング制御部により求められた、点火角のノッキング限界により求める、
請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。

【請求項10】

内燃機関の燃焼室（１０１）内への水噴射を診断するための装置において、
ノッキングセンサの信号から、前記内燃機関のノッキング傾向を求める手段と、
前記水噴射の診断のために前記ノッキング傾向を解析する手段と、
が設けられており、
前記内燃機関の動作領域において、第１の量および第２の量の水を前記燃焼室（１０１）内に噴射して当該内燃機関を動作させ、
前記第１の量と前記第２の量とは異なり、
前記第１の量の水を前記燃焼室（１０１）内へ噴射して動作させた場合の前記内燃機関のノッキング傾向と、前記第２の量の水を当該燃焼室（１０１）内へ噴射して動作させた場合の当該内燃機関のノッキング傾向とを比較する、
ことを特徴とする装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、独立請求項の上位概念に記載の、内燃機関の燃焼室内への水噴射を診断するための方法および装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来技術
独国特許出願公開第３９２８６１１号明細書（DE 39 28 611）から既に、内燃機関の燃焼室内への水噴射のための方法ないしは装置が公知である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】独国特許出願公開第３９２８６１１号明細書

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0004】

発明の利点
発明の開示
それに対して、内燃機関の燃焼室内への水噴射を診断するための本発明の方法ないしは本発明の装置は、水噴射の機能可能性を検査できるという利点を奏する。いずれにしても大抵の最新のエンジンではノッキングセンサが設けられているため、上述の検査目的のための専用のセンサをさらに、水噴射の診断のために設ける必要はない。よって、いずれにせよ内燃機関の動作のための既存のデータを解析することにより、水噴射の診断を特に簡単かつ低コストで行うことができる。その際には、内燃機関のノッキング傾向を求めるのが特に簡単であり、その程度は、使用されるノッキングセンサの種類に依存しない。よって本発明の方法ないしは本発明の装置は、大きなコストをかけることなく、種々の種類のセンサに対応して調整するために使用することができる。したがって、本発明の方法ないしは本発明の装置は非常に低コストであり、水噴射の誤機能を高信頼性で判定することができる。

【0005】

他の利点および改良形態は、従属請求項の措置によって達成される。特に簡単なのは、内燃機関のノッキング傾向と比較値とを比較することにより、水噴射の診断を行うことである。かかる診断では、内燃機関の複数の異なる動作領域ごとに異なる比較値が設けられる。このような比較的簡単な措置によって既に、高い品質で水噴射の診断を行うことができる。水噴射の診断は、予め定められた動作領域において行われる第１の測定および第２の測定によって改善することができる。これら２回の測定の結果を比較することにより、水噴射の非常に正確な診断を実現することができる。かかる効果は、上記測定のうち１つにおいて、燃焼室内に噴射される量が０である場合、すなわち、燃焼室への水の噴射が行われない場合に、特に大きくなる。ノッキング傾向の第１の測定とノッキング傾向の第２の測定との間に水噴射量が増大すると、水噴射部の動作が正常である場合には、ノッキング傾向が減少するはずである。測定に基づいて、ノッキング傾向の減少が認められない場合には、水噴射の誤機能であると診断することができる。ノッキング傾向の第１の測定とノッキング傾向の第２の測定との間に水噴射量が減少すると、ノッキング傾向が増加するはずである。ノッキング傾向の増加が確認された場合には、水噴射は障害無く機能していることとなり、確認されない場合には、水噴射の誤機能であると推定することができる。いずれのプロセスによっても、簡単かつ高精度の診断が可能となる。というのも、ノッキング傾向の小さい変化も、上記２つの測定結果の比較だけで既に正確に特定されるからである。いずれのプロセスでも、内燃機関のノッキング動作を回避するためには、低減された水噴射量での動作を短時間のみとしなければならない。特に有利なのは、誤機能の疑いが存在する場合のみ、低減された水噴射量での内燃機関の動作を行う、２段階の方法である。こうするためにはまず、ノッキング傾向の絶対値と、該当する動作領域に対応する比較値とを比較し、比較値を超える場合には、水噴射にエラーがある可能性があると診断する。その後、水噴射量が異なる２つの測定値を比較するプロセスを行う。この第２段階は、エラーの疑いがあるときにしか行わないので、ノッキング傾向が増大する、低減した水量での一時的な動作を大幅に回避することができ、ないしは、絶対的に必要な場合にのみ、かかる一時的な動作を行う。多気筒内燃機関の場合には、上述の診断方法をシリンダごとに個別に行うことができる。他の一実施形態では、多気筒内燃機関の場合、複数の異なるシリンダの測定値を互いに比較することができ、これにより、各シリンダの水噴射の診断が相互比較によって改善される。ノッキング傾向としては特に、燃焼ノイズの強度、またはノッキング燃焼の頻度、または、ノッキング制御部により求められた、点火角のノッキング限界が適している。

【0006】

図面に本発明の実施例を示しており、以下の記載にてこれらの実施例を詳細に説明する。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】水噴射方式の内燃機関の実施形態を示す図である。

【図2】水噴射方式の内燃機関の他の実施形態を示す図である。

【図3】水噴射方式の内燃機関の他の実施形態を示す図である。

【図4】第１の診断方法を示す図である。

【図5】第２の診断方法を示す図である。

【図6】第３の診断方法を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

実施例の説明
図１に、シリンダ１０を備えたエンジンすなわち内燃機関を概略的に示す。シリンダ１０内では、ピストン１００によって燃焼室１０１が画定されている。シリンダ１０ないしは燃焼室１０１には、吸入管１１によって燃焼のための空気が供給され、燃料インジェクタ１３によって、シリンダ１０内の燃焼のための燃料が供給される。このときに発生する排ガスは、排出管１２によってシリンダ１０から排出される。これは、通常の火花点火エンジンまたはディーゼルエンジンであり、図１では概略的にのみ示されている。特に、たとえば吸気弁や排気弁等の他の制御要素、吸入管１１内に流れる空気流に影響を及ぼすための手段（たとえばスロットルバルブ）、点火プラグまたはグロープラグ、および、通常の火花点火エンジンならびにディーゼルエンジンの他の要素は、本発明の理解のためには重要ではないので示されていない。図１にはさらに、吸入管１１内への水噴射部も示されている。この水噴射部は、水タンク２を連通路５によって電動ポンプ１に連通したものから成る。この連通路５によって、水はタンク２から電動ポンプ１へ流れることができ、ないしは、電動ポンプ１によってタンクから吸い出すことができる。以下、電動ポンプ１の、連通路５を介して水タンク２に連通されている側を、「供給側」と称する。電動ポンプ１はさらに高圧吐出口も有しており、この高圧吐出口は連通路５を介して水レール３に連通されている。水レール３は、電動ポンプによって水を充填することができ、かつ加圧される蓄圧器である。特に吸入管内への噴射の場合、圧力は比較的小さいので、水レール３を簡単なホースまたはホース分配器として構成することもできる。この水レール３は、別の連通路５を介して水インジェクタ４に連通されており、水インジェクタ４は吸入管１１に連通している。よって、タンク２内の水は供給側を介して電動ポンプ１へ供給され、ポンプ１の高圧吐出口において昇圧された状態で吐出される。この水はその後、水インジェクタ４の相応の開口によって吸入管１１内へ噴射されるまで、水レール３内に一時蓄積される。

【0009】

水レール３には、複数のシリンダ１０へ水を供給する多数の水インジェクタ４を接続することもできる。これは、特に現在自動車において慣用されている多気筒エンジンの場合、各シリンダごとに個別に、各自に合わせて調整された量で水を供給できる構成となっている。

【0010】

水が吸入管１１内へ噴射されることにより、シリンダ１０の燃焼室１０１内には、燃料インジェクタ１３によって噴射された燃料と共に、空気と燃料と水との混合物が生成される。その後、点火プラグによる適切な点火、または、ディーゼルエンジンの場合には自己点火プロセスによる適切な点火によって、シリンダ１０の燃焼室内において燃料空気混合気の燃焼が行われる。空気燃料混合気中に含まれる水により、シリンダ１０内の燃焼室１０１の効果的な冷却が行われ、これにより燃焼温度が低下して、火花点火エンジンで使用される場合にはノッキング傾向が低減する。これにより、火花点火エンジンの効率ないしは使用に好影響を及ぼす最適な点火時点が可能となる。火花点火エンジンおよびディーゼルエンジンの場合にはさらに、有害な排ガスの発生も低減することができる。よって、水を燃焼室内に導入することは、シリンダ１０の燃焼室内における燃焼の品質に好影響を及ぼすことができる措置である。かかる措置により、排ガスの品質およびシリンダ１０の熱負荷の双方に対し、また、出力および所要燃料量についても、好影響を及ぼすことができる。

【0011】

図２にも、シリンダ１０の燃焼室内への水噴射部を備えたエンジンを示している。同図においても、符号１０，１１，１２，１３，１，２，３，４，５，１００，１０１は、図１に示されたものと同一物を示している。しかし、図１との相違点として、水インジェクタ４は吸入管１１に連通するようには配置されておらず、シリンダ１０の燃焼室１０１内に直接配置されている。シリンダ１０の燃焼室内に水を直接噴射するためには、吸入管内へ噴射する圧力より格段に高い圧力が必要となる。吸入管１１内へ水を噴射するためには、数バールの水圧で十分である。シリンダ１０の燃焼室内への噴射は、吸気弁が吸入管１１の方向に既に閉弁されており、かつシリンダが圧縮行程中である場合に行うことができるので、水を燃焼室内に噴射するためには、最大２００バールのオーダの格段に高い圧力が必要である。よって、シリンダ１０の燃焼室内に直接噴射を行えるようにするためには、水レール３内に格段に高い圧力で水を貯蔵しなければならない。こうするために、電動ポンプ１には高圧ポンプ６が後置されている。高圧ポンプ６の供給側は、連通路５を介して電動ポンプ１の高圧吐出口に連通されている。高圧ポンプ６の高圧吐出口は、連通路５を介して水レール３に連通されている。このようにして、水をエンジンの燃焼室内に直に直接噴射できるようにするために十分に高い圧力を生成する構成が実現される。

【0012】

図３に、水噴射システムを備えた他の態様のエンジンを示す。同図においても、符号１，２，３，４，５，１０，１１，１２，１３，１００，１０１は、図１のものと同一物を示している。図３にはさらに、連通路５を介して前置ポンプ１５に連通された燃料タンク１４を備えた燃料供給システムも示されている。この前置ポンプ１５は、連通路５を介して高圧ポンプ６に連通されている。高圧ポンプ６は、連通路５を介してレール３に連通されている。高圧ポンプ６は同図では２つの供給側接続口を備えており、高圧ポンプ６の一方の供給側接続口は、水を圧送するための電動ポンプ１に連通されており、高圧ポンプ６の他方の供給側は燃料前置ポンプ１５に連通されている。高圧ポンプ６は両媒体を圧送し、高圧吐出口において両液体のエマルジョンを、燃焼室内に直接噴射するのに適した圧力で吐出する。燃料と水とは通常は混和しないので、水と燃料との混合により燃料と水とのエマルジョンが形成されるように、水に乳化剤が添加される。このエマルジョンは、レール３内において適切な高さの圧力で貯蔵され、燃料／水インジェクタ４によってシリンダ１０の燃焼室１０１内に直接噴射される。

【0013】

水噴射方式の内燃機関の他の変形態様も可能であり、これは、図１乃至図３に示されたエンジンに変更を加えることにより実現される。たとえば、燃料噴射を水噴射と共に吸入管内へ行うことができ、またはシリンダ内に直接行うこともできる。他の変形態様としては、吸入管とシリンダとの双方に２重の燃料噴射を行うことができる。多気筒エンジンの場合、個別のシリンダのみ、特に高い熱負荷がかかるシリンダのみに水噴射を設けることが可能である。

【0014】

図１乃至図３ではさらに、シリンダ１０の外側に取り付けられたノッキングセンサ２０を示している。かかるノッキングセンサは、燃焼室１０１内の燃焼に起因してシリンダ内に生じる音波を検出できる固体伝搬音センサである。かかる固体伝搬音センサはたとえば、圧電式固体伝搬音センサとして、または加速度センサとして構成されており、燃焼室１０１内からシリンダの材料を通って固体伝搬音センサ２０まで伝搬される音波を処理するものである。かかるノッキングセンサ２０は現在、内燃機関の動作を最適化するために多くの内燃機関において設けられている。内燃機関における燃焼は、燃焼室１０１内の動作条件がノッキングを生じさせずに可能な限りノッキング動作に近づいた場合に、特に効率的となる。よって、可能な限り高効率の動作を実現するためには、内燃機関をエンジンのノッキング限界に可能な限り近づけて動作させる。たとえば燃料の僅かなばらつきまたはエンジン動作温度の変動等の、動作条件の小さな変動だけで既に、非ノッキング燃焼とノッキング燃焼との差に影響が及ぼされるので、上述のノッキングセンサ２０によって、ノッキング燃焼が生じているか否かを監視することと、場合によっては適切な制御措置によってノッキングを防止することが必要となる。

【0015】

固体伝搬音センサの他に、他のノッキングセンサ、特に燃焼室圧力センサまたはイオン電流センサもノッキングセンサ２０として使用することもできる。燃焼室圧力センサの場合、燃焼室１０１内の圧力を直接測定する。しかし、かかるセンサは通常、シリンダ１０の側壁に設けられずに、燃料噴射弁１３付近の上側に配置される。これに代えて、２つの電極を燃焼室１０１内に突出させてこれらの電極に測定電圧を印加するイオン電流センサを用いることもできる。圧力比と、燃焼室内に生じる圧力波とに依存して、イオンによって両電極間に流れる電流が変化し、これによっても、燃焼室１０１内におけるノッキング過程を検出することが可能になる。

【0016】

ノッキングセンサ２０の信号を処理することにより、測定されたデータから燃焼のノッキング強度が求められ、１つまたは複数の燃焼のノッキング強度から内燃機関のノッキング傾向、すなわち、ノッキングセンサが設けられた各シリンダ１０のノッキング傾向が求められる。通常、ノッキング現象はセンサ信号の特定の周波数領域で生じる。これは、ノッキングによって燃焼室１０１内において生じる圧力波が、燃焼室の幾何学的条件に依存して特定の周波数領域でしか生じないことに起因するものである。よって、センサ信号をさらに処理することは通常、まず、特定の周波数領域の信号のみを検査するために周波数フィルタリングを行うことを含む。ノッキングセンサ２０が固体伝搬音センサとして構成されている場合には、測定された固体伝搬音信号をたとえば整流し、燃焼室内のノッキング強度の程度を求めるために積分する。その後、このノッキング強度を参照値と比較し、測定されたノッキング強度と参照値との差を評価する。ノッキング強度が参照値を、予め定められた大きさだけ上回る場合、ノッキング燃焼であると判定される。

【0017】

ノッキングセンサ２０が固体伝搬音センサとして構成されている場合、ノッキング強度は燃焼ノイズの強度となって現れる。ノッキングセンサ２０が燃焼室圧力センサとして構成されている場合、ノッキング強度は、燃焼室内の圧力変動または圧力強度に基づいて形成される。ノッキングセンサ２０がイオン電流センサとして構成されている場合、燃焼のノッキング強度はイオン電流の強度および変動によって形成される。これらのセンサのいずれにおいても、ノッキングセンサの信号をそれぞれ所定の期間において積分することができ、または、ノッキング強度を形成するためにセンサ信号のピーク値を使用することができる。さらに、ノッキング強度を形成するために信号のフーリエ変換による複素解析アルゴリズムおよびエネルギー解析を行うことが公知である。ノッキング強度において重要なのは、ノッキング強度によって、燃焼室１０１内においてノッキングが発生したか否かを判定できることだけである。

【0018】

その後、上述のようにして求められたノッキング強度から、該当するシリンダ１０のノッキング傾向を求めることができる。ノッキング傾向は、１つのシリンダ１０における複数の燃焼に基づいても求められる。こうするためにはたとえば、ノッキング燃焼が生じた頻度、すなわち、該当のシリンダに係るノッキング強度がノッキング燃焼であると評価された頻度を示すノッキング頻度を求めることができる。このノッキング頻度は、所定の期間に関するものとすることができ、または、ノッキング燃焼と非ノッキング燃焼との比に基づくことができる。ノッキング傾向を表す他の代替的な尺度は、ノッキング制御の制御介入とすることもできる。ノッキング制御は通常、ノッキングの発生を防止するために点火角を調整するものである。こうするためには、ノッキング強度がノッキング燃焼であると評価される度に点火角を遅角方向に、すなわち、ノッキングが生じる可能性が低くなる動作領域に調整する。その後、比較的長い期間にわたってノッキングが生じなかった場合、点火角を、動作効率がより高くなる方向に、すなわち進角方向に慎重に調整し戻す。よって、ノッキング制御部から出力された点火角も、燃焼室１０１内の燃焼のノッキング傾向を表す尺度となる。

【0019】

複数の連続する燃焼のノッキング強度から、ノッキング傾向、すなわち該当するシリンダにおいてノッキングが生じる確率を求めることができる。こうするためには、たとえば複数の燃焼のノッキング強度を積算し、燃焼数に対する比をセットすることにより、複数の燃焼のノッキング強度を考察する。このようにして、ノッキング燃焼を生じさせなくてもノッキング傾向を求めることができる。かかる方法は、ノッキング燃焼の回数の評価に代わる代替的な方法である。

【0020】

図４において、図１乃至図３において説明した水噴射の第１の診断方法を説明する。この診断方法については、第１のステップ２１において内燃機関を所定の動作領域において動作させる。ここで「動作領域」とは、周囲条件、関連するセンサの測定値、および、モータに影響を及ぼすアクチュエータの調整値等の、内燃機関の動作に関連するパラメータの所定の領域をいう。領域が有利である理由は、これにより、連続する複数の測定の結果を互いに比較することができ、これによって総括的に考察することができるからである。エンジンの動作条件の大きな差、たとえば約１０００ｒｐｍのアイドリング回転数とたとえば４０００ｒｐｍのフルスロットル回転数との大きな差によって、ノッキング傾向に顕著な差が生じるので、これらの動作条件を共に考察することはできない。よって、ステップ２１において、まず、内燃機関の動作パラメータ、すなわちたとえば回転数、負荷、空気温度等の値を求める。次のステップ２２において、内燃機関のノッキング傾向を求める。こうするためには、複数の燃焼について多数の測定を行い、各測定時に燃焼のノッキング強度を求める。複数の燃焼からノッキング傾向を形成する際には、これらのどの測定についても内燃機関が同一の動作領域にあることを要する。そうしないと、複数の異なる動作条件に基づく測定結果を互いに比較することができない。よって、ステップ２２では、ノッキングセンサ２０の信号の多数の測定結果からノッキング傾向を形成する。

【0021】

ステップ２２の次は、上述のようにして求められたノッキング傾向を評価するステップ２３が続く。ここで、ノッキング傾向と、ノッキング傾向の比較値とを比較する。こうするためには、各動作領域ごとに、水噴射が行われるか否か、ないしはどの程度の量の水を噴射するかに依存して、ノッキング傾向の比較値を記憶しておく。ステップ２３では次に、この比較に基づいて水噴射の診断を行う。特に、水噴射が機能しているか否かを判定することができる。ノッキング傾向が、水噴射に対応する想定されたノッキング傾向と一致しない場合、特にノッキング傾向が格段に高くなっている場合、明らかに水が燃焼室内に十分に噴射されていないと判定することができる。よって、かかる結果の場合には、水噴射にエラーが生じていると診断することができる。

【0022】

しかし、この診断では、水噴射が行われたか否かのみが判定されるだけなので、エラー原因は特定されない。かかる処理では、動作領域の選択と比較値との間に関係がある。動作領域を非常に狭幅または近似的に点状に規定した場合には、水噴射が機能しているか否かを判定するため、ノッキング傾向の正常動作に非常に近い比較値を選択することができ、これによって既に、水噴射の小さな偏差も診断することができる。動作領域をより幅広に選択した場合には、比較値も、内燃機関の想定される正常動作から、動作領域の幅に対応した広い間隔を遵守しなければならない。適切な動作領域および比較値に応じたトレードオフおよび設計は、所望の診断精度に応じて適宜規定しなければならない。

【0023】

図５に、水噴射の第２の診断方法を示す。第１のステップ３１において、燃焼室内へ第１の量および第２の量の水を導入する少なくとも２回の測定を行い、これら両測定の結果、すなわち、測定から求められたノッキング傾向を互いに比較する。両測定から求められるノッキング傾向も比較可能になるように、両測定は内燃機関の同一動作領域で行われる。

【0024】

量が０に等しい場合、すなわち、一方の測定の際には水を燃焼室内に噴射せず、かつ他方の測定の際には水を燃焼室内に噴射する場合、第１および第２の各測定の際に求められたノッキング傾向の差が特に大きくなる。かかる状況では、差が特に良好となるので、水噴射の誤機能を判定することが特に簡単になる。よって、第１のステップ３１では、第１の測定および第２の測定は、第１の量および第２の量の水を燃焼室内に噴射して行われる。各測定で求められたノッキング傾向を互いに比較できるようにするためには、両測定を内燃機関の同一の動作領域において行う。

【0025】

ステップ３１の次にステップ３２が続き、同ステップでは、それぞれ異なる量の水を燃焼室内に噴射して行った両測定から、第１のノッキング傾向と第２のノッキング傾向とを求める。ステップ３２の次にステップ３３が続き、同ステップでは、水噴射の診断に達するべく、求められた両ノッキング傾向を解析する。ステップ３３におけるこの具体的な解析は、測定のうちどちらにおいて使用された水量の方が多いか又は少ないかに依存する。第１の噴射水量の方が第２の量より少なかった場合、第１の測定と第２の測定との間にノッキング傾向が減少することが想定できる。さらに、このノッキング傾向の減少は顕著に観察できるものとなるはずである。よって、水噴射が機能可能である場合には、第１のノッキング傾向の方が第２のノッキング傾向より大きくなり、かつその差は、予め定められた閾値より大きくなることが予測される。第１のノッキング傾向がこの閾値を超えない、または等しい、または第２のノッキング傾向より非常に小さい場合には、水噴射はエラーを有すると診断される。

【0026】

第１の測定時の水噴射量が第２の量より多い場合、第１の測定と第２の測定との間にノッキング傾向が増大することが想定される。ノッキング傾向のかかる増大も、閾値を超えるはずである。第２のノッキング傾向が第１のノッキング傾向を上回る分が閾値より小さい場合、または、第２のノッキング傾向が第１のノッキング傾向に等しいまたは第１のノッキング傾向より小さい場合、水噴射はエラーを有すると診断される。これに対し、第２のノッキング傾向（量が少ない方）が第１のノッキング傾向（量が多い方）を上回る分が閾値を超える場合、水噴射は機能可能であると診断される。

【0027】

図５の方法では、原則的に望ましくないノッキング燃焼を発生させ得る水の噴射を行わない動作が許容される。それに対し、水噴射による燃焼プロセスと、水噴射によらないまたは低減した水噴射による燃焼プロセスという少なくとも２つの燃焼プロセスにおいて比較測定を行うことにより、特に高信頼性かつ高精度の診断を行うことができるので、水噴射の診断が改善されることとなる。図４の方法または図５の方法のこれら２つの手順の利点および欠点は、両用途に相応に補い合わなければならない。
図６において、双方の利点を互いに組み合わせた方法であって、欠点が比較的解消されている方法を説明する。

【0028】

図６の方法の基本的な思想は、まず図４の方法を行い、この第１の方法が水噴射の誤機能を推定した場合のみ、図５の方法を行う、というものである。図６の方法のステップ２１から２３までの内容は、図４の方法のステップ２１から２３までと一致する。しかし、図６のステップ２３は、結果として水噴射の誤機能を判定するのではなく、誤機能の可能性を判定する点で相違する。「誤機能の可能性」とは、この時点では未だ、水噴射に障害が生じていて適切な代替措置をとることを意味するものでなく、単に、より詳細な診断方法すなわち図５の方法を行うことを意味するだけである。その結果は、エラーがあることを示すものではなく、エラーがある可能性を示すだけであるから、本方法にてステップ２３において使用される限界値（＝閾値）は、図４の方法を単独で実施する際に有用である限界値より鋭利に規定することもできる。よって、ステップ２１から２３までの手順がある程度の不正確さで、水噴射がエラーを有する可能性があると診断する頻度が過度に多いことを許容することができる。

【0029】

ステップ２３において水噴射にエラーがある可能性があると判定された場合、その後にステップ３１乃至３３が続く。これらのステップは、図５の各対応するステップ３１乃至３３に対応する。ステップ３３において最終的に、水噴射の誤機能であると診断された場合に初めて、水噴射がエラーを有するとの診断がなされ、相応の措置がとられる。よって、図５の方法を継続的に実施する場合と比較して、図６の方法では、水噴射を行わない動作を意図的に許容する頻度が比較的少なくなり、これは、ノッキング傾向が増大した動作を意味する。よって図６の方法では、エンジンを意図的に、ノッキング傾向が増大したモードで動作させる頻度が少なくなる。

【0030】

上記では、図４，図５および図６の方法をそれぞれ１つのシリンダについて説明した。多気筒内燃機関の場合には、各シリンダは少なくとも部分的に、水噴射部の、各シリンダ専用に設けられた構成要素を有するので、これらの方法は、各シリンダごとにそれぞれ個別に動作する。つまり、通常は各シリンダ個別に水インジェクタ４が設けられているのに対し、通常は、ポンプ１および水レール３は、すべてのシリンダに対応する共用の構成要素となる。各シリンダが各自のための水インジェクタ４を備えている場合には、各シリンダごとに個別に診断方法も実施する必要があるが、この診断は各シリンダごとに順次行い、すべてのシリンダを同時に、低減した水噴射で、または水噴射無しで動作させず、増大したノッキング傾向ですべてのシリンダを同時に動作させないことも可能である。よって、一度に複数のシリンダのうち１つのみを増大したノッキング傾向で動作させるので、ノッキング燃焼の発生を減少させることができる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】