JP4090010B2 - 内燃機関の始動のための方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関、特に自動車の内燃機関の始動のための方法であって、燃料が噴射持続時間の間に燃焼室内に直接噴射され、前記噴射持続時間は燃料に作用する圧力に依存して求められ、この場合噴射の前かまたは噴射開始時に燃料に作用する圧力が圧力センサによって測定され、さらに噴射終了時かまたは噴射の後に燃料に作用する圧力が求められる方法に関している。
【０００２】
【従来の技術】
この種の方法、この種の内燃機関、この種の制御装置及びこの種のコンピュータプログラムは、例えばいわゆるガソリン直接噴射システムから公知である。この種のシステムでは燃料が、吸気フェーズまたは圧縮フェーズの間に噴射バルブを介して内燃機関の燃焼室内へ直接噴射され、そこで燃焼される。噴射すべき燃料質量は、予め内燃機関の作動パラメータから求められ、対応する噴射持続時間に換算される。内燃機関のノーマルモード、例えばアイドリングモードにおいては、この換算が複数の燃料噴射に亘って噴射弁の下流側に配置されている燃料蓄圧器内で順次測定された圧力値の平均値に依存して算出される。この燃料蓄圧器内の圧力とは次のような圧力である。すなわち燃料に直接作用し、それによって燃料を噴射弁を介して内燃機関の燃焼室内へ噴射させる圧力である。
【０００３】
内燃機関の始動時は、特に十分に暖機運転されていない内燃機関の場合には、増加された燃料が燃焼室内に噴射されなければならない。このことは結果的に燃料蓄圧器内の圧力を大幅に減少させ得る。このような圧力の急落は、内燃機関始動時の蓄圧器内の圧力が往々にしてまだ十分でなくさらにそれほど早く増圧とその維持ができないことによって益々加速される。
【０００４】
従って内燃機関の始動時に、噴射すべき燃料質量を前述したような燃料蓄圧器内の圧力平均値に依存して対応する噴射持続時間に換算すると、これはエラーにつながる。燃料蓄圧器内の圧力の急落に基づいて前記圧力平均値は過度に大きくなり、それによって換算による噴射持続時間の結果が過度に短いものとなる。従って燃焼室内には少なすぎる燃料しか噴射されず、このことは内燃機関の失火やエンストを引き起こしかねない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、内燃機関の始動のための方法において、噴射持続時間の正確な算出とそれによる確実な始動過程が達成できるように改善を行うことである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記課題は本発明により、噴射終了時かまたは噴射の後に燃料に作用する圧力を、当該噴射の前かまたは噴射開始時に燃料に作用する圧力から算出し、当該噴射に対する噴射持続時間を前記２つの圧力に依存して求めるようにして解決される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明では、燃料質量の噴射持続時間への換算に対して、前述したような圧力の平均値が用いられるのではなく、噴射前と後の燃料蓄圧器内の圧力が換算に用いられている。すなわち複数の噴射を経て得られる圧力平均値は用いず、該当する噴射のやや前と後に存在する２つの圧力値が用いられる。つまり多数の噴射に亘って平均されたものではなく、対応する噴射持続時間の計算に対して所期の噴射のみに的が絞られて考慮される。
【０００８】
このような各噴射に係わる噴射持続時間の計算によって、各個別噴射のもとでの圧力の急落が個別に考慮できるようになる。そのつどの噴射の前後での圧力の考慮によって、その折々に生じた圧力の急落も識別でき、燃料質量の噴射持続時間への換算も正確に考慮することが可能である。
【０００９】
それによって噴射持続時間の計算は著しく正確となり、このことは結果的に少ない燃料消費と僅かな有害物質排出しか伴わない迅速で正確な始動過程に結び付く。
【００１０】
本発明の別の有利な実施例によれば、燃料蓄圧器が設けられており、噴射の前かまたは噴射開始時に燃料に作用する圧力から、噴射の前に燃料蓄圧器内に存在する燃料質量が求められる。これは、燃料の圧縮率を考慮した方程式に基づいて実施される。
【００１１】
本発明のさらに別の有利な実施例によれば、噴射の前に燃料蓄圧器内に存在する燃料質量と、噴射すべき燃料質量とから、噴射後に燃料蓄圧器内に存在する燃料質量が求められる。これは差分形成を用いて実施される。
【００１２】
その後で有利には、噴射後に燃料蓄圧器内に存在する燃料質量から、噴射終了時かまたは噴射の後に、燃料に作用する圧力が求められる。これはも前述したような方程式を用いて実施される。
【００１３】
特に有利には、噴射の前かまたは噴射開始時に、燃料に作用する圧力と、噴射終了時かまたは噴射の後に燃料に作用する圧力とから、圧力平均値が求められる。このそのつどの噴射に関する圧力平均値は、多大な計算機コストを要することなく、該当する噴射のもとで生じている圧力の急落を十分な視野のもとで考慮できる。
【００１４】
特に意味があることは、本発明による方法の実現がコンピュータプログラムの形態でできることである。このプログラムは、特に自動車の内燃機関の制御装置に対して設けられる。コンピュータプログラムは、特にマイクロプロセッサ上で実行でき、本発明による方法の実施にも適している。このようなケースでは本発明はコンピュータプログラムによって実現される。故にこのコンピュータプログラムは、コンピュータプログラムによる実施に適している方法と同じような形態で本発明を表わすものである。このコンピュータプログラムは、電気的な記憶媒体、例えばフラッシュメモリやＲＯＭなどに記憶されていてもよい。
【００１５】
本発明のさらなる特徴や適用の可能性、利点は以下の明細書の実施例の説明で明らかにする。その際記載されるもしくは図示される全ての特徴自体ないしはその任意の組合せは、請求項におけるそれらの統合関係や従属関係に依存することなく、あるいは明細書/図面内の表現や表示に依存することなく本発明の対象を形成するものである。
【００１６】
【実施例】
次に本発明の実施例を図面に基づき以下の明細書で詳細に説明する。
【００１７】
図１には自動車の内燃機関１が示されており、この内燃機関ではピストン２がシリンダ３の内部を往復移動可能に設けられている。シリンダ３は、燃焼室４を備えており、この燃焼室は特にピストン２、吸気弁５，排気弁６によって仕切られている。また吸気弁５は吸気管７にせつぞくされ、は気弁６は排気管８に接続されている。
【００１８】
吸気弁５と排気弁６の領域には、噴射弁９と点火プラグ１０が燃焼室内に突出している。この噴射弁９を介して燃料が燃焼室４内に噴射される。燃焼室４内の燃料は点火プラグ１０を用いて点火可能である。
【００１９】
吸気管７内には回転可能なスロットル弁１１が設けられており、このスロットル弁１１を介して吸気管７内に空気が吸入可能である。吸入空気の量は、スロットル弁１１の角度に依存している。排気管８内には触媒１２が設けられており、この触媒は、燃料の燃焼によって生じた排気ガスの浄化に用いられる。
【００２０】
噴射弁９は、圧力管路を介して燃料蓄圧器１３に接続されている。相応に形式で内燃機関１の他のシリンダの噴射弁も燃料蓄圧器１３に接続されている。この燃料蓄圧器１３は、供給管路を介して燃料を供給される。これに対して電気的および/または機械的燃料ポンプが設けられており、このポンプは、燃料蓄圧器１３内で所望の圧力を形成するのに適している。
【００２１】
さらに燃料蓄圧器１３には、圧力センサ１４が配設されている。このセンサを用いて燃料蓄圧器１３内の圧力が測定可能である。この圧力とは、燃料に作用するものであり、そのため燃料を噴射弁９を介して内燃機関１の燃焼室４内に噴射する源となる。
【００２２】
内燃機関１の作動時は、燃料が燃料蓄圧器１３内に供給される。この燃料は、個々のシリンダ３の噴射弁９を介して所属の燃焼室４内へ噴射される。点火プラグ１０を用いて燃焼室４内で燃焼が行われ、この燃焼はピストン２の往復運動に置換えられる。この運動は図には示されていないクランク軸に伝達され、それに回転トルクを生じさせる。
【００２３】
制御装置１５には、複数のセンサによって測定された内燃機関１の作動パラメータを表わす入力信号１６が印加される。例えば制御装置１５は、圧力センサ１４，空気質量センサ、ラムダセンサ、回転数センサなどに接続されている。さらに制御装置１５は、アクセルペダルセンサにも接続されており、このセンサはドライバによって操作されるアクセルペダルの位置とそれに伴って要求される回転トルクを指示する信号を発生する。制御装置１５は、アクチュエータを介して内燃機関１の特性に作用し得る出力信号１７も生成する。例えば制御装置１５は、噴射弁９，点火プラグ１０，スロットル弁１１などに接続され、それらの制御に必要な信号を生成する。
【００２４】
とりわけ制御装置１５は、内燃機関１の作動パラメータを開ループ制御および/または閉ループ制御するために設けられている。例えば噴射弁９から燃焼室４内へ噴射される燃料質量は、制御装置１５によって特に少ない燃料消費および/または僅かな有害物質排出に関して開ループおよび/または閉ループ制御される。この目的のために制御装置１５は、マイクロプロセッサを備えており、このマイクロプロセッサが記憶媒体内、特にフラッシュメモリ内に、前述したような開ループ制御および/または閉ループ制御の実施に適したコンピュータプログラムを記憶している。
【００２５】
図１の内燃機関１は、複数の作動モードで駆動され得る。それにより内燃機関１は、均質燃焼モード、成層燃焼モード、均質希薄燃焼モード、二重噴射による作動モードなどで駆動可能である。
【００２６】
均質燃焼モードでは、燃料が吸気フェーズ中に噴射弁９から内燃機関１の燃焼室４内へ直接噴射される。それにより、燃料は点火までの間に十分に渦動化され、これによって燃焼室４内では実質的に均質な燃料/空気混合気が生じる。その際生成すべきトルクは、実質的にスロットル弁１１の位置を介して制御装置１５により設定される。この均質燃焼モードでは、内燃機関１の作動パラメータが次のように開ループ制御および/または閉ループ制御される。すなわち空気過剰率が１に等しいかほぼ１に等しい値となるように制御される。この均質燃料モードは、特に全負荷時に適用される。
【００２７】
均質希薄燃焼モードは、均質燃焼モードに十分に相応しているが、但し空気過剰率（ラムダ値）は、１よりも大きい値に設定される。
【００２８】
成層燃焼モードでは、燃料が圧縮フェーズの間に噴射弁９によって内燃機関１の燃焼室４内に直接噴射される。それによって点火プラグ１０による点火の際に燃焼室４内には均質な混合気が存在するのではなく、層状の燃料層が存在する。スロットル弁１１は、要求側からみて、例えば排ガス再循環系および/またはタンク換気系からみて、完全に開放されそれに伴って内燃機関１は終端スロットル位置にて動作する。生成すべきトルクは、成層燃焼モードにおいて燃料質量を介して十分に設定される。この成層燃焼モードを用いた内燃機関１の駆動は、特にアイドリング時や部分負荷時に行われる。
【００２９】
前述したような内燃機関の作動モードは交互に切換可能である。この種の切換は制御装置１５によって実施される。
【００３０】
内燃機関１は例えば比較的長い静止状態の後で始動される場合、特に低温の場合には、燃焼室４内に噴射される燃料質量が大幅に増加される。このようにして燃焼室４内で点火可能な空気/燃料混合気が得られるだけでなく、エンジンオイルへの燃料の混入および/または燃焼室４内での燃料による壁膜の形成によって生じる燃料の損失分が補填される。
【００３１】
噴射すべき所要の燃料質量は、この場合予め内燃機関１の作動パラメータに依存して制御装置１５によって求められる。そして燃料蓄圧器１３内の圧力に依存して、この燃料質量から制御装置１５によって噴射持続時間が算出される。この時間は、求められた燃料質量を噴射弁９を介して内燃機関１の燃焼室４内に噴射するのに必要な時間である。
【００３２】
始動の期間中に要求される噴射すべき増加燃料質量は、結果的に燃料蓄圧器１３内の圧力を噴射持続時間の間に大幅に低減させる。この圧力低下は次のことによってさらに加速される。すなわち内燃機関１の始動の際に電気/機械式燃料ポンプがまだ迅速に十分な所要圧力を燃料蓄圧器１３内に形成し維持する状態にはないことによって益々加速する。
【００３３】
図２には、制御装置１５により、噴射弁９を介して内燃機関１の燃焼室４内に所望の燃料質量を噴射するのに必要な噴射持続時間を、燃料蓄圧器１３内の急落した圧力に依存して計算することのできる方法が示されている。この方法は、特に内燃機関１の始動過程に対して適したものであるが、しかしながらその他の作動モードにおいても適用可能なものである。
【００３４】
ステップ２０では、圧力センサ１４を用いて燃料蓄圧器１３内の圧力が測定される。この測定は、燃焼室４内への次の燃料噴射のできるだけ直前かまたあ開始時に行われる。
【００３５】
ステップ２１では、以下の式、
ｐ_１３＝ｐ_０＋Ｅ_Ｋｒ×｛１−ρ_Ｋｒ×（Ｖ_１３／ｍ_Ｋｒ１３）｝ （１）
ｐ_１３＝燃料蓄圧器１３内の圧力
ｐ_０＝大気圧
Ｅ_Ｋｒ＝燃料の弾性モジュール
ρ_Ｋｒ＝燃料密度
Ｖ_１３＝燃料蓄圧器１３の体積
ｍ_Ｋｒ１３＝燃料蓄圧器１３内の燃料質量
を用いて、燃料蓄圧器１３内の測定された圧力からこの燃料蓄圧器１３内に存在する燃料質量ｍ_Ｋｒ１３が推論される。これに対しては圧力センサ１４から測定された圧力が圧力値ｐ_１３として、前記式を燃料質量ｍ_Ｋｒ１２に従って解くために用いられる。大気圧、燃料弾性モジュール、燃料密度、燃料蓄圧器１３内の体積は、この場合既知であるかまたは別の手段で測定ないし算出されるものである。
【００３６】
ステップ２２では、（既に前述したように）内燃機関１の作動パラメータから制御装置１５によって噴射すべき燃料質量ｍ_Ｋｒが計算される。この場合の作動パラメータとは、エンジン温度、周辺温度などであり得る。
【００３７】
ステップ２３では、燃料質量ｍ_Ｋｒの噴射の後で燃料蓄圧器１３内にまだ存在している燃料質量ｍ_{Ｋｒ１３ｄａｎａｃｈ}が算出される。この計算は以下の式、
ｍ_{Ｋｒ１３ｄａｎａｃｈ}＝ｍ_Ｋｒ１３−ｍ_Ｋｒ （２）
に従って行われる。前記式（１）を用いることによって、ステップ２４では、燃焼室４内への燃料質量ｍ_Ｋｒの噴射終了時かまたあ噴射直後の圧力ｐ_{１３ｄａｎａｃｈ}が求められる。その際の燃料蓄圧器１３内の質量としては、噴射前に存在していた燃料質量ｍ_Ｋｒ１３はもはや用いられず、代わりに噴射後に存在する燃料質量ｍ_{Ｋｒ１３ｄａｎａｃｈ}が用いられる。他のパラメータ、例えば大気圧や弾性モジュールなども既知のものか別の手法で測定ないし算出され得る。
【００３８】
ステップ２５では、噴射前または噴射開始時の燃料蓄圧器１３内の圧力ｐ_１３と噴射終了時または噴射後の燃料蓄圧器１３内の圧力ｐ_{１３ｄａｎａｃｈ}とから、制御装置１５によって圧力平均値ｐ_{ｍｉｔｔｅｌ}が求められる。この圧力平均値ｐ_{ｍｉｔｔｅｌ}の計算は、噴射期間中の圧力の急落の線形的な経過もしくは非線形的な経過に基づかせることができる。この場合非線形的な経過は、圧力ｐ_１３または圧力ｐ_{１３ｄａｎａｃｈ}の重み付けを用いて達成され得る。
【００３９】
ステップ２６では、既に求められた噴射すべき燃料質量ｍ_Ｋｒが圧力平均値ｐ_{ｍｉｔｔｅｌ}に依存して、対応する噴射持続時間ｔｉに換算される。この噴射持続時間ｔｉを用いることによって、噴射弁９は制御装置１５により制御され、開放される。それによりこの噴射持続時間ｔｉの間は燃料が燃料蓄圧器１３から内燃機関１の燃焼室４へ噴射される。
【００４０】
始動過程の後では、つまり例えば内燃機関１がアイドリング回転数に達した後では、図２による方法をもはや実施する必要がない状態が存在し得る。この内燃機関１の通常動作モードでは、圧力蓄積器１３内の圧力を圧力センサ１４を用いて常時測定し、その測定値から噴射すべき燃料質量を対応する噴射持続時間へ換算するための圧力平均値を計算するだけで十分である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による内燃機関の実施例を概略的に示したブロック回路図である。
【図２】図１による内燃機関の始動のための本発明による方法を概略的に表わしたフローチャートである。
【符号の説明】
１ 内燃機関
２ ピストン
３ シリンダ
４ 燃焼室
５ 吸気弁
６ 排気弁
７ 吸気管
８ 排気管
９ 噴射弁
１０ 点火プラグ
１１ スロットルバルブ
１３ 燃料蓄厚木
１４ 圧力センサ
１５ 制御装置
１６ 入力信号
１７ 出力信号

Claims (10)

1. 内燃機関（１）、特に自動車の内燃機関（１）の始動のための方法であって、
   燃料が噴射持続時間（ｔｉ）の間に燃焼室（４）内に直接噴射され、前記噴射持続時間（ｔｉ）は燃料に作用する圧力に依存して求められ、
   この場合噴射の前かまたは噴射開始時に燃料に作用する圧力（ｐ ₁₃ ）が圧力センサ（１４）によって測定され、さらに噴射終了時かまたは噴射の後に燃料に作用する圧力（ｐ _13danach ）が求められる形式のものにおいて、
   噴射終了時かまたは噴射の後に燃料に作用する圧力（ｐ _13danach ）を、当該噴射の前かまたは噴射開始時に燃料に作用する圧力（ｐ ₁₃ ）から算出し、
   当該噴射に対する噴射持続時間（ｔｉ）を前記２つの圧力（ｐ₁₃,ｐ_13danach）に依存して求めるようにしたことを特徴とする方法。
2. 燃料蓄圧器（１３）が設けられており、噴射の前かまたは噴射開始時に燃料に作用する圧力（ｐ₁₃）から、噴射の前に燃料蓄圧器（１３）内に存在する燃料質量（ｍ_kr13）を求める、請求項１記載の方法。
3. 噴射すべき燃料質量（ｍ_kr）を、内燃機関（１）の作動パラメータから求める、請求項１または２記載の方法。
4. 噴射の前に燃料蓄圧器（１３）内に存在する燃料質量（ｍ_kr13）と、噴射すべき燃料質量（ｍ_kr）とから、噴射後に燃料蓄圧器（１３）内に存在する燃料質量（ｍ_kr13danach）を求める、請求項２または３記載の方法。
5. 噴射後に燃料蓄圧器（１３）内に存在する燃料質量（ｍ_kr13danach）から、噴射終了時かまたは噴射の後に、燃料に作用する圧力（ｐ_13danach）を求める、請求項４記載の方法。
6. 噴射の前かまたは噴射開始時に、燃料に作用する圧力（ｐ₁₃）と、噴射終了時かまたは噴射の後に、燃料に作用する圧力（ｐ_13danach）とから、圧力平均値（ｐ_mittel）を求める、請求項１から５いずれか１項記載の方法。
7. 前記圧力平均値（ｐ_mittel）から、噴射持続時間（ｔｉ）を求める、請求項６記載の方法。
8. コンピュータプログラムにおいて、
   当該コンピュータプログラムが前記請求項１から７いずれか１項記載の方法に使用できるようにプログラミングされていることを特徴とするコンピュータプログラム。
9. 内燃機関（１）の制御装置（１５）のための電気的記憶媒体において、
   前記記憶媒体に、前記請求項１から７いずれか１項記載の方法に使用するコンピュータプログラムが記憶されていることを特徴とする電気的記憶媒体。
10. 内燃機関（１）のための制御装置（１５）において、
    前記請求項１から７いずれか１項記載の方法に使用されるように構成されていることを特徴とする制御装置。

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