JP2002180872A - 内燃機関の始動のための方法 - Google Patents

内燃機関の始動のための方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 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。 【解決手段】 噴射の前かまたは噴射開始時に燃料に作
用する圧力を求め、噴射終了時かまたは噴射の後に燃料
に作用する圧力を求め、前記２つの圧力に依存して噴射
持続時間を求めるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、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る形式の内燃機
関、特に自動車の内燃機関の始動のための方法に関して
いる。また本発明は、相応の内燃機関および相応の制御
装置並びにこの種の内燃機関のための相応のコンピュー
タプログラムに関している。
【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、噴射の前かまたは噴射開始時に、燃料に作用する圧
力を求め、噴射終了時かまたは噴射の後に、燃料に作用
する圧力を求め、前記２つの圧力に依存して、噴射持続
時間を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１
１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１
４が配設されている。このセンサを用いて燃料蓄圧器１
３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、 ｐ１３＝ｐ０＋ＥＫｒ×｛１−ρＫｒ×（Ｖ１３／ｍＫｒ１３）｝ （１） ｐ１３＝燃料蓄圧器１３内の圧力 ｐ０＝大気圧 ＥＫｒ＝燃料の弾性モジュール ρＫｒ＝燃料密度 Ｖ１３＝燃料蓄圧器１３の体積 ｍＫｒ１３＝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ｍＫｒ１３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ｐ１３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ｍＫｒ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ｍＫｒ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、 ｍＫｒ１３ｄａｎａｃｈ＝ｍＫｒ１３−ｍＫｒ （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ｍＫｒ
の噴射終了時かまたあ噴射直後の圧力ｐ１３ｄａｎ
ａｃｈ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ｍＫｒ１３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
ｍＫｒ１３ｄａｎａｃｈ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ｐ１３と噴射終了時または
噴射後の燃料蓄圧器１３内の圧力ｐ１３ｄａｎａｃｈと
から、制御装置１５によって圧力平均値ｐｍｉｔｔｅｌ
が求められる。この圧力平均値ｐｍｉｔｔｅｌ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ｐ１ ３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ｍＫｒ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
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 トーマス フレンツ ドイツ連邦共和国 ネルトリンゲン ボイ テナー シュトラーセ ５ (72)発明者 ゲルト グラス ドイツ連邦共和国 シュヴィーバーディン ゲン ベートーヴェンシュトラーセ 12 (72)発明者 ハンスヨエルク ボーフム アメリカ合衆国 ミシガン ノヴィ パー マー ドライヴ 30842 Ｆターム(参考） 3G084 AA04 BA13 BA15 CA01 DA02 DA28 EB06 EB25 FA00 3G301 HA04 HA16 JA02 JA21 KA01 LB04 MA11 NA01 NB04 NC01 ND01 NE15 PA01Z PB05Z PB08Z PD03A PE01Z PE08Z PF03Z

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項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る形式のものにおいて、 噴射の前かまたは噴射開始時に、燃料に作用する圧力
    （ｐ１３）を求め、 噴射終了時かまたは噴射の後に、燃料に作用する圧力
    （ｐ１３ｄａｎａｃｈ）を求め、 前記２つの圧力（ｐ１３,ｐ１３ｄａｎａｃｈ）に依存
    して、噴射持続時間（ｔｉ）を求めるようにしたことを
    特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 噴射の前かまたは噴射開始時に、燃料に
    作用する圧力（ｐ１ ３）を、圧力センサ（１４）によっ
    て測定する、請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 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（ｐ
    １３）から、噴射の前に燃料蓄圧器（１３）内に存在す
    る燃料質量（ｍｋｒ１３）を求める、請求項１または２
    記載の方法。
  4. 【請求項４】 噴射すべき燃料質量（ｍｋｒ）を、内燃
    機関（１）の作動パラメータから求める、請求項１から
    ３いずれか１項記載の方法。
  5. 【請求項５】 噴射の前に燃料蓄圧器（１３）内に存在
    する燃料質量（ｍｋ ｒ１３）と、噴射すべき燃料質量
    （ｍｋｒ）とから、噴射後に燃料蓄圧器（１３）内に存
    在する燃料質量（ｍｋｒ１３ｄａｎａｃｈ）を求める、
    請求項３または４記載の方法。
  6. 【請求項６】 噴射後に燃料蓄圧器（１３）内に存在す
    る燃料質量（ｍｋｒ １３ｄａｎａｃｈ）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５記載の方法。
  7. 【請求項７】 噴射の前かまたは噴射開始時に、燃料に
    作用する圧力（ｐ１ ３）と、噴射終了時かまたは噴射の
    後に、燃料に作用する圧力（ｐ１３ｄａｎａ ｃｈ）とか
    ら、圧力平均値（ｐｍｉｔｔｅｌ）を求める、請求項１
    から６いずれか１項記載の方法。
  8. 【請求項８】 前記圧力平均値（ｐｍｉｔｔｅｌ）か
    ら、噴射持続時間（ｔｉ）を求める、請求項７記載の方
    法。
  9. 【請求項９】 内燃機関（１）、特に自動車の内燃機関
    の制御機器（１５）のためのコンピュータプログラムに
    おいて、前記コンピュータプログラムが請求項１から８
    に記載の方法の実施に適していることを特徴とするコン
    ピュータプログラム。
  10. 【請求項１０】 前記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またはＲＯＭに
    記憶されている、請求項９記載の方法。
  11. 【請求項１１】 内燃機関（１）、特に自動車の内燃機
    関（１）のための制御装置（１５）であって、 内燃機関（１）の始動のために、燃料が噴射持続時間
    （ｔｉ）の間に燃焼室（４）内に直接噴射可能であり、
    前記噴射持続時間（ｔｉ）は燃料に作用する圧力に依存
    して算出可能である形式のものにおいて、 前記制御装置（１５）により、噴射の前かまたは噴射開
    始時に、燃料に作用する圧力（ｐ１３）が求められ、 前記制御装置（１５）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（ｐ１３ｄａｎａｃｈ）が
    求められ、 さらに前記制御装置（１５）により、前記２つの圧力
    （ｐ１３,ｐ１３ｄａｎ ａｃｈ）に依存して、噴射持続
    時間（ｔｉ）が求められるように構成されていることを
    特徴とする制御装置。
  12. 【請求項１２】 制御装置（１５）を有する内燃機関
    （１）、特に自動車の内燃機関（１）であって、 内燃機関（１）の始動のために、燃料が噴射持続時間
    （ｔｉ）の間に燃焼室（４）内に直接噴射可能であり、
    前記噴射持続時間（ｔｉ）は燃料に作用する圧力に依存
    して算出可能である形式のものにおいて、 前記制御装置（１５）により、噴射の前かまたは噴射開
    始時に、燃料に作用する圧力（ｐ１３）が求められ、 前記制御装置（１５）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（ｐ１３ｄａｎａｃｈ）が
    求められ、 さらに前記制御装置（１５）により、前記２つの圧力
    （ｐ１３,ｐ１３ｄａｎ ａｃｈ）に依存して、噴射持続
    時間（ｔｉ）が求められるように構成されていることを
    特徴とする内燃機関。
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