JP2003519330A - 内燃機関の暖機運転のための方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 暖機運転中に燃料を吸気管または燃焼室（４）に噴射可能である、特に自動車の内燃機関（１）が記載されている。制御装置は、内燃機関（１）の所定の運転温度以下では、噴射燃料量を増大するための暖機運転ファクタ（ｆＷＬ）を算出するために設けられている。この制御装置によって、暖機運転ファクタ（ｆＷＬ）は、基本ファクタ（ｆＧ）と、負荷に依存したファクタ（ｆＬＡ）とから算出される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 背景技術 本発明は、特に自動車の内燃機関の暖機運転のための方法であって、燃料を吸
気管または燃焼室に噴射し、内燃機関の所定の運転温度以下では、噴射燃料量を
増大するための暖機運転ファクタを算出する形式のものに関する。さらに本発明
は、相応の内燃機関ならびにこのような形式の内燃機関のための相応の制御装置
に関する。

【０００２】 このような形式の方法、このような形式の内燃機関、このような形式の制御装
置は例えばいわゆる吸気管噴射装置に関したものが公知である。この場合、燃料
は、吸気段階中に均質燃焼運転で内燃機関の吸気管に噴射され、次いで燃焼室に
吸い込まれる。相応して、いわゆる直接噴射式の内燃機関では、燃料は吸気段階
でまたは圧縮段階で直接に燃焼室に噴射され燃焼される。

【０００３】 暖機運転の際には、内燃機関が運転温度ではない場合に、増大された燃料量が
吸気管もしくは燃焼室に噴射されなければならない。このことは公知のように、
内燃機関の所定の運転温度以下で、噴射すべき燃料量に影響を与える暖機運転フ
ァクタによって行われる。

【０００４】 暖機運転ファクタの公知のような算出法は、吸気管噴射に基づくものであり、
フレキシブルには使用できない。特に暖機運転ファクタの公知の算出法は、直接
噴射式内燃機関のためには条件付きで使用することしかできない。

【０００５】 発明の課題と効果 本発明の課題は、内燃機関の暖機運転特性を改良すると同時に、大きなフレキ
シブル性と特に簡単な適用とが得られるような、内燃機関の暖機運転のための方
法を提供することである。

【０００６】 この課題を解決するために本発明の方法では、暖機運転ファクタを、基本ファ
クタと、負荷に依存したファクタとから算出するようにした。冒頭で述べた形式
の内燃機関及び制御装置においても課題は、本発明により相応に解決される。

【０００７】 基本ファクタと、負荷に依存したファクタとを本発明により分割することによ
り、種々の運転モードの負荷に依存したファクタを、基本ファクタとは無関係に
算出することができる。これにより直接噴射式の内燃機関において、本発明によ
る暖機運転の算出を簡単に行うことができる。

【０００８】 本発明による分割により、基本ファクタと、負荷に依存したファクタとを互い
に無関係に使用することもできる。これは、直接噴射式内燃機関の異なる運転モ
ードにおける負荷に依存したファクタの算出にも相応に該当することである。

【０００９】 特に、本発明では、基本ファクタの算出を、内燃機関にかけられる負荷に依存
して後から変更する必用がない。

【００１０】 本発明により得られるフレキシブル性により、本発明は簡単に吸気管噴射にお
いても使用可能である。この場合もとりわけ、基本ファクタと、負荷に依存した
ファクタとの互いに無関係な適用が有利である。

【００１１】 本発明の有利な別の構成では、負荷に依存したファクタを、内燃機関の、積分
された空気質量及び／又は積分された燃料質量及び／又はエンジン温度に依存し
て算出する、及び／又は、負荷に依存したファクタを、内燃機関の相対的な空気
充填量及び／又は相対的な燃料質量及び／又は実際ラムダまたは目標ラムダ及び
／又は実際モーメントまたは目標モーメントに依存して算出する。

【００１２】 この場合、負荷に依存したファクタをできるだけ迅速かつフレキシブルに内燃
機関の負荷変更及び／又はその他の内燃機関の運転量の変更に反応させるのが重
要である。これにより、低い運転温度でも内燃機関の主観的に良好な「走行性」
という利点が得られる。

【００１３】 本発明の別の有利な方法では、基本ファクタを、エンジン温度に依存して算出
する。これにより、基本ファクタを特に簡単に且つ十分に算出することができる
。

【００１４】 本発明の有利な方法では、負荷に依存したファクタと基本ファクタとを加算法
により互いに結合させる。これにより本発明により互いに無関係に算出されたフ
ァクタは再び暖機運転ファクタとなるようにまとめられる。

【００１５】 本発明の有利な方法では、負荷に依存したファクタまたは、負荷に依存したフ
ァクタと基本ファクタとの和に、内燃機関の回転数に依存して重みづけする。こ
の回転数重みづけは、即ち、負荷に依存したファクタだけに、または、負荷に依
存したファクタと基本ファクタとの和に作用する。これにより、内燃機関のタイ
プに依存して回転数重みづけに関した相応の適合が行われる。

【００１６】 本発明の方法を、特に自動車の内燃機関の制御装置のために設けられた制御エ
レメントの形式で実現するのが特に有利である。この場合、この制御エレメント
には、演算装置、特にマイクロプロセッサで実行可能であって、本発明による方
法の実行のために適しているプログラムが記憶されている。この場合、本発明は
、制御エレメントに記憶されたプログラムにより実現されるので、方法を実行す
るのに適したプログラムが設けられたこの制御エレメントは、方法と同様に本発
明を成す。制御エレメントとしては、例えばリード・オンリ・メモリまたはフラ
ッシュメモリのような、特に電気的な記憶媒体が使用される。

【００１７】 本発明のさらなる特徴、使用可能性、利点は、以下の明細書の図面につき説明
された本発明の実施例にも記載されている。この場合、記載された全ての特徴お
よび図示された全ての特徴は、請求項またはその従属項における従属関係とは無
関係に、かつ、明細書および図面における形式もしくは図示とは無関係に、それ
自体でも、または任意に組み合わされた状態でも本発明の対象である。

【００１８】 発明の実施例 図１には自動車の内燃機関１が示されている。この内燃機関１ではピストン２
がシリンダ３内で往復運動可能である。シリンダ３には燃焼室４が設けられてお
り、この燃焼室はとりわけピストン２と吸気弁５と排気弁６とによって制限され
ている。吸気弁５には吸気管７が、排気弁６には排気管８が連結されている。

【００１９】 吸気弁５と排気弁６との領域には噴射弁９と点火プラグ１０とが燃焼室４内に
突入している。噴射弁９を介して燃料を燃焼室４に噴射することができる。点火
プラグ１０によって燃焼室４内の燃料を点火できる。

【００２０】 吸気管７には回転可能なスロットルバルブ１１が取り付けられている。このス
ロットルバルブ１１を介して吸気管７に空気が供給可能である。供給される空気
の量は、スロットルバルブ１１の角度位置に応じたものである。排気管８には触
媒１２が取り付けられている。この触媒は、燃料の燃焼により生じた排ガスの浄
化のために働く。

【００２１】 排気管８からは排ガス戻し管１３が吸気管７へと戻し案内されている。排ガス
戻し管１３には排ガス戻し弁１４が取り付けられている。この排ガス戻し弁１４
によって、吸気管７へと戻される排ガスの量を調節することができる。排ガス戻
し管１３と排ガス戻し弁１４とはいわゆる排ガス再循環装置を形成している。

【００２２】 燃料タンク１５からはタンクパージ導管１６が吸気管７へと通じている。タン
クパージ導管１６にはタンクパージ弁１７が取り付けられている。このタンクパ
ージ弁１７により、燃料タンク１５からの吸気管７に供給される燃料蒸気の量が
調節可能である。タンクパージ導管１６とタンクパージ弁１７とは１つのいわゆ
るタンクパージ装置を形成している。

【００２３】 ピストン２は、燃焼室４内の燃料の燃焼により往復運動させられる。この往復
運動はクランクシャフト（図示せず）に伝えられ、クランクシャフトにトルクを
加える。

【００２４】 制御装置１８には、センサによって測定された内燃機関１の運転量を示す入力
信号１９が付与される。例えば、制御装置１８は空気質量センサと、ラムダセン
サ（空気過剰率センサ）と、回転数センサなどに接続されている。さらに制御装
置１８は、信号を発するアクセルペダルセンサに接続されている。このアクセル
ペダルセンサは、運転者によって操作されるアクセルペダルの位置と、ひいては
要求されたトルクを表す信号を発生させる。制御装置１８により出力信号２０が
発せられ、この出力信号２０により、アクチュエータもしくは作動装置を介して
内燃機関１の状態に影響が与えられる。例えば制御装置１８は噴射弁９と、点火
プラグ１０と、スロットル弁１１などに接続されていて、これらの制御に必要な
信号を発する。

【００２５】 とりわけ制御装置１８は、内燃機関１の運転量を、制御及び／又は調節するた
めに設けられている。例えば、噴射弁９により燃焼室４内に噴射された燃料質量
は、制御装置１８によって特に、僅かな燃料消費量及び／又は僅かな有害物質発
生量が達成されるように制御及び／又は調節される。この目的で、制御装置１８
にはマイクロプロセッサが設けられている。このマイクロプロセッサの記憶媒体
、特にフラッシュメモリには、上記制御及び／又は調節を行うために適したプロ
グラムが記憶されている。

【００２６】 図１の内燃機関１は、複数の運転モードで運転することができる。即ち内燃機
関１を均質燃焼運転、層状燃焼運転、リーンバーンによる均質燃焼運転、ダブル
噴射を行う運転モードなどで運転させることができる。

【００２７】 均質燃焼運転では燃料は吸気段階中に噴射弁９から直接に内燃機関１の燃焼室
４に噴射される。燃料はこれにより点火までほぼ渦流を有しているので、燃焼室
４内にはほぼ均質な燃料、空気混合物が生じる。生ぜしめるべきモーメントはこ
の場合ほぼ、制御装置１８によってスロットルバルブ１１の位置を介して調節さ
れる。均質燃焼運転では内燃機関１の運転量が、ラムダ（λ、空気過剰率）が１
であるように制御及び／又は調節されている。均質運転は特に全負荷時に行われ
る。

【００２８】 リーンバーンによる均質燃焼運転は、ほぼ均質燃焼運転に相応するが、ラムダ
は１よりも大きい値であるように調節される。

【００２９】 層状燃焼運転では、燃料は圧縮段階中に噴射弁９から内燃機関１の燃焼室４に
直接に噴射される。これにより点火プラグ１０による点火の際に、燃焼室４内に
均一な混合気は存在せず、燃料層が生じる。スロットルバルブ１１は、例えば排
ガス再循環装置及び／又はタンクパージ装置の要求を除いて、完全に開放され、
内燃機関１はこれにより絞られずに運転される。生ぜしめたいモーメントは層状
燃焼運転でほぼ燃料質量体にわたってほぼ調節される。内燃機関１は層状燃焼運
転によって、特にアイドリング時および部分負荷時に運転される。

【００３０】 内燃機関１の上記複数の運転モードの間に、それぞれ切り換えを行うことがで
きる。このような形式の切換は制御装置１８によって行われる。

【００３１】 内燃機関１の運転温度以下の所定の温度で内燃機関１が始動されると、内燃機
関１は例えば外気温度が低い場合には、比較的長い停止状態後に始動され、これ
により、燃焼室４に噴射される燃料量は増大される。このようにして、燃焼室４
内では、点火可能な空気・燃料混合物が存在するだけでなく、燃料がエンジンオ
イルへと流入することにより及び／又は燃料から成る壁膜が燃焼室４に形成され
ることにより生じる燃料の損失も発生する。

【００３２】 各燃焼により、内燃機関１はが暖められると、これにより、燃料量の増加が徐
々に減じられる。内燃機関１の運転温度に達すると、噴射される燃料量は少なく
ともこの限りではもはや増やされない。

【００３３】 内燃機関１のコールドスタートの際に噴射される燃料量の増大およびその徐々
に行われる解除は、暖機運転ファクタｆＷＬに基づいて制御装置１８によって行
われる。このような暖機運転ファクタｆＷＬは、いわゆるアフタースタートファ
クタにも乗算的に結合しており、これによりその後、燃焼室４に噴射される燃料
量に影響を与えることができる。

【００３４】 図２には、暖機運転ファクタｆＷＬの算出法が示されている。暖機運転ファク
タｆＷＬは、基本ファクタｆＧと負荷に依存したファクタｆＬＡとから算出され
る。即ち、主としてアイドリング運転にしか相当しないファクタ、即ち基本ファ
クタｆＧと、負荷下でしか生じないファクタ、即ち負荷に依存したファクタｆＬ
Ａとは区別される。従って基本ファクタｆＧと負荷に依存したファクタｆＬＡと
は、互いに無関係であって、別個に適用することができる。

【００３５】 基本ファクタｆＧはアイドリング運転特性マップ１０によって算出される。こ
のアイドリング運転特性マップ１０にはエンジン始動温度ＴＭＳとエンジン温度
ＴＭとが入力される。アイドリング運転特性マップ１０により基本ファクタｆＧ
は、アイドリング運転のためにもしくは負荷が小さい場合に所望のラムダ経過が
生じるように調節されている。

【００３６】 エンジン始動温度ＴＭＳとは、内燃機関１が始動時に有している温度である。
これにより、外気温が低い場合の再スタートのためと、暖かいが運転温度ではな
い内燃機関で再スタートするためとではスタートプログラムは異なる。エンジン
温度ＴＭとは、各燃焼により上昇する実際のエンジン温度である。内燃機関１の
始動時には、エンジン始動温度ＴＭＳとモータ温度ＴＭとは少なくとも短時間は
同じである。

【００３７】 負荷に依存したファクタｆＬＡを算出するために、エンジン始動温度ＴＭＳが
、相対的な空気充填ｒｌに特性マップ１１を介して論理結合される。燃焼室４に
おける相対的な空気充填ｒｌにより、ファクタｆＬＡの負荷依存性が得られる。
相対的な空気充填ｒｌの代わりに、相対的な燃料質量及び／又は実際ラムダまた
は目標ラムダ及び／又は実際モーメントまたは目標モーメント又はこれに類似の
ものでもよい。

【００３８】 同様にエンジン始動温度ＴＭＳは積分された空気質量ｍｌｉに特性マップ１２
を介して論理結合される。これにより、特性マップ１１により得られた値は、内
燃機関１が加熱されるにつれ減じられる。積分された空気質量ｍｌｉは、燃焼室
４内で変換されたエネルギのための基準となる。このエネルギは、これに付随し
た燃焼を介して内燃機関１の温度を上昇させる。積分された空気質量ｍｌｉの代
わりに、積分された燃料質量及び／又は単にエンジン温度ＴＭでもよいことは自
明である。

【００３９】 両特性マップ１１，１２の出力値は、互いに乗算により結合されており、これ
により、負荷に依存したファクタｆＬＡが生じる。この負荷に依存したファクタ
ｆＬＡは、加法的に基本ファクタｆＧに結合され、これにより暖機運転ファクタ
ｆＷＬが得られる。

【００４０】 さらに内燃機関１における内燃機関の混合比の濃厚化による回転数重みづけｆ
ｎは特性線１３によって算出される。特性線１３の代わりに、回転数依存性に加
えて付加的に、温度または相対空気質量または相対燃料質量に依存した特性マッ
プが設けられてもよい。

【００４１】 このような回転数重みづけｆｎは、一方では図２に実線で示したように、乗算
結合を介して負荷に依存したファクタｆＬＡに直接に作用する。他方では選択的
に図２の点線で示したように、回転数重みづけｆｎを、負荷に依存したファクタ
ｆＬＡと基本ファクタｆＧとの和に初めて、乗算して作用させることができる。

【００４２】 図２の別の分岐では、ラムダに依存していて、乗算的または加算的に、前記の
別の分岐の１つに結合されている特性線または特性マップを設けることもできる
。

【００４３】 暖機運転ファクタｆＷＬは、直接噴射式の内燃機関１では、前記の形式で、内
燃機関１の運転モードに応じて算出される。これは、図２の特性マップ１０，１
１，１２もしくは特性線１３が、内燃機関１の各運転モードのために設けられて
いる、即ち、特に層状燃焼運転と均質燃焼運転のために設けられていることを意
味している。

【００４４】 暖機運転中に異なる運転モード間で内燃機関１が切り換えられると、暖機運転
ファクタｆＷＬの算出に関する切り換えも行われる。エンジン温度ＴＭが内燃機
関１の運転温度に近づくと、暖機運転ファクタｆＷＬは１に向かい、噴射すべき
燃料質量への影響は０に向かう。

【００４５】 図２に基づき記載された暖機運転ファクタｆＷＬが、図１のものとは異なり、
吸気管噴射を行う内燃機関で使用されるならば、図２の特性マップ１０，１１，
１２もしくは特性線１３は一度だけのものであり、即ち均質燃焼運転のためのも
のである。運転モード間の切換は行われない。

【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示す概略的なブロック図である。

【図２】 図１の内燃機関の暖機運転のための本発明による方法を概略的に示すフローチ
ャートである。

【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書

【提出日】平成１４年２月２８日（２００２．２．２８）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項１

【補正方法】変更

【補正の内容】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項１０

【補正方法】変更

【補正の内容】

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項１１

【補正方法】変更

【補正の内容】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3G084 BA04 BA09 BA13 CA02 DA00 EB06 FA07 FA13 FA20 FA26 3G301 HA01 JA00 KA05 LB01 MA01 NC01 PA01Z PB03A PB03Z PE08A PE08Z

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 特に自動車の内燃機関（１）の暖機運転のための方法であっ
   て、燃料を吸気管または燃焼室（４）に噴射し、内燃機関（１）の所定の運転温
   度以下では、噴射燃料量を増大するための暖機運転ファクタ（ｆＷＬ）を算出す
   る形式のものにおいて、 暖機運転ファクタ（ｆＷＬ）を、基本ファクタ（ｆＧ）と、負荷に依存したフ
   ァクタ（ｆＬＡ）とから算出することを特徴とする、自動車の内燃機関の暖機運
   転のための方法。
2. 【請求項２】 負荷に依存したファクタ（ｆＬＡ）を、内燃機関（１）の、
   積分された空気質量（ｍｌｉ）及び／又は積分された燃料質量及び／又はエンジ
   ン温度（ＴＭ）に依存して算出する、請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】 負荷に依存したファクタ（ｆＬＡ）を、内燃機関（１）の相
   対的な空気充填量（ｒｌ）及び／又は相対的な燃料質量及び／又は実際ラムダま
   たは目標ラムダ及び／又は実際モーメントまたは目標モーメントに依存して算出
   する、請求項１または２記載の方法。
4. 【請求項４】 負荷に依存したファクタ（ｆＬＡ）を、乗算結合により算出
   する、請求項２または３記載の方法。
5. 【請求項５】 基本ファクタ（ｆＧ）を、エンジン温度（ＴＭ）に依存して
   算出する、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
6. 【請求項６】 負荷に依存したファクタ（ｆＬＡ）と基本ファクタ（ｆＧ）
   とを加算法により互いに結合させる、請求項１から５までのいずれか１項記載の
   方法。
7. 【請求項７】 負荷に依存したファクタ（ｆＬＡ）または、負荷に依存した
   ファクタ（ｆＬＡ）と基本ファクタ（ｆＧ）との和に、内燃機関（１）の回転数
   （ｎ）に依存して重みづけする、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法
   。
8. 【請求項８】 負荷に依存したファクタ（ｆＬＡ）及び／又は基本ファクタ
   （ｆＧ）及び／又は暖機運転ファクタ（ｆＷＬ）を、エンジン始動温度（ＴＭＳ
   ）に依存して算出する、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
9. 【請求項９】 特に自動車の内燃機関（１）の制御装置（１８）のための制
   御エレメント、特にリード・オンリ・メモリまたはフラッシュメモリであって、
   該制御エレメントには、演算装置、特にマクロプロセッサで実行可能な、請求項
   １から８までのいずれか１項記載の方法を実行するためのプログラムが記憶され
   ていることを特徴とする、特に自動車の内燃機関（１）の制御装置（１８）のた
   めの制御エレメント。
10. 【請求項１０】 特に自動車の内燃機関（１）であって、暖機運転の際に燃
    料が吸気管または燃焼室（４）に噴射可能であって、内燃機関（１）の所定の運
    転温度以下では噴射される燃料量を増大させるための暖機運転ファクタ（ｆＷＬ
    ）を算出する制御装置（１８）を有している形式のものにおいて、 制御装置（１８）によって、暖機運転ファクタ（ｆＷＬ）を、基本ファクタ（
    ｆＧ）と、負荷に依存したファクタ（ｆＬＡ）とから算出することができる、特
    に自動車の内燃機関。
11. 【請求項１１】 特に自動車の内燃機関（１）のための制御装置（１８）で
    あって、内燃機関（１）では暖機運転の際に燃料が吸気管または燃焼室（４）に
    噴射可能であって、内燃機関（１）の所定の運転温度以下では噴射される燃料量
    を増大させるための暖機運転ファクタ（ｆＷＬ）を算出する制御装置（１８）が
    設けられている形式のものにおいて、 制御装置（１８）によって、暖機運転ファクタ（ｆＷＬ）を、基本ファクタ（
    ｆＧ）と、負荷に依存したファクタ（ｆＬＡ）とから算出可能であることを特徴
    とする、特に自動車の内燃機関（１）のための制御装置（１８）。