JP2004218643A - 内燃機関の始動方法、内燃機関の開制御および／または閉ループ制御装置、およびコンピュータプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】始動に必要な燃料空気混合気の調製を改善する。
【解決手段】高圧蓄圧器内にかかっている噴射圧を始動過程中監視し、噴射圧が設定された閾値に達したかこれを上回ってから燃料を高圧蓄圧器から少なくとも１つの燃焼室へ噴射する。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関のスタータスイッチを操作し、スタータスイッチの操作後、内燃機関の高圧蓄圧器内に噴射圧を形成し、高圧蓄圧器内にかかっている噴射圧で燃料を少なくとも１つの燃焼室へ噴射する、内燃機関の始動方法に関する。

本発明はさらに、例えば内燃機関の高圧噴射システムを制御する内燃機関の開制御および／または閉ループ制御装置、および計算装置、例えば内燃機関の開制御および／または閉ループ制御装置のマイクロプロセッサ上で動作するコンピュータプログラムに関する。

この種の方法は市場からすでに知られている。いわゆるコモンレール燃料噴射システムでは燃料プレフィードポンプが燃料タンクから低圧領域へ燃料を圧送する。その後高圧ポンプが低圧領域から高圧領域へ燃料を圧送する。そこから燃料は制御可能な噴射弁を介して内燃機関の個々の燃焼室へ調量される。コモンレールシステムでは高圧領域の圧力、いわゆるレール圧はガソリン直接噴射型内燃機関で約４０ｂａｒ〜１００ｂａｒの範囲にあり、ディーゼル直接噴射型内燃機関で約２０００ｂａｒに達する。

噴射弁を介して燃焼室へ噴射される燃料量は噴射弁の開放時間と高圧領域で支配的なレール圧とによって定められる。始動中、特にコールドスタートの場合には、正確に調量された燃料量が燃焼室へ噴射されることが重要である。しかし始動時にはレール圧は完全には形成されていないことが多く、燃焼室での混合気の調製がうまくゆかないケースが生じる。これは特に高圧ポンプが機械的に内燃機関の回転によって駆動される場合に起こりやすい。こうしたケースでは電気駆動式の燃料プレフィードポンプによるレール圧（典型的には１ｂａｒ〜１０ｂａｒ）の形成が試みられ、充分な燃料量が燃焼室へ達するようにされる。

燃料プレフィードポンプによって形成される圧力は個々の始動フェーズで例えば停止時間の違いや周囲温度の違いによって強く変動する。温度がきわめて低い場合にはバッテリ電圧が低くなり、電気駆動式の燃料プレフィードポンプの効率も低くなってしまう。これに対して燃料システムが高温のとき、例えば車両の停止後まだ内燃機関が熱いうちに再始動しようとすると、燃料システム内に蒸気が形成されることにより、圧力形成が遅延する。この場合には燃焼室で形成される燃料空気混合気は点火しにくいものとなり、これもやはり始動時に問題となる。

本発明の課題は始動に必要な燃料空気混合気の調製を改善することである。

この課題は、高圧蓄圧器内にかかっている噴射圧を始動過程中監視し、噴射圧が設定された閾値に達したかこれを上回ってから燃料を高圧蓄圧器から少なくとも１つの燃焼室へ噴射することにより解決される。

本発明によりレール圧が点火しやすい混合気の生じる燃料量を燃焼室へ噴射するのに適した高さとなることが保証される。

本発明の有利な実施形態によれば、スタータスイッチの操作から経過した時間が監視され、遅くとも当該の時間が設定された最大待機時間に達するかこれを上回る時点までに燃料が高圧蓄圧器から少なくとも１つの燃焼室へ噴射される。これにより高圧蓄圧器内で支配的な圧力が設定された時間内に閾値に達しない場合にも待機状態があまりに長く続くことは阻止される。

本発明の別の有利な実施形態によれば、始動過程中に高圧蓄圧器内にかかっている噴射圧に依存して噴射時間が求められる。こうして求められたレール圧から燃料空気混合気の調製を改善することができる。設定された閾値に達しない場合、求められた実際のレール圧を用いて例えば噴射時間を相応に延長することにより点火可能な混合気が形成される。

本発明の別の有利な実施形態によれば、高圧蓄圧器内の噴射圧の形成に対して電気駆動されるプレフィードポンプが作動される。付加的な補助駆動機構を用いない直接噴射プロセスでは、内燃機関は燃料空気混合気の最初の点火までは完全に停止している。本発明のこの実施形態によればこうしたプロセスにおいて噴射圧を内燃機関の回転数に依存せずに形成できるという利点が得られる。

有利には、ドライバー存在信号に依存して高圧蓄圧器内の噴射圧の形成が開始される。ドライバー存在信号とはここでは無視できる程度の短時間でのスタータスイッチの操作を考慮すべきか否かを示すのに適した信号である。ここでは停止している車両内にドライバーが存在していれば、無視できる程度の時間でのスタータスイッチの操作に基づいて始動が行われる。ドライバー存在信号が生じれば、燃料プレフィードポンプをスタータスイッチの操作前に作動することができる。これによりいっそう多くの時間を本来の始動に用いることができ、より高いレール圧を形成することができる。したがって始動の確実性が高まる。

別の有利な実施形態ではドライバー存在信号はドアコンタクトスイッチによって形成される。これにより特に低コストにドライバー存在信号を形成することができる。

別の有利な実施形態ではドライバー存在信号は車両座席の占有状態を識別するセンサによって形成される。これにより特に確実にドライバーが車両内に存在しているか否かを判別することができる。

本発明はさらに、内燃機関の高圧噴射システムを制御する内燃機関の開制御および／または閉ループ制御装置に関する。この制御装置により高圧噴射システムの高圧蓄圧器内にかかっている噴射圧が内燃機関の始動過程中監視され、噴射圧が設定された閾値に達したかこれを上回ってから燃料が高圧蓄圧器から少なくとも１つの燃焼室へ噴射される。

有利な実施形態では、この制御装置により、スタータスイッチの操作から経過した時間が監視され、遅くとも当該の時間が設定された最大待機時間に達するかこれを上回る時点までに燃料が高圧蓄圧器から少なくとも１つの燃焼室へ噴射される。

別の有利な実施形態では、この制御装置に本発明の方法を実行する手段が設けられている。

さらに重要なのは本発明がコンピュータプログラムのかたちでも実現される点である。ここでこのコンピュータプログラムは計算装置、例えば内燃機関の開制御および／または閉ループ制御装置のマイクロプロセッサ上で動作し、本発明の内燃機関の始動方法を計算装置上で実行するのに適している。本発明の方法は本発明の方法を実行するコンピュータプログラムとしても実現可能である。コンピュータプログラムは有利にはメモリエレメントに記憶されている。メモリエレメントとして例えばランダムアクセスメモリまたは読み出し専用メモリまたはフラッシュメモリが用いられる。

図１には内燃機関１が示されており、ここではシリンダ２内でピストン３が往復運動する。内燃機関１はもちろん複数のシリンダ２を有することもある。シリンダ２内には燃焼室４が設けられており、この燃焼室には吸入弁７を介して吸気管５が接続され、また排出弁８を介して排気管６が接続されている。燃焼室４にはさらに信号ＥＶで駆動される噴射弁９と信号ＺＷで駆動されるスパークプラグ１０が配属されている。

燃料タンク２０には信号ＮＤＰを介して制御される燃料プレフィードポンプ２１が設けられており、このポンプは有利には電気駆動される。燃料プレフィードポンプ２１は燃料管路２４を介して信号ＨＤＰで制御される高圧ポンプ２２に接続されている。高圧蓄圧器２５は噴射弁９と高圧ポンプ２２とを接続している。高圧蓄圧器２５には圧力センサ２３が配置されており、このセンサは高圧蓄圧器２５内で支配的な圧力ＰＲに依存して信号ＰＲＳを形成する。

ここまで説明してきた信号は内燃機関１の開制御および／または閉ループ制御のために制御装置４０へ供給されたり、そこで形成されたりする信号である。制御装置４０はマイクロプロセッサ４１を有しており、このマイクロプロセッサはバスシステム４３を介してメモリエレメント４２へ接続されている。メモリエレメント４２のメモリ領域５１には待機時間ＷＺが記憶されており、メモリ領域５０には圧力目標値ＳＷが記憶されている。

スタータスイッチ３１は例えばいわゆる端子１５としてイグニションスイッチまたはスタータボタンのかたちで構成されているが、これを介して信号ＺＳが形成され、制御装置４０へ供給される。さらに参照番号３０でドライバーの存在を検出しこれに依存してドライバー存在信号ＦＡを形成して制御装置４０へ供給する装置が示されている。装置３０は例えば運転席のドアの開放または運転席の占有を検出するように構成されている。

点火しやすい燃料空気混合気は内燃機関１の燃焼室４内で内燃機関１が適切に駆動されているあいだに次のようにして形成される。

空気流は吸気管５および吸入弁７を介して燃焼室４へ達する。燃料は燃料タンク２０から燃料プレフィードポンプ２１によって燃料管路２４を介して高圧ポンプ２２へ供給される。低圧領域の燃料管路２４では典型的には約１ｂａｒ〜１０ｂａｒの圧力がかかっている。高圧ポンプ２２を介してこの低圧が高圧蓄圧器２５の噴射圧ＰＲへ高められる。噴射圧ＰＲはガソリン直接噴射型内燃機関で数１００ｂａｒ、ディーゼル直接噴射型内燃機関では２０００ｂａｒほどにもなる。燃料はこうした圧力のもとで高圧蓄圧器２５を介して噴射弁９へ供給される。信号ＥＶにより制御装置は噴射弁９の開放をトリガし、これにより燃料は燃焼室４へ達してそこに存在している空気と混ざり合う。さらに制御装置４０は信号ＺＷによりスパークプラグ１０をトリガしてスパークを形成し、燃焼室４内の燃料空気混合気に点火する。

高圧蓄圧器２５内でのその時点での噴射圧ＰＲは圧力センサ２３で形成された信号ＰＲＳにより制御装置４０内で求められる。噴射圧はレール圧ＰＲとも称される。求められたレール圧ＰＲに依存して制御装置４０は高圧ポンプを信号ＨＤＰにより開制御し、圧力ＰＲを閉ループ制御する。これに加えてまたはこれに代えて、燃料噴射システムに図示しない圧力制御弁を設け、これにより燃料を高圧蓄圧器２５から燃料タンク２０へ戻すように構成することもできる。このとき制御装置４０は圧力制御弁を駆動してレール圧ＰＲを変化させる。

直接始動時、特に内燃機関１を付加的な補助駆動機構なしで（スタータまたはスタータジェネレータなしで）コールドスタートする際には、高圧蓄圧器２５内の圧力ＰＲがきわめて小さく、充分な量の燃料が燃焼室４内へ噴射されず、点火しやすい燃料空気混合気を調製できないことがある。高圧ポンプ２２が例えば機械的に内燃機関１の回転により駆動される場合、形成された圧力ＰＲは内燃機関１の回転数に依存する。しかし始動過程中内燃機関１はきわめて小さな回転数でしか回転していない。付加的な補助駆動機構なしでの直接始動時には内燃機関１は燃料空気混合気の最初の点火までは完全な静止状態にある。

直接始動時には燃焼室４内に存在する燃料空気混合気の第１の点火で当該の内燃機関１の運転を保証する充分なエネルギを形成することが重要である。空気と燃料とが適切に混合された混合気が得られる高さの燃料高圧管路２５内の圧力ＰＲを形成するには、燃料プレフィードポンプ２１を電気的に駆動し、この圧力を内燃機関１の回転数から独立させることが必要である。燃料プレフィードポンプ２１は例えば約１０ｂａｒまでの圧力を形成できるように構成されている。

本発明によれば、燃焼室４への燃料噴射は始動過程において充分な大きさの圧力ＰＲが形成されて燃料室４内に点火しやすい燃料空気混合気が生じるまで遅延される。その後この燃料空気混合気の点火が行われる。

制御装置４０が内燃機関１の停止状態で例えば装置３０によりドライバーの存在を識別すると、この制御装置は信号ＮＤＰを送出して燃料プレフィードポンプ２１を駆動し、高圧蓄圧器２５内に圧力を形成する。ここでドライバーの存在を検出する装置３０はドアコンタクトスイッチであってもよいし、または運転席の占有を検出するセンサであってもよい。このようにしてドライバーがスタータスイッチを操作する前に噴射圧の形成が開始される。

制御装置４０がスタータスイッチ３１により形成されるドライバーの始動意志を表す信号ＺＳを検出すると、制御装置４０は圧力センサ２３で求められる圧力ＰＲが設定された閾値ＳＷに達するかこれを上回るまで燃焼室４への燃料噴射を遅延させるように制御する。閾値ＳＷはメモリエレメント４２のメモリ領域５０に格納されている。圧力形成にかかる時間がメモリエレメント４２のメモリ領域５１に記憶されている設定待機時間ＷＺを超える場合には、燃料は燃焼室４へ噴射され、圧力閾値ＳＷが達成されていなくても始動が試みられる。こうした場合には閾値ＳＷがそもそも達成できる値でないか、一般的な時間で得られる値ではないと見なされる。

本発明の内燃機関１の始動方法を図２に簡単に示されているフローチャートに則して説明する。

本発明は例えば内燃機関１の静止時に開始される。ステップＳ１で装置３０はドライバーが車両に存在することを表す信号ＦＡを検出する。問い合わせステップＳ２ではこの信号ＦＡが評価される。例えば信号ＦＡはドライバーが存在している場合に０よりも大きい値を送出する。ドライバーが存在しない場合（ＦＡ＝０）、ステップＳ１へ戻る。ドライバーが存在している場合（ＦＡ＞１）、ステップＳ３で燃料プレフィードポンプ２１を駆動する信号ＮＤＰが形成され、高圧蓄圧器２５内に圧力ＰＲが形成される。ステップＳ４ではスタータスイッチ３１で形成される信号ＺＳが検出され、問い合わせステップＳ５でスタータスイッチ３１が操作されたか否かが検査される。操作されていない場合にはステップＳ４へ戻り、さらに燃料プレフィードポンプ２１が駆動されて圧力ＰＲが形成される。

スタータスイッチ３１が操作されている場合、ステップＳ６で開始時点Ｔ１が検出され、ステップＳ７で目下の時点Ｔ２が検出される。問い合わせステップＳ８でＴ２−Ｔ１の差に基づいて時間が計算され、この時間が設定待機時間ＷＺ以上であるか否かが検査される。待機時間ＷＺは制御装置４０が待機する最大待機時間を表しており、燃料プレフィードポンプ２１によって充分に大きな圧力ＰＲが高圧蓄圧器２５内に生じる時間である。待機時間ＷＺが超過されていない場合、ステップＳ９でその時点でのレール圧ＰＲが検出され、ステップＳ１０で設定された閾値ＳＷに達したかまたはこれを上方超過したかが検査される。達していない場合、ステップＳ７へ戻る。

ステップＳ８ですでに待機時間ＷＺが超過されたか、または問い合わせステップＳ１０でその時点でのレール圧ＰＲが閾値ＳＷに達したことが確認された場合、本発明の方法はステップＳ１１へ移行する。ここでは信号ＥＶにより噴射弁９がトリガされ、燃料が燃焼室４へ噴射され、燃料空気混合気が形成される。ステップＳ１２で信号ＺＷによりスパークプラグ１０がトリガされ、燃料空気混合気に点火が行われる。これにより本発明の方法は終了する。

制御装置を備えた内燃機関およびコモンレール噴射システムの概略図である。 本発明の内燃機関の始動方法のフローチャートである。

符号の説明

１ 内燃機関
２ シリンダ
３ ピストン
４ 燃焼室
５ 吸気管
６ 排気管
７ 吸入弁
８ 排出弁
９ 噴射弁
１０ スパークプラグ
２０ 燃料タンク
２１ 燃料プレフィードポンプ
２２ 高圧ポンプ
２３ 圧力センサ
２４ 低圧燃料管路
２５ 高圧蓄圧器
３０ ドライバー検出装置
３１ スタータスイッチ
４０ 制御装置
４１ マイクロプロセッサ
４２ メモリエレメント
４３ バスシステム
５０、５１ メモリ領域

Claims (12)

1. 内燃機関（１）のスタータスイッチを操作し、
   スタータスイッチの操作後、内燃機関（１）の高圧蓄圧器（２５）内に噴射圧（ＰＲ）を形成し、
   高圧蓄圧器（２５）内にかかっている噴射圧（ＰＲ）で燃料を少なくとも１つの燃焼室（４）へ噴射する、
   内燃機関（１）の始動方法において、
   高圧蓄圧器（２５）内にかかっている噴射圧（ＰＲ）を始動過程中監視し、
   噴射圧（ＰＲ）が設定された閾値（ＳＷ）に達したかこれを上回ってから燃料を高圧蓄圧器（２５）から少なくとも１つの燃焼室（４）へ噴射する
   ことを特徴とする内燃機関の始動方法。
2. スタータスイッチの操作から経過した時間を監視し、遅くとも当該の時間が設定された最大待機時間（ＷＺ）に達するかこれを上回る時点までに燃料を高圧蓄圧器（２５）から少なくとも１つの燃焼室（４）へ噴射する、請求項１記載の方法。
3. 始動過程中に高圧蓄圧器（２５）内にかかっている噴射圧（ＰＲ）に依存して噴射時間を求める、請求項１または２記載の方法。
4. 高圧蓄圧器（２５）内の噴射圧（ＰＲ）の形成に対して電気駆動されるプレフィードポンプ（２１）を作動する、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
5. ドライバー存在信号（ＦＡ）に依存して高圧蓄圧器（２５）内の噴射圧（ＰＲ）の形成を開始する、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
6. ドライバー存在信号（ＦＡ）をドアコンタクトスイッチによって形成する、請求項５記載の方法。
7. ドライバー存在信号（ＦＡ）を車両座席の占有状態を識別するセンサによって形成する、請求項５記載の方法。
8. 例えば内燃機関（１）の高圧噴射システム（９，２２，２５）を制御する
   内燃機関（１）の開制御および／または閉ループ制御装置（４０）において、
   高圧噴射システム（９，２２，２５）の高圧蓄圧器（２５）内にかかっている噴射圧（ＰＲ）が内燃機関（１）の始動過程中監視され、
   噴射圧（ＰＲ）が設定された閾値（ＳＷ）に達したかこれを上回ってから燃料が高圧蓄圧器（２５）から少なくとも１つの燃焼室（４）へ噴射される
   ことを特徴とする内燃機関の開制御および／または閉ループ制御装置。
9. スタータスイッチの操作から経過した時間が監視され、遅くとも当該の時間が設定された最大待機時間（ＷＺ）に達するかこれを上回る時点までに燃料が少なくとも１つの燃焼室（４）へ噴射される、請求項８記載の制御装置。
10. 請求項３から７までのいずれか１項記載の内燃機関の始動方法を実行する手段を備えている、請求項８または９記載の制御装置。
11. 計算装置、例えば内燃機関の開制御および／または閉ループ制御装置（４０）のマイクロプロセッサ（４１）上で動作するコンピュータプログラムにおいて、
    請求項１から７までのいずれか１項記載の内燃機関の始動方法を計算装置上で実行する
    ことを特徴とするコンピュータプログラム。
12. メモリエレメント（４２）、例えばランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）またはフラッシュメモリに格納されている、請求項１１記載のコンピュータプログラム。

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