JP2009508050A - ジーゼルエンジンのグロープラグを制御する方法 - Google Patents

Abstract

この発明は、ジーゼルエンジンのヒータプラグを、このプラグに印加される有効電圧を初期値から最終値へ変更することによって制御する方法に関する。この最終値は、エンジン制御装置によってコールド状態の終了時に決定されるもので、これは初期電圧値より低い。この場合、電圧増加、即ちコールド状態でプラグに印加される有効電圧と最終値との電圧差は、最大値からゼロへと次第に低減される。この発明によると、有効電圧は、コールド状態の所定期間中に上昇される。この期間は、予め選択されたモータ回転数を達成するために必要な時間によって規定される。
【選択図】図１

Description

本発明は、請求項１の前文で規定される特徴を持つ方法に関する。この種の方法はDE-Z MTZ Motortechnische Zeitschrift 61, (2000) 10, pp. 668-675に公開された”Das elektronisch gesteuerte Gluhsystem ISS fur Diesemotoren”なるタイトルの論文から知られている。

図１は、既知の方法を実施することを意図されたグロープラグ制御ユニット１のブロック図を示している。この制御ユニットは、デジタル／アナログ変換器が一体化されたマイクロプロセッサ２と、同数のグロープラグ４をオン及びオフ切換するための多数のＭＯＳＦＥＴパワー半導体装置３と、エンジン制御ユニット６との接続を確立するための電子インターフェース５と、マイクロプロセッサ２及びインターフェース５用の内部電圧源７とを備える。内部電源７は、車両の“端子１５”を経由して車両バッテリと接続されている。

マイクロプロセッサ２は、パワー半導体装置３を制御し、それらのステータス情報を読み、そして電子インターフェース５を経由してエンジン制御ユニット６と通信する。エンジン制御ユニット６とマイクロプロセッサ２との間の通信に必要な信号は、インターフェース５によって調節される。電圧源７は、マイクロプロセッサ２及びインターフェース５にとって好適な電圧を供給する。

グロープラグは、少なくともエンジンがその動作温度に達したときには、典型的には１０００℃の範囲にある一定温度（定常状態温度）を維持すべきである。定常状態温度を維持するために、近代のグロープラグは、車両の電子システムによって与えられる最大電圧ではなく、むしろ典型的には５ボルト〜６ボルトの電圧を必要とする。パワー半導体装置３は、この目的のためにマイクロプロセッサ２によってパルス幅変調法を用いて制御される。この場合、車両の電子システムによって与えられる電圧（車両の“端子３０”を経由してパワー半導体装置３に供給される）は変調され、所望の電圧が時間平均的にグロープラグに印加される。

ジーゼルエンジンがコールド状態でスタートされるときに、制御ユニット１は、グロープラグ１に対し、より高い、例えば１１ボルトの加熱電圧を供給する。このため、グロープラグは、可能な限り迅速に、定常状態温度と等しい温度、あるいは、好ましくは、その温度より１０°程度高い温度に達する。

コールドスタート後に、エンジンは、コールド運転状態として知られる状態で動作することがある。この状態は、動作温度でのエンジンのアイドリングスピードよりも高いアイドリングスピードによって特徴付けられる。コールド運転状態でグロープラグに印加される有効電圧、即ちパルス幅変調の結果として時間平均されて印加される電圧は、例えば１１ボルトの初期加熱電圧（“初期値”）から、エンジンの動作温度で例えば１０００℃のグロープラグの定常状態温度が維持され得る例えば６ボルトの電圧（電圧の“目標値”）まで、段階的に低下される。基板実装型電子システムの電圧の変化は、パルス幅変調中のオン時間を変更することによって訂正され得る。

グロープラグは、エンジンスピード及びエンジン負荷又はエンジントルクに依存して、異なる度数に冷却される。エンジンが動作温度にあるときにグロープラグ温度を依然として一定に保つために、グロープラグに加えられる電力は、変化する条件に調整される。このことは、エンジン制御ユニット６から受信される信号に従って、グロープラグに印加される電圧の目標値を時間平均的に増加又は低下させることによってなされる。

時間平均的にグロープラグ４に印加される電圧は、マイクロプロセッサ２に記憶された経験的な値に基づいて予め定義された期間にわたって、コールド運転状態で段階的に低下される。コールド運転状態の間に有効電圧が増加される期間は、最大でコールド運転状態と同じ長さであるが、普通は後者よりも短いことが好ましい。

コールド運転状態で観察されることがあるスタート温度よりも低い温度へのグロープラグ４の温度の降下は、燃焼プロセスの攪乱を生じさせ、その結果として点火不全及びスピード変化を生じさせる。これらは、特に高いエンジンノイズと、エンジンの排気ガス中の増加された未燃焼又は不完全燃焼の燃料の比率とによって、自ら明らかにされる。

本発明の目的は、その欠点を低減することである。
この発明は、請求項１に規定された特徴を有する方法によって、この目的を達成する。この発明の有利な更なる発展は、従属項の主題である。

有効電圧が増加されるべき固定期間を定義する代わりに、必要とされる期間は、この発明によって、エンジンの所定回転数が到達されるまでに必要な時間として定義される。コールド運転状態の間に電圧の増加が制御される目標として、回転数を予め定義することができる。この場合、達成された増加が、エンジンの負荷に依存して、異なるエンジン負荷について最適化された持続期間を自動的に持つことが確実にされる。車両がコールドスタート直後に移動を開始した時に遭遇する高いスピードでは、エンジンの均一で円滑な運転が低エンジンスピードでよりも早く到達される。車両が静止している間にエンジンがコールド運転状態を通して動作することを許容されるときに、より長い期間が必要とされる。そして、電圧が増加される時間は、コールドスタート直後に運転が開始された場合と比較して、この発明によって自動的に延びる。エンジンの予め選択された回転数は、コールドスタート時に測定されたエンジン温度の関数として選択されることが好ましい。この場合、コールドスタート時のエンジンが冷たいほど、いい具合に選択された回転数は高い。エンジン回転数とコールドスタート時に最もいい具合に測定されたエンジン温度との相互依存性は、線形関数として定義される。

妥当な近似として、エンジン温度は、全コールド運転状態の間は一定であると仮定され得る。温度は、エンジンの冷却剤中で測定されることが便利である。
エンジンのコールド運転状態での有効電圧の増加は、予め規定された期間中は追加量だけ高くされることが好ましい。この追加量は、経時的に変化するもので、エンジンのスタート時に測定されたエンジン温度に依存して経験的に決定された特性から得られる。これは、コールド運転状態の間の有効電圧の増加の追加量を規定するもので、有効電圧の追加量分の増加によって、コールド運転状態の間の有効電圧とコールド運転状態の開始時の有効電圧との差が低減されるか全体的に消えるように形成されている。選択されたジーゼルエンジンについての特性は、経験的に得られる。また、異なる特性は、異なるエンジンスタート温度について記録される。記録された特性の数は、コールド運転状態のグロープラグ温度の恒常性について達成されることが望まれる精度に依存する。この場合の主関心事である−４０℃から＋３０℃までのエンジンスタート温度の温度範囲について、５℃〜１０℃の間隔で特性を記録すればよい。より近い特性の間隔は、本質的改良を付加するものではない。

この発明の説明された実施形態は、実質的な利点を与える。
エンジンの燃焼挙動及びアイドリング挙動は安定される。アイドリングは、より均一になり、そして増加されたアイドリングスピードでのコールド運転状態は、低減され得る。未燃焼又は不完全燃焼の燃料成分は、低減される。エンジンによって生成されるノイズは低減され、そしてジーゼルエンジンのコールドスタート挙動は、特に凍結時に改良される。

コールド運転状態で上昇されることが好ましい有効電圧の増加の追加量は、コールド運転状態の開始時には小さく、その後上昇して、最大値を超え、そして遅くともコールド運転状態の終了時に、好ましくはコールド運転状態の終了前には既に消えているように、いい具合に選択される。
このようにして一定のグロープラグ温度をコールド運転状態で達成することが可能である。

図２は、ソフトウエア用のフロー図を示している。このソフトウエアを採用することで、この発明に係る方法は、図１による回路配置で実施され得る。このソフトウエアは、マイクロプロセッサ２のメモリ中にロードされる。

マイクロプロセッサ２は、グロープラグ４に印加される有効電圧の増加１１を計算する。この増加１１は、３つの貢献からなる。第１の貢献は、マイクロプロセッサに記憶されている電圧増加マトリクス１２から求められる。その電圧増加マトリクスは、エンジン特性マップからなる。このマップは、グロープラグ４が駆動されるべき有効電圧を、エンジンのスピードに依存して、またある場合には時間単位当たりの燃料注入量に依存して決定することが意図されている。これらのデータ、即ちエンジンスピード及び燃料注入量（図２のボックス１３を参照）は、入力データとして、エンジン制御ユニット６によってインターフェース５を介してマイクロプロセッサ２に送信される。

第２の貢献１４は、電圧増加マトリクス１２から求められた量に対する訂正を表す。これは、エンジンの測定されたスタート温度（ボックス１０を参照）に依存する。その貢献は、エンジンスタート温度の関数として、マイクロプロセッサ２に記憶されている特性から求められる。エンジンのスタート温度は、冷却剤温度計から直接又はエンジン制御ユニット６を経由して間接的に、インターフェース５を介して入力値としてマイクロプロセッサ２に適用される。

増加１１の第３の貢献は、経験的に得られてマイクロプロセッサ２に記憶されている特性（ボックス１６を参照）から求められる。このために、異なるエンジンスタート温度について複数の経験的に得られた特性が、マイクロプロセッサ２に記憶されている。これらの特性は、有効電圧の増加１１に対する貢献を含む。これら貢献は、コールドスタート状態の間に変化する。この場合、使用される時間基準（ボックス１７）は、普通の意味での時間ではなく、むしろエンジンがスタートされた時点からエンジンが完了している累進的回転数である。従って、この発明によって与えられる有効電圧の増加に対する貢献は、エンジンの予め選択された回転数が達成されたときに変更される。

既知の方法を実施することを意図されたグロープラグ制御ユニット１のブロック図を示す。 ソフトウエア用のフロー図を示す。

符号の説明

１：グロープラグ制御ユニット
４：グロープラグ
５：インターフェース
６：エンジン制御ユニット
１５：端子
３０：端子

Claims (9)

1. ジーゼルエンジンのグロープラグを、このグロープラグに印加される有効電圧を初期値と目標値との間で変化させることによって制御する方法であって、この目標値は、エンジン制御装置によってコールドスタート状態の終了時に得られるもので、これは初期値より低く、この場合、電圧の増加、即ちコールドスタート状態でグロープラグに印加される有効電圧が目標値よりもその分高くなる電圧差は、段階的に最大値からゼロまで低減される方法において、有効電圧は、エンジンのコールドスタート状態で所定期間にわたって上昇されるものであり、この期間は、所定のモータ回転数が達成されるまでに経過する時間によって決定されることを特徴とする方法。
2. 回転数は、固定的に決定されていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. エンジンの予め選択された回転数は、コールドスタート時点で測定されたエンジン温度の関数として予め選択されることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. 予め選択された回転数は、コールドスタート時点でエンジンが冷たいほど高くなるように選択されることを特徴とする請求項４に記載の方法。
5. エンジン温度は、冷却剤内で測定されたものであることを特徴とする、先行する請求項のいずれかに記載の方法。
6. コールドスタート状態の間に、有効電圧は追加量だけ増加され、この量は経時的に変化可能であると共に経験的に得られた特性から求められるもので、この特性は、エンジンがスタートされた時点で測定されたエンジン温度の関数であると共にコールドスタート状態での有効電圧の増加の追加量を表すものであり、これは有効電圧の追加量分の増加によって、コールドスタート状態の有効電圧とコールドスタート状態の終了時の有効電圧との差が低減されるか全体的に消えるように形成されていることを特徴とする、先行する請求項のいずれかに記載の方法。
7. 追加量は、コールド運転状態の開始時に小さく、それから上昇して、最大値を超え、そして遅くともコールド運転状態の終了時には消えるように選択されることを特徴とする、先行する請求項のいずれかに記載の方法。
8. 有効電圧の増加は、エンジン制御ユニットから受信された制御信号によって、
   エンジン温度及び／又はエンジンスピード又は時間単位当たりの燃料注入量の関数、及び／又はエンジン負荷又はエンジントルクの関数として、それぞれ調整されることを特徴とする、先行する請求項のいずれかに記載の方法。
9. 電圧の増加への付加的貢献は、時間単位当たりの燃料注入量に依存しないようになされることを特徴とする請求項８に記載の方法。

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