JP2010531406A - ディーゼル内燃機関におけるアフターグロー温度を制御するための方法および装置 - Google Patents

Abstract

自己着火式の内燃機関におけるアフターグロー温度を調節する方法において、前記アフターグロー温度が、内燃機関の所定の動作状態において、以下の事態に至るまで低減される、すなわちアフターグロー温度の低下によって、前記所定の動作状態を保持するために、とりわけ噴射された燃料、機関効率、および／または回転数を保持するために、動作パラメータの変化が必要となるまで低減されることを特徴とする方法。

Description

本発明は、アフターグロー温度を調節するために、ディーゼル機関のグロープラグを制御する方法および装置に関する。

自己着火式の内燃機関は通常、コールドスタート時の燃焼室における燃料空気混合気の着火を助けるためにグロープラグを有している。機関の始動直後もグロープラグは機関が充分に暖まるまで引き続き制御され、着火は、燃料空気混合気の付加的な加熱なしに自発的に達成され得る。

これまでグロープラグは、機関始動後、冷却水温度および周囲環境の大気圧に基づいて、および機関始動後の機関サイクル数に基づいて、特性マップを用いて調節されてきた。しかしながら最適なアフターグロー温度は、使用される燃料品質、内燃機関が設置されている自動車の構造様式、および機関の構造的公差（例えば機関の燃焼室に噴射される燃料噴霧とグロープラグとの距離など）に依存している。

グロープラグの寿命は、該グロープラグが加熱されて至るグロー温度によって著しい影響を受ける。したがって通常グロー温度は、機関始動後、グロープラグの寿命を延ばすために上述の特性マップに従って低減される。特性マップは、機関に生じ得る構造的公差、種々の燃料品質、およびこの機関が設置されている種々の車種を考慮しなければならないので、この特性マップによれば、グロープラグのアフターグロー温度は傾向的に、燃焼プロセスの規定通りの経過のために多くの内燃機関において実際に必要される温度よりも高く調節されてしまいがちである。

発明の概要
したがって本発明の課題は、自己着火式の内燃機関におけるアフターグロー温度を、グロープラグの寿命が延長されるように調節する方法および装置を提供することである。

この課題は、請求項１記載の方法ならびに独立請求項に記載の装置によって解決される。

従属請求項に、本発明のさらなる有利な実施形態が記載されている。

１つの側面によれば、自己着火式の内燃機関におけるアフターグロー温度を調節するための方法が設けられている。アフターグロー温度は、内燃機関の所定の動作状態において、以下の事態に至るまで低減される。すなわちアフターグロー温度の低減によって、動作前記所定の動作状態を保持するために、とりわけ噴射された燃料、機関効率、および／または回転数を保持するために、パラメータの変化が必要となるまで低減されるのである。

さらに、内燃機関の始動後、アフターグロー温度を最大アフターグロー温度にまで調節することができる。有利には、前記動作パラメータの変化は、噴射される燃料の増加を含む。アフターグロー温度は、最低アフターグロー温度に達した際にこれ以上低減しないようにすることもできる。実施形態によれば、前記動作パラメータの変化は、回転数制御装置に基づいて実施することができる。

本発明の技術思想によれば、アフターグロー温度は、機関状況に基づいて所定の動作点において調節される。これに関して、例えば機関始動時に調節される最大限に可能な（許容）グロー温度から出発して、機関始動後のアフターグロー温度が機関の所定の動作点において低減され、そして、例えば機関の回転数制御装置によって要求される燃料量等のような動作パラメータが格段に高められるか否かがチェックされる。別のパラメータまたは択一的なパラメータとして、機関の安定運転を考慮することができる。噴射すべき燃料量が増加していること、および／または、機関が不安定に動作していることが確認された場合は、調節されたアフターグロー温度は低すぎる状態となっており、再度相応に高められる。グロー温度の低下後も機関動作にエラーがない場合には、例えばさらなる段階的な低減によって、エラーのない機関動作のために必要な温度限界を検出することも可能である。このような方法によってアフターグロー温度を機関に最適に調節させることができ、この際、機関の構造的公差、燃料品質、ならびに機関の燃焼状況に影響を与える他のパラメータは、アフターグロー温度を調節する際に自動的に考慮される。グロープラグの寿命は改善される。なぜなら、アフターグロー温度は機関始動後には既に、燃焼に充分なアフターグロー温度にまで連続的に低減されるからである。

アフターグロー温度が低下し過ぎた後に機関を再び最適動作へと調節するために、動作パラメータの所要の変化後、アフターグロー温度を高めることができる。

１つの実施形態によれば、動作パラメータの変化は、アフターグロー温度の低減中における動作パラメータの時間的な勾配を検出することによって評価される。この際この勾配が所定の閾値を上回る場合に、動作パラメータの変化が必要であることが認識される。

別の実施形態によれば、所定の期間にわたる動作パラメータの平均値が、先行する期間にわたる動作パラメータの平均値よりも大きいか、または所定の大きさだけ大きい場合に、前記動作パラメータの変化が必要であることが認識される。

別の１つの側面によれば、自己着火式の内燃機関におけるアフターグロー温度を調節するための装置が設けられている。この装置は、シリンダに設けられた予熱装置と制御装置とを含み、前記予熱装置は、シリンダにおいてグロー温度を提供するために使用され、前記制御装置は以下のように構成されている、すなわち内燃機関を動作させるための１つ以上の動作パラメータを提供するよう構成されており、かつグロー温度を、内燃機関の所定の動作状態において、以下の事態に至るまで低減するよう構成されている、つまりアフターグロー温度の低減によって、動作パラメータの変化が、前記所定の動作状態を保持するため、とりわけ噴射された燃料、機関効率、および／または回転数を保持するために必要となるまで低減するように構成されている。

さらに制御装置は、内燃機関を動作させるための動作パラメータを、回転数制御装置によって提供することができる。

別の１つの側面によれば、コンピュータプログラムプロダクトが設けられており、該コンピュータプログラムプロダクトは、該コンピュータプログラムプロダクトに保存された機械的に読み出し可能なコードを備えており、制御装置は、上述の方法を実施するために前記コードによって動作することができる。

次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施例について詳しく説明する。

図１は、自己着火式内燃機関のシリンダを概略的に示す図である。 図２は、本発明による方法の実施形態を具体的に示すフローチャートである。

図１は、自己着火式内燃機関のシリンダ１の概略断面図を示す。シリンダ１は燃焼室６を有し、該燃焼室６の中でピストン２が移動する。燃焼室６には吸気弁３によって空気が吸入され、燃焼残留物は排気弁４によって排出される。内燃機関の動作中、燃焼室６に吸入された空気が最大限に圧縮された時点で、インジェクタ５によって燃料が噴射される。燃料空気混合気は、該燃料空気混合気の温度が充分に高くなると、例えば２００℃より高くなると着火する。内燃機関の始動時に、燃料空気混合気の温度を局所的に着火可能な温度まで上昇させるために、グロープラグ７の形態の予熱装置が設けられている。このグロープラグ７は燃焼質６に配置されており、燃料空気混合気を加熱するための加熱源である。

したがって必要なグロー温度は機関始動時には高く、そして燃焼室が暖まるにつれて減少する。内燃機関が充分に加熱されると予熱を完全に省略することができ、したがってグロープラグ７は機関始動後の所定の時間の後にオフされる。

グロープラグ７は有利には、例えば１４００℃の最大グロー温度を有するセラミック製グロープラグである。このようなグロープラグの寿命は、該グロープラグがどのくらいの期間非常に高い温度で動作されるか、に著しく依存している。したがってグロー温度を低下させると、このようなグロープラグの全寿命は長くなる。例えば温度が約９００℃である場合、グロープラグ７の寿命はこのグロー温度によっては実質的に阻害されない。グロープラグ７は制御装置８によって制御され、既知の関係性によって所定のグロー温度に相応する電圧が印加される。

制御装置８はグロー温度を調節するために、以下図２においてフローチャートとして示された方法を実施する。

ステップＳ１において機関が始動され、グロー温度は最大グロー温度（例えば１４００℃）まで調節される。すなわち制御装置がグロープラグを相応に制御する。後続のステップＳ２において以下のことが確認される。すなわち、機関が例えばウォームスタート後に所定の温度（例えば８０℃）を有しているか否か、または、そうこうするうちにこの所定の温度が達成されたか否かが確認され、その場合（さらなる）アフターグローは不要であるからグロープラグ７はオフされる、ないし駆動制御されない。

ステップＳ３においては呼び出されるトルクをできるだけ小さく保つために、内燃機関が所定の動作状態、例えばアイドリング状態にあるか否か、とりわけ以下のようなアイドリング状態、すなわち充填圧力および排ガス再循環がなく、所定の車載電源網負荷を備えるアイドリング状態、にあるか否か確認される。この動作状態は有利である。なぜならこの動作状態は、噴射される燃料量が可能な限り少ない動作状態に相当するからである。この所定の動作状態にない場合、この方法はステップ２によって続行される。

前記所定の動作状態にある場合、ないしは別の実施形態によれば所定の期間のあいだ所定の動作状態にあった場合には、ステップＳ４において、グロープラグの寿命にもはや影響を与えない最低グロー温度（例えば９００℃）に達したか否かがチェックされる。この場合アフターグロー温度をさらに低減する必要はなく、この方法はステップＳ２に戻る。最低グロー温度にまだ到達していない場合には、この方法はＳ５によって続行される。

ステップＳ５では、グロープラグ７のグロー温度が、制御装置８によって制御されて所定量だけ低減される。このことは、制御装置８によりグロープラグに印加される電圧が低減されることによって行われる。例えば実施例のグロープラグに関しては、グロー温度を約５０℃低下させるために電圧を５００ｍＶだけ低減することができる。アフターグロー温度の低減は、規定された温度ステップおいて、ないし、グロープラグに印加される電圧の所定の低減によって行うことができるか、または、所定の勾配を以て連続的に行うことができる。

後続のステップＳ６において、機関の動作パラメータが変化しているか否かが確認される。より詳細に言えば、機関の回転数制御装置が噴射すべき燃料量の著しい増加を確認したか、もしくはグロー温度が低減されたにもかかわらず噴射すべき燃料量が実質的に変化していないかどうか、が確認される。回転数制御装置に代えて、シリンダ圧力に基づいたトルク制御装置の調節値もまた、必要とされる燃料量の変化を検出するために使用することができる。さらに択一的または付加的に、例えば回転数の監視に基づいて、機関の安定運転が悪化しているか否かを確認することができる。非安全運転は、燃焼の際に、および燃焼から燃焼までの圧力変動ないしトルク変動を評価する際に、シリンダの内部圧力を直接測定することによって検出することもできる。回転数制御装置によって噴射すべき燃料量の変化が確認されない場合、ないし、例えば回転数変動または圧力ないしトルク変動によって安定運転の悪化が確認されない場合には、この方法はステップＳ４に戻り、グロー温度は、最低グロー温度に到達するまでさらに低減される。択一的に、動作パラメータとして機関起動時間を算出することもできる。この機関起動時間は、所定の初めの回転数である機関のアイドリングから出発して、所定の最終回転数まで達するために機関が必要とする時間である。この起動時間に基づいて、例えば基準値と比較することによって、動作パラメータがアフターグロー温度の低減によって変化したか否かを確認することができる。

１つの実施形態においては、ステップＳ６において有利には、噴射すべき燃料量の増加を推定するために、所定の期間における燃料量の変化を分析することができる。この期間は、システム全体におけるサイクル期間およびその他の遅延時間を考慮しており、例えば５〜３０秒間、有利には１０〜１５秒間とすることができる。この期間のあいだ、択一的または付加的に、噴射すべき燃料量の変化の経過を分析することができ、例えば燃料量の経過の導関数が正の勾配を形成するか否かをチェックすることによって噴射すべき燃料量の増加が確認された場合には既に、アフターグロー温度が低下し過ぎていると推定することができる。このようにして既に早い時点で、しかも本方法によれば噴射すべき燃料量が既に格段に上昇されていることなしに、アフターグロー温度の低減による変化を検出することができる。まもなく起こる、ないしはアフターグロー温度がさらに低下した際における、噴射すべき燃料量の著しい上昇を考慮すべき場合には、アフターグロー温度をこれ以上低下しないようにすることができるか、または再び上昇させることができ、噴射すべき燃料量の実質的な増加ないし不安定運転が引き起こされることはない。

ステップＳ６においてグロー温度が低下し過ぎていることが確認されると、つまり例えば噴射すべき燃料量の増加が確認される（これは回転数制御装置によって確認される）、ないしは不安定運転が確認されると、グロー温度はステップＳ７において、ステップＳ５における低減と同じように再び不連続または連続的に高められ、アフターグロー温度は再び、内燃機関が最適に動作されるグロー温度以上に調節される。択一的に、ステップＳ７において、上昇の程度を定めることができる指示を考慮することができる。このようにして例えば、回転数の変化、ないし、噴射すべき燃料量がアフターグロー温度の最後の低減に基づいて高められた量。

この方法におけるアフターグロー温度の適合は常に、所定の動作状態において、すなわち機関のアイドリング状態において行われ、機関が他の一義的に定められない動作状態にある場合には使用されない。しかしながら、上に述べた方法において決められた調節されたアフターグロー温度に相応して、補正値を算出することができる。この補正値によって制御装置８において相応の特性マップが参照され、この特性マップによって他の動作状態においてアフターグロー温度が調節される。

特性マップは、機関始動後の機関サイクル、冷却水温度、および大気圧、ならびに回転数および燃料噴射量を考慮しており、グロープラグに印加するための電圧を供給する。特性マップは、機関の構造的公差、燃料品質、ないしは機関が動作されるシステム全体のパラメータは基本的に考慮しない。機関始動後、所定の期間の間この方法を実施することによって、相応の補正値を算出することができ、この補正値によって相応の特性マップを変更することができ、機関の他の動作状態におけるアフターグロー温度の調節は、個々の機関システムに適応するように合わせられる。

本発明の方法によれば、燃料品質、全体システムと機関の構造および公差、および大気圧に基づいて、アフターグロー温度の適応的な調節が可能になる。燃料品質および大気圧に基づいた特別な適合は必要ない。これと同時にグロープラグの寿命が改善される。なぜならグロー温度は、機関動作が許可するとすぐに低減されるからである。さらに、グロー温度がより低くなると燃料消費も低下する。なぜならジェネレータはグロープラグを制御するためにより小さい電力しか供給しなくてよいからである。

Claims (10)

1. 自己着火式の内燃機関におけるアフターグロー温度を調節する方法において、
   前記アフターグロー温度は、内燃機関の所定の動作状態において、以下の事態に至るまで低減される、
   すなわちアフターグロー温度の低下によって、前記所定の動作状態を保持するために、とりわけ噴射された燃料、機関効率、および／または回転数を保持するために、動作パラメータの変化が必要となるまで低減される、
   ことを特徴とする方法。
2. 前記動作パラメータは、機関効率、回転数、シリンダ内部圧力、機関トルク、のうち少なくとも１つの動作パラメータを含む、
   ことを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記動作パラメータの変化が必要である場合、前記グロー温度の低減が高められる、
   ことを特徴とする請求項１または２記載の方法。
4. 前記動作パラメータの変化は、アフターグロー温度の低減中における動作パラメータの時間的な勾配を検出することによって評価され、
   この勾配が所定の閾値を上回る場合に、動作パラメータの変化が必要であることが認識される、
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の方法。
5. 所定の期間にわたる動作パラメータの平均値が、先行する期間にわたる動作パラメータの平均値よりも大きいか、または所定の大きさだけ大きい場合に、前記動作パラメータの変化が必要であることが認識される、
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の方法。
6. 内燃機関の始動後にグロー温度が最大アフターグロー温度までに調節される、および／または、最低グロー温度に到達した場合にはアフターグロー温度はさらには低減されない、
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載の方法。
7. 前記動作パラメータの変化は、回転数またはトルク制御装置に基づいて行われる、
   ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項記載の方法。
8. 自己着火式内燃機関のためのアフターグロー温度を調節する装置において、該装置は、シリンダに設けられた予熱装置（７）と制御装置（８）とを含み、
   ・前記予熱装置（７）は、シリンダにおいてグロー温度を提供するために使用され、
   ・前記制御装置（８）は、以下のように構成されている、すなわち
   内燃機関を動作させるための１つ以上の動作パラメータを提供するよう構成されており、かつ
   グロー温度を、内燃機関の所定の動作状態において、以下の事態に至るまで低減する、つまりアフターグロー温度の低下によって前記所定の動作状態を保持するため、とりわけ噴射された燃料、機関効率、および／または回転数を保持するために、動作パラメータの変化が必要となるまで低減するように構成されている、
   ことを特徴とする装置。
9. 前記制御装置は、内燃機関を動作させるための前記動作パラメータを、回転数またはトルク制御装置によって提供するように構成されている
   ことを特徴とする請求項８記載の装置。
10. コンピュータプログラムプロダクトであって、該コンピュータプログラムプロダクトは機械的に読み出し可能なコードを備えており、
    該コードによって制御装置は、請求項１〜７のいずれか一項記載の方法を実施するように駆動制御することができる、
    ことを特徴とするコンピュータプログラムプロダクト。

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