JP2013535606A - 内燃機関のグロープラグの着火特性の制御のための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、燃料空気混合気の着火とそれに伴う内燃機関の始動を支援するために、初期化過程の後で少なくとも１つのグロープラグ（２ａ〜２ｎ）が予熱される、自動車の内燃機関のグロープラグの着火特性を制御するための方法に関する。ここでは、初期化過程に依存して、少なくとも１つのグロープラグ（２ａ〜２ｎ）の予熱が、予め定めた所定の時間窓の経過後にトリガされる。その際には前記自動車のドアの開放、及び／又は自動車の車両座席、とりわけ運転席の着座状態の検出を初期化過程として評価し、該初期化過程が所定の時間窓をスタートさせる。

Description

本発明は、内燃機関のグロープラグの着火特性の制御のための方法であって、内燃機関における少なくとも１つのグロープラグが初期化過程の後で事前加熱され、それによって燃料空気混合気の着火とそれに伴う内燃機関の始動が支援される方法、並びに該方法を実施するための装置に関している。

内燃機関、とりわけディーゼルエンジンを備えた自動車においては、より良好な始動特性を実現可能にするために、内燃機関のシリンダーにグロープラグを設けることが行われている。このグロープラグは、内燃機関の着火特性を向上させるだけでなく、その他にも燃料消費を低減させたり、有害物質の排出を抑えたりする役割も同時に果たしている。このグロープラグに印加される電圧を正確に求めるためには、状態図表の形態のシーケンス制御が当該計算に用いられる。ここではグロープラグに印加する所要電圧が、内燃機関の状態図表から求められた実際状態に依存して求められる。

しかしながらそのような、自動車のエンジン制御装置若しくはグロー時間制御装置内でソフトウエアとして実現される状態図表は、目下のところ、内燃機関で生じ得る全ての作動状態を考慮できるものではない。その結果として、内燃機関における種々の状態との一義的な識別と対応付けに問題が生じる可能性があり、そのような問題はグロープラグの電圧制御にも悪い影響を及ぼす。なぜなら電圧制御は、識別された内燃機関の作動状態に依存するからである。従って、状態図表において考慮できない内燃機関の作動状態を、グロープラグの電圧制御のもとでも十分に考慮することができるようにするために、より多くのケースで支援状態を定めることが必要である。

発明の開示
それ故に本発明の課題は、内燃機関のグロープラグの着火特性を制御するための方法及び装置において、グロープラグの電圧制御のもとで、内燃機関の考えられ得る全ての作動状態を正確に考慮できるように改善を行うことである。

前記課題は本発明により、少なくとも１つのグロープラグの予熱が初期化過程に依存して、直接トリガされるか又は予め定めた時間窓の経過後にトリガされるようにして解決される。これにより、グロープラグの加熱開始時点を、あるいは内燃機関の始動対策が既に講じられている否かを、非常に正確に判別できるようになるという利点が得られる。このようなウェークアップ機能に基づけば、グロープラグは内燃機関の始動がすぐに望まれるときに迅速に機能し得る。

有利には前記初期化過程として、自動車のドアの開放及び／又は自動車の座席、とりわけ運転席の占有状態の確定が評価される。この初期化過程では、予め定められる所定の時間窓（期間）がスタートする。この所定の時間窓に基づいて、グロープラグの予熱が遅延されるか又は比較的低い電圧でグロープラグが作動され、それによってグロープラグの保護がなされる。このことにより自動車のエネルギーバランスも改善される。

別の有利な構成例によれば、イグニッションロック装置へのイグニッションキーの差し込みを、前記初期化過程として評価し、グロープラグの予熱が所定の時間窓を介すことなく直接開始される。このイグニッションロック装置へのイグニッションキーの差し込みは、内燃機関が即座に始動されるべきであることを示す情報として評価できるので、これによってグロープラグの予熱が直接トリガされる。それにより、グロープラグは、内燃機関を本当に始動させるべきであることが仮定できた時点で作動されるようになる。

別の有利な実施例によれば、内燃機関の現下の作動状態に依存して、グロープラグの予熱を実施するか否かが決定される。その際にはとりわけ内燃機関の温度が検出され、それに基づいて、エンジンが長期間停止されていたかどうか、又は、内燃機関が既に作動されているかどうか、が確定される。なぜならエンジンが長期間停止されていた場合にはエンジン温度は非常に低温となり、内燃機関が既に作動されている場合には、内燃機関のシリンダー内では燃料空気混合気の着火に十分な温度が生じるからである。

別の有利な実施例によれば、グロープラグの予熱の後で、スタートグローへの移行が行われる。これにより内燃機関の始動支援が良好になされる。前記予熱は、着火温度までの燃料空気混合気の加熱に必要な温度を徐々にグロープラグに出現させる。それにより、内燃機関の始動過程の支援は、スタートグロー期間においてグロープラグ温度が本当に必要となったときに行なわれる。

本発明のさらに別の有利な実施例は、燃料空気混合気の着火とそれに伴う内燃機関の始動を支援するために、初期化過程の後で少なくとも１つのグロープラグが予熱され、少なくとも１つのグロープラグが内燃機関の停止後にアフターグローされる、内燃機関のグロープラグの着火特性の制御のための方法に関している。ここでは、考えられ得るあらゆる作動状態の出現のもとでも常に内燃機関を適正なグロープラグ温度で駆動制御できるようにするために、既に始動されている内燃機関が停止した後の少なくとも１つのグロープラグのアフターグローが中断される。それにより、内燃機関が動作されず着火過程も実施されないような場合のグロープラグの作動停止が保証される。

有利な実施例によれば、少なくとも１つのグロープラグのアフターグローが、内燃機関の停止後、グロープラグのグロー時間制御を実施している制御装置のほぼ追従期間中に中断される。このことは、燃料空気混合気の所要の着火温度を得るためのグロープラグの駆動制御が当該制御装置によって中断され、グロープラグの継続的な酷使を阻止する利点につながる。

別の変化例によれば、内燃機関の予期しない突発的な機関停止後における少なくとも１つのグロープラグのアフターグローが中断される。このことは、内燃機関の"エンスト"の際にもグロープラグの駆動制御が即座に中断される利点につながる。これにより、グロープラグの寿命がさらに延びる。

代替的に、少なくとも１つのグロープラグのアフターグローは、内燃機関が自動車の停車に基づいて機関停止された場合にも中断される。それにより、そのつどの内燃機関の停止毎に各グロープラグのアフターグローが、駆動制御の遮断によって中断されることが保証される。

有利には、少なくとも１つのグロープラグのアフターグローが、自動車のスタート／ストップ機能が実施されている場合に中断される。このことは、当該機能支援により、グロープラグのアフターグローが車両の停車時、例えば信号機による停車時に中断され、それに対して自動車が再び走行を開始した場合、つまり内燃機関が再始動された場合に即座に再開されることを意味する。これによりグロープラグは、内燃機関の作動状態が燃料空気混合気の着火を本当に必要としている期間の間だけ電気的に駆動されるようになる。それによって当該グロープラグが保護されその寿命も延びる。

有利には内燃機関の停止後の予め定めた所定の期間の間に内燃機関が再び始動される場合には、アフターグローが内燃機関の始動のために直ぐに再開される。その際のグロープラグは常に、燃料空気混合気の着火温度を得るために必要とされる電圧で駆動される。それにより、これまで考慮できなかった作動状態を構築するための支援手段が不要となる。これにより、内燃機関停止後のグロープラグの駆動制御の即座の中断がいつでも保証されるようになる。

さらに本発明の別の実施例は、燃料空気混合気の着火とそれに伴う内燃機関の始動を支援するために、初期化過程の後で少なくとも１つのグロープラグが予熱される、内燃機関のグロープラグの着火特性を制御するための装置に関している。考えられ得る全ての出現し得る作動状態のもとで、内燃機関を、燃料空気混合気のための所要の着火温度を得るための適正なグロープラグ電圧でいつでも駆動制御できるようにするために、初期化過程に依存して、少なくとも１つのグロープラグの予熱を直接トリガするかまたは予め定めた所定の時間窓の経過後にトリガする手段が設けられる。それにより、これまではグロープラグの遅延された予熱を実現するために必要であった支援構成が排除される。この状態はグロープラグの経過制御において必要条件を満たした状態として考慮される。

特に前記手段は、自動車における着座センサ及び／又はドア開放センサの信号を受信し、該信号を初期化信号として評価する。このようにして制御装置はグロー時間制御を導入すべきか否かに対して即座に反応し得る。

本発明では数多くの実施形態が可能である。以下ではそれらの実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

自動車におけるグローシステム基本原理図 グロー時間制御に対する自動車における制御装置のための経過制御図

冷間時の内燃機関、とりわけディーゼルエンジンのケースでは、４０℃以下の周辺温度の場合、内燃機関に取り込まれる燃料空気混合気の着火のためにスタート支援が必要である。このスタート支援として、グローシステムが用いられており、このグローシステムは、グロープラグと、グロー時間制御装置と、エンジン制御装置若しくはグロー時間制御装置内にファイルされているグローソフトウエアとからなっている。そのほかにもこのグローシステムは車両の排気ガスの改善のためにも利用できる。さらにこのグローシステムの別の適用領域としては、燃焼式排ガスシステム、補助ヒーター、燃料（フレックス燃料）の予熱、又は冷却水の予熱が挙げられる。

図１にはそのようなグローシステムが示されている。このグローシステムには複数のグロープラグ２ａ〜２ｎが含まれており、これらの各グロープラグ２ａ〜２ｎはここには図示されていない内燃機関の燃焼室の各シリンダーに突出している。これらのグロープラグ２ａ〜２ｎは、同一構造を持ち、通常は低電圧型グロープラグで表される。図１中ではこれらの一連のグロープラグ２ａ〜２ｎは、わかりやすくするために内燃機関のアース３に接続された補助抵抗として描写されている。

前記グロープラグ２ａ〜２ｎは、グロー時間制御装置４と接続されており、この制御装置４は、各グロープラグ２ａ〜２ｎ毎に１つのパワー半導体５ａ〜５ｎを有している。また前記グロー時間制御装置４は、入出力信号を処理するためのマイクロコントローラ４ａも含んでいる。代替的にこのマイクロコントローラ４ａの代わりにＡＳＩＣが用いられてもよい。さらに車載電源網６が前記グロー時間制御装置４に接続されており、この車載電源網６は、前記パワー半導体５ａ〜５ｎを介して当該グロープラグ２ａ〜２ｎに所要の有効電圧を供給している。

グロー時間制御装置４はエンジン制御装置７に接続されており、このエンジン制御装置７も図には示されていない内燃機関に接続している。エンジン制御装置７とグロー時間制御装置４は、インターフェースを有しており、このインターフェースは単線式若しくは複線式の接続線路１０，１１からなっている。これらのインターフェースを介してデータがエンジン制御装置７とグロー時間制御装置４との間で交換される。その際には、グロー時間制御装置の起動のみならず診断のための通信も行われる。グロー時間制御装置４はパワー半導体５ａ〜５ｎを介してグロープラグ２ａ〜２ｎに、パルス幅変調された出力信号を送出し、それぞれのグロープラグ２ａ〜２ｎにて所要のグロープラグ制御電圧が設定される。

図２には、適正なグロープラグ駆動制御を求めるための経過制御図が示されている。この経過制御図は状態図表とも称される。そのような状態図表はエンジン制御装置７か又はグロー時間制御装置４内に含まれている。図２中の状態図表１２は２つのグループに分割されており、そのうちのグループ１３は、グロープラグ２ａ〜２ｎのいずれの予熱も必要とされない全ての状態を含んでいる。それに対してグループ１４は、グロープラグ２ａ〜２ｎの予熱を前提とする、内燃機関の全ての状態を含んでいる。

初期化ステップ４０では、グロープラグの駆動制御過程が開始される。それに対してステップ５０では、内燃機関の温度に関する情報が待機される。自動車のイグニッション系に直接関わらない信号、例えば車両ドアの開放や車両座席の着座などに起因する信号によって初期化がトリガされると、前記ステップ５０はステップ６０へ移行する。ステップ６０においては、ステップ７０でグロープラグ２ａ〜２ｎの予熱が開始される前に、予め定められた所定の期間の待機が行われる。イグニッションロック装置へのイグニッションキーの差し込みによって初期化がトリガされると、ステップ５０からステップ７０への直接の移行が行われる。このステップ７０は、グロープラグ２ａ〜２ｎの即座の予熱を引き起こす。この予熱とは、可及的に迅速にグロープラグの所望の作動温度に達することを狙ったグロープラグの作動形態である。その際には特に高い電圧がグロープラグに印加される。そのような高い電圧が連続して印加される場合には、えてしてグロープラグの過熱につながる恐れがある。そのため所望の温度へ到達した場合には当該の高められた電圧は速やかに低減されるべきである。その際の短期間のオーバーシュートは許容される。

ステップ７０にて予熱が開始されてから所定の期間が経過すると（内燃機関はまだ始動されていない）、予熱完了のためにステップ８０への移行がなされる。この予熱ステップから予熱完了ステップへの移行に関する時間制御は、例えば予熱開始前のエンジンの初期温度にも依存する。このことは内燃機関の即座の始動が可能となるスタンバイ機能に係るものである。内燃機関が引き続き始動されずに経過した期間の後では、前記グループ１３に所属している、非予熱状態のステップ９０への移行が行われる。ここでは前記グロープラグ２ａ〜２ｎの駆動制御が中断される。しかしながら前記内燃機関が始動されると、ステップ７０若しくは８０からスタートグローステップ１００への移行が行われ、この時点から内燃機関が作動開始する。前記スタートグローとは、グロープラグの次のような作動状態、すなわちエンジンの迅速で確実な始動を保証するグロープラグ温度が生じている作動状態である。従って前記予熱のときに比べ、グロープラグへの時間単位毎のエネルギー投入量は少ない。なぜならここではグロープラグの迅速な加熱を達成する必要はないからである。

エンジンが始動された後では、さらにグロープラグのアフターグローを生じさせることも可能である。その際のグロープラグは、典型的には、スタートグローの時よりも低い温度にもたらされる。そのようなアフターグローによれば、エンジンの全ての部材が通常の作動温度に到達するまで、エンジンの作動を安定化させることができる。

既に始動したエンジンを再び停止させるべきケースでは、前記グループ１３のステップ１２０において、自動車の停車、例えば信号機手前の停車によってエンジン停止が行われているか否かの判断が考慮され、あるいはステップ１３０において、内燃機関の突発的なエンストがあったか否かの判断が考慮される。ここでは、前記ステップ１２０における信号機手前の停止後においても、前記ステップ１３０における内燃機関の突発的なエンスト後においても、内燃機関ができるだけ迅速に再始動されなければならないことが前提とされる。従って前記ステップ１２０と１３０の作動状態においては、グロープラグのアフターグローが中断される。但しここでの中断は、前記ステップ１２０及び１３０の状態に基づくエンジンの新たな始動のときには、スタートグロー１００の状態に再度戻るのではなく、アフターグローが行われる状態ステップ１５０に移行することを意味する。エンジンがエンストした場合、あるいはスタートストップ運転（アイドリングストップ運転）が行われている場合には、通常のスタートグローが行われるのではなくて、アフターグローが続けられる。このアフターグローのもとでの比較的低い温度によれば、グロープラグの負担がスタートグローのときよりも少なくて済む。

グループ１３のステップ１１０では、内燃機関が停止した場合においてグロープラグ２ａ〜２ｎのアフターグローの活動が行われないケースを想定している。このステップ１１０は、内燃機関の温度が検出される前記ステップ５０に進み、そこでの検出された温度に依存してグロープラグ２ａ〜２ｎの経過制御が前述したような方式で継続される。

前述のステップ１００，１２０，１３０から出発して、グループ１４のステップ１５０にて、グロープラグ２ａ〜２ｎのアフターグローの要否が判断されるか、又は、グループ１３のステップ１４０において、そのようなアフターグローの省略に関する要否が判断される。内燃機関の実際の作動状態に依存して、前記１４０と１５０のどちらのステップが実現されるのかが決定される。例えば内燃機関がアイドリング状態にあり、車両ドライバーからのアクセルペダルの操作がないときには、グループ１４のステップ１５０においてグロープラグ２ａ〜２ｎのアフターグローが実施される。しかしながら車両ドライバーによるアクセルペダルの強い踏み込みがあっていずれにせよ内燃機関の始動支援が不要であることが検出された場合には、グループ１３０におけるステップ１４０によって非アフターグローの形態の中断がなされる。

内燃機関が、アフターグローを実施しないステップ１４０を想定する作動状態にあるときには、所定の時間経過の後で、アフターグローの中断状態からグロープラグ２ａ〜２ｎのグロー状態を完全に遮断する状態へと移行する。このことは、前記グループ１３のステップ１６０において表されている。これによって、アフターグロー期間が経過し、当該グロープラグ２ａ〜２ｎの経過制御が終了される。

内燃機関の通常の経過制御以外で生じる状態は、ステップ１７０において、内燃機関に含まれている粒子フィルタがグロープラグ２ａ〜２ｎに浄化される。その際には、内燃機関の作動状態に応じて高い電力がバッテリー６から供給される。燃料噴射が行われた後では、グロープラグ２ａ〜２ｎの活動に基づいて高い排ガス温度が内燃機関の燃焼室内で達成され、それによって個々の粒子状物質が燃焼されて当該のフィルタが浄化される。

Claims (11)

1. 燃料空気混合気の着火とそれに伴う内燃機関の始動を支援するために、初期化過程の後で少なくとも１つのグロープラグ（２ａ〜２ｎ）が予熱される、自動車の内燃機関のグロープラグの着火特性を制御するための方法において、
   初期化過程に依存して、少なくとも１つのグロープラグ（２ａ〜２ｎ）の予熱を、予め定めた所定の時間窓の経過後にトリガし、その際前記自動車のドアの開放、及び／又は自動車の車両座席、とりわけ運転席の着座状態の検出を初期化過程として評価し、該初期化過程によって前記所定の時間窓がスタートされるようにしたことを特徴とする方法。
2. 前記自動車のイグニッションロック装置にイグニッションキーが差し込まれた場合には、前記グロープラグ（２ａ〜２ｎ）の予熱を、前記時間窓は介さずに、直接開始させるようにした、請求項１記載の方法。
3. 前記内燃機関の現下の作動状態に依存して、前記グロープラグ（２ａ〜２ｎ）の予熱の実行を決定する、請求項１または２記載の方法。
4. 前記グロープラグ（２ａ〜２ｎ）の予熱後にスタートグローへの移行を行い、それによって内燃機関を始動する、請求項１から３いずれか１項記載の方法。
5. 燃料空気混合気の着火とそれに伴う内燃機関の始動を支援するために、初期化過程の後で少なくとも１つのグロープラグ（２ａ〜２ｎ）が予熱され、
   前記少なくとも１つのグロープラグ（２ａ〜２ｎ）が前記内燃機関の停止後にアフターグローされる、自動車の内燃機関のグロープラグの着火特性を制御するための方法において、
   既に始動されている内燃機関の停止後に、前記少なくとも１つのグロープラグ（２ａ〜２ｎ）のアフターグローを中断し、再始動の際に予熱は行わずに前記アフターグローを再開するようにしたことを特徴とする方法。
6. 前記少なくとも１つのグロープラグ（２ａ〜２ｎ）のアフターグローを、前記内燃機関の停止後の当該グロープラグ（２ａ〜２ｎ）のグロー時間制御を実施する制御装置（４，７）のほぼ追従経過期間中に中断する、請求項５記載の方法。
7. 前記少なくとも１つのグロープラグ（２ａ〜２ｎ）のアフターグローを、前記内燃機関の予期しない突発的な停止の後で中断する、請求項５または６記載の方法。
8. 前記少なくとも１つのグロープラグ（２ａ〜２ｎ）のアフターグローを、前記内燃機関が自動車の停車に基づいて停止された場合に中断する、請求項５または６記載の方法。
9. 前記少なくとも１つのグロープラグ（２ａ〜２ｎ）のアフターグローを、自動車のスタート／ストップ機能が実施されている時に中断する、請求項８記載の方法。
10. 前記内燃機関停止後の所定の期間中に当該内燃機関を再始動させる場合に、前記少なくとも１つのグロープラグ（２ａ〜２ｎ）のアフターグローを前記内燃機関の再始動のために直ちに再開する、請求項５から９いずれか１項記載の方法。
11. 燃料空気混合気の着火とそれに伴う内燃機関の始動を支援するために、初期化過程の後で少なくとも１つのグロープラグ（２ａ〜２ｎ）が予熱される、内燃機関のグロープラグの着火特性を制御するための装置において、
    初期化過程に依存して、少なくとも１つのグロープラグ（２ａ〜２ｎ）の予熱を、予め定めた所定の時間窓の経過後にトリガする手段が設けられており、
    前記手段は、自動車における着座センサ及び／又はドア開放センサからの信号を受信し、該信号を初期化信号として評価するように構成されていることを特徴とする装置。

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