JP3718531B2 - 内燃機関の燃料計量方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、暖間始動に関連する内燃機関の燃料計量方法、さらに詳細には暖間始動後、例えば内燃機関の運転を短期間中断した後の回転特性を改良する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
運転が先行した後の停止状態では、内燃機関によりその周囲が加熱され、それにより特に噴射弁およびパイプなど燃料を導く部分が影響を受ける。それによって蒸発気泡が形成された場合には、次に始動する場合に内燃機関に燃料が十分供給できなくしてしまうことがある。すなわち好ましくない混合気の希薄化がもたらされる。その結果、始動ないしアイドリング特性が劣化する。暖間始動条件と燃料システムでの蒸発気泡の形成との関係は、例えばＥＰ０３６５７１４に開示されている。
【０００３】
公知の方法においては、内燃機関および吸気の温度に従った開ループ制御による濃厚化によって望ましくない混合気希薄化を補償することが行なわれる。暖間始動までの時間的間隔が増大するにつれて、この濃厚化は減少制御され、最後にはゼロにされる。
【０００４】
この手段は特に、始動後短期間に発生する希薄化を補償するのに適している。ここでいう短期間というのは、分単位の期間をいう。さらにアイドル回転数を増大させることによりアイドリングを安定化させることが知られている。
【０００５】
蒸発気泡の形成による望ましくない混合気希薄化の程度と期間は、内燃機関と燃料を導く部分の幾何学的な配置に作用されるとともに、使用する燃料の質（種類）によっても影響を受ける。
【０００６】
例えば噴射弁と供給管（フューエルレール、fuel rail）が２つのシリンダバンク間にあり、上方が吸気管によって覆われているＶ型エンジンの場合には、特に問題となる幾何学的な配置となる。この配置によってフューエルレールへの熱伝達が良好になるとともに、同時に対流によるフューエルレールの冷却が防止される。
【０００７】
実験によれば、特にこの条件の元で暖間始動後数分の期間にわたって大きなラムダ変動を伴うラムダ＝１．５を越える強度の混合気希薄化が発生することが明かにされた。
【０００８】
可能な燃料の種類の蒸発特性の幅によって、従来技術による開ループ制御の濃厚化では、発生する混合気の外乱を完全に補償することはできない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、内燃機関の暖間始動後の上述の問題を補償する改良された方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明によれば、
燃料計量用の基本値が内燃機関の運転パラメータに従って形成され、この基本値にラムダセンサ（１１）の信号に基づいて操作量（ＦＲ）が重畳され、かつ内燃機関の運転開始時に暖間始動を特徴づける所定の条件が満たされているときに、暖間始動によってもたらされる混合気の希薄化を補償する手段が導入され、該手段により、少なくともラムダ閉ループ制御の特徴的なパラメータが変更される内燃機関の燃料計量方法において、ラムダ閉ループ制御対象の操作量（ＦＲ）が所定のしきい値と比較され、該しきい値を超える場合には、前記暖間始動によってもたらされる混合気の希薄化を補償するために、さらに内燃機関のトルクを増大させる少なくとも一つの手段が導入される構成を採用しており、
また本発明では、同方法において、ラムダ値の基準値に対する偏差（Δλ）が所定のしきい値と比較され、該しきい値を超える場合には、前記暖間始動によってもたらされる混合気の希薄化を補償するために、さらに内燃機関のトルクを増大させる少なくとも一つの手段が導入される構成も採用している。
【００１１】
【作用】
本発明の好ましい実施例が従属請求項に記載されている。
【００１２】
本発明の好ましい実施例では、制御対象の操作量に基づく値が所定のしきい値と比較され、しきい値を越えている場合には、アイドル回転数を増大させる、空調装置のような負荷が存在する場合にはそれを遮断する、排気ガス再循環およびタンク通気のような外乱量が存在している場合にはそれを遮断するなどの各手段の少なくとも１つが導入される。また、暖間始動後ラムダセンサが動作可能状態でないときには、ラムダ閉ループ制御の起動を加速させる手段、例えば、アイドル回転数を増大させる、点火をより遅い点火時点へ調節する、ラムダ閉ループ制御の使用時点を早める等の各手段の少なくとも１つが導入される。
【００１３】
本発明により濃厚化に関してラムダ閉ループ制御を利用することによって、希薄化に所望に対処することが可能になる。従来技術とは異り、希薄化が検出された場合にだけ濃厚化が行なわれる。可能な燃料の種類の蒸発特性の変動幅（帯域幅）を平均された濃厚化係数で補償する必要がないので、強度の希薄化のときかなり大きい濃厚化係数が可能になる。他の利点として、本発明の実施例との関連において、アイドル回転数の増大などの付加的な手段は、実際に暖間アイドリングの問題がある場合にだけ導入することができるという利点が得られる。この問題は比較的希にしか発生せず、本発明方法によって一義的に判別することができるので、特にアイドル回転数の増大という手段を従来より大胆に使用することができる。本発明の機能は、現在のエンジン制御システムにおいては特にハードウエアコストを必要としない。むしろ、制御装置の改変によってこれらの機能を問題なく導入することができる。
【００１４】
【実施例】
本発明を図面に示し、以下で詳細に説明する。
【００１５】
図１には吸気管２、噴射弁３、吸気温度Ｔａを検出するセンサ４、絞り弁５、アイドル用アクチュエータ６、内燃機関へ供給される空気量Ｑを検出する手段７、内燃機関の回転数ｎを検出するセンサ８、内燃機関の温度Ｔｍｏｔを検出するセンサ９、排ガスセンサ１１を有する排気管１０、排気ガス再循環弁１２、排気ガス再循環パイプ１３、点火装置１４の一部および制御装置１５を備えた内燃機関１が示されている。
【００１６】
図２には公知の制御装置１２が機能ブロックの形状で示されている。入力ブロック１６には、例えば図１に示すセンサの信号が供給される。出力ブロック１７は、例えば噴射弁、点火装置、排気ガス再循環装置、アイドル用アクチュエータおよび特に他の装置、例えばタンク通気装置などを駆動する駆動信号を出力する。両ブロック間にはメモリ１９に格納されたプログラムに従って動作するコンピュータユニット１８が設けられる。メモリ１９にはその他に、内燃機関の運転に使用されるデータ、例えば負荷と回転数など運転パラメータによってアドレスされる噴射時間あるいは制御パラメータのマップ値が格納される。
【００１７】
図示の構成は、本発明が使用される技術分野を示すものである。当業者には公知のこの構成の機能については、本発明に関係しあるいは変更される箇所についてだけ以下に説明する。
【００１８】
本発明の対象は、本発明の実施例を機能ブロックの形式で示す図３に示されている。ブロック１は、ここでは詳細には図示しない噴射弁やセンサ等の他の要素とともに内燃機関を示している。他のブロックには以下にリストアップする機能が設けられている。
【００１９】
ブロック２０： 暖間始動の識別
ブロック２１： ラムダ閉ループ制御用の操作量の形成
ブロック２２： 燃料計量信号の形成
ブロック２３： ラムダ閉ループ制御用の第１の組の制御パラメータの形成
ブロック２４： ラムダ閉ループ制御用の第２の組の制御パラメータの形成
スイッチング手段２５： 第１から第２の組の制御パラメータへの切替え
通常の運転時、すなわち暖間始動の条件がなくラムダ閉ループ制御の動作可能状態の場合には、閉ループ制御器（ブロック２１）が排ガス組成を特徴づける信号に基づいて操作量ＦＲを形成する。この操作量は、ブロック２２において好ましくは負荷Ｑと回転数ｎに基づいて形成される基本値ｔｐと乗算されて、燃料計量信号、本実施例においては噴射弁３の開放時間ｔｉに変換される。
【００２０】
操作量ＦＲの時間的な特性は、公知のように、例えばＰＩＤ制御器の比例、積分、微分動作量並びに制御作用の上限および下限値（制御範囲）等の制御パラメータの値によってほぼ定められる。
【００２１】
閉ループ制御に対しては通常、高速に応答できることおよび制御振動の発生が少ないことなど、相反する要請がなされるので、内燃機関の通常運転に対する制御パラメータの設定は、常にその妥協に基づいている。
【００２２】
本発明では、内燃機関の通常運転に関して定められたこのパラメータが、暖間始動時に変更される。
【００２３】
そのためにまず、内燃機関の始動後にブロック２０において、暖間始動を特徴づける条件が満たされているかどうかが調べられる。そのために図示の実施例においては、内燃機関の温度Ｔｍｏｔと吸気温度Ｔａがブロック２０へ供給され、所定のしきい値と比較され、それを超えたとき暖間始動と判別される。
【００２４】
その場合、吸気温度のしきい値を、内燃機関が停止されたときに測定された値に結び付けるのが好ましい。公知のように、吸気管の領域で測定された吸気温度の値は、熱い内燃機関を停止させた後にまず上昇する。内燃機関を次に再始動させた場合に例えば１２℃より大きい温度上昇が検出された場合には、これは暖間始動の判断基準となる。
【００２５】
暖間始動が識別された場合には、ブロック２０によって、ブロック２３あるいはブロック２４を制御器２１と接続するスイッチング手段２５の切替え位置の変更が行なわれる。さらにラムダ閉ループ制御の適応が設けられている場合にはそれが停止され、特に補充的に公知のように開ループ制御による混合気濃厚化が作動される。その場合、最後の２つの工程は見やすくするために図面には示されていない。
【００２６】
２つのブロック２３と２４のそれぞれ個々の機能は、スイッチング手段２５の対応する切替え位置において制御器２１で有効になる一組の制御パラメータを形成することである。制御パラメータの概念は、ここではＰＩＤ制御器のＰ、ＩおよびＤ動作量と上方および下方の制御作用の制限値を示す。
【００２７】
例えばブロック２３は内燃機関の通常運転に対する一組の制御パラメータを供給し、一方ブロック２４は暖間始動に適した特殊な一組の制御パラメータの値を供給する。
【００２８】
変更の方法と作用を図４の信号波形図を用いて説明する。
【００２９】
図４（ａ）には、対抗策を講じなかった場合に、暖間始動後に発生するラムダ値の代表的な特性が示されている。暖間始動に続いて時点ｔ０において、まず蒸発した燃料がフューエルレール内にある。この状況の元では目立った蒸発気泡の形成は発生せず、従って望ましくない混合気希薄化も発生しない。時点ｔ１においてタンクからの燃料が加熱されたフューエルレールに達すると、揮発し易い成分が蒸発気泡を形成し、それによって希薄化が起こり、図示の例ではラムダ＝１．５までの値に達する。
【００３０】
図４（ｂ）には、通常運転における同一の条件の元で、通常運転のために定められた制御パラメータを有するラムダ制御が動作できる状態において発生する制御係数ＦＲの代表的な応答が示されている。制御動作の変動幅（ここではＦＲ＝０．８からＦＲ＝１．２まで）も十分ではなく、また比例動作量Ｐの大きさと積分勾配Ｉ＝ｔａｎαによって定められる制御速度も蒸発気泡形成による激しい外乱に対処できない。図示の状況では制御器は蒸発気泡発生の直後に上限（ここでは例えばＦＲ＝１．２と仮定される）に達する。
【００３１】
すでに説明したように、可能な燃料の種類の蒸発特性の変動幅（帯域幅）によって、開ループ制御による濃厚化は、本実施例において外乱（１．５）と最大制御応答値（１．２）との差として発生するファクタ０．３だけの残る不整合を補償するには余り適していない。
【００３２】
本発明方法の作用が図４（ｃ）に示されている。時点ｔ０において暖間始動が識別された後に変更された制御パラメータが作用し始める。Ｉ＝ｔａｎαとＰの増大した値によって識別できる制御速度の増大によって、蒸発気泡形成によりもたらされた外乱に比較的迅速に応答することができる。増大された制御範囲によって、ラムダ＝１．５の値までになる量的に大きな長期的な偏差を補償する制御が可能になる。
【００３３】
図５には図３に示す実施例に比較してさらに２つの機能が拡張された本発明方法の実施例が示されている。
【００３４】
第１の拡張は、ラムダ閉ループ制御が動作可能状態になっていない場合の暖間始動の場合について考慮されている。その場合には動作可能状態に迅速に達するための手段が講じられる。
【００３５】
例えば、ラムダセンサが十分に高い信号電圧を供給するときに初めて始動後の閉ループ制御開始を許可することが知られている。ブロック２６と２７は比較スイッチであり、これらの比較スイッチはしきい値を越えた場合にだけ制御器２１にこの信号を伝達する。図示の内燃機関から制御器２１への接続はラムダセンサの信号の伝達路を表す。スイッチング手段２８’の図示の位置は、暖間始動条件のない通常運転に対応する。その場合には、ラムダセンサの信号は閉ループ制御が許可される前に、比較的大きな振幅に達する。その場合、これらの条件下では開ループ制御によってまず例えば内燃機関の回転特性あるいは排ガスの質において良好な結果が得られると考えられる。
【００３６】
本発明によれば、暖間始動の場合には信号振幅が比較的小さいときにすでに閉ループ制御が許可される。
【００３７】
そのために、暖間始動検出ブロック２０によって制御されるスイッチ２８’を介してラムダセンサの信号が、本実施例の第２の比較スイッチ２７へ供給され、低い対応したしきい値と比較される。通常運転においてはこの電圧信号は限られたときのみ閉ループ制御に適しているが、暖間始動時に例えば燃料の質により大きさと期間が顕著に変動する希薄化があった場合、開ループ制御に比較して良好な結果が得られる。
【００３８】
上述の方法は、他の動作可能状態識別方法にも使用することができる。その場合に重要なことは、それぞれ適用される動作可能状態の判断基準を緩和して、暖間始動時には閉ループ制御の開始時点を比較的早期に得られるようにすることである。
【００３９】
さらに動作可能状態の形成を加速するために、点火を遅角の方向へ調節したりあるいはアイドル回転数を増大させるなど、ラムダセンサを加熱させる他の手段を講じることができる。
【００４０】
ブロック２８と２９によって示す第２の拡張機能は、例えば内燃機関のアイドリングにおいて著しい希薄化が発生した場合に、内燃機関の運転を確実にするものである。
【００４１】
ブロック２８はしきい値判断ステップを示し、このステップにおいては操作量ＦＲが、１より大きい所定の希薄補正しきい値と比較される。蒸発気泡形成によって著しい希薄化が発生し、希薄補正値が上述のしきい値を越えた場合（ＦＲ＞１）には、機能ブロック２９が起動される。
【００４２】
ブロック２９は、内燃機関のトルクを増大させる手段を示している。これは、例えば、アイドル回転数の増大、点火角度の調節を介して行なうことができるが、また空調装置が設けられている場合にはその空調装置などの負荷を遮断することによって、あるいは排気ガス再循環、タンク通気などの外乱量を遮断することによって行なうこともできる。
【００４３】
図６（ａ）に示すフローチャートは本発明による方法を実施するためのステップを示すものであって、すでに図５に示す他の実施例の範囲で実施されるステップが挿入されている。
【００４４】
内燃機関の始動後まずステップＳ１において、暖間始動を特徴付ける条件が満たされているかどうかが調べられる。すでに説明したように、そのために例えば内燃機関の温度Ｔｍｏｔと吸気温度Ｔａが所定のしきい値と比較され、しきい値を超えた場合暖間始動と判断される。暖間始動が存在しない場合には、プログラムは通常運転、すなわち公知のエンジン制御プログラムへ分岐する。それに対して暖間始動が存在する場合には、ステップＳ２で、以下のプログラムの流れにおいて始動（ｔStart）から経過した時間を示す時間ｔＨが形成される。次にステップＳ３において、ラムダ信号を用いて閉ループ制御を開始させるしきい値が減少される。このステップは図５のブロック２６と２７で示される機能と関連する。
【００４５】
次のステップＳ４において、ラムダセンサが動作可能状態かどうかが調べられる。ラムダセンサが動作可能でない場合にはステップＳ５において例えばアイドル回転数を増大させたり、点火を遅くなる方向へ調節したり、あるいはその２つの手段を組み合せる等のセンサ加熱機能が施される。ラムダ制御が動作可能である場合には、ステップＳ６において、もしラムダ閉ループ制御の適応が行なわれている場合にはそれが遮断され、その後ステップＳ７において、図３および４との関連において説明した本発明の本質をなす制御パラメータの変更が行なわれる。この変更は、制御範囲、積分動作量、比例動作量、あるいは微分動作量のパラメータの少なくとも１つの増大により行なわれる。
【００４６】
ステップＳ８は、図５のブロック２８の機能に対応した希薄補正の検出に用いられる。Δλが所定のしきい値より大きい場合には、図５のブロック２９との関連で説明したように、ステップＳ９において内燃機関のトルクが調節される。
【００４７】
ステップＳ１０では、内燃機関の暖間始動から最大時間ｔＨ0が経過したかどうかが調べられ、経過していれば通常運転へ分岐する。その時間がまだ経過していない場合には、ステップＳ８とＳ９からなるループが繰り返し実行される。その場合、内燃機関のトルクを増大させる手段が導入されている場合には、ステップＳ８で希薄補正が上述のしきい値より低くなった場合に、その手段を取り消す。
【００４８】
図６（ｂ）には、内燃機関の暖間始動後短期間に発生した混合気希薄化を補償するためにステップＳ１１で開ループ制御による濃厚化が実施されることが示されている。この公知の方法は、図６（ａ）のマークＡとＢによって示されるように、本発明の範囲内で補足的に使用することができる。
【００４９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、暖間始動のときに発生する混合気の希薄化が、閉ループの制御パラメータを変更することにより補償されるとともに、操作量が大きくなったりラムダ値が大きくなるなど希薄化が大きくなるときには、さらに内燃機関のトルクが増大されて、混合気の希薄化が補償されるので、暖間始動時の混合気の希薄化が効果的に補償でき、また、内燃機関のトルク増大は、暖間始動の問題が発生して操作量あるいはラムダ値の基準値に対する偏差が所定のしきい値を超えるときだけに行われるので、不必要に回転数が上昇したり、排ガス特性が悪化するのを防止することができ、暖間始動時の混合気の希薄化を補償して内燃機関を最適に制御することができる、という優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関の運転に使用する種々のシステム要素と制御装置とを有する内燃機関の構成を示すブロック図である。
【図２】制御装置の原理的な機能を示すブロック図である。
【図３】本発明の機能を説明するブロック図である。
【図４】（ａ）から（ｃ）は本発明の作用を説明する信号波形図である。
【図５】他の実施例の機能を説明するブロック図である。
【図６】本発明方法を実施するためのステップを有するフローチャート図である。
【符号の説明】
１ 内燃機関
１５ 制御装置
１６ 入力ブロック
１７ 出力ブロック
１８ コンピュータユニット
１９ メモリ

Claims (8)

1. 燃料計量用の基本値が内燃機関の運転パラメータに従って形成され、この基本値にラムダセンサ（１１）の信号に基づいて操作量（ＦＲ）が重畳され、かつ内燃機関の運転開始時に暖間始動を特徴づける所定の条件が満たされているときに、暖間始動によってもたらされる混合気の希薄化を補償する手段が導入され、該手段により、少なくともラムダ閉ループ制御の特徴的なパラメータが変更される内燃機関の燃料計量方法において、
   ラムダ閉ループ制御対象の操作量（ＦＲ）が所定のしきい値と比較され、該しきい値を超える場合には、前記暖間始動によってもたらされる混合気の希薄化を補償するために、さらに内燃機関のトルクを増大させる少なくとも一つの手段が導入されることを特徴とする内燃機関の燃料計量方法。
2. 燃料計量用の基本値が内燃機関の運転パラメータに従って形成され、この基本値にラムダセンサ（１１）の信号に基づいて操作量（ＦＲ）が重畳され、かつ内燃機関の運転開始時に暖間始動を特徴づける所定の条件が満たされているときに、暖間始動によってもたらされる混合気の希薄化を補償する手段が導入され、該手段により、少なくともラムダ閉ループ制御の特徴的なパラメータが変更される内燃機関の燃料計量方法において、
   ラムダ値の基準値に対する偏差（Δλ）が所定のしきい値と比較され、該しきい値を超える場合には、前記暖間始動によってもたらされる混合気の希薄化を補償するために、さらに内燃機関のトルクを増大させる少なくとも一つの手段が導入されることを特徴とする内燃機関の燃料計量方法。
3. 前記内燃機関のトルクを増大させるために、
   アイドル回転数を増大させる、
   空調装置のような負荷が存在する場合にはそれを遮断する、
   排気ガス再循環が行われている場合にはそれを遮断する、
   各手段の少なくとも１つが導入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. 始動に関連して少なくとも内燃機関の温度（Ｔｍｏｔ）あるいは吸気温度（Ｔａ）が所定のしきい値を越えていることが検出されたときに、内燃機関の始動が暖間始動であるとみなされることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記ラムダ閉ループ制御の特徴的なパラメータの変更は、
   制御範囲、
   積分量、
   比例量、あるいは、
   微分量、
   の少なくとも１つを増大させることにより行われることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
6. 暖間始動後ラムダセンサが動作可能状態でないときには、ラムダ閉ループ制御を早期に開始させるための手段が講じられることを特徴とする請求項１から５までのいずれか１項に記載の方法。
7. アイドル回転数を増大させる、
   点火をより遅い点火時点へ調節する、
   各手段の少なくとも１つが導入されることを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. 補足的に、開ループ制御による混合気濃厚化が実施されることを特徴とする請求項１から７までのいずれか１項に記載の方法。

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