JP3957752B2 - 内燃機関のための電子制御系 - Google Patents

Description

従来の技術
本発明は請求の範囲第１項の上位概念による、内燃機関のための電子制御系に関する。
電子制御式燃料噴射系ないし点火系を備えた多気筒内燃機関では、通常は所要の制御信号が制御装置内で形成される。それに対しては常に内燃機関の正確な機関位置、すなわちクランク軸やカム軸の正確な角度位置や、それに伴うシリンダの位置がわかっていなければならない。これらのパラメータは、適切なセンサ系を用いて検出される（例えば位相センサ付きか又は位相センサなしのインクリメントセンサ系や、クランク軸及び/又はカム軸上のセンサと上死点領域のマーキングを備えたセグメントセンサ系等）。
そのようなセンサ系は、例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第４３０４１６３号公報から公知である。この装置では内燃機関における燃料噴射制御のために内燃機関のスタート後にできるだけ早く正確な燃料噴射パルスが形成される。それにより迅速な回転数上昇が可能となる。
この公知のシステムでは、クランク軸ないしカム軸の位置が規則的な動作期間中にだけ評価されるのではなく、アフターランニング期間中も評価される。つまり燃料噴射も点火ももはや行われないがクランク軸ないしカム軸が惰性でまだ回転している間も評価される。再スタートの際にシリンダの選定と同時に正確な燃料噴射を開始できるようにするために、制御装置ではエンジンが停止状態に達した際のクランク軸ないしカム軸の位置が記憶される。再スタートの時には、この位置が適時に受け入れられ、それによって制御装置に直ちに所要の情報が提供される。
発明の利点
請求の範囲第１項の特徴部分に記載された本発明による内燃機関のための電子制御系によって得られる利点は、公知の装置に比べてスタート期間のさらなる短縮が可能となることである。この利点は、内燃機関の制御装置において、全ての軸が停止状態に至る時点まで内燃機関の機関位置が、すなわちクランク軸及び/又はカム軸の角度位置並びにシリンダ位置が、求められることによって得られる。この停止状態に入る直前では、すなわち内燃機関の回転数が所定の値（これは最小回転数としても表される）を下回る時点では、少なくとも一回の付加的燃料噴射がトリガされる。この燃料噴射は、内燃機関の停止状態直前でまだ開いている吸気バルブにおいて行われる。内燃機関の再スタートの後、ないしは制御装置が新たなスタートの希望を識別した時点で、直前に燃料噴射の実施されていたシリンダで点火が引き起こされる。そのようなシリンダへの燃料噴射は、新たなスタートの際にはもはや不可能である。なぜなら対応する吸気バルブが既に閉じているからである。そのため内燃機関の最終的な停止状態前の燃料噴射によってしかこのシリンダへ燃料を供給することはできない。
本発明のさらなる利点は、投入接続直後に一義的な信号を供給する絶対角度発信器系を有しているものにも、再始動直後に機関停止位置が得られるアフターランニング識別が実施されるものにおいても使用可能なことである。
特に有利には、本発明による内燃機関のための電子制御系は、自動スタート/ストップシステムと関連して使用可能である。そのような例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第３２０９７９４号公報に記載されているシステムでは、内燃機関が燃料節約のために所定の条件のもとで自動的に遮断され再始動される。このような短期間の遮断期間中も制御装置は遮断されず、さらに、遮断された状態であっても内燃機関の軸の１つが回転しているか否かが識別される。
自動スタート/ストップ装置の場合、通常は内燃機関のストップとスタートの間ではイグニッションロック（ＫＬ１５）は遮断されない。再始動は、スタータ操作なしで行うことが可能であるが、それ以外に迅速な回転数上昇を得るために、スタータを操作し本発明による燃料噴射を付加して、スタータを支援することも可能である。
本発明の別の有利な実施例は従属請求項に記載される。
図面
次に本発明を図面に基づき以下の明細書で詳細に説明する。
図１は、内燃機関における本発明の主要構成部の概略図である。
図２は、遮断フェーズないしスタートフェーズにおいて実施される燃料噴射ないし点火の例を示した図である。
実施例
図１にはドイツ連邦共和国特許出願公開第４３０４１６３号公報からも公知の、内燃機関における本発明の説明に必要な構成部の例を示した図である。この場合符号１０でセンサディスクが示されている。このセンサディスク１０は内燃機関のクランク軸１１と剛性結合されており、その周面には多数の同種の角度マーク１２が設けられている。このような同種の角度マーク１２の他にも１つの基準マーク１３が設けられている。この基準マーク１３は、例えば角度マーク１２を２つ欠落させることによって実現されていてもよい。
第２のセンサディスク１４は、内燃機関のカム軸１５と結合され、その周面に１つのセグメント１６か又は場合によって異なる長さのさらなるセグメント１６ａ，ｂ，ｃを有している。これらのセグメントと共にクランク軸ディスク上の基準マークの位相位置が確定される。クランク軸とカム軸の間に形成される符号１７で示された接続により、カム軸がクランク軸の半分の回転数で回転され同期化される。クランク軸ないしカム軸の角度位置の情報から公知のように内燃機関の位置、例えばシリンダ位置の導出や、吸気バルブの開閉状態の特定が行われる。
２つのセンサディスク１０，１４は、ピックアップ１８，１９によって走査検出される。角度マーク１２がこれらのピックアップを通過する際に生じる信号は、例えば矩形信号に処理され、制御装置２０において評価される。この矩形信号の個々の信号エッジの時間シーケンスからは、回転数も、クランク軸ないしカム軸の角度位置に関する情報も得られる。
制御装置２０は、種々の入力側を介して内燃機関の開ループないし閉ループ制御に必要なさらなる入力パラメータを受け取る。これらの入力パラメータは相応のセンサ２１，２２，２３によって測定される。
さらに入力側２４を介して、“イグニッションオン”信号が供給される。この信号は、イグニッションスイッチ２５の投入接続の際にイグニッションロックの端子ＫＬ１５から供給される。この端子ＫＬ１５を介して、後置接続されている内燃機関のスタータも操作可能である。
制御装置２０（これは詳細には示されていないが計算ないし記憶手段や符号３０の付された固定メモリを含んでいる）の出力側からは、詳細には示されていない内燃機関の相応の構成要素に対する点火と燃料噴射のための信号が得られる。これらの信号は、制御装置２０の出力側２６と２７を介して送出される。
制御装置２０への電圧供給は、通常の方法でバッテリ２８によって行われる。このバッテリ２８はスイッチ２９を介して内燃機関の作動期間中並びにエンジン遮断後のアフターランニングフェーズ期間中に制御装置２０と接続される。
図１に示されている電子制御系の実施例では、以下に記載する手法のシーケンシャルな実行が可能である。特に有利には自動スタート/ストップ装置と共働して使用される。この自動スタート/ストップ装置は、所定の条件下で内燃機関を自動的に遮断し、さらに別の条件下で再投入する。
そのような自動スタート/ストップ装置の場合には、内燃機関が所定の周辺条件、例えば速度がゼロである、フットブレーキが踏み込まれる、アイドリング状態が識別される、等の条件下で遮断される。これらの条件は制御装置２０によって識別される。この場合識別に必要なパラメータは、センサを用いて測定されるか又は制御装置において目下の情報から算出される。
再投入接続に対する周辺条件として例えば加速の要求つまりアクセルペダルの操作後に内燃機関が再スタートされる。自動スタート/ストップ装置における内燃機関のストップとスタートの間では、イグニッションロックＫＬ１５が通常は遮断されないので、スタートは非常に迅速に行うことができる。
次に電子制御装置によって実施される手法を以下に説明する。
制御装置２０によって内燃機関の遮断要求が識別された場合には、相応の制御パルスが形成される。この制御パルスは、燃料噴射及び/又は点火の遮断に作用する。これにより燃焼が行われなくなり、内燃機関が遮断される。しかしながら内燃機関の惰性のために所定の期間は回転が続くため、この期間中はアフターランニング識別が行われる。それに対して制御装置ではさらにクランク軸及び/又はカム軸の角度位置並びにシリンダ位置が求められる。また回転数の測定も実施される。このアフターランニング識別では、最終的に内燃機関ないしエンジンの遮断位置に関する情報が供給される。
内燃機関の後の再スタートの際に特に迅速な回転数上昇を可能にするために、それまでに求められ記憶された遮断位置に関する情報が再スタート時の点火ないし燃料噴射のための制御信号算出の際に考慮される。しかしながらアフターランニングフェーズにおいては内燃機関の最終的な停止状態直前に一回又は複数回の燃料噴射が付加的に実行される。この燃料噴射は、エンジンの停止後では吸気バルブが十分に遮閉され可燃性燃料混合気の吸気過程が省かれるシリンダにおいて行われる。このようなエンジン停止の際の付加的燃料噴射によって、次のスタート過程のための可燃性混合気が得られる。この場合は最終的な停止状態の後で、点火された後にまだトルク寄与のできる位置にあるシリンダのみが操作される。これは圧縮上死点後のエンジン位置であってもよい。
どのシリンダがエンジンの停止状態後に適切な領域にあるかを識別するために、例えば内燃機関のクランク軸ないしカム軸の回転数がアフターランニングフェーズ期間中に分析されてもよい。例えばアフターランニングフェーズ中に所定のエンジン回転数を下回った場合には、既知の回転数グラジエント、すなわち回転数変化に基づいて、どの位置にて内燃機関が停止するかが推定できる。この情報に基づけば停止状態直前でもまだ１つ又は２つの吸気バルブへの燃料噴射が可能である。すなわちスタート時では既に閉じているためにもはや燃料噴射を達成できない噴射弁への燃料噴射が可能である。以下で図２に基づいて詳細に説明する実施例の場合にはこれは吸気バルブ３である。
内燃機関のスタート後に、吸気バルブ３に対応するシリンダでは、点火がトリガされる。これは例えば絶対角度センサに基づいて可能となる。このセンサは点火出力のための誘起信号を供給したり、点火出力のためにも用いられるアフターランニング識別の支援に用いられる。停止状態前にまだ燃料噴射されていたシリンダへの点火は、再投入接続直後ないしスタート直後のトルク寄与に作用する。
スタート後の迅速な回転数上昇を得るための前提条件として、回転数センサ（クランク軸センサ）及び/又は位相センサ（カム軸センサ）のセンサ信号の監視が実施されなければならない。そのような監視に基づけば誤った燃料噴射や特に誤った点火が避けられる。
回転方向の識別が行われていないシステムでは、回転数信号がエンジン停止フェーズにおいて戻り角としてスタート位置へ算入される。エンジン停止フェーズにおいてエンジンの許容できない回転が、例えば圧縮点を越えて識別された場合には、後続のスタートアルゴリズムが禁止される。回転方向識別が行われる場合には、エンジン停止位置の際の回転角度がスタート位置に算入される。
制御装置２０によって“エンジンスタート”の要求が識別された場合には、圧縮上死点（ＺＯＴ）にある１つ又は複数のシリンダに点火信号が送出される。この点火は、停止状態前の最後の燃料噴射によって供給された可燃性燃料空気混合気を燃焼させる。それによりエンジンが直ちに回転を開始する。次のシリンダが圧縮上死点ＺＯＴに達した後ではこのシリンダにも点火がトリガされる。その際には内燃機関の位置がさらに既知のスタート位置と回転数センサの信号を用いてスタート中に確定される。内燃機関のスタータによる回転運動の付加的な支援も可能である。
制御装置２０により識別された“エンジンスタート”要求と共に、ドイツ連邦共和国特許出願公開第４３０４１６３号公報からも公知の内燃機関の燃料噴射制御装置のように燃料噴射が開始される。この場合この公報ではゼロ噴射ないし第１噴射と称される燃料噴射が行われてもよい。同期化の後、すなわち制御装置によって基準マークが識別された後では、公知の点火及び燃料噴射制御の１つ（例えばシーケンシャル燃料噴射ＳＥＦＩ）へ移行される。
前述の電子制御系は、適切なセンサシステム（例えば位相センサ付き又はなしのインクリメントセンサシステムやクランク軸及び/又はカム軸上にセンサと点火上死点領域にマークを備えたセグメントセンサシステム等）を有している全ての内燃機関に適用可能である。
特に、遮断とそれに続く再スタートが適宜行われる自動スタート/ストップ装置を備えた自動車の場合には本発明による電子制御系は最適に使用可能である。そのような自動スタート/ストップ系ではいずれにせよ制御装置によってエンジン停止とスタートの間で回転数信号が評価される。なぜならこの場合制御装置が遮断されることがないからである。
図２には４気筒エンジンに対する実施例に基づいてエンジン停止フェーズ、内燃機関のエンジン停止位置、及びスタートフェーズにおける燃料噴射と点火の関係がプロットされている。この場合エンジン停止フェーズは符号Ａｂで示され、スタートフェーズは符号Ｓｔで示され、エンジン停止位置は符号ＭＡで示されている。図中四角で囲まれた領域では各シリンダに対応する吸気バルブＥ１〜Ｅ４が開かれている。吸気バルブＥ２とＥ３ではエンジン停止の際に燃料噴射が行われる。これは符号Ａ１ＡないしＡ２Ａで示されている。吸気バルブＥ４への燃料噴射はまだ内燃機関の回転開始前に実施される。この噴射はゼロ噴射として符号Ｎで示される。エンジンの回転開始後は通常の燃料噴射が行われる。これらは符号ＥＥＥで示されている。これらの燃料噴射は場合によっては同期前に行われてもよい。
符号Ｚ０〜ＺＸは個々のシリンダにおける点火を表している。この場合符号Ｚ０はエンジン停止の際に噴射された燃料の点火（上死点後の点火）を表している。符号Ｚ１は、エンジン停止の際に噴射された燃料の点火（正規点火）を表している。符号Ｚ２〜Ｚ４はスタートの際に燃料が供給される残りのシリンダの点火を表している。シリンダ位置に関しては以下のことが当てはまる。
燃料噴射Ａ１Ａの場合にはシリンダはスタート時点でまだ上死点（ＺＯＴ）前にあり、それ故まだ１つの“正規”点火が可能である。燃料噴射Ａ２Ａの場合には、シリンダはスタート時点で上死点後にある。

Claims (8)

1. 内燃機関のための電子制御系であって、計算装置を有しており、該計算装置では、燃料噴射及び/又は点火のための制御信号形成のために、クランク軸及び／又はカム軸の角度位置と、それに伴うシリンダ位置ないし機関位置並びに回転数が、複数のセンサから供給される信号から求められて評価され、前記計算装置は、所定の条件下で内燃機関を自動的に遮断してこの遮断フェーズにおいて燃料噴射及び/又は点火を中断する手段を含んでおり、遮断位置が識別されるまでは回転数が低下する遮断フェーズ期間中も内燃機関の位置が継続して求められる形式のものにおいて、
   最小回転数を下回った場合に、次のスタート時では既に閉じてしまう吸気バルブのためにもはや燃料の供給ができなくなると推定されるシリンダか、若しくは既に燃焼行程にあるか又はこれに達しようとしているシリンダの少なくとも１つへ、少なくとも一回の燃料噴射が行われることを特徴とする内燃機関のための電子制御系。
2. 遮断フェーズにおいて、次のスタート時では既に上死点後の位置にあるがまだトルク供給には関与可能なシリンダに対応する吸気バルブへの燃料噴射が行われる、請求項１記載の電子制御系。
3. 前記計算装置は内燃機関の制御装置であり、該制御装置は、停止状態に入る前に機関の推定停止位置を求めることができる、請求項１又は２記載の電子制御系。
4. 常時回転数グラジエントが求められ、該回転数グラジエントに依存して最小回転数が決定される、請求項１〜３いずれか１項記載の電子制御系。
5. 内燃機関に対するスタート要求が制御装置によって識別されると同時に、遮断前にまだ燃料噴射が行われていたシリンダへの点火が行われる、請求項１〜３いずれか１項記載の電子制御系。
6. 回転開始の後で、まだ同期がなされる前にさらなる燃料噴射及び／又は点火が行われ、当該同期前にさらなる燃料噴射及び／又は点火が行われるシリンダが制御装置によって内燃機関の記憶された停止位置の考慮下で求められる、請求項１〜５いずれか１項記載の電子制御系。
7. クランク軸及び／又はカム軸の角度位置識別のためのセンサが絶対センサであるか又は機関停止位置に関する角度位置が記憶されるアフターランニング識別が実施されるセンサである、請求項１〜６いずれか１項記載の電子制御系。
8. 自動スタート/ストップ装置と共働して用いられる、請求項１〜７いずれか１項記載の電子制御系。

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