JP4700248B2 - 内燃機関の暖機運転のための方法、自動車の内燃機関の制御装置のための制御エレメント、自動車の内燃機関、並びに自動車の内燃機関のための制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
背景技術
本発明は、特に自動車の内燃機関の暖機運転のための方法であって、燃料を吸気管または燃焼室に噴射し、内燃機関の所定の運転温度以下では、噴射燃料量を増大するための暖機運転ファクタを算出する形式のものに関する。さらに本発明は、相応の内燃機関ならびにこのような形式の内燃機関のための相応の制御装置に関する。
【０００２】
このような形式の方法、このような形式の内燃機関、このような形式の制御装置は例えばいわゆる吸気管噴射装置に関したものが公知である。この場合、燃料は、吸気段階中に均質燃焼運転で内燃機関の吸気管に噴射され、次いで燃焼室に吸い込まれる。相応して、いわゆる直接噴射式の内燃機関では、燃料は吸気段階でまたは圧縮段階で直接に燃焼室に噴射され燃焼される。
【０００３】
暖機運転の際には、内燃機関が運転温度ではない場合に、増大された燃料量が吸気管もしくは燃焼室に噴射されなければならない。このことは公知のように、内燃機関の所定の運転温度以下で、噴射すべき燃料量に影響を与える暖機運転ファクタによって行われる。
【０００４】
暖機運転ファクタの公知のような算出法は、吸気管噴射に基づくものであり、フレキシブルには使用できない。特に暖機運転ファクタの公知の算出法は、直接噴射式内燃機関のためには条件付きで使用することしかできない。
【０００５】
発明の課題と効果
本発明の課題は、内燃機関の暖機運転特性を改良すると同時に、大きなフレキシブル性と特に簡単な適用とが得られるような、内燃機関の暖機運転のための方法を提供することである。
【０００６】
この課題を解決するために本発明の方法では、暖機運転ファクタを、基本ファクタと、負荷に依存したファクタとから算出するようにした。冒頭で述べた形式の内燃機関及び制御装置においても課題は、本発明により相応に解決される。
【０００７】
基本ファクタと、負荷に依存したファクタとを本発明により分割することにより、種々の運転モードの負荷に依存したファクタを、基本ファクタとは無関係に算出することができる。これにより直接噴射式の内燃機関において、本発明による暖機運転の算出を簡単に行うことができる。
【０００８】
本発明による分割により、基本ファクタと、負荷に依存したファクタとを互いに無関係に使用することもできる。これは、直接噴射式内燃機関の異なる運転モードにおける負荷に依存したファクタの算出にも相応に該当することである。
【０００９】
特に、本発明では、基本ファクタの算出を、内燃機関にかけられる負荷に依存して後から変更する必用がない。
【００１０】
本発明により得られるフレキシブル性により、本発明は簡単に吸気管噴射においても使用可能である。この場合もとりわけ、基本ファクタと、負荷に依存したファクタとの互いに無関係な適用が有利である。
【００１１】
本発明の有利な別の構成では、負荷に依存したファクタを、内燃機関の、積分された空気質量及び／又は積分された燃料質量及び／又はエンジン温度に依存して算出する、及び／又は、負荷に依存したファクタを、内燃機関の相対的な空気充填量及び／又は相対的な燃料質量及び／又は実際ラムダまたは目標ラムダ及び／又は実際モーメントまたは目標モーメントに依存して算出する。
【００１２】
この場合、負荷に依存したファクタをできるだけ迅速かつフレキシブルに内燃機関の負荷変更及び／又はその他の内燃機関の運転量の変更に反応させるのが重要である。これにより、低い運転温度でも内燃機関の主観的に良好な「走行性」という利点が得られる。
【００１３】
本発明の別の有利な方法では、基本ファクタを、エンジン温度に依存して算出する。これにより、基本ファクタを特に簡単に且つ十分に算出することができる。
【００１４】
本発明の有利な方法では、負荷に依存したファクタと基本ファクタとを加算法により互いに結合させる。これにより本発明により互いに無関係に算出されたファクタは再び暖機運転ファクタとなるようにまとめられる。
【００１５】
本発明の有利な方法では、負荷に依存したファクタまたは、負荷に依存したファクタと基本ファクタとの和に、内燃機関の回転数に依存して重みづけする。この回転数重みづけは、即ち、負荷に依存したファクタだけに、または、負荷に依存したファクタと基本ファクタとの和に作用する。これにより、内燃機関のタイプに依存して回転数重みづけに関した相応の適合が行われる。
【００１６】
本発明の方法を、特に自動車の内燃機関の制御装置のために設けられた制御エレメントの形式で実現するのが特に有利である。この場合、この制御エレメントには、演算装置、特にマイクロプロセッサで実行可能であって、本発明による方法の実行のために適しているプログラムが記憶されている。この場合、本発明は、制御エレメントに記憶されたプログラムにより実現されるので、方法を実行するのに適したプログラムが設けられたこの制御エレメントは、方法と同様に本発明を成す。制御エレメントとしては、例えばリード・オンリ・メモリまたはフラッシュメモリのような、特に電気的な記憶媒体が使用される。
【００１７】
本発明のさらなる特徴、使用可能性、利点は、以下の明細書の図面につき説明された本発明の実施例にも記載されている。この場合、記載された全ての特徴および図示された全ての特徴は、請求項またはその従属項における従属関係とは無関係に、かつ、明細書および図面における形式もしくは図示とは無関係に、それ自体でも、または任意に組み合わされた状態でも本発明の対象である。
【００１８】
発明の実施例
図１には自動車の内燃機関１が示されている。この内燃機関１ではピストン２がシリンダ３内で往復運動可能である。シリンダ３には燃焼室４が設けられており、この燃焼室はとりわけピストン２と吸気弁５と排気弁６とによって制限されている。吸気弁５には吸気管７が、排気弁６には排気管８が連結されている。
【００１９】
吸気弁５と排気弁６との領域には噴射弁９と点火プラグ１０とが燃焼室４内に突入している。噴射弁９を介して燃料を燃焼室４に噴射することができる。点火プラグ１０によって燃焼室４内の燃料を点火できる。
【００２０】
吸気管７には回転可能なスロットルバルブ１１が取り付けられている。このスロットルバルブ１１を介して吸気管７に空気が供給可能である。供給される空気の量は、スロットルバルブ１１の角度位置に応じたものである。排気管８には触媒１２が取り付けられている。この触媒は、燃料の燃焼により生じた排ガスの浄化のために働く。
【００２１】
排気管８からは排ガス戻し管１３が吸気管７へと戻し案内されている。排ガス戻し管１３には排ガス戻し弁１４が取り付けられている。この排ガス戻し弁１４によって、吸気管７へと戻される排ガスの量を調節することができる。排ガス戻し管１３と排ガス戻し弁１４とはいわゆる排ガス再循環装置を形成している。
【００２２】
燃料タンク１５からはタンクパージ導管１６が吸気管７へと通じている。タンクパージ導管１６にはタンクパージ弁１７が取り付けられている。このタンクパージ弁１７により、燃料タンク１５からの吸気管７に供給される燃料蒸気の量が調節可能である。タンクパージ導管１６とタンクパージ弁１７とは１つのいわゆるタンクパージ装置を形成している。
【００２３】
ピストン２は、燃焼室４内の燃料の燃焼により往復運動させられる。この往復運動はクランクシャフト（図示せず）に伝えられ、クランクシャフトにトルクを加える。
【００２４】
制御装置１８には、センサによって測定された内燃機関１の運転量を示す入力信号１９が付与される。例えば、制御装置１８は空気質量センサと、ラムダセンサ（空気過剰率センサ）と、回転数センサなどに接続されている。さらに制御装置１８は、信号を発するアクセルペダルセンサに接続されている。このアクセルペダルセンサは、運転者によって操作されるアクセルペダルの位置と、ひいては要求されたトルクを表す信号を発生させる。制御装置１８により出力信号２０が発せられ、この出力信号２０により、アクチュエータもしくは作動装置を介して内燃機関１の状態に影響が与えられる。例えば制御装置１８は噴射弁９と、点火プラグ１０と、スロットル弁１１などに接続されていて、これらの制御に必要な信号を発する。
【００２５】
とりわけ制御装置１８は、内燃機関１の運転量を、制御及び／又は調節するために設けられている。例えば、噴射弁９により燃焼室４内に噴射された燃料質量は、制御装置１８によって特に、僅かな燃料消費量及び／又は僅かな有害物質発生量が達成されるように制御及び／又は調節される。この目的で、制御装置１８にはマイクロプロセッサが設けられている。このマイクロプロセッサの記憶媒体、特にフラッシュメモリには、上記制御及び／又は調節を行うために適したプログラムが記憶されている。
【００２６】
図１の内燃機関１は、複数の運転モードで運転することができる。即ち内燃機関１を均質燃焼運転、層状燃焼運転、リーンバーンによる均質燃焼運転、ダブル噴射を行う運転モードなどで運転させることができる。
【００２７】
均質燃焼運転では燃料は吸気段階中に噴射弁９から直接に内燃機関１の燃焼室４に噴射される。燃料はこれにより点火までほぼ渦流を有しているので、燃焼室４内にはほぼ均質な燃料、空気混合物が生じる。生ぜしめるべきモーメントはこの場合ほぼ、制御装置１８によってスロットルバルブ１１の位置を介して調節される。均質燃焼運転では内燃機関１の運転量が、ラムダ（λ、空気過剰率）が１であるように制御及び／又は調節されている。均質運転は特に全負荷時に行われる。
【００２８】
リーンバーンによる均質燃焼運転は、ほぼ均質燃焼運転に相応するが、ラムダは１よりも大きい値であるように調節される。
【００２９】
層状燃焼運転では、燃料は圧縮段階中に噴射弁９から内燃機関１の燃焼室４に直接に噴射される。これにより点火プラグ１０による点火の際に、燃焼室４内に均一な混合気は存在せず、燃料層が生じる。スロットルバルブ１１は、例えば排ガス再循環装置及び／又はタンクパージ装置の要求を除いて、完全に開放され、内燃機関１はこれにより絞られずに運転される。生ぜしめたいモーメントは層状燃焼運転でほぼ燃料質量体にわたってほぼ調節される。内燃機関１は層状燃焼運転によって、特にアイドリング時および部分負荷時に運転される。
【００３０】
内燃機関１の上記複数の運転モードの間に、それぞれ切り換えを行うことができる。このような形式の切換は制御装置１８によって行われる。
【００３１】
内燃機関１の運転温度以下の所定の温度で内燃機関１が始動されると、内燃機関１は例えば外気温度が低い場合には、比較的長い停止状態後に始動され、これにより、燃焼室４に噴射される燃料量は増大される。このようにして、燃焼室４内では、点火可能な空気・燃料混合物が存在するだけでなく、燃料がエンジンオイルへと流入することにより及び／又は燃料から成る壁膜が燃焼室４に形成されることにより生じる燃料の損失も発生する。
【００３２】
各燃焼により、内燃機関１はが暖められると、これにより、燃料量の増加が徐々に減じられる。内燃機関１の運転温度に達すると、噴射される燃料量は少なくともこの限りではもはや増やされない。
【００３３】
内燃機関１のコールドスタートの際に噴射される燃料量の増大およびその徐々に行われる解除は、暖機運転ファクタｆＷＬに基づいて制御装置１８によって行われる。このような暖機運転ファクタｆＷＬは、いわゆるアフタースタートファクタにも乗算的に結合しており、これによりその後、燃焼室４に噴射される燃料量に影響を与えることができる。
【００３４】
図２には、暖機運転ファクタｆＷＬの算出法が示されている。暖機運転ファクタｆＷＬは、基本ファクタｆＧと負荷に依存したファクタｆＬＡとから算出される。即ち、主としてアイドリング運転にしか相当しないファクタ、即ち基本ファクタｆＧと、負荷下でしか生じないファクタ、即ち負荷に依存したファクタｆＬＡとは区別される。従って基本ファクタｆＧと負荷に依存したファクタｆＬＡとは、互いに無関係であって、別個に適用することができる。
【００３５】
基本ファクタｆＧはアイドリング運転特性マップ１０によって算出される。このアイドリング運転特性マップ１０にはエンジン始動温度ＴＭＳとエンジン温度ＴＭとが入力される。アイドリング運転特性マップ１０により基本ファクタｆＧは、アイドリング運転のためにもしくは負荷が小さい場合に所望のラムダ経過が生じるように調節されている。
【００３６】
エンジン始動温度ＴＭＳとは、内燃機関１が始動時に有している温度である。これにより、外気温が低い場合の再スタートのためと、暖かいが運転温度ではない内燃機関で再スタートするためとではスタートプログラムは異なる。エンジン温度ＴＭとは、各燃焼により上昇する実際のエンジン温度である。内燃機関１の始動時には、エンジン始動温度ＴＭＳとモータ温度ＴＭとは少なくとも短時間は同じである。
【００３７】
負荷に依存したファクタｆＬＡを算出するために、エンジン始動温度ＴＭＳが、相対的な空気充填ｒｌに特性マップ１１を介して論理結合される。燃焼室４における相対的な空気充填ｒｌにより、ファクタｆＬＡの負荷依存性が得られる。相対的な空気充填ｒｌの代わりに、相対的な燃料質量及び／又は実際ラムダまたは目標ラムダ及び／又は実際モーメントまたは目標モーメント又はこれに類似のものでもよい。
【００３８】
同様にエンジン始動温度ＴＭＳは積分された空気質量ｍｌｉに特性マップ１２を介して論理結合される。これにより、特性マップ１１により得られた値は、内燃機関１が加熱されるにつれ減じられる。積分された空気質量ｍｌｉは、燃焼室４内で変換されたエネルギのための基準となる。このエネルギは、これに付随した燃焼を介して内燃機関１の温度を上昇させる。積分された空気質量ｍｌｉの代わりに、積分された燃料質量及び／又は単にエンジン温度ＴＭでもよいことは自明である。
【００３９】
両特性マップ１１，１２の出力値は、互いに乗算により結合されており、これにより、負荷に依存したファクタｆＬＡが生じる。この負荷に依存したファクタｆＬＡは、加法的に基本ファクタｆＧに結合され、これにより暖機運転ファクタｆＷＬが得られる。
【００４０】
さらに内燃機関１における内燃機関の混合比の濃厚化による回転数重みづけｆｎは特性線１３によって算出される。特性線１３の代わりに、回転数依存性に加えて付加的に、温度または相対空気質量または相対燃料質量に依存した特性マップが設けられてもよい。
【００４１】
このような回転数重みづけｆｎは、一方では図２に実線で示したように、乗算結合を介して負荷に依存したファクタｆＬＡに直接に作用する。他方では選択的に図２の点線で示したように、回転数重みづけｆｎを、負荷に依存したファクタｆＬＡと基本ファクタｆＧとの和に初めて、乗算して作用させることができる。
【００４２】
図２の別の分岐では、ラムダに依存していて、乗算的または加算的に、前記の別の分岐の１つに結合されている特性線または特性マップを設けることもできる。
【００４３】
暖機運転ファクタｆＷＬは、直接噴射式の内燃機関１では、前記の形式で、内燃機関１の運転モードに応じて算出される。これは、図２の特性マップ１０，１１，１２もしくは特性線１３が、内燃機関１の各運転モードのために設けられている、即ち、特に層状燃焼運転と均質燃焼運転のために設けられていることを意味している。
【００４４】
暖機運転中に異なる運転モード間で内燃機関１が切り換えられると、暖機運転ファクタｆＷＬの算出に関する切り換えも行われる。エンジン温度ＴＭが内燃機関１の運転温度に近づくと、暖機運転ファクタｆＷＬは１に向かい、噴射すべき燃料質量への影響は０に向かう。
【００４５】
図２に基づき記載された暖機運転ファクタｆＷＬが、図１のものとは異なり、吸気管噴射を行う内燃機関で使用されるならば、図２の特性マップ１０，１１，１２もしくは特性線１３は一度だけのものであり、即ち均質燃焼運転のためのものである。運転モード間の切換は行われない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による内燃機関の実施例を示す概略的なブロック図である。
【図２】 図１の内燃機関の暖機運転のための本発明による方法を概略的に示すフローチャートである。

Claims (11)

1. 特に自動車の内燃機関（１）の暖機運転のための方法であって、燃料を燃焼室（４）に噴射し、内燃機関（１）の所定の運転温度以下では、噴射燃料量を増大するための暖機運転ファクタ（ｆＷＬ）を算出する形式のものにおいて、
   暖機運転ファクタ（ｆＷＬ）を、基本ファクタ（ｆＧ）と、負荷に依存したファクタ（ｆＬＡ）とから算出し、
   基本ファクタ（ｆＧ）を、エンジン始動温度（ＴＭＳ）とエンジン温度（ＴＭ）とから算出し、
   種々の運転モードのための負荷に依存したファクタ（ｆＬＡ）は、基本ファクタ（ｆＧ）とは無関係に算出し、
   負荷に依存したファクタ（ｆＬＡ）を、内燃機関（１）の、積分された空気質量（ｍｌｉ）及び積分された燃料質量に依存して算出することを特徴とする、自動車の内燃機関の暖機運転のための方法。
2. 負荷に依存したファクタ（ｆＬＡ）を、内燃機関（１）のエンジン温度（ＴＭ）に依存して算出する、請求項１記載の方法。
3. 負荷に依存したファクタ（ｆＬＡ）を、内燃機関（１）の相対空気充填量（ｒｌ）及び／又は相対燃料質量及び／又は実際ラムダまたは目標ラムダ及び／又はクランクシャフトに加えられるモーメントの実際値または目標値に依存して算出する、請求項１または２記載の方法。
4. 負荷に依存したファクタ（ｆＬＡ）を、乗算結合により算出する、請求項２または３記載の方法。
5. 基本ファクタ（ｆＧ）を、エンジン温度（ＴＭ）に依存して算出する、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
6. 負荷に依存したファクタ（ｆＬＡ）と基本ファクタ（ｆＧ）とを加算法により互いに結合させる、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
7. 負荷に依存したファクタ（ｆＬＡ）または、負荷に依存したファクタ（ｆＬＡ）と基本ファクタ（ｆＧ）との和に、内燃機関（１）の回転数（ｎ）に依存して重みづけする、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
8. 負荷に依存したファクタ（ｆＬＡ）及び／又は基本ファクタ（ｆＧ）及び／又は暖機運転ファクタ（ｆＷＬ）を、エンジン始動温度（ＴＭＳ）に依存して算出する、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
9. 特に自動車の内燃機関（１）の制御装置（１８）のための制御エレメント、特にリード・オンリ・メモリまたはフラッシュメモリであって、該制御エレメントには、演算装置、特にマクロプロセッサで実行可能な、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法を実行するためのプログラムが記憶されていることを特徴とする、特に自動車の内燃機関（１）の制御装置（１８）のための制御エレメント。
10. 特に自動車の内燃機関（１）であって、暖機運転の際に燃料が燃焼室（４）に噴射可能であって、内燃機関（１）の所定の運転温度以下では噴射される燃料量を増大させるための暖機運転ファクタ（ｆＷＬ）を算出する制御装置（１８）を有している形式のものにおいて、
    制御装置（１８）によって、暖機運転ファクタ（ｆＷＬ）を、基本ファクタ（ｆＧ）と、負荷に依存したファクタ（ｆＬＡ）とから算出することができ、
    基本ファクタ（ｆＧ）は、エンジン始動温度（ＴＭＳ）とエンジン温度（ＴＭ）とから算出することができ、
    種々の運転モードのための負荷に依存したファクタ（ｆＬＡ）は、基本ファクタ（ｆＧ）とは無関係に算出可能であり、
    負荷に依存したファクタ（ｆＬＡ）を、内燃機関（１）の、積分された空気質量（ｍｌｉ）及び積分された燃料質量に依存して算出することを特徴とする、特に自動車の内燃機関。
11. 特に自動車の内燃機関（１）のための制御装置（１８）であって、内燃機関（１）では暖機運転の際に燃料が燃焼室（４）に噴射可能であって、内燃機関（１）の所定の運転温度以下では噴射される燃料量を増大させるための暖機運転ファクタ（ｆＷＬ）を算出する制御装置（１８）が設けられている形式のものにおいて、
    制御装置（１８）によって、暖機運転ファクタ（ｆＷＬ）を、基本ファクタ（ｆＧ）と、負荷に依存したファクタ（ｆＬＡ）とから算出可能であって、
    基本ファクタ（ｆＧ）は、エンジン始動温度（ＴＭＳ）とエンジン温度（ＴＭ）とから算出可能であり、
    種々の運転モードのための負荷に依存したファクタ（ｆＬＡ）は、基本ファクタ（ｆＧ）とは無関係に算出可能であり、
    負荷に依存したファクタ（ｆＬＡ）を、内燃機関（１）の、積分された空気質量（ｍｌｉ）及び積分された燃料質量に依存して算出可能であることを特徴とする、特に自動車の内燃機関（１）のための制御装置（１８）。

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