JP5138049B2 - 複数の燃焼室を備えた内燃機関の始動方法、コンピュータ・プログラムおよび内燃機関 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関が始動装置を有し且つ始動／停止機能を用いて運転され、および始動装置が、内燃機関の運転における停止期間後に、内燃機関の再始動のために操作される、複数の燃焼室を備えた内燃機関の始動方法に関するものである。

従来技術から、いわゆる始動／停止機能を備えた内燃機関が既知である。このような内燃機関は、一般に、停止時に、燃料消費量の低減ないしは燃料の節約のために、噴射停止によって自動的に遮断される。内燃機関の再投入のために、例えば内燃機関のユーザにより新たな始動希望が発生され、これにより、再始動ないしは始動回転による新たな始動過程を実行するために、内燃機関に付属された始動装置例えばスタータ（起動装置）が操作される。

従来技術において、このような内燃機関においては、停止期間後の各再投入は搭載電源に負荷を与え、且つ特に再始動のために必要な、予供給ポンプおよび内燃機関のスタータの少なくともいずれかの操作において発生することがある、希望しない、主として不快に感じられる騒音を発生することが欠点である。

したがって、本発明の課題は、始動／停止機能を備えた内燃機関において、停止期間後に、始動装置の短縮された運転時間で再始動を可能にする方法および装置を提供することである。

この課題は、複数の燃焼室を備えた内燃機関の始動方法により解決される。内燃機関は始動装置を有し且つ始動／停止機能を用いて運転される。始動装置は、内燃機関の運転における停止期間後に、内燃機関の再始動のために操作される。内燃機関の再始動時に、複数の燃焼室のうちで最初に点火されるべき燃焼室が決定され、且つ最初に点火されるべき燃焼室の最初の点火直後に、内燃機関に対する回転速度データが測定される。回転速度データが測定される時間範囲は、データの位置においてのみならずデータの幅においてもまた微調節される。測定された回転速度データが所定のスタータ解放基準を満たしているとき、始動装置のスタータ解放が行われる。

したがって、本発明は、始動／停止機能を備えた内燃機関の再始動時に、始動装置による搭載電源の負荷を低減することを可能にする。
測定された回転速度データが所定のしきい値を超えた勾配を有する回転速度上昇を表わしているとき、および極大回転速度が決定されたとき、の少なくともいずれかのときに所定のスタータ解放基準が満たされているように設計されていることが好ましい。極大回転速度が第２の燃焼室内での圧縮が最大であるとき決定され、この場合、第２の燃焼室は最初に点火されるべき燃焼室の次に点火されるべきものである。

これは、再始動が順調に行われ、これによりスタータ解放が有意義であるかどうかを確実に判定することを可能にする。
最初に点火されるべき燃焼室が内燃機関の停止期間内に決定されることが好ましい。さらに、最初に点火されるべき燃焼室の点火角、充填量および噴射タイミングが、再始動の実行前に絶対角およびシリンダごとの点火角がわかっているように決定されることが好ましい。

これにより、再始動時に、回転速度データの測定が開始される適切な時点が決定可能である。
一実施形態により、回転速度データが、最初に点火されるべき燃焼室の最初の点火後の所定の時間区間内に測定される。この場合、回転速度データは、所定の時間区間内において、所定の時間間隔で測定されることが好ましい。所定の時間区間は、クランク軸の所定の角度の所定範囲と、測定される回転速度データの所定数と、または最初に点火されるべき燃焼室の点火後における極大回転速度の決定と、に基づいて決定された長さを有している。所定の時間区間が経過したときにはじめて、始動装置のスタータ解放が行われる。

これにより、測定された回転速度データが所定のスタータ解放基準を満たしているかどうかを確実に且つ高い信頼度で決定可能である。
冒頭記載の課題は、複数の燃焼室を備えた内燃機関の始動方法を実行するためのコンピュータ・プログラムによってもまた解決される。内燃機関は始動装置を有し且つ始動／停止機能を用いて運転される。始動装置は、内燃機関の運転における停止期間後に、内燃機関の再始動のために操作される。コンピュータ・プログラムは、内燃機関の再始動時に、複数の燃焼室のうちで最初に点火されるべき燃焼室を決定し、且つ最初に点火されるべき燃焼室の最初の点火後に、内燃機関に対する回転速度データを測定する。コンピュータ・プログラムは、測定された回転速度データが所定のスタータ解放基準を満たしているとき、始動装置のスタータ解放を行う。

冒頭記載の課題は、複数の燃焼室を備えた内燃機関によってもまた解決される。内燃機関は始動装置を有し且つ始動／停止機能を用いて運転される。始動装置は、内燃機関の運転における停止期間後に、内燃機関の再始動のために操作される。内燃機関の再始動時に、複数の燃焼室のうちで最初に点火されるべき燃焼室が決定可能であり、且つ最初に点火されるべき燃焼室の最初の点火後に、内燃機関に対する回転速度データが測定され、および測定された回転速度データが所定のスタータ解放基準を満たしているとき、始動装置のスタータ解放が行われる。

以下に本発明の一実施例が添付図面により詳細に説明される。

図１は、高圧ポンプを備えた内燃機関の燃料噴射装置の略図を示す。 図２は、再始動における図１の燃料噴射装置の制御方法の時間経過の略図を示す。

図１は、始動／停止機能を備えた内燃機関６０の燃料噴射装置１の略図を示す。燃料噴射装置１は燃料タンク２を含み、燃料タンク２から、予供給ポンプ３は、配管４を介して、カム３０により駆動される燃料高圧ポンプ１０に燃料を予供給圧力でポンピングする。高圧ポンプ１０の低圧側に電磁制御弁２０が設けられている。電磁制御弁２０により、高圧ポンプ１０の供給量が調節される。カム３０は、内燃機関６０により、例えば付属のカム／クランク軸３２により駆動され、且つこのカム／クランク軸３２の構成部品であってもよい。

一方、カム／クランク軸３２は始動装置５０と結合されている。始動装置５０は、カム／クランク軸３２に組み込まれた始動充電発電機（スタータ・ジェネレータ）またはベルトで駆動される始動充電発電機であることが好ましい。しかしながら、通常の起動装置ないしはスタータを使用することもまた考えられる。

高圧ポンプ１０は、入口側に配置された逆止弁を設けた供給室を有し、きわめて高い圧力まで燃料を圧縮し、および配管５を介して高圧貯蔵器４０内に燃料を供給することが好ましく、高圧貯蔵器４０内に燃料はきわめて高い圧力で貯蔵され、および高圧貯蔵器４０は「分配管」ないしは「レール」とも呼ばれる。高圧貯蔵器４０に複数の噴射弁ないしはインジェクタ４１が接続され、噴射弁ないしはインジェクタ４１は、それらに付属の、詳細には図示されていない内燃機関６０の燃焼室内に燃料を直接噴射する。内燃機関６０は、例えば４つの燃焼室６２、６４、６６、６８を有し、且つ例えば車両を駆動するように働く。

高圧貯蔵器４０内の実際燃料圧力は圧力センサ４３により測定される。その信号を圧力センサ４３は操作／制御装置４６に伝送し、操作／制御装置４６の入力側は、同様に、温度センサ４５と、および内燃機関６０に配置された回転速度センサ４４と、に結合されている。この代わりに、回転速度センサ４４は、カム／クランク軸３２に配置されていてもよい。操作／制御装置４６の出力側は、予供給ポンプ３および電磁制御弁２０と結合されている。

操作／制御装置４６は、いわゆる「エンジン停止」時に、即ち内燃機関６０の停止時に、特に燃料消費量の低減ないしは燃料の節約のために、内燃機関６０を自動的に遮断するための噴射停止を行う。本発明の一実施形態により、遮断に続く内燃機関６０の停止期間内に、再始動時に燃焼室６２、６４、６６、６８のうちで最初に点火されるべき燃焼室ｎが決定される。このとき、燃焼室ｎの点火角、充填量および噴射タイミングは、再始動の実行前に絶対角ＺＯＴｎ［°ＫＷ（クランク角）］およびシリンダごとの点火角がわかっているように決定されることが好ましい。内燃機関６０の再始動時に、次に、燃焼室ｎの最初の点火後に内燃機関６０に対する回転速度データが測定され且つ操作／制御装置４６により記憶媒体４７に記憶され、記憶媒体４７は操作／制御装置４６によって使用可能である。記憶された回転速度データに基づき、操作／制御装置４６は、以下に図２に関して詳細に説明されるように、これらの回転速度データが所定のスタータ解放基準を満たしているかどうかを決定する。所定のスタータ解放基準が満たされているとき、操作／制御装置４６は始動装置５０のスタータ解放を行う。

本発明の好ましい一実施形態により、対応する内燃機関６０の制御方法は、操作／制御装置４６により実行可能なコンピュータ・プログラムとして実行される。このコンピュータ・プログラムは、例えば電子記憶媒体４７上に記憶されている。したがって、本発明は、内燃機関６０の既存の部品を用いて簡単且つコスト的に有利に実行可能である。

図２は、始動／停止機能を用いて運転される図１の内燃機関６０の、停止期間の開始から再始動の実行までのエンジン回転速度ｎｍｏｔｓｔの時間経過２１０を１つの例により表わした線図２００を示す。線図２００は、本発明の一実施形態により、図１の内燃機関６０の再始動時のスタータ解放に対する最適時点の決定方法を表わす。

時間経過２１０からわかるように、内燃機関はまず回転速度２２２で運転され、その後、時点２２６において停止期間２２４への移行が行われ、停止期間２２４内においては、内燃機関のエンジン回転速度は０ｒｐｍの値を有している。停止期間内に、内燃機関の最初に点火されるべき燃焼室、即ち燃焼室６２、６４、６６、６８の１つが決定されることが好ましい。さらに、この燃焼室の点火角、充填量および噴射タイミングは、再始動を実行する前に絶対角ＺＯＴｎ［°ＫＷ］およびシリンダごとの点火角がわかっているように決定されることが好ましい。絶対角ＺＯＴｎ［°ＫＷ］およびシリンダごとの点火角に基づき、最初に点火されるべき燃焼室に対する点火時点、即ち停止期間後にこの燃焼室の最初の点火が行われる時点が決定される。この点火時点において、回転速度データの測定が開始される。

以下の説明に対して、この例においては、再始動時に最初に点火されるべき燃焼室は燃焼室６６であり、且つ以後の点火順序において、燃焼室６８が２番目に点火されるものと仮定される。さらに、燃焼室６６の最初の点火は停止期間２２４ののちの時点２３４において行われるものと仮定される。

時点２３２において、例えば内燃機関６０のユーザによる始動希望の発生に基づいて、内燃機関の再始動が開始される。このために、始動装置５０例えば始動充電発電機が時点２３２以降操作される。次に、この例においては、時点２３４において、上記のように、停止期間後の燃焼室６６の最初の点火が行われる。同時に時間区間２４０が開始され、時間区間２４０内において内燃機関６０に対する回転速度データが測定される。時間区間２４０は、例えば、クランク軸の角度の所定範囲と、測定される回転速度データの所定数と、または燃焼室６６の点火後における極大回転速度の決定と、に基づいて決定された長さを有している。

本発明の一実施形態により、回転速度データは時間区間２４０内において所定の時間間隔で測定されるが、連続測定もまた可能である。図２に示されているように、この例においては、それぞれ相互に例えば１０ｍｓの間隔をなす時点２３４、２４２、２４４、２４６、２４８および２５０において回転速度データの測定が行われる。

測定された回転速度データは操作／制御装置４６により記憶媒体４７に記憶され、記憶媒体４７は操作／制御装置４６により使用可能である。記憶された回転速度データに基づき、操作／制御装置４６は、これらの回転速度データが所定のスタータ解放基準を満たしているかどうかを決定する。

本発明の一実施形態により、測定された回転速度データが所定のしきい値を超えた勾配を有する回転速度上昇を表わしているとき、および極大回転速度が決定されたとき、の少なくともいずれかのときに所定のスタータ解放基準が満たされている。回転速度上昇の勾配は、操作／制御装置４６により、例えば回帰アルゴリズムを使用して決定される。極大回転速度は、最初に点火されるべき燃焼室の次に点火される第２の燃焼室内での圧縮が最大であるとき決定される。

上記のように燃焼室６６の次に燃焼室６８が点火されるこの例においては、燃焼室６８内の極大圧縮が時点２５０において決定されるものと仮定される。それに対応して、回転速度データの測定は時点２５０において終了される。

所定のスタータ解放基準が満たされているとき、操作／制御装置４６は始動装置５０のスタータ解放を行う。これは、時間区間２４０が経過したときにはじめて行われることが好ましい。この例においては、極大回転速度が時点２５０において決定され、且つ例えば、時間区間２４０内において決定された回転速度上昇が、所定のしきい値を超えた勾配を有していると仮定されるので、時点２５０の直後にスタータ解放が行われる。

１ 燃料噴射装置
２ 燃料タンク
３ 予供給ポンプ
４、５ 配管
１０ 高圧ポンプ
２０ 電磁制御弁
３０ カム
３２ カム／クランク軸
４０ 高圧貯蔵器
４１ 噴射弁（インジェクタ）
４３ 圧力センサ
４４ 回転速度センサ
４５ 温度センサ
４６ 操作／制御装置
４７ 記憶媒体
５０ 始動装置
６０ 内燃機関
６２、６４、６６、６８ 燃焼室
２００ 線図
２１０ 時間経過
２２２ 停止前の回転速度
２２４ 停止期間
２２６ 停止期間への移行時点
２３２ 再始動の開始時点
２３４ 最初の点火時点
２４０ 時間区間
２４２、２４４、２４６、２４８ 測定時点
２５０ 測定終了時点
ｎｍｏｔｓｔ エンジン回転速度
ｔ 時間

Claims (9)

1. 内燃機関（６０）が始動装置（５０）を有し且つ始動／停止機能を用いて運転され、
   前記始動装置（５０）が、内燃機関（６０）の運転における停止期間後に、内燃機関（６０）の再始動のために操作される、
   複数の燃焼室（６２、６４、６６、６８）を備えた内燃機関（６０）の始動方法において、
   内燃機関（６０）の再始動時に、前記複数の燃焼室（６２、６４、６６、６８）のうちで最初に点火されるべき燃焼室（６２、６４、６６、６８）が決定され、且つ最初に点火されるべき燃焼室（６２、６４、６６、６８）の最初の点火後に、内燃機関（６０）に対する回転速度データが測定され、測定された回転速度データが所定のスタータ解放基準を満たしているとき、前記始動装置（５０）のスタータ解放が行われること、及び
   前記測定された回転速度データが所定のしきい値を超える勾配を有する回転速度上昇を表わしており、且つ極大回転速度は最初に点火されるべき燃焼室（６２、６４、６６、６８）の次に点火されるべき第２の燃焼室（６２、６４、６６、６８）内での圧縮が最大であるときに決定されたとき、前記所定のスタータ解放基準が満たされていること
   を特徴とする複数の燃焼室を備えた内燃機関の始動方法。
2. 前記最初に点火されるべき燃焼室（６２、６４、６６、６８）が内燃機関（６０）の停止期間内に決定されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記最初に点火されるべき燃焼室（６２、６４、６６、６８）の点火角、充填量および噴射タイミングが、再始動の実行前に絶対角およびシリンダごとの点火角がわかるように決定されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 前記回転速度データが、最初に点火されるべき燃焼室（６２、６４、６６、６８）の最初の点火後の所定の時間区間内に測定されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の方法。
5. 前記回転速度データが、前記所定の時間区間内において、所定の時間間隔で測定されることを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 前記所定の時間区間が、クランク軸の角度の所定範囲と、測定される回転速度データの所定数と、または最初に点火されるべき燃焼室（６２、６４、６６、６８）の点火後における極大回転速度の決定と、に基づいて決定された長さを有することを特徴とする請求項４または５に記載の方法。
7. 前記所定の時間区間が経過したときにはじめて、始動装置（５０）の前記スタータ解放が行われることを特徴とする請求項４ないし６のいずれかに記載の方法。
8. 内燃機関（６０）が始動装置（５０）を有し且つ始動／停止機能を用いて運転され、
   前記始動装置（５０）が、内燃機関（６０）の運転における停止期間後に、内燃機関（６０）の再始動のために操作される、
   複数の燃焼室（６２、６４、６６、６８）を備えた内燃機関（６０）の始動方法を実行するためのコンピュータ・プログラムにおいて、
   前記コンピュータ・プログラムが、内燃機関（６０）の再始動時に、前記複数の燃焼室（６２、６４、６６、６８）のうちで最初に点火されるべき燃焼室（６２、６４、６６、６８）を決定し、且つ最初に点火されるべき燃焼室（６２、６４、６６、６８）の最初の点火後に、内燃機関（６０）に対する回転速度データを測定し、測定された回転速度データが所定のスタータ解放基準を満たしているとき、前記始動装置（５０）のスタータ解放を行うこと、及び
   前記測定された回転速度データが所定のしきい値を超える勾配を有する回転速度上昇を表わしており、且つ極大回転速度は最初に点火されるべき燃焼室（６２、６４、６６、６８）の次に点火されるべき第２の燃焼室（６２、６４、６６、６８）内での圧縮が最大であるときに決定されたとき、前記所定のスタータ解放基準が満たされていること
   を特徴とする複数の燃焼室を備えた内燃機関の始動方法を実行するためのコンピュータ・プログラム。
9. 内燃機関（６０）が始動装置（５０）を有し且つ始動／停止機能を用いて運転され、
   前記始動装置（５０）が、内燃機関（６０）の運転における停止期間後に、内燃機関（６０）の再始動のために操作される、
   複数の燃焼室（６２、６４、６６、６８）を備えた内燃機関（６０）において、
   内燃機関（６０）の再始動時に、前記複数の燃焼室（６２、６４、６６、６８）のうちで最初に点火されるべき燃焼室（６２、６４、６６、６８）が決定可能であり、且つ最初に点火されるべき燃焼室（６２、６４、６６、６８）の最初の点火後に、内燃機関（６０）に対する回転速度データが測定され、測定された回転速度データが所定のスタータ解放基準を満たしているとき、前記始動装置（５０）のスタータ解放が行われること、及び
   前記測定された回転速度データが所定のしきい値を超える勾配を有する回転速度上昇を表わしており、且つ極大回転速度は最初に点火されるべき燃焼室（６２、６４、６６、６８）の次に点火されるべき第２の燃焼室（６２、６４、６６、６８）内での圧縮が最大であるときに決定されたとき、前記所定のスタータ解放基準が満たされていること
   を特徴とする複数の燃焼室を備えた内燃機関。

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