JP5180539B2 - 内燃機関の始動方法およびその制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、停止過程後において電動機が作動され且つ内燃機関が電動機により始動回転速度にもたらされる、内燃機関の始動方法に関するものである。
本発明は、さらに、内燃機関に、停止過程後において作動可能な電動機が付属され、この電動機により内燃機関が始動回転速度にもたらされ得る、内燃機関および内燃機関を操作／制御するための制御装置に関するものである。

本発明は、さらに、計算装置、特に内燃機関を操作／制御するための制御装置で実行可能なコンピュータ・プログラムに関するものである。

起動装置と呼ばれる電動機により内燃機関を始動させることが既知である。この場合、内燃機関は電動機により始動回転速度にもたらされる。内燃機関の確実な始動のために電動機から供給されるべき出力は、電動機の構造、利用可能な車両バッテリの出力能力および特に始動回転速度の関数である。始動過程のために必要な電気エネルギーをできるだけ小さく保持するために、またほとんど車両バッテリおよび電動機の出力能力によって決定される始動装置の重量をできるだけ小さく保持するために、始動回転速度はアイドル回転速度より低く選択されることは明らかであり、アイドル回転速度以上においては、操作／選択される内燃機関の自動運転は確実に可能であり、またその他のトルク要求を変換するためのベースとして適切なトルクが発生される。

したがって、始動回転速度は、通常、内燃機関の確実な始動が可能なように、即ち内燃機関の運転がそれ自身の燃焼出力で可能なように選択されている。始動回転速度は、オットー・サイクル・エンジンにおいては、しばしば１００ｒｐｍの大きさであり、ディーゼル・エンジンにおいては２００ｒｐｍの大きさであり、これに対してアイドル回転速度は、例えば６００−８００ｒｐｍの間の値をとる。

内燃機関の確実な運転のために、多数の入力変数が測定され、制御装置により評価され、また特に混合物形成および点火の機能を含む内燃機関の操作／制御において考慮される。始動過程の間においては、内燃機関は、始動過程において特に高い回転速度動特性並びに測定が不正確な運転条件に基づき、アイドル回転速度に到達するまで通常予制御されて運転される。この場合、例えば絞り弁の位置、燃料量および点火時期が特性曲線群を介して設定される。トルク要求の測定および評価を考慮するトルク構成は始動過程内においては作動していない。したがって、内燃機関のトルクは、始動過程の終了後においてはじめてドライバの希望の関数として設定可能である。

内燃機関の運転の間に、内燃機関の燃焼室内に所定の燃料量、いわゆる壁膜が堆積する。内燃機関に吸気管が付属され且つ燃料配量が吸気管噴射により行われる場合、同様に吸気管の内壁に壁膜が堆積する。この壁膜は、供給された空気／燃料混合物からはじめに燃料を抜き取り、次にこの燃料を再び放出する燃料貯蔵装置のように働く。

内燃機関の停止過程の間において壁膜は蒸発する。したがって、始動過程内の最初の作業サイクルの間における空気／燃料混合物のリーン化を回避し且つ確実な燃焼を保証するために、空気／燃料混合物内の燃料割合がはじめに少なくとも短期間上昇される。これは混合物のリッチ化と呼ばれる。これにより、吸気管または燃焼室の壁に燃料が堆積可能であり、しかもそれによって燃焼が可能な空気／燃料混合物内の燃料割合が継続して提供可能であることが達成される。

上記の理由から、始動過程の間においては、混合物のリッチ化もまた予制御される。しかしながら、この予制御は、空気／燃料混合物がしばしば最適ではないことがあり、このことが一方で始動過程を長引かせ、他方で燃料消費量を上昇させるという欠点を有している。したがって、特に始動過程内においては、たいていの場合、排気ガスが最適化された燃焼が可能ではないので、排気ガスがきわめて高い有害物質を含むことになる。

燃焼過程の開始以降において既に、確実且つできるだけ排気ガスが最適な燃焼を可能にする方法を提供することが本発明の課題である。

この課題は、冒頭記載のタイプの方法により、内燃機関が電動機により牽引過程内において目的回転速度にもたらされ、この場合、目的回転速度が始動回転速度の上方に存在することによって解決される。

この場合、この目的回転速度は例えばアイドル回転速度にほぼ対応している。内燃機関が電動機により始動された場合、従来技術から既知の始動回転速度に到達したとき、最初はまだ噴射ないしは燃焼が行われない。むしろ、始動回転速度を超えたのちにはじめて混合物のリッチ化が決定され、この場合、特に壁膜の実際状態が考慮される。目的回転速度に到達したのちにはじめて、燃焼過程内において燃料配量および燃焼が行われる。この場合、燃料配量は特に始動回転速度を超えたのちに決定された混合物のリッチ化を考慮して行われる。

前記課題は、さらに、冒頭記載のタイプの制御装置並びに内燃機関により、制御装置または内燃機関が本発明による方法を実行するために形成されていることによって解決される。

前記課題は、冒頭記載のタイプのコンピュータ・プログラムにより、コンピュータ・プログラムが計算装置上で実行されるとき、コンピュータ・プログラムが本発明による方法を実行するためにプログラミングされていることによってもまた解決される。したがって、このコンピュータ・プログラムは、コンピュータ・プログラムが方法を実行するためにプログラミングされているその方法と同様に本発明を示している。

したがって、本発明の方法により、始動時に、内燃機関は、従来よりも明らかにより高い回転速度、即ち目的回転速度にもたらされ且つこの明らかにより高い目的回転速度に到達したときにはじめて燃焼が開始される。電動機の対応の設計において、目的回転速度は特に急速に達成可能であるので、全体としてより急速な始動が実行可能である。さらに、固定の目的回転速度は、運転条件を測定し且つ評価できることを可能にするので、混合物のリッチ化の改善された決定が可能である。

混合物のリッチ化が、測定された停止過程の期間の関数として決定されることが好ましい。内燃機関の停止過程の間において壁膜は蒸発するので、停止過程の期間がわかっているとき、おそらくなお存在するであろう壁膜が決定され且つこの壁膜が混合物のリッチ化において考慮可能である。

この代わりにまたはこれを補足して、混合物のリッチ化の決定において、さらに、牽引過程の期間、目的回転速度および／または測定された温度が考慮されてもよい。これらの運転パラメータは壁膜の分解に影響を及ぼすので、壁膜効果の補償のために必要な混合物のリッチ化の特に正確な決定を可能にする。

牽引過程の間において、例えば、燃料の噴射が行われることなく吸気管および燃焼室を介して空気が供給される。したがって、壁膜は、牽引過程の期間の関数として分解される。目的回転速度を考慮して、牽引過程の間に吸気管および燃焼室内を流動し、これにより壁膜の分解を加速する空気量が決定可能である。したがって、壁膜の分解がさらにより正確に決定可能である。

より高い温度は燃料のより高い蒸発を発生させるので、壁膜の分解は内燃機関の温度の関数でもある。これは内燃機関の実際温度の測定により考慮可能である。この場合、例えばエンジン・オイルまたは冷却水の温度が基礎とされてもよい。

特に簡単に形成可能な本発明による方法の実施形態により、混合物のリッチ化は最大可能値として決定される。即ち、燃焼過程は、はじめに最大可能な混合物のリッチ化により開始される。これは、壁膜が特に急速に形成されることを保証する。

混合物のリッチ化の決定において、実際トルク要求が考慮されることが好ましい。燃焼過程は目的回転速度に到達したときにはじめて開始され且つこの時点において運転条件が測定可能であるので、特に、実際トルク要求は、例えば加速ペダル値伝送器から提供される信号の評価によって測定されてもよい。高いトルク要求が存在する場合、さらにより高い混合物のリッチ化が決定可能であり、この混合物のリッチ化は、一方で壁膜の急速な形成のために提供され、他方で高いトルク要求の変換のために必要な空気／燃料混合物内の高い燃料割合を提供する。

本発明による方法の好ましい実施形態により、混合物のリッチ化は燃焼過程内において段階的にまたは連続的に取り消される。この場合、壁膜の形成に影響を与える運転パラメータが測定され且つ考慮されることが好ましい。これらの運転パラメータは、特に、混合物のリッチ化の実際値、目的回転速度、測定された実際回転速度、燃焼過程の期間、実際トルク要求および／または内燃機関の実際温度である。これにより、一方で混合物のリッチ化が壁膜のできるだけ急速な形成を可能にし、他方で既に形成された壁膜の厚さの関数として早めに燃料のリッチ化が取り消されることが保証されるので、さらなる壁膜形成に対しても燃焼に対しても必要とされない不必要な燃料が配量されることはない。

本発明による方法の他の有利な実施形態により、目的回転速度が固定設定されず、実際搭載電圧、実際トルク要求、測定された内燃機関の温度および／または測定された停止過程の期間の関数として決定される。これは、種々の運転パラメータを考慮して、内燃機関のさらに改善された始動特性を可能にする。例えば実際搭載電圧がきわめて低い場合、所定の目的回転速度へ到達するために、車両バッテリから必要な出力が提供可能ではないことがあり得る。それにもかかわらず内燃機関の確実な始動を可能にするために、このとき、車両バッテリの利用可能な出力で目的回転速度が達成可能なように、目的回転速度が低下されてもよい。特に、このとき、目的回転速度に到達するまで内燃機関が電動機のみにより加速される通常の方法による始動を実行するように設計されていてもよい。

目的回転速度はアイドル回転速度の上方に選択されることが好ましい。これは、内燃機関がいわゆる惰性運転において運転可能であるときに特に有利である。この場合、このとき、内燃機関の始動のために、特に燃料配量および混合物のリッチ化のために、惰性運転の終了後における回復の形成のために制御装置内において既に使用されてきた個々の方法部分が係合されてもよい。特に、本発明による方法は、内燃機関および電動機がハイブリッド駆動装置内において協働するように設計されているとき、特に有利に使用可能であり、その理由は、ハイブリッド駆動装置においては、一方で惰性過程後における回復のための方式が既に存在し、他方で本発明による方法を実行するために必要な目的回転速度が問題なく達成可能であるように電動機が設計されているからである。

図１に車両１がきわめて簡略に示され、車両１は、内燃機関２および制御装置３を含む。内燃機関２はシリンダ４を有し、シリンダ４は、吸気管５および排気系９と結合されている。吸気管５内に噴射弁６が配置され、噴射弁６は、燃料配管７を介して燃料貯蔵容器８と結合されている。噴射弁６は、信号ライン１８を介して制御装置３と結合されている。

排気系９は、排気ガス浄化装置、例えば触媒１０を含む。排気系９内に排気ガス品質を測定するためのセンサ、例えば図示されていないλセンサが配置され且つ信号ライン１１を介して制御装置３と結合されている。

内燃機関２に電動機１２が付属されている。電動機１２は、特にハイブリッド駆動装置の一部分であってもよい。電動機１２は、信号ライン１３を介して制御装置３と結合されている。

車両１はさらに、ペダル値測定器１４を含み、ペダル値測定器１４は、信号ライン１５を介して同様に制御装置３と結合されている。
制御装置３は、プロセッサ１６および記憶素子１７を含む。記憶素子１７は、例えばＲＡＭまたはＲＯＭとして形成されていてもよい。記憶素子１７はさらに、フラッシュ・メモリまたは光記憶素子ないしは磁気記憶素子として形成されていてもよい。記憶素子１７に、例えば本発明による方法を実行するためにプログラミングされているコンピュータ・プログラムが記憶されている。

制御装置３は、内燃機関２の運転を操作／制御するように形成される。制御装置３は、特に本発明による方法を実行するためにプログラミングされている。
図２および図３に示されている本発明による方法の実施形態により、図１に示されている車両１の個々の構成要素の協働を説明する。

はじめに、図２に、本発明による方法を実行するための可能な時間線図が示されている。例示実施形態は、方法セクション、即ち停止過程２０、牽引過程２１および燃焼過程２２を含む。

停止過程２０の終了後における牽引過程２１の開始と共に、電動機１２により、内燃機関２の回転速度２５は、目的回転速度２３に到達するまで上昇される。牽引過程の間において、エンジン制御は、内燃機関２の惰性運転に類似する状態に移行され、ないしはその状態で運転される。回転速度２５の上昇において、始動回転速度２４に到達したか、ないしは始動回転速度２４を超えた場合、従来技術から既知の方法においては図２の始動条件２７により示されているように噴射が行われるが、ここではまだ噴射は行われていない。その代わりに、例えば走行の間における始動の機能、したがって回復機能を表わす拡張始動条件が作動化される。したがって、拡張始動条件２９は、始動条件２７が既に発生し、即ち最小始動回転速度２４は既に達成されているが、燃料配量ないしは噴射の開始がまだ行われていないことを表わしている。

拡張始動条件２９の作動化後において、混合物のリッチ化２６が決定される。これは、例えば最大可能値にセットされてもよい。しかしながら、この場合、実際運転パラメータを測定し且つ測定された運転パラメータを考慮して、一方で、特に排気ガスが最適な混合物のリッチ化２６を可能にし、他方で、できるだけ急激な壁膜形成を可能にすることが特に有利である。

例えば牽引過程２１がきわめて長く継続するかまたは目的回転速度２３が特に高く選択されているので、牽引過程２１に基づいて完全な壁膜分解が期待される場合であっても、混合物のリッチ化２６が常に最大値にセットされるように設計されていてもよい。しかしながら、燃焼室の冷却およびそれに関連する燃焼効率の低下を考慮するために、混合物のリッチ化２６を、例えば停止過程２０の期間の関数として決定することが有利である。

燃焼過程２２内において、最後に、信号ライン１８を介して制御装置３から噴射弁６が適切に操作されることにより、噴射開始２８が行われる。それに続く作業サイクル内において、次に直ちにまたは時間的に遅れて、壁膜が完全に形成されているまで、混合物のリッチ化２６が作業サイクルごとに固定設定された値または好ましくは動的に決定された値だけ低下されることが好ましい。

図３に、本発明による方法の一実施例の概略流れ図が示されている。この方法は、始動要求が検出されたステップ１００において開始する。始動要求はドライバから与えられても、または内燃機関２の始動／停止運転の間において停止過程から始動過程への移行において自動的に発生されてもよい。

検出された始動要求は、ステップ１０１において、停止過程２０から牽引過程２１への移行を可能にし、次にステップ１０１において、電動機１２が作動化される。
ステップ１０２において、回転速度２５が始動回転速度２４に到達したか、ないしはそれを超えたかどうかが検査される（回転速度≧始動回転速度？）。これが肯定（ｙｅｓ）の場合、従来技術から既知の始動方法を表わす始動条件２７が終了されている。

ステップ１０３において、ここで実際運転パラメータが測定される。実際運転パラメータは、例えば内燃機関２の温度、またはペダル値測定器１４から信号ライン１５を介して制御装置３に伝送された実際トルク要求を表わす。

ステップ１０４において、測定された実際運転パラメータの関数として、拡張始動条件２９において混合物のリッチ化２６が決定される。この場合、混合物のリッチ化２６は、壁膜はできるだけ急速に形成されるが、燃焼過程２２の開始時において燃焼が始まったときに排気ガスが最適な燃焼が可能なように設計されている。

ステップ１０５において、目的回転速度２３が達成されているかどうかが検査される（回転速度≧目的回転速度？）。これが否定（ｎｏ）の場合、検査は反復される。ステップ１０３に戻され且つ改めて実際運転パラメータが測定され、および／または、ステップ１０４において実際の混合物のリッチ化２６が決定されるように設定可能であってもよい。

目的回転速度２３が達成されている場合、ステップ１０６において、噴射開始２８が行われ、噴射開始２８は、牽引過程２１から燃焼過程２２への移行を示す。
ステップ１０７において、測定された実際運転パラメータまたは所定の特性曲線群の関数として、壁膜はなお完全に形成され、且つこの場合、排気ガスが最適な燃焼が可能なように、混合物のリッチ化２６が低減される。この場合、実際に行われる燃焼に関して既に形成された壁膜の作用が予め考慮される。この場合、特に実際のトルク要求が考慮されてもよい。

この方法はステップ１０８において終了し、ステップ１０８において、壁膜が完全に形成され且つ壁膜の形成のために行われる混合物のリッチ化２６は完全に低減されている。
内燃機関２が、惰性過程において、例えば惰性燃料遮断の間において運転可能である場合、既に存在する基本機能が回復のために使用されるとき、本発明による方法は、特に有効に実行可能である。本発明による方法は、このとき、惰性過程後における効果的な回復のために行われる混合物のリッチ化２６に依存している。これにより、本発明による方法は、一方で特に簡単に実行可能であり、他方で特に排気ガスが最適に実行可能であり、その理由は、本発明による方法の実行において必要な多数の変数が予め回復の基本機能のために測定され且つ評価されるからである。

例えば、ハイブリッド駆動装置において存在するような特に強力な電動機１２により、およびそれに伴って現われる変化されたエンジン制御ないしは駆動装置制御により、内燃機関２は、牽引過程２１において、惰性運転に類似の状態に移行される。始動回転速度２４が超えられた場合、始動条件２７により表わされる従来技術から既知の始動特性が、内燃機関２のアクチュエータを操作することなく、特に噴射を開始することなく、始動回転速度２４に到達したのちにリセットされ、且つハイブリッド駆動装置の制御のために存在する回復機能が拡張始動条件２９により開始される。ここで、この方法は回復の機能に重ねられてもよく、および目的回転速度２３が達成されたとき直ちに噴射開始２８が行われてもよい。

本方法の変更態様が考えられることは当然である。例えば、本方法が、完全に、始動回転速度２４ないしは始動条件２７の事前決定なしに行われてもよい。その代わりに、その回転速度以上において混合物のリッチ化２６が決定される前記回転速度が設定されてもよい。この場合、この回転速度は、混合物のリッチ化２６を確実に決定するために十分な時間が提供されるように設定されてもよい。

内燃機関と、本発明による方法を実行するために設けられている制御装置とを有する車両の略示図である。 可能な一実施形態に基づく本発明による方法の概略の時間線図である。 本発明による方法の一実施例の概略流れ図である。

符号の説明

１ 車両
２ 内燃機関
３ 制御装置
４ シリンダ
５ 吸気管
６ 噴射弁
７ 燃料配管
８ 燃料貯蔵容器
９ 排気系
１０ 触媒
１１、１３、１５、１８ 信号ライン
１２ 電動機
１４ ペダル値測定器
１６ プロセッサ
１７ 記憶素子
２０ 停止過程
２１ 牽引過程
２２ 燃焼過程
２３ 目的回転速度
２４ 始動回転速度
２５ 回転速度
２６ 混合物のリッチ化
２７ 始動条件
２８ 噴射開始
２９ 拡張始動条件

Claims (13)

1. 停止過程（２０）後において、電動機（１２）が作動され且つ内燃機関（２）が電動機（１２）により始動回転速度（２４）にもたらされる、内燃機関（２）の始動方法において、
   内燃機関（２）が、電動機（１２）により牽引過程（２１）において目的回転速度（２３）にもたらされ、目的回転速度（２３）が始動回転速度（２４）以上に存在し且つ少なくとも１つのアイドル回転速度に少なくともほぼ対応すること、
   始動回転速度（２４）を超えたのちに、かつ目的回転速度（２３）に到達する前に、混合物のリッチ化（２６）が、測定された牽引過程（２１）の期間または目的回転速度（２３）の関数として決定されること、および
   目的回転速度（２３）に到達したのちに、燃焼過程（２２）において、決定された混合物のリッチ化（２６）に基づいて燃料配量が行われること、
   混合物のリッチ化（２６）が、燃焼過程（２２）において段階的にまたは連続的に取り消されること、
   を特徴とする内燃機関の始動方法。
2. 混合物のリッチ化が、測定された停止過程（２０）の期間または測定された温度の関数として決定されることを特徴とする請求項１に記載の始動方法。
3. 燃焼過程（２２）は、最大可能な混合物のリッチ化により開始されることを特徴とする請求項１または２に記載の始動方法。
4. 混合物のリッチ化（２６）が、実際トルク要求の関数として決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始動方法。
5. 混合物のリッチ化が、
   混合物のリッチ化（２６）の実際値、
   目的回転速度（２３）、
   測定された実際回転速度（２５）、
   測定された燃焼過程（２２）の期間、
   測定された実際トルク要求、または
   測定された内燃機関（２）の温度、
   を考慮して取り消されることを特徴とする請求項１に記載の始動方法。
6. 目的回転速度（２３）が、
   実際搭載電圧、
   実際トルク要求、
   測定された内燃機関（２）の温度、または
   測定された停止過程（２０）の期間、
   の関数として決定されることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の始動方法。
7. 目的回転速度（２３）が、アイドル回転速度以上に選択されることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかの始動方法。
8. 内燃機関（２）が燃料遮断過程において駆動可能であり、且つ燃料遮断過程後の回復過程において混合物のリッチ化が実行可能であり、
   混合物のリッチ化（２６）が、回復過程の間における混合物のリッチ化の計算と同じ計算で決定されることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の始動方法。
9. 内燃機関（２）に、停止過程（２０）後において作動可能な電動機（１２）が付属され、この電動機（１２）により内燃機関（２）が始動回転速度（２４）にもたらされ得る、内燃機関（２）を制御するための制御装置（３）において、
   請求項１ないし８のいずれかに記載の始動方法を実行するための手段を有することを特徴とする制御装置。
10. 内燃機関（２）に、停止過程（２０）後において作動可能な電動機（１２）が付属され、この電動機（１２）により内燃機関（２）が始動回転速度（２４）にもたらされ得る、内燃機関（２）において、
    内燃機関（２）に、請求項１ないし８のいずれかの方法を実行するための手段が付属されていることを特徴とする内燃機関（２）。
11. 内燃機関（２）と電動機（１２）との協働により、ハイブリッド駆動装置が形成可能であることを特徴とする請求項１０に記載の内燃機関。
12. 内燃機関（２）を制御するための制御装置（３）で実行可能なコンピュータ・プログラムにおいて、
    コンピュータ・プログラムが実行されるとき、コンピュータ・プログラムが請求項１ないし８のいずれかに記載の始動方法を実行するためにプログラミングされていることを特徴とするコンピュータ・プログラム。
13. 記憶素子（１７）に記憶され、記憶素子（１７）が、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、リード・オンリー・メモリ（ＲＯＭ）、フラッシュ・メモリ、光記憶素子または磁気記憶素子として形成されていることを特徴とする請求項１２に記載のコンピュータ・プログラム。

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