JP5635193B2 - 内燃機関の制御のための方法及び装置 - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関の制御のための方法及び装置に関する。
とりわけアイドリングストップ機能を備えた車両、すなわちエンジンが通常の走行モードの間にエンジン停止と再始動とを頻繁に繰り返す車両においては、内燃機関の快適な機関停止と迅速な再始動とが重要である。
JP2008−298031A1明細書からは、機関の停止の際に振動を抑圧するために内燃機関のスロットルバルブが閉じられる方法が開示されている。この手段によれば、内燃機関のシリンダー内への空気充填量が低減され、圧縮と膨張とが最小化するため、機関停止の際の荒さが軽減される。
内燃機関の再始動に対しては、いずれにせよ再始動毎に点火されるシリンダー内にできるだけ多くの空気を充填する必要がある。つまり、迅速なエンジン始動を目的とするためにはできるだけ多くの空気量がシリンダー内に必要となるが、快適性を、すなわち振動の少ないエンジン停止を目的とするためには、シリンダー内の空気量は少ない方がよい。従ってこれらの相反する目的の衝突は避けられない。この目標衝突は、本発明によって解決できる。
従来技法において内燃機関の特に吸気バルブのリフト量を変更してシリンダー内への空気充填量を設定調整する装置は一般に公知である。とりわけ、電気油圧式アクチュエータによって吸気バルブリフト量の経過をさらなる限界まで任意に設定することも公知である。そのような電気油圧式のバルブ調整機能を備えた内燃機関ではスロットルバルブは不要となる。また、特に吸気バルブのリフト量の経過をカムシャフトの調整によって変更させることも公知である。そのような、シリンダー内への空気充填量を変更し得るスロットルバルブのような装置は、空気調量装置とも称される。
発明の開示
空気調量装置を用いて内燃機関に供給される空気量を低減しつつ、内燃機関が停止する直前に再び増量させれば、いわゆるエンジンのぶれ、すなわち突発的な振動発生を回避することが可能となる。このことは次のようなことによって達成される。すなわち、内燃機関の停止中に、内燃機関に供給される空気量をまず低減し、それに続いて、内燃機関の回転数が所定の回転数閾値を下回って低下したときに再び増量させることによって達成される。
空気調量装置を用いて内燃機関に供給される空気量を低減しつつ、内燃機関が停止する直前に再び増量させれば、いわゆるエンジンのぶれ、すなわち突発的な振動発生を回避することが可能となる。このことは次のようなことによって達成される。すなわち、内燃機関の停止中に、内燃機関に供給される空気量をまず低減し、それに続いて、内燃機関の回転数が所定の回転数閾値を下回って低下したときに再び増量させることによって達成される。
吸入行程において供給空気量の増加中若しくは増加直後にある吸入シリンダーには、増加した吸気量が供給され、該吸入シリンダーは増加した空気充填量を有する。この吸入シリンダーが圧縮行程に移行すると、増加された空気充填量は弾力性のある気体として、吸入シリンダーZYL2を介して大幅に戻されたトルクをクランク軸に及ぼす。逆に下降移動に移行するシリンダー内のそのつどの空気充填量がトルクとしてクランクシャフトに作用すると、クランクシャフトは順方向に回転する。このような下降運動に移行するシリンダーは僅かな空気充填量しか有していないので、クランクシャフトには総合的に戻されたトルクとして作用する。
回転数閾値が適切に選択されると、吸入シリンダーは調量空気量の増加後にもはや燃焼行程には移行しなくなる。このことは、増加した空気充填量の圧縮が回避される利点につながり、結果として不所望な振動が回避されることになる。
特に有利には、回転数閾値は次のように選択される。すなわち吸入シリンダーが調量空気量の増加後にもはや燃焼行程には移行しないように選択される。回転数閾値がそのように選択され、内燃機関の回転数が回転数閾値よりも大であり、再始動に対する要求が求められた場合には、内燃機関の特に迅速な再始動のための方法が実現される。
吸入シリンダーが調量空気量の増加後にもはや燃焼行程には移行しなくなるように回転数閾値を確実に選択するために、本発明によれば、所定の適合化方法が提案される。これに対しては、回転数閾値の増減に適した基準を定めることが必要となる。
吸入シリンダーが調量空気量の増加後で内燃機関停止前の上死点通過の最中に回転数閾値を低減すると、内燃機関の後続運転中の空気充填量の増加に基づく許容されない上死点通過による振動が阻止される。
吸入シリンダーが調量空気量の増加後でもはや燃焼行程には移行しない場合に回転数閾値を高めると、特に簡単な方式で、吸入シリンダーが内燃機関のさらなる運転において停止の際に揺れ特性を示すことが保証される。
回転数閾値が揺れ戻し角度に依存して変更されるならば、吸気シリンダーが内燃機関の後続運転中に所定の揺れ特性を示すことが特に簡単な方法で保証される。
揺れ戻し角度が所定の最大揺れ戻し角度よりも大きい場合に、回転数閾値を高めると、吸入シリンダーが特に確実に上死点にはもはや到達しなくなることが達成される。
回転数閾値が予め定められる所定の初期閾値まで高められると、本発明による適合化方法は所定の上昇点を有し、それに伴い非常に堅固となる。
前記初期閾値を、吸入シリンダーが確実に上死点を通過する位の大きさに選択すると、回転数閾値が常に、過度に大きな値からきたるべき値に適応化されることが達成され、このことは当該適合化方法を特に容易にならしめる。
揺れ戻し角度が所定の最小揺れ戻し角度よりも小さい場合に回転数閾値を高めると、吸入シリンダーが揺れ戻しの最中に高い信頼性のもとで吸入行程まで揺動することが達成される。
内燃機関の回転数の監視は、もっとも簡単には上死点のところで行われる。ここでは上死点において回転数が所定の回転数閾値を下回って下降しているかが求められる。その場合吸入シリンダーは吸入行程に入る。空気調量装置によって調量される空気量が増加され、それに対して吸入シリンダーの排気バルブがまだ開かれていると、増加した空気量は吸気管から排気管へ吸引される。このことは不所望なノイズへ発展する。別のケースにおいて、空気調量装置によって調量される空気量が、吸入シリンダーの吸入行程中に過度に遅れて増加すると、吸気管とシリンダーとの間で過度な圧力低下が生じる。このケースでは、空気の流入が不所望なノイズの著しい増加につながる。そのようなノイズの増加を最小に抑えるために、有利には、空気調量装置によって調量される空気量が、吸入シリンダーのバルブのオーバーラップの終了直後に、つまり排気バルブの閉鎖直後に、増加される。
内燃機関は停止するので燃料の噴射は遮断される。このことは、内燃機関の迅速な再始動のためにはマイナスとなる。なぜなら点火可能な混合気がシリンダー内に存在しないからである。本発明による方法の場合には吸気管から空気が吸入シリンダー内へ誘導されるので、吸入行程終了前の適切な噴射のもとで、吸入シリンダー内の点火可能な燃料/空気混合気の存在が保証される。吸入シリンダーは、下死点近傍において若しくは圧縮行程中に動きを止めるため、このことは迅速な再始動にとって非常に有利なことになる。なぜなら吸入シリンダー内で点火を実施できるようにするためにスターターがクランクシャフトを180°回転させるだけで済むからである。
吸入シリンダーを吸入行程へ移行させる前か移行させた直後に燃料を噴射させるようにすれば、このことは混合気形成にとってとりわけ有利となる。吸気管内へ燃料噴射するケースの場合には、調量される燃料量は特に微細に調量することが可能となる。直噴方式のケースでは、燃料の早期噴射が空気と燃料に渦流作用をもたらしさらに有利となる。
以下の明細書では本発明の有利な実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
実施例
図1には内燃機関のシリンダーが符号10で表されている。このシリンダー10は、燃焼室20と、ピストン30と、コンロッド40とを有しており、該コンロッド40はクランクシャフト50に接続されている。前記ピストン30は公知のように上昇移動と下降移動を繰り返している。これらの移動の折り返し点は、それぞれ"死点"とも称されている。この場合上昇行程から下降行程への移行点は"上死点"と称され、下降行程から上昇行程への移行点は"下死点"と称される。クランクシャフト50の角度位置、いわゆる"クランク角"は、通常は"上死点"に対して定められており、ここでのクランクシャフト50の角度位置は、クランク角センサ220によって検出されている。
図1には内燃機関のシリンダーが符号10で表されている。このシリンダー10は、燃焼室20と、ピストン30と、コンロッド40とを有しており、該コンロッド40はクランクシャフト50に接続されている。前記ピストン30は公知のように上昇移動と下降移動を繰り返している。これらの移動の折り返し点は、それぞれ"死点"とも称されている。この場合上昇行程から下降行程への移行点は"上死点"と称され、下降行程から上昇行程への移行点は"下死点"と称される。クランクシャフト50の角度位置、いわゆる"クランク角"は、通常は"上死点"に対して定められており、ここでのクランクシャフト50の角度位置は、クランク角センサ220によって検出されている。
燃焼すべき空気は、公知のようにピストン30の下降移動のもとで吸気管80を介して燃焼室20内に吸入される。このことは吸気行程ないしは吸入行程とも称される。また燃焼した空気は、ピストン30の上昇移動のもとで排気管90を介して燃焼室20から押し出される。このことは通常は排気行程と称される。吸気管80を介して吸入される空気の量は、空気調量装置、当該実施例においてはスロットルバルブ100を介して調整されており、該スロットルバルブ100の位置は、制御機器70によって決定されている。
前記吸気管80内に設けられている、吸気管燃料噴射バルブ150を介して、燃料が、当該吸気管80から吸入された空気中に噴射され、それに伴って燃料/空気混合気が燃焼室20内に生成される。吸気管燃料噴射バルブ150によって噴射される燃料の量も前記制御機器70によって決定されており、通常は、駆動信号の持続時間及び/又はレベルを介して制御される。点火プラグ120は、燃料/空気混合気を点火するのに用いられる。
前記燃焼室20内への吸気管80の案内部分に設けられた吸気バルブ160は、カムシャフト190のカム180を介して駆動されている。同じように燃焼室20内への排気管90の案内部分に設けられた排気バルブ170は、カムシャフト190の別のカム182を介して駆動されている。このカムシャフト190と前記クランクシャフト50は連結されている。前記カムシャフト190は、通常はクランクシャフト50の2回転毎に一回転する。前記カムシャフト190は、排気行程中に前記排気バルブ170を開放し、上死点の近傍において前記排気バルブ170を閉鎖するように構成されている。前記吸気バルブ160は、上死点の近傍において開放され、吸入行程中は閉鎖されるように構成されている。前記排気バルブ170と吸気バルブ160が1つの技術において同時に開かれる位相は、いわゆる"バルブオーバーラップ"と称される。そのようなバルブオーバーラップは、例えば内部排ガス再循環システムのために用いられている。カムシャフト190は、とりわけ制御機器70によって駆動可能であってもよい。それにより、内燃機関の作動パラメータに依存して、吸気バルブ160と排気バルブ170の様々なストローク量の経過が設定できる。同じように、前記吸気バルブ160と排気バルブ170とを、カムシャフト190を介してではなく、電子油圧式バルブ調整機構を介して上昇移動及び下降移動させることも可能である。そのようなケースでは、前記カムシャフト190並びに2つのカム180及び182は不要となる。同様にそのような電子油圧式バルブ調整機構のもとでは前記スロットルバルブ100も必要なくなる。
スターター200は、機械的な連結クラッチ210を介してクランクシャフト50に機械的に連結可能である。このスターター200とクランクシャフト50との間の機械的な連結の形成は、"噛合い"とも称される。スターター200とクランクシャフト50との間の機械的連結の解離は、連結解除とも称される。前記噛合いは、内燃機関の回転数が、当該内燃機関とスターターとに依存した回転数閾値を下回っている場合にのみ可能である。
図2には、内燃機関を停止する際の当該内燃機関の特性経過が示されている。図2のa)には、第1シリンダーZYL1と、第2シリンダーZYL2の様々な行程のシーケンスがクランクシャフトの角度KWに亘ってプロットされている。ここでは、当該内燃機関の第1の死点T1と、第2の死点T2と、第3の死点T3と、第4の死点T4と、第5の死点T5とがプロットされている。これらの死点の間で前記第1シリンダーZYL1は、公知のように排気行程、吸入行程、圧縮行程、及び燃焼行程を実行している。4つのシリンダーを備えた内燃機関の実施例では、第2シリンダーZYL2のサイクルは、720°/4=180°だけずれている。それに対して第1シリンダーZYL1は、点火順序でみて第2シリンダーZYL2の直前に来るシリンダーである。第1シリンダーZYL1に関しては、第1の死点T1と第3の死点T3と第5の死点T5が下死点であり、第2の死点T2と第4の死点T4は上死点である。第2シリンダーZYL2に関しては、第1の死点T1と第3の死点T3と第5の死点T5が上死点であり、第2の死点T2と第4の死点T4は下死点である。
図2のb)には、図2a)に示されている行程に平行して内燃機関の回転数nの経過が時間軸tに亘って示されている。この回転数nは、例えばクランク角KWの時間導関数として定義される。第1の死点T1は第1の時点t1に対応し、第2の死点T2は第2の時点t2に対応し、第3の死点T3は第3の時点t3に対応し、第4の死点T4は第4の時点t4に対応している。それぞれ順次連続している2つの時点間、例えば第1の時点t1と第2の時点t2との間では、回転数がまず短時間だけ上昇した後で単調に低下している。この短い間の回転数上昇は、シリンダー内へ充填された空気の圧縮に基づいている。上死点を通過するシリンダーは、その充填空気が最大限に圧縮されており、そのため、当該シリンダーには圧縮エネルギーが蓄えられる。この圧縮エネルギーの一部は、内燃機関のさらなる回転のもとで回転エネルギーに変換される。
図2のc)には、前記図2a)と図2b)に平行して、スロットルバルブ100の駆動信号DKの時間経過が示されている。従来技術からも公知のように、内燃機関の停止の際には、スロットルバルブ100がまず閉じられ、このことは第1の駆動信号DK1に相当している。図2のb)に示されているように、内燃機関の回転数nが所定の回転数閾値ns、例えば毎分300回転、を下回ると、本発明によれば開放時点taufにおいて、当該スロットルバルブ100が開かれる。このことは第2の駆動信号DK2に相当する。この場合の開放時点taufは、それが第3の死点T3の直後に起きるように選択される。この第3の死点T3とは、内燃機関の回転数nが所定の回転数閾値nsを下回った次に来る時点である。第2シリンダーZYL2は第3の死点T3にて吸入行程に移行する。それ故以下ではこの第2シリンダーZYL2を、吸入シリンダーZYL2とも称するものとする。当該実施例においては、開放時点taufは、吸入シリンダーのバルブオーバーラップの終了時点、つまり吸入シリンダーZYL2の排気バルブ170の閉鎖時点と一致している。吸入シリンダーZYL2の上死点に関連して、当該開放時点taufは、開放クランク角KWaufに相当している。内燃機関の回転数nが所定の回転数閾値nsを下回って低下する時点を求めるために、内燃機関の回転数nは場合によっては連続的に監視してもよい。死点の後の内燃機関の回転数nの上昇が小さくかつ開放時点taufが死点直後に存在するのであるならば、内燃機関の各死点毎に、当該内燃機関の回転数nが回転数閾値nsを下回って低下しているか否かを検査するようにすることも可能である。図2b)に示されている実施例においては、第1の時点t1と第2の時点t2において、内燃機関の回転数nが所定の回転数閾値nsをまだ下回っていないことが識別される。ここでは第3の時点t3において初めて、内燃機関の回転数nが所定の回転数閾値nsを下回っていることが識別され、スロットルバルブ100が開放されている。
ここでのスロットルバルブ100の開放により、吸入行程において前記吸入シリンダー内には大量の空気が流入する。前記吸入シリンダーZYL2が、第4の時点t4の後で圧縮行程に移行すると、残りのシリンダーよりも大幅に高められた空気充填量にて発揮される圧縮作業が、膨張するシリンダー内で開放される圧縮エネルギーを上回り、内燃機関の回転数nは、揺れ戻し時点toscにて値0に低下するまで迅速に低下する。クランクシャフト50の回転運動は、ここにおいて反転し、内燃機関の回転数nはマイナス側となる。前記揺れ戻し時短toscは、図2a)に示されているクランクシャフト50の揺れ戻し角RPWに相応している。停止時点tstoppでは、当該内燃機関が停止を維持する。ここでは時間軸の描写がリニアではないことに注意されたい。内燃機関の回転数nの低下に応じて、第3の時点t3と第4の時点t4との間の時間間隔は、第2の時点t2と第3の時点t3との間の時間間隔よりも大きくなっている。この第2の時点t2と第3の時点t3との間の時間間隔も第1の時点t1と第2の時点t2との間の時間間隔よりも大きいものである。内燃機関の第5の死点T5は達成されない。揺れ戻し時点toscと停止時点tstoppとの間の時間間隔においては、クランクシャフト50は次のような揺動運動を実施する。すなわちその間において第2シリンダーZYL2はその圧縮行程と吸入行程の中で揺動し、相応に第1のシリンダーZYL1は相応にその燃焼行程と圧縮行程の中で揺動する。
図3には、図2中に描写されている方法に相当する方法がフローチャートで示されている。ここでの停止検出ステップ1000においては、稼働している内燃機関のもとで、当該内燃機関が停止されるべきかが求められる。それに続くステップ1010では、燃料噴射と点火とが遮断される。つまり当該内燃機関は停止モードに移行する。引き続きステップ1020では、スロットルバルブが閉じられる。カムシャフト調整機構を備えた内燃機関の場合では代替的に当該ステップ1020においてより小さなカムへの切り替えが行われ、シリンダー内への空気充填が低減される。電子油圧式調整機構を備えた内燃機関の場合では、前記ステップ1020において、内燃機関の複数のバルブが閉じられる。それに続くステップ1030では、内燃機関の回転数nが所定の回転数閾値nsを下回っているか否かが検査される。所定の回転数閾値nsを下回っている場合には、ステップ1040に進む。所定の回転数閾値nsを下回っていない場合には、前記ステップ1030が繰り返され、これは、内燃機関の回転数nが所定の回転数閾値nsを下回るまで続けられる。ステップ1040では、スロットルバルブ100が開放時点taufで開放される。カムシャフト調整機構を備えた内燃機関の場合はそれに代えてステップ1040において、例えばより大きなカムへの切り替えが行われ、それに伴って吸入シリンダーZYL2内への空気充填量が高められる。電子油圧式調整機構を備えた内燃機関の場合には、前記ステップ1040において、吸入シリンダーZYL2の吸気バルブ160が次のように駆動制御される。すなわち当該バルブが吸入シリンダーZYL2の吸入行程中は開かれ、それによって当該吸入シリンダーZYL2内への空気充填量が高められるように駆動制御される。このステップはステップ1060に続けられる。任意ステップ1060では、吸気管燃料噴射バルブ150を介して燃料が当該内燃機関の吸気管80内へ噴射される。この燃料噴射は、吸入行程において燃料/空気混合気が吸入シリンダーZYL2内へ吸入されるように行われる。ステップ1100では、当該の本発明による方法が終了する。図2b)において描写されているように、内燃機関は停止位置へ揺動し、該停止位置では、吸入シリンダーZYL2が吸入行程か若しくは圧縮行程にて停止する。前記ステップ1060における燃料の噴射は、吸気管燃料噴射バルブを備えた内燃機関においては、当該内燃機関の迅速な再始動のために有利となる。
図4には、内燃機関の停止と再始動の際の回転数nの時間経過が示されている。内燃機関の回転数は、機関停止フェーズT_Auslaufの間、図2b)に示されているように低下し、最終的に、図2b)において描写されている揺れ戻し時点toscにおいて内燃機関の回転運動が反転した場合には極性が入れ替わる。このことは図4においては、機関停止フェーズT_Auslaufの終了と揺動フェーズT_Pendelの開始の時点として描写されている。まだ機関停止フェーズT_Auslaufの間において、内燃機関が再始動されるべきことが、例えばドライバーがアクセルペダルを踏み込んだことが検出されることによって始動要求時点tstartにて求められる。そのように求められた停止時点tstopp前の始動要求は、"意志の変化"とも称される。揺動フェーズT_Pendel中の内燃機関の回転数nの経過は、図2b)中に示された停止時点tstoppの値0まで一定に低下し、そこに留まるまでに生じた経過をたどる。前記停止時点tstoppは図4中では揺動フェーズT_Pendelの終了時点を表す。
従来技術において公知の内燃機関の指導方法によれば、前記揺動フェーズT_Pendelに続いて、内燃機関の停止が識別され、スターター200が噛合されて当該スターターが駆動される。図4中には示されていない、スターター200の駆動無駄時間T_tot、例えば50msの経過後に、スターター200が時点tSdTにおいて回転運動を開始し、それに伴ってクランクシャフト50が再び回転し始める。それに対して本発明による方法では、第1の噛合時点tein1と、場合によっては第2の噛合時点tein2が求められる。これらの第1の噛合時点tein1と第2の噛合時点tein2は、次のことで特徴づけられる。すなわち内燃機関の回転数nが、スターター200の噛合いが可能となるように低減されることで特徴づけられる。これらの第1の噛合時点tein1と第2の噛合時点tein2は、制御機器70によって求められる。始動要求時点tstartと第1の噛合時点tein1との間の時間間隔は、前記駆動無駄時間T_totよりも長い。そのためスターター200は、前記第1の噛合時点tein1にて噛合い当該スターター200がそこで回転運動を開始するように駆動される。第1の噛合時点teinが始動要求時点tstartと時間的に接近している場合には、スターター200が第2の噛合時点tein2にて噛合い、当該スターターがそこで回転運動を開始するように駆動される。
図5には、第1の噛合時点tein1と第2の噛合時点tein2の選択の詳細が描写されている。既に前述したように、内燃機関の回転数は開放時点taufの後で値0まで急速に低下し、さらに内燃機関は揺れ戻し時点t_oscにおいて揺れ戻しを開始する。第1の噛合時点tein1は、スロットルバルブ100の開放後に例えば特性マップ又は前記制御機器70内にファイルされたモデルに基づいて求められ、これは推定される揺れ戻し時点t_oscに相当している。もちろん前記揺れ戻し時点t_oscに代えて別の時点、例えば内燃機関の回転数nが零交差を有するような時点を予測し、第1の噛合時点teinとして選択することも可能である。
内燃機関の回転数nの零交差に対して補足的に、第2の噛合時点tein2を選択することも可能である。この時点からはもはやスターター200の噛合いが可能となる回転数帯域を内燃機関の回転数nが逸脱しないことが保証される。そのような回転数帯域は、スターター200が内燃機関の正回転のもとでかみ合うまでの例えば毎分70回転の正の閾値nplusと、スターター200が内燃機関の逆回転のもとでかみ合うまでの例えば毎分30回転の負の閾値nminusとによって与えられる。制御機器70は、例えば複数の特性マップに基づいて、内燃機関の運動エネルギーが前記回転数帯域(nminus,nplus)を逸脱しない限り、第2の噛合時点tein2から低下することを算出する。第2の噛合時点tein2若しくは第2の噛合時点tein2の後の所定の任意時点においては、スターター200が噛合され、回転運動に置換される。
図6には本発明による内燃機関の再始動のための方法の経過が示されている。ここではステップ2000が、図3に描写されているステップ1000と重なっている。すなわちステップ2000においては、内燃機関を停止させるための要求が求められる。このステップ2000にはステップ2005が続く。ステップ2005では、スロットルバルブが閉じられるか又は他の手段、例えばカム180,182の調整若しくは適切な電子油圧式吸排気バルブ160,170の駆動制御が介入し、シリンダー内への空気充填量が低減される。前記ステップ2005にはステップ2010が続く。
ステップ2010では、内燃機関の機関停止期間中に、すなわち図4に描写されている機関停止フェーズT_Auslauf中に、内燃機関の始動に対する始動要求がさらに検出されたか否かが求められている。内燃機関の始動に対する始動要求が検出された場合には、ステップ2020に進む。内燃機関の始動に対する始動要求が検出されなかった場合には、ステップ2090に進む。前記ステップ2020においては、内燃機関の回転数nが、回転数閾値nsを(場合によっては例えば毎分10回転の最小間隔を)上回っているか否かが検査される。この検査は連続的に行われてもよいし、クランクシャフトに同期して、とりわけ内燃機関の各死点毎に行ってもよい。内燃機関の回転数nが回転数閾値nsを上回っている場合には、ステップ2030に進み、内燃機関の回転数nが回転数閾値nsを上回っていない場合にはステップ2070に進む。
ステップ2030においては、スロットルバルブが開放され、ないしは他の手段、例えばカム180,182の調整若しくは適切な電子油圧式吸排気バルブ160,170の駆動制御が介入され、次に吸入行程に移行するシリンダー内への空気充填量が増加される。吸気管燃料噴射バルブ150を介して吸気管80内への燃料噴射が行われる。前記ステップ2030にはステップ2040が続けられ、そこでは吸入シリンダーZYL2、すなわちその空気充填量が次の吸入行程において著しく高められるシリンダーが求められる。この吸入シリンダーZYL2は、吸入行程に移行し、吸気管80内に存在している燃料/空気混合気を吸入する。それに続いて当該吸入シリンダーZYL2は圧縮行程に移行する。回転数nは回転数閾値nsよりも大きくなる。この回転数閾値nsは、吸入シリンダーZYL2がもはや上死点を通過することがないように選択される。それ故に内燃機関の回転数nのもとでは吸入シリンダーZYL2が上死点を再度通過して燃焼行程に移行することが保証される。前記ステップ2040にはステップ2050が続けられる。ステップ2050では、吸入シリンダーZYL2内の燃料/空気混合気が点火され、当該吸入シリンダーZYL2がクランクシャフト50の回転を加速させる。このステップ2050にはステップ2060が続けられる。ステップ2060においては、内燃機関の始動を実行するためのさらなる手段、とりわけ当該内燃機関の残りのシリンダー内における燃料/空気混合気が相応に点火される手段が講じられる。そして当該内燃機関の始動と供に本発明による方法が終了する。
前記ステップ2070においては、吸気管燃料噴射バルブ150を介して燃料が吸気管80内に噴射される。このステップ2070にはステップ2100が続く。
前記ステップ2090においては、図3に描写されているステップ1030に相応して、内燃機関の回転数nが所定の回転数閾値nsを下回って低下しているか否かが検査される。所定の回転数閾値nsを下回って低下していない場合には当該ステップにフィードバックする。所定の回転数閾値nsを下回って低下している場合には、ステップ2100に進む。
ステップ2100は、図3のステップ1040に相当している。すなわち、スロットルバルブが開放されるかないしは他の空気調量装置、例えばカム調整機構若しくは電子油圧式バルブ制御機構が駆動制御され、供給される空気量が増加される。このステップにはステップ2110が続けられる。
ステップ2110においては、内燃機関の始動に対する要求が存在しているか否かが求められる。内燃機関の始動に対する要求が存在する場合には、ステップ2120に続けられる。内燃機関の始動に対する要求が存在していない場合には当該ステップ2110が、内燃機関の始動に対する要求が存在するようになるまで繰り返される。ステップ2120では、当該内燃機関の停止の有無が検査される。これは図4中に描写されている揺動フェーズT_Phase終了後の期間に相応している。内燃機関が停止している場合には、ステップ2060に続けられ、そこにおいて内燃機関を始動するための慣用的な手段が実行される。内燃機関は図4に示されているように時点tSdTにおいて始動される。
前記ステップ2120において内燃機関が停止状態にない場合には、ステップ2150が続けられる。このステップ2150では、第1の噛合時点tein1が予測される。この予測は例えば特性マップに基づいて行われる。最後の上死点通過の際に吸入シリンダーZYL2において(前記実施例によれば第4の時点t4において)求められた回転数nに基づいて、内燃機関の運動エネルギーが求められ、空気調量装置の第2の位置DK2からは吸入シリンダーZYL2の空気充填量が推定され、さらに圧縮行程における当該吸入シリンダーZYL2によって圧縮されたガス封入圧力のレベルが推定される。それらの結果からは揺れ戻し時点toscが推定され、それは第1の噛合時点tein1として予測される。前記ステップ2150にはステップ2160が続けられ、当該ステップでは第1の噛合時点tein1と目下の時点との間の時間差がスターター200の駆動制御無駄時間T_totよりも大きいか否かが検査される。それに当て嵌まる場合にはステップ2170に進み、当て嵌まらない場合にはステップ2180に進む。
ステップ2180では、第2の噛合時点tein2が求められる。図5に基づいて説明したように、この第2の噛合時点tein2は次のように選択される。すなわち、内燃機関の回転数nが当該第2の噛合時点tein2からは、負の閾値nminusと正の閾値nplusとの間の回転数間隔内に留まるように選択される。それに続くステップ2190においては、スターター200が噛合され、前記第2の噛合時点tein2から始動が開始される。それに続くステップ2060においては、内燃機関を始動するためのさらなる手段が講じられる。それに対しては代替的に、前記ステップ2180において次のような噛合間合いを定めてもよい。すなわちその間は回転数nが負の閾値nminusと正の閾値nplusとの間に維持されるような間合いである。このケースではステップ2190においてスターター200が噛合間合いにて噛合し、始動が開始される。
前記吸気管燃料噴射バルブ150の代わりに、内燃機関の燃料噴射バルブを燃焼室内に設けることも考えられる。すなわち直噴バルブとしての構成である。そのようなケースでは、スロットルバルブの開放直後の吸気管内への燃料噴射は不要である。ここでの重要なことは、再始動の際の点火の前に、適切な燃料が吸入シリンダーZYL2内に噴射されることである。
図7には、回転数閾値nsの選択がそれぞれ描写されている。図7のa)には、適正に選択された回転数閾値nsの場合の吸入シリンダーZYL2の揺動特性が描写されている。この吸入シリンダーZYL2は、開放クランク角KWaufのもとで正回転運動のもとに第4の死点T4に相当する下死点UTを通過し、さらに揺れ戻し角RPWのもとでその回転方向を反転させている。この揺れ戻し角RPWは予め定められる所定の最小揺れ戻し角RPWTよりも大きく、予め定められる所定の最大揺れ戻し角RPWSよりは小さい。吸入シリンダーZYL2の停止状態までのさらなる揺動運動は、図7a)においては示唆されているだけある。
図7のb)には、回転数閾値nsが過度に高く選択された場合の吸入シリンダーZYL2の揺動特性が描写されている。この過度に高く選択された回転数閾値nsとは、スロットルバルブ100が開かれた場合の、すなわち開放クランク角KWaufのもとでの内燃機関の運動エネルギーが過度に高いことを意味する。このことは、吸入シリンダーZYL2が第4の死点T4に相当する下死点UTを通過し、それに続いて第5の死点T5に相当する上死点OTを通過することにつながる。このことはドライブトレーンにおける不所望な振動に結び付き、ドライバーにとって不快に感じられることになる。
図7のc)には、回転数閾値nsが過度に低く選択された場合の吸入シリンダーZYL2の揺動特性が描写されている。この過度に低く選択された回転数閾値nsとは、スロットルバルブ100が開かれた場合の、すなわち開放クランク角KWaufのもとでの内燃機関の運動エネルギーが過度に低いことを意味する。この場合吸入シリンダーZYL2は第4の死点T4に相当する下死点UTを通過するが、予め定められた最大揺れ戻し角RPWSよりも大きい揺れ戻し角RPWを有する。
ステップ3020において、内燃機関の回転数nが回転数閾値nsよりも大きいことが検出されると、もはや吸入シリンダーZWL2が上死点OTを越えて回転し、それに伴って内燃機関が迅速に始動できることが確実な前提とはならない。
図7のd)には、回転数閾値nsが僅かに高すぎる場合の吸入シリンダーZYL2の揺動特性が描写されている。図7b)に描写されているケースに類似して、このことは、スロットルバルブ100が開放された場合の、すなわち開放クランク角KWaufのもとでの内燃機関の運動エネルギーが過度に高いことを意味する。図7b)に描写されたケースとは異なって、内燃機関の運動エネルギーはそれほど大きくなく、吸入シリンダーZYL2が上死点OTを越えて回転する。但しその揺れ戻し角RPWは比較的小さく、詳細には所定の最小揺れ戻し角RPWTよりも小さい。
回転数閾値nsの選択は本発明による方法の機能にとっては中心となる重要性を帯びているが、別の観点から見れば非常に困難でもある。なぜならそれは内燃機関の寿命期間の間に変化し得る特性量、例えば使用されるエンジンオイルの摩擦係数にも依存するからである。
図8には、内燃機関の特性の変化を補償するための、若しくは初期化におけるエラーを補償するための、予め設定された初期の回転数閾値nsを適合化し得る適合化方法が示されている。ステップ3000では内燃機関において停止要求が存在しているか否かが求められ、内燃機関を始動するための手段が導入される。ステップ1030に相応するステップ3010では、内燃機関の回転数nが所定の回転数閾値nsを下回って低下しているか否かが検査される。所定の回転数閾値nsを下回って低下している場合には、前記ステップ1040に相応するステップ3020に続けられ、そこにおいてスロットルバルブが開放される。引き続きステップ3030では、吸入シリンダーZYL2が既に下死点UTを通過したか否かが検査される。既に下死点UTを通過していない場合には、ステップ3040に進む。既に下死点UTを通過している場合には、ステップ3060に進む。
ステップ3040においては、吸入シリンダーZYL2がまだ下死点を通過しないうちに内燃機関が停止してしまうような低い回転数閾値nsが選択されているケースが想定されており、そのために当該ステップ3040では内燃機関が停止しているか否かが検査される。内燃機関がまだ停止していない場合には、ステップ3030にフィードバックする。内燃機関が停止している場合には、ステップ3050に進む。ステップ3050では、当該の回転数閾値nsが高められる。このステップにはステップ3120が続けられ、そこにおいて当該方法が終了する。
ステップ3060では、内燃機関の回転運動が監視される。内燃機関が引き続き回転して吸入シリンダーZYL2が上死点OTを越えた場合には、ステップ3070に続けられる。それに対して前記吸入シリンダーZYL2が上死点OTに到達しない場合には、ステップ3080に続けられる。前記ステップ3070では、図7b)に描写された方法が実施され、回転数閾値nsが低減される。このステップ3070は、ステップ3120に続き、そこにおいて当該方法が終了する。
ステップ3080においては、揺れ戻し角RPWが、例えばクランク角センサ220を用いて検出される。このステップはステップ3090に続く。ステップ3090では、揺れ戻し角RPWが最大揺れ戻し角RPWSよりも小さいか否かが検査される。これは例えば内燃機関の通常の回転方向で下死点後の80°にあり、すなわち(上死点前)100°である。揺れ戻し角RPWが最大揺れ戻し角RPWSよりも小さい場合には、図7a)による正常な特性が存在するか又は図7d)による誤った特性が存在する。このケースではステップ3100に続けられる。揺れ戻し角RPWが最大揺れ戻し角RPWSよりも大きい場合には、図7c)に描写した特性が存在し、このケースではステップ3050に続けられ、そこで回転数閾値nsが高められる。
ステップ3100では、揺れ戻し角RPWが最小揺れ戻し角RPWTよりも大きいか否かが検査される。この最小揺れ戻し角RPWTは有利には次のように選択される。すなわち第1シリンダーZYL1の排気バルブ170がまだ開かない程度の大きさに選択される。そうしないと空気が排気管90から第1シリンダーZYL1に流入してしまい、このことは内燃機関の揺動特性にマイナスの影響を及ぼす。第1シリンダーZYL1の排気バルブ170は例えば上死点OT後156°のクランク角のもとで開放される。4気筒の内燃機関の場合、第1シリンダーZYL1と第2シリンダーZYL2の行程は180°だけずれている。そのため第1シリンダーZYL1の排気バルブ170は、第2シリンダーZYL2の上死点OT前24°の箇所で開く。そのため最小揺れ戻し角RPWTは24°よりも大きくなるように、例えば30°に選択される。4気筒以外の気筒数を具備した内燃機関の場合では、それとは異なって選択された最小揺れ戻し角RPWTが有利となり得る。例えば6気筒内燃機関のケースでは、第1シリンダーZYL1と第2シリンダーZYL2の行程は120°だけずれている。それ故にこのケースでは最小揺れ戻し角RPWTは有利には84°よりも大きい値、例えば90°に選択される。
揺れ戻し角RPWが最小揺れ戻し角RPWTよりも大きい場合には、図7a)による正常な特性が存在し、このステップはステップ3120に続けられ、そこにおいて当該方法が終了する。前記揺れ戻し角RPWが最小揺れ戻し角RPWTよりも小さい場合には、図7d)に描写された特性が存在し、このケースではステップ3110に続けられ、そこにおいて回転数閾値nsが低減される。ステップ3110にはステップ3120が続けられ、当該ステップ3120でもって当該方法が終了する。
ステップ3050において回転数閾値nsの上昇は徐々に行われるか、若しくは回転数閾値nsが初期回転数閾値nsiまで高められ、その場合は内燃機関が図7b)に描写されたような特性、すなわち回転数閾値nsがまず最初に過大に選択されることが保証される。この初期回転数閾値nsiは、例えば適用可能な閾値として形成されてもよい。すなわち初期回転数閾値は、内燃機関の作動中に生じ得る作動パラメータ、例えば空気充填量の様々な漏れ、種々異なるエンジンオイル、内燃機関の摩擦作用の様々なばらつきなどの枠内で、図7b)に示されたような特性が示され、吸入シリンダーZYL2が燃焼行程に移行するように選択されてもよい。
ステップ3110における回転数閾値nsの低減も例えば徐々に行われてもよい。
回転数閾値nsの適合化は、内燃機関の新たな始動が正常に経過しなかった場合などに任意に行われるものであってもよい。例えば、ステップ2020において、内燃機関の検出された回転数nが回転数閾値nsよりも大きいことが確定し、ステップ2030、2040,2050実施後のステップ2060において、吸入シリンダーZYL2が燃焼行程に移行しなかったことが検出された場合には、回転数閾値nsが高められてもよい。
Claims (12)
- 内燃機関を停止させるための方法であって、
停止要求が求められた後で、内燃機関の空気調量装置を介して供給される空気量が低減され、
内燃機関の検出された回転数(n)が予め定められる所定の回転数閾値(ns)を下回った場合に、前記内燃機関の空気調量装置を介して供給される空気量が再び増加される、方法において、
調量すべき空気量を増加した後で、吸入シリンダー(ZYL2)が、まだ下死点(UT)を通過しないうちに内燃機関が停止する場合には、前記所定の回転数閾値(ns)を増加し、
調量すべき空気量を増加した後で、内燃機関が引き続き回転して吸入シリンダー(ZYL2)が、さらに上死点(OT)を超える場合には、前記所定の回転数閾値(ns)を低減するようにし、さらに
前記所定の回転数閾値(ns)を、揺れ戻し角(PRW)に依存して変更するようにしたことを特徴とする方法。 - 空気調量装置から調量される空気量を、吸入シリンダー(ZYL2)の排気バルブ(160)が閉鎖された直後に増加させる、請求項1記載の方法。
- 吸入シリンダー(ZYL2)が吸入行程から移行するときに、当該吸入シリンダー(ZYL2)内に点火可能な燃料/空気混合気が存在するように燃料を噴射する、請求項1又は2記載の方法。
- 吸入シリンダー(ZYL2)が吸入行程に移行する前若しくは移行した直後に、燃料を噴射する、請求項1から3いずれか1項記載の方法。
- 前記揺れ戻し角(PRW)が予め定められる所定の最大揺れ戻し角(RPWS)よりも大きい場合に、前記所定の回転数閾値(ns)を増加する、請求項4記載の方法。
- 前記所定の回転数閾値(ns)を、所定の初期閾値(nsi)まで増加する、請求項5記載の方法。
- 前記所定の初期閾値(nsi)を、吸入シリンダー(ZYL2)が上死点を通過するような大きさに選択する、請求項6記載の方法。
- 前記揺れ戻し角(RPW)が予め定められる所定の最小揺れ戻し角(RPWT)よりも小さい場合に、前記所定の回転数閾値を低減する、請求項1から7いずれか1項記載の方法。
- 前記空気調量装置はスロットルバルブである、請求項1から8いずれか1項記載の方法。
- 請求項1から9いずれか1項記載の方法を実施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。
- 請求項1から9いずれか1項記載の方法を実施するためのコンピュータプログラムが記憶されている、内燃機関の開ループ及び/又は閉ループ制御装置用の電気的記憶媒体。
- 請求項1から9いずれか1項記載の方法を実施するためにプログラミングされている、内燃機関の開ループ及び/又は閉ループ制御装置。
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