(57)【要約】【課題】ジーゼルエンジンを備えた自動車両に関連したコストを削減する手法を示す。【解決手段】この発明は、エンジン稼動中にグロープラグを操作するための方法に関する。前記エンジンは、クランクシャフトと、少なくとも１つのシリンダとを備える。車両電気システム電圧から有効電圧が発生され、この有効電圧はグロープラグに印加される。シリンダ内で有力な燃焼室圧力の複数の測定値がシリンダの各運転サイクル中に測定される。クランクシャフトの角位置は、各個別測定値に対して決定される。燃焼プロセスの特性値は、クランクシャフトの角位置に関連して測定された燃焼室圧力の進展から決定され、決定された特性値は、設定値と比較される。そして有効電圧は、その設定値に達するために必要とされる最小値に設定される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン稼動中にグロープラグを操作するための方法であって、前記エンジンは、クランクシャフトと、少なくとも１つのシリンダとを備え、
車両電気システム電圧から有効電圧が発生され、この有効電圧はグロープラグに印加され、
シリンダ内で有力な燃焼室圧力の複数の測定値がシリンダの各運転サイクル中に測定され、クランクシャフトの角位置は、各個別測定値に対して決定され、
燃焼プロセスの特性値は、クランクシャフトの角位置に関連して測定された燃焼室圧力の進展から決定され、
決定された特性値は、設定値と比較され、そして有効電圧は、その設定値に達するために必要とされる最小値に設定されることを特徴とする方法。
【請求項２】
設定値は、エンジン速度の関数として定義されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
設定値は、エンジン負荷の関数として定義されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の方法。
【請求項４】
特性値は、燃焼室圧力の最大値におけるクランクシャフトの角位置であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
設定値より小さなクランクシャフト角において、燃焼室圧力がその最大値に達する場合、有効電圧は低下され、そして設定値より大きなクランクシャフト角において、燃焼室圧力がその最大値に達する場合、有効電圧は増加されることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
特性値は、燃焼室圧力の第１の積分を２つの規定されたクランクシャフト角の間で計算することによって燃焼室圧力から決定され、
第２の積分は、２つの規定されたクランクシャフト角の間で計算され、そして特性値は、２つの積分からの商として計算されることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
決定された特性値が設定値に従っていることが検出された場合、有効電圧は低下されることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
設定値に達するに必要とされる最小値に設定されるために、有効電圧は、運転サイクル中に、５％より多くなく、好ましくは２％より少なく、そして最も好ましくは１％より少なく低下させられることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
特性値は、閉ループ制御によって設定値に最適化されることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
有効電圧は、パルス幅変調法によって発生されることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
この方法は、エンジンが始動されてから規定された期間が経過した場合に開始されることを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
燃焼プロセスの特性値は、点火の時刻であることを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
決定された特性値は、エンジン制御ユニットによって設定値と比較されることを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
比較の結果は、グロープラグ制御ユニットに通知され、このグロープラグ制御ユニットは、比較の結果に関連して有効電圧を変化させて、設定値に達するに必要とされる最小値に有効電圧を設定することを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
請求項１乃至請求項１４のいずれかに記載の方法に適用されることを特徴とする、一体化された燃焼室圧力センサを備えたグロープラグの用法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジン稼動中にグロープラグを操作するための方法に関するもので、車両電気システム電圧から発生された有効電圧をグロープラグに印加するようにしたものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には自己点火式内燃エンジン用のグロープラグを開示されており、このグロープラグは、一体化された燃焼室圧力センサを備えている。そのような圧力測定式グロープラグは、燃焼室圧力を連続的または準連続的手法で測定し、前記燃焼室圧力をエンジン制御ユニットに通知することに用いられる。このエンジン制御ユニットは、燃焼室圧力を考慮しながら燃料の注入を調節するようにしている。
【０００３】
このようにして、近代のエンジン制御ユニットは、エンジンの燃料消費の低減とサービス寿命の増加の達成を可能としている。しかしながら、燃焼室圧力センサの一体化は、グロープラグの製造コストを増加させることになり、さらに重要なことは、グロープラグのサービス寿命が短くなるということである。この理由から、グロープラグ及びグロープラグ制御ユニットの開発における絶え間ない目標は、一方で製造コストを低減すると共に、他方でグロープラグのサービス寿命を増加することにある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】ＤＥ１０２００５０２６７４Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、ジーゼルエンジンを備えた自動車両に関連したコストを削減する手法を示すことである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の目的は、請求項１に提示された特徴を備える方法によって解決される。本発明の更なる有利な展開は、従属請求項の主題である。
【０００７】
本発明に係る方法では、シリンダ内の燃焼室圧力の有力な複数の測定値がシリンダの各運転サイクル中に測定され、クランクシャフトの角位置は、各個別測定値に対して決定される。燃焼プロセスの特性値は、クランクシャフトの角位置に関連して測定された燃焼室圧力の進展から決定され、決定された特性値は設定値と比較される。そして有効電圧は、その設定値に達するために必要とされる最小値に設定される。例えば、燃焼プロセスに使用可能な特性値は、燃焼室圧力の最大値におけるクランクシャフトの角位置である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る方法は、グロープラグのサービス寿命を燃焼の質が影響されることなく、有意な程度まで長くすることに使用することができる。本発明に係る方法では、クランクシャフト角に関連して測定された燃焼室圧力を評価することによって燃焼の質が連続的にモニタされ得るという事実が、最適燃焼に必要とされる最小値まで有効電圧を低下させることによってグロープラグの温度を低下させることを可能にする。また、起こりうる過剰な減少は、実際に即座に検出され且つ修正され得る。このようにして、グロープラグの熱負荷は最小化され、それに従ってサービス寿命は長くなる。
【０００９】
グロープラグの最低温度は、自己点火式エンジンにおいて燃料の最適燃焼を達成するために必要とされ、この最低温度は、エンジンの状態に依存している。グロープラグの低すぎる温度は、燃焼挙動の相当な劣化を生じさせるが、最低温度を超えると、燃焼の質に何も影響を与えないか、無視できる影響だけとなる。それ故、グロープラグの動作温度は、最も不都合な状況で要求される最低温度に対応するようにしており、従って、必要性の高くない殆どの期間は既知のグロープラグ制御ユニットに設定されている。本発明に係る方法を適用することによって、プラグ温度は、エンジンの全ての動作条件において最適燃焼に必要とされる最低温度まで低下させられる。特に、加熱を最早必要としない場合、実際に即座に停止される。
【００１０】
燃焼プロセスの特性設定値は予め定義されると共に、例えば不変定数としてグロープラグ制御ユニットのメモリに格納され得る。しかし、有利には、エンジン速度に関連して及び／又はエンジン負荷に関連して設定値を定義することも可能である。燃焼プロセスの特性設定値は、エンジン制御ユニットによって、グロープラグ制御ユニット用に定義され得る。しかしながら、グロープラグ制御ユニットが、それ自身によって設定値をエンジン速度に関連して決定することも可能である。これは、苦もなく達成し得ることで、何故ならば、グロープラグ制御ユニットは、クランクシャフトの角位置を燃焼室圧力の個別測定値の各々に対して決定するからであり、それ故、速度を決定するために必要とされる利用可能な情報を有しているからである。例えば、設定値は、エンジン速度及び／又はエンジン負荷から、特性曲線または同系の特性によって決定され得る。
【００１１】
既に述べたように、燃焼室圧力がその最大値に達するクランクシャフト角は、燃焼プロセスの特性値として使用され得る。個別測定値が測定誤差に悩まされることは不可避であるので、それ故、しばしば相当な変動を示すことがあり、利用可能な測定値の最大値の正確な位置は、ある場合には、相当な不正確さを伴って決定されるのみである。この問題に立ち向かうために、例えば、クランクシャフトの異なる角範囲にわたる燃焼室圧力の２つの積分間の比を特性値として使用することも可能である。
【００１２】
例えば、運転サイクルの初期または最大圧力時の第１のクランクシャフト角から例えば燃料混合物の点火が理想的に起こるべき第２のクランクシャフト角までの燃焼室圧力の積分は、好ましくは第１の積分に直接後続する第２の積分に関連して設定され得る。換言すれば、そのようなアプローチによって、２つの規定されたクランクシャフト角間の燃焼室圧力の第１の積分を計算し、また２つの規定されたクランクシャフト角間の燃焼室圧力の第２の積分を計算し、そして２つの積分の商として特性値を計算することによって、特性値は燃焼室圧力から決定される。第１の積分の積分上限は、第２の積分の積分下限に対応し得るが、これは必ずしも必要ではない。運転サイクルの初期または所望のクランクシャフト角のその後の値は、第１の積分の積分下限として使用され得る。従って、運転サイクルの終期またはクランクシャフト角の小さな値は、第２の積分の積分上限として使用され得る。
【００１３】
燃焼室圧力の積分を数値的に、例えば特別な積分限界間に存在する圧力測定値を合計することによって計算することは、非常に複雑であるわけではない。
【００１４】
一般に、燃焼プロセスの特性値は、例えばクランクシャフト角の規定された値における燃焼室圧力の値相互間の比として、あるいはクランクシャフトの規定された角範囲にわたる燃焼室圧力の積分の比として計算され得る。燃焼プロセスの特性値を燃焼室圧力の進展の微分によって決定することも可能である。例えば、クランクシャフト角の後の燃焼室圧力の第１の導関数の最大値は、特性値として使用され得る。
【００１５】
燃焼を特徴づける種々の変数、例えば燃焼の熱放出は、クランクシャフトの角位置に関連して測定された燃焼室圧力の進展を評価することによって決定され得る。燃焼の熱放出を特徴づけるための通常の変数は、例えばＡＱ５，ＡＱ５０またはＡＱ９０である。この場合、各数値は、特別なクランクシャフト角の前に起こった熱放出のパーセントを特定する。言い換えれば、変数ＡＱ５０は、運転サイクル中に熱移転の５０％が起こっていたクランクシャフト角である。
【００１６】
エンジンが始動されたときに、通常グロープラグがその動作温度に達するまでにある程度の時間を要し、そしてグロープラグ近傍のエンジンの部品は、実際に条件が安定される温度まで加熱される。ある場合に、始動中の加熱挙動は、説明された方法によるよりも、予め規定された加熱ルーチンによってより良好に達成され得る。この理由から、本発明に係る方法を、エンジンが始動されてから定義された期間の後、例えば２０秒以上経過した後、即ちクランクシャフトが旋回を開始された後に開始することが有利となる。この期間は、クランクシャフトの規定された回転数としても特定され得る。その結果、例えばエンジンが始動されてからクランクシャフトが少なくとも１００回転を行うと直ちに、この方法は開始される。
【００１７】
加えて、本発明に係る方法が有利なのは、特性値が設定値に調節され、従って燃焼が改良され得る点である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】クランクシャフト角に関連した燃焼室圧力の展開、及びいくつかの燃焼依存変数を例として示す。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の更なる詳細及び利点は、添付の図面を参照する例示的実施形態によって説明される。
【００２０】
エンジン稼動中にグロープラグを操作するために、パルス幅変調によって車両電気システム電圧から有効電圧が発生され、この有効電圧はグロープラグに印加される。前記エンジンは、ジーゼルエンジンであるか、他の自己点火式内燃エンジンである。このエンジンは、エンジンシリンダ内で動くピストンに結合されたクランクシャフトを備え、その往復運動を回転運動に変換する。このエンジンは、少なくとも１つのシリンダ、標準的な場合には、２、４またはそれより多いシリンダを備える。
【００２１】
有効電圧の値は、シリンダの個別のグロープラグに対して個々に規定され得る。このことを達成するために、シリンダ内の燃焼室圧力の有力な複数の測定値がシリンダの各運転サイクル中に測定され、クランクシャフトの角位置は、各個別測定値に対して決定される。使用されるグロープラグは、一体化されたセンサで燃焼室圧力を測定する圧力測定式グロープラグであり、従って燃焼室圧力の測定値をグロープラグ制御ユニットに与えることができるものであることが好ましい。好適な圧力測定式グロープラグは、例えば、特許文献１から知ることができる。
【００２２】
燃焼室圧力は、連続的または準連続的手法で測定されることが好ましい。その結果、測定値は、互いに時間的に接近して後続する。燃焼室圧力の測定値は、１運転サイクル中に少なくとも２０回、より好ましくは少なくとも５０回、そして最も好ましくは少なくとも１００回測定されることが好ましい。クランクシャフトの角位置を各個別測定値について決定するためには、現在の角位置をグロープラグ制御ユニットに対し１サイクル当たり少なくとも１回通知するだけで十分である。例えば、クランクシャフトの各ゼロ点通過をグロープラグ制御ユニットに対しての通知、即ちクランクシャフトの角位置が０°であるか他の定義された値に達したことをグロープラグ制御ユニットに知らせるだけで十分である。単純な時間測定によってグロープラグ制御ユニットは、クランクシャフト角の値を燃焼室圧力の測定値に配分することができる。前記測定値は、クランクシャフトセンサの２つのそのような信号間で決定されているものである。
【００２３】
図１において、曲線１は、燃焼室圧力（バール）の展開をクランクシャフト角（度）に関連して示している。燃焼室圧力の進展は、燃焼プロセスの特性値を決定することに使用される。例えば、運転サイクル中に燃焼室圧力がその最大値に達するクランクシャフト角は、燃焼プロセスの特性値として使用され得る。図示の例では、燃焼室圧力は約１７．５°のクランクシャフト角でその最大値に達する。
【００２４】
決定された特性値は設定値と比較され、そして有効電圧はその設定値に達するために必要とされる最小値に設定される。決定された特性値が規定された設定値に対応する場合、有効電圧は低下させられる。後の運転サイクル中で、有効電圧があまりにも低下され、従って特性値が今や設定値とは異なっていることが検出された場合は、有効電圧は増加される。このようにして、有効電圧は、設定値に達するために必要とされる最小値に設定され得る。
【００２５】
例えば、設定値より小さいか等しいクランクシャフト角において、燃焼室圧力がその最大値に達する場合、有効電圧は低下され、そして設定値より大きなクランクシャフト角において、燃焼室圧力がその最大値に達する場合、有効電圧は増加される。
【００２６】
決定された特性値が設定値と対応していることが検出された場合、有効電圧を徐々に低下させることは適切である。好ましくは、有効電圧は、車両電気システム電圧の５％より小さな、より好ましくは２％より小さな、そして最も好ましくは１％以下へ徐々に変化させられる。有効電圧は、電圧パルスの持続時間を、それらの間に存在する休止区間に関して、短縮することによって低減させられる。
【００２７】
この方法の安定性を増すために、各運転サイクル中は有効電圧を変化させず、その代わりに決定された特性値を設定値と比較するか、あるいは定義された数の運転サイクル後、例えば３以上、例えば５運転サイクル後に一致がある場合は、有効電圧だけを低下させることが有利である。この場合、現在決定された各値は設定値と比較されるか、あるいは、定義された数の先行サイクルに対して決定された値は、統計的評価を受けることができる。例えば、決定された特性値の統計的平均は、設定値と比較され得る。
【００２８】
設定値は、エンジン制御ユニットによってグロープラグ制御ユニットに対し、エンジン速度およびエンジン負荷に関連して特定される。
【００２９】
例えば、既に燃焼された燃料の部分は、燃焼室圧力１の展開から計算され得る。図１において、曲線２は、運転サイクル中に既に燃焼された燃料の部分、即ちエネルギ変換の度合いを示している。この部分は、運転サイクルの初期では０である。これは、燃料は未だ燃焼されていないからである。この部分は、運転サイクルの終期では１である。これは、そのときまでに燃料は完全に燃焼されているからである。この理由で、曲線２及び／又は与えられたクランクシャフト角におけるその値は、燃焼の特性値として使用することができる。
【００３０】
図１において、熱放出は、追加的に曲線３として任意単位でプロットされている。図１において、熱放散の最大値は、最大圧力値と一致する。対応するクランクシャフト角において、燃料の半分は燃焼されている。
【符号の説明】
【００３１】
１：燃焼室圧力の展開を示す曲線
２：燃料の燃焼済み部分を示す曲線
３：熱放出を示す曲線
【図１】
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【外国語明細書】
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