(57)【要約】  本発明は、電気的に開放および閉鎖される噴射弁（１８）を備え、該噴射弁開放時に電流強度を上昇させるためにブースタコンデンサ（ＢＫ）が用いられる形式の内燃機関の作動方法に関する。燃料加熱に起因する燃料圧力システム内の圧力上昇を伴うエンジンブレーキ動作後の噴射再開および停止フェーズ後の始動過程といった極端なケースであっても、通常動作のために設計されているブースタコンデンサにおいていっそう確実な噴射を保証するため、ブースタ電流の電流特性が内燃機関の所定の動作状態中に標準値から高められた値および／または長くされた期間へ切り替えられ、所定の動作状態の終了とともに標準値および標準期間にリセットされる。
2008525715.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気的に開放および閉鎖される噴射弁（１８）を備え、該噴射弁開放時に電流強度を上昇させるためにブースタコンデンサ（ＢＫ）が用いられる内燃機関の作動方法において、
ブースタ電流の電流特性が内燃機関の所定の動作状態中に標準値から高められた値および／または長くされた期間へ切り替えられ、前記所定の動作状態の終了とともに前記標準値および標準期間に戻されることを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法において、
前記ブースタ電流の電流特性は内燃機関始動過程中、前記標準値から高められた値および／または長くされた期間へ切り替えられ、通常動作への移行とともに前記標準値に戻されることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１または２記載の方法において、
前記ブースタ電流の電流特性はエンジンブレーキ動作終了時、前記標準値から高められた値および／または長くされた期間へ切り替えられ、通常動作への移行とともに前記標準値に戻されることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項記載の方法において、
前記ブースタ電流の電流特性は、多重ブースト動作により長くされた期間へ切り替えられることを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項記載の方法において、
前記標準値と高められた値の切り替えは１つの噴射サイクル内で行われることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項記載の方法において、
前記ブースタ電流の電流特性は、レール圧力が下方の閾値を下回ったとき、高められた値または長くされた期間から標準値および標準期間へ切り替えられることを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項記載の方法において、
前記ブースタ電流の電流特性は、高められたブースタ電流値により行われる噴射の回数が最大値を超えたとき、高められた値または長くされた期間から標準値および標準期間へ切り替えられることを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項記載の方法において、
前記ブースタ電流の電流特性は、ブースタコンデンサ（ＢＫ）の電圧が下方の閾値を下回るとただちに、高められた値または長くされた期間から標準値および標準期間へ切り替えられることを特徴とする方法。
【請求項９】
電気的に開閉可能な噴射弁（１８）を備え、該噴射弁（１８）開放時に電流強度を高めるために付加接続可能なブースタコンデンサ（ＢＫ）が用いられる内燃機関において、
ブースタ電流の電流特性が標準値から高められた値および／または長くされた期間へ切り替えられることを特徴とする内燃機関。
【請求項１０】
請求項９記載の内燃機関において、
ブースタコンデンサ（ＢＫ）が再充電回路（ＮＬＫ）により充電されることを特徴とする内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
従来技術
本発明は、内燃機関ならびにこの内燃機関の作動方法に関する。
【０００２】
ガソリン直接噴射において内側開放式高圧噴射電磁弁を開くためには、高いシステム圧ゆえにブースタフェーズが必要とされ、このフェーズにおいては高圧噴射弁を流れる電流がたとえば１２Ａといった値まで上昇する。この高い電流は高圧噴射弁をブースタコンデンサに接続することにより形成され、このブースタコンデンサはたとえば６５Ｖといった電圧よりも低いエネルギーを蓄積し、ブースタフェーズ中、それを高圧噴射弁へ供給する。ブースタフェーズ中に取り出されたエネルギーは、再充電回路を介して次のブースタフェーズまで再びブースタコンデンサに引き渡される。この再充電回路およびブースタコンデンサの大きさは殊に、高圧噴射弁により必要とされるブースタエネルギーに左右され、さらにブースタエネルギー自体は高圧噴射弁の開放に必要とされるブースタ電流に依存する。ブースタ電流のレベルは主として最大システム圧とスタティックな貫流量とによって決まり、その際、この最大システム圧に抗して高圧噴射弁を開かせなければならない。
【０００３】
従来技術の問題点
ガソリン直接噴射の場合、通常動作中の最大システム圧は圧力制限弁の開放によって決定される。圧力制限弁の開放圧力には、通常動作における２つのケースにおいて到達する。第１のケースを成すのはホットスタートであり、ここでホットスタートとは、燃料が加熱されていることから燃料高圧システムにおける圧力上昇を伴う停止後の始動過程のことである。燃料システム内の燃料加熱は、前に全負荷で走行しそれゆえ著しく加熱しているエンジンの熱伝導によって生じる。第２のケースを成すのはエンジンブレーキ動作後の噴射再開である。エンジンブレーキ動作中、燃料の噴射が停止され、上述の理由で燃料高圧システムにおいて圧力上昇が発生する。両方のケースにおいて、燃料高圧システム内の圧力は何回かの噴射後、比較的低い通常の圧力レベルまで減少する。ただしブースタ電流は、達成可能な最大圧力つまり圧力制限弁の開放圧力に従い形成される。したがって再充電回路および再充電コンデンサは、通常動作のためには過大な仕様に選定されている。
【０００４】
したがって本発明の課題は、エンジンブレーキ動作後の噴射再開や停止フェーズ後の始動過程といった燃料加熱に起因する燃料圧力システム内の圧力上昇を伴う極端なケースであっても、通常動作のために設計されているブースタコンデンサにおいていっそう確実な噴射を保証できるようにした方法を提供することにある。
【０００５】
発明の利点
この課題は、電気的に開放および閉鎖される噴射弁を備え、噴射弁開放時に電流強度を上昇させるためにブースタコンデンサが用いられる内燃機関の作動方法において、ブースタ電流の電流特性が内燃機関の所定の動作状態中に標準値から高められた値および／または長くされた期間へと切り替えられ、前記所定の動作状態の終了とともに標準値および標準期間に戻されることにより解決される。
【０００６】
有利にはブースタ電流の電流特性が、内燃機関の始動過程中および／またはエンジン動作後の噴射再開時に標準値から高められた値へと切り替え、および／またはブースタフェーズの標準期間から長くされたブースタフェーズへと切り替え、始動過程終了とともに、およびエンジンブレーキ動作後の噴射再開時にいくつかの噴射が行われた後、標準値ないしはブースタフェーズの標準期間へと再び戻される。ブースタ電流の電流特性は有利には多重ブースト動作により切り替えられ、すなわちそれぞれ短期間にわたりブースタ電流を繰り返しオンにすることにより、全体として長くされた期間へと切り替えられる。
【０００７】
高圧噴射弁の開放圧力は、上述の２つのケースについてブースタ電流を変化させることにより高められる。ブースタコンデンサがたくさん放電してしまうことがないよう、燃料圧力低下時にはブースタ電流の変更を迅速に再び元に戻す必要がある。変更されたブースタ電流により行われる僅かな噴射によってブースタコンデンサの放電が最小となり、それによって以降の噴射が確実に行われるようになる。別の利点は、再充電回路およびブースタコンデンサの仕様を通常動作に合わせて選定できることである。この場合、ホットスタートおよびエンジンブレーキ遮断後の再開に合わせて、それらを過大に仕様選定する必要がない。さらに（たとえばスタティックなバルブ貫流量の増加などによって）、ハードウェアを変更する必要なく高圧噴射弁の開放力を高めることができる。スタティックな貫流量を多くすることによってたとえばエンジンモデルの搭載バリエーションに用いることができ、および／または制御装置における電力損失をたとえば噴射窓を小さくすることで低減することができる。また、スタティックな貫流量を多くすることによって、低温時の始動特性も向上する。
【０００８】
高圧噴射弁の開放が圧力制限弁の開放圧まで保証されるよう、始動時には電流特性が全般的に変更される。始動過程終了時、通常動作のための電流特性が再びアクティブにされる。再充電回路は始動過程における回転数が低いことから、変更された電流特性の所要ブースタエネルギーを高めることによっても、ブースタコンデンサを十分に再充電することができる。エンジンブレーキ動作中、システム圧が所定の圧力閾値を上回ると、そのあとに続く再開フェーズのために電流特性が変更される。この場合、再開フェーズにおける１回目の噴射のためには、高められた所要ブースタエネルギーが必要とされる。
【０００９】
標準値と高められた値との切り替えを１つの噴射サイクル内で行うのが有利である。
【００１０】
有利であるのは、レール圧力が閾値を下回ったときに、ブースタ電流の電流特性を高められた値から標準値へ、あるいは長くされた期間から標準期間へ切り替えることである。  代案として、あるいはこれに加えて、高められたブースタ電流値により行われる噴射の回数が最大値を超えたとき、ブースタ電流の電流特性が高められた値から標準値へ、あるいは長くされた期間から標準期間へ切り替えられるように構成することができる。
【００１１】
さらに代案として、あるいはこれに加えて、ブースタコンデンサの電圧が下方の閾値を下回るとただちに、ブースタ電流の電流特性が高められた値から標準値へ、あるいは長くされた期間から標準期間へ切り替えられるように構成することができる。
【００１２】
つまりシステム圧が圧力閾値を再び下回るとただちに、あるいは変更された電流特性によって行われた噴射の回数が所定の閾値を超えると、電流特性がそれよりも低い本来のレベルへ迅速に戻される。これにより、ブースタコンデンサが大量に放電して噴射停止の生じる可能性が回避される。
【００１３】
さらに上述の課題は、電気的に開閉可能な噴射弁を備え、この噴射弁開放時に電流強度を高めるために付加接続可能なブースタコンデンサが用いられる内燃機関において、ブースタ電流の電流特性が標準値から高められた値および／または長くされた期間へ切り替えられることによっても解決される。この場合、ブースタコンデンサは有利には再充電回路によって充電される。
【００１４】
図面
次に、図面を参照しながら本発明の実施例について説明する。
【００１５】
図１は、燃料供給システムとともに内燃機関のシリンダを概略的に示す図である。
【００１６】
図２は、制御装置および噴射ノズルとともに描かれた回路図である。
【００１７】
図１には、内燃機関のシリンダが燃料供給システムに設けられたコンポーネントとともに概略的に示されている。この図には、直接噴射（ガソリン直噴ＢＤＥ）が行われる内燃機関が燃料タンク１１とともに示されており、この燃料タンク１１には電子燃料ポンプ（ＥＫＰ）１２と燃料フィルタ１３と低圧レギュレータ１４が配置されている。燃料タンク１１から高圧ポンプ１６へ燃料導管１５が案内されている。高圧ポンプ１６には蓄積室１７が接続されている。蓄積室１７には噴射弁１８が配置されており、これは有利には内燃機関の燃焼室２６にダイレクトに対応づけられている。直接噴射の行われる内燃機関の場合、各燃焼室２６ごとに少なくとも１つの噴射弁１８が割り当てられており、この場合、各燃焼室２６ごとに複数の噴射弁１８を設けることもできる。
【００１８】
燃料は電子燃料ポンプ１２により、燃料タンク１１から燃料フィルタ１３および燃料タンク１５を介して高圧ポンプ１６へ搬送される。燃料フィルタ１３の役割は、未知の粒子を燃料から除去することである。低圧レギュレータ１４を用いて燃料供給システムの低圧領域において燃料圧力が、たいていは約４〜５ｂａｒのオーダにあるまえもって定められた値となるよう調整される。有利には内燃機関によってダイレクトに駆動される高圧ポンプ１６により燃料が圧縮され、蓄積室１７へ燃料が搬送される。この場合、燃料圧力は約１５０ｂａｒまでの値に達する。
【００１９】
図１には一例として、直接噴射が行われる内燃機関の燃焼室２６が描かれており、一般にこのような内燃機関はそれぞれ１つの燃焼室２６を備えた複数のシリンダを有している。燃焼室２６には少なくとも１つの噴射弁１８と、少なくとも１つの点火プラグ２４と、少なくとも１つの吸気弁２７と、少なくとも１つの排気弁２８が配置されている。燃焼室は、シリンダ内で上昇下降可能なピストン２９によって仕切られている。吸気弁２７を介して外気が吸気管３６から燃焼室２６に吸い込まれる。燃料は噴射弁１８によって、内燃機関の燃焼室２６へダイレクトに噴射される。
【００２０】
点火プラグ２４によって燃料空気混合物が着火される。着火された燃料空気混合物が膨張することによってピストン２９が駆動される。ピストン２９の運動は、コネクティングロッド３７を介してクランクシャフト３５に伝達される。クランクシャフト３５にはセグメントディスク３４が配置されており、回転数センサ３０によってこのディスクが走査される。回転数センサ３０は、クランクシャフト３５の回転運動を表す信号を発生する。
【００２１】
燃焼により生じる排気ガスは排気弁２８を介して燃焼室２６から排気管３３へ送出され、そこには温度センサ３１とラムダセンサ３２が配置されている。温度センサ３１によって温度が測定され、ラムダセンサ３２によって排気ガスの酸素含有量が測定される。
【００２２】
蓄積室１７には圧力センサ２１と圧力制御弁１９が接続されている。圧力弁１９は入口側で蓄積室１７と接続されている。出口側では帰還導管２０が燃料導管１５へ案内されている。吸気管３６にはスロットルバルブ３８が配置されており、この旋回位置は信号ライン３９およびここには図示されていない対応する電気アクチュエータを介して、制御装置２５により調節可能である。
【００２３】
圧力制御弁１９の代わりに、燃料供給システム１０における調量制御弁を用いることもできる。圧力センサ２１により蓄積室１７内の燃料圧力実際値が測定されて、制御装置２５へ供給される。制御装置２５により、測定された燃料圧力実際値に基づき駆動制御信号が形成され、これによって圧力制御弁が駆動制御される。図１には噴射弁１８の電気的な駆動制御については描かれておらず、これについては図２に示されている。ここでは制御信号ライン２２を介して、種々のアクチュエータやセンサが制御装置２５と接続されている。
【００２４】
制御装置２５には、内燃機関の制御に用いられる様々な機能が実装されている。今日の制御装置においてはそれらの機能はコンピュータにおいてプログラミングされ、ついで制御装置２５の記憶装置に格納される。記憶装置に格納される機能は内燃機関に対する要求に従い起動され、この場合、制御装置２５のリアルタイム性能に対し殊に厳格な要求が課される。なお、原理的には内燃機関の制御を、ソフトウェアによる実現に対する代案としてハードウェアにより実現可能である。
【００２５】
図２には噴射弁と制御装置２５との結線が描かれており、ここでは噴射弁に対し参照符号ＨＰＩＶ１１およびＨＰＩＶ１２が付されている。わかりやすくするため以下の説明では、それぞれ３つずつ設けられた出力側ＢＡＴＴｘ，ＢＯＯＳＴｘ，ＳＢＯｘ，ＳＨＳｘ，ＤＬＳｘ１，ＤＬＳｘ２の添え字は省くことにする。さらにこの図には一例として２つのバンクを備えた４シリンダエンジンが示されており、それらのバンクにはここでは参照符号バンク１，バンク２が付されており、その際、バンク１についてのみ詳しく説明する。この場合、制御装置２５には、噴射弁ＨＰＩＶ１１およびＨＰＩＶ１２を駆動制御する終段４０と、制御装置２５の機能を制御するマイクロコントローラ４１が含まれている。
【００２６】
噴射弁ＨＰＩＶ１１およびＨＰＩＶ１２の駆動制御は以下のようにして行われる。すなわちブースタフェーズ中、終段４０により信号ＢＯＯＳＴｘ＿１〜ＢＯＯＳＴｘ＿３がＳＢＯｘ＿１〜ＳＢＯｘ＿３に供給され、さらにＤＬＳｘ１＿１〜ＤＬＳｘ１＿３がＨＰＩＶ１１の駆動制御のためアースにつなげられる。これによりＨＰＩＶ１１に高い電流が流れる。必要とされるブースタ電流は、入力側ＢＯＯＳＴｘ＿１等を介してブースタコンデンサＢＫから取り出される。この場合、ブースタコンデンサＢＫは、噴射弁のうちの１つの開放過程ごとに放電され、その間の期間中は、バッテリ電圧供給部ＢＳに接続されている再充電チョークＮＬＤを介して再充電される。再充電過程を制御するために再充電トランジスタＮＬＴが用いられる。
【００２７】
特定の動作状態において、たとえば内燃機関始動時またはエンジンブレーキ動作終了時、個々の噴射弁を開放するためブースタフェーズにおいていっそう高い電流が必要とされる。この電流はブースタフェーズの延長により達成され、これは達成すべきブースタ電流レベルの上昇によって行われ、あるいは多重ブースト動作によって行われ、すなわちこの場合にはＢＯＯＳＴｘ＿ｌ〜ＢＯＯＳＴｘ＿３とＳＢＯｘ＿ｌ〜ＳＢＯｘ＿３との間の接続が何回かオン／オフされる。
【００２８】
ブースタフェーズ後、終段４０によって信号ＢＡＴＴｘ＿ｌ〜ＢＡＴＴｘ＿３がＳＨＳｘ＿ｌ〜ＳＨＳｘ＿３に供給され、ＤＬＳＸ１＿１〜ＤＬＳＸ１＿３がＨＰＩＶ１１の駆動制御のためアースに接続される。これによって保持フェーズ中、ＨＩＰＶ１１には低減された電流が流れる。このとき出力側ＳＨＳｘは弁開放のための基本電圧を供給する。
【００２９】
マイクロコントローラ４１によりブースタ電流レベルを段階的に調整することができ、たとえば８．５Ａ〜１２Ａの間において０．５Ａの段階で調整することができる。ブースタコンデンサＢＫにおけるブースタ電圧を再充電による期間、維持できない程度にブースタ電流レベルを高く調整すれば、ブースタコンデンサはいくつかの噴射サイクル内で完全に放電される。ブースタコンデンサＢＫの放電を避けるため、比較的長いブースタフェーズを伴う動作が数回の噴射に制限される。この目的でブースタコンデンサＢＫの電圧を利用することができ、この電圧が下限値に達すると再び通常動作に切り替えられる。通常動作への切り替えを、圧力が圧力閾値を下回ることによって行うこともできる。これに対する代案として、所定の回数の噴射後に通常動作に切り替えることができ、ここで回数を内燃機関の動作状態たとえば回転数、負荷等に依存させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】燃料供給システムとともに内燃機関のシリンダを概略的に示す図
【図２】制御装置および噴射ノズルとともに描かれた回路図
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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