(57)【要約】【課題】内燃機関の始動時、特にウォームスタート時の混合物形成を改良することを可能にする方法を提供する。【解決手段】内燃機関（１）の始動段階開始前の第１の混合物形成のために燃焼室（４）内で必要とされる燃料質量を、複数回の連続した燃料噴射によって燃焼室（４）にもたらすようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのシリンダ（２）と、該シリンダ内で可動に案内されたピストン（３）と、シリンダ（２）内に形成された燃焼室（４）と、燃料を燃焼室（４）に直接にもたらすことのできる直接噴射装置（９）と、内燃機関（１）を制御及び／又は調整するため、特に直接噴射装置（９）を制御及び／又は調整するための制御装置（２０）とを備えた内燃機関（１）の始動法において、
内燃機関（１）の始動段階開始前の第１の混合物形成のために燃焼室（４）内で必要とされる燃料質量を、複数回の連続した燃料噴射によって燃焼室（４）にもたらすことを特徴とする、内燃機関の始動法。
【請求項２】
第１の混合物形成のために必要とされる燃料質量の第１の噴射（ＶＥ１）を、内燃機関（１）の始動段階開始の少なくとも１００ｍｓ前に燃焼室（４）にもたらす、請求項１記載の方法。
【請求項３】
内燃機関（１）の始動段階の間の燃焼室（４）における燃焼のために必要とされる燃料質量を、複数回の連続した噴射によって燃焼室（４）にもたらす、請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
噴射回数、噴射時点、噴射間の時間間隔及び／又は噴射時間を制御することにより、燃焼室（４）内に意図的に、混合物形成を改良するための空気乱流を生ぜしめる、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
少なくとも１つのシリンダ（２）と、該シリンダ内で可動に案内されたピストン（３）と、シリンダ（２）内に形成された燃焼室（４）と、燃料を直接に燃焼室（４）にもたらすことのできる直接噴射装置（９）と、内燃機関（１）を制御及び／又は調整するため、特に直接噴射装置（９）を制御及び／又は調整するための制御装置（２０）とを備えた内燃機関（１）において、
制御装置（２０）が直接噴射装置（９）に指示して、内燃機関（１）の始動段階の開始前の第１の混合物形成のために燃焼室（４）内で必要とされる燃料質量が、複数回の連続した燃料噴射によって燃焼室（４）にもたらされるようになっていることを特徴とする、内燃機関。
【請求項６】
制御装置（２０）が直接噴射装置（９）に指示して、第１の混合物形成のために必要とされる燃料質量の第１の噴射（ＶＥ１）が、内燃機関（１）の始動段階開始の少なくとも１００ｍｓ前に燃焼室（４）にもたらされるようになっている、請求項５記載の内燃機関。
【請求項７】
制御装置（２０）が直接噴射装置（９）に指示して、内燃機関（１）の始動段階の間の混合物形成のために燃焼室（４）内で必要とされる燃料質量が、複数回の連続した燃料噴射によって燃焼室（４）にもたらされるようになっている、請求項５又は６記載の内燃機関。
【請求項８】
複数回の噴射によって、混合物形成を改良するための空気乱流が燃焼室（４）内に生ぜしめられるように、制御装置（２０）が直接噴射装置（９）を制御する、請求項５から７までのいずれか１項記載の内燃機関。
【請求項９】
内燃機関（１）を制御及び／又は調整するため、特に内燃機関（１）の直接噴射装置（９）を制御及び／又は調整するための制御装置（２０）において、
該制御装置（２０）が直接噴射装置（９）に指示して、内燃機関（１）の始動段階の開始前の第１の混合物形成のために燃焼室（４）内で必要とされる燃料質量が、複数回の連続した燃料噴射によって燃焼室（４４）にもたらされるようになっていることを特徴とする、内燃機関を制御及び／又は調整するための制御装置。
【請求項１０】
制御装置（２０）が直接噴射装置（９）に指示して、第１の混合物形成のために必要とされる燃料質量の第１の噴射（ＶＥ１）が、内燃機関（１）の始動段階開始の少なくとも１００ｍｓ前に燃焼室（４）にもたらされるようになっている、請求項９記載の制御装置。
【請求項１１】
制御装置（２０）が直接噴射装置（９）に指示して、内燃機関（１）の始動段階の間の混合物形成のために燃焼室（４）内で必要とされる燃料質量が、複数回の連続した燃料噴射によって燃焼室（４）にもたらされるようになっている、請求項９又は１０記載の制御装置。
【請求項１２】
制御装置（２０）が、噴射回数、噴射時点、噴射間の時間間隔及び／又は噴射時間を制御することにより、混合物形成を改良するための空気乱流を燃焼室（４）内に生ぜしめる、請求項９から１１までのいずれか１項記載の制御装置。
【請求項１３】
内燃機関（１）を制御及び／又は調整するための制御装置（２０）の演算装置（２０）、特にマイクロプロセッサ（２１）において進行可能なコンピュータプログラムにおいて、該コンピュータプログラムが、前記演算装置（２０）において進行すると、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法を実施するために適していることを特徴とする、制御装置の演算装置において進行可能なコンピュータプログラム。
【請求項１４】
コンピュータプログラムが、メモリエレメント（２２）、特にランダムアクセスメモリ、リードオンリーメモリ又はフラッシュメモリにメモリされている、請求項１３記載のコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも１つのシリンダと、該シリンダ内で可動に案内されたピストンと、シリンダ内に形成された燃焼室と、燃料を燃焼室に直接にもたらすことのできる直接噴射装置と、内燃機関を制御及び／又は調整するため、特に直接噴射装置を制御及び／又は調整するための制御装置とを備えた内燃機関の始動法に関する。
【０００２】
更に本発明は、該内燃機関及び該内燃機関を制御及び／又は調整するため、特に内燃機関の直接噴射装置を制御及び／又は調整するための制御装置、並びに内燃機関を制御及び／又は調整するための制御装置の演算装置、特にマイクロプロセッサにおいて進行可能なコンピュータプログラムに関する。
【背景技術】
【０００３】
冒頭で述べた形式の方法は既に公知である。このいわゆるダイレクトスタート法では、ピストンが作業位置に位置するシリンダの燃焼室内に、燃焼に必要な量の燃料を、内燃機関の停止中に噴射する。この場合、一般に約１００ｍｓ以内で、燃焼室内に位置する空気・燃料混合物が点火される。この空気・燃料混合物の点火と共に、いわゆる始動段階が始まる。この始動段階は、所定のアイドル回転数の達成を以て終了する。クランクシャフトにおいて所定のトルクを生ぜしめ、例えば複数のシリンダを備えた内燃機関において別のシリンダのピストンを作動位置にもたらすようにクランクシャフトを運動させるためには、始動段階の開始時に空気・燃料混合物を燃焼させることにより、十分なエネルギを解放する必要がある。シリンダ内に封じ込められた空気質量と、その中に噴射された燃料質量とから成る空気・燃料混合物の燃焼に際して生ぜしめられるエネルギは、空気・燃料混合物の成分に関連している。これにより、混合物調整は、特に電動モータ式のスタータ無しのダイレクトスタート法にとって重要である。
【０００４】
ウォームスタートは、温度上昇時の空気の密度低下に基づき、シリンダが比較的少なく充填されていることによって付加的に難しくなり、その結果、燃焼モーメントは比較的小さくなる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、内燃機関の始動時、特にウォームスタート時の混合物形成を改良することを可能にする方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この課題を解決するために本発明では、内燃機関の始動段階開始前の第１の混合物形成のために燃焼室内で必要とされる燃料質量を、複数回の連続した燃料噴射によって燃焼室にもたらすようにした。
【発明の効果】
【０００７】
燃料は、いわゆる揮発性に基づいて気化しやすい。気化する傾向は、燃料によって形成される表面積の増大に基づいて高められる。これらの理由から、燃焼室に噴射された燃料が気化する傾向は、比較的高い。噴射された燃料の気化により、混合物形成もやはり、混合物が比較的簡単に点火可能であるように改良される。但し、このための前提条件は、気化を遂行可能な間に十分多くの時間が供与されており且つ／又は予め規定された時間内で気化させるために、噴射される燃料の質量が十分に小さいということである。始動段階における第１の点火のために燃焼室内で必要とされる燃料質量が、その都度比較的少量の燃料しか燃焼室に噴射されない複数回の連続した噴射によって燃焼室にもたらされると、気化は著しく高められ、延いては同量の燃料が単独噴射の形で燃焼室にもたらされた場合よりも改良された混合物形成が達成される。
【０００８】
本発明の方法の有利な改良では、第１の混合物形成のために必要とされる燃料質量の第１の噴射を、内燃機関の始動段階開始の少なくとも１００ｍｓ前に燃焼室にもたらす。特に、始動段階の開始前の燃焼室内への燃料の噴射時点を、混合物調整が、シリンダ壁とピストンとに蓄えられた熱エネルギを意図的に利用することによる燃料気化に基づいて改善されるように選択する。例えば内燃機関は頻繁に、次に再びいわゆるウォームスタート法で始動させるために短時間の間だけ停止される。いわゆるスタート・ストップ機能において、車両の内燃機関は、信号での車両の停止時間の間遮断される。アクセルペダルを操作するか、又はギヤを入れることにより、この時点ではまだほとんど運転温度を有している内燃機関を始動させる。例えば、既に停止状態が得られている場合は、スタート・ストップ機能の実施中に第１の噴射において燃料を燃焼室に噴射すると、シリンダ壁に蓄えられており且つ燃焼室に供給される熱エネルギが燃料気化の増大を生ぜしめ、このこともやはり、均質な混合物調整をもたらす。
【０００９】
有利には、燃焼室内での燃焼のために必要とされる燃料質量は、内燃機関の始動段階の間に複数回の連続した噴射によって燃焼室にもたらされる。これにより、始動段階中も燃料質量の燃焼の改良が達成され延いてはエミッションが減少される。
【００１０】
有利な実施形態では、噴射数、噴射時点、噴射間の時間間隔及び／又は噴射時間を制御することにより、混合物形成を改良するための空気乱流が燃焼室内で生ぜしめられる。この空気乱流は、意図的に発生させられ且つ規定された時間の間、個々の噴射によって維持される。これにより、高められた燃料気化に基づく混合物調整及び燃焼室境界部における燃料の堆積物の減少が改善される。
【００１１】
前記課題を解決するために、本発明は冒頭で述べた形式の内燃機関も含んでおり、この内燃機関では、制御装置が直接噴射装置に指示して、内燃機関の始動段階開始前の第１の混合物形成のために燃焼室内で必要とされる燃料質量を、複数回の連続した燃料噴射によって燃焼室にもたらすようにする。
【００１２】
有利には、制御装置は直接噴射装置に指示して、内燃機関の始動段階の間の混合物形成のために燃焼室内で必要とされる燃料質量を、複数回の連続した燃料噴射によって燃焼室にもたらすようにする。
【００１３】
内燃機関の有利な改良では、制御装置が直接噴射装置に指示して、第１の混合物形成のために必要とされる燃料質量の第１の噴射を、内燃機関の始動段階開始の少なくとも１００ｍｓ前に燃焼室にもたらすようにする。
【００１４】
内燃機関の別の有利な構成では、噴射により燃焼室内に第１の混合物形成を改善するための空気乱流が発生されるように、制御装置が噴射システムを制御する。
【００１５】
更に、本発明は、冒頭で述べた形式の内燃機関を制御及び／又は調整するため、特に内燃機関の直接噴射装置を制御及び／又は調整するための制御装置を含んでおり、この制御装置は直接噴射装置に指示して、内燃機関の始動段階開始前の第１の混合物形成のために燃焼室内で必要とされる燃料質量を、複数回の連続した燃料噴射によって燃焼室にもたらすようにする。
【００１６】
制御装置の有利な改良では、この制御装置は直接噴射装置に指示して、第１の混合物形成に必要とされる燃料質量の第１の噴射を、内燃機関の始動段階開始の少なくとも１００ｍｓ前に燃焼室にもたらすようにする。
【００１７】
有利には、制御装置は直接噴射装置に指示して、内燃機関の始動段階の間の混合物形成のために燃焼室内で必要とされる燃料質量を、複数回の連続した燃料噴射によって燃焼室にもたらすようにする。
【００１８】
有利な構成では、制御装置は噴射数、噴射時点、噴射間の時間間隔及び／又は噴射時間を制御することにより、第１の混合物形成を改善するための空気乱流を燃焼室内に生ぜしめる。
【００１９】
更に重要なのは、本発明をコンピュータプログラムの形で実現することである。この場合、このコンピュータプログラムは演算装置、特に制御装置のマイクロプロセッサにおいて進行可能であり且つ本発明による方法を実施するために適している。つまりこの場合、本発明はコンピュータプログラムによって実現されるので、このコンピュータプログラムは前記方法と同様に本発明を成すものであり、当該方法を実施するために適している。当該コンピュータプログラムは、有利にはメモリエレメントにメモリされている。メモリエレメントとしては、特にランダムアクセスメモリ、リードオンリーメモリ又はフラッシュメモリを使用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に、本発明を実施するための最良の形態を図面につき詳しく説明する。
【００２１】
図１には、直接噴射装置を備えた内燃機関１が示されている。この内燃機関１は、内部でピストン３が可動に案内されたシリンダ２を有している。当然のことながら、内燃機関は複数のシリンダを有していてもよい。シリンダ２内には燃焼室４が形成されており、この燃焼室４には、吸気弁７を介して吸気通路５が開口しており且つ排気弁８を介して排気通路６が開口している。更に、燃焼室４には信号ＺＷを介して制御可能な点火プラグ１０が対応配置されており且つ信号ＥＶを介して制御可能な噴射弁９が対応配置されている。燃料リザーバ１４は燃料導管１６を介して、信号ＨＤＰを介して制御可能な高圧ポンプ１５に接続されている。この高圧ポンプ１５には、高圧導管１７を介して噴射弁９が接続されている。
【００２２】
シリンダ２内でのピストン３の往復運動は、クランクシャフト１１の回転運動に変換される。絶対角度センサ１２は、クランクシャフト１１の位置に関連して信号ＫＷを生ぜしめる。更に、図１には制御装置２０が示されており、この制御装置２０はマイクロプロセッサ２１と、バスシステム２３を介して接続されたメモリエレメント２２とを有している。制御装置２０は、燃料噴射システムを制御し且つ／又は調整する。今まで述べた全ての信号は、制御装置２０に供給されるか又はこの制御装置２０によって生ぜしめられる。
【００２３】
内燃機関の運転中、高圧ポンプ１５を介して燃料高圧導管１７内に所定の圧力が形成され、これにより、噴射弁９の開放状態で規定された燃料質量を、規定された時間内に燃焼室４に供給することができる。ウォームスタート時には、このために必要な、高圧ポンプ１５によって形成された圧力がまだ燃料高圧導管１７内に存在しているか、又は特別な実施例では適当な手段によって、ウォームスタートのためにわざわざ圧力が供給される。
【００２４】
今、電動モータ式のスタータ無しで内燃機関１のウォームスタートを実施するためには、噴射弁９が制御装置２０により信号ＥＶを介して、予め規定された量の燃料が予め規定された時間内に第１の噴射によって燃焼室４に流入するように制御される。このことは、例えば内燃機関の遮断（ストップ）直後のスタート・ストップ機能の動作中に行うことができる。シリンダ２の壁及びピストン３に蓄えられた熱エネルギと、燃焼室４内の燃料の比較的長い滞留時間とに基づいて、噴射された燃料は気化し、これにより、燃焼室４における均質な空気・燃料混合物の発生を可能にする。更にこの第１の噴射には、前記混合物に点火する前に規定された時間間隔をあけて、同一シリンダの燃焼室内への別の噴射が続くので、いわゆるスプレー誘発された空気乱流が効果的に煽られて維持され、これにより、高度の燃料蒸発ガス成分を有する均質な混合物が燃焼室４内で生ぜしめられる。この場合、第１の噴射に続く噴射は、それぞれ例えば等間隔で、つまり同一時間間隔をあけて行うことができる。しかしまた、例えばスプレー誘発される空気乱流を増大させるためには、個々の噴射を異なる時間間隔で実施することも考えられる。例えば供給された燃料の気化を最適化するためには同様に、第１の点火に必要な燃料の質量の大きさとは関係無く、各噴射により燃焼室内へもたらされる燃料の質量も、それぞれ異なっていてよい。この場合、予め規定された時点で、信号ＺＷにより点火プラグ１０を介して点火火花が生ぜしめられ、この点火火花が空気・燃料混合物に引火して、延いては内燃機関１が始動する。
【００２５】
図２には、噴射が符号ＶＥ１，ＥＳ１，ＥＳ２によって表された１噴射モデルが示されている。この噴射モデルでは、単独のパイロット噴射ＶＥ１が始動段階Ｓの開始前に実施される。この場合、水平方向の軸線Ｔは所定の時間単位の経過を表し、垂直方向の軸線Ｍは、噴射された燃料の質量の大きさを表している。始動段階Ｓの開始に伴って、水平方向の軸線は符号ＫＷで示される。水平方向の軸線に関する前記の２つの異なる符号Ｔ、ＫＷは、パイロット噴射ＶＥ１が時間制御されているのに対して、内燃機関１の運転中延いては特に始動段階Ｓの最中の噴射ＥＳ１，ＥＳ２は、検出されたクランクシャフト角度に関連して制御されるということを明示するものである。
【００２６】
図２では、例えば内燃機関１の停止状態が得られた直後にスタート・ストップ機能を実施する間、単独のパイロット噴射ＶＥ１しか実施されない。始動段階Ｓを開始するまでは、シリンダ壁に蓄えられた熱エネルギが、噴射された燃料が気化し、これにより均質な空気・燃料混合物が形成されるように作用する。
【００２７】
図３には、図２に示した符号と同じ符号を用いて別の噴射モデルが示されている。特に、ＶＥ１はやはり第１のパイロット噴射を表しているが、但し図３ではこのパイロット噴射において、図２に示した噴射モデルのパイロット噴射よりも少ない質量の燃料が噴射される。始動段階Ｓにおいてダイレクトスタートを実施するために更に必要とされる燃料の質量は、引き続く２回のパイロット噴射ＶＥ２，ＶＥ３によって燃焼室４にもたらされる。パイロット噴射を複数回の少量の噴射に分割することにより、燃料気化が増大される。更に、このような多重噴射によって、空気乱流の発生及び保持が効果的に制御されるので、均質な空気・燃料混合物の形成が付加的に助成される。これにより、始動段階Ｓで開始する点火のために、最適化された燃焼延いては増大された燃焼モーメントを可能にする均質な空気・燃料混合物が供給されている。
【００２８】
図４に示した噴射モデルは、始動段階前の第１の混合物形成のために必要な噴射を生ぜしめるための噴射に加えて付加的に、始動段階の間に所要の燃料質量を得るための複数回の噴射を含んでいる。この場合、始動段階中の第１の燃焼のために必要とされる燃料質量は、噴射ＥＳ１．１，ＥＳ１．２，ＥＳ１．３によって表され、始動段階中の第２の燃焼のために必要な燃料質量は、噴射ＥＳ２．１，ＥＳ２．２，ＥＳ２．３，ＥＳ２．４によって表される。
【００２９】
この噴射モデルにより、始動段階の間の混合物形成のためにも空気乱流延いては混合物形成の改良が得られ、このことは、始動段階中のエミッション特性の改良をもたらす。この場合、始動段階の間の混合物形成に必要な噴射の間隔は、時間制御されていても、検出されたクランクシャフトの角度に関連して制御されていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】直接噴射装置を備えた内燃機関の概略図である。
【００３１】
【図２】パイロット噴射を１回伴った可能な１噴射モデルを示した図である。
【００３２】
【図３】複数回のパイロット噴射を伴った別の可能な噴射モデルを示した図である。
【００３３】
【図４】始動段階の間に複数回のパイロット噴射と複数回の噴射とを伴った可能な１噴射モデルを示した図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  内燃機関、  ２  シリンダ、  ３  ピストン、  ４  燃焼室、  ５  吸気通路、  ６  排気通路、  ７  吸気弁、  ８  排気弁、  ９  噴射弁、  １０  点火プラグ、  １１  クランクシャフト、  １２  絶対角度センサ、  １４  燃料リザーバ、  １５  高圧ポンプ、  １６  燃料導管、  １７  高圧導管、  ２０  制御装置、  ２１  マイクロプロセッサ、  ２２  メモリエレメント、  ２３  バスシステム
【図１】
2004197736.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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