(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料をポンプ（１２，１６）によって圧送し、次いで電気的に作動制御される燃料噴射弁（１８）によって燃焼部に供給する形式の、自動車内燃機関の燃料供給系（１０）を運転する方法において、
少なくとも１つの運転特性量を検出し、検出した少なくとも１つの運転特性量と、内燃機関の少なくとも１つの特性影響ファクタ量とから、少なくとも１つの基準量Ｒを検知し、前記の少なくとも１つの基準量Ｒが規定の判断基準を満たしている場合には燃焼の異常性を確認しかつ記憶蓄積するものにおいて、特性影響ファクタ量が少なくとも１つの燃料質量信号ＲＫであり、かつ運転特性量として、燃料の燃焼を特性づける少なくとも１つのセグメント時間信号Ｔｓ及び／又は回転数信号ＮＭＯＴ及び／又は回転モーメント信号Ｍｄを検知するものであり、前記少なくとも１つの基準量Ｒが、セグメント時間差ΔＴｓと標準化された燃料質量信号ＲＫＮとの積から成るものであり、該セグメント時間差ΔＴｓが、前記セグメント時間信号Ｔｓとセグメント時間信号の平均値ＴｓＭＩＴＴＥＬとから成り、前記標準化された燃料質量信号ＲＫＮが、前記燃料質量信号ＲＫと燃料質量信号の平均値ＲＫＭＩＴＴＥＬとの商から成っており、
前記燃焼の異常性の認識時に、第１の処理段階において少なくとも燃料噴射弁（１８）を作動制御する電気的な手段の機能をチェックし、かつエラーを認識した場合には該エラーを記憶蓄積し、前記電気的な手段のエラーが認識されない場合には第２の処理段階において燃料の不燃焼状態を検知し、かつエラーの認識時には点火エラーを認識して記憶蓄積し、かつ点火エラーが存在しない場合には燃料噴射弁（１８）が開弁しないことに起因したエラーを認識して、これを記憶蓄積することを特徴とする、燃料供給系を運転する方法。
【請求項２】
少なくとも１つの基準量Ｒを限界値Ｓと比較し、かつ該限界値Ｓを上回る場合には燃焼異常性を認識して記憶蓄積する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
検知されたセグメント時間信号Ｔｓから、クランク軸（３５）の回転数信号ＮＭＯＴを形成することができる、請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
コンピュータでプロセス処理可能であって請求項１から３までのいずれか１項記載の方法を実施するのに適したプログラムが記憶蓄積されていることを特徴とする、内燃機関の燃料供給系（１０）を運転する制御器（２５）のための制御素子。
【請求項５】
請求項１から３までのいずれか１項記載の燃料供給系を運転する方法を実施する装置において、少なくとも１つの運転特性量を検知する手段が設けられており、かつ、検知した少なくとも１つの運転特性量と内燃機関の少なくとも１つの特性影響ファクタ量とから少なくとも１つの基準量Ｒを決定する別の手段が設けられており、前記の少なくとも１つの基準量Ｒが規定の判断基準を満たしている場合には、燃焼の異常性を確認しかつ記憶蓄積するものにおいて、特性影響ファクタ量が少なくとも１つの燃料質量信号ＲＫであり、かつ運転特性量として、燃料の燃焼を特性づける少なくとも１つのセグメント時間信号Ｔｓ及び／又は回転数信号ＮＭＯＴ及び／又は回転モーメント信号Ｍｄを検知することを特徴とする、燃料供給系を運転する装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料をポンプによって圧送し、次いで電気的な最終段によって作動制御される燃料噴射弁によって燃焼部に供給する形式の、特に自動車内燃機関の燃料供給系を運転する方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の確実な運転を保証するためには、充分な量の燃料を各燃焼前に内燃機関の燃焼室内へ到達させることが必要である。このために燃料噴射弁は、燃焼に要する燃料量を燃焼室内へ到達させるように規定の時間にわたって作動制御される。例えば直接噴射式内燃機関の場合には燃料は高圧でシリンダの燃焼室内へ直接噴射される。
【０００３】
確実な燃料噴射を達成するために今日のシステムでは燃料は先ず貯蔵室へ圧送される。燃料噴射弁によって燃焼室へ噴射される燃料は、前記の貯蔵室から取出される。
【０００４】
燃料噴射弁は、貯蔵室内の燃料圧に対して確実に開弁しなければならない。老化現象又はシステムトレランスに基づいて、或いは貯蔵室内の圧力が過度に高いことに基づいて、単数又は複数の燃料噴射弁が、貯蔵室内の燃料圧に対してもはや開弁できないような事態が生じることがある。このために燃料はもはや燃焼室内へ到達できず、これによってミスファイアリングが発生する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、燃料供給系用の確実な診断法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決する本発明の構成手段は、請求項１の特徴部に記載した通り、少なくとも１つの運転特性量を検出し、検出した少なくとも運転特性量と、内燃機関の少なくとも１つの特性影響ファクタ量とから、少なくとも１つの基準量Ｒを求め、かつ燃焼の異常性を確認し、かつ前記の少なくとも１つの基準量Ｒが規定の判断基準（クライテリオン）を満たしている場合には前記燃焼異常性を記憶蓄積する点にある。
【０００７】
本発明の格別顕著な利点は、付加的な構成素子無しに燃料供給系の精確な診断が達成される点にある。
【０００８】
又これによって、排ガスにとって決定的な障害を確認することも可能になる。更なる利点は、障害の細分化もしくは局限化によって工場における障害検索が容易になる点にある。
【０００９】
本発明のその他の利点は、従属請求項の記載と相俟って、以下の実施例の説明に基づいて明らかである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に図面に基づいて本発明の実施例を詳説する。
【００１１】
但し、直接噴射式内燃機関を例にとって本発明を説明するにも拘わらず、本発明は原理的には吸気管噴射式内燃機関にも適用することができる。
【００１２】
図１に示した燃料供給系１０は、内燃機関で使用するために設けられている。燃料タンク１１内には電気燃料ポンプ（ＥＫＰ）１２、燃料フィルタ１３及び低圧調圧器（ＤＲ）１４が配置されている。燃料タンク１１から燃料導管１５が高圧ポンプ（ＨＤＰ）１６に通じている。該高圧ポンプ１６には貯蔵室（Ｒａｉｌ）１７が接続している。該貯蔵室１７には複数の燃料噴射弁１８が配置されており、該燃料噴射弁は殊に、内燃機関の燃焼室２６に直接配設されている。直接噴射式内燃機関の場合、各燃焼室２６には少なくとも１つの燃料噴射弁１８が配設されている。
【００１３】
燃料は電気燃料ポンプ１２によって燃料タンク１１から燃料フィルタ１３と燃料導管１５とを介して高圧ポンプ１６へ圧送される。前記燃料フィルタ１３は、燃料から異物粒子を除去する役目を有している。低圧調圧器１４によって燃料供給系の低圧領域における燃料圧が規定値に調圧される。この調圧によって燃料は約４〜５バールの圧力にされる。殊に内燃機関によって直接駆動される高圧ポンプ１６は燃料を圧縮して貯蔵室１７内へ圧送する。ここで燃料圧は最高１５０バールの圧力値に達する。
【００１４】
図１では、直接噴射式内燃機関の１つの燃焼室２６が図示されているにすぎない。一般に内燃機関は複数の燃焼室２６を有することができる。
【００１５】
燃焼室２６は、少なくとも１つの燃料噴射弁１８と１つの点火栓２４と１つの吸気弁２７と１つの排気弁２８と１つのピストン２９を有している。
【００１６】
吸気行程において吸気弁２７を介して新気が燃焼室２６内へ吸入される。燃料噴射弁１８によって燃料は内燃機関の燃焼室２６内に直接噴射される。点火栓２４によって燃料は着火される。着火した燃料の膨張によってピストン２９が駆動される。
【００１７】
ピストン２９の運動によって同時にクランク軸３５が駆動される。該クランク軸３５にはセグメント円板３４が配置されている。回転数センサ３０がセグメント円板３４に対向して配置されておりかつ該セグメント円板を検知する。回転数センサ３０は、クランク軸３５もしくはセグメント円板３４の回転運動を特性づける信号を発生する。
【００１８】
燃焼時に発生する排ガスは、燃焼室２６から排気弁２８を介して排気管３３へ達する。排気管３３内には排ガス温度センサ３１及びラムダ（λ）センサ３２が配置されている。排ガス温度センサ３１によって排ガスの温度が検出され、またラムダセンサ３２によって排ガスの酸素含有量（空気過剰率）が検知される。
【００１９】
貯蔵室１７には圧力センサ（ＤＳ）２１と圧力制御弁（ＤＳＶ）１９が接続されている。圧力制御弁１９の入口側に貯蔵室１７が接続されている。圧力制御弁１９の出口側には、燃料導管１５に通じる戻し導管２０が接続されている。
【００２０】
燃料供給系１０内では前記圧力制御弁１９に代えて量制御弁を使用することも可能である。しかし説明を簡単にするためにここでは圧力制御弁１９だけを以下に説明する。
【００２１】
圧力センサ２１によって貯蔵室１７内の燃料圧の実際値が検出されて制御器（ＳＧ）２５に供給される。該制御器２５において、燃料圧の検出された実際値をベースとして、圧力制御弁１９を作動制御するための作動制御信号が形成される。
【００２２】
燃料噴射弁１８は、図１では図示を省いた電気的な最終段を介して作動制御される。該最終段は制御器２５の内部又は外部に配置することができる。
【００２３】
複数本の制御兼信号導線２２を介して種々のアクチュエータ及びセンサが制御器２５と接続されている。
【００２４】
制御器２５内では、内燃機関を制御するために役立つ種々の機能が遂行されている。最近の制御器では、これらの機能はコンピュータでプログラミングされ、次いで制御器２５のメモリ内に蓄積される。メモリ内に蓄積された機能は、内燃機関に課される要求に関連して能動化される。この場合、機能と相俟って制御器２５のレアルタイム性に対する特に苛酷な要求が課される。とは云え原理的には、内燃機関の制御装置の機能を純然たるハードウェアによって実現することは可能である。
【００２５】
図２の（ａ）は本発明による運転法のフローチャートの第１部分であり、図２の（ｂ）は前記フローチャートの第２部分である。数字１を囲む円は、プロセス図の第１部分と第２部分との間の移行点を表わす。なお念のために付記しておくが、図２の（ａ）及び（ｂ）中に記載されている符号Ｊはイエスを、また符号Ｎはノーを表している。
【００２６】
この方法を実施するための前提条件は、貯蔵室１７内の充分な圧力が供用され、かつ圧力センサ２１が機能していることである。
【００２７】
図２の（ａ）では、方法の処理スタート後に処理段階２０１において、回転数センサ３０によってセグメント時間Ｔｓが検出される。これと同時に、瞬間燃焼のために噴射すべき燃料質量を表わす燃料質量信号ＲＫが制御器２５によって更なる処理のために準備される。
【００２８】
セグメント時間Ｔｓは、１つのセグメントの持続時間もしくはピストン相互のずれ時間に等しい。例えば４行程サイクル機関の場合、第１のシリンダは、クランク軸の２回転（７２０゜）後に再び同一行程にある。従って４気筒機関の場合ピストンは１８０゜ずらされている。要するにセグメント時間Ｔｓは、クランク軸３５が半回転のため、もしくは１８０゜の角度のために要する時間に等しい。
【００２９】
セグメント時間Ｔｓに代えて例えば内燃機関の回転数ＮＭＯＴを使用することも可能である。また内燃機関のクランク軸３５の回転運動を表す別の量を使用することも可能である。
【００３０】
処理段階２０２において、セグメント時間Ｔｓと燃料質量信号ＲＫから基準量つまり基準信号Ｒが求められる。このためには、目下のセグメント時間Ｔｓとセグメント時間の平均値ＴｓＭＩＴＴＥＬとの差からセグメント時間差ΔＴｓが先ず形成されるのが有利である。
【００３１】
ΔＴｓ＝Ｔｓ− ＴｓＭＩＴＴＥＬ
更にまた目下の燃料質量信号ＲＫと燃料質量信号の平均値ＲＫＭＩＴＴＥＬとの商から標準化された燃料質量信号ＲＫＮが形成される。
【００３２】
ＲＫＮ＝ＲＫ／ ＲＫＭＩＴＴＥＬ
基準量つまり基準信号Ｒは特に、セグメント時間差ΔＴｓと標準化された燃料質量信号ＲＫＮとの積から生じる。
【００３３】
Ｒ＝ΔＴｓ× ＲＫＮ
設定された基準信号Ｒの検出は、所与の手段によって特に簡単に実現可能な格別単純な解決策となる。
【００３４】
処理段階２０３において基準量Ｒは限界値Ｓと比較される。基準量Ｒが限界値Ｓより小さい場合には、処理段階２０２が反復される。しかし基準量Ｒが限界値Ｓを上回ると、処理段階２０４において燃焼異状が認識されかつ記憶蓄積される。
【００３５】
燃焼異状は種々の原因を有している。特に決定的な、起こり得る障害源は燃料噴射弁の最終段であり、つまり点火系（点火栓、点火コイル）、汚染された又は燃え滓の粘着した燃料噴射弁である。
【００３６】
本方法は、もはや開放しない燃料噴射弁の認識を最終的な狙いとするものである。このために燃焼異状性の認識に当たって、種々の起こり得る障害源がチェックされる。図２の（ｂ）に示したように、このために先ず処理段階２０５において燃料噴射弁１８の最終段の機能がチェックされる。
【００３７】
このために、ドイツ連邦共和国特許第４０１２１０９号明細書に記載されているように例えば論理回路が最終段に対して並列に接続され、該論理回路に、最終段の入力端子及び出力端子の電位並びに基準電位が印加される。プラス電位による過負荷／短絡、マイナス電位による負荷低下／短絡のような障害状態を確実に区別して診断すること、並びに正常に動作する最終段を診断することが可能である。
【００３８】
燃料噴射弁１８の最終段の障害が認識されると、この障害は処理段階２０６において記憶蓄積され、かつ内燃機関を防護するために相応の手段が導入される。
【００３９】
これに対して燃料噴射弁１８の最終段の障害が全く確認されない場合には、処理段階２０７において燃料が不燃焼状態で燃焼室２６から排気管３３内へ到達しているか否かがチェックされる。これによって点火栓２４の点火機能の欠如もしくは不充分さに起因した点火障害であるか、或いはもはや閉鎖しない燃料噴射弁による過度に濃厚な空気／燃料混合気に起因した点火障害であるかを推定することが可能である。この推定のためには、以下に説明した種々の方式を択一的に使用することが可能である。
【００４０】
例えば点火障害を認識するために排ガスの温度が排ガス温度センサ３１によって検知される。排ガス温度ＴＡＢから燃焼状態が逆に推定される。例えば燃料が不燃焼状態で燃焼室２６から排気管３３内へ達すると、該燃料は高温度に基づいて排気管３３内で後燃焼し、其処で温度上昇化に寄与する。排ガス温度ＴＡＢを限界値と比較することによって、燃料が排気管３３中で燃焼したか否かが認識される。これによって燃料噴射弁１８の最終段障害を除外した後に障害原因は点火障害にあると推定することができる。
【００４１】
前記方式とは択一的に又は付加的に点火障害を認識するためにラムダセンサ３２の信号を評価することが可能である。ラムダセンサ３２によって排ガス中の酸素濃度が検知される。ラムダセンサ３２の信号を期待値と比較することによって、燃焼状態が逆推論され、これによって点火エラーに原因があると推定される。
【００４２】
更にラムダセンサ又は排ガス温度センサの信号に加えて又は択一的にイオン流センサの信号を評価することも可能である。イオン流センサによって、燃焼時に生じるイオン化の度合が検知される。
【００４３】
処理段階２０７において燃料が燃焼室２６から不燃焼状態で達したことが認識されると、処理段階２０８において点火障害が認識されて記憶蓄積される。これに対して点火障害が認識されない場合には、処理段階２０９において燃料噴射弁１８がもはや正しくは開弁していないことが認識される。
【００４４】
既に述べたようにここでの前提条件は、貯蔵室１７内に充分な圧力が存在していることであり、これは、燃料噴射弁１８が開弁しないことに起因したエラーが、貯蔵室１７内の圧力が過度に低いことに起因したエラーとは一線を画せるようにするためである。
【００４５】
図３には、例として選択された運転量、影響ファクタ量及び前記の運転量と影響ファクタ量とから生じる基準量の線図が概略的に示されている。３種の線図は全て、クランク軸３５の回転運動角度（゜ＫＷ）を関数とする選択量を表している。
【００４６】
線図Ａは標準化された燃料質量信号ＲＫＮを表わし、線図Ｂはセグメント時間差ΔＴｓを表わし、かつ線図Ｃは、前記の両量の結合から生じる基準量Ｒを表している。破線で示した線は、等しいクランク軸角度を示す。それぞれ２本の線間の間隔は１つのセグメントもしくは２つのピストン２９相互の空間的なずれに相当する。
【００４７】
ローマ字の数字Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩは本発明の理解を助けるために示した、次に詳説する内燃機関の状態例である。
【００４８】
状態Ｉ−燃焼異状
状態Ｉにおいては、線図Ａから認識できるように、標準化された燃料質量信号ＲＫＮは先行値と比較してほぼ不変であり、もしくは「１」に近似した値を占めている。換言すれば、目下の燃料質量信号ＲＫは、燃料質量信号の平均値ＲＫＭＩＴＴＥＬに実質的に等しい。
【００４９】
線図Ｂから認識できるように、セグメント時間差ΔＴｓは零値から著しく異なり、或いは先行値と比較して飛躍値を有している。このことは、目下のセグメント時間Ｔｓがセグメント時間の平均値ＴｓＭＩＴＴＥＬよりも長いこと、もしくはクランク軸回転速度が急激に低下したことを意味している。
【００５０】
線図Ａの結果と線図Ｂの結果との比較によって、エラーが燃料供給系１０に在ると推定することができる。線図Ａから認識できるように燃料供給及び燃料燃焼が一定であれば、目下のセグメント時間Ｔｓ（線図Ｂ）に、このような顕著な変化が発生することはあり得ない。
【００５１】
線図Ｃから認識できるように、検知された基準量Ｒが限界値Ｓを著しく上回っているので、これによって燃焼異状が生じていると確実に推定を下すことができる。
【００５２】
状態ＩＩ−正常燃焼
状態ＩＩにおいては、線図Ａから認識できるように、標準化された燃料質量信号ＲＫＮが先行値に比較して強度に低下している。換言すれば、目下の燃料質量信号ＲＫが、燃料質量信号の平均値ＲＫＭＩＴＴＥＬよりも著しく小さな値を有している。このような状態は例えば、制御器２５が、内燃機関の制御のために必要な特定の理由に基づいて短時間にわたって燃料供給に干渉する場合に発生することがある。
【００５３】
線図Ｂでは、すでに状態Ｉの場合と同様にセグメント時間差ΔＴｓが零値から著しく異なり、或いは先行値に比較して飛躍値を有していることを認識することができる。このことは、目下のセグメント時間Ｔｓがセグメント時間の平均値ＴｓＭＩＴＴＥＬよりも著しく長いこと、もしくはクランク軸回転速度が急激に低下したことを意味している。
【００５４】
線図Ａの結果と線図Ｂの結果との比較によってすでに、燃料供給系が正常であると推定することができる。それというのは、噴射される燃料質量の減少に伴って同時にセグメント時間が強制的に増大せねばならないからである。
【００５５】
線図Ｃにおいて認識できるように、検知された基準量Ｒは限界値Ｓを上回っていず、これにより確信をもって目下正常燃焼中と推定を下すことができる。
【００５６】
状態ＩＩＩ−正常燃焼、副次効果による偏差
状態ＩＩＩでは線図Ａから認識できるように、標準化された燃料質量信号ＲＫＮは先行値に比較してほぼ不変であり、もしくは「１」に近似した値を占めている。換言すれば、目下の燃料質量信号ＲＫは燃料質量信号の平均値ＲＫＭＩＴＴＥＬに実質的に等しい。
【００５７】
線図Ｂにおいて認識できるようにセグメント時間差ΔＴｓは零値から無視できる程度の偏差を有しているにすぎず、かつ負の値を占めている。このことは、目下のセグメント時間Ｔｓがセグメント時間の平均値ＴｓＭＩＴＴＥＬよりも幾分小さな値を有していること、もしくはクランク軸回転速度が短時間にわたって小さな値だけ高められたことを意味している。零値からのセグメント時間差ΔＴｓのこの無視できる程度の偏差は主として、クランク軸の振動、車輪のスリップ、異なった摩擦、異なったシリンダ充填、変化した走行路面条件（例えば石ころ）及び／又はそのたの影響パラメータ量に起因して生じる。
【００５８】
固定的に設定されるか又は適応設定される限界値Ｓによって、故障した燃料供給系に起因した偏差と、前記の影響ファクタ量に起因した偏差との間の境界が形成される。
【００５９】
線図Ｃから認識できるように、検知された基準量は限界値Ｓを上回らないどころか、負の値をすら占めており、これによって目下のところ正常燃焼状態にあると確信をもって推定することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関の燃料供給系の概略的な構成図である。
【図２】本発明による燃料供給系の運転法のフローチャートである。
【図３】クランク軸角度を関数とする本発明の方法の特性影響ファクタ量、運転特性量及び前記運転特性量と特性影響ファクタ量とから求められた基準量の経過例を示す概略図である。
【符号の説明】
１０    燃料供給系、  １１    燃料タンク、  １２    電気燃料ポンプ（ＥＫＰ）、  １３    燃料フィルタ、  １４    低圧調圧器（ＤＲ）、  １５    燃料導管、  １６    高圧ポンプ（ＨＤＰ）、  １７    貯蔵室（Ｒａｉｌ）、１８    燃料噴射弁、  １９    圧力制御弁（ＤＳＶ）、  ２０    戻し導管、  ２１    圧力センサ（ＤＳ）、  ２２    制御兼信号導線、  ２４    点火栓、  ２５    制御器（ＳＧ）、  ２６    燃焼室、  ２７    吸気弁、  ２８排気弁、  ２９    ピストン、  ３０    回転数センサ、  ３１    排ガス温度センサ、  ３２    ラムダ（λ）センサ、  ３３    排気管、  ３４    セグメント円板、  ３５    クランク軸、  ２０１，２０２，２０３，２０４，２０５，２０６，２０７，２０８，２０９    処理段階、  Ｔｓ    セグメント時間、  ＲＫ    燃料質量信号、  ＲＫＮ    標準化された燃料質量信号、  Ｒ  基準量又は基準信号、  Ｓ    限界値、  ΔＴｓ    セグメント時間差
【図１】
0004695743.tif 000002
【図２】
0004695743.tif 000003
【図３】
0004695743.tif 000004