(57)【要約】  本発明は、一旦止まったあとのエンジン再スタートのため、着火温度に到達するように内燃エンジンの予熱プラグへの電力供給を制御する方法に関する。本発明によると、予熱プラグの温度は、第１の数学モデルを用いかつ経過したエンジン停止時間に応じて特定され、着火温度に到達するように予熱プラグへ供給される追加エネルギーは、第２の数学モデルを用いかつ予熱プラグの温度に応じて決定される。
2010531403.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）予熱プラグ（２）の温度を、第１の数学モデルを用いかつエンジンが停止してから経過した時間（ｔｈｅａｔｉｎｇ＿ｓｔｏｐｐｅｄ）に応じて特定し、
ｂ）着火温度（Ｔｉｇｎ）に到達するように予熱プラグ（２）へ供給される追加エネルギーを、第２の数学モデルを用いかつ予熱プラグ（２）の温度と予熱プラグ（２）を取り巻く燃焼室の温度（Ｔｃｏｍｂ）に応じて決定する、
ステップを含むことを特徴とする、一旦止まったあとでエンジンが再スタートできるよう、着火温度（Ｔｉｇｎ）に到達するように内燃エンジンの予熱プラグ（２）への電力供給を制御する方法。
【請求項２】
第１の数学モデルが、予熱プラグ（２）の温度低下を支配する固有法則であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
第２の数学モデルが、予熱プラグ（２）の温度上昇を支配する固有法則であることを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４】
追加エネルギーが、エンジンコンピュータ（６）によって追加加熱時間に変換されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
コンピュータ（６）が追加加熱時間から、基準加熱時間に適用される必要のある補正因子を計算することを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
補正因子はまた、エンジンの燃焼室の温度（Ｔｃｏｍｂ）に応じて計算されることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
基準加熱時間が、予熱プラグ（２）が再び着火温度（Ｔｉｇｎ）に到達するように、エンジン停止後にその温度が最低値に達した予熱プラグに適用されるべき加熱時間であることを特徴とする請求項５〜６の２つのうちいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
予熱プラグ（２）は、低電圧予熱プラグ（２）であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
ステップｂ）の後に所定量の追加エネルギーが、パルス幅変調方法を用いて電圧パルスとして予熱プラグに供給されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概して、予熱プラグへの電力供給に関する。
【０００２】
これは特に、一旦止まったあとでエンジンが再スタートできるよう、着火温度に到達するように内燃エンジンの予熱プラグへの電力供給を制御する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
ディーゼルエンジンにおいては、混合気の圧力が上昇したときに混合気の燃焼反応が瞬時に起こるよう、燃焼室が着火温度として知られる特定の温度に到達していることを保証するように予熱プラグが使われている。
【０００４】
混合気を予熱するのに、バッテリによってもたらされる電圧からのｄｃ電圧で電力供給を受ける高電圧予熱プラグの利用が公知である。
【０００５】
高電圧予熱プラグの意味するものは、バッテリ電圧と等しい電圧で電力供給を受けるプラグであり、低電圧予熱プラグの意味するものは、バッテリ電圧より低い電圧で電力供給を受けるプラグである。
【０００６】
現在では、着火温度に到達するのに高電圧予熱プラグほど時間のかからない低電圧予熱プラグの使用が好まれる。なぜなら急速予熱フェーズ中に低電圧プラグに過電圧（１１ボルト）で電力供給することで、非常に迅速にプラグ温度を上昇させられるからである。
【０００７】
しかしプラグへのダメージにつながるオーバーヒートを避けるために、急速予熱フェーズの継続時間は制御する必要がある。
【０００８】
こうして、エンジン停止直後のエンジン再スタートが、プラグ先端にかなりのオーバーヒートをもたらし、ダメージを与えることが分かった。よって解決方法は、プラグ温度が十分に下がるまで待つというものである。
【０００９】
また、プラグをオーバーヒートさせないため、予熱プラグの温度を判定するのに温度センサを利用し、よってセンサによって得られた温度の値に応じてその電力供給を規制することも公知である。しかし、このようなセンサの使用はコスト高を意味する。
【発明の概要】
【００１０】
本発明は、予熱プラグへの電力供給を制御するための新規な方法を提案するものであり、これは安価であり、かつ同時にプラグの完全性を維持しながらエンジンの迅速な再スタートを可能にする。
【００１１】
この目的を達成するために、本発明は、一旦止まったあとでエンジンが再スタートできるよう、着火温度に到達するように内燃エンジンの予熱プラグへの電力供給を制御する方法を提案するもので、以下のステップを含む：
ａ）予熱プラグの温度を、第１の数学モデルを用いかつエンジンが停止してから経過した時間に応じて特定し、
ｂ）着火温度に到達するように予熱プラグへ供給される追加エネルギーを、第２の数学モデルを用いかつ予熱プラグの温度に応じて決定する。
【００１２】
本発明の方法によって、エンジン停止後も依然としてある程度の温度を持つ各プラグに、エンジン再スタートに十分な高さの温度となるのに必要なだけの追加エネルギーを受け取るように、電力を供給できる。よってこの追加エネルギーは、冷たいプラグ、すなわち最低温度のプラグに供給されるエネルギーよりも小さく、プラグへのダメージリスクを限定する。こうして、プラグへのダメージなしに急速なエンジンの再スタートが可能となる。
【００１３】
このため、本発明の方法により、再スタートが可能となるまである程度の時間待たなくてもすむようになる。さらに予熱プラグの温度を測定する装置を使う必要もなくなる。
【００１４】
さらにこのような再スタート方法は、良好な熱力学的条件でのエンジン再スタートを可能とし、混合気の良好な燃焼をもたらす。よって汚染排出ガスが制限される。
【００１５】
本発明の方法の第１の好都合な特徴によれば、第１の数学モデルは、予熱プラグの温度上昇を支配する固有法則である。
【００１６】
本発明の方法の他の好都合な特徴によれば、第２の数学モデルは、予熱プラグの温度低下を支配する固有法則である。
【００１７】
本発明の方法の他の好都合な特徴によれば、追加エネルギーは、エンジンコンピュータによって追加加熱時間に変換される。
【００１８】
本発明の方法の他の好都合な特徴によれば、コンピュータは追加加熱時間から、基準加熱時間に与えられる必要のある補正因子を計算する。
【００１９】
本発明の方法の他の好都合な特徴によれば、補正因子はまた、エンジンの燃焼室の温度に応じて計算される。
【００２０】
本発明の方法の他の好都合な特徴によれば、基準加熱時間は、エンジン停止後に温度が最低値に達した予熱プラグが再び着火温度に到達するために適用されるべき加熱時間である。
【００２１】
本発明の方法の他の好都合な特徴によれば、予熱プラグは、低電圧予熱プラグである。
【００２２】
本発明の方法の他の好都合な特徴によれば、ステップｂ）の後に所定量の追加エネルギーが、パルス幅変調方法を用いて電圧パルスとして予熱プラグに与えられる。
添付の図面を参照する以下の説明は、非限定的な例として挙げられたもので、本発明の本質と、それがどのように具体化されるかを理解しやすくする。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】エンジン、エンジンプラグ電力供給手段、およびコンピュータ間に存在する接続の概略図である。
【図２】本発明の電力供給方法における様々なステップを示すフローチャートである。
【図３Ａ】プラグの温度低下を支配する固有法則を示すグラフである。
【図３Ｂ】プラグの温度上昇を支配する固有法則を示すグラフである。
【図４】プラグの加熱フェーズに応じてプラグの温度を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１は自動車用のディーゼル式内燃エンジン１を示す。エンジン１は４つの低電圧予熱プラグ２を含む。交流電源３が接続３ａを介してエンジン１に接続されている。
【００２５】
プラグ２はそれぞれ、プラグ２電力制御モジュール５によって電力を供給されている。
【００２６】
また、コンピュータ６として知られる電子処理ユニットがある。このコンピュータ６は受け取る情報に応じてエンジンの様々な部品を制御する。
【００２７】
センサ（図示せず）を用いて、冷却液温度Ｔｃ、吸気温度Ｔａｉｒ、大気圧Ｐａｔｍ、エンジン回転速度Ｖｅｎｇなどのエンジン動作パラメータを特定することができる。これらのエンジン動作パラメータは接続８によって制御ユニット６へと伝達される。
【００２８】
コンピュータ６は、プラグ２電力制御モジュール５の管理手段７を含む。あるいは、プラグ２電力制御モジュール５がコンピュータに組み込まれてもよい。
【００２９】
電力制御モジュール５は、コンピュータ６の管理モジュール７によって制御され、プラグ２へとパルス幅変調（ＰＷＭ）の原理に従って電圧を与える。原理は以下の通りである。電圧Ｕと一定期間Ｔに関して、期間Ｔのうちに電圧Ｕが加えられる時間は変化する。こうして、デューティサイクルＤＣ（図４を参照）を、０と１００％の間で、期間Ｔのうちに電圧Ｕが加えられる時間の長さと期間Ｔの長さの間のパーセンテージとして、規定することが可能である。
【００３０】
プラグへの電力供給のため適用されるデューティサイクルＤＣは、とりわけ冷却液温度Ｔｃ、吸気温度Ｔａｉｒ、大気圧Ｐａｔｍ、エンジン回転速度Ｖｅｎｇに応じて管理モジュール７によって決定される。
【００３１】
パルス幅変調の原理は、プラグへのダメージを避けるため、同時に温度を規制しながらプラグ温度を上昇させ得ることを意味している。
【００３２】
バッテリ４は電圧Ｕｂａｔで、コンピュータ、プラグ２電力制御モジュール５、交流電源３に電力を供給できる。
【００３３】
コンピュータ６はまた、接続９を介してアクセルペダルの位置を表すパラメータＰｏｓ＿ａｃｃ、接続１０を介してバッテリ４によってもたらされる利用可能な電圧Ｕｂａｔ、接続１１を介してエンジン交流電源３が作動か非作動かについて表すパラメータｌａ／ｄ＿ａｌｔなど、他の情報を受け取る。
【００３４】
コンピュータはさらに、プラグが与えるべき温度Ｔｉｇｎ、すなわち着火温度の入力を受信する。このプラグ２の着火温度Ｔｉｇｎは、コンピュータに伝達されるパラメータからマップ１２を用いて決定される。
【００３５】
コンピュータは、接続１４を介して、バッテリ４とエンジンの電気部品の接点が閉じているか（＋ＡＰＣ＝１）開いているか（＋ＡＰＣ＝０）を表すパラメータ＋ＡＰＣの入力を受信する。
【００３６】
好都合には、本発明によると、図３Ａ、３Ｂに示すように、各プラグの熱挙動を支配する固有法則は既知であり、コンピュータ６に記憶されている。
【００３７】
各プラグの熱挙動を支配する固有法則は、プラグの温度低下を支配する固有法則（図３Ａ）と、プラグの温度上昇を支配する固有法則（図３Ｂ）を含み、
プラグの温度上昇を支配する固有法則の式は、
Ｔｉｐｌｕｇ（ｔ）＝Ｋｉ＋ｈ．（１−ｅｘｐ（−ｔ／ｔｉ））で表され、
ここでｔは時間、Ｋｉはプラグの初期温度、ｈは温度上昇、ｔｉは温度上昇の際のプラグの反応時間である。
【００３８】
プラグの温度低下を支配する固有法則の式は、
Ｔｄｐｌｕｇ（ｔ）＝Ｋｄ．（ｅｘｐ（−ｔ／ｔｄ））で表され、
ここでｔは時間、Ｋｄはプラグの初期温度、ｈは温度上昇、ｔｄは温度低下の際のプラグの反応時間である。
【００３９】
パラメータｔ、Ｋｉ、Ｋｄ、ｈ、ｔｉ、ｔｄは、プラグ製造者によって提供され、あるいは実験的試験中に得られるものである。
【００４０】
プラグの温度低下曲線にあるように、コンピュータは各プラグの冷却温度の値を内部に記憶している。プラグの冷却温度とは、電力供給を無限大に近い時間受けなかった場合のプラグ温度として規定される。この冷却温度には時間ｔｄで到達すると考えられる。
【００４１】
コンピュータはさらにそのメモリに、それぞれパラメータＶｅｎｇとＰｏｓ＿ａｃｃで表されるエンジン速度とトルクに応じて各瞬間における燃焼室内の温度Ｔｃｏｍｂを特定するのに使用可能なマップを有している。この燃焼室温度のマップは、プラグの周辺領域の温度にも対応するものであり、例えばエンジン実証試験中に得られる。
【００４２】
燃焼室内の温度と対流および伝導の法則を用い、さらにプラグの加熱が停止している時間に応じて、コンピュータはあらゆる瞬間におけるプラグ温度を特定できる。
【００４３】
予熱プラグへの電力供給の制御方法は、図２のフローチャートに示されたいくつかのステップを有する。
【００４４】
予熱および後熱のフェーズは、図４のグラフに例示するように、印加されるデューティサイクルＤＣのパーセンテージおよび対応する印加長さを、プラグ電力制御モジュール５を介して変える管理モジュール７によって制御される。
【００４５】
図２のフローチャートに示すように、車両は最初、スタンバイ状態にある（ボックスＣ１）。すなわちコンピュータ、プラグ管理モジュール７、および交流電源３が、命令を実行または受け取る準備ができている。
【００４６】
値１を取るパラメータ＋ＡＰＣによって、バッテリ４とエンジンの電気部品の接点が閉じていることをコンピュータが検知すると、プラグの予熱フェーズを開始する（ボックスＣ２）。
【００４７】
図４に示すように、予熱フェーズは、より一層の急速予熱の第２のフェーズがその後に続く急速予熱の第１のフェーズと、最後に加熱が維持されるフェーズからなる。
【００４８】
予熱フェーズが終わると、予熱表示ランプが消え、運転者はイグニッションキーを回しエンジンをスタートさせる。ここで予熱フェーズの後には、エンジンスタート中に実行される特別な加熱フェーズが続く。
【００４９】
後熱フェーズ（ボックスＣ３）はエンジンスタート後に実行される。エンジンがクルージング速度に達すると、プラグの加熱は停止される（ボックスＣ４）。エンジントルク増加の際にはトップアップ加熱フェーズが実行されてもよい。
【００５０】
予熱および後熱フェーズ中、スタート中、あるいは後熱フェーズ後に、エンジンが不意にストールまたは停止したりすることがある。
【００５１】
残りの説明は、予熱ステップ中のエンジンの不意の停止という事態を取り扱うもので、本発明の方法の実施の一例として考えられるものである。もちろん上述の方法は動作状態を問わず、あらゆる種類のエンジン停止に適用可能である。より一般的には、上述の方法は、エンジンが停止し、運転者がすぐにエンジンの再スタートを望んだ場合に適用される。
【００５２】
コンピュータはエンジンが不意に停止したことを検知すると、以下に詳述するステップを実行する。残りの説明では、制御方法は１つのプラグについて説明されるが、当然ながら他のプラグにも同様にあてはまる。
【００５３】
コンピュータはエンジンが停止してからプラグの加熱が停止していた時間の長さを特定、すなわち、不意のエンジン停止の瞬間から経過した時間を計算する。ボックス５に示すように、ここで、プラグの加熱が停止していた時間ｔｈｅａｔｉｎｇ＿ｓｔｏｐｐｅｄを、温度低下の際のプラグの反応時間ｔｄと考えられるプラグ冷却時間と比較する。
【００５４】
加熱停止時間ｔｈｅａｔｉｎｇ＿ｓｔｏｐｐｅｄが温度低下の反応時間ｔｄよりも大きければ、そのときプラグは、その冷却温度より高いいわゆる残留温度を有し、本発明の電力供給方法は、以下に説明するように、このプラグにダメージを与えぬようプラグ加熱フェーズを適応させる。
【００５５】
ボックスＣ７に示すステップによれば、コンピュータは、プラグの温度低下を支配する固有法則から、およびプラグの加熱停止時間ｔｈｅａｔｉｎｇ＿ｓｔｏｐｐｅｄとエンジン停止の瞬間のプラグに関するものである温度Ｔｈｏｔに応じて、プラグの残留温度Ｔｒｅｓとして知られるものを特定する：
Ｔｒｅｓ＝Ｔｈｏｔ．（ｅｘｐ（−ｔ／ｔｈｅａｔｉｎｇ＿ｓｔｏｐｐｅｄ））。
【００５６】
コンピュータ６は、特定された残留プラグ温度Ｔｒｅｓおよびプラグの温度上昇を支配する固有法則から、このプラグがエンジン再スタートに必要な着火温度Ｔｉｇｎに達するように、プラグへ与えられるべき追加エネルギーＥａｄｄを決定する。コンピュータ２は、プラグの出力を考慮に入れながら、決定された追加エネルギーＥａｄｄを追加加熱時間ｔ＿ａｄｄへと変換する。このエネルギーＥａｄｄは、時間ｔ＿ａｄｄ中のデューティサイクルパーセンテージの最大値（例えば１５％）に対して決定される。時間ｔ＿ａｄｄは以下の式で得られる：
ｔ＿ａｄｄ＝ｔｉ．（Ｌｎ（Ｔｉｇｎ−Ｔｒｅｓ−ｈ）−Ｌｎ（ｈ））。
【００５７】
同時に、コンピュータは、以下に述べるようにマップを用いて、エンジン燃焼室内の温度Ｔｃｏｍｂを特定する（ボックスＣ８）。
【００５８】
次にコンピュータは、燃焼室内温度Ｔｃｏｍｂを考慮に入れ、追加時間ｔ＿ａｄｄに適用されるべき補正時間ｔ＿ｃｏｒｒを計算する。この補正時間ｔ＿ｃｏｒｒは、燃焼室内温度Ｔｃｏｍｂに応じてマップから得られる。
【００５９】
ここでプラグダメージなしの再スタートを得るためにプラグに与えられるべき急速予熱時間ｔ＿ｈｔｒａｐは以下の通りである：
ｔ＿ｈｔｒａｐ＝ｔ＿ａｄｄ−ｔ＿ｃｏｒｒ。
【００６０】
もちろん燃焼室温度Ｔｃｏｍｂが残留プラグ温度Ｔｒｅｓ以下であれば、この温度Ｔｃｏｍｂは補正因子の計算の際、考慮には入れられない。
【００６１】
ボックスＣ９で示すステップによれば、コンピュータはこのとき、ｔ＿ｈｔｒａｐの加熱時間設定値を得るため、いわゆる冷たいプラグ、すなわち冷却温度に達したプラグの着火を意図した加熱時間ｔ＿ｉｇｎｃｏｌｄに適用されるべき補正因子を計算し、この補正因子は、比ｔ＿ｈｔｒａｐ／ｔ＿ｉｇｎｃｏｌｄに等しい。
【００６２】
コンピュータ６はまた、予熱フェーズ中あるいは後熱フェーズ中にエンジンが停止したかどうかを特定する。ここで上述したように、エンジンは予熱フェーズ中に停止した。よって補正因子ｔ＿ｃｏｒｒは予熱時間へと与えられる。
【００６３】
図２にボックスＣ６で示すように、もし特定されたプラグの加熱停止時間ｔｈｅａｔｉｎｇ＿ｓｔｏｐｐｅｄがプラグの冷却時間ｔｄよりも長ければ、このとき通常のエンジンスタートのためにプラグへ与えられる加熱時間は変更されない。補正因子はこのとき１に等しい。
【００６４】
本発明は、説明及び図示された実施形態に限定されるものではなく、当業者であれば、本発明の精神にのっとって変更する方法を会得することができる。
【図１】
2010531403.tif 000003
【図２】
2010531403.tif 000004
【図３Ａ】
2010531403.tif 000005
【図３Ｂ】
2010531403.tif 000006
【図４】
2010531403.tif 000007
【国際調査報告】
2010531403.tif 000008
2010531403.tif 000009
2010531403.tif 000010
2010531403.tif 000011
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