(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料マニホルドを備えた内燃機関の運転方法において、
燃料マニホルド内の燃料圧力を、内燃機関の停止後に決定するステップと、
内燃機関又は該内燃機関を備えた車両の少なくとも１つの運転パラメータと測定された燃料圧力とに基づいて、内燃機関の停止後の次の運転サイクルにおいて供給すべき燃料の燃料供給量を決定するステップであって、燃料マニホルドにおける燃料の温度に対する燃料圧力の測定値を記憶し、該記憶された測定値に基づいて燃料の飽和圧を導出し、該導出された飽和圧と基準燃料の飽和圧との関係に基づいて燃料供給量を較正することにより、燃料供給量を決定するステップと
を備えていることを特徴とする運転方法。
【請求項２】
請求項１記載の運転方法において、前記次の運転サイクルは、内燃機関の始動過程を含むことを特徴とする運転方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載の運転方法において、該方法はさらに、内燃機関を停止した後に燃料マニホルドにおける燃料圧力を飽和蒸気圧以下に低下させるステップを含むことを特徴とする運転方法。
【請求項４】
請求項３記載の運転方法において、燃料圧力を低下させるステップは、所定の容積の燃料を燃料マニホルドから吸引すること、負圧貯蔵容器によって燃料マニホルドを動作させること、燃料マニホルドによって燃料を供給する噴射弁を開くこと、又は、熱的に影響して燃料マニホルドの容積を変化させる要素を使用することであることを特徴とする運転方法。
【請求項５】
請求項１〜４いずれかに記載の運転方法において、該方法はさらに、
燃料マニホルド内の燃料の温度を、内燃機関又は内燃機関を備えた車両の少なくとも１つの運転パラメータに基づいて決定するステップを含んでいることを特徴とする運転方法。
【請求項６】
請求項５記載の運転方法において、少なくとも１つの運転パラメータは、内燃機関の冷却剤の温度であることを特徴とする運転方法。
【請求項７】
請求項１〜６いずれかに記載の運転方法において、燃料供給量は、噴射時間すなわち燃料マニホルドによって燃料が供給される噴射弁に対する駆動制御パルスの長さに対応することを特徴とする運転方法。
【請求項８】
燃料マニホルドを備えた内燃機関の運転装置において、該運転装置は電子的制御ユニットを備え、該電子的制御ユニットは、
燃料マニホルド内の燃料圧力を、内燃機関の停止後に決定し、
内燃機関又は該内燃機関を備えた車両の少なくとも１つの運転パラメータと測定された燃料圧力とに基づいて、内燃機関の停止後の次の運転サイクルにおいて供給すべき燃料の燃料供給量を決定するために、該燃料供給量を、燃料マニホルドにおける燃料の温度に対する燃料圧力の測定値を記憶し、該記憶された測定値に基づいて燃料の飽和圧を導出し、該導出された飽和圧と基準燃料の飽和圧との関係に基づいて燃料供給量を較正することにより決定する
よう構成されていることを特徴とする内燃機関の運転装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の運転方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
燃料はその沸騰特性が相互に異なっている。蒸気圧が低い沸騰し難い燃料は、特に機関がその運転温度に到達していないかぎり、多量の燃料供給を必要とする。ある使用例において、沸騰し難い燃料の場合には、沸騰し易い燃料に比較して、低温始動に必要なリッチ化が４０％にまで達することがある。
【０００３】
ドイツ特許公開第１９５０１４５８号（米国特許第５５６４４０６号）から、燃料品質の関数として燃料噴射量を補正することが既知である。この場合、燃料品質は、始動過程におけるλ制御特性から導かれる。
【０００４】
したがって、既知の方法における燃料噴射量の適応に対する前提は、λ制御が即時に使用できることである。しかしながら、内燃機関の始動時にはλ制御は即時に使用できないので、始動過程においては噴射量の適合が特に重要であることから、少なくともある使用例に対しては、燃料品質ないし燃料特性の測定は不完全である。さらに、燃料品質ないし燃料特性は間接的に測定されるにすぎないので、適応の精度を保証することはきわめてむずかしい。
【０００５】
例えば、ドイツ特許公開第１９９３４３５７号から、ガスが充填された弾性変形可能な圧力ダンパが既知であり、この圧力ダンパは、内燃機関の燃料マニホルド内に組み込まれている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
燃料品質ないし燃料特性に基づいて燃料供給量を正確、確実且つ迅速に決定する、内燃機関の運転方法および装置を提供することが本発明の課題である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、燃料マニホルド内の圧力が決定され、燃料供給量を決定するための信号変数が内燃機関の運転変数の関数として決定される、内燃機関の運転方法において、燃料マニホルド内の圧力が内燃機関の停止後に決定され、また、内燃機関の次の運転サイクルにおける燃料供給のための信号変数が前記圧力の関数である。
【０００８】
また、本発明によれば、燃料マニホルド内の圧力を測定し、且つ燃料供給量を決定する信号変数を運転変数の関数とし決定する電子式の制御ユニットを有する内燃機関の運転装置において、制御ユニットが内燃機関の停止後に燃料マニホルド内の圧力を測定し、且つ次の内燃機関の運転サイクルにおいて、少なくとも１つの信号変数が測定圧力の関数として設定される。
【０００９】
燃料の熱力学特性を直接測定することにより、燃料品質ないし燃料特性の正確、確実且つ迅速な決定が提供される。これは、燃料噴射量の補正の精度を十分に上げることにもなる（以下において、噴射量とは、燃料噴射質量流量と理解されるべきである）。
【００１０】
燃空比をより正確に調節できることが特に有利であり、これにより有害物質エミッションは低減され且つ走行特性が改善される。この利点は低温始動において特に顕著に現われる。
【００１１】
停止状態の間にマニホルド内の圧力センサにより燃料マニホルド内の燃料の蒸気圧曲線を測定し、且つこの蒸気圧情報に対応して内燃機関の次の運転サイクルの範囲内において噴射量を補正することが特に有利である。したがって、燃料供給量は制御されるが、λ制御によっては制御されない過程の間においても、燃料供給量が補正されることは特に有利である。これは、機関の低温始動および暖機運転に対して特に重要である。最新の排気ガス要求もまた満たされる。
【００１２】
マニホルド内の圧力センサが、マニホルド内の燃料圧力の電気制御の範囲内で使用される圧力センサであるとき、特に有利である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は燃料噴射装置の全体図を示し、この場合、以下に記載の方式に関して使用される要素が選択されて示されている。燃料マニホルド２２内に圧力ダンパ１０を有する燃料循環系統が示され、燃料マニホルド２２には、ガス、好ましくはプロパンが充填されている。さらに、燃料ポンプ１２が設けられ、燃料ポンプ１２は逆止弁１４を有している。燃料ポンプ１２および逆止弁１４は、タンク１６内に組み込まれている。燃料ポンプ１２の出口側において、燃料供給配管１８は、燃料フィルタ２０を介して燃料マニホルド２２に通じている。燃料マニホルド２２から、燃料噴射弁２４、２６、２８および３０に燃料が供給される。さらに、燃料マニホルド２２内の圧力Ｐを測定する圧力センサ３２が設けられている。一実施態様においては、さらに、燃料マニホルド内の燃料温度を測定する温度センサ３４が設けられている。測定された２つの信号変数（Ｐ，Ｔ）は、電気的な入力ライン３６および３８を介して電子式制御装置４０に供給される。制御装置４０は、他の入力ライン４２ないし４８を介して、内燃機関および／または車両のその他の運転変数を受け取り、これらの運転変数は、機関制御機能を実行するために評価される。出力ライン５０、５２、５４および５８を介して、制御ユニット４０は、燃料の希望する量を供給する燃料噴射弁２４、２６、２８および３０に対する操作信号を伝送する。他の出力ライン６０を介して、制御ユニット４０は、好ましくは燃料マニホルド２２内の圧力制御の範囲内で電動の燃料ポンプ１２を操作する。
【００１４】
以下に示すように、燃料品質ないしその沸騰特性は、燃料の熱力学特性の測定により決定される。蒸気圧曲線から、噴射量に対する補正係数が、決定された沸騰特性の関数として計算される。この蒸気圧曲線は、内燃機関の停止状態の間に燃料マニホルド内の圧力センサにより測定され、且つ次の始動過程における噴射量は、この蒸気圧情報に対応して補正される。この場合、内燃機関が停止している間、少なくとも蒸気圧曲線の決定が行われているかぎり、電子式の制御ユニット４０は作動したままである。
【００１５】
曲線を決定するために、燃料マニホルド内の圧力が燃料の飽和蒸気圧以下に低下される。燃料が冷却する間に、燃料マニホルド内の圧力および場合により温度が測定され、且つ制御ユニット内に、即ちそこに存在するマイクロコンピュータの記憶装置内に記憶される。燃料の蒸気圧曲線が、記憶されているデータから決定され、温度センサが存在する場合には燃料の温度の関数として決定され、且つ燃料噴射量の補正のために使用される。
【００１６】
即ち、蒸気圧を測定するために、燃料マニホルド内の圧力は燃料の飽和蒸気圧以下に低下されるべきである。このために、それぞれ実施態様に応じて使用される種々の利用可能性がある。
【００１７】
第１の可能性は、燃料ポンプを逆方向に運転し、且つマニホルドから燃料容積を吸引することにある。
第２の可能性は、サーボ・システム用に吸気管負圧を貯蔵するためにも使用される、燃料マニホルドまたは燃料供給配管に装着されている負圧蓄圧器を接続することにある。
【００１８】
第３の可能性は、負圧が吸気管内またはシリンダ内にかかっているかぎり、噴射弁を開くことにある。
第４の可能性は、冷却時に燃料マニホルドの容積を増大させる伸縮要素、例えば冷却水により加熱され且つ冷却時に燃料マニホルドの容積を増大させるバイメタル装置を使用することにある。
【００１９】
最後の可能性は、燃料マニホルド内に組み込まれた、弾性肉薄金属管として組み込まれている圧力ダンパを設けることである。この圧力ダンパには、その容積が十分に温度の関数である、プロパンまたは同等のガスが充填されている。このとき、内圧は、０°における６バールから６０°における２０バールに変化する。ガス圧により、加熱時には圧力ダンパは膨張し、または冷却時にはその容積は収縮する。
【００２０】
燃料系統の形状に応じてそれぞれ、また使用例に応じてそれぞれ、内燃機関が停止したとき、燃料マニホルド内の圧力を低下させるための上記の可能性のいずれかが使用される。
【００２１】
さらに、有利な実施態様においては、燃料マニホルド内の温度が考慮される。この温度は、好ましい実施態様においては、燃料マニホルド内の燃料の温度を測定する温度センサにより測定される。このような温度センサが利用できない場合、温度は制御ユニット内に既に存在する温度情報から計算され、例えば、冷却水温度、負荷、回転速度、運転時間および／または空気質量流量の関数として計算される。この場合、原理的には、燃料温度は冷却水温度と共に上昇し、一方、負荷および回転速度が上昇すると、この運転状態においては燃料流量が増大されているので、燃料温度は負荷および回転速度の上昇と共に低下する。
【００２２】
電子式の制御ユニット４０で、燃料の蒸気圧飽和曲線に対するモデルが使用される。このモデルのパラメータは、停止状態の間における蒸気圧の測定値から、内燃機関の停止後の温度の関数として決定される。有利な実施態様において、飽和蒸気圧Ｐｓを計算するためのアントワン（Ａｎｔｏｉｎｅ）の蒸気圧の式を使用することが、このようなモデルを表わすのに適していることが明らかとなった。この式は次のように表わされる。
【００２３】
ｌｎＰｓ＝Ａ−Ｐ／（Ｃ＋Ｔ）
パラメータＡ、ＢおよびＣは物質定数であり、且つ蒸気圧Ｐおよび温度Ｔの測定値から最小誤差二乗法により決定される。
【００２４】
他の実施態様においては、他の蒸気圧の式が使用される（例えば、リーデル（Ｒｉｅｄｅｌ）、リーデル−プランク−ミラー（Ｒｅｉｄｅｌ−Ｐｌａｎｋ−Ｍｉｌｌｅｒ）、テク−シュティール（Ｔｈｅｋ−Ｓｔｉｅｌ）等の蒸気圧曲線）。１次近似として、エタノールに対する値を使用したときの有効な数値が存在する。
【００２５】
このようにして、使用燃料の飽和蒸気圧が決定される。燃料マニホルド内のそれぞれの温度における燃料噴射量の補正は、適合のために使用される基準燃料の飽和蒸気圧Ｐｓrefの、例えば上記のモデルに基づいて蒸気圧測定から決定された、使用燃料の蒸気圧に対する比により行われる。
【００２６】
ＴＩｋｏｒｒ＝ＴＩ×特性曲線（Ｐｓref／Ｐｓ）
ここで、ＴＩは、例えば回転速度および供給空気質量流量のような運転変数に基づいて決定される噴射時間を表わす。補正値が比Ｐｓref／Ｐｓの関数として記憶されている特性曲線は、校正可能なパラメータを有している。補正は低温の機関においてのみ行われる。特性曲線の値は、沸騰し難い燃料による始動実験から決定される。ある設計においては、噴射時間の補正は時間の経過と共に低減され、例えば、２０秒後には直線的に補正値として値１．０に到達することが好ましい。補正特性曲線に対する一例を図３が示している。
【００２７】
実際の実施態様においては、燃料マニホルドに、プロパンが充填されている圧力ダンパが使用される。機関の停止後に、燃料マニホルドが、例えば８０°から１０°に低下したとする。弾性圧力ダンパは、圧力ダンパ内のプロパンの圧力低下によりその容積を低減させる。燃料ポンプ内の逆止弁は、燃料ポンプが供給したときにはじめて開くように設計されている。これにより、燃料マニホルド内の燃料の飽和蒸気圧が調節される。温度および蒸気圧値は、制御ユニット内に記憶されている。圧力値の温度に関する曲線が得られる。この曲線から蒸気圧モデルのパラメータが決定される。機関が再始動するとき、燃料噴射量は、基準燃料の蒸気圧の、モデル蒸気圧に対する比として補正される。このようにして、始動過程の開始時に、予め燃料品質ないし燃料特性の正確な考慮が可能となる。
【００２８】
一実施態様においては、上記の飽和圧の決定方式は、電子式の制御ユニット４０の一部であるマイクロコンピュータのプログラムとして実行される。このようなプログラムに対する一例が、図２の流れ図により示されている。
【００２９】
プログラムは内燃機関の停止と同時に開始される。内燃機関の停止は、点火スイッチの対応の信号により、または機関回転速度の観察により発生される。その後、周期的に、燃料マニホルド内の圧力Ｐ並びに場合により燃料マニホルド内の燃料の温度Ｔが測定される。次に、それぞれの測定値が、ステップ１０２において記憶される。その後、ステップ１０４において、十分な数の測定データが存在するかどうかが検査される。他の実施態様においては、内燃機関の停止から所定の時間が経過したかどうか、または測定圧力値の本質的な変化がもはや検出されなかったかどうかが検査される。これが否定（Ｎ）の場合、プログラムはステップ１００から反復され、これにより、圧力および場合により温度の測定変数の決定が周期的に行われる。しかしながら、測定過程が終了した場合（肯定（Ｙ））、ステップ１０６において、パラメータＡ、ＢおよびＣが、記憶されている圧力および場合により温度の測定値に基づいて決定される。それに続いてステップ１０８において、例えば蒸気圧の式に基づいて燃料の飽和圧Ｐｓが決定される。次にステップ１１０において、この計算値はモデル値Ｐｓｍｏｄｅｌｌとしてセットされ（Ｐｓｍｏｄｅｌｌ＝Ｐｓ）、モデル値Ｐｓｍｏｄｅｌｌは、内燃機関の次の運転サイクルにおいて燃料供給量の補正のために使用される。モデル飽和圧の計算の後に、図２に示すプログラムが終了される。
【００３０】
上記の例においては、モデル蒸気圧の決定方式が、アントワンの蒸気圧の式の例で説明された。他の使用例においては、燃料マニホルド内の飽和圧と温度との間の他の関係が利用される。最も簡単な場合には、停止後において、飽和圧に到達するまで、即ち本質的な圧力変化がもはや現われなくなるまで、圧力が測定される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方式に関して本質的な要素が示されている、電子式の制御ユニットを有する内燃機関の全体図である。
【図２】本発明の好ましい実施態様による、補正係数を圧力センサ信号の関数として決定することを示す流れ図である。
【図３】圧力センサ信号の関数として決定された補正係数の特性曲線の一例である。
【符号の説明】
１０  圧力ダンパ
１２  燃料ポンプ
１４  逆止弁
１６  タンク
１８  燃料供給配管
２０  燃料フィルタ
２２  燃料マニホルド
２４、２６、２８、３０  燃料噴射弁
３２  圧力センサ
３４  温度センサ
３６、３８、４２…４８  入力ライン
５０、５２、５４、５８、６０  出力ライン
４０  制御ユニット
Ａ、Ｂ、Ｃ  パラメータ
Ｐ  圧力
Ｐｓ  飽和蒸気圧
Ｐｓｍｏｄｅｌｌ  Ｐｓのモデル値
Ｐｓref  基準燃料の飽和蒸気圧
ＴＩ  噴射時間
ＴＩｋｏｒｒ  補正噴射時間
【図１】
0004171279.tif 000002
【図２】
0004171279.tif 000003
【図３】
0004171279.tif 000004