(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関（１）をスタートさせるための方法であって、
燃料に圧力を作用させ、前記燃料を成層動作で圧縮フェーズ中に又は前記燃料を均質動作で吸入フェーズ中に直接燃焼室（４）に噴射する、内燃機関（１）をスタートさせるための方法において、
噴射の終了時に又は噴射の後で前記燃料に作用する圧力（ｐ１３ｄａｎａｃｈ）をもとめ、この圧力（ｐ１３ｄａｎａｃｈ）に依存して前記成層動作を排除するか又は許可し、
噴射の前に又は噴射の開始時に燃料に作用する圧力（ｐ１３）を圧力センサ（１４）によって測定し、
燃料蓄圧器（１３）が設けられ、噴射の前に又は噴射の開始時に燃料に作用する圧力（ｐ１３）から、前記噴射の前に前記燃料蓄圧器（１３）に存在する燃料質量（ｍＫｒ１３）をもとめ、
噴射すべき燃料質量（ｍＫｒ）を内燃機関（１）の動作パラメータからもとめ、
噴射の前に燃料蓄圧器（１３）に存在する燃料質量（ｍＫｒ１３）及び噴射すべき燃料質量（ｍＫｒ）から、前記噴射の後に前記燃料蓄圧器（１３）に存在する燃料質量（ｍＫｒ１３ｄａｎａｃｈ）をもとめ、
噴射の後で燃料蓄圧器（１３）に存在する燃料質量（ｍＫｒ１３ｄａｎａｃｈ）から、前記噴射の終了時に又は前記噴射の後で燃料に作用する圧力（ｐ１３ｄａｎａｃｈ）をもとめ、
噴射の終了時に又は噴射の後で燃料に作用する圧力（ｐ１３ｄａｎａｃｈ）を閾値圧力（ｐｓｃｈｗｅｌｌｅ）と比較するようにしたことを特徴とする、内燃機関（１）をスタートさせるための方法。
【請求項２】
内燃機関（１）の制御機器（１５）のための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は請求項１〜８のうちの１項記載の方法を実施するのに適していることを特徴とする、内燃機関（１）の制御機器（１５）のためのコンピュータプログラム。
【請求項３】
コンピュータプログラムは電気的な記憶媒体、とりわけフラッシュメモリ又はリードオンリーメモリに格納されていることを特徴とする、請求項２記載のコンピュータプログラム。
【請求項４】
内燃機関（１）の制御機器（１５）であって、
該内燃機関（１）のスタートの際に圧力が燃料に作用され、該燃料は成層動作において圧縮フェーズ中に又は前記燃料は均質動作において吸入フェーズ中に直接燃焼室（４）に噴射可能である、内燃機関（１）の制御機器（１５）において、
該制御機器（４）によって噴射の終了時に又は噴射の後で前記燃料に作用する圧力（ｐ１３ｄａｎａｃｈ）がもとめられ、
前記制御機器（１５）によってこの圧力（ｐ１３ｄａｎａｃｈ）に依存して前記成層動作が排除又は許可されることを特徴とする、内燃機関（１）の制御機器（１５）。
【請求項５】
制御機器（１５）を有する内燃機関（１）であって、
内燃機関（１）のスタートの際に圧力が燃料に作用され、該燃料は成層動作において圧縮フェーズ中に又は前記燃料は均質動作において吸入フェーズ中に直接燃焼室（４）に噴射可能である、制御機器（１５）を有する内燃機関（１）において、
該制御機器（４）によって噴射の終了時に又は噴射の後で前記燃料に作用する圧力（ｐ１３ｄａｎａｃｈ）がもとめられ、
前記制御機器（１５）によってこの圧力（ｐ１３ｄａｎａｃｈ）に依存して前記成層動作が排除又は許可されることを特徴とする、制御機器（１５）を有する内燃機関（１）。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料に圧力を作用させ、燃料を成層動作で圧縮フェーズ中に又は燃料を均質動作で吸入フェーズ中に直接燃焼室に噴射する、とりわけ自動車の内燃機関をスタートさせるための方法に関する。本発明は、同様に、内燃機関のスタートの際に圧力が燃料に作用し、この燃料は成層動作において圧縮フェーズ中に又は燃料は均質動作において吸入フェーズ中に直接燃焼室に噴射可能である、制御機器を有するとりわけ自動車の内燃機関に関する。さらに、本発明は、内燃機関のスタートの際に圧力が燃料に作用し、この燃料は成層動作において圧縮フェーズ中に又はこの燃料は均質動作において吸入フェーズ中に直接燃焼室に噴射可能である、とりわけ自動車の内燃機関の制御機器に関する。ならびに、本発明は、とりわけ自動車の内燃機関の制御機器のためのコンピュータプログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
このような方法、このような内燃機関、このような制御機器ならびにこのようなコンピュータプログラムは例えばいわゆるガソリン直接噴射について公知である。その場合、燃料は噴射弁を介して吸入フェーズ中に又は圧縮フェーズ中に直接燃焼室に噴射され、そこで燃焼される。噴射のために、前置された燃料蓄圧器において燃料には圧力が加えられる。これは、燃料に作用してこの燃料を噴射弁を介して燃焼室に噴射するための圧力である。
【０００３】
内燃機関のスタートの際にとりわけホットランニング状態ではない内燃機関において増大された燃料量が燃焼室に噴射されなければならない。この結果、燃料蓄圧器における圧力が基本的に低下してしまう。この圧力変動は、さらに、内燃機関のスタート時には燃料蓄圧器における圧力が場合によってはまだ十分に存在せず、迅速には形成されず、維持され得ないことによっても強められる。
【０００４】
成層動作における内燃機関の動作においては、燃料に作用する所定の圧力が必要である。これは、成層動作中に燃料が燃焼室に噴射される圧縮フェーズにおいてこの燃焼室において圧縮圧力が大幅に上昇することから生じる。この圧縮圧力が噴射中に燃料に作用する圧力よりも大きくなる場合には、これは噴射すべき燃料が蓄圧器に逆流するという望ましくない結果をもたらす。
【０００５】
内燃機関のスタート時の上記の圧力変動のために、このような逆流はまさにスタート過程においてとりわけ迅速に生じ得る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、燃料の蓄圧器への逆流を確実に回避する、内燃機関をスタートさせるための方法、コンピュータプログラム、制御機器及び内燃機関を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、冒頭に挙げた方法において、噴射の終了時に又は噴射の後で前記燃料に作用する圧力をもとめ、この圧力に依存して前記成層動作を排除するか又は許可し、噴射の前に又は噴射の開始時に燃料に作用する圧力を圧力センサによって測定し、燃料蓄圧器が設けられ、噴射の前に又は噴射の開始時に燃料に作用する圧力から、前記噴射の前に前記燃料蓄圧器に存在する燃料質量をもとめ、噴射すべき燃料質量を内燃機関の動作パラメータからもとめ、噴射の前に燃料蓄圧器に存在する燃料質量及び噴射すべき燃料質量から、前記噴射の後に前記燃料蓄圧器に存在する燃料質量をもとめ、噴射の後で燃料蓄圧器に存在する燃料質量から、前記噴射の終了時に又は前記噴射の後で燃料に作用する圧力をもとめ、噴射の終了時に又は噴射の後で燃料に作用する圧力を閾値圧力と比較することによって解決され、
さらに上記課題は、このような方法を実施するためのコンピュータプログラムによって解決され、
さらに上記課題は、冒頭に挙げた制御機器及び内燃機関において、この制御機器によって噴射の終了時に又は噴射の後で燃料に作用する圧力をもとめることができ、この制御機器によってこの圧力に依存して成層動作が排除又は許可されることによって解決される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
従って、意図的に、噴射の終了時に又は噴射の後でまだ存在する燃料に作用する圧力が計算される。この計算は、各々個別の噴射に対して個々に実施される。次いで、この算出された圧力に依存して、燃料の逆流の危険が存在するかどうか、それゆえ成層動作が排除されるべきか又は許可され得るかどうかが判定される。
【０００９】
このようにして、個別の噴射毎に、この噴射の後で燃料に作用する圧力が十分に大きい場合にのみ成層動作に切り換えられることが保障される。そうでない場合には、成層動作への切り換えが排除されるか又既存の成層動作が遮断される。
【００１０】
従って、燃料蓄圧器への燃料の望ましくない逆流は確実に阻止される。
【００１１】
本発明の有利な実施形態では、噴射の前又は噴射の開始時に燃料に作用する圧力からこの噴射の前に燃料蓄圧器に存在する燃料質量がもとめられる。これは、燃料の圧縮可能性を考慮する方程式に基づいて実施される。
【００１２】
本発明の有利な実施形態では、噴射の前に燃料蓄圧器に存在する燃料質量及び噴射すべき燃料質量から、この噴射の後に燃料蓄圧器に存在する燃料質量がもとめられる。これは差形成によって実施される。
【００１３】
この後に、噴射の後で燃料蓄圧器に存在する燃料質量から、この噴射の終了時に又は噴射の後で燃料に作用する圧力がもとめられる。これも上記の方程式によって実施される。
【００１４】
とりわけ有利には、噴射の終了時に又は噴射の後で燃料に作用する圧力が閾値圧力と比較される。この閾値圧力はこの場合ほぼ成層動作を実施するために必要な圧力に相応する。
【００１５】
この後に、噴射の終了時に又は噴射の後で燃料に作用する圧力が閾値圧力より小さい場合には、成層動作は排除される。
【００１６】
とりわけ重要なことは、とりわけ自動車の内燃機関の制御機器に対して設けられるコンピュータプログラムの形式における本発明の方法の実現である。この場合、コンピュータプログラムはとりわけマイクロプロセッサにおいて実行可能であり、本発明の方法の実施に適している。よって、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、この結果、その実施のためにはコンピュータプログラムが適しているこの方法と同様にこのコンピュータプログラムは本発明である。このコンピュータプログラムは電気的な記憶媒体に、例えばフラッシュメモリ又はリードオンリーメモリに格納されている。
【００１７】
本発明の更なる特徴的な構成、適用可能性及び利点は、以下の本発明の実施例の記述から得られる。この実施例は図面に図示される。この場合、全ての記述される又は図示される特徴的な構成は、それ自体で又は本発明の対象の任意の組み合わせにおいて、特許請求項におけるこれらの特徴的な構成の統合又はこれらの特許請求項との関連とは無関係にならびに記述乃至は図面における表現乃至は図示とは無関係に形成される。
【００１８】
【実施例】
図１には自動車の内燃機関１が図示されており、ピストン２はシリンダ３において往復運動可能である。このシリンダ３には燃焼室４が設けられており、この燃焼室４はとりわけピストン２、インレットバルブ５及びアウトレットバルブ６によって限定されている。インレットバルブ５によって吸気管７が、アウトレットバルブ６によって排気管８が結合されている。
【００１９】
インレットバルブ５及びアウトレットバルブ６の領域には噴射弁９及び点火プラグ１０が燃焼室４に突出している。噴射弁９を介して、燃料は燃焼室４に噴射される。点火プラグ１０によって燃料は燃焼室４において点火される。
【００２０】
吸気管７には回転可能なスロットルバルブ１１が取り付けられている。このスロットルバルブ１１を介して吸気管７に空気が供給可能である。供給される空気の量はスロットルバルブ１１の角度位置に依存する。排気管８には触媒装置１２が取り付けられており、この触媒装置１２は燃料の燃焼によって生じる排気ガスの浄化に使用される。
【００２１】
噴射弁９は圧力導管を介して燃料蓄圧器１３に接続されている。相応のやり方で内燃機関１の他のシリンダの噴射弁もこの燃料蓄圧器１３に接続されている。この燃料蓄圧器１３には供給導管を介して燃料が供給される。このために電気的な及び/又は機械的な燃料ポンプが設けられており、この燃料ポンプは所望の圧力を燃料蓄圧器１３において形成するのに適している。
【００２２】
さらに、燃料蓄圧器１３には圧力センサ１４が設置されている。この圧力センサ１４によって燃料蓄圧器１３における圧力が測定可能である。この圧力は、燃料に作用し、それゆえ燃料を噴射弁９を介して内燃機関１の燃焼室４に噴射する圧力である。
【００２３】
内燃機関１の動作において、燃料は燃料蓄圧器１３に供給される。この燃料は個々のシリンダ３の噴射弁９を介して所属の燃焼室４に噴射される。点火プラグ１０によって燃焼室４における燃焼が発生され、この燃焼によってピストン２が往復運動にもたらされる。これらの運動はここには図示されないクランクシャフトに伝達され、このクランクシャフトに回転トルクを作用する。
【００２４】
制御機器１５には入力信号１６が印加され、この入力信号１６はセンサによって測定された内燃機関１の動作パラメータである。例えば、制御機器１５は圧力センサ１４、エアマスセンサ、ラムダセンサ、回転数センサなどに接続されている。さらに、制御機器１５はアクセルペダルセンサに接続されており、このアクセルペダルセンサは運転者により操作可能なアクセスペダルの位置、すなわち要求される回転トルクを表す信号を発生する。制御機器１５は出力信号１７を発生し、この出力信号１７によってアクチュエータ乃至は操作素子を介して内燃機関１の挙動が制御される。例えば、制御機器１５は噴射弁９、点火プラグ１０及びスロットルバルブ１１などに接続されており、これらの制御に必要な信号を発生する。
【００２５】
とりわけ、制御機器１５は、内燃機関１の動作パラメータを開ループ制御及び/又は閉ループ制御するために設けられている。例えば噴射弁９によって燃焼室４に噴射される燃料質量は、制御機器１５によってとりわけ少ない燃料消費及び/又は少ない有害物質発生を顧慮して開ループ制御及び/又は閉ループ制御される。この目的のために、この制御機器１５にはマイクロプロセッサが設けられており、このマイクロプロセッサは記憶媒体、とりわけフラッシュメモリにコンピュータプログラムを格納しており、このコンピュータプログラムは上記の開ループ制御及び/又は閉ループ制御を実施するのに適している。
【００２６】
図１の内燃機関１は複数の動作モードにおいて動作され得る。よって、内燃機関１を均質動作、成層動作、均質リーン動作、二重噴射を有する動作などにおいて動作することが可能である。
【００２７】
均質動作では燃料は吸入フェーズ中に噴射弁９によって直接内燃機関１の燃焼室４に噴射される。燃料はこれにより点火に至るまでさらに十分に渦流を形成し、この結果、燃焼室４において基本的に均質な燃料/空気混合気が生じる。この場合、発生すべきトルクは基本的に制御機器１５によってスロットルバルブ１１の位置を介して調整される。この均質動作においては、内燃機関１の動作パラメータは、ラムダが１に等しいか又は少なくともほぼ１に等しいように開ループ制御及び/又は閉ループ制御される。この均質動作はとりわけ全負荷において適用される。
【００２８】
均質リーン動作はおおかた均質動作に相応するが、ラムダは１より大きい値に調整される。
【００２９】
成層動作では燃料は圧縮フェーズ中に噴射弁９によって直接内燃機関１の燃焼室４に噴射される。従って、点火プラグ１０による点火の際には燃焼室４には均質な混合気は存在せず、燃料層が存在する。スロットルバルブ１１は、例えば排気ガス還流及び/又はタンク換気の要求を除けば、完全に開かれ、従って内燃機関１はスロットルバルブによる調節なしで動作される。発生すべきトルクは成層動作では十分に燃料質量を介して調整される。成層動作によって内燃機関１はとりわけアイドル走行において及び部分負荷において動作される。
【００３０】
上記の内燃機関１の動作モードの間では往復切り換え乃至は切り換えが行われる。このような切り換えは制御機器１５によって実施される。
【００３１】
内燃機関１が比較的長い停止状態の後でスタートされる場合、とりわけ低い温度において燃焼室４に噴射される燃料質量は基本的に増大される。こうして、点火可能な空気/燃料混合気が燃焼室４において使用されるだけではなく、燃料のエンジンオイルへの侵入によって及び/又は燃焼室４における燃料の内壁薄膜形成によって生じる燃料の損失も補償される。
【００３２】
スタートの間に必要とされる噴射すべき多量の燃料質量は、結果的に、燃料蓄圧器１３における圧力が噴射持続期間の間に大きく低下するということをもたらす。これは、内燃機関１のスタートの際に電気的及び/又は機械的燃料ポンプがまだ十分に迅速に必要な圧力を燃料蓄圧器１３において発生させて維持することができないということによってさらに強められる。
【００３３】
燃料蓄圧器１３における圧力が低下すると、成層動作において燃料の内燃機関１の燃焼室４への噴射中にこの燃焼室４における圧縮圧力がこの燃料蓄圧器１３における低下した圧力よりも大きくなる危険がある。これは、噴射すべき燃料が燃料蓄圧器１３に逆流してしまうという望ましくない結果をもたらすだろう。
【００３４】
図２には燃料蓄圧器１３において噴射の後にまだ存在するこの燃料蓄圧器１３における圧力を制御機器１５によって検出する方法が図示されている。次に、この圧力によって、内燃機関１が成層動作で動作できるか否かが判定される。この場合、この方法はとりわけ内燃機関１のスタート過程に適しているが、この内燃機関１のその他の動作の間にも適用できる。
【００３５】
ステップ２０において、圧力センサ１４によって燃料蓄圧器１３における圧力が測定される。この場合、この測定はできるだけ燃焼室４への燃料の次の噴射の直前に又はこの次の噴射の開始時にすぐに行われる。
【００３６】
ステップ２１において、次の方程式
ｐ１３＝ｐ０＋ＥＫｒ×（１−ρＫｒ×（Ｖ１３/ｍＫｒ１３））
（１）
ただしここでｐ１３＝燃料蓄圧器１３における圧力、
ｐ０＝周囲圧力、
ＥＫｒ＝燃料の弾性率、
ρＫｒ＝燃料の密度、
Ｖ１３＝燃料蓄圧器１３の容積、
ｍＫｒ１３＝燃料蓄圧器１３における燃料質量
によって、燃料蓄圧器１３における測定された圧力から、この燃料蓄圧器１３に存在する燃料質量ｍＫｒ１３が推定される。このため、この方程式を燃料ｍＫｒ１３について解くために、圧力センサ１４により測定された圧力が圧力ｐ１３として使用される。この場合、周囲圧力、燃料の弾性率、燃料の密度及び燃料蓄圧器１３の容積は既知であるか又はその他の方法で測定又は計算できる。
【００３７】
ステップ２２において、既に説明したように、内燃機関１の動作パラメータから制御機器１５によって噴射すべき燃料質量ｍＫｒが計算される。これらの動作パラメータはエンジン温度、周囲温度などである。
【００３８】
ステップ２３において、この燃料質量ｍＫｒの噴射の後にこの燃料蓄圧器１３にまだ存在している燃料質量ｍＫｒ１３ｄａｎａｃｈが計算される。この計算は次の式によって行われる。
【００３９】
ｍＫｒ１３ｄａｎａｃｈ＝ｍＫｒ１３−ｍＫｒ                        （２）
方程式（１）によってステップ２４において燃料蓄圧器１３における圧力ｐ１３ｄａｎａｃｈが燃焼室４への燃料質量ｍＫｒの噴射の直後又はこの噴射の終了時にすぐにもとめられる。この場合、燃料蓄圧器１３における質量として、もはやこの噴射の前に存在する燃料質量ｍＫｒ１３ではなく、噴射の後に存在する燃料質量ｍＫｒ１３ｄａｎａｃｈが使用される。他のパラメータ、すなわち周囲圧力、弾性率なども既知であるか又は他の方法で測定又は計算される。
【００４０】
ステップ２５において、噴射の終了時乃至は噴射の後の燃料蓄圧器１３における圧力ｐ１３ｄａｎａｃｈが閾値圧力ｐＳｃｈｗｅｌｌｅと比較される。この場合、この閾値圧力ｐＳｃｈｗｅｌｌｅは、成層動作が実施されかつこの場合燃料蓄圧器１３への燃料の逆流の危険が存在しないために必要な圧力にほぼ相応する。
【００４１】
圧力ｐ１３ｄａｎａｃｈが閾値圧力ｐＳｃｈｗｅｌｌｅより大きい場合、これは、内燃機関１を成層動作において動作するためにまだ十分に圧力が燃料蓄圧器１３に存在することを意味する。それゆえ、この場合、ステップ２６において成層動作が許可される。
【００４２】
しかし、圧力ｐ１３ｄａｎａｃｈが閾値圧力ｐＳｃｈｗｅｌｌｅより小さい場合、これは燃料蓄圧器１３における圧力が内燃機関１を成層動作で動作するためにはもはや充分ではないことを意味している。とくにこの場合、燃焼室４における比較的大きな圧縮圧力のために噴射すべき燃料が燃料蓄圧器１３に逆流する危険がある。この場合、これは、ステップ２７において成層動作が排除されることによって阻止される。
【００４３】
上述の方法では、ステップ２５、２６、２７の判定は一回の噴射に基づいている。代わりに、この方法を複数回の噴射に拡張することが可能である。このために図２のような過程が行われるが、ステップ２４の後でステップ２１〜２４までが繰り返される。この場合、この反復はその次の噴射に関連する。４回のこのような反復を用いて、例えば、所定のシリンダの４回の作動サイクルが予め計算され得る。この場合、この結果はこれらの４回の作動サイクルの後の燃料蓄圧器における圧力である。次いで、この圧力によってステップ２５、２６、２７の判定検出が実施される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の内燃機関の実施例の概略的なブロック線図を示す。
【図２】図１の内燃機関のスタートのための本発明の方法の概略的なフローチャートを示す。
【符号の説明】
１  内燃機関
２  ピストン
３  シリンダ
４  燃焼室
５  インレットバルブ
６  アウトレットバルブ
７  吸気管
８  排気管
９  噴射弁
１０  点火プラグ
１１  スロットルバルブ
１２  触媒装置
１３  燃料蓄圧器
１４  圧力センサ
１５  制御機器
【図１】
0004071952.tif 000002
【図２】
0004071952.tif 000003