(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気管内圧力に対する尺度を決定するための手段を備えた、内燃機関のスタートおよびアフタースタートの間に燃料供給量が上昇される内燃機関に対する燃料供給量信号の形成のための電子式制御装置において、
前記電子式制御装置が、前記吸気管内圧力に対する尺度の時間変化の割合を決定し、かつ燃料供給量が、時間とともに減少する前記時間変化の割合に従って減少し、
スタート前の内燃機関の停止時間が所定のしきい値を超えている場合には、前記燃料供給量の減少が遮断されることを特徴とする内燃機関に対する燃料供給量信号の形成のための電子式制御装置。
【請求項２】
内燃機関の範囲内の温度を測定するための追加手段が設けられ、前記燃料供給量が、さらに温度の上昇とともに減少されることとを特徴とする請求項１に記載の電子式制御装置。
【請求項３】
スタート後第１の回転速度しきい値を超えたことがスタート終了として遅延時間を開始させかつこの遅延時間ｔｖが経過したとき、前記減少が遮断されることを特徴とする請求項１または２に記載の電子式制御装置。
【請求項４】
アイドリング運転が切り離されたとき、前記減少が遮断されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の電子式制御装置。
【請求項５】
燃料供給量の補正値により前記燃料供給量の減少を実行する手段が設けられ、かつ、前記燃料供給量の減少が遮断されているときには前記補正値が常に値１とされることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の電子式制御装置。
【請求項６】
吸気管圧力に対する尺度として吸気管圧力それ自身が測定されること、または吸気管圧力に対する尺度が吸込空気量または内燃機関のシリンダ充填量あるいはこれら双方に関する信号から導かれることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の電子式制御装置。
【請求項７】
吸気管圧力に対する尺度として、１行程ごとに吸い込まれた空気量から決定される燃料供給量信号の基本値ｒｌが決定され、前記１行程ごとに吸い込まれた空気量は、吸い込まれた空気量ｍｌと機関の回転速度ｎとの商に比例して決定されることを特徴とする請求項６に記載の電子式制御装置。
【請求項８】
内燃機関の温度に対する尺度として冷媒温度または潤滑剤温度あるいは内燃機関の吸気温度が使用されることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の電子式制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸気管噴射式内燃機関のスタート時およびスタート後における燃料供給量信号の形成に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関に対する燃料供給量信号の形成におけるスタート補正およびアフタスタート補正が、ドイツ特許第２５２２２８３号から既知である。この補正は、燃料をリッチにするように作用し、かつスタート後機関運転のその後の経過において低減制御され、すなわち次第に遮断される。
【０００３】
スタート補正およびアフタスタート補正の必要性は吸気管の燃料貯蔵特性から与えられる。噴射された燃料は一部凝縮して燃料壁膜となり、燃料壁膜は吸気管壁に付着している。低い温度および高い吸気管圧力は凝縮を促進し、高い温度および低い吸気管圧力は壁膜からの燃料の蒸発を促進する。
【０００４】
凝縮は、内燃機関の燃焼室内へ吸い込まれる燃料供給量を減少させるように作用する。蒸発はこの供給量を増大させる。スタート後の温度が低い機関においては一般に凝縮の影響が支配的であり、この影響はたとえば燃料噴射パルス幅の拡大により補償することができる。壁膜による燃料貯蔵特性に関する基本的な研究がたとえばＳＡＥ−Ｐａｐｅｒ８１０４９４から知ることができる。
【０００５】
さらに、最新式機関制御においては過渡補償（ＵｅＫ（なお、Ｕｅはドイツ語のＵウムラウトを表す。））が使用される。この過渡補償は、種々の運転状態間の過渡時における燃焼室内の混合物組成に及ぼす壁膜効果の影響を補償するものである。したがって、絞り弁を開いたときに壁膜質量の上昇が発生し、そして絞り弁を閉じたときに壁膜質量の減少が発生する。
【０００６】
それに対応して、壁膜からの燃料流れの影響を補償するために、絞り弁を開いたときに噴射弁を介しての燃料供給量がさらに上昇され、絞り弁を閉じたときに燃料供給量は著しく減少される。
【０００７】
この過渡補償は暖気された機関に適合して行われる。既知の機関制御においては、スタート後の最初の数秒間の時間範囲内にさらに好ましくない大きな混合物適合エラーが発生することがわかっている。
【０００８】
したがって、スタート／アフタスタート補正による燃料供給量信号の増大の影響により、ある条件下では燃料／空気混合物の明らかなオーバーリッチ化もまた観察された。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
内燃機関のスタート時およびスタート後における燃料供給量信号の形成をさらに改善することが本発明の課題である。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、内燃機関の吸気管内圧力に対する尺度を形成するための手段を備えた、内燃機関のスタート時およびスタート後に燃料供給量が上昇される内燃機関に対する燃料供給量信号の形成のための電子式制御装置において、前記電子式制御装置が、前記吸気管内圧力に対する尺度の勾配を形成し、かつ上昇された燃料供給量を前記勾配の関数として減少することを特徴とする本発明の内燃機関に対する燃料供給量信号の形成のための電子式制御装置により解決される。
【００１１】
本発明は、燃料の明らかなオーバーリッチ化が、一方で吸気管圧力の勾配によりおよびさらに温度の影響により決定される壁膜の著しい離脱に起因するという知見に基づいている。
【００１２】
海抜０メートルにおいては、スタート前に燃焼室内に約１０００ｍｂａｒの大気圧が作用している。機関の定常アイドリングにおいては、典型的には吸気管内に約３００ｍｂａｒの圧力が設定される。
【００１３】
この圧力低下は、存在する壁膜から燃料を蒸発させる。
蒸発速度は、圧力勾配の上昇および壁膜温度および吸気温度の増大と共に上昇する。
【００１４】
本発明により、機関運転の最初の数秒間におけるスタート／アフタスタート・リッチ化に対しそれぞれ、圧力勾配および温度の関数である乗算によるリーン化補正が重ね合わされる。
【００１５】
したがって、本発明による教示は、機関がまだ完全に冷えてなくかつ大きな圧力勾配を有するときにスタート後発生することがある過大な壁膜離脱を考慮している。したがって、とくに高温スタートにおける燃料／空気混合物の著しいオーバーリッチ化が抑制されることが有利である。これはとくに未燃炭化水素の放出を低減しかつ傾向として燃費を低下するように働く。
【００１６】
さらに、この機能を遮断することにより通常発生の可能性のある急激なリッチ化に基づくトルクの急変を防止するために、スタート後にリーン化補正を定常的に低減制御することが有利である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態を図面により説明する。
図１の参照番号１は、センサ装置２、設定要素３および電子式制御装置４を備えた内燃機関を表わす。
【００１８】
この場合、センサ装置２は、たとえば回転速度ｎ、機関により吸い込まれる空気量ｍｌ、機関温度Ｔｍｏｔ、出力設定要素たとえば絞り弁のアイドリング設定ＬＬのためのセンサ、ならびに場合により吸気管圧力、吸気温度等のためのその他のセンサを含む。アイドリングは、たとえばアイドリング接点スイッチまたはドライバの希望を介して検出され、および加速ペダルポテンショメータを介して決定することができる。
【００１９】
これらの信号から、制御装置４は、内燃機関１の設定要素３に対する操作信号、とくに燃料噴射弁の操作のための燃料供給量信号ｔｉを形成する。
図２は本発明による燃料供給量信号ｔｉの形成を示す。
【００２０】
ブロック２．１は、燃料供給量信号に対する基本値ｒｌを出力する。この基本値ｒｌは、たとえば１行程ごとに吸い込まれる空気量としてのｍｌとｎとの商に比例して決定することができる。
【００２１】
この基本値は、ブロック２．２ないし２．５において乗算および加算により補正されて噴射パルス幅ｔｉを形成する。なお、噴射パルス幅ｔｉにより１つまたは複数の噴射弁が操作される。ブロック２．３…２．５は既知の補正を含む。したがって、たとえば既知のスタートリッチ化およびアフタスタートリッチ化が乗算により与えられる。同様に乗算により空気量ｒｌから燃料供給量および対応するパルス幅への換算が行われる。加算によりたとえばバッテリ電圧の影響を考慮した補正、および事情によってはまた過渡補償（ＵｅＫ）が作用する。
【００２２】
本発明による係合はブロック２．２において乗算を生じる。ブロック２．６は、スイッチ２．９を介して本発明による係合を作動および非作動にする。作動された状態が図に示されている。非作動状態においては補正値ｆｓｔｖａは値１を有し、したがっていかなる作用も行わない。作動状態においてはブロック２．７内で充填量ｒｌの勾配ｇｒａｄｒｌが形成される。勾配ｇｒａｄｒｌの値の関数としておよび場合により機関温度Ｔｍｏｔの関数としてたとえば特性曲線群２．８への係合により値ｆｓｔｖａが決定される。この値ｆｓｔｖａは１より小さく、したがってｔｉの値が小さくなるように作用しすなわちリーン化するように作用する。
【００２３】
図３から図５は、本発明による作用をスタート補正およびアフタスタート補正の時間線図により示している。図３は、内燃機関運転の最初の数秒間の吸気管圧力の時間線図を示す。図４は、本発明の作用がない場合およびある場合におけるリッチ化の時間線図を示す。図５は、回転速度ｎ、吸気管圧力ｐｓａｕｇおよび燃料供給量信号の基本値ｒｌのような種々の機関運転パラメータと、本発明による係数ｆｓｔｖａとの相関およびシリンダ充填量ないし基本値ｒｌの勾配ｒｌｇａｓとの相関を示す。値ｒｌｇａｓは、吸気管圧力の経過に対する尺度を示していることは明らかである。ｒｌｇａｓは、他の箇所でｇｒａｄｒｌとして示した値に対応し、そしてたとえば機関の運転サイクルを考慮してシリンダ充填量ｒｌから決定することができる。
【００２４】
図４に示すように、機関のスタート過程の間は一般に正常機関運転においてとは明らかに異なる燃料供給量が供給されなければならないので、全スタート過程の間は噴射量および噴射タイミングに対し特定の評価が行われる。この場合、確実なスタートを可能にするために、機関温度および燃料温度の関数として異なる要求が与えられる。上昇された噴射量は、吸気管壁およびシリンダ壁に燃料の膜を形成させるように働きかつ上昇された燃料要求を機関回転速度の上昇中に低減させる。係数ｆｓｔがこれに使用される。スタート係数ｆｓｔは、最初の噴射パルスの間に壁膜形成のために十分に多量の燃料を供給するために、噴射すべき燃料供給量の温度の関数としての適合を可能にする。
【００２５】
係数ｆｓｔにより導かれた適合は機関のスタート過程においてのみ有効である。したがって、スタート終了を検出したとき、スタート適合はリセットされる。スタート係数ｆｓｔはこのとき値１をとる。したがって、係数ｆｓｔは、下限ないし上限回転速度により行われるスタート検出に直結されている。
【００２６】
機関の最初の回転の直後、すなわちスタート開始後に、スタート時の多量の供給量は上昇する機関の回転速度の関数としてスタート終了まで低減制御される。アフタスタートの間すなわちスタート終了後の最初の数秒間はなお上昇されている噴射量が機関温度およびスタート終了後の時間の関数としてさらに低減される。アフタスタート過程においては係数ｆｎｓが作用する。機関のスタート過程における要求と同様に、スタート終了が検出された後においてもなお噴射すべき燃料供給量のその時点の機関状態への特定の適合が行われなければならない。アフタスタート過程における係合は、壁膜効果による混合物組成の変化を補償するように働く。この課題は、アフタスタートにおいては燃焼室内に量論混合物を達成することを目的として補正係数ｆｎｓをとる。この場合、高い補正または低い補正は負荷および温度の関数としての特性曲線群により設定されてもよい。
【００２７】
補正係数ｆｎｓは、さらに正常な運転温度に到達するまえに中立値１にリセットされる。
アフタスタートは次第に暖気運転に移行し、暖気運転においては係数ｆｗｌが作用する。暖気運転の終了後、係数ｆｓｔ、ｆｎｓおよびｆｗｌはそれぞれ値１を有している。
【００２８】
図３は、機関のスタートの際およびスタート直後の吸気管圧力線図１、２を示す。スタート前は吸気管内に約１０００ｍｂａｒの大気圧がかかっている。機関が回転したとき絞り弁が閉じているアイドリングにおいては約３００ｍｂａｒの吸気管圧力値が形成される。曲線１、２の勾配すなわち傾斜は、壁膜からの蒸発に著しく影響を与え、かつ本発明によりスタート時およびアフタスタート過程で燃料供給量信号の形成において考慮される。曲線が急であればあるほど壁膜からの燃料の蒸発はそれだけ強くなる。
【００２９】
本発明により、このリーン化するように作用する燃料供給量信号の補足補正によりこの効果が考慮される。吸気管圧力曲線が急であればあるほど、特性曲線群２．８から得られる補足係数は小さくなる。
【００３０】
この補正の作用が図４の線１および２により示される。これらの線は、係数ｆｓｔｖａによる補足補正を有する補正係数の値に対応する。なお、係数ｆｓｔｖａは常に１より小さいかまたは１に等しい。この場合、図３における勾配が急なほどより強くリーン化作用補正が行われる。図３の曲線１に図４の曲線１が対応する。同様に、番号２を有する曲線がそれぞれ対応する。
【００３１】
補足的にリーン化する補正は、機関運転の最初の数秒間においてのみ作用すべきである。図６は遮断条件の実施形態を示す。したがって、補正はたとえばスタート終了後所定の遅延時間経過後に遮断される。この場合、スタート終了は、始動スイッチを操作したのちに最初に回転速度しきい値に到達したことにより定義される。このためにブロック４．１が使用される。ブロック４．２内の所定の遅延時間ｔｖは１ないし３秒であることが好ましい。
【００３２】
代替形態として、スタート後最初の数秒間内にアイドリングが切り離されたとき、この機能が遮断される。アイドリングの切離しは、たとえばブロック４．３におけるアイドリングスイッチの開成により特定してもよい。これは、典型的にはドライバが加速ペダルを操作したときである。次に、絞り弁を開くことにより吸気管圧力は上昇し、ないしは吸気管圧力の低下が緩やかにされる。このときは本発明による補足補正は必要ではない。
【００３３】
機関の停止時間ｔａｂｓｔが所定のしきい値「ｔａｂｓｔのしきい値」を超えているとき、この機能は投入されない。この場合は、それに対応して既知のスタート補正の外乱となる壁膜離脱が存在しないからである。
【００３４】
さらに、急激な遮断を行うことによるトルクの急変を回避するために、補足補正が常時は非作動とされていることが有利である。この常時の非作動は、遮断されたときに係数ｆｓｔｖａが常に値１とされることにより達成することができる。
【００３５】
これが図７により表わされている。遮断条件が存在しないかぎり、スイッチ５．２および５．３は図示の位置にあり、したがって、係数ｆｓｔｖａは常時ブロック２．２において噴射時間形成に作用している。これに対し遮断条件が満たされたとき、スイッチ５．２および５．３が操作され、そして係数ｆｓｔｖａがブロック５．１に供給される。ブロック５．１はその入力信号を処理して恒常的に値１にする。すなわち、ブロック５．１の出力にはじめは入力信号が存在する。時間の経過と共に出力信号は恒常的にたとえば指数関数（ｅ−関数）に従って値１に導かれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の技術的周辺を示した機能ブロック線図である。
【図２】本発明による燃料供給量信号ｔｉの形成を示した一実施形態のブロック線図である。
【図３】本発明による作用を示すスタート補正およびアフタスタート補正の時間線図のうちの１つであり、内燃機関運転の最初の数秒間の吸気管圧力の時間線図である。
【図４】本発明による作用を示すスタート補正およびアフタスタート補正の時間線図のうちの１つであり、本発明の作用がない場合およびある場合におけるリッチ化の時間線図である。
【図５】本発明による作用を示すスタート補正およびアフタスタート補正の時間線図のうちの１つであり、回転速度ｎ、吸気管圧力ｐｓａｕｇおよび燃料供給量信号の基本値ｒｌのような種々の機関運転パラメータと、本発明による係数ｆｓｔｖａとの相関およびシリンダ充填量ないし基本値ｒｌの勾配ｒｌｇａｓとの相関を示す図である。
【図６】他の機能（遮断条件）が補足された本発明の実施形態のブロック線図である。
【図７】他の機能（補足補正の非作動化）が補足された本発明の他の実施形態のブロック線図である。
【符号の説明】
１  内燃機関
２  センサ装置
３  設定要素
４  電子式制御装置
２．１  燃料供給量信号の基本値形成ブロック
２．２，２．３，２．４，２．５  乗算および加算ブロック
２．６  スイッチ操作ブロック
２．７  シリンダ充填量ｒｌの勾配形成ブロック
２．８  特性曲線群
２．９  スイッチ
４．１  比較ブロック（機関回転速度）
４．２  遅延時間ブロック
４．３  アイドリングスイッチ開成ブロック
４．４  比較ブロック（機関停止時間）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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