JP2005140112A - 自動車用の内燃機関の再始動方法および制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 吸気管噴射を有する内燃機関の再始動を、自力で即ち電気起動装置なしに可能にする方法、コンピュータ・プログラムおよび制御装置を提供する。
【解決手段】 先行の運転期間の終了時に内燃機関（１）が停止された後の現行の運転期間の開始時における、特に自動車用の内燃機関（１）の再始動方法において、内燃機関（１）が吸気管噴射で運転される。シリンダ（３）が先行の運転期間の最後の１回転の間において吸気行程にあるときに、吸気管（６）内に燃料を噴射し、シリンダ（３）の燃焼室（４）が燃料／空気混合物で満たされる。先行の運転期間の終了時に、シリンダ（３）のピストン（２）の停止位置を保証し、ピストン（２）が作業行程位置をとり且つ燃料／空気混合物が燃焼室（４）内に閉じ込められる。燃料／空気混合物が点火可能であるかぎり、燃焼室（４）内に閉じ込められている燃料／空気混合物の点火により内燃機関（１）を再始動する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、先行する運転期間の終了時に、内燃機関が停止された後の現行の運転期間の開始時における、特に自動車用の内燃機関の再始動方法、コンピュータ・プログラムおよび制御装置に関するものである。さらに、本発明は、コンピュータ・プログラムを有するデータ媒体に関するものである。

上記タイプの方法は従来技術から基本的に既知である。即ち、ドイツ特許公開第１９９５５８５７号から、ガソリン直接噴射を有する内燃機関に対するこのような方法が既知である。そこに開示されている方法は、自力で、即ち電気起動装置を必要とすることなく直接噴射内燃機関の始動を可能にする。しかしながら、この方法は、吸気管噴射を有する通常のオットー・サイクル・エンジンには使用可能ではない。

本発明の課題は、吸気管噴射を有する内燃機関の再始動を、自力で、即ち電気起動装置なしに可能にする方法、コンピュータ・プログラム、および制御装置を提供することである。

本発明によれば、先行する運転期間の終了時に、内燃機関が停止された後の現行の運転期間の開始時における、自動車用の内燃機関の再始動方法であって、内燃機関が、吸気管と、ピストンがその中で運動する少なくとも１つのシリンダとを有する、特に自動車用の内燃機関の再始動方法において、内燃機関が吸気管噴射で運転される。本発明の内燃機関の再始動方法は、シリンダが先行する運転期間の最後の１回転の間において吸気行程にあるときに、吸気管内に燃料を噴射するステップであって、これにより、シリンダの燃焼室が燃料／空気混合物で満たされる、前記噴射するステップと、先行する運転期間の終了時に、シリンダのピストンの停止位置を保証するステップであって、ピストンが作業行程位置をとり且つ燃料／空気混合物が燃焼室内に閉じ込められたままである、前記保証するステップと、燃料／空気混合物がなお点火可能であるかぎり、燃焼室内に閉じ込められている燃料／空気混合物の点火により内燃機関を再始動するステップと、を含む。

本発明の課題は、さらに、上記方法を実行するためのコンピュータ・プログラムおよび制御装置により、並びにコンピュータ・プログラムを有するデータ媒体により解決される。

シリンダ内に閉じ込められている燃料／空気混合物がなお点火可能であるという上記前提のもとに、本方法は、吸気管噴射を有する通常のオットー・サイクル・エンジンの始動を、自力で、即ち電気起動装置の補助なしに可能にする。車両内の内燃機関が運転され且つ少なくとも通常の交通状況において始動／停止調整装置により始動／停止される場合、本発明は特に有利である。始動／停止調整装置は、車両が完全に停止したときに内燃機関を自動的に停止させ、所定の時点に、例えば自動車ドライバの起動に応じて、内燃機関を再始動させる。自動車は、例えば信号待ちまたは渋滞のような短時間停止過程を有する交通状況に遭遇することがある。このような短時間停止過程の間に、先行する運転期間の終了時にシリンダ内に閉じ込められている燃料／空気混合物は点火可能性を維持しているので、先行する運転期間の終了直後に行われる再始動は、このとき起動装置なしに行うことができる。閉じ込められている混合物の点火可能性のほかに、必要な再始動に対する他の前提は、先行する運転期間の終了時にシリンダのピストンが作業行程位置、即ち最後に上死点を超えた直後に停止することである。このときにのみ、内燃機関クランク軸の通常の前方向への回転により内燃機関の再始動が可能である。

先行する運転期間の終了時における内燃機関クランク軸の最後の１回転の間に、作業行程位置において停止したピストンの上方の燃焼室が燃料／空気混合物で満たされているのみならず、そのピストンが圧縮行程位置において停止した他のシリンダの燃焼室もまた燃料／空気混合物で満たされていることが有利である。このとき、他のシリンダ内に閉じ込められている燃料／空気混合物の点火が、再始動の間に本質的に増幅トルクを形成するように働く。しかしながら、他のシリンダのピストンが圧縮行程位置から作業行程位置に移行した後にはじめて、この混合物が点火されることが前提である。

再始動の間に燃料／空気混合物の点火により作業行程にあるシリンダ内で発生されたトルクは、現行の運転期間の間における再始動の前に実行される予圧縮によりきわめて有効に上昇可能である。これは２つの方法で行われ、一方で燃焼室圧力の上昇により、他方で全体作業における全体経路の拡張により行われる。予圧縮を実行するための有利な方法もまた記載されている。

図１は、吸気管噴射を有する内燃機関１の構成を示す。内燃機関１は、少なくとも１つのシリンダ３を含み、シリンダ３内において、ピストン２が、クランク軸１４の回転により連接棒１３を介して駆動されて往復運動する。クランク軸１４の回転速度は、回転速度センサ１５により測定される。回転速度センサ１５は、クランク軸１４の回転速度を表わす出力信号（回転速度信号）Ｎを発生する。シリンダ３の燃焼室４内に突出するように点火プラグ９が装着され、点火プラグ９は、点火信号ＺＷにより操作される。さらに、内燃機関１は、吸気弁５ａが開かれているときにシリンダ３の燃焼室４に対してフレッシュ・エアおよび燃料を供給するための吸気管６を含む。燃料は、タイミング信号Ｔｉに応答して、噴射弁８を介して吸気管６内に噴射される。さらに、内燃機関１は、排気弁５ｂが開かれているときに排気ガスを燃焼室４から排出するために、シリンダ３に接続されている排気管７を有している。

点火信号ＺＷによる点火プラグ９の操作、およびタイミング信号Ｔｉによる噴射弁８の操作は、回転速度センサ１５から供給される回転速度信号Ｎに応答して、内燃機関１に付属の制御装置１６により行われる。

シリンダ３のほかに、内燃機関１は、図１により説明したシリンダ３と基本的に全く同じに形成されている他のシリンダを有している。ここで、これらのシリンダは、ある時点においてそれぞれ異なる運転状態ないし異なる運転行程で運転されることにおいてのみ相互に異なっている。即ち、例えば四気筒エンジンにおいては、通常、同じ時点に、第１のシリンダが吸気行程で、第２のシリンダが圧縮行程で、第３のシリンダが作業行程で、第４のシリンダが排気行程で運転される。シリンダのそれぞれ２つが同じ位相で運動し、即ちそれらは各時点において、それぞれ異なる作業行程に存在しているが、それらのそれぞれのシリンダ内において同じ位置をとっている。

本発明による内燃機関の再始動方法を、図１および２により以下詳細に説明する。この方法の説明のために、相前後して続く内燃機関の２つの運転期間を、先行する運転期間および現行の運転期間と呼ぶことにする。さらに、内燃機関は、先行する運転期間の終了時に停止され、それに続く現行の運転期間の開始時に内燃機関１が再始動される前に、そのピストン２がそれぞれ停止位置をとっていることから出発するものとする。現行の運転期間の間に起動装置を使用することなくこの再始動を可能にするために、先行する運転期間の終了時において、予め適切な処置がとられなければならない。これが以下に記載の本発明による方法に対する出発点である。

方法ステップＳ０（図２ａ）において、はじめに、先行する運転期間の可能性のある終了がアイドリング過程の形で検出されるように設計されている。次に、方法ステップＳ１により、内燃機関１が組み込まれている自動車の速度が、アイドリング過程の間に、自動車が停止するまでモニタリングされる。

この状況が発生したとき、制御装置１６は、方法ステップＳ２により、例えば始動／停止調整装置（ここには図示されていない）により命令されて、エンジン惰性停止制御の始動を開始する。これは、特に、制御装置１６により操作される点火プラグ９の点火の遮断を行わせる。エンジン惰性停止制御の間においては、内燃機関１にはもはやいかなるエネルギーも供給されないので、回転速度は損失により自動的に連続して低下する。

本発明により、この回転速度低下は、先行する運転期間の終了時に、内燃機関１の少なくとも１つのピストン２が希望停止位置をとるように制御される。一般に、内燃機関１のクランク軸１４のこの惰性停止制御は、惰性停止の間にピストン２および／またはクランク軸１４にかかる荷重ないし力が制御されるように行われる。このような制御は、例えば吸気管５内の絞り弁（ここには図示されていない）の操作により、または高圧ポンプ（図示されていない）の適切な操作により可能である。

上記の惰性停止制御と同時に、ステップＳ３において、クランク軸１４の回転速度が、回転速度センサ１５により、この回転速度が所定の回転速度限界をいつ下回ったかに関してモニタリングされる。この場合、回転速度限界は、クランク軸１４の回転速度が回転速度限界を下回ったときに、クランク軸１４が先行する運転期間の間に、その最後の１回転を実行するかまたはその直前に位置するように選択される。

クランク軸１４の最後の１回転の間に、このとき方法ステップＳ４により、所定の燃料量の噴射が噴射弁８を介して吸気管６内に行われ、正確にいうと、シリンダに付属の供給通路内に行われる。噴射は、関連のシリンダ３が吸気行程にあるときに行われる。このとき、吸気弁５ａは開かれ、且つ噴射された燃料量は開かれた吸気弁５ａを通過してシリンダ３の燃焼室４内に到達する。しかしながら、クランク軸１４が停止する前に、クランク軸１４は、その動的残留エネルギーにより、ピストン２をさらに最終停止位置としての作業行程位置に移動させることが重要である。この作業行程位置は、死点、特に上死点がまさに超えられたので、ピストン２がその後の下方運動において燃料／空気混合物の点火によりクランク軸１４を前方向に駆動するであろうことを特徴とする。

作業行程位置内の前記停止位置においては、特に２つの弁、即ち吸気弁５ａおよび排気弁５ｂが閉じられているので、予め吸い込まれた燃料／空気混合物は、シリンダ３の燃焼室４内に圧縮された形で閉じ込められている。先行する運転期間の終了時におけるこの停止位置への到達が図２ａにおいてステップＳ５により表わされている。内燃機関１、特にピストン２は、方法ステップＳ６において内燃機関に対する再始動が検出されるまでこの停止位置にとどまっている。この始動の希望は、特に、内燃機関が組み込まれている自動車のドライバにより発生されてもよい。

再始動の希望が記録された後に、内燃機関１は、予圧縮（後に第３の実施例において説明する）が行われないとき（ステップＳ８）、シリンダ３内の圧縮された燃料／空気混合物が点火されることによって、第１の実施例により起動装置の補助なしに自力で始動可能である。したがって、方法ステップＳ１０において行われるように、内燃機関１の正常な運転が再び行われる。再始動の開始時におけるピストン２の上記作業行程位置により、クランク軸１４は前方向に回転するであろう。しかしながら、先行する運転期間の終了と現行の運転期間の開始時における再始動との間の期間が、燃焼室４内に閉じ込められている燃料／空気混合物の点火可能性が持続するよりも長く経過しないことが前提である。漏れまたは拡散効果により、混合物の点火可能性は、制限された時間の間のみ持続するにすぎない。制限された時間を過ぎた後には、内燃機関１の始動はもはや起動装置なしでは可能ではない。

上記の方法により、特に第１のシリンダ３内に閉じ込められている燃料／空気混合物の点火によって再始動の開始時に形成されるトルクは比較的弱いものである。第２の実施例により、このトルクは、先行する運転期間の終了時において、内燃機関１の第１のシリンダ３のみならず他のシリンダ（図示されていない）もまた予め燃料／空気混合物で満たされることにより、本質的に上昇可能である。この他のシリンダは、上記の第１のシリンダ３が同時に圧縮行程で運転される間に、吸気行程にある内燃機関１のシリンダであることが好ましい。他のシリンダが、先行する運転期間の最後の１回転の間に吸気行程にあるときに吸気管内に燃料を噴射することにより、他のシリンダの燃焼室もまた燃料／空気混合物で満たされることが達成される。この他のシリンダのピストンは、このとき、先行する運転期間の終了時に、このピストンが圧縮行程位置をとる停止位置に移動されるので、燃料／空気混合物は、他のシリンダの燃焼室内に閉じ込められたままである。先行する運転期間の終了時において、このとき、先に説明した第２の実施例により、内燃機関１の第１のシリンダ３のみならず、他のシリンダもまた燃料／空気混合物で満たされ、この場合、第１のシリンダのピストンは作業行程位置にあり、他のシリンダのピストンは圧縮行程位置にある。

このとき、再始動は、上記と全く同じように、はじめに、そのピストン２が作業行程位置にある第１のシリンダ３内の燃料／空気混合物の点火により行われる。これにより、上記のように、クランク軸１４の回転が前方向に開始される。内燃機関１のトルクを上昇させるために、その再始動の開始と同時に、ここで、第２の実施態様により、第１のシリンダ３内の混合物の点火により駆動されて他のシリンダのピストンが圧縮行程位置から作業行程位置に移動したとき直ちに、既に他のシリンダ内に閉じ込められている燃料／空気混合物もまた点火される。即ち、このために現行運転過程の間に燃料を予め噴射する必要なしに、トルクを形成する２つの点火が短時間に相前後して実行されることが有利である。

第２の実施例の代替態様として、第３の実施例により、現行の運転期間がまさに開始されようとするとき、前方向への内燃機関１の本来の再始動の開始前に、さらに第１のシリンダ３内に閉じ込められている燃料／空気混合物の予圧縮（ステップＳ８、Ｓ９）が実行されることによって、第１のシリンダ３内の混合物の点火により供給されるエネルギーを上昇させることができる。この予圧縮の作用を理解するために、第１のシリンダ３のピストン２は上死点を最後に超えた後に、約１１０°のクランク軸角度を有する停止位置にあることから出発する。この位置においては、燃焼室４内に閉じ込められている燃料／空気混合物は最適に圧縮されてなく、他方で、下死点まで移動する行程経路はなお比較的僅かであるにすぎない。これらのことが、内燃機関１の上記の再始動において、第１のシリンダ３内の混合物の点火により発生するエネルギーないし発生されるトルクは決して最大ではないことに対する２つの原因である。しかしながら、エネルギーないしトルクは、予圧縮によりきわめて有効に上昇される。予圧縮は、第１のシリンダ３に追加して他のシリンダの存在を前提とする。予圧縮は、現行の運転期間の開始時に、上記のようにはじめにそのピストン２が作業行程位置にある第１のシリンダ３内の混合物が点火されずに、その代わりに、はじめに、その停止位置が圧縮行程位置に対応する他のシリンダ内の混合物が点火されるように行われる。この圧縮行程位置は、ピストンが上死点位置の手前約７０°のクランク軸角度内にあることを特徴とする。予圧縮の範囲内で、他のシリンダ内の混合物の点火により（ステップＳ８）、他のシリンダ内のピストンがさらに下死点の方向に移動し且つ第１のシリンダ３内のピストン２は逆方向に上死点に移動することが達成される。前記点火において放出されるエネルギーは、燃料量を適切に決定することにより、第１のシリンダ３のピストン２が逆方向に上死点を超えないように選択される。

ピストン２の上記逆方向運動により、先行する運転期間の終了以降に燃焼室４内になお閉じ込められている燃料／空気混合物の希望の上昇圧縮が達成される。この圧縮は、ピストンが上方転向点に到達したときに最大となる。この上方転向点の到達は、ステップＳ９に示すようにモニタリングされる。このとき、正確にこの時点において、予圧縮が実行された後においてもなお作業工程にある第１のシリンダ３内の予圧縮された混合物が、内燃機関１の再始動のために点火されることが理想的である。前記作業行程位置により、このときクランク軸１４は希望の前方向に運動する。したがって、予圧縮により混合物の圧縮はより大きくなり且つ全体作業において、即ち下死点方向へのピストンの運動において、より長い全体経路を利用可能であるので、予圧縮後の混合物の点火において形成されるトルクは、予圧縮のない再始動においてよりも大きくなる。

内燃機関１の上記の再始動後に、吸気管６内に燃料を外部噴射することにより、内燃機関１の正常な運転が継続して行われ、ないし保持される（方法ステップＳ１０）。
起動装置を用いない内燃機関の上記の再始動方法は、吸気管噴射を有する内燃機関に対する制御装置用のコンピュータ・プログラムの形で実行されることが好ましい。このようなコンピュータ・プログラムは、場合により、他のコンピュータ・プログラムと共に、コンピュータが読取り可能なデータ媒体上に記憶されていてもよい。データ媒体は、フロッピーディスク、コンパクトディスク、いわゆるフラッシュ・メモリ等であってもよい。データ媒体上に記憶されているコンピュータ・プログラムは、このとき、製品として顧客に引き渡しまたは販売可能である。データ媒体の補助がなくても、このような伝達は、例えば電子通信ネットワーク、特にインターネットを介して行われてもよい。

図１は、本発明を実施し得る、吸気管噴射を有する内燃機関の構成図である。 図２ａは、図２ｂと共に本発明による方法を示す流れ図である。 図２ｂは、図２ａと共に本発明による方法を示す流れ図である。

符号の説明

１ 内燃機関
２ ピストン
３ シリンダ（第１のシリンダ）
４ 燃焼室
５ａ 吸気弁
５ｂ 排気弁
６ 吸気管
７ 排気管
８ 噴射弁
９ 点火プラグ
１３ 連接棒
１４ クランク軸
１５ 回転速度センサ
１６ 制御装置
Ｎ 回転速度信号
Ｔｉ タイミング信号
ＺＷ 点火信号

Claims (9)

1. 先行する運転期間の終了時に内燃機関（１）が停止された後の現行の運転期間の開始時における、自動車用の内燃機関（１）の再始動方法であって、内燃機関（１）が、吸気管（６）と、ピストン（２）がその中で運動する少なくとも１つのシリンダ（８）とを有する、自動車用の内燃機関の再始動方法において、
   内燃機関（１）が吸気管噴射で運転されること、および
   次のステップ、即ち
   シリンダ（３）が先行する運転期間の最後の１回転の間において吸気行程にあるときに、吸気管（６）内に燃料を噴射するステップであって、これにより、シリンダ（３）の燃焼室（４）が燃料／空気混合物で満たされる、前記噴射するステップと、
   先行する運転期間の終了時に、シリンダ（３）のピストン（２）の停止位置を保証するステップであって、ピストン（２）が作業行程位置をとり且つ燃料／空気混合物が燃焼室（４）内に閉じ込められたままである、前記保証するステップと、
   燃料／空気混合物がなお点火可能であるかぎり、燃焼室（４）内に閉じ込められている燃料／空気混合物の点火により内燃機関（１）を再始動するステップと、
   を含むこと、
   を特徴とする自動車用の内燃機関の再始動方法。
2. 第１のシリンダ（３）が吸気行程を既に離れ且つそれに続く圧縮行程で運転されるときに、内燃機関（１）が、吸気行程で運転される他のシリンダを有するとき、
   さらに次のステップ、即ち
   他のシリンダが、先行する運転期間の最後の１回転の間において吸気行程にあるときに、吸気管（６）内に燃料を噴射するステップであって、これにより、他のシリンダの燃焼室が同様に燃料／空気混合物で満たされる、前記噴射するステップと、
   先行する運転期間の終了時に、他のシリンダのピストンの停止位置を保証するステップであって、ピストンが圧縮行程位置をとり且つ燃料／空気混合物が燃焼室内に閉じ込められたままである、前記保証するステップと、
   第１のシリンダ（３）内の燃料／空気混合物の点火により駆動されて、他のシリンダのピストンが圧縮行程位置から作業行程位置に移行した後に、他のシリンダの燃焼室内に閉じ込められている燃料／空気混合物を点火するステップと、
   を含むこと、
   を特徴とする請求項１に記載の再始動方法。
3. 内燃機関（１）が、第１のシリンダ（３）が同時に圧縮行程で運転される間、吸気行程で運転される他のシリンダを有するとき、現行の運転期間の間において、内燃機関を再始動する前に、第１のシリンダ（３）内の燃料／空気混合物の予圧縮が行われることを特徴とする請求項１または２に記載の再始動方法。
4. 現行の運転期間の開始時における予圧縮のために、はじめに、ピストンがこのときに上死点前の圧縮行程位置にある他のシリンダ内の燃料／空気混合物が点火され、これにより、第１のシリンダ（３）のピストン（２）は、上方に移動するが、上死点を超えることはないことを特徴とする請求項３に記載の再始動方法。
5. 先行する運転期間の終了時に他のシリンダのために吸気管（６）内に噴射される燃料量が、現行の運転期間の開始時における予圧縮において、第１のシリンダ（３）のピストン（２）が上死点を超えて移動されないように決定されることを特徴とする請求項４に記載の再始動方法。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載の再始動方法を実行するためにプログラム・コードが形成されていることを特徴とする内燃機関の制御装置用のプログラム・コードを有するコンピュータ・プログラム。
7. 請求項６に記載のコンピュータ・プログラムを有するデータ媒体。
8. 吸気管（６）と、ピストン（２）がその中で運動する少なくとも１つのシリンダ（３）と、シリンダ（３）のための噴射および点火を制御するための制御装置（１６）とを備え、内燃機関（１）が現行の運転期間の開始時に再始動される前に、内燃機関（１）が先行する運転期間の終了時に停止されている、自動車用の内燃機関（１）において、
   内燃機関（１）が吸気管噴射で運転されること、および
   制御装置（１６）が、次のステップ、即ち
   シリンダ（３）が、先行する運転期間の最後の１回転の間において吸気行程にあるときに、吸気管（６）内に燃料を噴射するステップであって、これにより、シリンダ（３）の燃焼室（４）が燃料／空気混合物で満たされる、前記噴射するステップと、
   先行する運転期間の終了時に、停止位置にピストン（２）を移動させるステップであって、ピストン（２）が作業行程位置にあり且つ燃料／空気混合物がシリンダ（３）の燃焼室（４）内に閉じ込められたままである、前記移動させるステップと、
   燃料／空気混合物がなお点火可能であるかぎり、現行の運転期間の開始時に、燃焼室（４）内に閉じ込められている燃料／空気混合物の点火により内燃機関（１）を再始動するステップと、
   の実行を開始させるように形成されていること、
   を特徴とする自動車用の内燃機関。
9. ピストンがその中で運動する少なくとも１つのシリンダ（３）を有する内燃機関（１）用の制御装置（１６）であって、内燃機関（１）が現行の運転期間の開始時に再始動される前に、内燃機関（１）が先行する運転期間の終了時に停止されている、内燃機関（１）用の制御装置（１６）において、
   内燃機関（１）が吸気管（６）を有し且つ吸気管噴射で運転されるとき、制御装置（１６）が、次のステップ、即ち
   シリンダ（３）が先行する運転期間の最後の１回転の間において吸気行程にあるときに吸気管（６）内に燃料を噴射するステップであって、これにより、シリンダ（３）の燃焼室（４）が燃料／空気混合物で満たされる、前記噴射するステップと、
   先行する運転期間の終了時に、停止位置にピストン（２）を移動させるステップであって、ピストン（２）が作業行程位置にあり且つ燃料／空気混合物がシリンダ（３）の燃焼室（４）内に閉じ込められたままである、前記移動させるステップと、
   燃料／空気混合物がなお点火可能であるかぎり、現行の運転期間の開始時に、燃焼室（４）内に閉じ込められている燃料／空気混合物の点火により内燃機関（１）を再始動するステップと、
   の実行を開始させるように形成されていること、
   を特徴とする内燃機関用の制御装置。

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