(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドライバの命令に従って内燃機関への供給空気に影響を与える電気的に調節可能な出力調節ユニットを備えた車両の内燃機関の出力制御方法であって、
過渡状態の運転の間に有害物質の発生の増加が予想される運転状態において運転変数を検出するステップと、
前記運転変数に従って前記出力調節ユニットを調節する時間変化を制限するステップと、
を含む内燃機関の出力制御方法。
【請求項２】
前記機関が低温のときおよび周囲空気が低温のときの少なくともいずれかのときに前記時間変化を制限するステップをさらに含む請求項１の出力制御方法。
【請求項３】
機関温度、吸気温度および機関のスタートからの経過時間の少なくともいずれかに従って前記時間変化を制限するステップをさらに含む請求項１の出力制御方法。
【請求項４】
前記機関への供給空気量に対する希望値を決定するステップと、
前記希望値の時間変化を制限するステップと、
をさらに含む請求項１の出力制御方法。
【請求項５】
前記希望値を、前記運転変数に従って変化するフィルタ機能でフィルタリングするステップをさらに含む請求項４の出力制御方法。
【請求項６】
前記フィルタ機能が一次の低域フィルタである請求項５の出力制御方法。
【請求項７】
前記機関が絞りフラップを含み、
前記機関の回転速度を検出するステップと、
前記回転速度を考慮して、空気量に対する前記希望値から前記絞りフラップの位置に対する希望値を決定するステップと、
をさらに含む請求項５の出力制御方法。
【請求項８】
前記空気量に正の変化があるときに負の変化があるときよりフィルタ作用が小さい請求項５の出力制御方法。
【請求項９】
前記機関が加速ペダルを含み、
前記正の変化に対する前記フィルタ作用が、前記加速ペダルを作動しかつ前記時間変化を制限することを特徴とし、また前記負の変化が、前記加速ペダルを解放することを特徴とする請求項８の出力制御方法。
【請求項１０】
電気的に操作可能な出力調節ユニットを有する内燃機関の出力制御装置であって、
前記出力調節ユニットの操作信号を発生するための制御装置と、
ドライバの命令を前記制御装置に入力するための手段と、
前記機関の運転変数を検出するための検出手段と、
を含み、
前記制御装置が、過渡状態の運転の間に有害物質の発生の増加が予想される運転状態において前記運転変数に従って前記出力調節ユニットの位置の時間変化を制限するための手段を含む内燃機関の出力制御装置。
【請求項１１】
内燃機関が加速ペダルと前記機関への供給空気に影響を与える出力調節ユニットとを有する、内燃機関の出力制御装置であって、
前記出力調節ユニットの操作信号を発生するための制御装置と、
ドライバの命令を前記制御装置に入力するための手段と、
を含み、
前記制御装置が、
前記出力調節ユニットの位置の時間変化を制限するための手段と、前記加速ペダルの作動により形成される前記ドライバの命令の正の変化があるときに、前記加速ペダルの解放により形成される前記ドライバの命令の負の変化があるときよりも、前記制限をより小さくするための手段と、を含む
内燃機関の出力制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は車両の内燃機関の制御方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の出力制御方法および装置が英国特許第１６０３９２１号に開示されている。この特許においては、ドライバ命令に従って機関の出力を制御するために内燃機関の吸気系統内の絞りフラップが位置制御回路により調節される。加速ペダルおよび絞りフラップの変位の時間応答を混合物の形成および混合物の搬送の動的状態に適合させるために、絞りフラップの変化率が機関のｒｐｍに従って制限される。この手段を用いて、過渡範囲における有害物質の発生が低減される。
【０００３】
触媒コンバータの最適変換率は空気／燃料比のきわめて狭い範囲内にある。機関の定常状態または準定常状態の運転状態に対しては、この範囲ができるだけ維持されるように排気ガス制御が行われる。もしドライバが急激に加速ペダルを作動した場合、機関に供給される空気量または空気質量は急激に増大する。シリンダに対する燃料の計量は既にすんでいるが吸気動作がまだ終了していない時間間隔内において空気量または空気質量の増大が低下した場合、シリンダにはきわめて希薄な混合物が供給されることになる。もし混合物がまだ点火可能な場合、これにより酸化窒素の発生が増大する。もし混合物がもはや点火できない場合、炭化水素の発生が増大する。
【０００４】
さらに、加速ペダルを作動しても直接自動車がもはや加速しなかったりまた加速ペダルを作動しても直接機関のｒｐｍがもはや増大しなかったりする状態であるいわゆる加速時のギャップが発生する。もしドライバが急激に加速ペダルを解放した場合、既に注入された燃料が入り込んだシリンダには既に注入された燃料の量に比較してきわめて少ない空気量が供給されるという状態が発生することがある。この結果きわめて濃い混合物が形成され、これが一酸化炭素および炭化水素の発生を増大させることになる。
【０００５】
さらに、燃料混合物のシリンダへの搬送における不正確さのために絞りフラップの急激な変化が発生したとき、個々のシリンダに供給される空気量を正確に計算することはむずかしい。このように、必要な燃料の量の計算はある程度不正確となる。時定数のために、この不正確さは排気ガス制御装置によっては補償することはできない。加速ペダルの急激な作動が平滑にされたのちに初めて絞りフラップに伝達されるようにドライバ命令がフィルタリングされたときに、ドライバ命令に従った絞りフラップの電気的制御によりこの点が改良される。この方法を用いて、シリンダに供給される空気量の変化率が制限される。このように、空気と燃料との間の量の不整合を低減することができる。
【０００６】
従来技術において、絞りフラップの変化速度は一般に機関のｒｐｍに従って制限されている。絞りフラップの変位速度のこのような制限は、上記の不整合がきわめてしばしば発生する運転状態とは独立に作動する。このような作動条件はとくに機関のウォームアップ時でありまた周囲温度がより低温のときである。したがって、ｒｐｍに基づく制限の欠点は、排気ガスの問題とは切り離しても加速ペダルの作動に対し遅れて初めて反応し、したがって駆動性能が低下されることである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記の観点から、車両の運転性能を低下することなく有害物質の発生を低減するために、出力決定操作要素の変位速度を制限する手段を提供することが本発明の目的である。
【０００８】
本発明の他の目的は、有害物質の排出の増大が予想される運転状態においてのみ有害物質の発生を低減させる手段を提供することである。
【０００９】
本発明の他の目的は、既存の排ガス成分抑制装置とは独立に有害物質の発生を低減させる手段を提供することである。
【００１０】
本発明の他の目的は、低温の機関に対しおよび／または低温の周囲条件において有害物質の発生を低減させる手段を提供することである。
【００１１】
本発明のさらに他の目的は、機関への供給空気量を変えることにより有害物質の発生を低減させる手段を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
車両の内燃機関には、ドライバの命令に従って内燃機関に供給される空気量を調節するために電気的に操作可能な内燃機関の出力調節要素が設けられている。過渡運転フェーズの間に有害物質の発生の増加が予想される運転状態において、運転変数が検出される。検出された運転変数に従って、出力調節要素を制御する変化率が制限される。変化率は、期間温度、吸気温度、および／または機関のスタートからの経過時間に従って制限される。
【００１３】
【実施例】
ここで、本発明を図面により説明しよう。
【００１４】
図１において、符号１０は内燃機関（図示されていない）のための制御装置を示す。制御装置１０は出力ライン１２を介して出力調節ユニット１４を駆動する。出力調節ユニット１４は電気作動モータ１６、機械式接続部１８、および機関の吸気装置２２内に装着された絞りフラップ２０を含む。作動モータおよび絞りフラップは機械式接続部１８を介して相互に接続されている。さらに、位置変換器２４が設けられ、位置変換器２４はライン２６を介して制御装置１０に連絡している。
【００１５】
加速ペダル２８はドライバにより作動されかつ加速ペダル２８に他の位置変換器３０が設けられている。ライン３２は位置変換器３０を制御装置１０に接続し、またライン３２は制御装置内で第１の計算ユニット３４に連絡している。好ましい実施態様においては、計算ユニット３４が特性領域を規定している。変速機位置を検出するための測定装置３８がライン３６（破線で示されている）を介してユニット３４に接続され、また機関の回転速度（ｒｐｍ）を検出するための測定装置４２がライン４０（同様に破線で示されている）を介して計算ユニット３４に接続されている。ユニット３４の出力ライン４４はフィルタ要素４６に連絡し、フィルタ要素４６は第２の計算ユニット（特性領域）５０に連絡する出力ライン４８を有している。第３の計算ユニット５４からのライン５２はフィルタ要素４６に接続され、一方測定装置４２からのライン５６は第２の計算ユニット５０に接続されている。ユニット５０の出力ライン５８は比較ユニット６０に連絡し、比較ユニット６０はライン２６をも受けている。比較ユニット６０の出力ライン６２は制御ユニット６４に連絡し、また制御ユニット６４の出力ライン６６は出力段６８を介して制御装置１０の出力ライン１２に連絡している。ライン７０はライン３２から微分要素７２を介して第３の計算ユニット５４に連絡している。好ましい実施態様においては、機関温度を検出するための測定装置７６からのライン７４、吸気温度を検出するための測定装置８０からのライン７８およびカウンタ８２からのライン８４もまた計算ユニット５４に接続されている。点火スイッチ９２からのライン９０がカウンタ８２に接続されている。
【００１６】
ドライバは加速ペダル２８の位置を介して命令を送る。この命令は、第１の計算ユニット（特性領域）３４において変速機位置および機関ｒｐｍに基づき必要とされる、空気量の希望値に変換される。空気量の希望値はライン４４、フィルタ要素４６およびライン４８を介して特性領域５０に伝達される。そこで、空気量の希望値は機関のｒｐｍを考慮して絞りフラップ２０のための位置の希望値に変換される。この位置の希望値が比較ユニット６０内で絞りフラップの位置の実際値と論理比較されかつその差（制御偏差）がライン６２を介して制御ユニット６４に供給される。制御ユニット６４は実際値を希望値に近づける方向に絞りフラップを調節するための駆動信号の量を決定する。制御ユニット６４におけるこの決定は、たとえば比例、積分および／または微分応答を有するコントローラを利用した所定の制御方法に従って行われる。この駆動信号はライン６６、出力段６８および出力ライン１２を介して出力調節ユニット１４に出力され、この出力調節ユニット１４において駆動信号は電気作動モータ１６に出力され、電気作動モータ１６は実際値を希望値に近づける方向に絞りフラップ２０を変位させる。
【００１７】
過渡運転以外（ドライバが加速ペダルを作動しないかまたは加速ペダルをきわめてゆっくり作動したとき）では、フィルタ要素４６はフィルタリング作用を全く示さないかまたはきわめて僅かに示すにすぎない。フィルタリング作用は、加速ペダルの位置変化が所定の限界値より大きい（すなわち加速ペダルの作動が急激に行われたとき）過渡状態において増幅される。この運転状態において空気量の変化率を制限するために、計算ユニット５４が設けられている。計算ユニット５４は、ライン７４を介して機関温度のための信号を受け取り、またライン７８を介して吸気温度のための信号を受け取る。計算ユニット５４はさらに、ライン８４を介して機関のスタートからの経過時間のための信号を受け取りまたライン７０を介して加速ペダルの位置の時間変化のための信号を受け取る。計算ユニット５４はそれに供給された信号を評価しかつそこからライン５２上に制御信号を形成し、制御信号はフィルタ要素４６を作動し、すなわち制御信号はフィルタの時定数を変化させる。
【００１８】
好ましい実施態様においては、フィルタ要素４６はある時定数を有する一次の低域フィルタであり、時定数は計算ユニット５４により変えることができる。フィルタ要素４６はアナログ式に構成してもよく、または好ましい実施態様におけるように、コンピュータプログラムの一部としてディジタル式に構成してもよい。一次の低域フィルタとしての構成のほかに、フィルタ要素４６を二次の低域フィルタとして構成したりまたは当業者に既知の他のフィルタ構成を選択することもまた有利である。
【００１９】
計算ユニット５４はその入力信号に従ってフィルタ定数すなわち空気量の希望値または空気質量の希望値の平滑化の程度を計算する。本発明により提供される方法は、機関が低温のときに混合物の適合を改善する。このために、フィルタ要素４６のフィルタ作用は機関温度が低ければ低いほどおよび／または吸気温度が低ければ低いほど大きくなる。さらにフィルタ作用は、機関のスタート後の経過時間が大きければ大きいほど弱くなる。車両の駆動性能に過大に影響を与えないために、またとくに加速ペダルが急激に解放されたときにフィルタリングの作用を有効にするために、微分要素７２において加速ペダルの位置が微分される。もし加速ペダルの位置の時間変化が正である場合（すなわち加速ペダルが作動された場合）、フィルタ作用は計算ユニット５４により調節されて加速ペダルの位置の負の時間変化（すなわち加速ペダルが解放されたとき）に対してよりも弱くされる。加速ペダルの位置の微分は加速ペダルの位置の連続する２つの測定値の比較により行われる。本発明の好ましい実施態様における低域フィルタにおいては、フィルタ定数が大きくなればなるほどフィルタ作用は大きくなる。
【００２０】
フィルタ定数の従属性の選択、したがって運転変数の制限の程度は実験的に決定される。このとき加速ペダルの作動に対する機関の適切な反応と有害物質の発生の低減との間で妥協点が見出されなければならない。有害物質の発生は機関の反応を著しく遅くすることなく顕著に低減できることがわかった。
【００２１】
図示の実施態様は加速ペダルの位置信号または空気量の希望値の信号のフィルタリングを示している。この実施態様のほかに、他の有利な実施態様は、空気量の変化の時間微分が形成されること；微分値が計算ユニット５４により測定値から計算された希望値と比較されること；および空気量変化の実際値が空気量変化の希望値に対応するように空気量の希望値が変化されること；において空気量の変化を制限することを提供している。
【００２２】
上記の好ましい実施態様においては、空気量の希望値または空気質量の希望値の平滑化が提供されている。このほかに、また他の実施態様において、絞りフラップ角のための希望値の調節速度（ライン５８）または出力調節ユニットのための作動変数（ライン６６または１２）がそれに応じて制限されるかまたはフィルタリングされる。
【００２３】
図２は本発明の方法をコンピュータプログラムにより実行するためのサブプログラムを示す。
【００２４】
サブプログラムの開始後、第１のステップ１００において加速ペダルの位置βが読み取られる。次にステップ１０２において、実際の測定位置βに基づきおよび前のプログラムランスルー（好ましくは直前のプログラムランスルー）において検出された位置βに基づいて加速ペダル位置の時間微分が形成される。この微分値がステップ１０４においてあらかじめ設定された位置の限界値Ａと比較される。このとき値Ａは、Ａより低い速度変化に対しては有害物質の発生に関してマイナスの影響の心配がないように選択される。もし加速ペダルの変化がこの値Ａを超えた場合、急速加速ペダル作動が存在し、この作動が混合物の適合性に関して最初に記載した不都合を与えることになる。実際にこのケースが存在した場合、ステップ１０６において、吸気温度ＴL、機関温度Ｔmotおよび／または機関のスタートからの経過時間ｔSが検出され、次の計算ステップ１０８において、吸気温度、機関温度および／またはスタートからの経過時間の関数としてフィルタ定数Ｆが決定される。その後ステップ１１０において、実際に測定された加速ペダル位置の値βに基づいて、またもし必要ならば追加の運転パラメータに基づいて空気量の希望値Ｑdesが決定される。その後および一次の低域フィルタ機能に従って、空気量の希望値Ｑdesがステップ１０８において決定されたフィルタ定数値でフィルタリングされる。機関のｒｐｍを考慮して、フィルタリングされた空気量の希望値Ｑdesから絞りフラップ角の希望値が形成される。その後にサブプログラムが終了される。
【００２５】
ステップ１０４においてもし加速ペダルの位置の時間微分が限界値Ａより大きくないことが検出された場合、ステップ１１２において、加速ペダルの位置の時間微分が限界値Ａの負の値より負の方向に小さいかどうかに関してチェックがなされる。もしそのケースの場合、ステップ１０６と同様にステップ１１４において吸気温度、機関温度および／またはスタートからの経過時間が検出され、そして次のステップ１１６において加速ペダルが解放されたケースに対するこれらの運転変数に基づいて特性領域からフィルタ定数Ｆが決定される。次のステップ１１０において、決定されたＱdesの値が一次の低域機能に対応する決定されたフィルタ定数Ｆでフィルタリングされる。その後にサブプログラムが終了される。
【００２６】
ステップ１１２において急速な加速ペダルの運動が閉じる方向に行われなかったことが検出された場合、定常状態または準定常状態の運転条件が存在すると仮定することができ、またステップ１１８において、決定されたＱdesの値がフィルタリングされることなくまたは僅かにフィルタリングされて直接出力され、これにより絞りフラップを希望の角に形成することができる。ステップ１１８ののちにサブプログラムが終了されまた所定の時間後に再開される。
【００２７】
定常状態または準定常状態の運転条件に対してはフィルタリングが行われないところのステップ１１８の実施態様のほかに、希望値の変動またはノイズを抑制するために僅かなフィルタリングが行われてもよい。
【００２８】
吸気温度、機関温度およびスタートからの時間のすべての組合せを評価するほかに、他の有利な実施態様においてこれらのパラメータのうちの２つのみまたは１つのみが提供されてもよい。
【００２９】
【効果】
本発明により提供される手順を用いて、ドライバによる急激な加速ペダル運動の間に混合物の不整合が低減され、したがって有害物質の発生が低減される。
【００３０】
加速ペダルが急激に作動されたときに発生するきわめて希薄な混合物、したがって加速の中断すなわちギャップの発生が回避され、また機関の駆動性能がこれにより改善される。
【００３１】
本発明により提供される方法は、とくに機関のウォームアップ時および／または周囲空気が低温のときに有効である。混合物の不整合に関する上記の効果は、機関がその正常運転温度にまだ到達していないときに重要である。このような運転状態においては、注入された燃料の比較的大きな部分が燃焼されず、この注入燃料は壁膜として吸気管内に堆積して貯蔵場所を形成する。とくに低温運転から高温運転への過渡段階における機関および／または低温周囲空気における機関のような低温の機関に対し、この種の不整合は本発明により提供される方法により解決される。
【００３２】
既存の排ガス抑制装置とは独立に排ガスの発生が改善されることはとくに有利である。機関への供給空気量の変化率を制限することにより、大きな時定数を有する排ガス抑制装置の補助作用が有効になるということがさらに達成される。
【００３３】
加速ペダルを作動したときの自動車の動特性は、機関への供給空気量の変化率すなわち絞りフラップの運動の変化率を吸気温度、機関温度および／またはスタートからの経過時間に従って制限することによっても著しく影響されない。他の有利な実施態様においては、吸気温度、機関温度および機関のスタートからの経過時間のすべての組合せ評価のほかに、これらの変数のうちの２つのみまたは１つのみが評価されている。
【００３４】
制限量が加速ペダルの作動方向に従って異なるように選択されることはとくに有利である。これにより、加速ペダルを解放するときの変化率の制限は加速ペダルを作動するときよりも大きくなるように選択されるので有利である。加速ペダルが解放されるとき、反応の遅れは駆動性能に影響を与えない。さらに、とくに加速ペダルが解放されるときに発生する炭化水素の発生は大きな動的制限により低減される。加速ペダルが作動されるときは動特性の制限が低減されて、機関の満足な応答性能および自動車の満足な応答性能を得ることができる。
【００３５】
絞りフラップの急激な開放に対する給気変化率の制限は、注入パルスに対する追加でありまた注入パルスとは独立した燃料の修正量が注入されたときに小さくすることができることはとくに有利である。燃料のこの量は後注入として知られており、その理由はそれがそのとき存在する条件による実際の運転変数に基づく実際の注入パルスの後に形成されかつ特定のシリンダの吸気の直前に注入されるからである。
【００３６】
本発明の方法の好ましい実施態様は、空気量の変化率を制限することを含む特定の利点を示している。このようにして、絞りフラップの位置と空気量との間の関係の非線形性が補償される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による方法が実現された内燃機関の出力制御装置の全体ブロック線図である。
【図２】本発明による内燃機関の出力制御方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０  制御装置
１２、２６、３２、３６、４０、４４、４８、５２、５６、５８、６２、
６６、７０、７４、７８、８４、９０  ライン
１４  出力調節ユニット
１６  電気作動モータ
１８  機械式接続部
２０  絞りフラップ
２２  吸気装置
２４、３０  位置変換器
２８  加速ペダル
３４  第１の計算ユニット
３８  測定装置（変速機位置）
４２  測定装置（ｒｐｍ）
４６  フィルタ要素
５０  第２の計算ユニット
５４  第３の計算ユニット
６０  比較ユニット
６４  制御ユニット
６８  出力段
７２  微分要素
７６  測定装置（機関温度）
８０  測定装置（吸気温度）
８２  カウンタ
９２  点火スイッチ
【図１】
0003727968.tif 000002
【図２】
0003727968.tif 000003