(57)【要約】本発明は、マニホールド圧力の適合により、最適の燃費を達成するため並びに機関内の構成部材許容誤差と構成部材摩損を補整するために成層機関稼動時の直接噴射式火花点火機関を制御するための方法及び装置に関する。燃焼の安定性は優勢的にマニホールド圧力により決定されるので、今日のシステムでは、平滑な機関作動を達成するために、低いマニホールド圧力が選択される。しかしながらマニホールド圧力が低い場合、機関はリッチな状態で作動し、燃費は更に悪くなる。本発明は、作動非平滑度測定を使った適応アルゴリズムを用い、最適の燃費を達成するため並びに機関内の構成部材許容誤差と摩損を補整するために、調節すべきマニホールド圧力の精密適合が実施される方法及び装置を記載する。
2005520975.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
成層機関稼動時の直接噴射式火花点火機関を制御するための方法において、マニホールド圧力が、作動非平滑度に依存して適応されることを特徴とする方法。
【請求項２】
マニホールド圧力が、連続的に、作動非平滑度に依存して適応されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
マニホールド圧力が、定期的又は非定期的な間隔で、作動非平滑度に依存して適応されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
以下の条件、即ち、成層の稼動方式にある機関稼動、定常又は準定常の稼動状態の存在、重要な回転数領域における稼動、及び／又は、重要な負荷点における稼動のような条件の少なくとも１つが存在する場合にマニホールド圧力適応が実施されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
他の機関制御機能が、マニホールド圧力適応のために必要な条件を示すことを特徴とする、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
稼動状態及び機関パラメータを基礎にし、マニホールド圧力適応値が検出されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
マニホールド圧力適応値が、ソフトウェア・積分器により検出されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
各々のマニホールド圧力適応値が、制御装置内に再呼出可能な状態で記憶されることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
適応値の検出のために、記憶されているデータと値が考慮されることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
適応値が、異なる負荷点で習得され且つ再び算入されることを特徴とする、請求項８又は９に記載の方法。
【請求項１１】
マニホールド圧力適応値が、好ましくは−１５０ｍｂａｒから＋５０ｍｂａｒまでの領域内に位置することを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
適応値が、所定の負荷領域及び／又は回転数領域内にだけ含められることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
負荷領域及び／又は回転数領域が、重要な回転数領域にほぼ対応し、好ましくはこの回転数領域よりも大きく実施されていることを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
成層機関稼動時の直接噴射式火花点火機関を制御するための方法において、第１方法ステップで、マニホールド圧力適応のリリースが検査されること、第２ステップで、作動非平滑度の値が決定されること、及び、第３ステップで、検出された作動非平滑度の値が限界値１と比較されることを特徴とする方法。
【請求項１５】
リリースが確定されるに至るまでの間、第１ステップが繰り返され、その後に初めて第２ステップが行われることを特徴とする、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
作動非平滑度の値が限界値１よりも小さい場合に、マニホールド圧力適応値が増加されることを特徴とする、請求項１４又は１５に記載の方法。
【請求項１７】
作動非平滑度の値が限界値１よりも大きい又は限界値１と同じである場合に、検出された作動非平滑度の値が限界値２と比較されることを特徴とする、請求項１４又は１５に記載の方法。
【請求項１８】
作動非平滑度の値が限界値２よりも大きい場合に、マニホールド圧力適応値が減少されることを特徴とする、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
作動非平滑度が限界値２よりも小さい又は限界値２と同じである限り、本方法が第１ステップで続けられることを特徴とする、請求項１７又は１８に記載の方法。
【請求項２０】
マニホールド圧力適応値が、最大値及び／又は最小値に限定されていることを特徴とする、請求項１６又は１８に記載の方法。
【請求項２１】
請求項１４〜２０に記載の方法と、請求項１〜１３に記載の方法との組み合わせること。
【請求項２２】
内燃機関の制御の枠内で、請求項１〜２１のいずれか一項に記載の方法を使用すること。
【請求項２３】
成層機関稼動時の直接噴射式火花点火機関を制御するための装置において、マニホールド圧力が、作動非平滑度に依存して適応されることを特徴とする方法。
【請求項２４】
マニホールド圧力適応のリリースを検出するための装置が設けられていることを特徴とする、請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
作動非平滑度を決定するための装置が設けられていることを特徴とする、請求項２３又は２４に記載の装置。
【請求項２６】
作動非平滑度を限界値１及び／又は限界値２と比較するための装置が設けられていることを特徴とする、請求項２３〜２５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２７】
マニホールド圧力を適応するための装置が設けられていることを特徴とする、請求項２３〜２６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２８】
請求項１〜２２のいずれか一項に記載の方法を適用するために、請求項２３〜２７のいずれか一項に記載の装置を使用すること。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マニホールド圧力の適合により、最適の燃費を達成するため並びに機関内の構成部材許容誤差と構成部材摩損を補整するために直接噴射式火花点火機関（オットーエンジン）における成層機関稼動を制御するための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
直接噴射式火花点火機関における成層機関稼動を制御するための今日のシステムは一般的にＤＭＥ（Digital Motor Electronics）或いは機関制御装置により実現される。このデジタル・モータ・エレクトロニクス（ＤＭＥ）とは、点火、燃料噴射、酸素センサ、及び複数の補助的な機能を調整し且つマイクロプロセッサを基礎にしたシステムを意味する。
【０００３】
この種の制御装置は成層稼動時の機関トルクを実質的には噴射された燃料量により調節する。この際、他の調節パラメータが各々の稼動点に適合されなくてはならない。これらの他の調節パラメータには、一般的に、点火角度、噴射位置、スワールフラップ位置、ＡＧＲ率（排気ガス再循環率）、燃料圧力、カムシャフト位置、及びマニホールド圧力が属している。
【０００４】
燃焼の安定性は優勢的にマニホールド圧力により決定される。マニホールド圧力が高い場合、機関は極めてリーンな状態で作動し、作動平滑度が更に悪くなる。それに対し、マニホールド圧力が低い場合、機関はリッチな状態で作動し、燃費が更に悪くなる。
【０００５】
しかしながら、最適の燃費を達成するためには、多くの稼動点において、できるだけ絞られていない機関設計が望まれる。更に、
・  構成部材のばらつき（インジェクタ噴出パターン、燃焼室形状、吸気通路形状）
・  制御の不正確性（例えば、ＡＧＲ率、スワール位置などの精度）
・  老化の影響（インジェクタのカーボン付着、吸気弁のカーボン付着など）
のような影響を取り除くために、マニホールド圧力の設計時には所定の安全ガイダンスが適用されなくてはならない。つまり、不点火（ミスファイヤ）のない稼動及び許容できる作動平滑度（スムーズ・ランニング）を達成するためには、多くの場合、より小さなマニホールド圧力と、従ってよりリッチな状態のラムダと、より悪い燃費が甘受されることになる。
【０００６】
特許文献１は、内燃機関、特に排気ガス再循環装置を有する内燃機関を制御するための方法を記載し、この方法では、内燃機関の少なくとも１つの稼動値に依存して検出される、排気ガス再循環率の現在の目標値が、修正係数を用いて修正される。この際、この修正係数は、予め定められた条件が満たされている場合、内燃機関の作動平滑度に依存して検出される。更にこの方法は安全係数を有し、この安全係数は次のように選択されている。即ち、修正された排気ガス再循環率の目標値が小さく、それによりバッキング（ガクガクした動き）を伴わない内燃機関の快適な作動が保証されているようにである。
【０００７】
燃焼の安定性は優先的にマニホールド圧力に依存するので、一般的にマニホールド圧力は、シリンダ内の空気燃料混合気の確実な燃料が保証されているように選択される。マニホールド圧力が高い場合、空気燃料混合気の不点火と不完全燃焼が頻繁に起こる。そのための尺度は作動非平滑度である。走行快適性を減少させ且つ不適切に強く上昇する排気エミッションをもたらしてしまう作動非平滑度の増加を排除するために、マニホールド圧力は対応的に小さく選択される。更に、他の影響を補整し得るためにマニホールド圧力は安全値分だけ減少される。従って、このように選択されたマニホールド圧力を用いた内燃機関の稼動は、確実な作動平滑度にとって有利になるが燃費を増加させることになる。
【０００８】
【特許文献１】ドイツ特許発明第19727793号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従って本発明の基礎を成す課題は、成層機関稼動における直接噴射式火花点火機関の制御が、最適の燃費を達成し並びに構成部材許容誤差と摩損を補整しながら保証されるような方法及び装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記の課題は、特許請求項に記載した構成により解決される。本発明は、適応型マニホールド圧力パイロット制御を実施するという基本思想から出発していて、この際、最適の燃費を達成するため並びに機関内の構成部材許容誤差と摩損を補整するための、調節すべきマニホールド圧力の精密適合は、作動非平滑度測定を使った適応アルゴリズムを用いて実施される。
【００１１】
この際、現代の機関制御に既に含まれている作動非平滑度測定を使い、調節すべきマニホールド圧力の精密適合を実施する適応アルゴリズムが導入される。ここでは、燃費と作動非平滑度とマニホールド圧力との間の関連に基づき、悪い状態の機関作動の場合にはマニホールド圧力を減少し、良い状態の機関作動の場合にはマニホールド圧力を増加させるという規定が得られる。適応は、所定の条件が与えられている或いは所定の前提が満たされている場合にだけ行われる。
【００１２】
この際、作動非平滑度測定は、例えば、クランクシャフトにおけるトルク記録により、更に、シリンダ内の圧力センサであってこれらの圧力センサが付設のシリンダ内の圧力を監視し且つこれらの圧力センサを用いてこの方式で燃焼プロセスが監視され得るという圧力センサにより、更に、シリンダ内における同様の燃焼への逆推断或いは作動非平滑度を提供する他の信号により行われ得る。基本的に全方法は、直接的にも間接的にも、作動非平滑度決定或いは作動平滑度決定に適している。
【００１３】
本発明に従う適応に対する前提を表す条件には、例えば、機関が成層の稼動方式で稼動されること、並びに、定常又は準定常の稼動状態が存在することが含まれている。更に機関は重要な回転数／負荷点で稼動されなくてはならない。
【００１４】
ソフトウェア・積分器によりマニホールド圧力適応値が検出され、このマニホールド圧力適応値は、各々の負荷点にパイロット制御されているマニホールド圧力に加算される。適応値の限定は大きすぎるストロークを防止する。典型的な適応値は−１５０ｍｂａｒから＋５０ｍｂａｒまでの領域内に位置する。適応値は、機関の停止後、好ましくは制御装置内に保存され、次の走行時に再び使用可能とされる。
【００１５】
更に適応値は所定の負荷領域／回転数領域内にだけ含められるべきであるが、この領域は、機能がリリースされている領域に類似し、より大きくも選択され得る。
【００１６】
更に、複数の適応値が異なる負荷点で習得され且つ算入された場合には、これらの複数の適応値が使用され且つ比較され得る。異なる負荷点で予め検出された適応値を考慮することにより、既に（以前に）実行された調整ループの情報が調整プロセスに取り入れられ、この調整プロセスがそれにより最適化され得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
次に、例と図面に基づいて本発明を説明する。
【実施例１】
【００１８】
図１にはマニホールド圧力に対する燃焼の依存性が示されている。マニホールド圧力が上昇してゆくと、燃費は先ず強く低下し、作動非平滑度は僅かに増加する。決定的なマニホールド圧力ｐｓＳ，ｋ０以降、燃費はごく僅かに低下するだけであり、それに対し、作動非平滑度は、上昇する圧力と共により強く増加する。決定的なマニホールド圧力ｐｓＳ，ｋ１以降、作動非平滑度も燃費も指数関数的に増加する。マニホールド圧力が高い場合、機関は極めてリーン状態で作動し、作動平滑度は更に悪くなる。決定的なマニホールド圧力ｐｓＳ，ｋ１以降、燃焼の燃費特性は否定的となる。圧力ｐｓＳ，ｋ０及びｐｓＳ，ｋ１は、複数の個々の圧力を含んでいる圧力領域としても理解され得る。
【００１９】
不点火のない稼動及び許容できる作動平滑度を達成するために、通常の場合には、小さなマニホールド圧力（＜ｐｓＳ，ｋ０）と、従ってよりリッチな状態のラムダと、より悪い燃費とが甘受される。僅かな燃費で不点火のない稼動及び許容できる作動平滑度を達成するための、調整すべきマニホールド圧力の精密適合を保証するために、適応アルゴリズムが設けられている。本発明に従う適応アルゴリズムの経過プランの有利な実施形態が図２に描かれている。本方法は、所定の開始点、好ましくは機関の始動で始まる。先ずシステムの活動化条件のチェックが行われる。つまり、以下の条件が与えられている場合にだけ適応が行われる：
・  機関が成層の稼動方式にあること。
・  定常又は準定常の稼動状態が存在すること。
・  機関が重要な回転数／負荷点で稼動されなくてはならないこと。
・  他の機関制御機能からの他のリリース条件が与えられていること。
【００２０】
適応の活動化のために必要な条件が存在すると直ちに作動非平滑度の値が決定される。マニホールド圧力適応のリリース条件が存在しない場合、それらの条件が存在しているかどうかのチェックが再度実施される。この種の質問は、連続的に、固定間隔又は可変間隔或いは所定の結果に対する応答としても行われ得る。必要な条件が存在する場合にはこれらの条件がもはや存在しなくなるまで適応が活動化された状態に留まる。この際、適応の非活動化は、条件のうちの１つ又は複数がもはや存在しなくなると直ちに行われる。活動状態から非活動状態への移行は均等に又はずらされて（ヒステリシス）行われ得る。
【００２１】
リリース条件が存在する場合には作動非平滑度の値が決定される。検出された作動非平滑度の値は限界値１と比較される。この際、作動非平滑度のための限界値１は、機関が良好に作動していることが限界値１よりも小さい作動非平滑度から推断され得るように選択されている。更に限界値１は、この限界値１を下回ることから最適以下の高燃費が推断され得るように選択されている。従ってこの場合にはマニホールド圧力適応値が増加され、この際、この増加は、好ましくは最大値に限定されている。
【００２２】
検出された作動非平滑度の値が限界値１よりも大きい又は限界値１と同じである場合、作動非平滑度の値が限界値２と比較される。検出された作動非平滑度の値が限界値２よりも小さい又は限界値２と同じである場合には、作動非平滑度とマニホールド圧力（ｐＳ）と燃費が最適の領域内にある。作動非平滑度の値が限界値２よりも大きい場合、これは、機関が悪い状態で作動していることを意味する。このことは、作動非平滑度も燃費も不利な値を想定したことを意味する。この場合、マニホールド圧力適応値は減少され、この際、この減少は、好ましくは最小値に限定されている。
【００２３】
検出された作動非平滑度の値が限界値２よりも小さい又は限界値２と同じである場合、リリース条件の新たなチェックが行われ、適応アルゴリズムが既述のように実行される。マニホールド圧力が修正された場合、適応は新たに実行される。この際にも上述のようにリリース条件のチェックにより開始される。
【００２４】
作動非平滑度の連続的なチェック並びにマニホールド圧力（ｐＳ）の対応的な適応により、狭く延在したフレーム内において最適の燃費で最適の作動平滑度が可能とされる。
【００２５】
最大値及び最小値に限定されているマニホールド圧力適応値（ｐｓ適応値）は、本発明に従う有利な実施形態において、限界値１或いは限界値２の差及び測定された作動非平滑度の値に依存して決定される。他の有利な実施形態においてマニホールド圧力適応値は、対応する値の相対的な差から決定される。本発明に従う他の有利な実施形態において、例えば回転数又は負荷点のような他のパラメータがマニホールド圧力適応値の計算時に考慮される。
【００２６】
マニホールド圧力適応のためのアルゴリズムは、好ましくは連続的に実行され、この際、このアルゴリズムは、他の有利な実施形態において、予め定められている又は好ましくはフレーム条件を基礎にして算出される、不変時間間隔又は可変時間間隔で実行される。マニホールド圧力及び他の機関パラメータのより正確なパイロット制御により、燃費の更なる減少が達成され、その理由は、ガイダンスがもはや適用される必要がないためである。この際、個々の稼動点において、想定で０.５〜１％の燃費得が達成される。
【００２７】
更にマニホールド圧力の本発明に従う適応により、構成部材許容誤差及び／又は例えば付着物や摩損のような老化の影響による機関の形状の変化が補整され得る。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】マニホールド圧力に依存する、負荷点における機関特性を例として示す図である。
【図２】本発明による適応アルゴリズムのための経過プランの有利な実施形態を示す図である。
【符号の説明】
【００２９】
ｐｓＳ，ｋ０    決定的なマニホールド圧力
ｐｓＳ，ｋ１    決定的なマニホールド圧力
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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