(57)【要約】【課題】  実際変数および／または操作変数の計算の範囲内において、トルク・モデルが使用され、さらに、モデルの精度が改善される内燃機関の制御方法および装置を提供する。【解決手段】  トルク・モデルにより、内燃機関の少なくとも１つのトルク実際変数および／または少なくとも１つの操作変数が設定変数の関数として計算される、前記トルク・モデルが使用され、この場合、モデルが少なくとも１つの基本変数を含み、この基本変数は、所定の標準条件下で決定され且つ内燃機関の実際設定の関数として補正され、この場合、この基本変数は、化学エネルギーを機械エネルギーに変換するための効率で補正された最適トルクを表わす、内燃機関の制御方法において、前記効率が、少なくとも燃焼重心を特徴づける変数および排気側ガス交換弁の開放時期を特徴づける変数の関数として決定される。
2005515362.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トルク・モデルにより、内燃機関の少なくとも１つのトルク実際変数および／または少なくとも１つの操作変数が設定変数の関数として計算される、前記トルク・モデルが使用され、この場合、モデルが少なくとも１つの基本変数を含み、この基本変数は、所定の標準条件下で決定され且つ内燃機関の実際設定の関数として補正され、この場合、この基本変数は、化学エネルギーを機械エネルギーに変換するための効率で補正された最適トルクを表わす、内燃機関の制御方法において、
前記効率が、少なくとも、燃焼重心を特徴づける変数および排気側ガス交換弁の開放時期を特徴づける変数の関数として決定されること、
を特徴とする内燃機関の制御方法。
【請求項２】
前記効率が、それに追加して、充填量、特にフレッシュ・エア充填量の関数として決定されることを特徴とする請求項１に記載の制御方法。
【請求項３】
前記燃焼重心を特徴づける変数として、最適点火角と実際点火角との間の偏差が選択されることを特徴とする請求項１または２に記載の制御方法。
【請求項４】
前記排気側ガス交換弁の開放時期を特徴づける変数として、カム軸の調節角が選択されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の制御方法。
【請求項５】
前記効率が第１の部分効率および第２の部分効率に分割され、この場合、前記第１の部分効率は、前記燃焼重心を特徴づける変数の関数として決定され、且つ前記第２の部分効率は、前記排気側ガス交換弁の開放時期を特徴づける変数の関数として決定されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の制御方法。
【請求項６】
前記内燃機関の操作変数が、前記効率を決定するための計算ステップの反転により決定される目標点火角であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の制御方法。
【請求項７】
トルク・モデルにより、少なくとも１つの実際変数が決定されおよび／または設定値から少なくとも１つの操作変数が決定される、内燃機関に対する前記トルク・モデルが記憶されている制御ユニットを備え、この場合、前記モデルの範囲内に少なくとも１つの基本変数が設けられ、該基本変数は標準条件下で決定され且つこの標準条件からの偏差の関数として補正され、この場合、前記基本変数は化学エネルギーを機械エネルギーに変換するための効率で補正された最適トルクである、内燃機関の制御装置において、
前記効率が、少なくとも、燃焼重心を特徴づける変数および排気側ガス交換弁の開放時期を特徴づける変数の関数であること、
を特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項８】
実行されるとき、請求項１ないし６のいずれかに記載の任意の各々の全てのステップを実行するためのプログラム・コード手段を有するコンピュータ・プログラム。
【請求項９】
コンピュータ上で実行されるとき、請求項１ないし６のいずれかに記載の任意の各々の方法を実行するための、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るプログラム・コード手段を有するコンピュータ・プログラム製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の制御方法および装置、並びにコンピュータ・プログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ドイツ特許公開第４２３９７１１号（米国特許第５５５８１７８号）から、内燃機関を制御するために、内燃機関のトルクに対する目標値を、内燃機関への空気供給量を調節するための操作変数、点火角を設定するための操作変数、および／または内燃機関の個々のシリンダへの燃料供給を遮断ないし投入するための操作変数に、変換することが既知である。さらに、国際特許出願第９５／２４５５０号（米国特許第５６９２４７１号）から、所定のトルク値を形成するためにそれに追加して燃空比を調節することが既知である。さらに、既知の方法においては、内燃機関の実際トルクが実際トルク設定（充填量、燃料供給量および点火角）を考慮して計算される。この場合、特にエンジン回転速度、負荷（空気質量、圧力等）、および場合により排気ガス組成が使用される。
【０００３】
この計算の範囲内において内燃機関に対してトルク・モデルが使用され、トルク・モデルは、操作変数を決定するためのみならず実際変数を決定するためにも使用される。このモデルの要点は、運転点の関数として内燃機関の最適トルクおよび最適点火角に対する値が決定され、これらが、次に内燃機関の実際設定に対応して効率値により補正される。
【０００４】
このモデルを最適化するために、ドイツ特許公開第１９５４５２２１号（米国特許第５８３２８９７号）から、最適点火角に対する値を、排気ガス再循環率、エンジン温度、吸気温度、弁重なり角等のような、内燃機関の効率に影響を与える変数の関数として補正することが既知である。
【０００５】
しかしながら、実際には、これらの既知の方法は、特に適用の簡単化に関して、計算時間の最適化に関して、および／または最適点火角の補正の作業点との関数性、特に不活性ガス・レートの関数性の考慮に関して、さらに最適化が可能であることがわかった。特に、既知のトルク・モデルは、いくつかの運転状態において十分な結果を示していない。このような運転状態とは、例えば高い不活性ガス・レートを有する状態、即ち吸気弁および排気弁の開放時間の重なりにより形成され且つ特に少ないフレッシュ・ガス充填量ないし中程度のフレッシュ・ガス充填量において発生する、多量の不活性ガス（外部または内部排気ガス再循環による）を有する状態である。さらに、それは高い給気移動（Ｌａｄｕｎｇｓｂｅｗｅｇｕｎｇ）を有する運転状態である。既知の方法を用いては、これらの影響が十分に考慮されていないので、計算基本変数は正確なトルク計算を達成させることができない。
【０００６】
既知のモデルは最大トルクの決定において確かに点火角への本質的な影響を考慮しているが、混合物が異なる場合に、点火角と、エンジンの実際運転点において達成可能な最大エンジン・トルクとの間の関係の勾配が異なることを考慮していないことに他の問題点がある。即ち、既知のモデルの最適化において、一般に、最適点火角は必ずしも最善トルクの点火角と一致しないということにおいて妥協が見いだされなければならない。即ち、最善トルクの発生においてきわめて遅れた点火角を有する、燃焼性がきわめてよい混合物において、最適点火角は明らかにこの点火角よりも遅い位置にあり、一方、燃焼性が悪い混合物においては、最適点火角は明らかに最大トルクが発生される点火角よりも早い位置に存在する。この特性が図３に示されている。図３において、既知のモデルの最適化により形成された曲線が破線で示されている。実際曲線およびモデル曲線がもはや正確に一致していないことがわかる。ある適用例において、最善の最適点火角の場合、最適トルクｍｉｏｐｔに関して２０％に達する合成トルク誤差が得られた。
【０００７】
即ち、点火係合（エンジンの運転時点に対する点火位相の上死点Ｚｕｅｎｄ−ＯＴに関する最適点火角ｚｗｏｐｔとトルクｍｉとの間の関係）の勾配が大きく変化すればするほど、燃焼性がきわめてよい混合物と燃焼性がきわめて悪い混合物との相互間において、最適点火角および最大トルクが達成される最大点火角はより大きな偏差を有し且つトルク・モデルの誤差はより大きくなる。既知のモデル・パラメータの最適化手段によっては、モデル、特に最適点火角の意義を見いだすことができないので、全点火角範囲内においてトルク・モデルは僅かな公差を有しているにすぎない。
【０００８】
したがって、特に高い不活性ガス・レートを有するエンジン制御装置に関して、例えば可変弁設定および／または給気移動弁を有するエンジン制御装置において、トルク・モデルをさらに最適化することに対する要求が存在する。
【０００９】
未公開ドイツ特許出願第１０１４９４７７．７号から、実際変数および／または操作変数の計算の範囲内においてトルク・モデルが使用される、内燃機関の制御方法および装置、並びにコンピュータ・プログラムが既知である。この場合、標準条件下で決定された基本値の補正が不活性ガス・レートおよび／または弁重なり角の関数として行われる。さらに、モデルの精度をさらに改善するために、それにより最適トルク値が補正される、化学エネルギーを機械エネルギーに変換するための効率が、最適点火角と実際点火角との間の偏差並びに混合物の燃焼性を表わす他の変数の関数として決定される。この場合、後者は最適点火角である。
〔発明の利点〕
独立請求項の特徴を有する本発明による方法、本発明による装置、本発明によるコンピュータ・プログラム、および本発明によるコンピュータ・プログラム製品は、従来技術に比較して、化学エネルギーを機械エネルギーに変換するための効率が、少なくとも、燃焼重心を特徴づける変数および排気側ガス交換弁の開放時期を特徴づける変数の関数として決定されるという利点を有している。このようにして、排気側ガス交換弁の早い開放による図示エンジン・トルクの低下がトルク・モデルにおいて考慮される。したがって、きわめて早く開いた排気弁においても、トルク・モデルにより計算された図示エンジン・トルクの高い精度が達成可能である。これにより、トルク・モデルの適用の改善、特に簡単化を達成することができる。
【００１０】
従属請求項に記載の手段により、主請求項に記載の方法の有利な改良および改善が可能である。
効率が、それに追加して、充填量、特にフレッシュ・エア充填量の関数として決定されるときもまたそれは有利である。充填量を考慮することにより、トルク・モデルの精度がさらに向上される。
【００１１】
他の利点は、燃焼重心を特徴づける変数として、最適点火角と実際点火角との間の偏差が選択されることにある。トルク・モデルを反転したとき、所定の目標トルクおよび所定の充填量における目標点火角の計算、並びに所定の目標トルクおよび所定の基本点火角効率における目標充填量の計算のみならず、実際トルクの計算もまた実行可能である。
【００１２】
他の利点は、効率が第１の部分効率および第２の部分効率に分割され、この場合、第１の部分効率は、燃焼重心を特徴づける変数の関数として、および第２の部分効率は、排気側ガス交換弁の開放時期を特徴づける変数の関数として決定されることにある。このようにして、ガス交換弁の極端に早い開放が発生しない場合に対しても簡単な実行が可能である。このとき、効率は両方の部分効率の積として決定することができる。
【００１３】
他の利点が実施例に関する以下の説明ないし従属請求項から明らかである。
以下に本発明を図面に示す実施態様により詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１にトルク・モデルを改善するための第１の実施例の流れ図が示されている。この場合、図１はマイクロコンピュータのプログラムを表わし、ここで、図１に示されている個々の要素は、プログラム、プログラム・ステップまたはプログラム部分を示し、一方、矢印は情報の流れを表わしている。実際基本トルクの計算、即ち特性曲線群から回転速度および負荷の関数として選択される基本点火角の設定において設定されるトルクの計算が示されている。
【００１５】
図１に示されているモデルにおいて、不活性ガス・レート並びに給気移動を考慮した最適トルク値の補正および不活性ガス・レートおよび給気移動、したがって実際作業点を考慮した最適点火角値の補正が行われることが重要である。
【００１６】
第１の特性曲線群１００において、エンジン回転速度ｎｍｏｔと、吸気管モデルを考慮して測定空気質量流量から決定された実際充填量ｒｌとの関数として、最適トルクに対する値ｍｉｏｐｔｌ１ｎが読み取られる。この場合、特性曲線群１００の特性曲線群値は所定の最適境界条件下で決定され、特にλ値が標準値（例えば、１）を有し、最適点火角が設定され、且つ弁重なり（不活性ガス・レートおよび給気移動）に対する効率ｅｔａｒｒｉが標準値（例えば、１）を有しているときに決定される。最適トルク値は乗算位置１０２において効率ｅｔａｒｒｉと乗算され、効率ｅｔａｒｒｉは弁重なりに関する標準値からの偏差を表わす。効率値ｅｔａｒｒｉは、特性曲線群１０４において、内部および外部排気ガス再循環による不活性ガス・レート並びに給気移動を表わす信号の関数として形成される。排気ガス再循環弁の位置および吸気弁および排気弁の位置の関数として計算される信号ｒｒｉが、内部および外部不活性ガス・レートに対して適切であることがわかった。この場合、不活性ガス・レートは、全吸込ガス質量における不活性ガスの割合を表わす。不活性ガス・レートの計算の他のタイプは、再循環排気ガス流れの温度、λ、実際空気充填量、および排気ガス圧力に基づくものである。給気移動を考慮するために、吸気弁の開放角（クランク軸またはカム軸に関して）を表わす信号ｗｎｗが適切であることがわかった。他の実施例においては、給気移動弁の位置または吸気弁のリフトおよび開放位相を表わす変数が使用される。
【００１７】
これらの実際変数の関数として効率ｅｔａｒｒｉが決定され、効率ｅｔａｒｒｉは、不活性ガスおよび給気移動により発生する、トルク値における、標準条件下で決定される、特性曲線群１００の決定の基礎となるトルク値からの偏差を表わす。乗算位置１０２における補正により形成された最適トルク値ｍｉｏｐｔｌ１は、他の乗算位置１０６においてλ効率ｅｔａｌａｍと乗算される。λ効率ｅｔａｌａｍは、特性曲線１０８において実際排気ガス組成ｌａｍｂｄａの関数として決定される。この結果が、内燃機関の実際運転状態と、最適トルク値の決定において基礎となる標準値からのその偏差とを考慮した最適トルク値ｍｉｏｐｔである。したがって、ｍｉｏｐｔは、最適点火角における図示トルクに対する最適値である。したがって、次に実際トルクを導くことが可能な基本トルクｍｉｂａｓを形成するために、最適点火角位置に関する基本点火角位置が考慮されるべきである。これは乗算位置１１０において行われ、乗算位置１１０において、最適トルク値ｍｉｏｐｔが点火角効率ｅｔａｄｚｗで補正される。
【００１８】
点火角効率ｅｔａｄｚｗは、特性曲線１１２から、結合位置１１４において形成された基本点火角ｚｗｂａｓと最適点火角ｚｗｏｐｔとの間の偏差の関数として形成される。したがって、効率ｅｔａｄｚｗは、基本点火角と最適点火角値との偏差の内燃機関のトルクへの影響を決定する。この場合、基本点火角は、回転速度および負荷の関数として基本点火角特性曲線群から読み取られた点火角に対応する。これは、必ずしも実際設定点火角に対応せず、実際設定点火角は、実際トルクの決定において、基本トルクの関数として他の効率の形で考慮されるべきである。最適点火角値は、エンジン回転速度ｎｍｏｔおよび充填量ｒｌの関数として特性曲線群１１６から読み取られる。読み取られた最適点火角値ｚｗｏｐｔｌ１ｎは結合位置１１８に供給され、結合位置１１８において、この値は補正値ｄｚｗｏｒｒｉにより補正される。この補正値は、特性曲線群１２０において、不活性ガス・レートｒｒｉ、給気移動を考慮するための信号ｗｎｗ、並びに実際運転点を表わす信号、即ちエンジン回転速度ｎｍｏｔ、および実際充填量ｒｌの関数として形成される。このように補正された最適点火角値ｚｗｏｐｔｌ１は、他の結合位置１２２において補正値ｄｚｗｏｌａにより補正される。この補正値ｄｚｗｏｌａはλ補正値を表わし、λ補正値は、特性曲線群１２４において、λ値ｌａｍｂｄａおよび実際充填量ｒｌの関数として決定される。結合位置１１８および１２２における補正は加算により行われることが好ましい。このとき補正値においても内燃機関の実際運転点が考慮されなければならないので、この方法が適切であることがわかった。結合位置１２２において得られた値ｚｗｏｐｔは最適点火角値を示し、この最適点火角値は、結合位置１１４において基本点火角と比較される。
【００１９】
上記のモデルにより、高い不活性ガス・レートおよび給気移動、および小さいフレッシュ・ガス充填量ないし中程度のフレッシュ・ガス充填量を有する上記運転状態もまた十分に制御される。この場合、トルク・モデルにおいて最適点火角の補正および最適トルクの補正が行われることが重要である。この場合、最適点火角は、負荷および回転速度の関数としての基本値と、不活性ガス・レート、吸気弁ないし排気弁の位置、ないし弁重なり、λ、負荷および回転速度の関数としての加算補正とから構成されている。最適トルクは、負荷および回転速度の関数としての基本変数と、不活性ガス・レートおよび吸気弁および排気弁の位置、λおよび基本点火角に対する点火角効率の関数としての乗算補正とから構成されている。
【００２０】
モデルのパラメータを決定するために、測定入力変数および測定トルクから、全測定点にわたる誤差の二乗和が最小となるようにモデルのパラメータを最適化することが可能なソフトウェア・ツールが使用される。このようなソフトウェア・ツールに対する一例がドイツ特許公開第１９７４５６８２号から既知である。
【００２１】
モデルにより決定された基本トルクｍｉｂａｓは、種々の方法で後続処理される。実際点火角位置の効率を考慮して実際トルクが計算される。他の評価は点火角位置を決定することにあり、この場合、目標トルクと基本トルクとの間の相違が点火角位置の補正のために使用可能である。
【００２２】
図１に記載のモデルは、種々の運転変数からの実際トルクの計算を示す。モデルの逆関数を求めることにより、冒頭記載の従来技術のモデルと同様に、モデルは、目標トルク値の関数として、または目標トルクと基本トルクまたは実際トルクとの間の偏差の関数として、操作変数（例えば、点火角、λ等）を決定するためにも使用される。
【００２３】
モデルは、次式のように表わすことができる。
【００２４】
【数１】
2005515362.tif 000003
【００２５】
または実際トルクに関して、次式のように表わすことができる。
【００２６】
【数２】
2005515362.tif 000004
【００２７】
次に、モデルの逆関数を求めることにより、操作変数、例えば点火角目標値ｚｗｓｏｌｌを、次式のように導くことができる。
【００２８】
【数３】
2005515362.tif 000005
【００２９】
モデルの計算のために使用される特性曲線群および特性曲線は、各エンジン・タイプに対する適用の範囲内において、場合により上記のソフトウェア・ツールを使用して決定される。
【００３０】
図２は制御ユニット４００を示し、制御ユニット４００は、入力回路４０２、出力回路４０４、およびマイクロコンピュータ４０６を含む。これらの構成要素はバス系統４０８と結合されている。入力ライン４１０および４１２−４１６を介して、測定装置４１８、４２０−４２４により測定された、エンジン制御のために評価されるべき運転変数が供給される。この場合、モデル計算のために必要な運転変数が上に示されている。測定され且つ場合により評価された運転変数信号は、次にバス系統４０８を介してマイクロコンピュータにより読み込まれる。マイクロコンピュータ４０６それ自体内に、この場合にはそのメモリ内に、モデル計算のために使用される命令がコンピュータ・プログラムとして記憶されている。これが、図２においてブロック４２６で記号化されている。場合により図示されていない他のプログラム内において後続処理されるモデル結果は、次にマイクロコンピュータからバス系統４０８を介して出力回路４０４に供給され、出力回路４０４は、次に、出力信号を、例えば点火角および空気供給量を調節するための操作変数として、並びに例えば実際トルクｍｉｉｓｔのような測定変数として出力する。
【００３１】
図３に、基本運転点に対して上記の関係を使用したトルク・モデルに対する流れ図が示されている。最適点火角および基本点火角（実際点火角）からの差のほかに、さらに、排気側ガス交換弁の開放時期を特徴づける、カム軸の調節角ｗｎｗａｏｅの変数もまた拡張点火角効率の計算のためにブロック５１０内に取り入れられている。
【００３２】
上記のように、特性曲線群５００において、エンジン回転速度ｎｍｏｔおよび実際充填量ｒｌの関数として最適トルク値ｍｉｏｐｔが形成され、並びに特性曲線５０２において、不活性ガス・レートｒｒｉの関数として効率が形成され、効率は、乗算位置５０４において、特性曲線群５００において標準条件下で形成された最適トルク値と乗算される。これから決定された最適トルク値ｍｉｏｐｔｌ１は、乗算位置５０６においてλ効率と乗算される。λ効率は、特性曲線５０８において基本λ値ｌａｍｂａｓの関数として形成され、基本λ値ｌａｍｂａｓは、それぞれの運転点において、場合により外部から設定される補正なしに設定されるべきである。乗算位置５０６における乗算の結果は、最適トルク値ｍｉｏｐｔであり且つ５０８における他の乗算に供給され、乗算位置５０８において、最適トルク値ｍｉｏｐｔは点火角効率ｅｔａｚｗｉｓｔと乗算され、点火角効率ｅｔａｚｗｉｓｔはブロック５１０において形成される。この結果は実際運転点に対する基本トルクｍｉｂａｓである。上記の説明に対応して、点火角効率は、減算位置５１２において形成された、最適点火角ｚｗｏｐｔと基本点火角ｚｗｂａｓとの間の差、並びに直接供給されたカム軸の調節角ｗｎｗａｏｅの関数として決定される。この場合、最適点火角値は特性曲線群５１４においてエンジン回転速度および充填量の関数として形成され、この最適点火角は、加算位置５１６において、給気移動ｌｂ、不活性ガス・レートｒｒｉ、エンジン回転速度ｎｍｏｔおよび充填量ｒｌの関数として決定された補正値の関数として補正される。補正された最適点火角は、他の補正位置５１８においてλ値の関数としての補正値により補正され、この補正値は、特性曲線５２０において基本λ値の関数として形成される。このようにして補正された最適点火角値ｚｗｏｐｔは、ブロック５１０において点火角効率を形成するためにおよび実際トルクを決定するために評価される。
【００３３】
したがって、図３の流れ図に示されているトルク・モデルは、早くまたはきわめて早く開く排気側ガス交換弁ないし排気弁を有する内燃機関に対しても適している。これは、早くまたはきわめて早く開く排気弁および遅い点火角においても、基本トルクｍｉｂａｓから出発して、実際トルクを、高い精度を有する図示エンジン・トルクとして提供する。この場合、排気弁の早い開放は、例えば排気カム軸の対応の位相調節により達成することができる。
【００３４】
このとき、点火位相の下死点Ｚｕｅｎｄ−ＵＴに到達する前に排気弁が開いたときには排気弁は早く開くと定義され、点火位相の上死点Ｚｕｅｎｄ−ＯＴ後の１２０°の、したがって点火位相の下死点Ｚｕｅｎｄ−ＵＴに到達する手前６０°のクランク角より多い排気カム軸のクランク角ないし位相調節よりもさらに小さい位置で排気弁が開くとき、排気弁はきわめて早く開くと定義される。
【００３５】
化学エネルギーの機械エネルギーへの変換、したがって図示トルクの形成のために重要なのは、燃焼過程において放出される熱エネルギーの利用である。
燃焼室における壁からの熱損失を無視した場合、いわゆる燃焼重心およびＦｉｂｅ関数と呼ばれる燃焼過程のほかに、さらにそれぞれの排気弁の開放時期がこの熱エネルギーの利用に対して重要である。
【００３６】
ここで、燃焼重心は、熱エネルギーの半分が変換されているクランク角と定義される。Ｆｉｂｅ関数は、クランク角に対する化学エネルギーの時間変換を表わす。
それぞれの排気弁のきわめて早い開放は、ピストンがまだそれほど下方に移動せず、したがってより小さい平均図示トルクを形成する時点において、燃焼室内の圧力を急速に低下させる。「失われた」トルクの部分はそれぞれの排気弁の開放時期、即ち例えばそれぞれの排気弁が開くクランク角の関数であるのみならず、他の変数の関数でもある。
【００３７】
特に燃焼重心は重要な役割を果たす。例えば、遅い点火角を特徴とする遅い燃焼重心においては、例えば、点火位相の上死点Ｚｕｅｎｄ−ＯＴ後の１２０°のクランク角において圧力は明らかにより高いものである。ピストンの下方運動の第２の半分において形成される機械エネルギーの作業部分は、遅い点火角において、より大きくなる。
【００３８】
燃焼室内の充填量が小さくなればなるほど、燃焼ピーク圧力もまたより小さくなり、ピストンの下方運動において燃焼室圧力はそれだけより急速に低下する。きわめて小さい負荷においては、燃焼室圧力は周囲圧力以下に低下するので、それぞれの排気弁の早い開放は膨張作業の負の部分がなくなるので、ここで図示トルクを上昇させる。
【００３９】
しかしながら、遅い点火角の場合、小さい充填量においても、点火位相の下死点Ｚｕｅｎｄ−ＵＴにおいてまたは点火位相の下死点Ｚｕｅｎｄ−ＵＴの直前においてそれぞれの排気弁を開いたときに最大図示トルクが得られる。しかしながら、シミュレーションの結果は、相対変数に関して充填量ｒｌの関数としてはほとんど変化しないことを示している。したがって、充填量ｒｌは必ずしも早く開くそれぞれの排気弁の損失の考慮には必要とされない。しかしながら、それを考慮することはトルク・モデルの精度をさらに改善するであろう。したがって、図３に、他の入力変数としてブロック５１０に破線で充填量ｒｌが示されている。
【００４０】
未公開ドイツ特許出願第１０１４９４７７．７号に記載のトルク・モデルの構成は、ここでは図３の実施形態により拡張される。この場合、従来定義された点火角効率ｅｔａｔｚｗ＝ｆ（ｄｚｗ）は、その意味において拡張される。これは、それぞれの排気弁が開くクランク角ｗｎｗａｏｅとの追加関数関係を形成する。したがって、これは、それぞれの排気弁の早い開放により発生する損失をも考慮して、化学エネルギーの機械エネルギーへの変換の総合効率を表わしている。
【００４１】
図３の流れ図は一実施例を示す。従来技術に比較して、ここではブロック５１０内に特性曲線群ＫＦＥＴＡＤＺＷが形成され、特性曲線群ＫＦＥＴＡＤＺＷは、例えばそれぞれの排気弁がそのクランク角において開き且つ排気カム軸の調節角に対応するこのクランク角ｗｎｗａｏｅから、および点火角の、最大図示トルクが設定されるその最適値ｚｗｏｐｔからの偏差から、化学エネルギーの機械エネルギーへの変換の総合効率ｅｔａｔｚｗを決定する。特性曲線群ＫＦＥＴＡＤＺＷが、図４にシミュレーションの結果として示されている。この場合、図示トルクの低減、即ち総合効率ｅｔａｔｚｗの低下は、点火を遅らせること、即ち点火角のその最適値ｚｗｏｐｔからの偏差ｄｚｗに対する値が大きくなること、およびそれぞれの排気弁の開放時期を早めること、即ちそれぞれの排気弁が開くクランク角ｗｎｗａｏｅを点火位相の上死点Ｚｕｅｎｄ−ＯＴに関して低下させることが同時に行われたときに発生する。
【００４２】
しかしながら、点火角のその最適値ｚｗｏｐｔからの偏差の代わりに、特性曲線群ＫＦＥＴＡＤＺＷの入力変数として、燃焼重心または燃焼のクランク角に関する位置を表わす他の変数が使用されてもよい。
【００４３】
排気カム軸の調節角ｗｎｗａｏｅの代わりに、特性曲線群ＫＦＥＴＡＤＺＷの入力変数として、それぞれの排気弁の開放時期を特徴づける他の変数が使用されてもよい。
排気弁の極端に早い開放ないしきわめて早い開放が発生しない場合に対する簡単な形態においては、精度を犠牲にして、特性曲線群ＫＦＥＴＡＤＺＷを２つの特性曲線の積に低減してもよい。これは総合効率の２つの部分効率への分割に対応する。第１の部分効率は、燃焼重心を特徴づける変数、即ち例えば点火角のその最適値ｚｗｏｐｔからの偏差の関数として決定される。第２の部分効率は、それぞれの排気弁の開放時期を特徴づける変数の関数として決定される。したがって、第１の部分効率は、この例においては従来の純粋な点火角効率であり、第２の部分効率は、この例においてはそれぞれの排気弁の開放時期の効率である。
【００４４】
この場合、簡単にするために、この考察においては充填量ｒｌの総合効率への影響は考慮されないものとする。
充填量ｒｌの考慮は、三次元特性曲線群を導くことになろう。この場合、充填量ｒｌは、フレッシュ・エア充填量であっても、または外部排気ガス再循環が設けられているかまたは内部排気ガス再循環が存在するかぎりにおいて排気ガスが混入された総合充填量であってもよい。この場合、さらに、充填量ｒｌに追加して、特性曲線群ＫＦＥＴＡＤＺＷに対する入力変数として、不活性ガス・レートｒｒｉが使用されてもよく、このときには、特性曲線群ＫＦＥＴＡＤＺＷは四次元または五次元となるであろう。総合効率への全ての影響を考慮するために、給気移動ｌｂもまたそれに追加して考慮されてもよい。不活性ガス・レートｒｒｉおよび給気移動ｌｂは、これらは特性曲線群５１０の入力変数としてオプションで示されているので、図３においては同様に破線で示されている。
【００４５】
図３の流れ図に示す改善トルク・モデルにより、きわめて早く開くそれぞれの排気弁および遅い点火角においても図示トルクの計算に対する高い精度が達成される。それぞれの排気弁の早い開放は、早めに高温燃焼ガスを排気系に排出し且つそれにより触媒の加熱を著しく加速するために望ましいことがある。
【００４６】
目標点火角を計算するためには、図３に示す上記トルク・モデルは反転されなければならない。対応のブロック回路図を図５が示している。
ブロック１０００において、設定されるべき目標トルクｍｉｓｏｌｌおよび最適トルクｍｉｏｐｔから、次式によって商を形成することにより、拡張点火角効率ないし総合効率に対する目標値ｅｔａｚｗｓｏｌｌが決定される。
【００４７】
【数４】
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【００４８】
ＫＦＤＺＷＥＴＡとも示されている反転特性曲線１１００に、次に、入力変数として、総合効率に対する目標値ｅｔａｚｗｓｏｌｌ、およびそれぞれの排気弁が開くクランク角ｗｎｗａｏｅが供給される。オプションとしてそれに追加して、同様に、場合により不活性ガス・レートｒｒｉおよび給気移動ｌｂを考慮して、入力変数として特性曲線群ＫＦＤＺＷＥＴＡに充填量ｒｌに対する値が供給されてもよい。出力変数として、このとき、目標点火角ｚｗｓｏｌｌの最適点火角値ｚｗｏｐｔからの偏差ｄｚｗｓｏｌｌが得られる。目標点火角ｚｗｓｏｌｌを決定するために、次に、減算点１２００において、目標点火角の偏差ｄｚｗｓｏｌｌが最適点火角値ｚｗｏｐｔから差し引かれる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】図１に、使用されるモデルの第１の設計の流れ図が示されている。
【図２】図２は、図示されているモデルが使用されるエンジン制御の全体図を示す。
【図３】図３に、実際トルクを決定するためのトルク・モデルの他の実施例が示されている。
【図４】図４は、化学エネルギーを機械エネルギーに変換するための効率を決定するための特性曲線群に対する１つの例を示す。
【図５】図５は、目標点火角を計算するための反転トルク・モデルを示す。
【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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【国際調査報告】
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