(57)【要約】【課題】トルクモデルを使用する内燃機関の制御方法および装置において、モデルの精度をさらに改善する。【解決手段】内燃機関の制御方法および装置において、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・モデルが使用される。この場合、トルク・モデルは少なくとも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る。基本変数は、次の変数の少なくとも１つ、即ち、不活性ガス・レートおよび給気移動効果を考慮して補正される内燃機関の最適トルク、または、不活性ガス・レートおよび／または給気移動効果、および内燃機関の実際作業点の関数として補正される最適点火角である。【選択図】図１
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【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、前記モデルが少なくとも１つの基本変数を含み、該基本変数は、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る、内燃機関の制御方法において、
前記基本変数が、次の変数の少なくとも１つ、即ち、
不活性ガス・レートおよび給気移動効果を考慮して補正される内燃機関の最適トルク、または、
前記不活性ガス・レートおよび／または給気移動効果、および内燃機関の実際作業点の関数として補正される最適点火角、
であることを特徴とする内燃機関の制御方法。
【請求項２】
前記最適トルクの補正が、前記不活性ガス・レート並びに吸気弁および排気弁の位置の関数であ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】
前記最適点火角が、前記不活性ガス・レートおよび吸気弁ないし排気弁の位置ないし弁重なり、並びに内燃機関の実際運転点の関数として、補正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】
前記最適点火角の補正が、λ値および実際負荷の関数として行われることをさらに特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の制御方法。
【請求項５】
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、前記モデルが少なくとも１つの基本変数を含み、該基本変数は、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る、内燃機関の制御方法において、
前記基本変数が、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により補正された最適トルクを表わし、前記効率が、最適点火角と実際点火角との間の偏差および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と、
を特徴とする内燃機関の制御方法。
【請求項６】
前記最適点火角が、フレッシュ・エア充填量、エンジン回転速度、および少なくとも１つの他の変数の関数として決定されることを特徴とする請求項５に記載の制御方法。
【請求項７】
前記燃焼性を表わす変数が、前記最適点火角であることを特徴とする請求項５または６に記載の制御方法。
【請求項８】
前記他の変数が、不活性ガス・レート、λ値、給気移動に対する変数であることを特徴とする請求項５、６または７に記載の制御方法。
【請求項９】
前記効率を形成するために、点火角偏差に対する効率の異なる特性線図が使用され、この特性線図が、最適点火角位置の関数として異なる重みづけがなされて効率の決定に使用されることを特徴とする請求項５ないし８のいずれかに記載の制御方法。
【請求項１０】
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る、内燃機関の制御装置において、
前記基本変数が、次の変数の少なくとも１つ、即ち、
不活性ガス・レートおよび弁重なりの関数として補正される最適トルク値、または
前記不活性ガス・レートおよび／または弁重なりおよび内燃機関の実際作業点の関数として補正される最適点火角、
であることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項１１】
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る、内燃機関の制御装置において、
前記基本変数が、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により補正された最適トルクであり、前記効率が、最適点火角と実際点火角との間の偏差並びに燃焼性を決定する他の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装置。
【請求項１２】
コンピュータで実行されるとき、請求項１ないし９のいずれかに記載の方法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１３】
コンピュータで実行されるとき、請求項１ないし９のいずれかに記載の方法の各々のステップを実行するための、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５，５５８，１７８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、点火角を設定するための、および／または内燃機関へ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５，６９２，４７１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５，８３２，８９７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、計算の基本変数は正確なトルク計算を達成することができない。
【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における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。
〔発明の利点〕
内燃機関に対するトルク・モデルの範囲内において最適トルクを決定するときに不活性ガス・レートおよび／または給気移動効果を考慮することにより、モデルの適用の改善、特に簡単化並びに計算時間の短縮が達成される。さらに、最適点火角の、不活性ガス・レートの関数としての補正において作業点を考慮することにより、この補正の作業点との関数性が考慮され、且つトルク・モデルが明らかに改善される。
【０００９】
この手段により、内燃機関の充填量が小さい場合に、吸気弁および排気弁の重なりが大きくおよび／または不活性ガス・レートが高いときにおいても、モデルにより計算される図示エンジン・トルクの高い精度が達成される。したがって、改善されたモデルは、連続調節可能または切換調節可能な吸気弁および排気弁を有する内燃機関に対して、ないし外部排気ガス再循環を有する内燃機関において、適している。
【００１０】
例えば、変速機制御装置へのインタフェースを介して点火角効率の低減が要求されるとき、高いトルク精度が達成されることが有利である。
トルク・モデルの精度および最適点火角と最善（最大）トルクの点火角との一致を明らかに改善するトルク・モデルが提供されることが特に有利である。このモデルが反転可能（逆関数を求めることが可能）であり、即ち与えられた目標トルクおよび与えられた充填量における目標点火角の計算、並びに与えられた目標トルクおよび与えられた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可能にすることが特に有利である。
【００１１】
図示エンジン・トルクを計算するためのトルク・モデルは、点火係合が著しく異なる場合においても高い精度を特徴とし、最適点火角の最適化変数と最善トルクにおける点火角との良好な一致を特徴とする。
【００１２】
さらに、実際に設定されるべき基本点火角の簡単な適用可能性が達成され且つあらゆるエンジン構成に対して、即ち排気ガス再循環、可変カム軸制御、可変弁リフト、弁遮断および／または給気移動弁を有するエンジンに対して、モデル使用の適合性が可能となる。
【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、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ｅｔａｌａｒｍと乗算される。λ効率ｅｔａｌａｒｍ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値、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値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】
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【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】
2005505717.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】
2005505717.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。次に、測定され且つ場合により評価された運転変数信号は、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】
上記のトルク・モデルは確かに不活性ガス・レートおよび給気移動効果を有する運転状態を考慮しているが、変化する点火係合の勾配は考慮していない。化学エネルギーから機械エネルギー（図示トルク）への変換に対して、燃焼重心、即ち例えば燃焼エネルギーの半分がその角において変換されているクランク軸角が重要である。測定の結果、このクランク軸角は、エンジン回転速度、エンジン負荷、および残留ガス含有量とは十分に独立であり且つ燃焼重心と図示トルクとの間の一般的な関係として表現可能であることがわかった。この場合、化学エネルギーの最善の変換は、上死点後、８°のクランク軸角の燃焼重心において達成される。
【００３２】
さらに以下に記載の他の関係が成立する。点火角を特定の角度値だけ遅れ方向にシフトすることは燃焼重心をも遅れさせる。しかしながら、この遅れは一定ではない。例えば、きわめて早い点火（ＯＴ（上死点）の手前６０°クランク軸角）が１０°だけ遅らされた場合、ある時点に点火火花が発生し、これにより、中間時間内の圧縮により圧力および温度が著しく上昇される。この結果、着火がより早期に行われ、１０°の遅れ点火は数度（例えば、４°）の燃焼重心の遅れを与えるにすぎない。これは、１０°の遅れ点火にもかかわらずエンジンの内部トルクは僅かに減少したにすぎないことを意味する。これは、典型的には、燃焼性がきわめて悪い混合物（僅かなフレッシュ・ガス充填量、多くの残留ガス充填量、低い燃焼温度、少ない給気移動）を有する運転点の場合である。燃焼性がきわめてよい混合物（高い給気移動、多いフレッシュ・ガス充填量、少ない残留ガス充填量、高い燃焼温度）においては、より早い点火角は必要ではない。最大トルクに対する点火角は、上死点手前５°−１０°の付近にある。ここで１０°の遅れで点火された場合、着火過程はもはや上昇圧力および上昇温度から有利性を得ることはない。ピストンが下がるときにはじめて着火が行われた場合、開始されたエネルギー変換における圧力上昇速度は低下され、着火は遅らされ且つ燃焼重心は単なる点火角シフトよりもさらに遅れ方向にシフトされる。点火角係合（異なる最適点火角におけるトルクと点火角との間の関係）は明らかにより急勾配となる。
【００３３】
したがって、与えられた混合物および与えられた境界条件（給気移動、温度）において、点火角係合の急勾配は、最大トルクが得られる点火角から離れている。言い換えると、最善点火角が早期位置にある場合、フラットな点火角係合が得られ、最善点火角が遅れ位置にある場合、より急勾配の点火角係合が得られる。この特性は、トルク・モデル形成において、混合物の着火性を表わす変数の使用により、およびこれから導かれた、少なくとも２つの所定の特性線図からの勾配の大きいほうまたは小さいほうのトルク特性線図の選択により考慮される。このような変数に対する一例が最適点火角である。この知見を利用して以下のトルク・モデルが形成される。
【００３４】
図４の流れ図において、個々のブロックは、プログラム・ステップ、プログラム部分、またはプログラムを表わし、一方、結合ラインは情報の流れを示している。点火角効率ｅｔａｚｗｉｓｔの計算が示されている。この効率は、実際点火角ｚｗｉｓｔの最適点火角からの偏差およびこの偏差のトルクへの影響を表わしている。上記の関係を考慮するために、２つの特性線図ｅｔａｄｚｗｎおよびｅｔａｄｚｗｘが設けられている。この場合、特性線図は、実際点火角と最適点火角との間の偏差に対する効率の特性曲線を示している。この場合、一方の特性線図（ｅｔａｄｚｗｎ）は急勾配であり、他方の特性線図（ｅｔａｄｚｗｘ）はフラットである。このような特性曲線の例が図６に示され、図６に２つの特性曲線が示されている。この場合、よりフラットな特性曲線は早い最適点火角に対して使用され、より急勾配の特性曲線は遅い最適点火角に対して使用される。これを実際点火角の決定においても適用させるために、さらに係数ｆｚｗｏｐｔを形成するように設計されている。係数ｆｚｗｏｐｔは、最適点火角および適用可能な２つの点火角変数ｚｗｏｐｔｍｎおよびｚｗｏｐｔｍｘから決定され、例えば、実際最適点火角の、適用可能な２つの変数に対する比の形成から決定される。ある実施例においては、点火角値ｚｗｏｐｔｍｎに対して、０°のクランク軸角が、点火角値ｚｗｏｐｔｍｘに対して６０°のクランク軸角が適切であることがわかった。
【００３５】
このようにして形成された係数ｆｚｗｏｐｔは、図４に示すように、減算位置３００において、最初に値１から差し引かれる。他の減算位置３０２において、冒頭記載のような特性曲線群から形成された最適点火角ｚｗｏｐｔと、実際設定点火角ｚｗｉｓｔとの間の偏差が形成される。この偏差ｄｚｗは、特性曲線３０４（ｅｔａｄｚｗｘ）および特性曲線３０６（ｅｔａｄｚｗｎ）に供給される。これらの２つの特性曲線から、個々の設定最適点火角に対する効率がそれぞれ読み取られる。特性曲線群３０４の値は、乗算段３０８において係数ｆｚｗｏｐｔと乗算され、一方、特性曲線３０６の点火角効率は、乗算段３１０において、１より係数ｆｚｗｏｐｔだけ小さい値と乗算される。これら２つの変数は、次に加算位置３１２において加算されて点火角効率ｅｔａｚｗｉｓｔが得られる。したがって、点火角効率に対して、次式が得られる。
【００３６】
【数４】
2005505717.tif 000006
【００３７】
したがって、最適点火角ｚｗｏｐｔがより小さい点火角値ｚｗｏｐｔｍｎの付近にある場合、トルク特性線図として、より急勾配の特性曲線ｅｔａｄｚｗｎが使用され、きわめて早い最適点火角においては、係数ｆｚｗｏｐｔは１に向かい且つよりフラットな特性曲線ｅｔａｄｚｗｘが効果を表わす。極値の間においては、点火角効率を決定するために、特性曲線は重みづけされて使用される。
【００３８】
図５は、目標点火角ｚｗｓｏｌｌの形成を示し、図５に、係数ｆｚｗｏｐｔを計算するための好ましい実施態様もまた示されている。この流れ図においても、個々のブロックは、プログラム・ステップ、プログラム部分、またはプログラムを表わし、一方、結合ラインは情報の流れを示している。最初に最適点火角が読み込まれる。最適点火角は、第１の減算位置４００および第２の減算位置４０２に供給される。第２の減算位置４０２において、最適点火角から適用可能点火角値ｚｗｏｐｔｍｎが差し引かれる。この差は、最大値選択段４０４に供給され、最大値選択段４０４の第２の入力に値０が供給されている。２つの値の大きいほうが、次に合成変数として除算位置４０６に伝送される。この除算位置において、第３の減算位置４０８において形成された、適用可能変数ｚｗｏｐｔｍｘおよびｚｗｏｐｔｍｎの間の差の値が前記合成値により除算される。この結果が最小値選択段４１０に伝送され、最小値選択段４１０において、値１と除算位置４０６からの結果との小さいほうが係数ｆｚｗｏｐｔとして出力される。さらに、トルク目標値ｍｉｚｓｏｌ並びに最適トルクｍｉｏｐｔ（特性曲線群から）が読み込まれる。除算位置４１２において、トルク目標値が最適トルクにより除算され且つ２つの特性曲線４１４および４１６に供給される。これらの特性曲線ｄｚｗｅｔａｘおよびｄｚｗｅｔａｎは、トルク偏差に対する点火角を示す２つの特性曲線である。この場合もまた、一方の特性曲線は早い最適点火角に対して設けられ、他方の特性曲線は遅い最適点火角に対して設けられている。これらは図６の特性曲線に対応する。特性曲線から決定された２つの点火角値は、一方で乗算位置４１８において係数ｆｚｗｏｐｔと乗算され、他方で乗算位置４２０において、減算位置４２２において形成された値（１−ｆｚｗｏｐｔ）と乗算される。このようにして重みづけされた点火角変数は加算位置４２４において加算され、且つ減算位置４００において最適点火角ｚｗｏｐｔから差し引かれる。この結果が目標点火角ｚｗｓｏｌｌであり、目標点火角ｚｗｓｏｌｌは、所定の目標トルクを設定するために設定されるべきものである。
【００３９】
この場合もまた、２つの特性曲線４１４および４１６の値は、最適点火角の選択の関数として上記のように限界値に重みづけされる。
図７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、混合物の燃焼性を特徴づけるための変数に対する例として、変数ｚｗｏｐｔもまた点火角効率を計算するためのブロック内に取り入れられている。
【００４０】
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、他の乗算位置５０８に供給され、乗算位置５０８において、トルク値は、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最適点火角ｚｗｏｐｔ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。
【００４１】
２つのトルク特性線図による上記の重みづけの代わりに、他の設計においては、２つより多いトルク特性線図が設定され且つそれに対応して評価される。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【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は、燃焼性の異なる混合物におけるエンジン・トルクｍｉと最適点火角との関数性、並びに既知のトルク・モデルにおける２つのケースにおいて最適化により近似された曲線が示されている線図を示す。
【図４】図４は、効率ｅｔａｚｗｉｓｔを計算するための流れ図を示す。
【図５】図５に、目標点火角ｚｗｓｏｌｌを計算するための流れ図が示されている。
【図６】図６は、点火角効率を計算するために使用される特性曲線群に対する１つの例を示す。
【図７】図７に、実際トルクを計算するためのトルク・モデルの他の実施例が示されている。
【国際公開パンフレット】
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【手続補正書】
【提出日】平成15年7月15日(2003.7.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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、前記モデルが少なくとも１つの基本変数を含み、該基本変数は、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、前記基本変数が、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により補正された最適トルクを表わし、前記効率が、最適点火角と実際点火角との間の偏差、および他の、混合物の燃焼性を表わす変数の関数として決定される、内燃機関の制御方法において、
前記効率を形成するために、点火角の前記偏差に対する効率の異なる特性線図が使用され、該特性線図が前記最適点火角の位置の関数として異なる重みづけがなされて効率の決定に使用されること、
を特徴とする内燃機関の制御方法。
【請求項２】
前記最適点火角が、フレッシュ・エア充填量、エンジン回転速度、および少なくとも１つの他の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に記載の制御方法。
【請求項３】
前記燃焼性を表わす変数が、最適点火角であ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】
前記他の変数が、不活性ガス・レート、λ値、給気移動に対する変数であ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】
内燃機関の前記最適トルクが、不活性ガス・レートおよび給気移動効果を考慮して補正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】
前記最適トルクの補正が、不活性ガス・レート、並びに吸気弁および排気弁の位置の関数であることを特徴とする請求項５に記載の制御方法。
【請求項７】
前記最適点火角が、不活性ガス・レートおよび／または給気移動効果、および内燃機関の実際作業点の関数として補正されることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の制御方法。
【請求項８】
前記最適点火角が、不活性ガス・レート、および吸気弁ないし排気弁の位置ないし弁重なり、並びに内燃機関の実際運転点の関数として補正されることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の制御方法。
【請求項９】
前記最適点火角の補正が、λ値および実際負荷の関数として行われることをさらに特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の制御方法。
【請求項１０】
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、前記基本変数が、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により補正された最適トルクであり、この効率が、最適点火角と実際点火角との間の偏差並びに燃焼性を決定する他の変数の関数として決定される、内燃機関の制御装置において、
前記効率を形成するために、点火角の前記偏差に対する効率の異なる特性線図が使用され、この特性線図が最適点火角位置の関数として異なる重みづけがなされて効率の決定に使用されること、
を特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項１１】
コンピュータで実行されるとき、請求項１ないし９のいずれかに記載の方法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１２】
コンピュータで実行されるとき、請求項１ないし９のいずれかに記載の方法の各々のステップを実行するための、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。
【国際調査報告】
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