(57)【要約】  本発明は、一様作動時の内燃機関の制御方法に関する。そこでは内燃機関が、空気供給量、燃料供給量、及び点火角度を設定するための制御ユニットを有している。本発明が解決しようとする課題は、燃料消費量を低減するとともに、使用に供することができるトルク余量を増大することにある。この課題は、混合気の一定の空気‐燃料配分から出発して、供給すべき空気質量（ＬＭ）を増大し、それにより混合気を希薄化して第１のトルク余量（ＭＶ１）を発生するとともに、トルク要求がプラスである場合は、混合気を過濃化するために供給すべき燃料の分量（ＫＭ）を増大することにより、解決される。
2007529671.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一様作動での内燃機関の制御方法であって、内燃機関が、
−空気供給量、燃料供給量、及び点火角度を設定するための制御ユニットを有している、方法において、
−所定の空気・燃料混合比（λ）から出発して、供給すべき空気質量（ＬＭ）を増大し、及びそれにより空気・燃料混合気を希薄化して、第１のトルク余量（ＭＶ１）を発生する工程、及び、
−トルク要求がプラスである場合は、空気・燃料混合気を過濃化するために、供給すべき燃料質量（ＫＭ）を増大する工程、
から成ることを特徴とする、方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、
前記空気・燃料混合気の過濃化を、配分の当初の設定値をλ＝１領域に調整することにより実行する工程を特徴とする、方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の方法において、
前記点火角度（ＺＷ）を、最適効率の設定から出発して遅角側に調整し、前記空気質量（ＬＭ）及び前記燃料質量（ＫＭ）を（特にこれらの配分を維持しながら）増大し、それにより新たなトルク余量（ＭＶ２）を発生する工程を特徴とする、方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法において、
前記第１トルク要求（ＭＶ１）を上回るプラスのトルク要求である場合は、前記点火角度（ＺＷ）を進角方向に最適効率の設定に戻す工程を特徴とする、方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法において、
前記空気・燃料混合気の１０パーセントから１５パーセントまでの希薄化を行う工程、特にλ＝１である空気・燃料配分から出発して、λ＝１．１からλ＝１．２５までの範囲の空気・燃料配分に希薄化する工程を特徴とする、方法。
【請求項６】
請求項３〜５のいずれか一項に記載の方法において、
−ラムダ制御（λＳ）により、これに印加される基準トルク（ＭＳｏｌｌ＿λ）と（望ましくは現存する空気質量だけから）計算される実トルク（Ｍｉｓｔ＿Ｍｏｄｅｌｌ）との比から生じる第１の効率を算出する工程、
−点火角度制御（ＺＷＳ）により、これに印加される基準トルク（ＭＳｏｌｌ＿ＺＷ）と前記計算される実トルク（Ｍｉｓｔ＿Ｍｏｄｅｌｌ）との比から生じる第２の効率を算出する工程、
−更に前記両効率の算出結果に従属して、ラムダ制御（λＳ）及び点火角度制御（ＺＷＳ）間で、発生すべきトルク余量の分量配分を行う工程、
を特徴とする、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念（所謂おいて部分、プリアンブル部分）に係る内燃機関の制御方法、特にガソリンエンジンのトルク介入制御時又はアイドリング運転時の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の制御方法では、方式を全く異にする様々な方法が既に知られている。ガソリンエンジンのアイドリング制御の枠内では、回転数を定常に保持するために、エンジン出力トルクをマイナス方向（回転数の低下）にもプラス方向（回転数の上昇）にも変更できるようになっている。そこではトルク要求が生じると、一般には点火角度の調整と合わせ、供給すべき空気質量及び燃料質量を変更することにより、要求されるトルクへの調整が行われるようになっている。エンジントルクを極めて動的にプラス方向に調整できるようにするために、所謂トルク余量（Momentenvorhalt：トルク調整幅）が使用される。そこでは、点火角度が最適トルクの点火角度に対して遅角側に調整されると同時に、供給すべき空気質量も供給すべき燃料質量も増大される（例えば、ＢＭＷ５２０ｉ、２００４年モデルの内燃機関における、トルク余量を利用したトルク制御方法）。このトルク余量の範囲内で、発生されなければならないトルクへの調整を、点火角度が最適トルクの点火角度に向かって調整されることにより、極めて迅速に行うことができる。それにより、短時間出現するトルク要求を急速に補償して、アイドリング回転数の低下をごく僅かだけに止めることが可能となる。しかし、このような方法で発生されるトルク余量は（特に内燃機関のアイドリング時に）燃料消費量の増大をもたらしてしまう。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明が解決しようとする課題は、トルク余量の大きさに関しても燃料消費量に関しても改善された、冒頭に記した種類の方法を提示することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この課題は本発明により、請求項１の特徴全体によって解決される。空気質量の増大と、それにより達成される混合気の希薄化により、第１のトルク余量が発生され、その後でトルク要求がプラスである場合は、余量として留保されたトルクが、燃料質量を適切に増大することにより取り出されるようになっている。混合気のこの希薄化は特に、使用に供される乃至は供給される燃料質量を（例えば噴射時期を定常に保つことにより）定常に保持しながら空気質量を増大することにより達成される。それにより、エンジン出力トルクは変わらないのに、混合気が希薄化されると同時にアイドリング時の燃料消費量の大幅な削減が達成される。トルク要求が生じた時に初めて、希薄混合気をラムダ＝１領域に過濃化することにより、要求されたトルクが短時間の内に実際に使用に供されるようになる。しかし他にも空気質量だけを燃料質量に対して過分に増大することも考えられるが、この場合はそれにより実エンジントルクも同時に増大されてしまう。
【０００５】
例えばアイドリング運転においては、この時にパワーステアリングが操作されたり、空調装置等の電気負荷のスイッチが投入されたりすると、決まってトルク要求を生じている。本発明に従った方法は特に、定常に保たれなければならないアイドリング回転数を落ち着かせるために適したものとなっている。トルク要求は他にも、通常の走行運転において、例えば自動方式で実行されることになる変速切換えを目前に控えている場合等に生じている。惰行運転においても、運転者の当該する要望（負荷要求）に可能な限り遅滞なく応答できるようにするために、トルク余量が常時発生されるようにすると好適である。相応のトルク余量が所望される全ての状況において、そのトルク余量を使用に供することができるようにするために、内燃機関の運転が様々な運転パラメータに基づいて監視され、トルクの取出しを目前に控えていることを報せる当該運転パラメータが存在する場合には、トルク余量が発生されるようにしている。本発明に従った方法により、あらゆるケースにおいて内燃機関の自発的な応答挙動が保証されるとともに、公知の方法と比較して燃料の大幅な削減が達成される。
【０００６】
本発明の非常に好ましい実施形態の一例においては、点火遅角制御と同時に、使用に供すべき燃料質量が、空気質量を同様に増大しながら、増大されることにより、新たなトルク余量が達成されるようになっている。即ち、燃焼限界のために燃料質量を定常に保持しながら空気質量を増大することにより発生することができるトルク余量を上回るトルク余量が要求される場合は、燃料質量が、この場合も同様に空気質量を継続して増大しながら、この空気質量の増大特性に類似して増大されると同時に、点火角度が遅角側に延伸されるようになっている。
【０００７】
トルク要求が急速である、即ち迅速な対処を要するものである場合は、（時間的に見て）先ず最初に、定常な希薄ラムダ値（ラムダ＞１）で、点火角度がその時々の（設定されているラムダに当該する）最適トルクをもたらす点火角度となるまで、進角側に調整されると好適である。その後で初めて、ラムダ値がラムダ＝１領域に設定されるまで、追加燃料が供給される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
次に本発明を図面に基づき詳しく説明する。
図１には、線ＭＭにより内燃機関に現存するトルク（エンジントルク）の経時特性が、線ＫＭにより使用に供される燃料質量の経時特性が、線λにより空燃比の経時特性が、更に線ＬＭにより使用に供される空気質量の経時特性が示されている。そこでは空気質量特性ＬＭが、発生されなければならないトルクリザーブ即ちトルク余量ＭＶの特性に相応している。次に、図１に示される関係に基づいて作動する、一様作動時のガソリンエンジンを対象とする本発明に従ったトルク余量の発生方法を説明する。
【０００９】
（例えば内燃機関のアイドリング時の）静的トルクＭＭから出発して、第１トルク余量ＭＶ１を発生するために、時点ｔ１に、燃料質量ＫＭを維持したままで空気質量ＬＭを増大することにより、混合気を希薄化する。混合気のこの希薄化は、時点ｔ２に、事前に設定可能な限界値λＧｒｅｎｚを有する、定義済みの空燃比であるラムダλが設定されるまで行われる。それにより、このトルク余量立ち上げ期Ｉ（時点ｔ１とｔ２の間の時間）においては、実際のエンジントルクＭＭは変わらずに、第１トルク余量ＭＶ１が立ち上げられる。この第１トルク余量ＭＶ１は、空燃比ラムダλに対して限界値λＧｒｅｎｚが設定されているために、実質的に限定されている。図示の例において、この事前に設定される限界値λＧｒｅｎｚは１．１５で、好ましい限界値λＧｒｅｎｚは、１．１≦λＧｒｅｎｚ≦１．２５の範囲である。
【００１０】
新たなトルク余量ＭＶ２は、本発明の展開構成例においては、点火角度ＺＷを（特に最適効率の設定から出発して）遅角方向に調整し、更に空気質量ＬＭ及び燃料質量ＫＭを（好ましくはそれらの配分を維持しながら）増大することにより達成されるようになっている。図示の実施例においては、点火角度ＺＷの調整及びそれと同時に行われる空気質量と燃料質量の増大によるトルク余量（新たなトルク余量ＭＶ２）の発生が、時間的に見て、混合気の希薄化により実現されるトルク余量（第１トルク余量ＭＶ１）の発生に続いて行われるようになっている。しかしこれに当該するのは、本発明の好ましい実施形態の一例に過ぎない（トルク余量の上述の二通りの発生方式は、順序がこれとは逆でもかまわない）。図１に示されるように、時点ｔ２以降にＭＶ１を上回る所望のトルク余量を得るために、トルク余量立ち上げ期II（そこでは限界値λＧｒｅｎｚに到達している）において、点火角度ＺＷを同時に遅角側に延伸しながら、所望される新たなトルク余量ＭＶ２が達成され、それにより所望の合計トルク余量ＭＶ（ＭＶ＝ＭＶ１＋ＭＶ２）が達成されるまで、空気質量ＬＭ及び燃料質量ＫＭが一様に増大されるようになっている。
【００１１】
図２に基づき、本発明の更に別の展開構成例に基づいて発生されるトルク余量の分割に際しての、開ループ並びに閉ループ制御システムの好ましい作動方式について、具体的に説明する。図２には、所望される合計トルク余量ＭＶを第１トルク余量ＭＶ１と第２トルク余量ＭＶ２とに分割するプログラム部分が示されており、そこでは第１トルク余量ＭＶ１が混合気の希薄化により、第２トルク余量ＭＶ２が、点火角度ＺＷの遅角側への延伸と同時に空気質量ＬＭ及び燃料質量ＫＭを増大することにより発生されるようになっている。
【００１２】
そのためにトルク座標ＭＫから、現実に存在している運転条件のために必要である基準トルクＭＳｏｌｌが、点火角度制御ＺＷＳ及びラムダ制御λＳに送られる。それと同時に上位負荷制御ＬＳに、この基準トルクＭＳｏｌｌに所望されるトルク余量ＭＶを加えた合計基準トルクＭＳｏｌｌ＿ｇｅｓが送られる。負荷制御ＬＳは、この所望の合計基準トルクＭＳｏｌｌ＿ｇｅｓに基づいて、必要な空気質量ＬＭを算出し、弁（弁楊程Ｈｕｂ）、スロットルバルブ（スロットルバルブ位置ＤＫ）、カムシャフト（カムシャフト位置ＶＡＮＯＳ）、及び場合によっては更に別のエンジンコンポーネントの制御を通じてこの空気質量ＬＭへの調整を行うようになっている。時点ｔ１以降に空気質量ＬＭがこのように単独で増大しても、エンジン出力トルクＭＭに増大は生じない。
【００１３】
この空気質量ＬＭの増大は監視されており、所定の空燃比に到達し、それに伴い所定の希薄燃焼限界に到達する時点ｔ２以降は、空気質量ＬＭが更に継続して増大されると同時に、燃料質量ＫＭも同様に増大され、更にそれと同時に点火角度ＺＷも遅角側に向かって調整される。これは、時点ｔ３で所望される合計トルク余量ＭＶに到達するまで行われる。本発明のこの展開構成例においても、エンジン出力トルクＭＭの増大は、点火遅角制御のために、どの時点においても行われないようになっている（行われるのはトルク余量ＭＶの増大だけである）。
【００１４】
合計トルク余量を、空気質量の増大による希薄化によって発生される第１トルク余量ＭＶ１と、点火遅角制御及びそれと同時に行われる空気質量ＬＭと燃料質量ＫＭの増大により発生される第２トルク余量ＭＶ２とに配分するプロセスは、協働する二つの効率算出装置ＷＧＺＷ、ＷＧλにより行われる。その際にはラムダ制御λＳの効率算出装置ＷＧλにより、これに印加される基準トルクＭＳｏｌｌ＿λと、負荷検出装置ＬＥＥにおいて（望ましくは負荷制御ＬＳにより増大された空気質量ＬＭだけに基づいて）算出される実トルクＭｉｓｔ＿Ｍｏｄｅｌｌとの比から生じる第１の効率が算出される。点火角度制御ＺＷＳの効率算出装置ＷＧＺＷにより、これに印加される基準トルクＭＳｏｌｌ＿ＺＷと上述の実トルク計算値Ｍｉｓｔ＿Ｍｏｄｅｌｌとの比から生じる第２の効率が算出される。続いてこれらの算出された効率に従属して、発生すべきトルク余量のラムダ制御λＳと点火角度制御ＺＷＳ間の分量配分が行われる。設定すべき点火角度ＺＷ及び設定すべき空燃比λを算出するために、点火角度制御ＺＷＳの効率算出装置ＷＧＺＷは点火角度を算出するためのモデルＭｏｄＺＷに影響を与え、又負荷制御λＳの効率算出装置ＷＧλはその時々の燃料の分量を算出するためのモデルＭｏｄλに影響を与えるようになっている。
【００１５】
図示の実施形態においては、合計トルク余量ＭＶの内、第１トルク余量ＭＶ１は、定義された限界まで、ラムダ制御λＳだけによりもたらされるようになっており、ＭＶ１だけによっては合計トルク余量ＭＶを満足できない場合に初めて、第２トルク余量ＭＶ２によりそれを上回るトルクリザーブを実現できるようになっている。そのためにラムダ制御λＳにはリミッタユニットＢＥが備えられ、これを介して点火角度制御ＺＷＳの効率算出装置ＷＧＺＷに、定義済みの限界値λＧｒｅｎｚに当該する限界効率に到達するまでは、その時々の実効率が送られ、この限界効率に到達した後は、定常の限界効率自体が送られるようになっている。ラムダ制御λＳから送られるこの限界効率に基づいて、第１トルク余量ＭＶ１を上回る合計トルク余量の分量を、ＭＶ２として、点火角度制御ＺＷＳにより発生することができる。この限界効率に到達するまでは、効率算出装置ＷＧＺＷから点火角度モデルＭｏｄＺＷに、値が１である効率が常時送られ、それにより最適効率の点火角度ＺＷが常時出力されるようになっている。ラムダ制御λＳにおいてラムダ限界値λＧｒｅｎｚにより定義される全効率を上回ると初めて、点火角度制御ＺＷＳの効率算出装置ＷＧＺＷに、不変の固定値である効率（全効率値）が送られる。それにより、ラムダ制御λＳにおいて定義済みの全効率に到達した後は、点火角度制御ＺＷＳの効率算出装置ＷＧＺＷにより、点火角度モデルＭｏｄＺＷに送る効率として１以外の値が算出され、更にこれに従属して、相応に遅角側にずらされた点火角度が算出されて出力される。第２トルク余量ＭＶ２を発生するために、この点火遅角制御と同時に空気質量ＬＭ及び燃料質量ＫＭが増大される。
【００１６】
トルク余量を取り出すための手段（以下ではトルク取出し装置ＭＡＥと呼ぶ）により、所望される制御介入方式（点火角度制御によるトルク余量の発生、又は、ラムダ制御及び場合によってはそれに続く定義済みラムダ限界値到達時の点火角度制御によるトルク余量の発生）に応じて、一段と増大したトルクリザーブを速やかに使用に供せるようにするとよい。この場合は、いずれにせよ印加される基準トルクＭＳｏｌｌ要求と一緒に、トルク取出し装置ＭＡＥからの更にもう一つの一定の大きさのトルク要求が、点火角度制御ＺＷＳ（ＭＳｏｌｌ＿ＺＷ）及び／又はラムダ制御λＳ（ＭＳｏｌｌ＿λ）の入力に送られる。
【００１７】
本発明の別の展開構成例においては、設定されるべきトルク余量ＭＶの一部の分量を、少なくとも一定時間にわたり点火角度制御又はラムダ制御λＳに割り込ませる分割装置ＡＥが備えられるようになっている。図示の例においては、この分割装置ＡＥにより、所望されるトルク余量ＭＶの一部が、基準トルクＭＳｏｌｌと一緒に、ラムダ制御λＳに直接送られるようになっている。それにより、先ず点火角度制御によるトルク余量の発生が行われ、ラムダ制御λＳの入力に割り込んだトルク余量の要求が消えた後に初めて、ラムダ制御λＳによる希薄化によりトルク余量の発生が行われることによって、いわば徐々にフェードインされる希薄化によるトルク余量の発生が達成されるようになる。或いはその代わりに、（ラムダ制御λＳにトルク余量の一部の分量を割り込ませる代わりに）、リミッタユニットＢＥから、制御開始に伴い直ちに点火角度制御ＺＷＳに、最小限可能な効率の代わりに前以て定義された１００％から始まる限界効率が送られ、これがこの最小限可能な効率まで徐々に減少されることによって、両方のトルク余量発生方式のそのようなフェードインが達成されるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】各種運転量との関係で本発明に従ったトルク余量の立ち上げ特性を図示的に示したグラフである。
【図２】二つの分量から成る合計トルク余量の立ち上げ方法を示す基本配線図である。
【符号の説明】
【００１９】
ＡＥ      分割装置
ＢＥ      リミッタユニット
ＤＫ      スロットルバルブ位置
Ｈｕｂ    弁揚程
ＫＭ      燃料質量
ＬＥＥ    負荷検出装置
ＬＭ      空気質量
ＬＳ      負荷制御
ＭＡＥ    トルク余量取出し装置
ＭＫ      トルク座標
ＭＭ      エンジントルク
ＭＶ      トルク余量
ＭＶ１    第１トルク余量
ＭＶ２    第２トルク余量
Ｍｉｓｔ＿Ｍｏｄｅｌｌ  実トルク計算値
ＭＳｏｌｌ    基準トルク
ＭＳｏｌｌ＿ｇｅｓ    合計基準トルク
ＭＳｏｌｌ＿λ    ラムダ制御用基準トルク
ＭＳｏｌｌ＿ＺＷ    点火角度制御用基準トルク
Ｍｏｄλ    ラムダモデル
ＭｏｄＺＷ    点火角度モデル
ｔ１、ｔ２、ｔ３    時点
ＷＧＺＷ    効率算出装置
ＷＧλ    効率算出装置
ＺＷ      点火角度
ＺＷＳ    点火角度制御
λＳ      ラムダ制御
λ        空燃比
λＧｒｅｎｚ    限界空然比
ＶＡＮＯＳ  カムシャフト位置
Ｉ        第１トルク余量立ち上げ期
II        第２トルク余量立ち上げ期
【図１】
2007529671.tif 000003
【図２】
2007529671.tif 000004
【国際調査報告】
2007529671.tif 000005
2007529671.tif 000006
2007529671.tif 000007
2007529671.tif 000008