(57)【要約】【課題】  二次空気チャージャを使用したときの正確な充填量制御および二次空気チャージャの診断を可能にする、内燃機関を備えた特に車両の駆動ユニットの制御方法および装置を提供する。【解決手段】  内燃機関（５）を備えた特に車両の駆動ユニットの制御方法および装置において、二次空気チャージャ（１０）を使用したときの正確な充填量制御並びに二次空気チャージャ（１０）の診断を可能にする。二次空気チャージャ（１０）により、二次空気が内燃機関（５）の排気系（１５）内に吹き込まれる。二次空気チャージャ（１０）が、内燃機関（５）への空気供給量を調節するための調節要素（２０）の前後の圧力落差により駆動される。二次空気チャージャ（１０）のタービン（２５）を駆動する空気質量流量の関数として補正される内燃機関（５）への空気供給量を調節するために、調節要素（２０）が操作される。【選択図】  図１
2004156613.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次空気チャージャ（１０）により、二次空気が内燃機関（５）の排気系（１５）内に吹き込まれ、二次空気チャージャ（１０）が、内燃機関（５）への空気供給量を調節するための調節要素（２０）の前後の圧力落差により駆動される、内燃機関（５）を備えた車両の駆動ユニット（１）の制御方法において、
二次空気チャージャ（１０）のタービン（２５）を駆動する空気質量流量の関数として補正される内燃機関（５）への空気供給量を調節するために、調節要素（２０）が操作されること、
を特徴とする内燃機関を備えた車両の駆動ユニットの制御方法。
【請求項２】
調節要素（２０）内を通過して内燃機関（５）に供給されるべき空気質量流量が、内燃機関（５）に供給されるべき全空気質量流量から、二次空気チャージャ（１０）のタービン（２５）内を通過する空気質量流量を差し引いた空気質量流量に対応するように、調節要素（２０）が操作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】
二次空気チャージャ（１０）のタービン（２５）内を通過する空気質量流量に対する値が、内燃機関（５）への測定空気供給量とモデル化空気供給量との比較により適応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】
内燃機関（５）への空気供給量が、空気質量流量計（３０）および圧力センサの少なくともいずれかにより測定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】
内燃機関（５）への空気供給量が、二次空気チャージャ（１０）のタービン（２５）内を通過する空気質量流量を考慮して、エンジン回転速度および調節要素（２０）の位置の関数としてモデル化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】
二次空気チャージャ（１０）のタービン（２５）内を通過する適応空気質量流量が、所定の公差帯域外にあるときに、二次空気チャージャ（１０）のエラー機能が検出されることを特徴とする請求項３ないし５のいずれかに記載の制御方法。
【請求項７】
前記所定の公差帯域が、二次空気チャージャ（１０）のタービン（２５）内を通過する空気質量流量に対するモデル化値を含むように選択されていることを特徴とする請求項６に記載の制御方法。
【請求項８】
排気系（１５）内の測定酸素濃度の値が、所定の酸素濃度から、所定のしきい値以上の偏差を有しているときに、二次空気チャージャ（１０）のエラー機能が検出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】
排気系（１５）内の測定空気／燃料混合比の値が、所定の値から、所定のしきい値以上の偏差を有しているときに、二次空気チャージャ（１０）のエラー機能が検出されることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の制御方法。
【請求項１０】
内燃機関（５）と、内燃機関（５）の排気系（１５）内に二次空気を吹き込む二次空気チャージャ（１０）とを備え、二次空気チャージャ（１０）の駆動が、内燃機関（５）への空気供給量を調節するための調節要素（２０）の前後の圧力落差により行われる、車両の駆動ユニット（１）の制御装置（４０）において、
二次空気チャージャ（１０）のタービン（２５）を駆動する空気質量流量の関数として補正される内燃機関（５）への空気供給量を調節するために、調節要素（２０）を操作するための操作手段（３５）が設けられていること、
を特徴とする内燃機関を備えた車両の駆動ユニットの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関を備えた、特に車両の駆動ユニットの制御方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車の運転において、炭化水素、一酸化炭素および窒素酸化物の形態の有害物質エミッションに対する法的規制限界値をクリアするために、触媒による排気ガス後処理が必要である。この場合、触媒は、有害物質を、水、二酸化炭素および窒素のような無害な最終生成物に転換する化学反応のための活性化エネルギーを減少させる。有効な排気ガス後処理は、常に、少なくとも２５０−３００℃のいわゆるライト・オフ（Ｌｉｇｈｔ−Ｏｆｆ）温度からなる触媒温度を必要とする。したがって、排気ガス最適化の目的は、触媒をできるだけ急速にライト・オフ温度にもたらし、これによりできるだけ少ない有害物質を放出させることであり、その理由は、この場合、さらに後処理が可能ではないからである。ここでは、触媒に対する加熱源としてエンジン燃焼の排気ガスが使用され、排気ガスは、このために、内燃機関の効率を意図的に低下させることによりさらに加熱される。希望の排気ガス規制を達成するためにこれが十分でない場合、外部構成要素を用いた追加加熱手段が必要である。
【０００３】
この場合、上記の方法は、以下において二次空気と呼ばれるフレッシュ・エアを、排気系内に吹き込むことを示している。フレッシュ・エアは、約６００℃の点火温度以下のエンジン燃焼からの余剰燃料と発熱反応をする。この後処理の利点は、一方で、触媒を作動温度まで加熱するために必要な排気ガス温度の顕著な上昇であり、他方で、燃焼過程に基づく炭化水素エミッションの低下である。
【０００４】
二次空気吹込みは、触媒がその作動温度に到達するまでの間のみ行われる。次に、診断の目的で、走行サイクルの間に、さらにもう一度短時間二次空気の吹込みが行われる。
二次空気の吹込みのために、従来は、電動二次空気ポンプが使用されている。したがって、二次空気の吹込みは、エンジン制御に、本質的には空気／燃料混合比の制御の補正に他の影響を与え、また電動ポンプの作動により必要とされる追加の発電機負荷に基づいて、トルク余裕の上昇が制限される。この急速な触媒加熱方法は、始動運転においては、８０アンペア以下および定常運転においては約３２アンペアの二次空気ポンプの電流消費を必要とし、また約２．５ｋｇの重量および約３リットルの容積を必要とする。
【０００５】
文献「二次空気チャージャ−吸気マニホルドに対する高統合二次空気系」、Ｋ．フンメルおよびＳ．ワイルド著、ＳＡＥ ｐａｐｅｒ ２００１−０１−０６６５ から、タービンを駆動するために、内燃機関への給気系内の絞り弁の前後の圧力落差を利用した、いわゆる二次空気チャージャが既知である。タービンは、軸を介して二次空気を圧縮するための圧縮機と結合され、このとき二次空気は通常排気系内に吹き込まれる。このような二次空気チャージャの利点は、電気駆動エネルギーを必要としないこと、この場合約０．５ｋｇと比較的重量が小さいこと、およびこの場合約１リットルと容積が比較的小さいことにある。二次空気チャージャは、それを駆動するための空気質量流量を供給する弁を介して制御される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
二次空気チャージャを使用したときの正確な充填量制御並びに二次空気チャージャの診断を可能にする、内燃機関を備えた、特に車両の駆動ユニットの制御方法および装置を提供することが本発明の課題である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、二次空気チャージャにより、二次空気が内燃機関の排気系内に吹き込まれ、二次空気チャージャが、内燃機関への空気供給量を調節するための調節要素の前後の圧力落差により駆動される、内燃機関を備えた車両の駆動ユニットの制御方法において、二次空気チャージャのタービンを駆動する空気質量流量の関数として補正される内燃機関への空気供給量を調節するために、調節要素が操作される。
【０００８】
また、本発明によれば、内燃機関と、内燃機関の排気系内に二次空気を吹き込む二次空気チャージャとを備え、二次空気チャージャの駆動が、内燃機関への空気供給量を調節するための調節要素の前後の圧力落差により行われる、車両の駆動ユニットの制御装置において、二次空気チャージャのタービンを駆動する空気質量流量の関数として補正される内燃機関への空気供給量を調節するために、調節要素を操作するための操作手段が設けられている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明による、内燃機関を備えた駆動ユニットの制御方法および制御装置は、従来技術に比較して、二次空気チャージャのタービンを駆動する空気質量流量の関数として補正される内燃機関への空気供給量を調節するために、調節要素が操作されるという利点を有している。このようにして、二次空気チャージャの運転は、排気ガス側における、二次空気吹込みのエンジン制御への既知の影響のほかに、充填量制御における内燃機関への給気系側への影響も考慮することができる。このようにして、二次空気チャージャを使用したときにおいてもまた、内燃機関に供給される空気質量が正しく調節されることを保証することができる。
【００１０】
本発明はさらに、有利な拡張および改善が可能である。
調節要素内を通過して内燃機関に供給されるべき空気質量流量が、内燃機関に供給されるべき全空気質量流量から、二次空気チャージャのタービン内を通過する空気質量流量を差し引いた空気質量流量に対応するように調節要素が操作されるとき、それは特に有利である。このようにして、内燃機関への正確な空気供給量に対する調節要素の位置を、特に簡単に決定且つ調節することができる。
【００１１】
二次空気チャージャのタービン内を通過する空気質量流量に対する値が、内燃機関への測定空気供給量とモデル化空気供給量との比較により適応されるとき、他の利点が得られる。このようにして、二次空気チャージャのタービン内を通過する空気質量流量に対する値が車両の全寿命の間にわたり適合され、したがってそれを正確に決定することができる。
【００１２】
さらに、内燃機関への空気供給量が、二次空気チャージャのタービン内を通過する空気質量流量を考慮して、エンジン回転速度および調節要素の位置の関数としてモデル化されるとき、それは有利である。このようにして、内燃機関への空気供給量をできるだけ正確にモデル化することができる。このようにモデル化された内燃機関への空気供給量は、内燃機関への測定空気供給量との比較により、二次空気チャージャのタービン内を通過する空気質量流量に対する値の特に正確な適応のために使用することができる。これは、特に、内燃機関へのモデル化空気供給量が、二次空気チャージャを運転することなく、エンジン回転速度および調節要素の位置の関数として、内燃機関への測定空気供給量で校正されるときに得られる。
【００１３】
二次空気チャージャのタービン内を通過する適応空気質量流量が、所定の公差帯域外にあるときに、二次空気チャージャのエラー機能が検出されると、それは特に有利である。このようにして、二次空気チャージャのタービン側のエラーを、追加センサ装置または追加測定過程を必要とすることなく、簡単に検出することができる。
【００１４】
所定の公差帯域が、二次空気チャージャのタービン内を通過する空気質量流量に対するモデル化値を含むように選択されているとき、他の利点が得られる。このようにして、所定の公差帯域は、タービン側における二次空気チャージャの十分な運転を表わすことができる。
【００１５】
排気系内の測定酸素濃度の値が、所定の酸素濃度から、所定のしきい値以上の偏差を有しているときに、二次空気チャージャのエラー機能が検出されると、他の利点が得られる。このようにして、二次空気チャージャの圧縮機側、したがって排気側の診断もまた特に簡単に可能である。
【００１６】
排気系内の測定空気／燃料混合比の値が、所定の値から、所定のしきい値以上の偏差を有しているときに、二次空気チャージャのエラー機能が検出されるとき、同様のことが適用される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１において、符号１は駆動ユニットを示す。ここで、駆動ユニット１は、例えば自動車の駆動ユニットであってもよい。この場合、駆動ユニット１は、例えばオットー・サイクル・エンジンとして形成されてもよい内燃機関５を含む。図１に示すように、内燃機関５は、ピストン１１０を有する少なくとも１つのシリンダ１２５を含み、ピストン１１０は、シリンダ１２５内で上下運動することによりクランク軸１１５を駆動する。図１に例として示されているシリンダ１２５は、さらに空気／燃料混合物を燃焼するための燃焼室１０５を含み、これによりピストン１１０は当業者に既知のように駆動される。燃焼室１０５に、吸気弁８５を介して吸気管５５から空気が供給される。燃焼室１０５に吸気管５５および吸気弁８５を介して供給された空気質量流量は、図１においてｍｓgesで表わされている。燃焼室１０５内における燃焼により形成された排気ガスは、排気弁９０を介して排気系１５に供給され、排気系１５内にλセンサ９５が配置され、λセンサ９５は、排気系１５内の空気／燃料混合比を、例えば排気系１５内の酸素濃度の測定により測定する。排気系１５内において、λセンサ９５の流れ方向後方に触媒８０が配置され、触媒８０は、当業者に既知のように有害物質の放出を低減させる。燃焼室１０５に供給される空気質量流量ｍｓgesは、以下において全空気質量流量とも呼ばれるが、この全空気質量流量ｍｓgesは、最初に空気供給配管１２０を介して内燃機関５に供給され、空気供給配管１２０内に、全空気質量流量ｍｓgesを測定するための空気質量流量計３０、例えばホット・フィルム空気質量流量計が配置されている。全空気質量流量ｍｓgesに対する測定値は、空気質量流量計３０から制御装置４０に伝送され、制御装置４０は、例えばエンジン制御内に組み込まれていても、またはそれ自身がエンジン制御を形成してもよい。空気質量流量計３０の流れ方向後方において、空気供給配管１２０は、一方で第１の空気分岐管１３５に分岐され、他方で第２の空気分岐管６０に分岐されている。第１の空気分岐管１３５内に、この例においては絞り弁として形成されている調節要素２０が配置され、その位置ないしその開き角は、制御装置４０の操作手段３５により操作される。絞り弁２０の流れ方向手前の第１の分岐管１３５内の圧力は、給気圧力センサ１００により測定され、且つ操作手段３５に伝送される。給気圧力センサ１００は、ターボ・システムに対してのみ必要であり、吸気エンジンにおいては絞り弁２０の手前に周囲圧力が作用している。第１の空気分岐管１３５内で絞り弁２０内を通過する空気質量流量は、図１においてｍｓDKで表わされている。第２の空気分岐管６０は、最初に二次空気チャージャ弁４５を含み、その開度は、同様に操作手段３５により操作される。このようにして、第２の空気分岐管６０内を通過する空気質量流量もまた制御される。第２の空気分岐管６０内を通過する空気質量流量は、図１においてｍｓSLLで表わされている。第２の空気分岐管６０内において、二次空気チャージャ弁４５の流れ方向後方にタービン２５が配置され、タービン２５は空気質量流量ｍｓSLLにより駆動される。吸気管５５は、最終的に、絞り弁２０の流れ方向後方の第１の空気分岐管１３���を、タービン２５の流れ方向後方の第２の空気分岐管６０と再統合している。したがって、吸気管５５内の空気質量流量は、空気供給配管１２０内の空気質量流量に対応し、即ち全空気質量流量ｍｓgesに対応している。タービン２５は、軸７５を介して二次空気配管６５内の圧縮機７０を駆動し、二次空気配管６５内において、圧縮機７０の流れ方向後方に二次空気供給弁５０が配置され、二次空気供給弁５０の開度は、同様に操作手段３５により操作される。二次空気配管６５を介して、二次空気質量流量ｍｓSLが排気系１５に供給される。
【００１８】
さらに、内燃機関５に回転速度センサ１３０が配置され、回転速度センサ１３０は、内燃機関５のエンジン回転速度を測定し且つ操作手段３５に伝送する。
二次空気チャージャ弁４５が開かれているとき、全空気質量流量ｍｓgesの一部が第２の空気分岐管６０内に流入し且つそこに空気質量流量ｍｓSLLを与え、空気質量流量ｍｓSLLはタービン２５を駆動する。この場合、軸７５を介して圧縮機７０が駆動され、圧縮機７０は、二次空気質量流量ｍｓSLを二次空気配管６５内において圧縮する。二次空気供給弁５０が開かれているとき、二次空気質量流量ｍｓSLは、排気系１５に供給され、且つ触媒８０を加熱するために排気系１５内における未燃焼燃料の後処理を可能にする。したがって、特にエンジン始動後においては、触媒８０がまだ作動温度に到達していないかぎり、排気系１５内に二次空気質量流量ｍｓSLを供給することが有利である。このようにして、触媒８０の作動温度を急速に達成させることができる。触媒８０が作動温度に到達したとき直ちに、二次空気配管６５を介しての二次空気の供給が終了されてもよい。この場合、触媒温度を検出するために、触媒８０の範囲内に温度センサが設けられ、且つ温度センサは操作手段３５と結合されているが、図１においては図を見やすくするためにこれは示されていない。二次空気供給の終了は、二次空気チャージャ弁４５および／または二次空気供給弁５０の閉鎖により達成させることができる。
【００１９】
タービン２５、軸７５および圧縮機７０は、二次空気チャージャ１０を形成する。
用語「充填量」は、以下において、内燃機関５の少なくとも１つのシリンダ１２５のフレッシュ・エア充填量を表わすものとする。この場合、充填量は、吸気弁８５が閉じた後に、シリンダ１２５の燃焼室１０５内に存在する空気質量を表わす。ここで、いわゆる充填量測定の目的は、この空気質量の実際値をできるだけ正確に決定することである。これによりはじめて、例えば内燃機関５の全ての運転点において、所定の理論空気／燃料混合比λ、例えば、λ＝１ を設定することができ、この理論空気／燃料混合比λは、例えば三元触媒として形成されていてもよい触媒８０による排気ガス後処理のために必ず必要である。
【００２０】
充填量測定のために、エンジンの制御装置４０は、例えば２つの方法を利用可能である。
主信号として、空気質量流量計３０により得られた全空気質量流量ｍｓgesが利用可能である。代替態様として、全空気質量流量ｍｓgesは、この主信号を形成するために当業者に既知のように、燃焼室温度モデルを使用して、吸気管５５内の図１には図示されていない圧力センサにより決定されてもよい。定常運転点に対しては、このように測定された全空気質量流量ｍｓgesは充填量に直接比例している。非定常状態は、全空気質量流量ｍｓgesを測定するために吸気管動特性の考慮を必要とし、且つ吸気管モデルにより同様に当業者に既知のように表わされる。
【００２１】
副信号として、回転速度センサ１３０により測定されたエンジン回転速度ｎおよび絞り弁２０の開き角αにより、同様に当業者に既知のように、いわゆるα−ｎモデルによって全空気質量流量ｍｓgesが計算されてもよい。しかしながら、この方法は、構成部品公差のために、空気質量流量計３０による全空気質量流量ｍｓgesの直接測定よりも本質的に不正確である。したがって、通常のエンジン制御プログラムにおいては、空気質量流量計３０により測定された主信号を用いたα−ｎモデルの検定が行われる。
【００２２】
空気質量流量計３０が作動状態にあるかぎり、エンジンの制御装置４０の充填量測定は主信号を利用する。空気質量流量計３０が故障したとき、またはその他の妨害運転条件、例えばターボ・エンジンの場合における、スライド式空気バイパス弁による吸気管５５内の圧力低下が空気質量流量計３０に影響を与える、例えば負の負荷勾配のとき、充填量を計算するために副信号が使用される。
【００２３】
充填量制御における目的は、例えば加速ペダル角を介してトルク・モデルから、当業者に既知のように、充填量の所定の目標値を介して絞り弁２０の対応開き角を計算することである。この場合、充填量測定のためにα−ｎモデルの反転が使用される。即ち、充填量測定のための反結合と共に、通常のエンジン制御プログラムにおいて、シリンダ１２５の燃焼室１０５内の空気量をそれぞれ希望の運転点に適合させる制御回路が形成されている。
【００２４】
二次空気チャージャ１０の運転において、最初に充填量制御が補正されるべきである。この場合、二次空気チャージャ弁４５が閉じられたときの全空気質量流量に対する目標値ｍｓges,sollは、絞り弁２０内を通過する質量流量に対する目標値ｍｓDK,sollによって、次の等式により与えられている。
【００２５】
【数１】
2004156613.tif 000003
【００２６】
二次空気チャージャ１０が投入されているとき、したがって二次空気チャージャ弁４５が開かれているとき、全空気質量流量ｍｓgesは、絞り弁２０内を通過する設定可能な空気質量流量ｍｓDKのほかに、さらに第２の空気分岐管６０内の空気質量流量ｍｓSLLだけ補正されなければならないので、この場合には、次式が適用される。
【００２７】
【数２】
2004156613.tif 000004
【００２８】
それに対応して、絞り弁２０の開き角の計算において、二次空気チャージャ弁４５が開かれているときにおける、したがって二次空気チャージャ１０が運転されているときにおける全空気質量流量に対する目標値ｍｓges,sollを変換するために、絞り弁２０内を通過する空気質量流量に対する目標値ｍｓDK,sollは、次のように計算されるべきである。
【００２９】
【数３】
2004156613.tif 000005
【００３０】
極端な場合には、これは、全空気質量流量に対する目標値ｍｓges,sollが第２の空気分岐管６０内を通過する空気質量流量ｍｓSLLに対応し、即ち全空気質量流量が第２の空気分岐管６０内のみを通過して流れ、第１の分岐管１３５内には流れないとき、絞り弁２０は閉じられたままであるということになる。二次空気チャージャ弁４５の開度が可変でなく、したがって二次空気チャージャ弁が完全に閉じられるかまたは完全に開かれるかのみが可能な場合、少なくとも目標値 ｍｓges,soll＝ｍｓSLL の下限を達成するために、場合によりアイドル回転速度が変化されなければならない。
【００３１】
第２の空気分岐管６０内の空気質量流量ｍｓSLLは、エンジン制御プログラム内のモデルにより計算されても、または図１には示されていない第２の空気分岐管６０内の他の空気質量流量計、例えばホット・フィルム空気質量流量計により直接測定されてもよい。第２の空気分岐管６０内の空気質量流量ｍｓSLLをモデル化する場合、簡単な場合には絞り弁２０の前後の圧力が使用され、このとき絞り弁２０の前後の圧力落差が二次空気チャージャのタービン２５の駆動源として使用される。この場合、絞り弁の流れ方向手前の圧力は、給気圧力センサ１００を用いて、または吸気システムに対しては周囲圧力センサ（図示されていない）を用いて測定されてもよい。絞り弁２０の流れ方向後方の圧力は、図１には示されていない吸気管５５内の圧力センサにより測定されてもよい。さらに、第２の空気分岐管６０内の空気質量流量ｍｓSLLのモデル化において、排気ガス背圧が考慮されなければならず、排気ガス背圧に抗して、二次空気チャージャ１０の圧縮機７０が作動する。排気ガス背圧は、図１には示されていない排気系１５内の圧力センサにより決定されても、またはモデルにより排気ガス質量流量の関数として表わされてもよい。この場合、第２の空気分岐管６０内の空気質量流量ｍｓSLLを決定するためのモデルは、例えば試験場において実験により特性曲線または特性曲線群を用いて、絞り弁２０の前後の上記圧力並びに排気ガス背圧の関数として形成されてもよい。しかしながら、モデルもまた使用可能であり、モデルは、二次空気チャージャ１０のタービン２５ないし圧縮機７０の回転速度を、タービン２５の駆動トルクの関数として、一次近似で絞り弁の前後の圧力比により表し、また損失トルクの関数として、一次近似で排気ガス背圧およびタービン摩擦を介して決定し、また所定のまたは測定された、タービン２５の質量−慣性トルクの関数として、時間積分により計算し、または例えば光学式回転速度測定からの値を使用する。例えば試験場において実験により適応された二次空気チャージャ１０のタービン特性曲線群により、このときタービン回転速度の関数として、二次空気分岐管６０内の質量流量ｍｓSLLが決定されてもよい。同様に、例えば試験場において実験により適応された二次空気チャージャ１０の圧縮機特性曲線群により、圧縮機７０の回転速度から二次空気質量流量ｍｓSLが決定されてもよい。
【００３２】
この場合、タービン２５および圧縮機７０の回転速度は、図１に示す例においては、軸７５を介しての結合により同じである。
第２の空気分岐管６０内の質量流量ｍｓSLLの、したがってタービン２５内を通過する質量流量ｍｓSLLのエラーのあるモデル化は、充填量測定において主信号および副信号の比較から検出され且つ補正可能である。この補正は、二次空気チャージャ弁が閉じられている内燃機関５の運転において予め主信号および副信号の間で校正が行われること、即ち両方の信号が二次空気チャージャ１０の運転の間に正しいものとみなすことができることを前提としている。このとき、充填量測定においては、二次空気チャージャ１０の運転において、主信号の場合には、次式が適用され、
【００３３】
【数４】
2004156613.tif 000006
【００３４】
副信号の場合には、次式が適用される。
【００３５】
【数５】
2004156613.tif 000007
【００３６】
ここで、ｍｓLMMは、空気質量流量計３０により決定された空気質量流量であり、この空気質量流量は、等式（４）に示すように全空気質量流量に対する実際値ｍｓges,istに対応し、あた以下に例として挙げられているようなホット・フィルム空気質量流量計を使用する場合には、ｍｓHFMとしても表わされる。空気質量流量ｍｓα-nは、絞り弁２０内を通過する空気質量流量ｍｓDKに対する、α−ｎモデルに基づいて計算された実際値である。この場合、充填量制御において予め二次空気チャージャ１０の運転が考慮されるので、絞り弁２０内を通過する空気質量流量ｍｓDKに対する実際値の測定のための空気質量流量ｍｓα-nに対しては、二次空気チャージャ１０を用いないとき、ないしは二次空気チャージャ弁４５が閉じられているときの内燃機関５の運転においてよりも、それに対応してより小さい絞り弁２０の開き角αが基礎となっている。この場合、モデル化された副信号と測定された主信号との相対偏差Δは次式で表わされる。
【００３７】
【数６】
2004156613.tif 000008
【００３８】
ここで、相対偏差Δに対する正の値は第２の空気分岐管６０内のきわめて小さい質量流量ｍｓSLLを指示し、一方、相対偏差Δに対する負の値は第２の空気分岐管６０内のきわめて大きい空気質量流量ｍｓSLLにおいて発生する。
【００３９】
ここで、内燃機関５の定常運転点における第２の空気分岐管６０内を通過するエラーを有する空気質量流量ｍｓSLLの漸近補正に対して、次の動特性が提案される。
【００４０】
【数７】
2004156613.tif 000009
【００４１】
ここで、時定数Ｔ0は、適応速度に対する尺度であり且つ適切に設定されてもよい。この場合、時定数Ｔ0は、典型的な運転状態変化の時間、即ち例えば、Ｔ0≒５−１０秒より大きい値を仮定している。これにより、内燃機関５の非定常運転においても適応を実行可能である。さらに、微分方程式（７）は、いわゆる「論理式」のタイプであり、この論理式は、例えばエンジンの制御装置４０の場合のような離散時間評価においては、前置係数 １／Ｔ0 がきわめて大きな値をとる場合、混乱特性となりがちであることを指摘しておく。したがって、このような混乱特性を回避するために、時定数Ｔ0はあまり小さく選択されるべきではない。値ｍｓSLL,0は、適応なしに上記のようにモデル化された、タービン２５内を通過する第２の空気分岐管６０内の空気質量流量を表わし、且つ同時に微分方程式の初期条件をも示している。これに対して、値ｍｓSLL,adapは、タービン２５内を通過する第２の空気分岐管６０内の適応空気質量流量を表わす。
【００４２】
第２の空気分岐管６０内の適応空気質量流量ｍｓSLL,adapに対して、方程式（７）から、初期条件ｍｓSLL,adap（０）＝ｍｓSLL,0を用いて、次の時間経過が得られる。
【００４３】
【数８】
2004156613.tif 000010
【００４４】
即ち、この場合、第２の空気分岐管６０内の適応質量流量ｍｓSLL,adapは、ホット・フィルム空気質量流量計３０において測定された全空気質量流量に対する実際値ｍｓges,istと、α−ｎモデルから得られた絞り弁２０内を通過する空気質量流量ｍｓDKの実際値に対する質量流量ｍｓα-nとからの差に指数関数的に接近する。α−ｎモデルは、二次空気チャージャ弁４５が閉じているとき、ないし二次空気チャージャ１０を用いない運転のときに予め主信号を用いて適応されているので、方程式（７）の解から、第２の空気分岐管６０内においてタービン２５内を通過する実際質量流量が得られる。二次空気チャージャ１０の運転は一般にエンジン始動の直後に行われるので、充填量測定の主信号と副信号との間の適応は、先行の走行サイクルから行われなければならない。したがって、適応値は、エンジンの制御装置４０の連続通電メモリ領域内に記憶されるべきである。
【００４５】
ここで、エンジンの制御装置４０ないし操作手段３５は、第２の空気分岐管６０内の質量流量ｍｓSLLの適応を、充填量測定の主信号および副信号に基づいて行うことができ、エンジンの制御装置４０は方程式（７）を積分して質量流量ｍｓSLLを求めることができる。ここで、適応空気質量流量ｍｓSLL,adapの場合、方程式（５）による副信号の決定および方程式（６）による相対偏差Δの決定は、値ｍｓSLLに対するこの値を、それに対応して上記の方程式内に挿入することにより行われる。モデル化された非適応空気質量流量ｍｓSLL,0の場合、方程式（５）および（６）による副信号および相対偏差Δの決定は、値ｍｓSLLに対するこの値を、それに対応して挿入することにより行われる。
【００４６】
二次空気チャージャ１０を用いた運転の診断に対しては、適応空気質量流量ｍｓSLL,adapのほかに、排気系１５内の測定酸素濃度もまたλセンサ９５から利用可能である。しかしながら、測定酸素濃度は、λセンサ９５がその作動可能状態に到達したときにはじめて評価することができる。したがって、λセンサ９５が作動可能状態に到達した後に、それに応じて、二次空気チャージャ１０の診断が、始動に近い運転において行われてもよく、または場合により、二次空気チャージャ１０の第２の投入および二次空気チャージャ弁４５のそれに対応する開放により、走行サイクルにおける後の適切な時点において行われなければならない。この場合、λセンサ９５の作動可能状態は、排気系１５内において到達された温度の関数である。二次空気チャージャ１０の始動に近い運転においても、λセンサ９５の作動可能状態に対して必要な作動温度が到達された場合、始動に近い運転における二次空気チャージャ１０の診断は、λセンサ９５により行うことができる。その他の場合、二次空気チャージャ１０の診断は、走行サイクルにおける後の適切な時点において、λセンサ９５の作動可能状態に対して必要な作動温度が排気系１５内で到達されたときに行われなければならない。
【００４７】
二次空気チャージャ１０のタービン２５内を通過する質量流量の適応値ｍｓSLL,adapは、最初にモデル化された非適応空気質量流量ｍｓSLL,0から出発して、方程式（７）の積分により得られる。正常に運転する二次空気チャージャ１０に対しては、このとき、空気質量流量の適応値ｍｓSLL,adapは、モデル化された非適応空気質量流量ｍｓSLL,0の周りの所定の公差帯域内に存在する。
【００４８】
タービン２５内を通過する空気質量流量の適応値ｍｓSLL,adapがこの公差帯域外に存在するとき、二次空気チャージャ１０のエラー機能が検出され且つ適切なエラー処置が導かれ、このエラー処置は、最終的に二次空気チャージャ１０を停止させ、ないし二次空気チャージャ弁４５を閉鎖させることになる。
【００４９】
さらに、λセンサ９５により、二次空気吹込みに基づく排気系１５内の空気／燃料混合比λのリーン化が特定される。
λセンサ９５は、排気系１５内の酸素濃度ψmessを測定する。エンジンの制御装置４０ないし操作手段３５は、燃焼前のシリンダ１２５の燃焼室１０５内の空気／燃料混合比に対するいずれの目標値λsollが設定されたかがわかっているとき、排気系１５内の測定酸素濃度ψmessおよび排気ガス質量流量から二次空気質量流量ｍｓSLを計算することができる。排気ガス質量流量の測定のために、排気系１５内に、図１には示されていない適切な質量流量計が設けられていてもよい。
【００５０】
この場合、排気系１５は、一方で二次空気配管６５と、他方でシリンダ１２５の燃焼室１０５から排気弁９０および排気管１４０を介して放出された排気ガスとを統合する。
排気系１５内の測定酸素濃度ψmessは、以下のように得られる。
【００５１】
【数９】
2004156613.tif 000011
【００５２】
ここで、ψLuft＝２１％ および ψAbgas≒０％ である。
ここで、ψLuftは、二次空気配管６５を介して供給された二次空気内の酸素濃度である。ψAbgasは、シリンダ１２５の燃焼室１０５内において変換されるべき空気／燃料混合比に対する目標値λsollのみに基づいて得られる排気ガス中の酸素濃度である。ｍｓAbgasは排気質量流量である。
【００５３】
酸素濃度ψと関連の空気／燃料混合比との間の関係は、文献から得ることができる。この場合、測定酸素濃度ψmessは、上記のように、触媒８０の流れ方向手前のλセンサ９５により決定される。排気ガス内の酸素濃度ψAbgasは、同様に、燃焼前のシリンダ１２５の燃焼室１０５内の空気／燃料混合比に対する目標値λsollからなる、文献から既知の割当比から決定することができる。このとき、方程式（９）が二次空気質量流量ｍｓSLに関して解かれて、エンジンの制御装置４０ないし操作手段３５内に記憶されている。
【００５４】
第２の分岐管６０内または二次空気配管６５内の空気流量が、例えば経時効果または外部作用に基づき、例えば対応の空気ホースの破損により変化した場合、適応値ｍｓSLL,adapの変化においてのみならず、排気系１５内の測定酸素濃度ψmessにおいても、それが検出される。即ち、排気系１５内の測定酸素濃度ψmessの値が所定の酸素濃度から第１の所定のしきい値以上に偏差を有しているときもまた、二次空気チャージャ１０のエラー機能を検出することができる。
【００５５】
同様に、測定酸素濃度ψｍｅｓｓに割り当てられた、したがって場合により測定された排気系１５内の空気／燃料混合比の値が、所定の空気／燃料混合比から第２の所定のしきい値以上に偏差を有しているときに、二次空気チャージャ１０のエラー機能を検出することができ、この所定の空気／燃料混合比は、例えば二次空気吹込みにより空気／燃料混合比の期待リーン化に対するオフセット値を加えた目標値λsollに対応してもよい。
【００５６】
追加態様として、通常の最終段診断を介して、二次空気チャージャ弁４５ないし二次空気供給弁５０の機能性が検査されてもよい。
二次空気チャージャ１０の圧縮機側にエラーがある場合、一般に、排気系１５内の測定酸素濃度ψmessの、シリンダ１２５の燃焼室１０５内の空気／燃料混合比に対する目標値λsollの変換のみに基づいて、配管内において得られる酸素濃度からの偏差が僅かであるにすぎないことが検出されるか、ないしは偏差が検出されない。このようにして、所定の酸素濃度に対して、二次空気吹込みの考慮に対する十分に大きなオフセット値を加えた酸素濃度ψAbgasから得られる値が選択されるかぎり、測定酸素濃度ψmessは、所定の酸素濃度から第１の所定のしきい値以上の偏差を有している。この場合、二次空気チャージャ１０の圧縮機側にエラーを検出し且つ適切なエラー処置を導くことができる。これに対して、エラーが二次空気チャージャ１０の圧縮機側のみに存在するときには、二次空気チャージャ１０のタービン側の第２の空気分岐管６０内の空気質量流量に対する適応値ｍｓSLL,adapは、その公差帯域内に存在するであろう。
【００５７】
これに対して、二次空気チャージャ１０のタービン側にエラーがあるとき、第２の空気分岐管６０内の空気質量流量に対する適応値ｍｓSLL,adapは、その公差帯域を離れることになる。このようにして、二次空気チャージャ１０のタービン側のエラーが検出され且つ必要なエラー処置を導くことができる。さらに、二次空気チャージャ１０のタービン側にエラーが発生したとき、二次空気チャージャ１０の駆動エネルギーが不足し、したがって二次空気を排気系１５内に吹き込むことができないので、測定酸素濃度ψmessは、同様に酸素濃度ψAbgasから偏差を有していないか、または僅かな偏差を有しているにすぎない。したがって、二次空気チャージャ１０のタービン側にエラーがある場合、測定酸素濃度ψmessによってもエラーが検出される。測定酸素濃度によるエラーの検出に対応して、上記のように、排気系１５内の測定空気／燃料混合比がエラー検出に使用されてもよい。
【００５８】
ここで、第１の所定のしきい値を選択するとき、測定酸素濃度ψmessが酸素濃度ψAbgasから僅かな偏差を有しているにすぎないかまたは偏差を有していない場合、測定酸素濃度ψmessは、所定の酸素濃度から第１の所定のしきい値以上の偏差を有するように注意されなければならない。目標値λsollから僅かな偏差を有しているにすぎないかまたは偏差を全く有していない測定空気／燃料混合比は、所定の空気／燃料混合比から第２の所定のしきい値以上に偏差を有するように、同様のことが第２の所定のしきい値の選択に対しても注意されるべきである。
【００５９】
二次空気チャージャ１０の圧縮機側のエラーは、二次空気供給弁５０が固着し且つエラーで閉じられていることにあるので、排気系１５内に二次空気吹込みをできないことは好ましくない。二次空気チャージャ１０のタービン側のエラーは、二次空気チャージャ弁４５が固着し且つ閉じられて好ましくないことにあるので、第２の空気分岐管６０内を空気質量流量ｍｓSLLが通過しないか、または排気系１５内に二次空気の吹込みが行われないことになる。
【００６０】
さらに、適応値ｍｓSLL,adapはその公差帯域外に存在するが、二次空気チャージャ１０のタービン２５はなお駆動され、したがって排気系１５内への二次空気吹込みが行われるように、第２の空気分岐管６０内の空気質量流量ｍｓSLLが変化することによって、二次空気チャージャ１０のタービン側のエラーを検出することができるので、適応値ｍｓSLL,adapのみにより且つ測定酸素濃度ψmessを介することなくエラーを検出することができる。二次空気チャージャ１０のタービン側にも圧縮機側にもエラーが存在しない場合、適応値ｍｓSLL,adapは所定の公差帯域内に存在し、且つ排気系１５内への二次空気吹込みは、所定の酸素濃度にほぼ対応する、排気系１５内の測定酸素濃度ψmessを形成するので、エラーは検出されない。
【００６１】
ここで、例として、図２に示す流れ図により本発明による方法のフローを説明する。プログラムがスタートした後、例えば内燃機関５の最初の始動後に、操作手段３５は、第２の空気分岐管６０内の空気質量流量に対する値ｍｓSLL,0を上記のようにモデル化する。それに続いてプログラムは、プログラム・ステップ２０５に移行される。
【００６２】
ステップ２０５において、操作手段３５は、上記のように、第２の空気分岐管６０内の空気質量流量を考慮して充填量制御を開始し、且つ絞り弁２０の開き角αを必要な値に設定する。
【００６３】
それに続いて、プログラムはステップ２１０に移行される。
ステップ２１０において、操作手段３５は、充填量測定の範囲内で主負荷信号および副負荷信号を決定する。それに続いて、プログラムはステップ２１５に移行される。
【００６４】
ステップ２１５において、操作手段３５は、充填量測定および決定された相対偏差Δに基づいて、上記のように方程式（７）により値ｍｓSLL,adapを適応させる。それに続いて、プログラムはステップ２２０に移行される。
【００６５】
ステップ２２０において、操作手段３５は、適応値ｍｓSLL,adapが所定の公差帯域外に存在するかどうかを検査する。これが肯定（ｙ）の場合、プログラムはステップ２２５に分岐され、否定（ｎ）の場合、ステップ２３０に分岐される。
【００６６】
ステップ２２５において、二次空気チャージャ１０のタービン側にエラーが検出され且つ適切なエラー処置が導かれ、エラー処置は最終的に二次空気チャージャ１０を停止させ、ないし二次空気チャージャ弁４５を閉鎖させることができる。それに続いて、プログラムは終了される。
【００６７】
ステップ２３０において、操作手段３５は、λセンサ９５の測定酸素濃度ψmessを評価する。それに続いて、プログラムはステップ２３５に移行される。
ステップ２３５において、操作手段３５は、測定酸素濃度ψmessが所定の酸素濃度から所定のしきい値以上の偏差を有しているかどうかを検査する。これが肯定（ｙ）の場合、プログラムはステップ２４０に分岐され、否定（ｎ）の場合、ステップ２０５に戻される。
【００６８】
ステップ２４０において、操作手段３５は、ステップ２２５においてと同様にエラーを検出するが、このとき、エラーは二次空気チャージャ１０の圧縮機側に存在する。操作手段３５は適切なエラー処置を導き、エラー処置は、場合により同様に、二次空気チャージャ弁４５および／または二次空気供給弁５０を閉鎖することにより、二次空気チャージャ１０を停止させることができる。それに続いてプログラムは終了される。
【００６９】
ステップ２１０における副負荷信号の決定は、図２に示すプログラムの最初の実行において、モデル化された非適応空気質量値ｍｓSLL,0に基づいて行われ、且つその他の全てのプログラムの実行において、ステップ２１５において適応された値ｍｓSLL,adapに基づいて行われる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】内燃機関を備えた駆動ユニットおよび本発明による装置のブロック系統図である。
【図２】例として示した本発明による方法のフローの説明用流れ図である。
【符号の説明】
【００７１】
１    駆動ユニット
５    内燃機関
１０    二次空気チャージャ
１５    排気系
２０    調節要素（絞り弁）
２５    タービン
３０    空気質量流量計
３５    操作手段
４０    制御装置
４５    二次空気チャージャ弁
５０    二次空気供給弁
５５    吸気管
６０    空気分岐管
６５    二次空気配管
７０    圧縮機
７５    軸
８０    触媒
８５    吸気弁
９０    排気弁
９５    λセンサ
１００    給気圧力センサ
１０５    燃焼室
１１０    ピストン
１１５    クランク軸
１２０    空気供給配管
１２５    シリンダ
１３０    回転速度センサ
１３５    空気分岐管
１４０    排気管
ｍｓDK    空気質量流量（絞り弁）
ｍｓges    全空気質量流量
ｍｓSL    二次空気質量流量
ｍｓSLL    空気質量流量（タービン）
ｍｓSLL,0    モデル化非適応空気質量流量（タービン）
ｍｓSLL,adap    モデル化適応空気質量流量（タービン）
【図１】
2004156613.tif 000012
【図２】
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