(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室およびタンクパージ部を備えた内燃機関を、燃焼室内に層状の混合気を形成する層状給気モードと燃焼室内に均一な混合気を形成する均質給気モードとのあいだで切り換えて駆動し、
前記均質給気モードでラムダ制御がアクティブになっている場合に、混合気形成の診断を行い、
前記層状給気モードでラムダ制御がアクティブでない場合に、タンクパージを行って再生ガスを流入させ、ラムダセンサの信号から求められた再生ガスの燃料濃度が妥当でない値を取る場合に、混合気の障害またはセンサの欠陥の示唆を識別し、
当該の示唆が識別されると、前記内燃機関を前記層状給気モードから前記均質供給モードへ切り換え、該示唆の当否を検証する
ことを特徴とする混合気形成を診断する方法。
【請求項２】
前記内燃機関を燃焼室内へのガソリン直接噴射により駆動する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
タンクパージ装置（１２）を制御する制御装置および他の機能部を使用して燃焼室内の燃料空気混合気の効率的な燃焼を達成し、ここでタンクパージ装置（１２）に活性炭フィルタ（１５）と吸気管へいたる管路内に配置されたパージバルブ（１６）とを設け、前記活性炭フィルタを相応の管路または接続部材を介してタンク、周囲空気および前記内燃機関の吸気管に接続する、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
燃料調量信号用のプリコントロール値ｒｋを少なくとも１つの燃焼室内への燃料噴射のために少なくとも回転数ｎおよび内燃機関へ吸い込まれる空気量に関する信号ｍｌに依存して形成し、空気量に対する燃料量のエラー適応化量を排気ガスセンサの信号Ｕｓとしてシミュレートし、該信号Ｕｓから制御回路（２．３）により制御調整量ｆｒを形成し、該制御調整量とプリコントロール値ｒｋとの乗法結合によりエラー適応化量を低減する、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
燃料調量信号に対する適応化介入量ｆｒａを制御調整量ｆｒの平均値ｆｒｍを形成することにより形成し、当該の燃料調量信号の形成を前記平均値に基づく適応化介入量ｆｒａを用いて補正する、請求項４記載の方法。
【請求項６】
燃焼室およびタンクパージ部を備えた内燃機関を、燃焼室内に層状の混合気を形成する層状給気モードと燃焼室内に均一な混合気を形成する均質給気モードとのあいだで切り換えて駆動し、
混合気形成を診断する方法を実行する、
電子制御装置において、
当該の電子制御装置は、
前記均質給気モードでラムダ制御がアクティブになっている場合に、混合気形成の診断を行う手段と、
前記層状給気モードでラムダ制御がアクティブでない場合に、タンクパージを行って再生ガスを流入させ、ラムダセンサの信号から求められた再生ガスの燃料濃度が妥当でない値を取る場合に、混合気の障害またはセンサの欠陥の示唆を識別する手段と、
当該の示唆が識別されると、前記内燃機関を前記層状給気モードから前記均質供給モードへ切り換え、該示唆の当否を検証する手段と
を備えている
ことを特徴とする電子制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
従来技術
本発明は、タンクパージ部を備えた内燃機関での混合気形成を診断する方法に関する。
【０００２】
すでに内燃機関の空燃比を制御する際にプリコントロールと閉制御とを重畳することが知られている。また制御調整量の特性から別の補正量を導出し、プリコントロールのエラー適応化量を変更された駆動条件へ合わせて補償することができる。この補償は適応化と称される。米国特許第４５８４９８２号明細書では例えば内燃機関の負荷／回転数スペクトルの種々の領域における種々の適応量を用いた適応化が記載されている。種々の適応量が種々のエラーの補償のために設けられている。その成因と作用とに応じて３つのタイプのエラーが区別される。すなわちサーミスタエアマスセンサのエラーは燃料調量に対して乗法的に作用し、洩れ空気の影響は時間単位に対して加法的に作用し、噴射弁の始動遅れを補償する際のエラーは噴射１回ごとに加法的に作用する。
【０００３】
法的な規制により排気ガスに関わる欠陥はオンボード手段を介して識別しなければならず、場合によってはエラーランプを作動する必要がある。混合気適応化はエラー補償にも利用される。例えば適応回路の補正介入があまりに大きい場合、これはある種のエラーを意味することになる。
【０００４】
燃料供給システムの診断は混合気の適応化に結合されている。このことはラムダ値の閉制御がアクティブなときにのみ行われ、ラムダ値の開制御のみの駆動モードでは行われない（これは例えばガソリン直接噴射ＢＤＥでの層状給気モード、ＢＤＥおよび吸気管噴射での非制御リーンバーンモードなどである）。
【０００５】
したがって適応化のために均質給気モードへ切り換えが行われ、混合気適応化部が作動される。
【０００６】
ドイツ連邦共和国特許出願１９８５０５８６号明細書から、層状給気モードと均質給気モードとのあいだの切換を制御する機関制御プログラムが公知である。
【０００７】
層状給気モードでは機関のシリンダはできる限り低い燃費を達成するために著しい層状のチャージと高い空気余剰率とで駆動される。層状給気は遅れ方向の燃料噴射により達成され、理想的な場合には燃焼室が２つのゾーンへ分割される。すなわち第１のゾーンは燃焼性の空気燃料混合気の霧を点火プラグ近傍に含むゾーンである。この第１のゾーンは空気および残余ガスから成る絶縁層から成る第２のゾーンによって包囲されている。燃費を最適化するためのポテンシャルは負荷変化損失を回避しながら機関を一貫してチョークせずに駆動する手段から得られる。層状給気モードは負荷が比較的小さい場合に有利である。
【０００８】
負荷が高い場合、すなわち出力の最適化を主に考えなければならない場合には、機関は均一なシリンダ充填で駆動される。均一なシリンダ充填は吸気過程での早めの燃料噴射から得られる。その結果として燃焼時点までに混合気の形成により多くの時間が使用できる。この駆動モードの出力の最適化のポテンシャルは例えば全燃焼室容積を燃焼可能な混合気の充填に利用することから得られる。
【０００９】
適応化に関しては複数のスイッチオン条件が存在する。
【００１０】
例えば機関温度がスイッチオン温度閾値に達していなければならず、ラムダセンサが準備されていなければならない。さらに負荷および回転数の実際値がそれぞれ学習された所定の領域内に入っている必要がある。このことは例えば米国特許４５８４９８２号明細書から公知である。さらに均質給気モードが存在していなければならない。
【００１１】
本発明は機関が燃費を最適化するために層状給気モードで駆動される時間範囲を拡大しようとするものである。診断のための均質給気モードへの切り換えはガソリン直接噴射の燃費の利点を低減してしまう。これは均質給気モードが層状給気モードよりも燃費がかかるためである。したがって均質給気モードへの切り換えは障害が発生しないかぎり必要とされない。こうした切り換えは排気ガスに関連した障害が露呈されてくるまではできる限り回避しなければならない。
【００１２】
所望の効果は、燃焼室およびタンクパージ部を備えた内燃機関で混合気形成を診断するために、診断部は混合気適応化部へ結合されており、この混合気適応化部をラムダ制御がアクティブになっている場合にのみ動作させる混合気形成を診断する方法において、アクティブなラムダ制御の範囲外でタンクパージがアクティブとなっておりかつ混合気適応化がアクティブとなっていないとき、タンクパージが混合気の組成に及ぼす影響についてシステムに欠陥がないものと見なして形成された影響量がプロージブルでない値を取る場合にエラーの容疑を形成することにより混合気の障害またはセンサの欠陥の示唆を識別し、当該の容疑が存在する場合には混合気の適応化を要求し、場合により容疑を検証する。
【００１３】
本発明の別の実施形態では、内燃機関は燃焼室内へのガソリン直接噴射により駆動される。
【００１４】
本発明の別の実施形態では、内燃機関を少なくとも燃焼室内へ混合気を層状に供給する第１の駆動モード（層状給気モード）と燃焼室内へ混合気を均一に供給する第２の駆動モード（均質給気モード）とで駆動し、混合気の障害またはセンサの欠陥（エラー容疑）についての示唆の識別を層状給気モードでのアクティブなラムダ制御の範囲外で行う。
【００１５】
別の手段では、層状給気モードで混合気の障害またはセンサの欠陥（エラー容疑）について示唆が識別された場合、診断の目的でエラー容疑の当否の検証のために均質給気モードへ切り換える。
【００１６】
別の手段では、タンクパージ装置１２を制御する制御装置および他の機能部を使用して燃焼室内の燃料空気混合気の効率的な燃焼を達成し、ここでタンクパージ装置１２に活性炭フィルタ１５と吸気管へいたる管路内に配置されたパージバルブ１６とを設ける。活性炭フィルタは相応の管路または接続部材を介してタンク、周囲空気および内燃機関の吸気管に接続されている。
【００１７】
別の実施形態では、燃料調量信号用のプリコントロール値ｒｋを少なくとも１つの燃焼室内への燃料噴射のために少なくとも回転数ｎおよび内燃機関へ吸い込まれる空気量に関する信号ｍｌに依存して形成し、燃料量の空気量へのエラー適応化量を排気ガスセンサの信号Ｕｓとしてシミュレートし、信号Ｕｓから制御回路２、３により制御調整量ｆｒを形成し、この制御調整量ｆｒとプリコントロール値ｒｋとの乗法結合によりエラー適応化量を低減する。
【００１８】
別の手段では、燃料調量信号に対する適応化介入量ｆｒａを制御調整量ｆｒの平均値ｆｒｍを形成することにより形成し、当該の燃料調量信号の形成を前述の平均値に基づく適応化介入量ｆｒａを用いて補正する。
【００１９】
別の手段では、層状給気モードでは混合気適応化は行われず、タンクパージが行われる。
【００２０】
別の実施形態では、タンクパージがアクティブとなっているとき全空燃比の組成に対する再生ガスの影響をラムダセンサの信号から導出し、そこから再生ガスの燃料濃度（負荷）を学習（適応化）し、パージバルブを介して導入された燃料成分を、入力量すなわちａ）排気ガスセンサ信号、ｂ）測定された吸気量、ｃ）噴射弁を介して調量された燃料量、およびｄ）駆動デューティ比からパージバルブと別の限界条件とに対して導出される再生ガス量を用いて計算する。
【００２１】
別の実施形態では、タンクパージに係わる再生ガスの負荷がプロージブルな領域を外れている場合にエラーの容疑をセットする。
【００２２】
本発明の所望の効果は、請求項１から１０までのいずれか１項記載の混合気形成を診断する方法を実行することを特徴とする電子制御装置によっても達成される。
【００２３】
これにより本発明の混合気形成を診断する方法では、燃焼室およびタンクパージ部を備えた内燃機関で混合気形成を診断するために、診断部は混合気適応化部へ結合されており、この混合気適応化部をラムダ制御がアクティブになっている場合にのみ動作させる混合気形成を診断する方法において、アクティブなラムダ制御の範囲外でタンクパージがアクティブとなっておりかつ混合気適応化がアクティブとなっていないとき、タンクパージが混合気の組成に及ぼす影響についてシステムに欠陥がないものと見なして形成された影響量がプロージブルでない値を取る場合にエラーの容疑を形成することにより混合気の障害またはセンサの欠陥の示唆を識別し、当該の容疑が存在する場合には混合気の適応化を要求し、場合により容疑を検証する。
【００２４】
タンクパージ部ＴＥ内の混合気に対するエラー容疑のセットは例えばガソリン直接噴射機関ＢＤＥで有利である。なぜなら層状給気モードでも均質給気モードでもエラー識別が可能となり、ひいてはＧＡの作動も行えるようになるからである。ＧＡは内部でラムダ制御の作動すなわち均質給気モードでの駆動を必要とし、層状給気モードでは作動することができず、エラーを識別することができない。均質給気モードへの切り換えは診断のために行われ、エラー容疑に根拠が認められた場合にのみ行われる。このようにして望ましくない層状給気の制限は回避される。
【００２５】
以下に本発明の実施例を図を参照しながら説明する。
【００２６】
図１には本発明の技術の周辺が示されている。
【００２７】
図１に参照番号１で表されているのは内燃機関のシリンダの燃焼室である。流入弁２を介して燃焼室へ流れ込む空気流が制御される。空気は吸気管３を介して吸入される。吸気量はスロットルバルブ４を介して変更することができ、このスロットルバルブは制御装置５により駆動される。制御装置にはドライバーのトルク要求に関する信号またはアクセルペダル６の位置に関する信号、回転数センサ７からの機関回転数に関する信号、エアマスセンサ８からの吸入空気量ｍｌに関する信号、および排気ガスセンサ１６からの排気ガス組成および／または排気ガス温度に関する信号Ｕｓが供給される。排気ガスセンサ１６は例えばラムダセンサであり、このセンサのネルンスト電圧から排気ガス中の酸素含量が示される。排気ガスは少なくとも１つの触媒１５を通って案内され、排気ガス中の障害物質は変換されるか、および／またはその大部分が蓄積される。
【００２８】
これらの入力信号および場合により内燃機関の別のパラメータ、例えば吸気温度および冷却水温度などから、制御装置４はスロットルバルブ角αをアクチュエータ９により調整し、かつ機関の燃焼室へ燃料を供給する燃料噴射弁１０を駆動するための出力信号を形成する。さらに制御装置は点火装置１１を介した点火のトリガを開制御する。
【００２９】
スロットルバルブ角αおよび噴射パルス幅ｔｉは所望のトルクを実現するために相互に適応化される重要な調整量である。トルクを制御する際の別の重要な調整量はピストン運動に対する点火の角度位置である。トルクを調整するための調整量を求める手法はドイツ連邦共和国特許出願第１９８５１９９０号明細書に記載されており、この明細書と本発明との関連を指摘しておく。
【００３０】
さらに制御装置はタンクパージ装置１２および別の機能部を開制御して、燃焼室での燃料空気混合気の効率的な燃焼を達成する。燃焼から得られたガスの力はピストン１３およびクランクギヤ１４によりトルクへ変換される。
【００３１】
タンクパージ装置１２は主として活性炭フィルタ１８から成り、このフィルタは相応の管路または接続部材を介してタンク２０、周囲空気１７、および内燃機関の吸気管へ連絡している。吸気管へ続く管路にはパージバルブ１９が配置されている。
【００３２】
活性炭フィルタ１８はタンク２０内で気化した燃料を蓄積する。制御装置５によってパージバルブ１９が開放するように駆動されると、周囲１７からの空気が活性炭フィルタを通って吸い込まれ、このフィルタは蓄積された燃料を空気とともに出力する。タンクパージ装置の混合気または再生ガスと称されるこの燃料空気混合気は内燃機関全体へ供給される混合気の組成に作用する。混合気における燃料成分は通常は燃料調量装置１０による燃料調量によって定められ、吸気量に適応化されている。その際にタンクパージシステムを介して吸入された燃料は極端な場合には全燃料量の約１／３〜１／２に相応することがある。
【００３３】
図２には燃料調量信号を図１の信号に基づいて形成する手法と適応化の動作手段とが示されている。
【００３４】
図２には燃料調量信号の形成手法が示されている。ブロック２．１は特性マップであり、この特性マップは回転数ｎおよび相対空気充填量ｒｌによりアドレシングされ、燃料調量信号を形成するためのプリコントロール値ｒｋが格納されている。相対空気充填量ｒｌは燃焼室の空気の最大充填量に関しており、いわば最大燃焼室充填量の部分または最大シリンダ充填量の部分を表している。この値は主として信号ｍｌから形成される。プリコントロール値ｒｋは空気量ｒｌに対応する燃料量に相応する。
【００３５】
ブロック２．２では周知の乗法的なラムダ制御介入が示されている。燃料量を空気量に適応化するエラー補正は排気ガスセンサの信号Ｕｓによってシミュレートされる。ここから制御回路２．３は制御調整量ｆｒを形成し、この制御調整量を用いて介入部２．２をによりエラー適応化量が低減される。
【００３６】
このようにして補正された信号からブロック２．４で調量信号、例えば噴射弁に対する駆動パルス幅が形成される。ブロック２．４は補正された相対燃料量を、燃料圧や噴射弁ジオメトリなどを考慮して実際の駆動信号へ換算する換算回路となっている。
【００３７】
ブロック２．５〜２．９は周知の駆動パラメータに依存する混合気適応化部であり、これは乗法的および／または加法的に作用する。２．９の円は３つの可能性を表している。スイッチ２．５は手段２．６により開放されるかまたは閉成され、ここで手段２．６には温度Ｔ、空気量ｍｌ、回転数ｎなどの内燃機関の駆動パラメータが供給される。したがってスイッチ２．５に接続された手段２．６は前述の３つの適応化の可能性を駆動パラメータの領域に依存して作動させることができる。燃料調量信号の形成へ介入する適応化介入量ｆｒａはブロック２．７、２．８により形成される。ブロック２．７はスイッチ２．５が閉成された場合に、制御調整量ｆｒの平均値ｆｒｍを形成する。平均値ｆｒｍとニュートラルな値１との差はブロック２．８から適応化介入量ｆｒａの設定部へ引き渡される。例えば制御調整量ｆｒがプリコントロールのエラー適応化量のために最初約１．０５だったとする。値１からの差は０．０５であり、この差がブロック２．８から適応化介入量ｆｒａの設定部へ引き渡される。適応化介入量ｆｒａの介入が乗法的に行われる場合、約１．０５の適応化介入量ｆｒａで制御調整量ｆｒは再び約１の値となる。これにより適応化はプリコントロールのエラー適応化量をそれぞれの駆動点変化の際に新たに制御しなくてもよいように行われる。
【００３８】
適応化介入量ｆｒａの適応化は内燃機関の温度が高く、例えば冷却水温度が７０℃を上回っている場合にスイッチ２．５を閉成する際に行われる。いちど適応化されれば、適応化介入量ｆｒａはスイッチ２．５が開放されても燃料調量信号の形成に作用する。
【００３９】
本発明の解決手段は層状給気モードでは混合気の適応化を行わずにタンクパージを行うことに基づいている。
【００４０】
タンクパージは燃料タンクと周囲との圧力の平衡化のために用いられる。これは例えば燃料の蒸発が温度上昇または周囲圧力の低下により増加する場合に必要となる。燃料蒸気に含まれている燃料は活性炭フィルタＡＫＦに吸収されるが、このフィルタの吸収容量は限られているため、規則的にこれを清浄化しなければならない。このことは蓄積された燃料（再生ガス）の再供給に相当し、パージバルブＴＥＶを介して燃焼室へ供給される。
【００４１】
ここで再生ガスが全空燃比の組成に与える影響に基づいて再生ガスの燃料濃度（負荷量：Beladung）が適応化され、パージバルブＴＥＶを介して導入される燃料成分が計算される。この計算の入力量はラムダセンサ信号のほか、測定された吸気量、噴射弁を介して調量された燃料量、およびパージバルブの駆動デューティ比と別の境界条件とから導出される再生ガス量である。所定の（既知の）吸気量および所定の（既知の）噴射弁を介して調量された燃料量は所定の（既知の）再生ガス量と再生ガス量における所定の（未知の）燃料蒸気成分とに関連して排気ガス中の所定の酸素濃度を形成する。したがって排気ガスセンサを用いた測定により、測定された（既知の）酸素濃度で計算することにより探索すべき負荷量が得られる。
【００４２】
このようにして求められたタンクパージＴＥの再生ガスの負荷量がプロージブルな領域を外れている場合には、本発明によりエラー容疑がセットされる。
【００４３】
再生ガスの所定の負荷量により、全燃料量におけるタンクパージの燃料成分が求められる。この燃料成分はタンクパージの制御量であり、動作点に依存して設定される目標値へ制御される。例えば所定の動作点で最も望ましくは全燃料量の３０％がパージバルブを通って流れ、残りの７０％は燃料噴射弁を介して噴射される。
【００４４】
さらにこの燃料成分は全燃料量に依存して予め定められた限界値、例えば５０％の値へ制限される。エラーが発生しなければこの限界値は達成されない。
【００４５】
タンクパージの範囲外で発生した混合気の障害またはセンサの欠陥はタンクパージ部が作動されている際には再生ガスの負荷量として解釈される。その場合実際の負荷量は計算された負荷量と一致しない。この場合には前述の限界値が達成される。同時に混合気の制御係数が通常状態の近傍の所定範囲内に入っていない場合には、このことは混合気の障害またはセンサの欠陥の示唆として評価され、エラー容疑がセットされる。限界値のうち１つでも達成されるとただちにパージバルブのさらなる開放はアクティブに阻止される。
【００４６】
混合気制御係数は混合気の偏差（ラムダ制御の制御係数とラムダ実際値およびラムダ目標値の比とが乗算された値）に対してタンクパージフェーズで形成される係数である。この係数がニュートラル値１からどれだけ偏差しているかに応じて再生ガスの負荷量、ひいてはタンクパージの全燃料量における燃料成分が適応化される。
【００４７】
わかりやすくするためにこのケースでは、リーン混合気にエラーを生じさせる洩れ空気について考慮する。この洩れ空気は続いて計算される再生ガスの負荷量を低下させ、さらにタンクパージの燃料成分も低下させる。このときタンクパージで燃料成分の実際値と目標値との差がどんどん大きくなることが検出され、パージバルブは引き続いて開放される。このためにその値が前述の下方の限界値に到達すると、引き続いてリーン混合気が形成されていれば、ニュートラル状態近傍の領域から外れてしまう。したがってエラー容疑がセットされる。
【００４８】
別の障害影響を排除するために、パージバルブのさらなる開放は限界値が達成されたときには許可されない。
【００４９】
エラー容疑がかけられると混合気適応化が要求され、アクティブなラムダ制御をともなう駆動モード、すなわちガソリン直接噴射ＢＤＥにおける均質給気モードへの切り換えが行われ、タンクパージが遮断される。これにより発生した混合気の障害の適応化が達成される。ここで適応化値が限界値に対して反作用する場合には、エラーエントリが行われる。これによって先行してかけられていた容疑が検証されたことになる。
【００５０】
エラー容疑のセットは誤って適応化されていた再生ガスのチャージの値に基づいている。このケースでは駆動に応じて行われたパージバルブの閉鎖後、次の開放までにニュートラル値でのチャージがリセットされる。
【００５１】
エラーの容疑は混合気の適応化が行われた後リセットされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の技術の適用される内燃機関を示した図である。
【図２】  燃料調量信号を図１の信号に基づいて形成する手法と適応化の動作手段とを示す図である。
【図１】
0004700258.tif 000002
【図２】
0004700258.tif 000003