(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量流量に影響する制御システムの制御および/または診断のための方法であって、
質量流量の制御を補正するか、および/またはその依存性の中でエラー識別を行うための補正値が形成され、
質量流量管路（５０）の入力側と、質量流量管路（５０）のバルブ（５２）との間における汚れ（５４）が当該質量流量管路（５０）の横断面と通流特性に変化を生じさせる形式のものにおいて、
前記補正値が、質量流量管路（５０）の算出された管路抵抗値（Ｋ）から導出されており、その場合に、
前記管路抵抗値（Ｋ）の算出のために、質量流量管路（５０）の入力側において、汚れ（５４）が堆積する前に入力側圧力（ｐｅｉｎ）が求められ、
バルブ（５２）前において、汚れ（５４）に基づき入力側圧力（ｐｅｉｎ）から偏差する圧力（ｐｎａｃｈ）が求められ、
質量流量管路（５０）を通りバルブ（５２）を介して通流する質量流量（ｍｓ）が求められ、
前記管路抵抗値（Ｋ）の算出のために、質量流量管路（５０）の入力側における圧力とバルブ（５２）前の圧力との間の圧力差分値が評価され、
前記圧力差分値とバルブ（５２）を通って流れる質量流量との間の関係から近似的に管路抵抗値（Ｋ）が求められ、
質量流量の平方と圧力差分値との間の実質的な比例関係から出発して、比例定数が管路抵抗値（Ｋ）として求められるようにしたことを特徴とする方法。
【請求項２】
質量流量管路内に質量流量に作用する調整要素が設けられている、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記補正値は、調整要素前の圧力と質量流量管路の入力側圧力から形成される、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
前記補正値は、管路抵抗の増加のもとでも質量流量を維持するために、前記調整要素の起動制御信号の補正に用いられる、請求項１から３いずれか１項記載の方法。
【請求項５】
前記補正値が閾値を上回った場合にはエラー表示が行われる、請求項１から４いずれか１項記載の方法。
【請求項６】
前記質量流量管路は、内燃機関の排ガス再循環路である、請求項１から５いずれか１項記載の方法。
【請求項７】
前記補正値は、調整要素前の排ガス圧力と排ガス対抗圧力並びに調整要素を介した質量流量とから算出される、請求項１から６いずれか１項記載の方法。
【請求項８】
前記調整要素前の圧力の計算は、吸気管内の質量流量並びに排ガス再循環路内の流量比に従って、反復的に計算される、請求項１から７いずれか１項記載の方法。
【請求項９】
前記補正値は、動的な作動状態においても内燃機関の運転中は常時算出される、請求項１から８いずれか１項記載の方法。
【請求項１０】
質量流量に影響する制御システムの制御および/または診断のための装置であって、
制御ユニットを有しており、該制御ユニットは質量流量に影響する制御システムの制御を補正しおよび/またはエラー識別のために評価される補正値を形成しており、
さららに質量流量管路（５０）の入力側と、質量流量管路（５０）のバルブ（５２）との間における汚れ（５４）が当該質量流量管路（５０）の横断面と通流特性に変化を生じさせている形式の装置において、
前記制御ユニットは、補正値を質量流量管路（５０）の算出された管路抵抗値（Ｋ）から導出しており、その場合に、
前記管路抵抗値（Ｋ）の算出のために、質量流量管路（５０）の入力側において、汚れ（５４）が堆積する前に入力側圧力（ｐｅｉｎ）が求められ、
バルブ（５２）前において、汚れ（５４）に基づき入力側圧力（ｐｅｉｎ）から偏差する圧力（ｐｎａｃｈ）が求められ、
質量流量管路（５０）を通りバルブ（５２）を介して通流する質量流量（ｍｓ）が求められ、
前記管路抵抗値（Ｋ）の算出のために、質量流量管路（５０）の入力側における圧力とバルブ（５２）前の圧力との間の圧力差分値が評価され、
前記圧力差分値とバルブ（５２）を通って流れる質量流量との間の関係から近似的に管路抵抗値（Ｋ）が求められ、
質量流量の平方と圧力差分値との間の実質的な比例関係から出発して、比例定数が管路抵抗値（Ｋ）として求められるように構成されていることを特徴とする装置。
【請求項１１】
プログラムが計算機構成要素上で実行される場合に請求項１から９の各々に記載の全ての方法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】
プログラム製品が計算機構成要素上で実行される場合に請求項１から９の各々に記載の方法を実施するための、コンピュータで読取り可能なデータ支持体に記憶されている、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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、補正値が形成され、該補正値は質量流量の制御を補正しおよび/またはその依存性の中でエラー識別を行う、質量流量に影響する制御システムの制御および/または診断のための方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特に内燃機関の制御系と接続され、質量流量、特にガス質量流量に影響しているシステムは公知である。この種のシステムとは、例えば調整要素を用いて排気ガスの質量流量を制御している排ガス再循環のための制御システムであり、あるいは、電気的に制御可能なスロットルバルブを介して内燃機関への空気質量流量を制御している、スロットルバルブ制御システムなどである。質量流量の制御のためには、そのつど調整要素が用いられる。運転の経過中には、汚れの堆積などによって導管の断面が狭められる可能性のあることがわかっている。このことは、例えば例として挙げられた排ガス再循環システムのもとでも起こり得る。このようなシステムのもとでは、排ガスシステム及び吸気システムからの固形物の堆積によって制御バルブおよび/または管路が、時間の経過の中で損なわれる危険性があり、それ故にフィードバックされる排ガス量も内燃機関の使用期間の経過と共に低減する傾向にある。そのため内燃機関の制御はもはや理想的とはいえなくなる。このような理由から、そのような制御システムの機能を監視すること、および/またはそのような質量流量の通流の変化を補償できるような制御の適応化手段を獲得することが望まれる。
【０００３】
排ガス再循環バルブとの関係において、そのような変化の補償を行う閉ループ制御構想も公知である。まだ未公開のドイツ連邦共和国特許出願 DE 100 41 073. 1 明細書から公知の装置では、再循環される排気ガスのモデル化された分圧が排ガス再循環バルブの通流特性曲線から導出され、それに依存した充填信号と算出された内部残留ガス圧を用いて、吸気管圧力がモデル化されている。このモデル化された吸気管圧力は、測定された吸気管圧力と比較される。生じた差分は、所定の尺度で排ガス再循環バルブの通流特性曲線のエラーとして解釈され、この通流特性曲線に対する補正値が形成される。この補正値の種別（増分補正、オフセット補正）は、エラー形成の方式に応じて合わせられる。このようにして、管路内やバルブにおける通流断面が狭まるような不都合な変化が効果的に補償されるようになる。この公知の解決手段は、閉ループ制御回路で表わされ、この制御回路は、その制御量として、モデル化された吸気間圧力量と測定された吸気管圧力量の差分を有し、設定調整量としてバルブの位置設定値を有し、さらに閉ループ制御構想として積分成分を有している。制御システムの監視、診断ないし適応化は、制御器の介入量、ないしは制御器から送出された補正量の評価によって行われる。しかしながらこの公知の解決手段によれば、確かに質量流量制御システムのほぼ満足のゆく補正と監視/診断が達成できるが、閉ループの制御回路の利用と積分器を利用するために比較的複雑でコストも高めとなり、補正や診断の不所望な遅れにもつながっている。
【０００４】
ドイツ連邦共和国特許出願 DE-A 198 28 035 明細書では、内燃機関の吸気管における導入質量流量と導出質量流量の計算手法が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、前述したような従来技術の欠点に鑑みこれを解消すべく、制御システムの機能の監視/診断と、前述したような質量流量の通流の変化を補償できるような制御の適応化のための手段を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記課題は本発明により、補正値が、質量流量管路の算出された管路抵抗値から導出されており、その場合に前記管路抵抗値の算出のために、質量流量管路の入力側において、汚れが堆積する前に入力側圧力が求められ、バルブ前において、汚れに基づき入力側圧力から偏差する圧力が求められ、質量流量管路を通りバルブを介して通流する質量流量が求められ、前記管路抵抗値の算出のために、質量流量管路の入力側における圧力とバルブ前の圧力との間の圧力差分値が評価され、前記圧力差分値とバルブを通って流れる質量流量との間の関係から近似的に管路抵抗値が求められ、質量流量の平方と圧力差分値との間の実質的な比例関係から出発して、比例定数が管路抵抗値として求められるようにして解決される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
スロットルポイントにおける圧力比及び通流比に基づいた補正係数の反復的な計算と、管路領域および/またはバルブ領域における狭幅となり得る汚染堆積箇所としての解釈をすることによって、補正値の計算、質量流量制御システムの補正および/または監視、診断が従来のような制御をたよりにしなくてもよくなる。このことは、著しい時間的な利点に結び付く。なぜなら評価が動的な制御(例えば閉ループ制御)に依存しなくなるからである。制御システムの適切な適応化のために、必ずしも補正制御回路が安定状態または定常状態に達するまで待つ必要はなくなる。それどころかこの補正量は、計算に従って直接得られ、制御システムの補正、特に質量流量に影響する制御信号の補正のための事前制御の形態で算入される。
【０００８】
有利には、この補正値の計算は、排ガス再循環システムの枠内で用いられる。しかしながらこの補正値の計算の適用範囲は有利にはあらゆる質量流量管路に亘り、特に横断面の減少やそれに伴う通流量の低下ないしは通流特性曲線の変化の危険性が生じ得る全てのものに当て嵌まる。
【０００９】
本発明の別の有利な実施例は従属請求項に記載されている。
【００１０】
【実施例】
次に本発明を図面に基づき以下の明細書で詳細に説明する。
【００１１】
図１には排気管２と吸気管３を備えた内燃機関が概略的に示されている。排気管２からは排ガス再循環管路４が分岐しており、これは吸気管３に開口している。この排ガス再循環管路４にはバルブ５が設けてある。この排ガス再循環バルブ５を介して、再循環される排ガス質量ないしは再循環される排気ガスの分圧ｐａｇｒが制御される。排ガス再循環管路４の開口部よりも後方の吸気管内には圧力センサ６が設けられている。この圧力センサ６は、吸気圧ｐｓａｕｇを測定している。排ガス再循環管路４の開口部よりも前方にはスロットル弁７が該スロットル弁の位置ｗｄｋを検出する位置センサ８と共に設けられている。スロットル弁７の前方の吸気管３内には空気質量センサ９が配設されており、このセンサは通流させるべき空気質量流量ｍｓｈｆｍを測定する。スロットル弁７よりも前方の吸気管３内にはさらに、スロットル弁よりも前の吸気管内の圧力ｐｖｄｋを測定する圧力センサ１０と、吸入空気温度Ｔａｎｓを測定する温度センサ１１が設けられている。排ガス再循環管路４内の排ガス再循環バルブよりも手前側には、排ガス再循環バルブ手前側の排ガス圧力ｐｖａｇｒを測定する圧力センサ１２と、排ガス再循環バルブ手前側の排ガス温度Ｔａｂｇを検出する温度センサ１３が設けられている。
【００１２】
制御機器１４には前述した全てのセンシングされた特性量が供給される。それに対しては、測定された吸気管圧力ｐｓａｕｇ、スロットル弁位置ｗｄｋ、空気質量流量ｍｓｈｆｍ、スロットル弁前の圧力ｐｖｄｋ、吸気温度Ｔａｎｓ、排ガス再循環バルブ５の位置ｖｐ（例えばバルブ制御信号の特性量から導出される）、センサ１５から検出されたエンジン回転数ｎｍｏｔ、排ガス再循環バルブ前の排ガス圧力ｐｖａｇｒｖ、排ガス再循環バルブ前の排気ガスの温度Ｔａｂｇが所属している。特性量ｐｖｄｋ，Ｔａｂｇ，ｐｖａｇｒは、エンジンの他の作動特性量からのモデル計算によって求めることも可能である。制御機器１４は、とりわけ前述した入力量からフレッシュエアーの分圧ｐｆｇと再循環される排気ガスの分圧ｐａｇｒを求める。
【００１３】
図１に示されている排ガス再循環管路内では、汚れによって通流特性の変化が生じ得る。そのためバルブ５に対する制御信号特性量を介して設定される質量流量は、もはや実際の特性には相応しない。この汚れによっては、質量流量管路の機能を損なう管路の閉塞につながる危険性がある。制御信号の補正および/または質量流量管路の状態の診断のためには、質量流量管路内の絞り箇所のモデルに基づいて、測定および/または推定もしくは算出された特性量を用いて当該絞り箇所の管路抵抗が算出される。この管路抵抗は、補正値もしくは診断値として用いられる。この場合管路抵抗による限界値の上回りは質量流量管路とその制御システムの領域における機能エラーに由来している。
【００１４】
前述したような問題は、排ガス再循環システムのもとでのみ生じるものではなく、汚染の危険性がある、調整要素を備えた全ての質量流量管路において生じ得るものである。そのため以下で説明する手段は、この種の全ての質量流量管路において適用可能なものである。
【００１５】
図２には、以下の明細書で説明する手法の基礎となる基本原理が示されている。ここでは質量流量管路５０の断面が概略的に示されており、この質量流量管路５０内には制御可能な調整要素（例えばバルブ５２）が存在している。この場合質量流量は、左から右への矢印方向に通流する。この質量流量管路５０の汚れは、絞り５４によって表わされている。この絞りにより横断面は変化しそれに伴って質量流量管路５０の通流特性も変化する。この絞り５４よりも前の質量流量管路５０内は、入力側圧力ｐｅｉｎ（排ガス再循環システムの有利な実施例のケースでは排ガス反力）で占められている。絞り５４とバルブ５２の間は、入力側圧力ｐｅｉｎから偏差した圧力ｐｎａｃｈで占められている。バルブ５２の後方は圧力ｐｓで占められている（排ガス再循環システムの有利な実施例のケースでは吸気管圧力）。質量流量管路５０を通りバルブ５２を介して流れる質量流量ｍｓは単位時間当たりの質量である。この場合このバルブ５２は、バルブポジションｖｐを有する。ガス質量流量は、温度ｔを有している。管路抵抗Ｋの計算のためには、絞り５４を介した圧力の差分が評価される。絞り５４を介した圧力差分ｄｐは、入力側圧力ｐｅｉｎと圧力ｐｎａｃｈの差分によって得られる。この圧力ｐｎａｃｈは（測定されない限り）、バルブポジションｖｐと、バルブ後方の圧力ｐｓと温度ｔの考慮のもとに算出される。管路抵抗Ｋは、圧力差分と、絞り５４を通って流れる質量流量（これは近似的にバルブを介した質量流量に相当する）との間の関係から近似的に得られる。この場合は、質量流量の平方と圧力差分との間の実質的な比例関係に基づいており、その際の比例定数が管路抵抗Ｋである。
【００１６】
算出された管路抵抗値Ｋは、補正値を表わしており、それに依存してバルブ５２の駆動制御が汚れによる通流量低下の補償のために補正されるか、もしくは質量流量管路の診断のために評価される。この場合管路抵抗値の計算は、汚れの堆積箇所における質量流量管路の圧力比と通流比の評価に基づいている。
【００１７】
図３及び図４には、排ガス再循環システムの有利な実施例において補正値Ｋを決定するフローチャートが示されている。この場合このフローチャートは図示の計算を行うコンピュータプログラムを表わしている。このフローチャートでの個々のブロック要素は、前述した機能を実現するプログラムやプログラムパート、プログラムステップを表わしており、それに対してラインは情報の流れを表わしている。
【００１８】
排ガス再循環管路を通る質量流量ｍｓａｇｒは、以下のように算出される（ここでは従来技術として冒頭に述べたドイツ連邦共和国特許出願  ＤＥ  １００  ４１  ０７３明細書が参照される）：
ｍｓａｇｒ＝Ｍ(ｖｐ)*ｆｔ*(ｐｖａｇｒｖ/１０１３ｈｐａ)*ＫＬＡＦ(ｐｖａｇｒｖ/ｐｓ)
この場合前記ｖｐは、排ガス再循環制御バルブのバルブポジションであり、前記Ｍはその通流特性曲線（すなわち当該排ガス再循環制御バルブのバルブポジションを介した質量）、前記ｆｔは通流ガスの温度に依存した補正値、前記ｐｖａｇｒｖは排ガス再循環バルブ前の圧力、ｐｓは排ガス再循環バルブ後の圧力、つまり吸気管圧力、前記ＫＬＡＦは、管路の通流特性曲線である。
【００１９】
特性量が既知である場合に、これらの式を用いてバルブを通る質量流量が算出される。
【００２０】
排ガス再循環バルブを介した質量流量のさらなる計算値は、吸気管モデルを提供する。これは吸気管内の質量流量に依存した吸気管圧力を表わす。この場合例えば以下の式、
ｐｓ＝ｆｋ*Ｉｎｔｅｇｒａｌ（ｍｓａｇｒ＋ｍｓｄｋ−ｍｓｚｙｌ）
が有効である。この場合前記ｐｓは、吸気管圧力であり、前記ｍｓａｇｒは排ガス再循環バルブを介した質量流量であり、前記ｍｓｄｋは吸気管内のスロットルバルブを介した質量流量、前記ｍｓｚｙｌはシリンダ内へ流出する質量流量、前記ｆｋは換算係数である。
【００２１】
この式に基づけば、スロットルバルブを介した質量流量と、流出する質量流量および吸気管圧力が既知である前提のもとで、排ガス再循環バルブを介した質量流量も算出できる。これらの質量流量値は、測定可能であるか又は例えば公知の手法に従って算出される。
【００２２】
排ガス再循環管路内の絞り箇所のエラーモデルに対しては以下の関係が認められる：
（ｐｖｏｒ−ｐｎａｃｈ）＝Ｋ*ｍｓａｇｒ*ｍｓａｇｒ
この場合前記ｐｖｏｒは絞り箇所前の排ガス圧力（図２の例ではｐｅｉｎ）であり、前記ｐｎａｃｈは絞り箇所後の排ガス圧力（図２の例ではｐｎａｃｈ）、Ｋは管路抵抗（図２の例のＫ）、ｍｓａｇｒは絞り箇所を通る質量流量（図２の例のｍｓ）である。
【００２３】
排ガスシステム内の排ガス質量流量の取出し箇所と排ガス再循環バルブとの間に絞り箇所が生じているとみなすならば、近似的に、絞り箇所後の排ガス圧力ｐｎａｃｈは、排ガス再循環バルブ前の圧力ｐｖａｇｒｖであることが有効である。つまり絞り箇所前の排ガス圧力ｐｖｏｒ（排ガス対抗圧力）が適切な方法によって測定もしくはモデル化されるならば、エラーモデルに基づいて絞り箇所の管路抵抗Ｋが直接算出できる。積分器の投入は不要である。この場合この計算は、前述した関係の変形によって行われる。すなわち、
Ｋ＝（ｐｖｏｒ−ｐｎａｃｈ）/（ｍｓａｇｒ*ｍｓａｇｒ）
この場合は、バルブ前の圧力ｐｎａｃｈのデータが重要である。これは前述の式をベースにして反復的に算出される：
ｐｎａｃｈ＝ｐｖａｇｒｖ（ｔ）＝（ｄｐｓ/（ｆｋ−ｍｓｄｋ＋ｍｓｚｙｌ）*１０１３ｈＰａ/（Ｍ(vp)*ｆｔ*ＫＬＡＦ（ｐｖａｇｒｖ（ｔ−１）/ｐｓ)）
絞り箇所のこのように算出された管路抵抗Ｋは、排ガス再循環バルブの制御信号の補正のためにおよび/または排ガス再循環システムの診断のために評価され、その際例えば補正値が所定の閾値と比較される。補正値がこの閾値を上回ると、これは次のようなことに対する兆候となる。すなわち、管路横断面が汚れの堆積によって著しく狭められ、それによって排ガス再循環システムの正常な機能がもはや保証されないことである。このようなケースでは、相応のエラー表示がトリガされる。別の実施例では補正値が排ガス再循環バルブの駆動制御の補正に用いられる。その際には補正係数が駆動制御信号の引上げとバルブのさらなる開放のために用いられる。すなわち駆動制御信号変量と補正値との間に所定の関係が生じる。これは補正値の増加と共に駆動制御信号の増大を引き起こし、排ガス再循環の質量流量の閉ループ制御回路における予制御値として用いられる。
【００２４】
重要なことは、エンジンの運転期間中に、定常的な状態の受入れを待つまでもなく補正値が自発的に得られることである。
【００２５】
図３のフローチャートは、前述した補正係数Ｋの計算を表わしている。ブロック１００では前述した式に従って、入力量バルブポジションｖｐと、排ガス温度Ｔ、バルブ前の圧力ｐｖａｇｒｖ、吸気管圧力ｐｓに基づいて、排ガス再循環バルブを介した質量流量ｍｓａｇｒが求められる。これはブロック１０２において累乗され、その後で除算ブロック１０４に供給される。そこでは、排ガス対抗圧力ｐｖｏｒとバルブ前の圧力ｐｖａｇｒｖの差分と、質量流量ｍｓａｇｒの二乗との除算によって係数Ｋが形成される。ブロック１０６では駆動制御信号γａｇｒ（これは様々な作動パラメータに依存して形成される）が補正るか、および/または閾値を上回った場合にはエラー表示が投入されるか（１０８）、および/または相応の情報がエラーメモリにファイルされる。
【００２６】
図４は、排ガス再循環バルブ前の圧力ｐｖａｇｒｖの算出のためのフローチャートが示されている。前述した式に従ってバルブを介した質量流量ｍｓａｇｒは差分ブロック２００において形成される。この場合はまずブロック２０２にて形成された吸気管圧力ｐｓの時間導関数が除算ブロック２０４において補正係数ｆｋを用いて質量流量値に換算され、この換算値が、スロットルバルブを介して流れる空気質量流量（ｍｓｄｋ）とシリンダ内へ流出する空気質量流量（ｍｓｚｙｌ）の差分値と共に差分ブロック２００に供給されそこで質量流量ｍｓａｇｒが形成される。さらにバルブポジションｖｐが通流特性曲線Ｍ（２０６）の考慮下で、乗算ブロック２０８において、温度依存性の補正係数ｆｔと、最後の計算における吸気管圧ｐｓとバルブ前圧力（ｐｖａｇｒｖ(t-1)）の商の値との乗算によってさらなる質量流量値ｍｓａｇｒが形成される。これらの２つの質量流量値は、除算ブロック２１０において相互に除算され、このようにして目下の圧力値ｐｖａｇｒｖ（ｔ）が形成される。これはバルブ手前側を占めている値である。この値は次の計算ステップのためにブロック２１２にも供給される。
【図面の簡単な説明】
【図１】給排気系と排ガス再循環系を備えた内燃機関を示した図である。
【図２】補正値ないし管路抵抗値の算出のための基本的な手法を個別の適用例に依存しない形で示した図である。
【図３】本発明を排ガス再循環システムの例で詳細に示した図である。
【図４】本発明を排ガス再循環システムの例で詳細に示した図である。
【符号の説明】
１      エンジン
２      排気管
３      吸気管
４      排ガス再循環管路
５      バルブ
６      圧力センサ
７      スロットル弁
８      位置センサ
９      空気質量センサ
１０    圧力センサ
１２    圧力センサ
１３    温度センサ
【図１】
0004404517.tif 000002
【図２】
0004404517.tif 000003
【図３】
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【図４】
0004404517.tif 000005