(57)【要約】本発明は、圧力検出による内燃機関の排ガス再循環（ＡＲ）の監視のための方法に関し、この方法では排ガスは燃焼室装置のアウトレット側から排ガス再循環チャネル（ＡＲＫ）を介して燃焼室装置のインレット側に再循環される。比較的僅少なコストによる信頼できる排ガス再循環の監視は次のことによって達成される。すなわち、少なくとも１つの燃焼室（ＺＹＬ１．．．ＺＹＬｎ）において圧力経過が検出され、これから熱力学的特性量が実際値としてもとめられ、内燃機関の瞬時の動作点を考慮する特性量の目標値が準備され、この目標値と実際値との間の偏差が決定され、この偏差から排ガス再循環のノーマル状態と比較した排ガス再循環の瞬時の状態に関する情報が得られることによって達成される。
2006509966.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力検出による内燃機関の排ガス再循環（ＡＲ）の監視のための方法であって、排ガスは燃焼室装置のアウトレット側から排ガス再循環チャネル（ＡＲＫ）を介して燃焼室装置のインレット側に再循環される、圧力検出による内燃機関の排ガス再循環（ＡＲ）の監視のための方法において、
少なくとも１つの燃焼室（ＺＹＬ１．．．ＺＹＬｎ）において圧力経過が検出され、これから熱力学的特性量が実際値としてもとめられ、
内燃機関の瞬時の動作点を考慮する特性量の目標値が準備され、目標値と実際値との間の偏差が決定され、
この偏差から排ガス再循環のノーマル状態と比較した排ガス再循環の瞬時の状態に関する情報が得られることを特徴とする、圧力検出による内燃機関の排ガス再循環（ＡＲ）の監視のための方法。
【請求項２】
熱力学的特性量としてパーセントによるエネルギー変換点（αＥＫ％）と制御装置（ＳＴ）において既知の基準点又は基準角度（αＺ）との間の時間差又はクランクシャフト角度差（Δα）が基礎とされることを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項３】
圧力経過は一定のクランクシャフト角度又は時間間隔におけるサンプリングにより検出され、サンプリングされた圧力値は燃焼サイクルの少なくとも１つの部分の間のデータシーケンスとして格納されることを特徴とする、請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
熱力学的特性量は圧力経過に基づいて燃焼サイクルの少なくとも１つの部分の間の燃焼過程から又は加熱過程からもとめられ、前記燃焼過程において全体として解放された熱量が計算され、前記加熱過程において燃焼ガスに供給された熱量が計算されることを特徴とする、請求項１〜３のうちの１項記載の方法。
【請求項５】
加熱過程は次の関係式
ｄＱｈ＝ｄＵ＋ｐ*ｄＶ
によって計算され、ここでｄＱｈは供給される熱量、ｄＵは燃焼ガスの内部エネルギの上昇、ｐ*ｄＶは送出される機械的な仕事を意味し、
供給される熱量ｄＱｈからクランクシャフト角度に亘る積分によってエネルギ変換のパーセントによる割合がもとめられることを特徴とする、請求項４記載の方法。
【請求項６】
パーセントによるエネルギ変換点は次の式
Ｑｉ＝
［ｎ／（ｎ−１）］*ｐｉ*（Ｖｉ＋１−Ｖｉ−１）*［１／（ｎ−１）］＋Ｖｉ*（ｐｉ＋１−ｐｉ−１）
によって計算されるか又はこの式から導出される式から計算され、ここでｎはポリトロープ指数、ｐは燃料室の圧力、Ｖはシリンダ容積、ｉは計算区間の開始から終了までのサンプリングされ格納されるシリンダ圧力の連続インデクスを意味し、
パーセントによるエネルギ変換は全作業サイクルに亘る熱量Ｑｉの積分によって１００％エネルギ変換の決定においてもとめられ、これからこのパーセントによるエネルギ変換に相応するクランクシャフト角度（αＥ５０ ％）が決定されることを特徴とする、請求項４又は５記載の方法。
【請求項７】
パーセントによるエネルギ変換点として５０％エネルギ変換点が基礎とされることを特徴とする、請求項２〜６のうちの１項記載の方法。
【請求項８】
目標値と実際値との間の偏差は正の及び負の制限値と比較され、該制限値は特性量計算及び目標値のトレランスを考慮していることを特徴とする、請求項１〜７のうちの１項記載の方法。
【請求項９】
圧力経過は直接的に少なくとも１つの燃焼室（ＺＹＬ１．．．ＺＹＬｎ）に配置されたセンサによって又は間接的に決定されることを特徴とする、請求項１〜８のうちの１項記載の方法。
【請求項１０】
もとめられた排ガス再循環のデータは制御装置においてエラー格納及び／又はエラーを有するエラー診断のために及び／又は制御目的のために、とりわけ排ガス再循環バルブ（ＡＲＶ）の追従制御のために評価されることを特徴とする、請求項１〜９のうちの１項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力検出による内燃機関の排ガス再循環の監視のための方法に関し、この方法では排ガスは燃焼室装置のアウトレット側から排ガス再循環チャネルを介して燃焼室装置のインレット側に再循環される。
【０００２】
従来技術
このような方法はＤＥ４２０３２３５Ａ１に記載されている。この公知の方法では排ガス再循環制御装置の故障診断装置によって吸入導管において連続的に圧力値が検出され、連続的な圧力値の差がアキュムレートされる。このアキュムレートされた値から予め設定された値との比較によって排ガス再循環制御装置の故障診断が実施される。このような間接的な方法では、診断ミスを回避するために、内燃機関の各動作点毎に綿密な適合が行われなければならない。必要な費用は付加的に比較的高いコストとなる。
【０００３】
ＵＳ５６６４５４８に提案されたこの種の更に別の方法では、内燃機関のアウトレット側において排ガス流のパルス振幅が検出され、この結果、排ガス再循環の状態がもとめられる。この間接的方法も比較的コスト高である。この場合、更なるセンサは不利であり、とりわけ排ガス流にさらされるセンサは大きな温度負荷及びパーティクル堆積による妨害を受けてしまう。
【０００４】
排ガス再循環（ＡＧＲ）とは、ここでは、内燃機関の出力側からの吸入領域への排ガスの調量された導入と理解してもらいたい。このために通常は内燃機関の既存の制御装置によって排ガス再循環バルブが内燃機関の様々な動作パラメータに依存して制御される。しかし、（例えば汚れ及び堆積によるバルブの不完全な開放又は内燃機関の排ガス側から空気流入側への排ガスの経路における断面積縮小のために）このバルブが予期された排ガス質量流量を調量しない場合には、排ガスエミッションの許容制限値を超えてしまい、最適な制御信号（例えば点火時点）が制御装置によってもとめられない。
【０００５】
上記の排ガス再循環の監視のための方法のほかに、さらに様々な別の基本原理が公知である。これにはアクティブな排ガス再循環により喚起される温度変化の測定及び監視も含まれ、例えばＵＳ６０８５７３２に記載されているように、温度センサが排ガス再循環バルブと吸入領域との間に存在する。アクティブな排ガス再循環により喚起されるガス質量流量の測定及び監視も提案されている。ＤＥ４２２４２１９Ａ１にはＮＯxセンサによる排ガス中の酸化窒素の監視及び排ガス再循環率の推定が提案され、他方でＤＥ４２１６０４４Ａ１は排ガス再循環バルブの開放の増大による失火率の上昇の観察が開示されている。
【０００６】
本発明の課題は、できるだけ僅少なコストで排ガス再循環のできるだけ信頼できる監視を達成するための冒頭に挙げた様な方法を提供することである。
【０００７】
本発明の利点
上記課題は、請求項１の特徴部分記載の構成によって解決される。この場合、少なくとも１つの燃焼室において圧力経過が検出され、これから熱力学的特性量が実際値としてもとめられ、内燃機関の瞬時の動作点を考慮する特性量の目標値が準備され、目標値と実際値との間の偏差が決定され、この偏差から排ガス再循環のノーマル状態と比較した排ガス再循環の瞬時の状態に関する情報が得られる。
【０００８】
この手段によって直接的な方法が得られ、排ガス再循環の監視のためのシステムが付加的なセンサを必要とせずに、燃焼経過が直接的に分析される。この方法は内燃機関の既存の制御装置を活用し、この既存の制御装置は内燃機関の少なくとも１つの、例えば監視すべき各シリンダの燃焼室乃至はシリンダ圧力のための検出器に接続されている。制御装置は内燃機関の最適な動作に必要な排ガス質量流量を調整するために通常のやり方で排ガス再循環バルブに作用する。シリンダ圧力の経過及び場合によってはこの経過から導出される量は制御装置における様々な制御機能のための入力信号として使用される。制御部の出力信号は例えば燃料調量及び燃料空気混合気の点火の制御のための制御信号である。
【０００９】
本発明の方法は、空気及び燃料による各シリンダの完全充填における再循環された排ガスの相対的な割合への燃焼過程の既知の依存性に基づいている。排ガスのこの相対的な割合が多くなればなるほど、ますます燃焼の間の燃料の変換は長く続く。これは不活性ガスとしての排ガスの特性により説明でき、不活性ガスは燃料と空気酸素との化学反応に寄与しない。燃料の変換の検出は熱力学的計算の適用によって行われる。この熱力学的計算の基本的な入力量は測定されたシリンダ圧力である。通常は燃焼サイクル全体に対するこの計算の結果は次いで制御装置において目標値と比較される。目標値は有利には通常は試験台において監視のために予期される内燃機関の動作点における排ガス再循環の様々な相対的な割合に対する内燃機関のための制御パラメータ（例えば回転数及び空気充填量ならびに排ガス再循環バルブの制御の数値）の導出の間に一度だけもとめられる。
【００１０】
排ガス再循環の信頼できる監視のための本発明の方法の有利な実施形態では、熱力学的特性量としてパーセントによるエネルギー変換点と制御装置において既知の基準点又は基準角度との間の時間差又はクランクシャフト角度差が基礎とされる。
【００１１】
信頼できる測定を有する簡単なやり方は、有利には、圧力経過が一定のクランクシャフト角度又は時間間隔におけるサンプリングにより検出され、サンプリングされた圧力値は燃焼サイクルの少なくとも１つの部分の間のデータシーケンスとして格納されることである。
【００１２】
評価のために有利なやり方は、熱力学的特性量が圧力経過に基づいて燃焼サイクルの少なくとも１つの部分の間の燃焼過程から又は加熱過程からもとめられ、この燃焼過程において全体として解放された熱量が計算され、この加熱過程において燃焼ガスに供給された熱量が計算されることによって達成される。
【００１３】
熱力学的特性量をもとめるために、有利には、加熱過程は関係式ｄＱｈ＝ｄＵ＋ｐ*ｄＶによって計算され、ここでｄＱｈは供給される熱量、ｄＵは燃焼ガスの内部エネルギの上昇、ｐ*ｄＶは送出される機械的な仕事を意味し、供給される熱量ｄＱｈからクランクシャフト角度に亘る積分によってエネルギ変換のパーセントによる割合がもとめられる。
【００１４】
詳しく言えば、有利な方法シーケンスは、パーセントによるエネルギ変換点は次の式
Ｑｉ＝
［ｎ／（ｎ−１）］*ｐｉ*（Ｖｉ＋１−Ｖｉ−１）*［１／（ｎ−１）］＋Ｖｉ*（ｐｉ＋１−ｐｉ−１）
によって計算されるか又はこの式から導出される式から計算され、ここでｎはポリトロープ指数、ｐは燃料室の圧力、Ｖはシリンダ容積、ｉは計算区間の開始から終了までのサンプリングされ格納されるシリンダ圧力の連続インデクスを意味し、パーセントによるエネルギ変換は全作業サイクルに亘る熱量Ｑｉの積分によって１００％エネルギ変換の決定においてもとめられ、これからパーセントによるエネルギ変換に相応するクランクシャフト角度が決定されることによって得られる。
【００１５】
排ガス再循環の信頼できる監視は例えばパーセントによるエネルギ変換点として５０％エネルギ変換点が基礎とされることによって得られる。
【００１６】
さらに排ガス再循環の監視のためには、目標値と実際値との間の偏差が正の及び負の制限値と比較され、これらの制限値は特性量計算及び目標値のトレランスを考慮する、という手段が有利である。
【００１７】
圧力経過の検出のための異なる可能性は、圧力経過が直接的に少なくとも１つの燃焼室に配置されたセンサによって又は間接的に決定されることに存する。
【００１８】
本発明の方法の更なる有利な実施形態は、もとめられた排ガス再循環のデータは制御装置においてエラー格納及び／又はエラーを有するエラー診断のために及び／又は制御目的のためにとりわけ排ガス再循環バルブの追従制御のために評価されることによって得られる。
【００１９】
図面
本発明を次に実施例に基づいて図面を参照しつつ詳しく説明する：
図１は内燃機関の重要な部分の概略図であり、
図２は排ガス再循環の監視のフローチャートである。
【００２０】
実施例
図１は概略図においてシリンダＺＹＬ１、ＺＹＬ２．．．ＺＹＬｎを有する内燃機関のシリンダ装置を示し、これらのシリンダはそれらの（図示されていない）出力側からそれらの（同様に図示されていない）入力側へと乃至はそれらの吸入領域へと排ガス再循環チャネルＡＲＫの中に配置された排ガス循環ＡＲのための排ガス再循環バルブＡＲＶを有するこの排ガス再循環チャネルＡＲＫを介して接続されている。通常は、この場合、全てのシリンダＺＹＬ１、ＺＹＬ２．．．ＺＹＬｎに対して共通にこのような排ガス再循環ＡＲが設けられるが、それぞれ排ガス再循環チャネルＡＲＫを介する個別の排ガス再循環ＡＲも考えられ得る。シリンダＺＹＬ１、ＺＹＬ２．．．ＺＹＬｎには燃料室乃至はシリンダ圧力のためのそれぞれの圧力検出器ＰＡが設けられており、これらの圧力検出器ＰＡの信号は制御装置ＳＴに処理、評価及び場合によっては排ガス再循環バルブＡＲＶの制御のために供給される。この制御装置ＳＴは通常のエンジン制御装置であり、このエンジン制御装置は内燃機関の多数の監視及び制御機能を果たし、さらにとりわけ例えば予め設定された値及びもとめられた値を格納しかつ例えばエラー診断を実施するために適当なメモリ装置が設けられている。
【００２１】
図２は排ガス再循環ＡＲの監視における方法シーケンスを示す。ステップＳ１（例えば噴射時点又は点火時点）における作業サイクルの開始の後でステップＳ２においてシリンダ圧力が有利には一定のクランクシャフト角度でサンプリング及び検出され、ステップＳ３において格納される。次いで、ステップＳ４においてこの作業サイクルが（例えば所定の低下するシリンダ圧力又はクランクシャフト角度で）終了されたかどうかが検出される。この作業サイクルが終了していない場合には、この作業サイクルの終了が検出されるまで先行ステップが繰り返される。その後で、排ガス再循環に特有の熱力学的特性量の実際値がステップＳ５においてもとめられ、メモリテーブルから又は制御装置において予め格納されていた曲線経過から内燃機関の瞬時の動作パラメータに相応する目標値がステップＳ６において準備される。これに続くステップＳ７での目標値／実際値比較において、偏差が予め設定された制限値より大きいかどうかが検出される。ノーの場合には、ステップＳ８において目標値と実際値との間の偏差が更に別の制限値を下回るかどうかが検出される。ステップＳ７又はステップＳ８において、制限値を上回っているか乃至は下回っているかが検出される場合、ステップＳ９において排ガス再循環乃至は排ガス再循環システムにおけるエラーに関する情報が格納される。次いでこの情報により制御装置をよって診断表示が制御されるかもしくは更なる又は別の制御機能、例えば排ガス通気が悪くなった排ガス再循環チャネルＡＲＫへの適合のための排ガス再循環バルブＡＲＶの追従制御がトリガされる。
【００２２】
制御装置においてパラメータとして格納されている目標値は、内燃機関の瞬時の動作点を例えば回転数、空気充填量又は調整される排ガス再循環率に相応して考慮する。２つの予め設定される制限値は特性量計算における及び目標値のトレランスを考慮する。
【００２３】
異常な排ガス再循環ＡＲの表示のために又は他の制御機能の実施のために、通常は、所定数の超過が待たれ、この結果、評価の信頼性が向上する。
【００２４】
制御乃至は診断機能の拡張において、制御装置による排ガス再循環バルブＡＲＶの制御は、目標値と実際値との間の偏差が補償調整されるように制御される。これによって例えば排ガス再循環バルブＡＲＶ又は排ガス再循環チャネルＡＲＫ乃至は接続導管の汚れの増大が補償される。
【００２５】
上記の熱力学的特性量は、この特性量が燃焼の時間経過を記述するように選択される。これに対するそれ自体は公知のパラメータはいわゆる燃焼過程であり、この燃焼過程は全体として解放される熱量を計算し、さらにいわゆる加熱過程であり、この加熱過程はガスに供給される熱量を計算する。この加熱過程は比較的簡単に計算できる。なぜなら例えば壁面熱損失は考慮されないからであり、次の関係式
ｄＱｈ＝ｄＵ＋ｐ*ｄＶ
によって決定され、ここでｄＱｈは供給される熱量、ｄＵはガスの内部エネルギの上昇、ｐ*ｄＶは送出される機械的な仕事を意味する。量ｄＱｈからクランクシャフト角度αに亘る積分によってこのクランクシャフト角度に亘るエネルギ変換のパーセントによる割合がもとめられる。様々な研究から、例えばエネルギ変換の５０％が行われるクランクシャフト角度αＥ５０ ％がシリンダ充填量における排ガス再循環の相対的な割合（排ガス再循環率）と相関関係を有することが分かっている。この場合、５０％エネルギ変換はもちろんまだ一義的に排ガス再循環率に割り当てることはできない。
【００２６】
一義的な割当てを得るために、ここでは熱力学的特性量が５０％エネルギ変換点と瞬時にもとめられる点火角度αｚの差として次の関係式
Δα＝αＥ５０ ％−αｚ
を介して決定される。この量によって相対的な排ガス再循環率がもとめられる。内燃機関の制御装置において排ガス再循環率とクランク角度差Δαとの間の関係がデータの形式において例えば特性マップとして又は関数Δαｓｏｌｌ＝ｆ（排ガス再循環率）として格納されている。この関数は場合によっては更なる動作パラメータにより拡張されうる。
【００２７】
制御装置ＳＴにより調整される排ガス再循環バルブＡＲＶの制御のために、所属の特性量Δαｓｏｌｌが目標値として格納されたデータの中から当該燃焼サイクルに対してもとめられる。さらに、制御装置ＳＴはシリンダ圧力信号乃至はサンプリングされた圧力経過のデータシーケンスから５０％エネルギ変換点に相応する５０％点火角度αＥ５０ ％を計算し、この５０％点火角度αＥ５０ ％は瞬時の点火角度αｚの減算によって実際値量Δαｉｓｔをもたらす。
【００２８】
外部点火なしの内燃機関では、熱力学的特性量Δαは例えば点火角度αｚの代用によっても行われる。このような代用量の可能な実現は例えば燃料に対する噴射開始の角度である。
【００２９】
制御装置における５０％クランクシャフト角度（５０％エネルギ変換角度）の計算の簡単な方法は次の式
Ｑｉ＝
［ｎ／（ｎ−１）］*ｐｉ*（Ｖｉ＋１−Ｖｉ−１）＋［１／（ｎ−１）］*Ｖｉ*（ｐｉ＋１−ｐｉ−１）
から得られ、ここでＱｉは熱量、ｎはポリトロープ指数、ｐはシリンダ圧力、Ｖはそれぞれのシリンダ容積、ｉは計算区間の開始から終了までのサンプリングされて格納されるシリンダ圧力の連続インデクスであり、この計算区間は必ずしも燃焼サイクル全体を含む必要はない。燃料からのエネルギ解放の領域における燃焼サイクルの重要な部分への制限を行うことができる。
【００３０】
全作業サイクルに亘るすなわち１００％エネルギ変換値の決定までの熱量Ｑｉの積分においてクランクシャフト角度αＥ５０ ％がもとめられ、このクランクシャフト角度αＥ５０ ％は５０％エネルギ変換に相応する。同じ様に、ｋ％エネルギ変換に相応するクランクシャフト角度αＥｋ ％をもとめることも考えられる。
【００３１】
熱力学的特性量の上記の決定のためにはただ一つのシリンダにおいてのみ圧力経過を検出すれば十分であるが、複数の、とりわけ全てのシリンダＺＹＬ１．．．ＺＹＬｎにおける圧力経過を熱力学的特性量の計算のために検出することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】内燃機関の重要な部分の概略図である。
【図２】は排ガス再循環の監視のフローチャートである。
【符号の説明】
【００３３】
ＺＹＬ１．．．ＺＹｌｎ  シリンダ
ＡＲ  排ガス再循環
ＡＲＫ  排ガス再循環チャネル
ＡＲＶ  排ガス再循環バルブ
ＰＡ  圧力検出器
ＳＴ  制御装置
【図１】
2006509966.tif 000003
【図２】
2006509966.tif 000004
【国際調査報告】
2006509966.tif 000005
2006509966.tif 000006
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2006509966.tif 000009
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