(57)【要約】本発明は、充填圧力の低減が制御器を用いて失火識別量に依存して行われる、内燃機関の制御のための方法および装置に関している。
2004521246.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の充填量が制御され、その際エンジンないしドライブトレーンにおけるショック傾向に対する尺度が求められる、内燃機関の制御のための方法において、
ショックまたはショック傾向に対する尺度が求められ、制御器に供給され、
前記制御器は、当該のショックが解消されるまで充填量を低減させるようにしたことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記充填量を、過給圧の低減によって低減させる、請求項１記載の方法。
【請求項３】
ショック傾向を、回転数変動の振幅に依存して、または点火角度効率に依存して求める、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
前記回転数は、エンジン回転数かまたはドライブトレーン内の回転数である、請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記制御器の出力量として、補正係数を形成し、前記制御器の入力量は、点火角度効率と所定の限界値との偏差かまたは振幅と所定の限界値との偏差である、請求項１から４いずれか１項記載の方法。
【請求項６】
前記限界値は、回転数に依存している、請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記制御器は、全負荷近傍においてのみ活動化する、請求項１から６いずれか１項記載の方法。
【請求項８】
前記制御器は、積分制御器、比例積分制御器、または比例制御器である、請求項１から７いずれか１項記載の方法。
【請求項９】
全負荷近傍は、吸気管圧力と最大吸気管圧力の比が、所定の有利には回転数に依存した限界値を上回った場合に識別される、請求項１から８いずれか１項記載の方法。
【請求項１０】
制御ユニットを備えた内燃機関の制御のための装置であって、前記制御ユニットは、内燃機関の充填量を制御する出力量を形成しており、さらに前記制御ユニットは、ショック特性量からエンジンないしドライブトレーンのショック傾向またはショック状態を検出する形式の装置において、
前記制御ユニットは、ショック傾向ないしショック状態が識別された場合に充填量の低減を引き起こす制御器を含んでいることを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
従来技術
本発明は、内燃機関の制御のための方法および装置に関している。
【０００２】
最近のエンジン制御においては、ドライバまたは外部制御システムから設定される、内燃機関の出力量（例えば回転トルクや出力など）に対する目標量から、内燃機関に対する空気供給のための目標量、例えば燃焼室内の充填量（空気質量）などが形成される。この目標量は、内燃機関のスロットルバルブの目標角度（目標位置）の算出のための基準も表わしている。別の側では、測定装置を用いて空気供給に対する実際値特性量（例えば内燃機関の実際値充填量など）が算出される。この値は、内燃機関の出力量の実際値（例えば実際値トルク）に対するベースを形成する。この種の手法の例としては例えばドイツ連邦共和国特許出願ＤＥ−Ａ １９６ １８ ３８５ 明細書から公知であるトルクベースのエンジン制御に対するものが挙げられ、ここでは目標トルクが設定され、換算によって目標空気充填量ないしはスロットルバルブの目標角度が設定されている。
【０００３】
ドイツ連邦共和国特許出願 ＤＥ−Ａ １９６ ０８ ６３０ 明細書からは、内燃機関に対して設定された目標充填量から一方ではスロットルバルブ角度の目標値が導出され、他方では過給圧目標値が導出されている例が公知である。
【０００４】
特に過給式の内燃機関やその他の内燃機関のタイプでは、所定の作動領域において、ショックの傾向があり、つまりドライブトレーンにおいて振動を生じ、これは車体への不快な反動に結び付く。このショックの出現は、充填量の低減によって、過給式エンジンでは過給圧の低減によって解消される傾向にある。従って内燃機関と共にこのようなショックの出現を回避ないし低減させるための簡単かつ効果的でコストをかけることなく適用できる手法が望まれる。
【０００５】
発明の利点
ショック特性量に依存した充填量、特に過給圧の低減によれば、効果的かつ簡単でコストをかけずに適用できるやり方でショックの出現を回避もしくは著しく低減することができる。
【０００６】
特に有利な手法によれば、ショック特性量として、もしくはショック傾向に対する尺度として、エンジン回転数の変動もしくは点火角度効率が用いられる。この点火角度効率とは、目下の設定された点火角度と理想的な点火角度（例えば最適トルクの点火角度）との間の偏差を表わす。
【０００７】
結果として、ショック低減ないし回避のためのコストのかかる制御を何一つ必要とすることなく、エンジンの全ての作動領域において高い信頼性を保証することのできる制御器が得られる。
【０００８】
本発明によれば、制御器のデータベース化の補正に必要となる高コストな手段、例えば海抜高度の高い所での試験や高圧／低圧実験室での試験、あるいは吸入空気温度の設定などの手段が何も必要ない。
【０００９】
有利には、充填量（特に過給圧）の低減によって、点火角度をより早期な時点に設定できる（点火進角）。それにより点火角度効率が向上し、ひいてはエンジンが最適に作動される。このことは燃料消費の低減にも寄与する。
【００１０】
本発明のさらなる利点は、以下の明細書で説明する実施例や従属請求項に記載されている改善例から得られる。
【００１１】
図面
以下の明細書では本発明を図面に示されている実施形態に基づいて詳細に説明する。この場合、
図１は、過給式内燃機関の制御のための制御ユニットを示した図であり、
図２は、過給圧制御によって設定される過給圧目標値の形成のためのフローチャートであり、この場合ショックないしショック傾向の出現のもとで過給圧を下げる補正信号が形成されており、
図３は、点火角度効率値をベースにした補正係数の算出のための実施例を示した図である。
【００１２】
実施例の説明
図１には、内燃機関の回転トルクないし出力を制御するための制御装置が示されている。この制御ユニット１０は、この場合入力回路１２と少なくとも１つのμコンピュータ１４と出力回路１６を含んでいる。これらの入力回路、μコンピュータ、出力回路は、バスシステム１８を介して交互にデータ交換できるように接続されている。制御ユニット１０の入力回路１２には、複数の入力線路２０，２４，２８，３２，３６〜４０が接続されている。有利な実施例においては、これらの入力線路は、１つのバスシステム、例えばＣＡＮバスシステムに統合されている。ここでは入力線路２８が制御ユニット１０を、供給された空気流量を検出するための測定装置３０、例えば空気質量流量計に接続している。入力線路２０は、制御ユニット１０を、ドライバによって操作される操作素子、例えばアクセルペダルの操作量を検出するための測定装置２２に接続している。入力線路２４と３２は、制御ユニット１０をスロットルバルブ位置とエンジン回転数検出のための測定装置２６と３４に接続している。さらに測定装置４２−４６が設けられており、これらは内燃機関および／または車両のさらなる作動量ないし作動パラメータを検出して相応の測定信号を線路３６〜４０を介して制御ユニット１０へ伝送している。この種の作動パラメータとしては、例えば排ガス成分／組成、エンジン温度などが上げられる。制御ユニット１０は出力回路１６と出力線路を介して内燃機関を制御する。第１の出力線路を介して電気的に操作可能なスロットルバルブ４８が内燃機関への空気供給量の制御のために操作される。さらに別の出力線と５０，５２を介して燃料供給量並びに点火角度が設定される。さらに線路５４を介して過給機が制御される。
【００１３】
（冒頭で述べた従来技術からも公知である）トルクベースのエンジン制御の有利な実施例においては、設定される目標トルクが目標充填量に換算される。その結果として目標スロットル弁角度も確定される。この角度は、位置制御の枠内でスロットル弁の操作によって設定調整される。この手法に対して補足的に（これも冒頭で述べた従来技術から公知であるが）、過給式エンジンのもとでは目標充填量から算出される目標吸気圧とスロットル弁を介した所定の圧力比とから、過給圧制御に対する目標過給圧が算出される。これは過給圧制御の枠内で設定されるものである。この目標過給圧は、つまり目標吸気圧とスロットル弁における所定の目標圧力比から形成される。この目標圧力比は、目標吸気圧値および／または充填量値、エンジン回転数に基づいて算出され、通常は０．９５〜１の範囲におかれている。
【００１４】
冒頭にも述べたように、過給式エンジンは、所定の作動領域においてはショックの発生しやすい傾向にある。これはとりわけ、エンジンの個々の燃焼のトルク寄与度の制御による、ばね−質量体系として表わすことのできるエンジンドライブトレーンの共振（共鳴）領域に由来する。従って最適な点火角度（例えばトルクを最適化する）と、設定された点火角度の間の偏差がとりわけ大きくなる。さらにこの点火角度効率が悪化すればするほど、トルクも急峻に低下する傾向にある。このことは結果的に、この状態において自然発生した燃焼のばらつきが大幅なトルク変動を引き起こすことにもつながる。過給されたエンジンの場合では特にこのことはノッキングを呼び起こしやすい。吸入空気量の増大と過給圧の増加に伴って、ノッキング限界点はますます遅角方向にシフトする。それ故にエンジンをノッキングなしで作動させようとすると、点火角度効率がこの関係によって益々低下する。
【００１５】
進角側への点火角度の調整と点火角度効率の向上とを同時に行うもとで、ショックないしショック傾向を回避／低減させるための適切な対抗手段は、ショックないしショック傾向が生じた際の過給圧の低減である。この場合ショック傾向を識別するために、そこからショックまたはショック傾向を導き出すことのできる特性量が直接的ないしは間接的に用いられる。この場合に適したものとして特に２つの手法が判明した。
【００１６】
第１の手法は、ショック傾向の検出のために回転数の振幅を評価することである。目下の回転数振幅が所定の限界値を上回ったならば、限界値と回転数振幅の偏差が制御器に供給され、制御出力がこの偏差の大きさに応じて高い値からより小さな値へ低減される。回転数振幅の限界値を上回った場合の係数のスタート値は、この場合有利には１である。制御器によって求められたこの係数は、過給圧の確定の際の補正量として利用される。この場合補正値の値が１の場合にはまだ補正は行われないが、値がそれよりも小さくなるにつれて結果的に過給圧の低減が引き起こされる。この関係においてこのような回転数振幅のもとでは、振幅の絶対値が回転数変動としてとらえることができる。
【００１７】
第２の手法では、ショック傾向の識別のために、点火角度効率の間接的な特性量が利用される。この場合、前記した制御器の入力値として、目下の点火角度効率と点火角度効率限界値との偏差が用いられる。その際の制御器における信号処理は、前述したものに類似して行われる。すなわち補正係数が、限界値を下回った時に値１で開始されてその値が偏差に依存して低減され、これは偏差が再びこの限界値を上回るまで続けられる。
【００１８】
特に有利な実施例では、制御器が純粋な積分制御器であり、その出力量は、０と１の間の所定の最小値と、最大値１との間で可変である。目下の点火角度効率が、限界値（有利にはこれは回転数に依存する）よりも大きい場合には、補正係数はより大きな値方向でそれが上方の限界値、つまり値１になるまで維持される。過給圧の低減または一般的な内燃機関の充填量は、これに伴って無効にされる。
【００１９】
点火角度効率が限界値よりも小さいならば、ショックの発生が推定される。前述した解決手段に類似して、制御器の出力は、当該点火角度効率が再び限界値を上回るまで、つまりショック傾向が解消するまでもしくは制御器の最小値に達するまで、より小さな値の方向に制御される。一般的には、下方の部分負荷領域において、点火角度効率は、ノッキング傾向の縮小によって向上し、それによってここでは補正係数が再び値１に向かう。しかしながら別の有利な改善例によれば、制御器は全負荷の時にだけ活動する。それにより、下方の部分負荷から全負荷への新たな切換の際には補正係数は新たに学習される必要がなくなる。制御器の停止によって補正係数の全負荷における最後の値が維持され続ける。有利には、全負荷に対する尺度として目下の吸気圧と最大吸気圧（これは全負荷の識別の時に所定の有利には回転数に依存した閾値を上回る）からの比が用いられる。
【００２０】
純粋な積分制御器の代わりに、他の実施例においては比例制御器または比例積分制御器が用いられる。
【００２１】
前述した手法の制御ユニットの出力側における作用は、次のことによって得られる。すなわち全負荷領域において基準点火マップにおける点火角度の遅角側へのシフトのもとで過給圧目標値と設定された過給圧の低減がノッキング制御の活動化なしで形成されることによって生じる。
【００２２】
図２には前記したような過給圧目標値とその補正係数を算出するための有利な実施例を表わしたフローチャートが示されている。このフローチャートは、制御ユニットの一部であるマイクロコンピュータのプログラムを表わしている。この場合個々のブロックは、複数のプログラム、プログラムパート、またはプログラムステップを表わしており、それに対して矢印は、情報の流れを表わしている。
【００２３】
まず符号１００のブロックで、例えば冒頭に述べたような従来技法で説明したように作動パラメータ、例えば所望トルクやエンジン回転数に応じて内燃機関の吸気管圧力ｐｓｓｏｌが算出される。この目標圧力値は、他の実施例における別の手法で、例えば所望トルクのみから導出される。この目標吸気管圧力は、結合箇所１０４において係数ＶＰＳＳＰＬＳで除算される。この係数は、スロットル弁を介した所望の圧力比を表わし、有利な実施例では０．９５〜１の間である。この係数は、特性曲線ないし特性マップ１０６において少なくとも１つの作動パラメータ、例えば回転数に応じて算出される。このように修正された目標圧力値は、最大値選択段１０８に供給される。これは、補正されて供給された目標吸気管圧力の大きさと基準過給圧ｐｌｇｒｕのうち大きい方の値を選択する。基準過給圧は、この場合単独の空気流量とそれに伴うタービン操作量によって現れる。これはブロック１１０において例えば空気質量流量の尺度に依存して例えば特性マップから求められる。ブロック１０８において選択された最大値は、最小値評価段１１２へ供給され、そこにおいて目標過給圧ｐｌｓｏｌが供給された２つの値のうちの小さい方として過給圧制御器に転送される。図には示されていないこの過給圧制御は、目標過給圧を制御し、実際値過給圧が考慮される。ブロック１０８での最大値選択によって目標過給圧が基準過給圧を下回らないことが保証される。最小値選択ブロック１１２に供給される第２の値は、少なくとも１つの最大過給圧値をベースにして算出される。そのため、この目標過給圧は、最大過給圧を上回ることはない。ブロック１１４（例えば特性マップ９）のもとでは、最大エンジン出力のための最大過給圧ｐｌｘｓｍｍが求められる。その際例えば１つの特性曲線においてエンジン回転数に依存して最大圧力値が読出される。ブロック１１６（これも特性マップないし特性曲線であり得る）では、過給機のタービン回転数に依存して最大の目標過給圧ｐｌｘｓｔｕが定められる。最小値選択段１１８では２つの最大値からそのつどのより小さい値が選択され、結合箇所１２０において補正係数ＦＥＴＡＺＷを用いて補正される。この補正係数の形成は、図３のフローチャートに基づいて説明する。これはショック回避のための前述した補正係数を、点火角度効率に依存してあるいは回転数振幅に依存して表わしている。このように補正された最小値は、目標過給圧ｐｌｓｏｌの形成のために最小値選択段１１２に供給される。
【００２４】
補正係数ｆｅｔａｚｗは、前記した燃焼室内の充填量の低減を目標過給圧の低減によって生じさせている。
【００２５】
図３のフローチャートは、係数ｆｅｔａｚｗの形成のための有利な実施例を表わしている。ここでもこのフローチャートは、制御ユニットのマイクロコンピュータ内で実行されるプログラムを表わしており、矢印は情報の流れを表わしている。図３には制御器２００が示されており、これは有利には積分制御器であって、その入力量Δは、ブロック２０２で形成された、実際値点火角度効率と点火角度効率限界値の間の偏差を表わしている。この場合点火角度限界値は、特性曲線ないし特性マップあるいはテーブル２０４においてエンジン回転数ｎｍｏｔに依存して読出される。実際値点火角度効率ｅｔａｚｗｂｍは、例えば冒頭に述べた従来技法で説明したように、点火角度効率特性曲線を用いて、（回転数や負荷に依存して）設定された特性マップ点火角度と、同じように回転数や負荷に依存して最適化された点火角度の偏差から求められる。積分制御器２００の出力量は、補正値ｆｅｔａｚｗを表わしている。この出力量は、適用可能な最小値と最大値（これは有利には値１である）の間で変動し得る。目下の点火角度効率ｅｔａｚｗｂｍが限界値ＦＥＴＡＺＷＬＤよりも大きいならば、積分器はこの偏差を上方に向けて積分し、それによって係数ｆｅｔａｚｗが高められる。最大値１に到達した場合には、停止され、充填量の低減が無効になる。目下の点火角度効率が限界値よりも小さいならば、ショック傾向が認められる。このケースでは、積分器が補正係数を、目下の点火角度効率が限界値を下回るまで、より小さい値に低減させる。この状態はショック傾向が存在している限り当てはまる。これがもはや存在しなくなった時、あるいは積分器の最小値に達した時には、補正係数の低減が終了される。目下の点火角度効率が限界値を上回った場合には、積分器は再び値１の方向に稼働する。
【００２６】
下方の部分負荷においては、一般的に点火角度効率が向上した場合には、それによって通常はここでは補正係数が再び値１まで動く。全負荷へ新たに切り替わった場合には、補正係数と充填量低減が、新たに形成されなければならないはずである。このことを避けるために、有利な実施例においては、全負荷近傍においてのみ積分器を活動化させ、それ以外は遮断するイネーブル信号が設けられる。それ故に積分器の最後の値は、全負荷以外は記憶される。有利な実施例においては、全負荷の識別のために、ブロック２０６において、測定された吸気管圧力ｐｓと最大吸気管圧力ｐｌｘｓが比較される。特別な実施形態においては、この吸気管圧力ｐｓと最大吸気管圧力ｐｌｘｓからの比が形成される。最大吸気管圧力ｐｌｘｓの値は、エンジン回転数に依存して特性曲線から得られる。この比はさらに比較器２０８に供給され、そこでこの比は、エンジン回転数に依存した限界値と比較される。この限界値は、ブロック２１０において例えば特性曲線マップで形成されている。前記比が限界値を上回っている場合には、積分器がスタートされ、閾値を下回ると停止される。
【００２７】
既に前述したように、本発明の他の実施例においては点火角度効率の偏差ではなく、回転数変動の振幅と、その限界値からの偏差が補正係数ｆｅｔａｚｗ形成のための制御量として用いられる。このケースでは、求められた振幅が限界値と比較され、その偏差が制御器、有利には積分制御器に供給される。この制御器は、前述の説明で述べたように最小値と値１との間で補正係数を形成する。その際に限界値を上回っている場合には、補正係数の値が低減され、限界値を下回っている場合には補正係数値がアップされる。ここでは全負荷近傍での活動化も有利であり得る。しかしながら振幅は直接検出されるので、全負荷近傍に対する運転モードの制限は必ずしも必要ない。
【００２８】
図２に示されているような目標過給圧の補正の他にも、別の実施例において、目標吸気管圧力、限定された目標吸気管圧力、あるいは充填量目標値、空気供給量を設定する値（スロットル弁位置）などを補正係数によって補正し、ショック傾向を抑圧するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】
過給式内燃機関の制御のための制御ユニットを示した図である。
【図２】
過給圧制御によって設定される過給圧目標値の形成のためのフローチャートである。
【図３】
点火角度効率値をベースにした補正係数の算出のための実施例を示した図である。
【国際公開パンフレット】
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2004521246.tif 000016
2004521246.tif 000017
2004521246.tif 000018
2004521246.tif 000019
2004521246.tif 000020
【国際調査報告】
2004521246.tif 000021
2004521246.tif 000022
2004521246.tif 000023
2004521246.tif 000024
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