(57)【要約】【課題】チャージャ運転範囲内においても、チャージ圧力の目標設定が正確に行われ且つ実際値と目標値との間の公差に基づく偏差を消滅することが保証される、過給式内燃機関の制御方法および装置を提供する。【解決手段】設定値の関数として絞り弁位置が設定され、且つ目標圧力の関数としてチャージ圧力が制御され、さらに絞り弁を通過する内燃機関への空気流量が決定され並びに供給される空気流量が測定され、絞り弁を通過する計算空気流量と測定空気流量との間の偏差の関数である係数が決定される、過給式内燃機関の制御方法において、チャージ圧力の制御において係数が考慮される。チャージ圧力、特にチャージ圧力目標値が、実際値測定および絞り弁を通過する目標値設定の間の公差を表わす補償係数によって適合される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
設定値の関数として絞り弁位置が設定され、且つ目標圧力の関数としてチャージ圧力が制御され、さらに前記絞り弁を通過する内燃機関への空気流量が決定され並びに供給される空気流量が測定され、絞り弁を通過する計算空気流量と測定空気流量との間の偏差の関数である係数が決定される、過給式内燃機関の制御方法において、
前記チャージ圧力の制御において前記係数が考慮されることを特徴とする過給式内燃機関の制御方法。
【請求項２】
目標チャージ圧力が、前記設定値から導かれた目標吸気管圧力の関数として、目標圧力比を考慮して形成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】
目標吸気管圧力および前記絞り弁における目標圧力比から形成された目標チャージ圧力が補償係数により補正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】
補正された目標チャージ圧力が最大値および／または最小値に制限されることを特徴とする請求項３に記載の制御方法。
【請求項５】
前記補償係数が、前記絞り弁に対する目標設定値を補正するために、および／または絞り弁位置の関数として計算された空気流量を補正するために使用されることを特徴とする請求項３または４の制御方法。
【請求項６】
測定空気流量が空気質量流量計により測定された供給空気質量であり、絞り弁を通過する空気流量が絞り弁位置から導かれた空気質量流量であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の制御方法。
【請求項７】
設定値に基づいて内燃機関への空気供給量およびチャージ圧力を調節する制御ユニットを備え、制御ユニットが、絞り弁位置に基づいて絞り弁を通過する空気供給量を決定し且つ内燃機関への供給空気流量を測定する手段を含み、この場合、絞り弁を通過した空気流量の値と測定空気流量の値の間の偏差の関数として係数が形成される、過給式内燃機関の制御装置において、
前記制御ユニットが、チャージ圧力の制御において前記係数を考慮することを特徴とする過給式内燃機関の制御装置。
【請求項８】
プログラムがコンピュータで実行されるとき、請求項１ないし５の各ステップのすべてを実行するために、プログラム・コード手段を備えたコンピュータ・プログラム。
【請求項９】
プログラム製品がコンピュータで実行されるとき、請求項１ないし５の各ステップのいずれかに記載の方法を実行するために、コンピュータ読取り可能データ媒体に記憶されているプログラム・コード手段を備えたコンピュータ・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、過給式内燃機関の制御方法および装置に関するものである。
【０００２】
従来の技術
最新式機関制御においては、ドライバまたは外部制御装置により設定された、トルク、出力等のような内燃機関の出力変数に関する目標値から、内燃機関への空気供給量、例えば燃焼室内の充填量（空気質量）に対する目標値が形成される。一方で、この目標値は、内燃機関の絞り弁の目標角度（目標位置）を計算するためのベースを示す。他方で、測定装置により空気供給量に対する実際値（例えば、内燃機関の実際充填量）が計算される。この値は、内燃機関の出力変数の実際値、例えば実際トルクに対するベースを形成する。このような方法に対する例が、目標トルクが設定され且つ目標空気充填量ないし絞り弁に対する目標角度への換算により設定されるトルク・ベース機関制御に対して、ドイツ特許公開第１９６１８３８５号から既知である。
【０００３】
実際値を測定する測定装置（例えば空気質量流量計）内の公差、並びに実際値を決定する計算経路内の公差に基づいて、この公差が原因の、実際値および目標値（特に、トルクのような出力変数）間に偏差が発生することがある。この理由から、ドイツ特許公開第１９７４０９１８号において、空気質量流量計により測定された空気流量と絞り弁位置に基づいて測定された空気流量との間の差の関数として補正値が形成され、この補正値が、空気供給量または絞り弁角に対する目標値を補正するために考慮され、これにより絞り弁システムを空気質量流量計システムに適合させることができる。言い換えると、絞り弁設定は、空気質量流量計ベースの空気流量と絞り弁位置ベースの空気流量との間の偏差が発生しない新たな絞り弁目標値が得られるように変化される。
【０００４】
過給式機関、即ちターボチャージャを備えた機関においては、チャージャ運転範囲においては絞り弁はほぼ完全に開かれている。したがって、絞り弁を通過する空気供給量をさらに上昇させることはもはや可能ではない。したがって、目標値と実際値との間の偏差を解消させる上記の方法は使用できないので、実際値と目標設定との間に意に反した偏差が発生することがある。
【０００５】
ドイツ特許第１９６０８６３０号から、内燃機関に対する設定目標充填量から、一方で絞り弁角目標値が、他方で目標チャージ圧力値が導かれる例が既知である。この場合、絞り弁における圧力落差が設定される。
【０００６】
発明の利点
チャージ圧力、特にチャージ圧力目標値を、実際値測定および絞り弁を通過する目標値設定の間の公差を表わす補償係数によって適合させることにより、チャージャ運転範囲内においても目標設定が正確に行われ且つ実際値と目標値との間の公差に基づく偏差は消滅することが保証される。
【０００７】
チャージャ運転範囲内においても目標設定が正確に行われることにより、チャージャ切換時の機関トルクの正確な制御が可能となることが特に有利である。一方で、これにより、チャージャ切換時並びに変速機過負荷の回避時における走行特性への不利な影響が回避されることになる。
【０００８】
全般的に、過給式機関の運転が最適化されることが有利である。
【０００９】
その他の利点が実施態様に関する以下の説明ないし従属請求項から明らかである。
【００１０】
以下に本発明を図面に示す実施態様により詳細に説明する。
【００１１】
実施態様の説明
図１は、内燃機関のトルクないし出力を制御する制御装置を示す。この場合、制御ユニット１０は、入力回路１２、少なくとも１つのマイクロコンピュータ１４および出力回路１６を含む。入力回路、マイクロコンピュータおよび出力回路は、相互間のデータ交換のためにバス系統１８を介して結合されている。制御ユニット１０の入力回路１２に入力ライン２０、２２および２４−２６が供給されている。好ましい実施態様においては、これらの入力ラインは、バス系統、例えばＣＡＮ内にまとめられている。この場合、入力ライン２０は、制御ユニット１０を、供給空気流量、例えば空気質量流量を測定する測定装置２８と結合している。入力ライン２２は、制御ユニット１０を、ドライバにより操作可能な操作要素即ち加速ペダルの操作度を測定する測定装置３０と結合している。さらに測定装置３２−３４が設けられ、測定装置３２−３４は、内燃機関または車両の運転変数を測定し且つライン２４−２６を介して対応の測定信号を制御ユニット１０に伝送している。このような運転変数に対する例は、絞り弁角、機関回転速度等である。出力ラインおよび出力回路１６を介して、制御ユニット１０は内燃機関を制御する。第１の出力ライン３６を介して、内燃機関への空気供給量を調節する電動式絞り弁３８が操作される。さらに、他の出力ライン４０、４２を介して燃料供給量並びに点火角が調節される。さらに、ライン４４を介してチャージャ５０が制御される。さらに、内燃機関の設計に応じてそれぞれ出力ライン４６、４８が設けられ、出力ライン４６、４８を介して、制御ユニット１０は、タンク通気弁、排気ガス戻し弁５２、カム軸調節用駆動装置５４等を操作する。
【００１２】
トルク・ベース機関制御の好ましい実施態様においては、冒頭記載の従来技術から既知のように、設定目標トルクが目標充填量に換算される。一方で、これから、絞り弁の操作により位置制御の範囲内で設定される目標絞り弁角が決定される。この方法に補足して、同様に冒頭記載の従来技術から既知のように、過給式機関において、目標充填量から決定された吸気管圧力および絞り弁における設定圧力比から、チャージ圧力制御に対する目標チャージ圧力が計算され、この目標チャージ圧力は、チャージ圧力制御の範囲内で調節される。即ち、目標チャージ圧力は、目標吸気管圧力および絞り弁における設定目標圧力比から形成される。絞り弁における設定目標圧力比は、目標吸気管圧力値および／または充填量値、および機関回転速度に基づいて決定され且つ通常は、０．９５−１ の範囲内にある。
【００１３】
上記の問題点を解消するために、測定空気流量および絞り弁位置から導かれた空気流量の関数として形成される補正係数が、目標チャージ圧力の補正のために使用される。このように補正された目標チャージ圧力は、次に下方には基本チャージ圧力に制限され且つ上方には最大チャージ圧力に制限されるが、このとき、補正目標チャージ圧力は、チャージ圧力制御およびターボチャージャ制御により設定される。この方法により、実際値と目標値との良好な一致、特に実際トルクと目標トルクとの良好な一致が達成されることが重要である。公差に基づくこれらの値間の偏差は回避される。
【００１４】
以下に記載の好ましい実施態様においては、空気流量として、内燃機関に供給される空気質量流量は空気質量流量計により測定され、且つ絞り弁を通過する空気質量流量は絞り弁位置の関数として計算される。他の設計においては、空気流量として容積流量が測定され、または空気流量（空気質量流量または容積流量）が吸気管圧力値から導かれる。
【００１５】
上記の方法は、制御ユニット１０のマイクロコンピュータ１４のコンピュータ・プログラムとして実行される。このコンピュータ・プログラムは、図２および図３によりフロー図の範囲内で示され、この場合、ここに示されているブロックは、個々のプログラム、プログラム部分またはプログラム・ステップを表わし、一方、結合ラインは情報の流れを示している。
【００１６】
図２において、最初にステップ１００において、既知の方法で設定目標トルクｍｉｌｓｏｌが目標充填量値ｒｌｓｏｌに変換される。次にステップ１０２において、同様に例えば既知の方法により、目標充填量値ｒｌｓｏｌが目標絞り弁角値ｗｄｋｓに変換され、目標絞り弁角値ｗｄｋｓは、それに続く図示されていない位置制御により、電動式絞り弁によって設定される。これに平行して、ステップ１０４において、同様に従来技術から既知の方法により、目標吸気管圧力値ｐｓｓｏｌが設定目標充填量値ｒｌｓｏｌの関数として決定される。次にステップ１０６において、目標吸気管圧力値の関数として目標チャージ圧力値ｐｌｓｏｌが計算され、目標チャージ圧力値ｐｌｓｏｌはチャージ圧力制御の範囲内でターボチャージャの対応の制御により設定される。目標吸気管圧力から目標チャージ圧力を計算する正確な方法が、次の図３のフロー図により詳細に示されている。
【００１７】
さらにステップ１０８において、同様に例えば従来技術から既知の方法により、絞り弁角ｗｄｋｂａ並びに、例えば吸気管圧力、温度変数等のような他の運転変数に基づいて、絞り弁角ベースの計算空気質量流量ｍｓｄｋが形成される。さらに、空気質量流量計１１０により空気質量流量ｍｓｈｆｍが測定される。この空気質量流量から、同様に既知の方法で吸気管モデル１１２により吸気管圧力ｐｓが計算され、それに続くステップ１１４により吸気管圧力ｐｓから実際充填量ｒｌが計算され、ステップ１１６により実際充填量ｒｌから実際トルクｍｉｉｓｔが計算される。絞り弁ベースの計算空気質量流量ｍｓｄｋ並びに測定空気質量流量ｍｓｈｆｍから、補償ステップ１１８において補正係数ｆｋｍｓｄｋが形成され、補正係数ｆｋｍｓｄｋは、両方の空気質量流量の間の偏差を示している。この補償係数は、一方で絞り弁角ベースの計算空気質量流量ｍｓｄｋの制御のためにステップ１０８に供給され、他方で（従来技術から既知のように）絞り弁設定の補正のためにステップ１０２に供給され、並びに目標チャージ圧力ｐｌｓｏｌの補正のためにステップ１０６に供給される。
【００１８】
図３に、上記のステップ１０６を詳細に示したフロー図が示されている。最初に、ステップ１０４において決定された目標吸気管圧力値が、結合段１２０において、絞り弁における目標圧力比で除算される。一方で、絞り弁における目標圧力比は、特性曲線群により目標吸気管圧力および回転速度から決定され、一般に、０．９５−１．０ の範囲の値を有している。その後、他の結合段１２２において、ステップ１２０の除算結果が補償係数ｆｋｍｓｄｋで除算される。補償された値は、次に最大値選択１２４の範囲内で基本チャージ圧力ｐｌｇｒｕに制限される。ここで、この基本チャージ圧力は、チャージ圧力制御なしに吸気管内の空気流量に基づいて得られるチャージ圧力を示す。この基本チャージ圧力は所定の表から得られる。次に、下方に制限される目標値が、最小値選択１２６の範囲内で所定の最大目標チャージ圧力ｐｌｘｓに制限される。この結果は目標チャージ圧力ｐｌｓｏｌであり、目標チャージ圧力は、チャージ圧力制御の範囲内でチャージャの制御により設定される。
【００１９】
図２および図３により、本発明による考え方の好ましい実施態様が示されてきたが、本発明による考え方は、目標チャージ圧力を、絞り弁を通過する計算空気流量と実際空気流量との間の偏差に基づいて補正することにある。他の実施態様においては、他の形態が使用される。例えば、補償係数による補正が前記制限ののちに行われ、または補償係数により目標吸気管圧力または目標圧力比の補正が行われる。他の実施態様においては、例えば冒頭記載の従来技術の場合のように、目標圧力比を決定するために、目標吸気管圧力が使用されずに目標充填量が使用される。さらに、ステップ１２０および１２２における数学演算は必ずしも除算である必要はなく、その代わりに乗算または加算が使用されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１は、過給式内燃機関を制御する制御装置の全体回路図を示す。
【図２】
図２に、制御ユニットのマイクロ・コンピュータ上で実行されるプログラムを表わすフロー図が示され、プログラムは、実際値および目標値を一致させるような、目標値の目標絞り弁角および目標チャージ圧力への変換を表わすものである。
【図３】
図３に、図２に示されているフロー図における、目標チャージの圧力形成ブロックの詳細フロー図が示されている。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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