(57)【要約】【課題】特に過給式内燃機関における絞り弁手前の圧力値のモデル化に関して、モデルを最適化することが可能な、絞り位置手前の質量流量配管内圧力の決定方法および装置を提供する。【解決手段】絞り位置後方の圧力および絞り位置の開口断面に対する大きさが測定される、絞り位置手前の質量流量配管内圧力の決定方法において、これらの測定変数に基づいて絞り位置手前の圧力がモデル化される【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絞り位置後方の圧力および絞り位置の開口断面に対する大きさが測定される、絞り位置手前の質量流量配管内圧力の決定方法において、
これらの測定変数に基づいて絞り位置手前の圧力がモデル化されること、
を特徴とする絞り位置手前の質量流量配管内圧力の決定方法。
【請求項２】
質量流量配管が過給式内燃機関の吸気管であり、絞り位置が内燃機関の絞り弁であることを特徴とする請求項１の決定方法。
【請求項３】
絞り弁の位置が測定され、並びに吸気管圧力、即ち絞り弁後方の吸気管内圧力が測定されることを特徴とする請求項１または２の決定方法。
【請求項４】
絞り弁の位置からモデル化吸気管圧力を決定する物理的モデルが設けられ、この吸気管圧力モデルにおいて絞り弁手前の圧力が考慮され、このとき、絞り弁手前の圧力に対して標準圧力が設定され、これにより、モデルによって決定された吸気管圧力がこの標準圧力に関係づけられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかの決定方法。
【請求項５】
測定吸気管圧力と、標準圧力に関係づけられているモデル化吸気管圧力とから、絞り弁前後の圧力比に基づいて絞り弁手前の実際圧力が決定されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかの方法。
【請求項６】
絞り位置の開口断面に対する大きさおよび絞り位置後方の圧力に対する大きさを測定するための手段を備えた、絞り位置手前の質量流量配管内圧力の決定装置において、
これらの測定変数に基づいて絞り位置手前の圧力をモデル化する手段が設けられていること、
を特徴とする絞り位置手前の質量流量配管内圧力の決定装置。
【請求項７】
内燃機関の絞り弁の開口に対する大きさ並びに絞り弁後方の吸気管圧力に対する大きさを受け取る、内燃機関を制御するための電子式の制御装置において、
制御装置がコンピュータを含み、コンピュータ内に、これらの測定変数に基づいて絞り弁手前の圧力をモデル化するモデルが記憶されていること、
を特徴とする内燃機関を制御するための電子式の制御装置。
【請求項８】
プログラムがコンピュータ上で実行されるとき、請求項１ないし５の方法の少なくとも１つを実行するためのコンピュータ・プログラム製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絞り位置手前の質量流量配管内圧力の決定方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
このような方法がドイツ特許公開第１９７４０９１４号から既知である。ここでは、内燃機関の吸気系の例において、内燃機関の絞り弁手前の吸気管内圧力を計算可能な方法が記載される。吸気管内の物理的関係を用いて、絞り弁手前の圧力が評価される。したがって、圧力の測定を省略することができる。ここに記載のシステムにおいては、内燃機関への空気流量、特にシリンダ充填量を計算するために、絞り弁角の関数として、絞り弁内の実際質量流量が計算される。これは、吸気温度、絞り弁手前の圧力、および絞り弁後方の圧力の関数である係数により補正される。これにより、実際空気密度および実際流速が考慮される。この場合、空気密度補正は、絞り弁手前の測定空気温度（吸気温度）および絞り弁手前の圧力に基づいて行われ、一方、実際流速を考慮する係数は特性曲線の出力変数であり、特性曲線は、吸気管圧力と絞り弁手前の圧力との圧力比を用いてアドレスされる。
【０００３】
このようにして計算された絞り位置における質量流量は、回転速度および定数により除算される。この結果は、１セグメントの間に、即ち所定のクランク軸角の間に、絞り弁を介して吸気管内に流れる、燃焼室内の正規化空気質量に関係づけられている空気質量（相対空気質量）である。その後に、この計算空気質量と、最終的に上記モデルにより計算された、燃焼室内に流入された相対空気質量との間の差が形成される。この差は、関連づけられた空気質量変化を示す。これは積分器に供給され、積分器はこれから吸気管内の圧力上昇ないし圧力低下を計算する。積分器出力信号は吸気管圧力を示す。次に、新たに計算された吸気管圧力から、測定により適用過程の範囲内で決定された残留ガスの分圧が差し引かれ、且つその結果が変換係数を用いて燃焼室内の空気充填量に換算され、空気充填量は次に、計算された、吸気管内に流入する相対空気質量と比較するために再び戻される。このいわゆる吸気管モデルはある吸気管圧力を決定し、この吸気管圧力において上記の空気質量変数間の空気質量校正が行われる。
【０００４】
質量流量配管内の物理的関係のモデル化における重要な変数は、絞り位置手前の圧力である。特に過給式エンジンにおいては、この圧力は本質的に内燃機関の周囲圧力とは異なるので、作用している圧力の測定または評価が重要である。したがって、既知の方法においては、測定された入力空気質量信号は正規化空気質量信号に換算される。これは、１セグメントの間に吸気管内に流入する空気質量に対する大きさを与える。この値は、上記のように計算された、燃焼室内の正規化空気質量に関係づけられた空気質量と関係づけられ、特に両方の変数間の偏差が形成される。この偏差の関数として、積分器により吸気管内の圧力上昇ないし圧力低下が決定される。この積分値は、絞り弁手前の圧力と解釈される。したがって、既知の方法においては、絞り弁手前の圧力が評価されるので、この圧力の測定は省略できることになる。
【０００５】
絞り弁手前の圧力の評価において積分器を使用することにより十分な時定数が得られないので、特に過給式内燃機関における絞り弁手前の圧力値のモデル化に関して、上記モデルの最適化に対する必要性が存在する。
〔発明の利点〕
以下に記載の、絞り位置（絞り弁）後方の測定圧力と、絞り位置の開口断面を表わす信号（絞り弁の位置）とに基づく絞り位置（絞り弁）手前の圧力のモデル化により、絞り位置手前の圧力を測定する必要なく、モデルの最適化が達成される。
【０００６】
計算により、絞り位置手前の圧力（過給式内燃機関の場合にはチャージ圧力）の動的に適切なモデル化も達成されることが特に有利である。
要するに、特に過給式内燃機関においてチャージ圧力をモデル化するために有利に使用可能な、絞り位置手前の圧力の、簡単、迅速且つ確実なモデル化が得られる。
【０００７】
さらに、圧力のモデル化が物理的関係に基づいているので、このモデル化は、絞り位置および特に吸込ポンプを備えたあらゆるガス質量流量配管において使用可能であり、吸込ポンプにおいては、絞り弁手前の圧力は相対変数を示す。
【０００８】
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得られる。
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１は、ターボチャージャを備えた内燃機関の入口側を概略全体図で示す。流れ方向に見て、空気吸込配管は、ホット・フィルム空気質量流量計１０（ＨＦＭ）、チャージャないし圧縮機１１、絞り弁１２、並びに内燃機関１４の吸気弁１３を含む。本発明を理解するために、チャージャ１１と絞り弁１２との間の容積１６、および絞り弁と吸気弁１３との間の他の容積１７が重要である。内燃機関それ自体はシリンダごとにピストン１８を有し、ピストンの最低位置は行程容積を形成する。さらに電子式制御装置２０が設けられ、電子式制御装置２０は、出力ライン２１、２２、２３、２４を介して、内燃機関の運転変数を、特にチャージ圧力制御の範囲内でチャージャ１１を、例えばチャージャ制御の範囲内で絞り弁１２を、並びに燃料供給量および点火角位置を制御する。制御は既知のように入力変数に基づいて行われ、図１においては、入力変数のうち、空気質量流量計により測定された空気質量（入力ライン２５）、温度センサ２６を介して測定された吸気温度（入力ライン２７）、位置センサ２８により測定された絞り弁の位置（入力ライン２９）、並びに吸気管圧力センサにより測定された絞り弁後方の圧力（入力ライン３１）が示されている。
【００１０】
内燃機関の制御において、実際に燃焼室１９内に供給される空気量、即ち行程ごとのシリンダ充填量が重要な変数である。冒頭の従来技術に記載のモデルにより、これらの変数は存在する測定変数から計算することができる。計算はコンピュータ・プログラムの範囲内で行われ、コンピュータ・プログラムは、制御装置２０内で、ここでは存在するマイクロコンピュータ内で実行されている。このコンピュータ・プログラムはコンピュータ・プログラム製品を示し、コンピュータ・プログラム製品は、コンピュータ内での実行において、以下に記載の計算ステップを実行する。
【００１１】
このコンピュータ・プログラムが図２の系統図により示され、系統図は相対空気充填量を決定するためのモデルの一部を示し、この場合、絞り弁手前の圧力の評価に重点が置かれている。この点において、図示のモデルは、好ましい実施態様の範囲内において、冒頭記載のモデルとは異なり、他方、以下に図示されていない、燃焼室内に流入する相対充填量を計算するための部分は、従来技術から既知の方法に対応する。図２の系統図の個々のブロックは、個々のプログラム、プログラム部分またはプログラム・ステップを示し、また、個々の要素間の結合ラインは情報の流れを表わしている。
【００１２】
冒頭の従来技術から既知のように、絞り弁の位置ｗｄｋｂａが読み込まれ、且つ所定の弁特性曲線１００により絞り弁内を通過する質量流量に変換される。好ましい実施態様においては、これらの変数は、２７３°Ｋの空気温度および１０１３ｈＰａの外気圧の標準条件に正規化されている。このようにして形成された質量流量値は、乗算位置１０２において入力信号ｆｔｖｄｋで補正され、入力信号ｆｔｖｄｋは、絞り弁手前の吸気管内温度の関数として形成され且つ実際温度比を考慮している。次に、補正質量流量信号は、乗算位置１０４において特性曲線１０６の出力信号で補正される。この特性曲線は、絞り弁前後の圧力比、特に吸気管圧力ｐｓと絞り弁手前の圧力ｐｖｄｋとの間の比の関数として補正係数を形成する。その後に、結合点１０８において、質量流量信号は、回転速度の関数である換算係数ｕｍｓｒｌｎにより、絞り弁内を通過する相対充填量値に換算される。
【００１３】
図２に示されている方法の、既知の方法に対する特殊性は、絞り弁手前の圧力ｐｖｄｋに対する値の代わりに、標準圧力、例えば１０１３ｈＰａが使用されることにある。この場合に、従来技術の補正係数ｆｐｖｄｋは１であるので、ここでは補正は行われない。したがって、図示の計算結果は相対充填量、吸気管圧力等であり、これらは標準圧力に関係づけられている。具体的には、図２の方法の例において、標準圧力に関係づけられた、絞り弁内を通過する相対充填量は、要素１０８の出力信号として、結合位置１１０において、同様にこの標準圧力に関係づけられている充填量値ｒｌと比較されることになる。数学的に表わすと、結合位置１１０において、変数ｒｌｒｏｈ／ｆｐｖｄｋが変数ｒｌ／ｆｐｖｄｋと比較されることになる（ここで、ｆｐｖｄｋ＝ｐｖｄｋ／１０１３ｈＰａ）。従来技術から既知のように、この両方の変数の偏差が積分器１１２において積分され、且つこのようにしてモデル化吸気管圧力ｐｓが形成され、モデル化吸気管圧力ｐｓは同様に標準圧力に関係づけられている（ｐｓ／ｆｐｖｄｋ）。次に、結合位置１１４において、このモデル化吸気管圧力から、結合位置１１６において同様に標高の関数として補正された、適用により設定された残留ガス分圧ｐｉｒｇが差し引かれる。減算の結果は、補正位置１１８において考慮される係数ｆｕｐｓｒｌにより、標準圧力で正規化された、燃焼室の相対充填量値に換算される。この変数は結合位置１１０に戻される。
【００１４】
即ち、絞り弁手前の圧力に対して標準圧力を設定することにより、充填量計算は、絞り弁手前の正規化圧力（ｐｓ／ｆｐｖｄｋ）に対してのみ適用される正規化吸気圧を提供し、この正規化吸気圧においては、絞り弁手前の実際圧力は考慮されていない。
【００１５】
絞り弁前後の圧力比（吸気管圧力の絞り弁手前の圧力に対する比）は、流出特性曲線の係数ＫＬＡＦを計算するための入力変数である。（上記のような）正規化変数を使用したとき、これは、圧力比 ｖｐｓｐｖｄｋ＝ｐｓｎｏｒｍ／ｐｖｄｋｎｏｒｍ として得られる。しかしながら、実際のシステムにおいては、絞り弁の前後に、吸気管圧力の、絞り弁手前の圧力に対する圧力比が作用するので、実際圧力比ｖｐｓｐｖｄｋは、吸気管圧力ｐｓと絞り弁手前の圧力ｐｖｄｋとの商から形成される。吸気管圧力ｐｓは測定されるので、この関係を絞り弁手前の圧力ｐｖｄｋに関して解いたとき、次式が得られる。
【００１６】
【数１】
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このようにして、絞り弁手前の圧力のモデル化が達成され、過給式エンジンの場合にはチャージ圧力のモデル化が達成される（ｐｓ＝測定変数、ｐｖｄｋｎｏｒｍ＝設定値、ｐｓｎｏｒｍ＝１１２の出力）。
【００１７】
それに対応して、図２の系統図においては、除算位置１２０において、正規化圧力ｐｓｎｏｒｍ（ｐｓ／ｆｐｖｄｋ）が標準圧力（１０１３ｈＰａ）により除算される。この結果は実際圧力比ｐｓ／ｐｖｄｋであり、これが流出特性曲線１０６に入力される。即ち、圧力値が測定されないにもかかわらず、絞り弁前後の圧力比は正確に考慮される。
【００１８】
補正係数ｆｐｖｄｋ、即ち標準圧力に関係づけられた絞り弁手前の圧力を決定するために、結合位置１２２において測定吸気管圧力ｐｓｄｓｓから残留ガス圧ｐｉｒｇが差し引かれ、また補正位置１２４において補正係数ｆｕｐｓｒｌにより相対充填量値に換算され、除算位置１２６において吸気管モデルの結果値ｒｌ／ｆｐｖｄｋ（正規化相対充填量）で除算することにより、測定吸気管圧力ｐｓｄｓｓが演算処理される。
【００１９】
したがって、絞り弁手前の圧力（チャージ圧力）のモデル化は、測定吸気管圧力および絞り弁の位置に基づいて得られる。
圧力比が小さいときには絞り弁の位置に基づく吸気管圧力計算の公差は大きくなるので、絞り弁手前のモデル化圧力の下限を測定周囲圧力に設定することが有利であり、即ちモデル化圧力は周囲圧力に制限されている。下限として、周囲圧力の代わりに基本チャージ圧力が使用されてもよく、基本チャージ圧力は一般に周囲圧力以上に存在し且つチャージ圧力制御の係合なしに設定されるものである。これは、絞り弁が僅かに一部のみ開かれているとき、ターボを介してのガスの流れが圧縮機を駆動するからである。圧縮機は絞り弁手前の圧力を上昇させる。この基本チャージ圧力は、所定の特性曲線から、絞り弁の位置および場合によりエンジン回転速度の関数として求められることが好ましい。
【００２０】
絞り弁およびターボチャージャの電気制御を有するエンジン制御が設けられ、このエンジン制御においては、チャージ圧力センサが組み込まれていないことが上記のシステムに対する特徴である。絞り弁信号を処理した後にチャージ圧力制御が他のチャージ圧力を決定することがあり、その理由は、このようにして形成された絞り弁手前の圧力は、チャージ圧力としてチャージ圧力制御の基礎となっているからである。
【００２１】
上記の方法は、質量流量配管内の物理的関係に基づいている。即ち、上記の方法は、内燃機関の吸気配管のみに限定されず、吸込ポンプを有する質量流量配管内において、絞り位置により、異なる圧力が作用している２つの容積に分割される場合の、あらゆるところにおいても使用される。上記の方法は、一方の容積内の測定圧力並びに絞り位置の開口断面に対する大きさに基づいて、他方の容積内の圧力をモデル化することを可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１はターボチャージャを備えた内燃機関の吸気系の全体図を示す。
【図２】図２に、従来技術から既知のようなモデルの範囲内における絞り弁手前の圧力のモデル化を、内燃機関の制御の好ましい実施態様の範囲内で表わした系統図が示されている。
【国際公開パンフレット】
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【手続補正書】
【提出日】平成15年10月31日(2003.10.31)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絞り位置後方の圧力および絞り位置の開口断面に対する大きさが測定され、且つこれらの測定変数に基づいて絞り位置手前の圧力がモデル化される、絞り位置手前の質量流量配管内圧力の決定方法において、
絞り弁の位置からモデル化吸気管圧力を決定する物理的モデルが設けられ、この吸気管圧力モデルにおいて絞り弁手前の圧力が考慮され、このとき、絞り弁手前の圧力に対して標準圧力が設定され、これにより、モデルによって決定された吸気管圧力がこの標準圧力に関係づけられていること、
を特徴とする絞り位置手前の質量流量配管内圧力の決定方法。
【請求項２】
質量流量配管が過給式内燃機関の吸気管であり、絞り位置が内燃機関の絞り弁であることを特徴とする請求項１に記載の決定方法。
【請求項３】
絞り弁の位置が測定され、並びに吸気管圧力、即ち絞り弁後方の吸気管内圧力が測定されることを特徴とする請求項１または２に記載の決定方法。
【請求項４】
測定吸気管圧力と、標準圧力に関係づけられているモデル化吸気管圧力とから、絞り弁前後の圧力比に基づいて絞り弁手前の実際圧力が決定されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の決定方法。
【請求項５】
絞り位置の開口断面に対する大きさおよび絞り位置後方の圧力に対する大きさを測定するための手段と、これらの測定変数に基づいて絞り位置手前の圧力をモデル化するための手段とを備えた、絞り位置手前の質量流量配管内圧力の決定装置において、
絞り弁の位置からモデル化吸気管圧力を決定する物理的モデルが設けられ、この吸気管圧力モデルにおいて絞り弁手前の圧力が考慮され、このとき、絞り弁手前の圧力に対して標準圧力が設定され、これにより、モデルによって決定された吸気管圧力がこの標準圧力に関係づけられていること、
を特徴とする絞り位置手前の質量流量配管内圧力の決定装置。
【請求項６】
内燃機関の絞り弁の開口に対する大きさ並びに絞り弁後方の吸気管圧力に対する大きさを、測定変数として受け取る電子式制御装置であって、コンピュータを含み、コンピュータ内に、これらの測定変数に基づいて絞り弁手前の圧力をモデル化するモデルが記憶されている、内燃機関を制御するための電子式制御装置において、
モデルが絞り弁の位置からモデル化吸気管圧力を決定し、このモデルにおいて絞り弁手前の圧力が考慮され、このとき、絞り弁手前の圧力に対して標準圧力が設定され、これにより、モデルによって決定された吸気管圧力がこの標準圧力に関係づけられていること、
を特徴とする内燃機関を制御するための電子式制御装置。
【請求項７】
プログラムがコンピュータ上で実行されるとき、請求項１ないし４の決定方法の少なくとも１つを実行するためのコンピュータ・プログラム製品。
【国際調査報告】
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