(57)【要約】【課題】内燃機関が可能な限り高い効率で作動し、燃料消費が最適化され且つ有害物質の排出を削減されるように拡張する内燃機関の運転方法を提供する。【解決手段】内燃機関（１０）の吸気系及び排気系（１４）の少なくともいずれかの弁要素（１６）の調整装置（１８）が調整値（Ｓ）で制御される、内燃機関（１０）の運転方法において、調整装置（１８）に少なくとも時々周期的な補償信号（Ｓｃｏｍｐ）が送り込まれる。【選択図】図２
2007100702.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関（１０）の吸気系及び排気系（１４）の少なくともいずれかの弁要素（１６）の調整装置（１８）が調整値（Ｓ）で制御される、内燃機関（１０）の運転方法において、
調整装置（１８）に少なくとも時々周期的な補償信号（Ｓｃｏｍｐ）が送り込まれることを特徴とする内燃機関の運転方法。
【請求項２】
初期化部分（３２）と補償部分（３４）とを含み、初期化部分（３２）の間に、スタート値及び固定値（Ａｉｎｉ、Ｐｉｎｉ）の少なくともいずれかが補償信号（Ｓｃｏｍｐ）の決定のために用いられ、且つ調整装置（１８）には補償信号（Ｓｃｏｍｐ）が送り込まれず、補償部分（３４）の間に、調整装置（１８）に補償信号（Ｓｃｏｍｐ）が送り込まれることを特徴とする請求項１に記載の運転方法。
【請求項３】
スタート振幅（Ａｉｎｉ）及びスタート位相（Ｐｉｎｉ）の少なくともいずれかが、弁要素（１６）の位置の実際値（Ｓｉｓｔ）と目標値（Ｓｓｏｌｌ）との間の差信号の非直線的処理（３６）によって求められることを特徴とする請求項２に記載の運転方法。
【請求項４】
スタート振幅（Ａｉｎｉ）の決定のために、前記差信号の絶対値の測定ステップ（３５）、その最大値の測定ステップ（３８）、低域フィルタによる前記最大値の信号のフィルタリングステップ（４０）が実行されることを特徴とする請求項３に記載の運転方法。
【請求項５】
スタート位相（Ｐｉｎｉ）の決定のために、初期化部分（３２）の終了前の、前記差信号の最後のゼロ通過の分析（４２）が行われることを特徴とする請求項３または４に記載の運転方法。
【請求項６】
補償部分（３４）の間に、弁要素（１６）の実際の振動の特性（Ａ、Ｆ、Ｐ）が、求められて（４４）、補償信号（Ｓｃｏｍｐ）の生成及び最適化の少なくともいずれかのために用いられる（４６）ことを特徴とする請求項２ないし５のいずれかに記載の運転方法。
【請求項７】
補償信号（Ｓｃｏｍｐ）の振幅（Ａｃｏｍｐ）が、初期化部分（３２）の間に求められたスタート振幅（Ａｉｎｉ）と弁要素（１６）の実際の振動の周波数（Ｆ）とを考慮しながら求められることを特徴とする請求項６に記載の運転方法。
【請求項８】
実際の振動の周波数（Ｆ）が、内燃機関（１０）の実際の回転数（ｎｍｏｔ）から得られることを特徴とする請求項６または７に記載の運転方法。
【請求項９】
補償信号（Ｓｃｏｍｐ）と弁要素（１６）の実際の振動との間の位相差（ｄＰｃｏｍｐ）が、スタート値（ｄＰｉｎｉ）に基づいて、実際の振動の振幅（Ａ）が減少するように適応される（５１）ことを特徴とする、請求項６ないし８のいずれかに記載の運転方法。
【請求項１０】
スタート値（ｄＰｉｎｉ）が、スタート位相（Ｐｉｎｉ）と求められた実際の振動の周波数（Ｆ）とを用いて獲得される（５０）ことを特徴とする請求項９に記載の運転方法。
【請求項１１】
条件に応じて、初期化部分（３２）から補償部分（３４）へ又その反対方向へ切替える監視アルゴリズム（５６）を含んでいることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれかに記載の運転方法。
【請求項１２】
補償部分（３４）のために必要な弁要素（１６）の実際の振動の全ての特性（Ａｉｎｉ、Ｐｉｎｉ）が決定されていると、監視アルゴリズム（５６）が初期化部分（３２）から補償部分（３４）へ切替わることを特徴とする請求項１１に記載の運転方法。
【請求項１３】
弁要素（１６）の、周波数（Ｆ）及び振幅（Ａ）及び絶対位置（Ｓｉｓｔ）の少なくともいずれかが、それぞれ定められた領域の外にあるとき、及び調整装置（１８）への補償信号（Ｓｃｏｍｐ）の送り込みに基づく弁要素（１６）の実際の振動の低減が限界値よりも小さいか或いは限界値に等しいときの少なくともいずれかのときに、監視アルゴリズム（５６）が補償部分（３４）から初期化部分（３２）へ切替わることを特徴とする請求項１１または１２に記載の運転方法。
【請求項１４】
請求項１ないし１３のいずれかに記載の運転方法に適用するためにプログラミングされていることを特徴とするコンピュータプログラム。
【請求項１５】
内燃機関（１０）の制御装置（２６）のための電気的な記憶媒体において、該媒体の上に請求項１ないし１３のいずれかに記載の運転方法に適用するためのコンピュータプログラムが記憶されていることを特徴とする記憶媒体。
【請求項１６】
内燃機関（１０）のための制御装置（２６）において、請求項１ないし１３のいずれかに記載の運転方法に適用するためにプログラムされていることを特徴とする制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の運転のための方法に関する。本発明は更に、コンピュータプログラム、電気的記憶媒体、並びに制御及び／又は調節装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近の内燃機関では吸気系内の気流及び／又は排気ガス系内の排気ガス流は、電子的に制御された弁装置によって制御或いは調節される。対応する弁装置に、例えばスロットルバルブ、排気ガス再循環バルブ、ターボチャージャーのバイパス弁等がある。そのような弁装置は通常、気流或いは排気ガス流が流れるダクト、位置に応じて流量を制御する回転式或いはスライド式の弁要素、電気的調節装置、例えば直流モータ、弁要素と調節装置との間の機械的結合装置、弁要素の実際の位置を測定するセンサ、及び希望する弁要素の位置を得るために制御装置に送り込む調節信号を求める制御装置を含んでいる。
【０００３】
既知の制御装置は、一般にデジタル化された閉ループの制御回路を含んでおり、この制御回路によって、調節装置に送り込まれる調節信号が決定される。そのためのベースとなるのがセンサによって測定された弁要素の位置の実際値と目標値である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は冒頭に述べられた種類の方法を、内燃機関が可能な限り高い効率で作動し、燃料消費が最適化され且つ有害物質の排出を削減されるように拡張することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によれば、内燃機関の吸気系及び排気系の少なくともいずれかの弁要素の調整装置が調整値で制御される、内燃機関の運転方法において、調整装置（１８）に少なくとも時々周期的な補償信号が送り込まれる。
【０００６】
その他の解決策はコンピュータプログラム、電気的記憶媒体、並びに制御装置に関連している。
【発明の効果】
【０００７】
通常の内燃機関では、ノーマル運転時に吸気ダクト並びに排気ダクト内の流れは、吸排気弁の開閉に基づく内燃機関への及び内燃機関からの断続的な流れによって引き起こされる周期的な圧力変動を受ける。この圧力変動は、そのようなダクト内に配置されている弁装置の弁要素の上で、弁要素の望ましくない振動（“妨害振動”）をもたらす周期的な妨害力を発生し、この妨害力が更にダクトの効率を低下させる。
【０００８】
本発明に基づく方法は、ダクト内の弁要素のそのような妨害振動に対抗して、気流から弁要素に対して加えられる周期的な力に対して反対方向の周期的な反力を弁要素に発生される補償信号を生成する。弁要素の妨害振動は、このようにして低減され或いは完全に除去されるので、気流或いは排気ガス流は、より高い効率で弁要素を通過して行くことができる。最後に、これによって内燃機関の燃料消費が引き下げられ且つ内燃機関の排気ガス特性が改善される。
【０００９】
その際、弁装置の動きを、例えば機械的ダンピング要素によって悪化させること無しに、本発明に基づく利点が達成される。最後に、本発明に基づく利点は追加の補償信号を生成するソフトウェアによる解決策だけによって実現することができ、その補償信号は、例えば本来の調節値に加算され又その補償信号は観察された“妨害振動”と逆位相で且つ同じ周波数と同じ振幅で働く。
【００１０】
本発明に基づく方法は、初期化部分と補償部分とに区分されていると特に有利である。初期化部分では望ましくない振動の本来の補償が準備され、補償信号の生成の際に利用されるスタート値及び／又は固定値が求められる。本来の補償信号は、補償部分の間に始めて生成され、又この信号は、少なくとも最初は初期化部分の間に求められたスタート値に基づいている。スタート値として、好ましくは先ず弁要素の実際の振動の振幅及び位相が求められる。
【００１１】
補償部分ではなお存在している弁要素の妨害振動が更に継続して測定され、補償信号の生成及び／又は最適化のために利用される。その際、補償信号は一般に次の三つの重要なパラメータ、即ち振幅、周波数、及び妨害振動に対する位相差によって特徴付けられる。
【００１２】
補償信号の振幅は、好ましくは、初期化部分の間に求められた固定値としてのスタート振幅と弁要素の実際の振動の周波数を考慮しながら求められる。これは余り演算コストを掛けずに可能であり、しかも安定した又驚く程効果的な最適化をもたらす。実地では、このために予め、例えば試験台の上で決定された値から周波数分析によって参照表を作成することができ、この表から、用いられた妨害振動の周波数と固定のスタート振幅とに基づいて補償信号の対応する振幅が求められる。
【００１３】
補償信号の周波数は最も好ましくは妨害振動の周波数と同じとするが、この周波数も又多くの場合、即ち妨害振動が回転数に依存した燃焼室の断続的な給気或いは排気と関わっている全てのケースで、内燃機関の実際の回転数から非常に簡単に導き出すことができる。
【００１４】
補償信号と弁要素の妨害振動との間の位相差は先ずスタート値に対応している。このスタート値は、振幅と同様に妨害振動の周波数と初期化部分の間に求められたスタート位相に応じて求められ、これによって同時に余り演算コストを掛けずに妨害振動の迅速な低減がもたらされる。
【００１５】
本発明に基づく方法は、最適化パラメータとしてこの位相差を利用すると、特に簡単且つ効果的となる。このことは、位相差が許容領域内で、求められた実際の妨害振動の振幅が最小となるように変化されることを意味している。
【００１６】
本発明によれば、初期化部分と補償部分との間の切替えのために、定められた条件に応じて切換えを実行する監視アルゴリズムが備えられている。これはソフトウェア的に非常に簡単に実現することができる。その際の条件は、補償信号が弁要素の位置に対して何ら好ましくない影響を与えないということが確認されるように選ばれる。特に、機能部分が又それと共に調節要素に対する補償信号の送り込みが終了されたが、特定のパラメータが予め定められている領域の外にあったり、及び／又は行われた位相差の最適化が何らの好ましい結果をももたらさない場合には、改めて初期化部分が導入される。
【発明を実施するための最良に形態】
【００１７】
本発明の特に好ましい実施例が、以下に付属の図面を参照しながら詳しく説明される。
図１で、内燃機関には全体として参照番号１０が付けられている。内燃機関１０は、複数の燃焼室を持つエンジンブロック１２を含んでいるが、それらの燃焼室は図１には明示されていない。燃焼室には、燃焼空気が吸気ダクト１４を通して送り込まれ、該ダクトの中にはスロットルバルブ１６が配置されている。スロットルバルブ１６は弁要素を形成しており、これによって吸気ダクト１４を通して内燃機関１０の燃焼室の中へ送り込まれる新気の量を調節することができる。
【００１８】
スロットルバルブ１６の位置は、調節装置１８、例えば直流モータ或いはステップモータによって制御される。スロットルバルブ１６の実際の位置は、位置センサ２０によって測定される。内燃機関１０のクランクシャフト２２の回転数は、回転数センサ２４によって測定される。内燃機関１０の運転は、制御装置２６によって制御或いは調節される。このために、特に制御装置２６で調節値が生成され、これが調節装置１８に送り込まれる。調節値は特に位置センサ２０の信号に依存しているので、閉ループの制御回路が形成される。
【００１９】
吸気ダクト１４内の流れの速度は、内燃機関１０の燃焼室の断続的な給気によって引き起こされる周期的な変動を受けている。吸気ダクト１４の中のこの流れ速度の変動は、スロットルバルブ１６の望ましくない振動（“妨害振動”）を引き起こすことがある。
【００２０】
図２から理解されるように、調節装置１８には調節値Ｓが送り込まれるが、この調節値は、位置決め信号Ｓｐｏｓと補償信号Ｓｃｏｍｐから構成されている。位置決め信号Ｓｐｏｓは、閉ループの制御回路の枠組みでの制御ブロック２８で生成される。制御ブロック２８には特に、位置センサ２０によって準備される、スロットルバルブ１６の実際の位置に対応している信号Ｓｉｓｔ（実際値）とスロットルバルブ１６の望ましい位置に対応している信号Ｓｓｏｌｌ（目標値）が記憶される。後者は、例えば内燃機関１０の望ましいトルクに応じて定められる。
【００２１】
補償信号Ｓｃｏｍｐは、補償ブロック３０で、それも回転数センサ２４によって求められた内燃機関１０のクランクシャフト２２の実際の回転数ｎｍｏｔ、並びに実際値Ｓｉｓｔと目標値Ｓｓｏｌｌをベースとして、求められる。補償信号Ｓｃｏｍｐによって、吸気ダクト１４内の上述の妨害振動によって引き起こされるスロットルバルブ１６の位置の変化が補償されるか或いは少なくとも低減される。
【００２２】
補償ブロック３０では、補償信号Ｓｃｏｍｐの生成のために互いに分離された二つの部分が進められる（図３参照）。初期化部分３２では、スタート値Ａｉｎｉ及びＰｉｎｉ（更に下記参照）が補償信号Ｓｃｏｍｐを求めるために確定される。この初期化部分３２が行われている間は、補償信号Ｓｃｏｍｐは出力されない。補償部分３４では、補償信号Ｓｃｏｍｐの本来のパラメータＡｃｏｍｐ、Ｆｃｏｍｐ、ｄＰｃｏｍｐが求められ、補償信号Ｓｃｏｍｐが出力される。Ａｃｏｍｐは振幅であり、Ｆｃｏｍｐは周波数であり、ｄＰｃｏｍｐは妨害振動に対する補償信号Ｓｃｏｍｐの位相差である。ここで初期化部分３２の流れが、図４を参照しながら詳しく説明される。
【００２３】
初期化部分３２では、実際の妨害振動のスタート振幅Ａｉｎｉとスタート位相Ｐｉｎｉが求められる。そのために先ずブロック３６で、二つの信号ＳｉｓｔとＳｓｏｌｌとの間の差（“差信号”）が形成され、この差から絶対値が形成される。ブロック３８では結果として生じた最大値が決定され、ブロック４０では、最大値から形成された信号が低域フィルタリングされる。最後に、信号ＳｉｓｔとＳｓｏｌｌとのこの非直線的処理によってスタート振幅Ａｉｎｉが得られる。
【００２４】
同様の非直線処理によって、ブロック４２でスタート位相Ｐｉｎｉが求められる。このために、ブロック３６で定められた差信号の絶対値の、初期化部分３２の終了前の最後のゼロ通過が測定され、得られたスタート位相Ｐｉｎｉが周期的補償信号Ｓｃｏｍｐのための目標値として記憶される。
【００２５】
補償部分３４の流れの詳細が図５から明らかとなる。補償部分３４は、次の三つのステップを含んでいる。第一のステップ４４では、実際の妨害振動の特性が求められるか或いは具体的に明らかにされる。この場合、妨害振動の周波数Ｆと振幅Ａが対象となる。ここで対象となっている吸気ダクト１４内の妨害振動は、既に説明されたように、内燃機関１０の個々の燃焼室の断続的な給気によって引き起こされる。燃焼室の断続的な給気は、回転数センサ２４によって測定される内燃機関１０の回転数ｎｍｏｔと直接結び付いている。従って、妨害振動の周波数Ｆは、この実施例では内燃機関１０におけるクランクシャフト２２の実際の回転数ｎｍｏｔから直接得ることができる。実際の妨害振動の振幅Ａもまた、図４に関連して説明された方法と同様の手法で得られる。
【００２６】
補償部分３４の内部の第二のステップ４６では、周期的な補償信号Ｓｃｏｍｐの特性或いはパラメータＦｃｏｍｐ、Ａｃｏｍｐ、及びｄＰｃｏｍｐが決定され、即ち、初期化部分３２の間と、補償部分３４の内部の第一のステップ４４の間に求められたパラメータをベースとして決定される。
【００２７】
補償信号Ｓｃｏｍｐの周波数Ｆｃｏｍｐは、第一のステップ４４で求められた妨害振動の周波数Ｆと等しく設定される。周期的補償信号Ｓｃｏｍｐの振幅Ａｃｏｍｐは、初期化部分３２の間に求められた振幅Ａｉｎｉをベースとした公式と、周波数Ｆとに基づいて決定される。この実施例では、この公式関係はブロック４８で参照表の要素の処理によって実現される。参照表の要素も又、試験台の上で求められた値の周波数分析によって得られたものである。
【００２８】
位相差ｄＰｃｏｍｐは、ブロック４９のオンライン最適化によって得られる。この実施例では、このために補償信号Ｓｃｏｍｐがスタート値ｄＰｉｎｉをベースとして、ブロック４４で求められた妨害振動の振幅Ａが小さくなるように変化される。位相差のためのスタート値ｄＰｉｎｉは、初期化部分３２の間に求められた位相状態Ｐｉｎｉに基づいて求められた公式と、周波数Ｆとから求められる。ここでも又、公式関係の実現はブロック５０で参照表に収められている値の処理によって行われる。それらの値も又、試験台の上で決定された値から周波数分析によって得られたものである。
【００２９】
ブロック４９のオンライン最適化を備えた補償部分３４は、反復的手法で繰返し実行され、それによって補償信号Ｓｃｏｍｐの位相差ｄＰｃｏｍｐがスタート値ｄＰｉｎｉをベースとして、妨害振動の振幅Ａが最小となるように最適化される。オンライン最適化のアルゴリズムとして、ここではグラディエント（傾斜、勾配）ベースのアルゴリズムが用いられる。
【００３０】
図５の補償部分３４の内部の第三のステップ５２には、求められたパラメータＡｃｏｍｐ、Ｆｃｏｍｐ、及びｄＰｃｏｍｐをベースとした本来の補償信号Ｓｃｏｍｐの決定と出力が含まれている。補償信号Ｓｃｏｍｐの決定は、周波数、振幅、及び位相によって特徴付けられる時間周期的な数学関数に基づいている。ここでは、この時間周期的な数学関数のために矩形信号５４が選ばれる。
【００３１】
初期化部分３２と補償部分３４との間の切替えは、監視アルゴリズム５６によって行われる。補償部分３４のために必要なスロットルバルブ１６の実際の妨害振動の特性Ａｉｎｉ、Ｐｉｎｉが決定されたか或いは求められたときには、初期化部分３２から補償部分３４へ切替えられる。
【００３２】
補償信号Ｓｃｏｍｐが妨害振動を補償し或いは低減させることができないか或いは最早望ましい手法で補償し或いは低減させることができないときには、上記と反対の方向の、即ち補償部分３４から初期化部分３２への切換えが行われる。これについては、この実施例では、周波数Ｆ及び／又は振幅Ａが定められた周波数領域或いは振幅領域の外にあるときに検知される。同じことは、スロットルバルブ１６の絶対位置が定められた領域の外にあるときにも該当する。最後に、位相差ｄＰｃｏｍｐのオンライン最適化が、ブロック４９で、（最早）妨害振動の振幅Ａを有意に低減することができないときには、補償部分３４から初期化部分３２へ切替えられる。このためにも、しかるべき限界値を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】吸気ダクト内にスロットルバルブとして作られた弁要素を持つ内燃機関の概略図である。
【図２】図１のスロットルバルブの調節装置の制御のための調節値の生成と、調節装置に送り込まれる補償信号の生成を説明している機能ダイヤグラムである。
【図３】補償信号の生成のための方法を説明するための流れ図である。
【図４】図３における方法の初期化部分を説明するための流れ図である。
【図５】図３における方法の補償部分を説明するための流れ図である。
【符号の説明】
【００３４】
１０…内燃機関
１２…エンジンブロック
１４…吸気ダクト
１６…スロットルバルブ
１８…調節装置
２０…位置センサ
２２…クランクシャフト
２４…回転数センサ
２６…制御装置
２８…制御ブロック
３０…補償ブロック
Ａｃｏｍｐ…補償信号Ｓｃｏｍｐの振幅
Ａｉｎｉ…妨害振動のスタート振幅
ｄＰｃｏｍｐ…妨害振動に対する補償信号Ｓｃｏｍｐの位相差
Ｆｃｏｍｐ…補償信号Ｓｃｏｍｐの周波数
ｎｍｏｔ…クランクシャフトの実際の回転数
Ｐｉｎｉ…妨害振動のスタート位相
Ｓ…調節値
Ｓｃｏｍｐ…補償信号
Ｓｉｓｔ…実際値
Ｓｐｏｓ…位置決め信号
Ｓｓｏｌｌ…目標値
【図１】
2007100702.tif 000003
【図２】
2007100702.tif 000004
【図３】
2007100702.tif 000005
【図４】
2007100702.tif 000006
【図５】
2007100702.tif 000007