(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のトルク又は出力に対する第１の目標値が設定され、
内燃機関のトルク又は出力に対する第１の目標値から、内燃機関のトルク又は出力に対する第２の目標値が導かれ、この第２の目標値の関数として、内燃機関の迅速なトルク変化を与える内燃機関の少なくとも１つの第１の運転変数が制御され、
内燃機関のトルク又は出力に対する第１の目標値から、内燃機関のトルク又は出力に対する第３の目標値が導かれ、この第３の目標値に基づいて内燃機関の充填量が設定され、
少なくとも１つの運転状態において、第２および第３の目標値が相互に異なる値を有する、
車両内燃機関の制御方法。
【請求項２】
前記少なくとも１つの運転状態が、トルク又は出力が上昇されるときの運転状態、アイドリング制御が活動しているときの運転状態、触媒加熱が活動しているときの運転状態、及び始動段階中のうちのいずれかであることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
加速ペダルの操作信号から導かれた第１の目標値が、充填量の設定のためにはフィルタリングされないで使用され、第２の目標値を導くためにはフィルタリングされて使用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】
充填量に対する第３の目標値の制限が、最大トルク変化又は最大出力変化を発生するために設定可能なパラメータと、これらの少なくとも１つのパラメータに対する目標値とに基づいて行われることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
充填量の経路に対する第３の目標値が、フィルタリングされていないドライバの希望と、フィルタリングにより補正されたドライバの希望とのいずれか最小値であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
トルクないし出力に対する余裕値が形成され、当該余裕値が第１の目標値に加えられ且つ充填量の経路に対する第３の目標値を形成することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
余裕値が、最適トルク値ないし最適出力値又は実際値に関係づけられることを特徴とする請求項６記載の方法。
【請求項８】
充填量の経路に対する第３の目標値が、第１の目標値と、余裕値により補正された目標値とのいずれか最大値であることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
内燃機関のトルク又は出力に対する第１の目標値を決定し、
内燃機関のトルク又は出力に対する第１の目標値から、内燃機関のトルク又は出力に対する第２の目標値を導き、この第２の目標値の関数として、内燃機関の迅速なトルク変化を与える内燃機関の少なくとも１つの第１の運転変数に対する出力信号を形成し、
内燃機関のトルク又は出力に対する第１の目標値から、内燃機関のトルク又は出力に対する第３の目標値を導き、この第３の目標値に基づいて内燃機関の充填量を形成する、
電子式制御ユニット（１０）を備え、
少なくとも１つの運転状態において、第２および第３の目標値が相互に異なる値を有する、
車両内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
従来の技術
本発明は独立請求項の上位概念に記載の内燃機関の制御方法及び装置に関するものである。
このような方法ないしこのような装置がドイツ特許公開第４２３９７１１号から既知である。この方法及び装置においては、ドライバにより又は特殊運転状態において他の開ループ又は閉ループ制御装置により、内燃機関のトルクに対する目標値が与えられる。この目標値は、一方で目標充填量値に変換され、このとき例えば絞り弁を介して内燃機関の空気供給量を制御するための目標値に変換され、他方で点火角の設定及び／又は燃料供給が遮断されるべきシリンダの数に変換される。内燃機関の出力パラメータのこの制御により、内燃機関の実際トルクが所定の目標トルク値に近づけられる。
これの補足態様として、国際特許出願第９５／２４５５０号から、点火角設定及び／又はシリンダの絞りのほかに内燃機関の混合物組成の調節を行うことが既知である。
内燃機関において（目標値を対応して与えることにより）トルク低減が希望される場合、これは原則として希望される動特性が得られるように設定される。その理由は、点火角、シリンダへの燃料供給量及び／又は混合物組成の調節のようなトルクをきわめて迅速に変化させる調節により機関トルクは直ちに低減可能であるからである。トルク低減において、この迅速なトルク変化に、ゆっくりした充填量の調節が重ねられている。しかしながら、トルク上昇が要求される場合は、全てのシリンダが燃焼し、混合物組成が化学量論値であり且つ点火角が遅れ方向にシフトされていないかぎり、充填量の上昇によってのみこれを遂行することができる。しかしながら、この充填量の上昇の動特性は、絞り弁設定器の動特性及び／又は吸気管の動特性により制限される。
内燃機関のトルク制御の動特性を少なくとも幾つかの運転状態において最適化することが本発明の課題である。
この課題は独立請求項の特徴部に記載の特徴により達成される。
発明の利点
トルク変化の動特性は、特にトルク上昇において最適化される。このような運転状態においてもまた、内燃機関の実際トルクが要求される動特性を有して実質的に目標トルクに追従することは特に有利である。
本発明による解決策は、トルク変化特にトルク上昇が既に予めわかっている運転状態において特に有利である。これは例えば、ドライバのペダル操作によりトルクが変化するとき、駆動滑り制御装置又は機関牽引トルク制御装置、走行運動制御装置ないし類似の制御装置が作動しているとき、空調装置のような負荷が投入されているとき、始動時において及び／又は触媒加熱措置との関連で暖機しているときに対応する。これらの運転状態においては、トルク目標値を、異なる値をとることができる、充填量の経路に対する目標値と、迅速調節のための目標値とに分割することにより、トルク変化が動的に正しく行われる。
いわゆる余裕トルクを形成することにより、全てのトルク要求が要求された動特性を有して実現可能であるように内燃機関の運転点が定常的に変位可能であることは特に有利である。
適切な制限を導入することにより、特に充填量の経路において、要求されるトルクが実際に実現可能であることは特に有利である。
その他の利点が実施形態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。
図面
以下に本発明を図面に示す実施形態により詳細に説明する。図１は全体ブロック回路図により本発明によるトルク制御の構成を示す。図２及び図３に好ましい実施形態を示すブロック回路図が示されている。他の実施形態が図４及び図５のブロック回路図により示されている。最後に、図６は時間線図により本発明による解決策を使用しているときの状況を示す。
実施形態の説明
図１に内燃機関のトルク制御のための電子式制御ユニット１０が示され、この電子式制御ユニット１０は図示されていない少なくとも１つのマイクロコンピュータを含む。マイクロコンピュータにおいて実行されるプログラムが図３にブロックとして示されている。出力ライン１２、１４及び１６を介して制御ユニット１０は内燃機関への空気供給量、燃料供給量（絞り及び／又は混合物組成）及び内燃機関の点火角を調節する。入力ライン２０、２２及び２４ないし２６を介して制御ユニット１０にトルク制御のために処理される運転量が供給される。少なくとも１つの他の制御ユニット２８例えば駆動滑り制御ユニットから制御ユニット１０にトルクに対する目標値が供給される。加速ペダル操作を測定するための測定装置３０から制御ユニット１０に入力ライン２２を介して操作度βを示す信号が供給される。更に、制御ユニット１０に測定装置３２ないし３４から入力ライン２４ないし２６を介して、内燃機関及び／又は車両の他の運転量、例えば機関回転速度、機関負荷、機関温度等を示す信号が供給される。
制御ユニット１０に供給される運転量は、第１のプログラムブロック３６において以下に説明するように充填量の経路に対する目標トルク値Ｍｉ−ｓｏｌｌ−Ｌ及び燃料供給量及び／又は点火角の調節のための目標値Ｍｉ−ｓｏｌｌに分割される。充填量の経路に対するトルク目標値Ｍｉ−ｓｏｌｌ−Ｌは、次のプログラムブロック３８において、ライン２４ないし２６を介して制御ユニット１０に供給された選択された運転量ないしそれらから導かれた量を考慮して、冒頭記載の従来技術から既知のように充填量目標値ｒｌｓｏｌｌに変換される。この充填量目標値は、プログラムブロック４０において、冒頭記載の従来技術に説明されているように、制御回路の範囲内において、空気供給量を設定するための電気的操可能な絞り弁に対する操作信号に変換される。従って、内燃機関の充填量は、それが目標値に近づく、従って実際トルクが目標トルク値に近づくように設定される。これに平行して、迅速トルク操作のためのトルク目標値Ｍｉ−ｓｏｌｌが既知のようにプログラムブロック４２において混合物供給量に対する操作信号（シリンダの絞り及び／又は混合物組成の設定）及び／又は点火角の設定のための操作信号に変換され、記号で示すライン１４及び１６を介して出力される。
本発明による解決策の基本的な考え方は、問題となっているトルク目標値が、充填量の経路に対する目標値と点火角の経路に対する目標値とに分割されることである。この場合、少なくとも１つの運転状態においては、両方の目標値は、異なるトルク値を有し、相互に平行に、充填量ないし燃料供給量及び／又は点火角を設定することにより形成される。この場合、好ましい実施形態においては、トルク目標値の将来値が実際の目標値より大きいとき、すなわちトルク上昇のときにのみ分割が行われるように設計されている。
図２はトルク目標値の分割の第１の実施形態を示す。図示の解決策は、操作信号βから導かれたドライバの希望がトルク上昇の方向に変化するときに使用される。この場合、ドライバの希望のみが目標トルクを決定し且つ（例えば駆動滑り制御による）他の操作が存在しないことから出発している。
第１の特性曲線群１００において、操作信号β及び少なくとも機関回転速度Ｎｍｏｔから、ドライバによりペダル操作を介して設定されたトルクＭｉ−ｐｅｄが決定される。このペダルトルクはそれに続く補間プログラム１０２において最小トルク値と最大トルク値との間で補間される。この値は、プリセットされ、主として少なくとも回転速度に依存する。補間により形成されたドライバの希望トルクＭｉ−ｆａｒが、次にフィルタ要素１０４において所定のフィルタ機能（例えば一次の低域通過フィルタ）によりフィルタリングされる。フィルタリングされた値は上記の運転状態において目標トルクＭｉｓｏｌｌとみなされ、燃料供給量及び／又は点火角の調節を決定するためにブロック４２に供給される。この場合、既知のようにブロック４２は、供給された目標トルク値から絞るべきシリンダの数に対する目標値（ｒｅｄｓｏｌｌ）、混合物組成に対する目標値λｓｏｌｌ並びに点火角設定に対する目標値（ｚｗｓｏｌｌ）を計算する。これらは、記号で示した出力ライン１４及び１６を介して設定される。
好ましい実施形態においては、定常運転状態において、ないしトルクの低減において、フィルタリングされた目標トルク値Ｍｉｓｏｌｌは、目標充填量を決定するために評価される目標トルク値でもある。しかしながら、ドライバがトルク上昇を導くようにペダル位置を変化したとき、充填量の経路と迅速操作とに分割された目標値は異なる値をとる。図２に示した実施形態においては、目標充填量の値の決定はこのときフィルタリングされた目標トルク値を基礎とせず、フィルタリングされていない目標トルク値Ｍｉ−ｆａｒを基礎としている。この目標トルク値は目標充填量ｒｌｓｏｌｌの決定のためにプログラムブロック３８に供給され、また目標充填量ｒｌｓｏｌｌはプログラムブロック４０において絞り弁に対する操作信号及び場合によりシリンダ充填量を調節するためのターボチャージャに対する操作信号に変換される。
所定の運転状態においては、快適さ及び／又は排気ガスの理由から、目標トルク値は充填量及び点火角の設定によってのみ形成される。この場合、ドライバ又は他の閉ループないし開ループ制御装置により与えられる目標トルクが実際に設定可能であることが保証されなければならない。従って、それぞれの運転点に対して最も遅くに設定可能な点火角が考慮されなければならない。この点火角は、運転量好ましくは機関回転速度及び機関負荷の関数として特性曲線群において導かれ、機関の回転限界により決定される。図２において破線で示すように、この場合、空気供給量の経路に対して与えられる目標トルクは、設定すべき目標トルクＭｉｓｏｌｌ及び少なくともできるだけ遅い点火角に基づいて制限される。このように、ドライバにより与えられるトルク変化を、充填量の設定及び迅速な点火角制御の設定により実現してもよい。このとき、実際トルクは迅速に目標トルクに導かれる。
この制限が図３に示すブロック回路図に示されている。この場合、空気供給量の経路に対する目標トルクＭｉｓｏｌｌ−Ｌは、最小値選択段２００に基づいて、点火角特性により補正された目標トルク値Ｍｉｓｏｌｌ及び充填量の経路に対して与えられる制限されていない目標値Ｍｉｓｏｌｌ−Ｌ＊から決定される。
３つの特性曲線群２０２、２０４及び２０６が設けられ、これらの特性曲線群２０２、２０４及び２０６において、機関回転速度及び機関負荷の関数として、内燃機関が最高効率を有する最適点火角ｚｗｏｐｔ、（例えば駆動滑り制御による）外部操作なしでの点火角設定を意味する実際運転点における基本点火角ｚｗｂａｓｅ、及び実際の運転点においてできるだけ遅い設定可能な点火角ｚｗ＿ｍが導かれる。この場合、基本点火角は、内燃機関の実際の運転点において外部操作なしに設定可能な点火角を意味する。第１の結合段２０８において最適点火角と基本点火角との間の差が形成され、一方第２の結合段２１０において最適点火角とできるだけ遅い点火角との間の差が形成される。形成された両方の差の値は効率特性曲線２１２及び２１４において補正トルク（ｅｔａｚｗｂａｓｅ、ｅｔａｚｗｍ）に変換される。これらの補正トルクは、それぞれの点火角の設定のときに最適値に対する偏差により発生するであろう効率変化ないしトルク変化を示している。
補正値は目標トルク値Ｍｉｓｏｌｌの補正のために使用される。実際の運転点において設定された点火角は基本点火角である。最大トルク変化はできるだけ遅い点火角を設定することにより達成することができる。従って、充填量に対する目標トルクは、希望する目標トルクを充填量変化及び点火角設定により形成可能にすることを保証するために、下方方向に所定の最小値に制限されなければならない。この下限界は、点火角調節に対する補正された目標トルクＭｉｓｏｌｌを形成する。この場合、補正は、目標値を効率ｅｔａｚｗｍで除算することにより点火角のできるだけ遅い設定を考慮する（除算段２１６）。この結果はできるだけ遅い点火角を設定したときの目標トルク値を設定する。更に、後に基本点火角に基づいて目標トルクが目標充填量値へ換算されるので（数式２参照）、設定すべき最適トルクを求めるために、補正された目標トルク値は乗算段２１８において基本点火角の効率と乗算される。
この結果は、基本点火角から出発してできるだけ大きい点火角調節により設定可能な目標トルク値である。充填量に対する目標トルクはこの値を下回ってはならない。それは、さもないと目標トルクＭｉｓｏｌｌを形成することができないからである。従って、最小値選択段２００において両方の値の最小値が選択され、小さいほうの換算目標値が目標充填量値に供給される。
第２の実施形態は、所定の運転状態において充填量の経路に対する目標値を上昇することであり、これは自動的に点火角を遅延方向に調節する。この運転状態は特に、アイドリング制御が活動しているとき、触媒加熱が活動しているとき及び／又は始動過程中に発生する。これらの運転状態は、より大きいトルクの方向へのトルクの迅速な調節が可能でなければならないことが共通している。しかしながら、迅速な調節は、点火角の変化、燃料供給量の変化及び／又は混合物組成の変化を介してのみ可能である。従って、好ましい実施形態においては、この運転状態においていわゆる余裕トルクが設定され、この余裕トルクは、点火角、燃料供給量及び／又は混合物組成が同時に反対方向に変化したときに、充填量を介して設定されたトルクの上昇により形成される。合計トルクは変化されない。好ましい実施形態においては、点火角のみが考慮される。
この場合、余裕トルクは種々の基準点を有してもよいことに注意すべきである。特に、最適トルク（最大効率を有するトルク）又は実際に作用しているトルクを基準としてもよい。
図４に充填量の経路における設定のための第１の実施形態が示され、この実施形態は特にアイドリング制御により、又は触媒加熱機能において使用される。ドライバ又は他の開ループないし閉ループ制御装置により与えられ且つ点火角の設定、並びに迅速なトルク変化を行わせる他の出力量の設定のために使用されるトルク目標値Ｍｉｓｏｌｌが結合段３００に供給される。この結合段において、記憶場所３０２内に記憶されているトルク余裕値ＤＭＲＯＰＴ（Ｍｉｒｅｓ）が加算される。この場合、トルク余裕値は、固定して与えられても、又は特性曲線において運転量の関数として導かれてもよい。運転量は例えば、機関回転速度、機関温度、車両の装備部品、始動後の時間等である。トルク目標値とトルク余裕値との和は、乗算段３０２において目標充填量値の計算の基礎となっている基本点火角効率と乗算される。好ましい実施形態においては、この結果が最大値選択段３０４において目標トルク値Ｍｉｓｏｌｌと比較され、両方の値のそれぞれ大きいほうが空気供給量の経路に対する目標値Ｍｉ−ｓｏｌｌ−Ｌとして出力される。
この実施形態においては、余裕トルクが最適値（最適トルク、最適点火角）と関係づけられている。これにより、定常的に所定の点火角が設定される。基本点火角効率との乗算は、充填量の経路に対する目標トルク値を目標充填量値に変換するための基準点を計算に含めるために使用される。
この場合もまた、充填量の経路に対する目標トルク値の制限が必要である。この制限は最大点火角に対して行われる。基本点火角ができるだけ早い点火角であると仮定して（点火角はトルクに関して又はノッキング限界において最適である）、最大値選択により、低すぎる充填量が決して与えられないことが保証される。更に、トルクが混合物の調節及び／又はシリンダの絞りにより制御される場合は、この制限を設ける必要はない。
トルク余裕値にその時点の有効トルクが参照される場合、この制限は設けなくてもよく、図５に示す実質的に簡単な構成が得られる。この場合、充填量の経路に対するトルク目標値は、迅速な調節に対するトルク目標値Ｍｉｓｏｌｌと余裕トルクＤＭＲ（Ｍｉｒｅｓ）との和による結果として生じる。
図４及び５に示す実施形態においては、迅速な調節は目標トルク値Ｍｉｓｏｌｌに対応して設定される。
本発明による解決策の作用、特に第１の実施形態による作用が図６の例を使って示されている。この場合、図６ａに目標トルク値Ｍｉｓｏｌｌの時間線図並びに充填量によるトルクへの寄与（点線）が示されている。図６ｂに点火角調節によるトルクへの寄与の時間線図が示され、図６ｃに実際トルクの時間線図が示されている。
時点Ｔ０において目標トルクが低減されたとする。この場合、目標トルク値は点火角調節及び充填量調節により形成される。迅速な点火角調節の結果として（図６ｂ参照）、充填量部分はゆっくり低下するにすぎない。実際トルクは目標トルクに対応して図６ｃに示すように変化する。時点Ｔ１において目標トルクは再び上昇される。本発明による充填量の経路と点火角の経路との間の分離により、このトルク上昇は点火角の補正により十分に行われる。有利な作用は、実際トルクがトルク上昇方向においても目標値にほぼ正確に追従することにある。
有利な実施形態においては、トルク値に基づく計算のほかに出力値に基づく計算が行われ、この場合、トルク及び出力は機関回転速度を介して相互に関係している。
他の有利な実施形態においては、点火角設定の代わりに混合物組成又はシリンダへの燃料供給量あるいはこれらの３つの量からの任意の組合せが使用される。基本量、調節限界値等に基づくトルク決定もまた同様に使用可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図６ｃ】
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