(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気導管にタービン（１８）が配置されている内燃機関（１０）の制御方法であって、
吸入空気量が大きい場合に混合気をリッチ方向に調整しかつ
少なくとも空気質量センサ（３６）に基づいて、現用空気充填量を表す信号を現用空気充填量信号（ｒｉｈｆｍ）として求めかつ少なくとも絞り弁（２２）の位置センサ（３４）に基づいて、予備空気充填量を表す信号を予備空気充填量信号（ｒｌｗｄｋ）として求める形式の方法において、
予備空気充填信号（ｒｌｗｄｋ）の値が現用空気充填信号（ｒｌｆｈｍ）の値を（１＋保護係数（Ｆ２））倍した値である第１の限界値（Ｇ２）より大きいとき、予備空気充填信号（ｒｌｗｄｋ）を少なくとも空気供給、燃料供給および／または点火時期に対する制御信号に変換し、ここで保護係数（Ｆ２）は、前記タービンを温度による損傷から防護するために、吸入空気量が高い場合に混合気がリッチ方向に調整されるように選択された係数である
ことを特徴とする内燃機関の制御方法。
【請求項２】
現用空気充填信号（ｒｌｆｈｍ）の値が予備空気充填信号（ｒｌｗｄｋ）の値を（１＋エラー係数（Ｆ１））倍した値である第２の限界値（Ｇ１１）より大であるか、また予備空気充填信号（ｒｌｗｄｋ）の値を（１−エラー係数（Ｆ１））倍した値である第３の限界値（Ｇ１２）より小さいとき、現用空気充填信号（ｒｌｆｈｍ）をエラーありと識別しかつ予備空気充填信号（ｒｌｗｄｋ）を現用空気充填信号（ｒｌｆｈｍ）に代わって少なくとも空気供給、燃料供給または点火時期に対する制御信号に変換し、ここで該エラー係数（Ｆ１）は予備空気充填信号（ｒｌｗｄｋ）の許容範囲を定める係数でありかつ前記保護係数（Ｆ２）の絶対値は該エラー係数（Ｆ１）より小さい
請求項１記載の内燃機関の制御方法。
【請求項３】
前記エラー係数（Ｆ１）は前記予備空気充填信号に対して±２５％の領域を定める係数０．２５でありおよび前記保護係数（Ｆ２）は前記現用空気充填信号に対して＋５％の領域を定める係数０．０５である
請求項１または２記載の内燃機関の制御方法。
【請求項４】
前記予備空気充填信号（ｒｌｗｄｋ）を更に、回転数センサ（３６）および／または吸気導管（１４）内の圧力センサ（３２）から得る
請求項１から３までのいずれか１項記載の内燃機関の制御方法。
【請求項５】
方法がコンピュータにおいて実施されるとき、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法を実施するのに適している
ことを特徴とするコンピュータプログラム。
【請求項６】
メモリに記憶されている
請求項５記載のコンピュータプログラム。
【請求項７】
排気導管（１６）にタービン（１８）が配置されている内燃機関を運転するための制御および調整装置であって、
吸入空気量が大きい場合に、混合気をリッチ方向に調整する制御信号を発生する手段を備え、
現用空気充填量を表す信号（ｒｌｈｆｍ）を求めるための少なくとも空気質量センサ（３６）を備え、かつ
予備空気充填量を表す信号（ｒｌｗｄｋ）を求めるための少なくとも絞り弁（２２）の位置センサ（３４）を備えている
形式の制御および調整装置において、
制御および調整装置は、予備空気充填信号（ｒｌｗｄｋ）の値と、現用空気充填信号（ｒｌｆｈｍ）の値を（１＋保護係数（Ｆ２））倍した値である第１の限界値（Ｇ２）とを比較する手段と、該予備空気充填信号（ｒｌｗｄｋ）の値が該第１の限界値（Ｇ２）より大きいとき、予備空気充填信号（ｒｌｗｄｋ）を少なくとも空気供給、燃料供給および／または点火時期に対する制御信号に変換する手段とを有しており、ここで保護係数（Ｆ２）は、前記タービンを温度による損傷から防護するために、吸入空気量が高い場合に混合気がリッチ方向に調整されるように選択された係数である
ことを特徴とする制御および調整装置。
【請求項８】
該制御および調整装置は、現用空気充填信号（ｒｌｆｈｍ）の値と、予備空気充填信号（ｒｌｗｄｋ）の値を（１＋エラー係数（Ｆ１））倍した値である第２の限界値（Ｇ１１）とを比較する手段と、現用空気充填信号（ｒｌｆｈｍ）の値と、予備空気充填信号（ｒｌｗｄｋ）の値を（１−エラー係数（Ｆ１））倍した値である第３の限界値（Ｇ１２）とを比較する手段と、現用空気充填信号（ｒｌｆｈｍ）の値が前記第２の限界値（Ｇ１１）より大であるか、または現用空気充填信号（ｒｌｆｈｍ）の値が前記第３の限界値（Ｇ１２）より小さいとき、現用空気充填信号（ｒｌｆｈｍ）をエラーありと識別しかつ予備空気充填信号（ｒｌｗｄｋ）を現用空気充填信号（ｒｌｆｈｍ）に代わって少なくとも空気供給、燃料供給または点火時期に対する制御信号に変換する手段とを有しており、ここで該エラー係数（Ｆ１）は予備空気充填信号（ｒｌｗｄｋ）の許容範囲を定める係数でありかつ前記保護係数（Ｆ２）の絶対値は該エラー係数（Ｆ１）より小さい
請求項７記載の制御および調整装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気導管にタービン、例えばターボチャージャのタービンが配置されている内燃機関の制御方法であって、吸入空気量が大きい場合に混合気をリッチ方向に調整しかつ少なくとも空気質量センサに基づいて現用空気充填量を表す信号を現用空気充填量信号として求めかつ少なくとも絞り弁の位置センサに基づいて予備空気充填量を表す信号を予備空気充填量信号として求める形式の方法に関する。
【０００２】
冒頭に説明した形式の方法は一般に公知である。例えば、排気ガス温度が非常に高い場合排気導管にあるターボチャージャが損傷されるおそれがあるという経験に基づいている。高い排気ガス温度はというと主に、吸入空気量が非常に多い場合、従って回転数が高い場合に生じる。従ってこの運転状態における排気ガス温度を下げるために、吸入空気量が非常に高い場合に混合気は濃縮化される。過剰の燃料が気化され、燃焼室から出ていく排気ガスが冷却される。
【０００３】
この公知の方法では、最適な混合気を得るために必要な、燃焼室における空気充填率は現用空気充填信号センサに基づいて求められる。この現用空気充填信号センサが故障した場合にも運転を続行できるようにするために、この発明の方法においては更に、予備空気充填信号センサから得られる予備空気充填信号を求めるようになっている。現用空気充填信号と予備空気充填信号とが所定のエラー係数以上に相異しているときには、燃焼室の充填の計算は予備空気充填信号センサの信号に基づいて実施される。
【０００４】
しかし公知の方法を実施する場合、排気ガスの高すぎる温度が原因の、排気導管に配置されているターボチャージャの損傷を必ずしも排除することができないことが認められている。
【０００５】
【発明の課題、解決手段、実施の形態】
従って本発明の課題は、冒頭に述べた形式の方法を、ターボチャージャまたは内燃機関の排気導管に配置されている別の補助構成要素の寿命ができるだけ長くなるように改良することである。
【０００６】
この課題は冒頭に述べた形式の方法において、予備空気充填信号の値が現用空気充填信号（ｒｌｆｈｍ）の値を（１＋保護係数（Ｆ２））倍した値である第１の限界値より大きいとき、予備空気充填信号を少なくとも空気供給、燃料供給および／または点火時期に対する制御信号に変換し、ここで保護係数は、前記タービンを温度による損傷から防護するために、吸入空気量が高い場合に混合気がリッチ方向に調整されるように選択された係数であることによって解決される。
【０００７】
本発明の解決法は次の考察に基づいている：現用空気充填信号センサが著しく小さい信号を送出するとき、内燃機関の燃焼室で実際に生じているより小さい充填が生じているものと見なされる。それに応じて噴射すべき燃料の量も低減される。この種の内燃機関が高い吸入空気量によって運転されかつターボチャージャを保護するために混合気はリッチ方向に調整されるが、このことは実際には薄すぎる混合気に基づいて行われる。従って、実際の充填より小さい現用空気充填信号を送出する現用空気充填信号センサの場合には、吸入空気量が大きい場合には混合気は必ずしも濃縮化されず、すなわち過剰燃料で運転されず、著しく希薄状態から多少リッチにされた状態に移行するだけである。
【０００８】
ここで本発明の方法は次のような介入操作を行う：吸入空気量が大きい場合に混合気が実際にもリッチ方向に調整される（従って内燃機関は過剰な燃料を有する著しくリッチな状態で運転される）ことを保証するために、基本的に以下のことが行われるだけである、すなわち、予備空気充填信号と現用空気充填信号とから成る最大値を決定しかつ予備空気充填信号の値が現用空気充填信号の値を（１＋保護係数（Ｆ２））倍した値より大きくなるや否や、内燃機関の燃焼室の充填の計算のために予備空気充填信号を使用する（「保護係数」という表現が使用されるのは、最終的に排気導管に配置されている補助構成要素の保護のために用いられる係数が扱われているからである）。その際保護係数の大きさの決定は、高負荷領域においてリッチ方向調整を一定に行う際にどんな場合にも真のリッチ化が保証されていなければならないという要求が満たされさえすればよい。従って実際には保護係数は十分小さくなるので、偏差が僅かでもあれば予備空気充填信号に切り換えられる。
【０００９】
従って本発明によって、吸入空気量が大きい場合に実際にも混合気のリッチ方向の調整が行われることが保証され、これにより内燃機関の排気ガス中の温度が低減されかつ排気ガス導管に配置されている補助構成要素が温度により生じる損傷から防護される。
【００１０】
本発明の有利な形態は従属請求項に記載されている。
【００１１】
例えば、現用空気充填信号の値が予備空気充填信号の値を（１＋エラー係数（Ｆ１））倍した値より大であるか、または予備空気充填信号の値を（１−エラー係数（Ｆ１））倍した値より小さいとき、現用空気充填信号をエラーありと識別しかつ予備空気充填信号を現用空気充填信号に代わって少なくとも空気供給、燃料供給または点火時期に対する制御信号に変換し、ここで該保護係数は予備空気充填信号の許容範囲を定める係数でありかつ保護係数の絶対値はエラー係数より小さいようになっている。
【００１２】
すなわち予備空気充填信号の使用は、現用空気充填信号にまだ本来の意味でエラーがないときにも全く意図的に行われる。すなわちエラーのある現用空気充填信号とは普通、予備空気充填信号と比較的大きな偏差があって漸くあるものとされる。というのは、この偏差は現用空気充填信号と予備空気充填信号との合計から計算されるからである。しかし本発明によれば、吸入空気量が大きい場合に必要であるリッチ化を不可能にする希薄すぎる混合気は、予備空気充填信号と現用空気充填信号との偏差が上述した偏差の合計より著しく小さい偏差で既に存在していることが認識された。
【００１３】
特別有利な定量的な例では、エラー係数は予備空気充填信号に対して対して±２５％の領域を定める係数０．２５でありおよび／または保護係数は前記現用空気充填信号に対して＋５％の領域を定める係数０．０５である。
【００１４】
現用空気充填信号センサは有利には熱線式空気質量測定器を含んでいる。この種のセンサは、測定すべき空気流におかれており、これによって冷却される。通例、加熱されるエレメントは電気的なブリッジ回路の部分として使用されかつそこを流れる電流によって吸入空気の温度に対して一定の過温度に保持される。必要とされる加熱電流は、本発明の方法によって簡単に処理することができる、内燃機関によって吸入される空気質量に対する尺度である。
【００１５】
本発明の実施の形態において更に、予備空気充填信号を回転数センサおよび場合によっては吸気導管内の圧力センサから得ることが提案される。相応のセンサは、殆どの内燃機関に存在するものであり、内燃機関の充填を突き止めるために比較的簡単かつ正確な手法で使用できるものである。
【００１６】
本発明はまた、方法がコンピュータにおいて実施されるとき、上述した方法を実施するのに適しているコンピュータプログラムである。その際コンピュータプログラムメモリ、例えばフラッシュメモリに記憶されていると特別好都合である。
【００１７】
更に本発明は、排気導管にタービン、例えばターボチャージャのタービンが配置されている内燃機関を運転するための制御および調整装置であって、吸入空気量が大きい場合に、混合気をリッチ方向に調整する制御信号を発生する手段を備え、現用空気充填量を表す信号を求めるための少なくとも空気質量センサを備え、かつ予備空気充填量を表す信号を求めるための少なくとも絞り弁の位置センサを備えている形式の制御および調整装置に関する。
【００１８】
排気導管に配置されているタービンである補助構成要素を吸入空気量が大きい場合にいずれにしても保護できるようにするために、本発明によれば、この制御および調整装置は、予備空気充填信号の値と、現用空気充填信号の値を（１＋保護係数（Ｆ２））倍した値である第１の限界値とを比較する手段と、該予備空気充填信号の値が該第１の限界値より大きいとき、予備空気充填信号を少なくとも空気供給、燃料供給および／または点火時期に対する制御信号に変換する手段とを有しており、ここで保護係数（Ｆ２）は、前記タービンを温度による損傷から防護するために、吸入空気量が高い場合に混合気がリッチ方向に調整されるように選択された係数である。
【００１９】
本発明の調整および／または制御装置の有利な実施例は従属請求項に記載されている。
【００２０】
【実施例】
次に本発明を図示の実施例につき図面を用いて詳細に説明する。
【００２１】
図１において内燃機関は全体が１０で示されている。それは機関ブロック１２を含んでいる。機関ブロックとは本来はまず本来の機関ハウジングのことであり、ここでは殊に燃焼室のことである。運転のために必要な空気は吸気導管１４を介して機関ブロックに供給される。相応に、排気ガスは排気導管１６に排出される。
【００２２】
排気導管１６にタービン１８が配置されている。それは、吸気導管１４に配置されているコンプレッサー２０に機械的に連結されている。コンプレッサー２０と機関ブロック１２との間に、絞り弁２２が存在している。絞り弁によって機関ブロック１２に対する空気の供給を調整設定することができる。絞り弁２２はサーボモータ２４によって移動させられる。
【００２３】
更に、機関ブロック１２に直接接続されているのは噴射弁２６である。これを介して燃料が機関ブロック１２の燃焼室に供給される。機関ブロック１２における図示されていない点火プラグは点火部２８から給電される。
【００２４】
内燃機関１０は更に、制御および調整装置３０を含んでいる。これは出力側がサーボモータ２４、点火部２８および弁２６に接続されている。制御および調整装置３０は入力側に複数のセンサからの信号が供給される：これらのセンサに属するものは、吸気導管１４において絞り弁２２と機関ブロック１２との間に配置されておりかつ過給圧に相応する信号を制御および調整装置３０に供給する圧力センサ３２である。択一的に、圧力センサ３２はコンプレッサー２０と絞り弁２２との間に配置されていてもよい。更に、制御および調整装置３０には、絞り弁２２の位置発生器３４から信号が供給される。更に、吸気導管１４においてコンプレッサー２０の上流に熱線式空気質量測定器３６が設けられている。これはブリッジ回路（図示されていない）を介して機関ブロック１２における燃焼室の充填に相応する充填信号を制御および調整装置３０に供給する。制御および調整装置３０は更に、回転数発生器３８に接続されている。回転数発生器はクランク軸４０の回転数を検出しかつ相応の信号を送出する。
【００２５】
内燃機関１０は、コンピュータプログラムの形において制御および調整装置３０のフラッシュメモリ（図示されていない）に記憶されている方法によって調整される。この方法は次のように実施される（図２参照）：
方法はスタートブロック４２で始まる。図２の右側においてまず、ブロック４４において、熱線式空気質量測定器３６および回転数発生器１８の信号から現用充填信号（ブロック４４）が求められる（空気質量測定器３６によって測定された空気質量流が回転数および定数によって除算されることで現用空気充填信号が得られる）。すなわち熱線式空気質量測定器３６は現用空気充填信号センサである。現用空気充填信号はｒｌｈｆｍと表される。これと並列に、ブロック４６において過給圧センサ３２，絞り弁２２の位置発生器３４およびクランク軸４０に対する回転数発生器３８の信号から、予備空気充填信号ｒｌｗｄｋが形成される。
【００２６】
ブロック４８において、主として絞り弁に基づいているこの予備充填信号ｒｌｗｄｋｔと、固定値メモリ５０にファイルされているエラー係数Ｆ１とから下側の限界値Ｇ１１が、式Ｇ１１＝ｒｌｗｄｋ−Ｆ１×ｒｌｗｄｋに従って形成される。更にブロック４８において、式Ｇ１２＝ｒｌｗｄｋ＋Ｆ１×ｒｌｗｄｋに従って上側の限界値Ｇ１２が形成される。比較ブロック５２において、ブロック４８において突き止められた現用空気充填信号ｒｌｈｆｍがブロック４８において求められた下側の限界値Ｇ１１より小さいかまたは同じブロック４において求められた上側の限界値Ｇ１２より大きいかどうかの比較が行われる。
【００２７】
固定値メモリ５０にファイルされているエラー係数Ｆ１は、２つの限界値Ｇ１１ないしＧ１２を下回ることもしくは上回ることがどんな場合においても現用空気充填信号ｒｌｆｈｍにエラーのありと解釈され得るように選択されている。通例、エラー係数Ｆ１は約±２５％である。この値は、熱線式空気質量測定器３６の許容偏差（±７％）、絞り弁２２および位置発生器３４から成るシステムの許容偏差（±１５％）および圧力センサ３２の許容偏差（約±３％）との和から成るものである。
【００２８】
ブロック５２における答えがイエスであれば、ブロック５４において燃料量の調量のために使用される充填信号ｒ１が予備空気充填信号ｒｌｗｄｋに等しくセットされる。すなわちこの措置によって、現用空気充填信号ｒｌｆｈｍにエラーがある場合に予備空気充填信号ｒｌｗｄｋに切り換えられる。
【００２９】
ブロック５２における答えがノーであれば、ブロック５６において、固定値メモリ５８にファイルされている保護係数Ｆ２に基づいて限界値Ｇ２が、Ｇ２＝ｒｌｈｆｍ＋Ｆ２×ｒｌｈｆｍに従って形成される。それから比較ブロック６０において、ブロック４６で形成された予備空気充填信号ｒｌｗｄｋが限界値Ｇ２より大きいかどうかが検査される。その際保護係数Ｆ２の値は次の判断基準に従って選定される：
図１に図示の内燃機関１０では、運転中回転数が非常に高い場合、すなわち吸入空気量が非常に高い場合、機関ブロック１２から排気導管１６に放出される排気ガスの温度が比較的高くなる可能性がある。この高い温度のためにタービン１８は過熱され、従って損傷される可能性がある。このことを回避するために、内燃機関１０では制御および調整装置３０によって相応の信号が噴射弁２６に送出され、これにより混合気がリッチ化される。つまり、空気と燃料との混合比が通常の状態から多少リッチな状態に変化され、従って意図的に多めの燃料が噴射されるのである。
【００３０】
制御および調整装置３０によるリッチ方向調整の程度は一定であるので、現用空気充填信号ｒｌｆｈｍが現実に適っているよりも小さな値を送出するとき、対応する噴射信号も比較的低くなり、その結果場合によっては所望する濃縮化は実現されず、場合によっては希薄な混合気から僅かばかり希薄でない混合気に移行するだけである。そこで保護係数Ｆ２が次のように選択されている。つまり、吸入空気量が高い場合にリッチ方向の調整がもはや実現されなくなるぎりぎりの空気充填信号より限界値Ｇ２が多少大きくなるようにである。その際保護係数Ｆ２はエラー係数Ｆ１よりは非常に小さくすることができる。エラー係数は典型的には、約５％の領域にある。ということは、空気過剰率λ＝０．９によってパイロット制御され、誤ってλ＝１で運転される内燃機関１０に相応する。
【００３１】
予備空気充填信号ｒｌｗｄｋが実際に限界値Ｇ２より大きければ、このことは比較ブロック６０において検出されかつ空気充填信号ｒｌは絞り弁に基づいている予備空気充填信号ｒｌｗｄｋに等しくセットされる。ブロック６０における答えがノーであれば、空気充填計算のために空気充填信号ｒｌは熱線式空気質量測定器３６を用いて求められた現用空気充填信号ｒｌｆｈｍに等しくセットされる（ブロック６２）。
【００３２】
図２に示されているコンピュータプログラムはブロック６４において終了する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  内燃機関のブロック線図である。
【図２】  図１の内燃機関を運転するための方法のフローチャート図である。
【符号の説明】
１０  内燃機関、  １２  機関ブロック、  １４  吸気導管、  １６  排気導管、  １８  タービン、  ２０  コンプレッサー、  ２２  絞り弁、  ２４  サーボモータ、  ２６  噴射弁、  ２８  点火部、  ３０  制御および調整装置、  ３２  圧力センサ、  ３４  位置発生器もしくは位置センサ、  ３６  熱線式空気質量測定器
【図１】
0004250356.tif 000002
【図２】
0004250356.tif 000003