(57)【要約】  本発明は、内燃機関（１）の空気吸入路（２０）または排気ガス排出路（３０）における圧力センサ（４４）の機能を動作時にチェックする方法と、この方法を実行するエンジン制御ユニット（５０）とに関しており、また、関連する内燃機関（１）の空気吸入路（２０）における吸入空気、または排気ガス排出路（３０）における排気ガスの動的な圧力振動を、関連する圧力センサ（４４）を用いて、動作時に測定することに基づいており、また、得られた圧力振動信号（ＤＳ＿Ｓ）に基づき、離散フーリエ変換（ＤＦＴ）を用いて、選択した複数の信号周波数（ＳＦ１…Ｘ）について、内燃機関（１）の特定の動作特性の値（ＢＣｈｋ＿Ｗ１…Ｘ）と、異なる信号周波数（ＳＦ１…Ｘ）について特定した値の相互のずれの値（Ａｗ＿Ｗ１…Ｙ）とをそれぞれ特定する。特定したずれの値（Ａｗ＿Ｗ１…Ｙ）が、あらかじめ設定した境界値（Ａｗ＿Ｇｗ）を下回るかまたは上回るか否かに依存して、圧力センサ（４４）の問題のない機能（ＤＳｅｎｓ＝ｏｋ）を確定するかまたは圧力センサ（４４）の誤動作（ＤＳｅｎｓ＿Ｆｆｋｔ）を診断する。これにより、圧力センサ（４４）の問題のない機能を監視し、故障時には、内燃機関の誤動作と、場合によってはこれに起因して増大した有害物質放出とを阻止する、対応する手段を実行する。
2020532680.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関（１）の空気吸入路（２０）または排気ガス排出路（３０）における圧力センサ（４４）の機能を動作時にチェックする方法であって、
関連する前記内燃機関（１）の前記空気吸入路（２０）における吸入空気、または前記排気ガス排出路（３０）における排気ガスの動的な圧力振動を、関連する前記圧力センサ（４４）を用いて、動作時に測定し、前記圧力振動から、対応する圧力振動信号（ＤＳ＿Ｓ）を形成し、
前記圧力振動信号（ＤＳ＿Ｓ）に基づき、離散フーリエ変換（ＤＦＴ）を用いて、選択した複数の信号周波数（ＳＦ１…Ｘ）について、前記内燃機関（１）の特定の動作特性の値（ＢＣｈｋ＿Ｗ１…Ｘ）をそれぞれ特定し、異なる前記信号周波数（ＳＦ１…Ｘ）について特定した、前記動作特性の値（ＢＣｈｋ＿Ｗ１…Ｘ）の相互のずれの値（Ａｗ＿Ｗ１…Ｙ）を特定し、
特定した前記ずれの値（Ａｗ＿Ｗ１…Ｙ）のいずれもが、あらかじめ設定したずれの境界値（Ａｗ＿Ｇｗ）に達していないかまたは前記ずれの境界値（Ａｗ＿Ｇｗ）を上回っていない場合に、前記圧力センサ（４４）の問題のない機能を確定し（ＤＳｅｎｓ＝ｏｋ）、
特定した複数の前記ずれの値（Ａｗ＿Ｗ１…Ｙ）のうちの少なくとも１つが、少なくとも１回、あらかじめ設定したずれの境界値（Ａｗ＿Ｇｗ）に達しているかまたは前記ずれの境界値（Ａｗ＿Ｇｗ）を上回っている場合に、前記圧力センサ（４４）の誤動作（ＤＳｅｎｓ＿Ｆｆｋｔ）を診断する、
圧力センサ（４４）の機能を動作時にチェックする方法。
【請求項２】
前記圧力振動信号（ＤＳ＿Ｓ）と同時にクランクシャフト位相角度信号（Ｋｗ＿Ｐｗ）を特定し、前記クランクシャフト位相角度信号（Ｋｗ＿Ｐｗ＿Ｓ）を基準にして、測定した前記圧力振動信号（ＤＳ＿Ｓ）の選択した前記信号周波数（ＳＦ１…Ｘ）の位相位置および／または振幅を特定し、
それぞれ特定した位相位置、または振幅、または位相位置および振幅に基づき、前記内燃機関（１）の特定の動作特性の値（ＢＣｈｋ＿Ｗ１…Ｘ）をそれぞれ特定する、
ことを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記内燃機関の特定の前記動作特性は、以下の動作パラメータ、すなわち、吸気弁ストローク位相位置、排気弁ストローク位相位置、ピストンストローク位相位置、燃料組成、燃料噴射の開始時点、燃料噴射の噴射量、シリンダの圧縮比、前記吸込み路のトリミングおよび動弁のずれの値のうちの１つまたは複数である、
ことを特徴とする、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
選択した前記信号周波数（ＳＦ１…Ｘ）は、前記内燃機関（１）の吸込み周波数、および前記吸込み周波数の少なくとも１つの別の倍数である、ことを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
関連する前記内燃機関（１）のプログラム可能な電子エンジン制御ユニット（５０）において前記方法を実施する、ことを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
前記圧力センサ（４４）の誤動作（ＤＳｅｎｓ＿Ｆｆｋｔ）が診断される場合、前記エンジン制御装置（５０）を用いて、前記内燃機関（１）を非常時動作モード（Ｎｔ＿Ｂｔｂ）で引き続いて動作させるか、前記内燃機関（１）の非常停止（Ｎｔ＿ｓｔｏｐ）を実行し、これとは択一的またはこれに補足的にエラー通知（Ｉｎｆｏ＿Ｓｉｇ）をそれぞれ出力する、ことを特徴とする、請求項５記載の方法。
【請求項７】
少なくとも１つの電子計算ユニット（５３）と、少なくとも１つの電子記憶ユニット（５４）と、複数の信号入力部（５１）と、複数の信号出力部（５２）とを有する、内燃機関（１）を制御するエンジン制御ユニット（５０）であって、前記電子計算ユニット（５３）には、かつ／または前記電子記憶ユニット（５４）には、前記内燃機関の意図した動作中に、前記エンジン制御ユニット（５０）を用いて、請求項１から４または６のいずれか１項に記載の方法を実施するプログラムコードおよび計算パラメータが格納されている、内燃機関（１）を制御するためのエンジン制御ユニット（５０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、それぞれの内燃機関の障害のない動作を、特に有害物質排出について法律に準拠した動作を、全動作持続時間にわたって確実にするために、内燃機関の空気吸入路または排気ガス排出路に圧力測定のために配置されているそれぞれの圧力センサのその誤りのない機能を、特にその動的な挙動についてチェックすることが可能な方法に関する。さらに、本発明は、本発明による方法を実行するために構成されているエンジン制御ユニットに関する。
【０００２】
この明細書の枠内において、略して単に内燃機関とも称される往復動ピストン式内燃機関は、それぞれ１つの往復動ピストンが配置されている１つまたは複数のシリンダを有する。往復動ピストン式内燃機関の原理を説明するために、以下では、例示的に、場合によっては多気筒でもある内燃機関のシリンダを、最も重要な機能ユニットと共に示す図１を参照する。
【０００３】
それぞれの往復動ピストン６は、直線運動するようにそれぞれのシリンダ２に配置されており、シリンダ２と共に燃焼室３を包囲する。それぞれの往復動ピストン６は、いわゆるコネクティングロッド７を介して、クランクシャフト９のそれぞれのクランクピン８に接続されており、クランクピン８は、クランクシャフトの回転軸線９ａに対して離心して配置されている。燃焼室３において燃料・空気混合物が燃焼することにより、往復動ピストン６は、直線的に「下方」へ駆動される。往復動ピストン６の並進ストローク運動は、コネクティングロッド７およびクランクピン８により、クランクシャフト９に伝達されて、クランクシャフト９の回転運動に変換され、この回転運動は、シリンダ２における下死点を越えた後、上死点まで、反対方向に「上方」へ往復動ピストン６を再び移動させる。内燃機関１の連続動作を可能にするためには、シリンダ２のいわゆる動作周期の間に、まず燃焼室３に燃料・空気混合物を充填し、燃料・空気混合物を燃焼室３において圧縮し、次に点火し、往復動ピストンと６を駆動するために膨張するように燃焼させ、最後に燃焼の後に残っている排気ガスを燃焼室３から押し出さなければない。この流れを連続して繰り返すことにより、燃焼エネルギに比例する仕事を放出しながら内燃機関１の連続動作が行われる。
【０００４】
エンジンコンセプトに応じて、シリンダ２の動作周期は、クランクシャフトの１回転（３６０°）にわたって２つに分割されるストローク（２ストロークエンジン）、またはクランクシャフトの２回転（７２０°）にわたって４つに分割されるストローク（４ストロークエンジン）に分類される。
【０００５】
自動車用の駆動部としては、今日まで４ストロークエンジンが定着している。吸入サイクルでは、往復動ピストン６が下方に運動する際に、空気吸入路２０から燃焼室３に燃料・空気混合物が取り入れられ、または新鮮空気（燃料直接噴射の場合）だけが取り入れられる。次の圧縮サイクルでは、往復動ピストン６が上方に運動する際に、燃料・空気混合物または新鮮空気が燃焼室３において圧縮され、ならびに場合によっては別の燃料が、燃料供給システムに属する噴射弁５によって燃焼室３に直接噴射される。次の動作サイクルでは、燃料・空気混合物が、点火プラグ４によって点火され、膨張するように燃焼され、往復動ピストン６が下方に運動する際には、仕事を放出して減圧される。最後に、排気サイクルでは、往復動ピストン６が新たに上方に運動し、残っている排気ガスが燃焼室３から排気ガス路３０に押し出される。
【０００６】
内燃機関の燃焼室３と、空気吸入路２０または排気ガス路３０との区画分けは、一般に、また特にここでベースにしている実施例において、吸気弁２２および排気弁３２によって行われる。これらの弁の駆動制御は、今日の従来技術によれば、少なくとも１つのカムシャフトを介して行われる。図示した実施例は、吸気弁２２を操作する吸気側カムシャフト２３と、排気弁３２を操作する排気側カムシャフト３３とを有する。これらの弁と、それぞれカムシャフトとの間には、多くの場合にさらに、ここでは図示しない、力を伝達するための別の複数の機械的な構成部分が設けられており、これらの構成部分は、バルブラッシュ補償部も有していてよい（例えば、バケットタペット、シーソ型ロッカアーム、スイングアーム型ロッカアーム、タペットロッド、液圧タペットなど）。
【０００７】
吸気側カムシャフト２３および排気側カムシャフト３３の駆動は、内燃機関１それ自体によって行われる。このために吸気側カムシャフト２３および排気側カムシャフト３３は、例えば、歯車、スプロケットまたはプーリのような適切な吸気側カムシャフト制御アダプタ２４および排気側カムシャフト制御アダプタ３４を介し、例えば歯車伝動装置、制御チェーンまたは制御歯付きベルトを有する制御伝動装置４０により、互いにあらかじめ設定された位置にかつクランクシャフト９に対し、対応して歯車、スプロケットまたは歯車またはプーリとして構成されている、対応するクランクシャフト制御アダプタ１０を介して、クランクシャフト９にそれぞれ接続されている。この接続により、クランクシャフト９の回転位置に対して、吸気側カムシャフト２３および排気側カムシャフト３３の回転位置が基本的に定められている。図１では、例示的に、吸気側カムシャフト２３と、排気側カムシャフト３３と、クランクシャフト９との間の接続が、プーリおよび制御歯付きベルトによって示されている。
【０００８】
一動作周期にわたって進む、クランクシャフトの回転角度を、以下では動作位相または単に位相と称する。一動作位相内に進む、クランクシャフトの回転角度を、これに対応して位相角度と称する。クランクシャフト９のそれぞれの実際のクランクシャフト位相角度は、クランクシャフト９またはクランクシャフトアダプタ１０に接続されている位置エンコーダ４３と、対応付けられているクランクシャフト位置センサ４１とによって連続して検出可能である。位置エンコーダは、例えば、円周にわたって等間隔に分配されて配置されている複数の歯を備えた歯車として構成されていてよく、個々の歯の個数により、クランクシャフト位相角度信号の分解能が決定される。
【０００９】
同様に、場合によっては付加的に、吸気側カムシャフト２３および排気側カムシャフト３３の実際の位相角度を、対応する位置エンコーダ４３と、対応付けられているカムシャフト位置センサ４２とによって連続して検出してもよい。
【００１０】
それぞれのクランクピン８は、またこれに伴って往復動ピストン６は、吸気側カムシャフト２３は、またこれに伴ってそれぞれ吸気弁２２は、ならびに排気側カムシャフト３３は、またこれに伴ってそれぞれの排気弁３２は、あらかじめ設定された機械的な接続により、互いにあらかじめ設定された関係で、かつクランクシャフト回転に依存して運動するため、これらの機能構成要素は、クランクシャフトに同期して、それぞれ動作位相を進む。これにより、吸気側カムシャフト、排気側カムシャフトおよびクランクシャフトのそれぞれの回転位置と、往復動ピストン６、吸気弁２２および排気弁３２のストローク位置とは、それぞれの伝達比を考慮して、クランクシャフト位置センサ４１によってあらかじめ設定される、クランクシャフト９のクランクシャフト位相角度に関連付けることができる。したがって、理想的な内燃機関では、それぞれの特定のクランクシャフト位相角度に、特定のクランピン角度ＨＺＷ（図２）、特定のピストンストローク、特定の吸気側カムシャフト角度、ひいては特定の吸気弁ストロークおよび特定の排気側カムシャフト角度、ひいては所定の排気側カムシャフトストロークを対応付けることができる。すなわち、上記のすべての構成要素は、回転するクランクシャフト９と同位相であるか、もしく同位相で運動する。
【００１１】
しかしながら、今日の内燃機関１では、クランクシャフト９と、吸気側カムシャフト２３と、排気側カムシャフト３３との間の機械的な接続区間内には、例えば吸気側カムシャフトアダプタ２４および排気側カムシャフトアダプタ３４に組み込まれて、付加的なアクチュエータが設けられることがあり、この付加的なアクチュエータは、クランクシャフト９と、吸気側カムシャフト２３と、排気側カムシャフト３３との間に、制御可能な所望の位相変位を生じさせる。これらは、いわゆる可変バルブ駆動におけるいわゆる位相アジャスタとして公知である。
【００１２】
エンジン機能を制御するプログラミング可能な電子エンジン制御ユニット５０（ＣＰＵ）もシンボリックに示されており、このエンジン制御ユニットには、多様なセンサ信号を受信する信号入力部５１と、対応する調整ユニットおよびアクチュエータを駆動制御する、信号およびパワー出力部５２と、電子計算ユニット５３と、対応付けられている電子記憶ユニット５４とが具備されている。
【００１３】
内燃機関の（排出、消費、出力、運転平滑性などについての）最適な動作に対し、燃焼のための別のパラメータ、例えば、供給すべき燃料量、場合によっては直接噴射される燃料量をそれに調整できるようにするために、吸入サイクル中に燃焼室に取り込まれる新鮮ガスチャージが、可能な限りに既知であるようにする。いわゆる吸排気入替、すなわち新鮮ガスの吸入と、排気ガスの押し出しとは、吸気弁２２および排気弁３２の制御時間に大きく依存し、すなわち、ピストンストロークの時間経過を基準にしたそれぞれの弁ストロークの時間経過、ならびに空気吸入路および排気ガス排出路における、圧力の大きさおよび経過に依存する。言い換えると、動作時における吸排気入替は、クランクシャフト位相角度に対し、ひいては空気吸入路および排気ガス排出路における都度の圧力経過との相互作用において往復動ピストンの位相位置に対し、吸気弁および排気弁の位相位置に依存する。
【００１４】
新鮮ガスチャージを特定するための、かつ内燃機関の制御パラメータを新鮮ガスチャージに調整するための従来技術は、例えば、回転数、負荷、場合によっては位相アジャスタによってあらかじめ設定可能な弁制御時間、および場合によっては排気ガス過給器または圧縮器の動作パラメータなどに依存して、発生するすべて動作状態において、いわゆる基準内燃機関を測定することと、それらの測定値またはそれらの派生物を、または特性を再現するモデルアプローチを、対応するシリーズ内燃機関のエンジン制御装置に記憶することとである。この場合、同じクラスの、シリーズで生産される同じ構造のすべての内燃機関は、形成されたこの基準データセットで動作される。
【００１５】
基準内燃機関の理想的な基準位置を基準にした、シリーズ内燃機関の吸気弁および排気弁と、クランクシャフト位相角度もしくは往復動ピストン位置との間の、例えば、製造公差によって生じる実際の相対位置のずれは、すなわち、クランクシャフト位置センサによってあらかじめ設定されるクランクシャフト位相角度もしくはクランクシャフトの位相位置を基準にした吸気弁ストローク、排気弁ストローク、場合によってはピストンストロークの位相差は、実際に吸引される新鮮ガスチャージが、基準値として特定した新鮮ガスチャージからずれ、ひいては基準データセットに基づく制御パラメータが最適でないことに結びつく。空気吸入路および排気ガス排出路におけるそれぞれの圧力についての現下の測定値のずれも、実際に吸入される新鮮ガスチャージを特定する際の誤差に結びつく。内燃機関の動作特性にマイナスに影響を及ぼし得る別のエラー源は、例えば、ずれが生じた燃料組成、吸入路もしくは排気ガス路のずれが生じたトリミング、ずれが生じた燃料噴射時点、ずれが生じた燃料噴射量、および場合によっては、ずれが生じた圧縮比である。内燃機関の動作時には、これらのエラーにより、排出、消費、出力、運転平滑性などについて、著しいマイナスの影響が生じ得る。
【００１６】
上記のずれについて考えられ得る原因は、例えば、以下、すなわち
・関与する機械構成要素の製造許容差および／取り付け許容差、ならびに
・動作時の摩耗現象、ならびに
・高い機械的な負荷状態による弾性的および可塑的な変形現象、
である。
【００１７】
現在の従来技術による、上記の問題のこれまでの解決手段は、基本的に、基準内燃機関と、シリーズ内燃機関との間に発生するずれを現下の動作において反復的または連続的に特定して定量化することにあり、これにより、制御パラメータの適合化によって、補正または補償のための対応する手段を実行できるようにすることにある。
【００１８】
上記のずれを特定する精度をさらに高めるために、また場合によっては妥当性検査および監視のために、最近では、対応するポジションセンサおよび位置センサに依存せずに動作する方法が開発されている。
【００１９】
反復的または連続的に上記のずれを特定する上記の方法では、それぞれのシリンダに対応付け可能な、関連する内燃機関の空気吸入路または排気ガス排出路における動的な圧力振動を現下の動作において測定し、この圧力振動から、対応する圧力振動信号を形成する。同時にクランクシャフト・位相角度信号を特定する。
【００２０】
内燃機関の「空気吸入路」または単に「吸入路」、「吸入システム」または「吸込み路」という語の下に、当業者によって包括されるのは、シリンダのそれぞれの燃焼室への空気供給に使用され、したがっていわゆる空気路を定めるすべての構成要素である。これには、例えば、エアフィルタ、吸気管、吸気マニホールドまたは分配管または略して吸入管、スロットルバルブならびに場合によっては圧縮器およびシリンダにおける吸気開口部もしくはシリンダの流入通路が属していてよい。
【００２１】
これに対し、「排気ガス排出路」または単に「排出路」、「排気ガス路」または「排気ガスシステム」という語の下には、排気ガスが流れ出し、ひいてはいわゆる排出路を形成するすべての構成要素が包括され、例えば、それぞれのシリンダの排出開口部もしく排出路、排気ガスを導く管、排気ガス再循環のための構成要素、粒子フィルタ、触媒および消音器などが包括される。
【００２２】
圧力振動信号からは、クランクシャフト位相角度信号を基準にして、測定した圧力振動の、少なくとも１つの選択した信号周波数の位相位置および／または振幅が、離散フーリエ変換によって特定される。さらに、対応する基準値または基準特性曲線を使用して、少なくとも１つのそれぞれ選択した信号周波数の特定した位相位置および／または振幅に基づいて、上記のずれの実際値が特定される。このために、同じ構造の理想基準内燃機関において前もって、基準値または基準特性曲線が特定され、対応する特性マップに格納されているか、それぞれの代数モデル関数を用いて都度に特定される。
【００２３】
次に、特定したずれに基づき、場合によっては内燃機関の制御パラメータの補正または適合化が、特定したずれに依存して制御装置において行われる。
【００２４】
例えば、文献独国特許出願公開第１０２０１５２０９６６５号明細書には、内燃機関の弁制御時間を識別する方法が開示されている。ここでは、上で説明したように、測定した圧力振動の選択した信号周波数の位相角度が特定される。次に、特定した位相角度に基づき、基準内燃機関の圧力振動、および／またはそこから導出したモデル関数の圧力振動の同じ信号周波数の基準位相角度および対応する基準弁制御時間を使用して、関係する内燃機関の弁制御時間を特定する。
【００２５】
内燃機関のピストンストローク位相差と、吸気弁ストローク位相差と、排気弁ストローク位相差とを組み合わせて識別する別の方法は、文献独国特許第１０２０１５２２２４０８号明細書から公知である。ここでも、離散フーリエ変換を用いて、吸入路および／排出路において測定した圧力振動の選択した信号周波数の位相位置が、クランクシャフト位相角度信号を基準にして特定される。これに基づき、吸気弁ストローク・位相差および排気弁ストローク・位相差に依存して、選択した信号周波数の同じ位相位置の立った複数の直線が特定され、信号周波数依存の位相シフトによって、これら特定した直線の共通の交点が特定される。特定した共通の交点から、吸気弁ストローク位相差および排気弁ストローク位相差が特定され、ピストンストローク位相差が、行った位相シフトの値から特定される。
【００２６】
文献独国特許第１０２０１５２２６１３８号明細書および独国特許出願公開第１０２０１５２２６４６１号明細書には、内燃機関の動作に使用される燃料の組成を特定する方法がそれぞれ開示されている。この方法も、離散フーリエ変換を用いて、関連する内燃機関の吸込み路における圧力振動を測定して分析することに基づいている。ここでは、例えば、吸気同期した燃料噴射の際に、選択した信号周波数の特定した実際位相位置に加え、同様に、燃料噴射が行われない際に、または閉じられた燃焼室への直接燃料噴射の際に、選択した信号周波数の別の比較・位相位置が特定され、これらの間の実際位相差が特定される。次に、異なる燃料組成についての、同じ信号周波数の基準位相差を使用して、現下に使用される燃料の燃料組成が特定される。
【００２７】
同様に、内燃機関の吸込み路において測定した圧力振動に基づいて、内燃機関の通常動作における燃料の噴射開始時点および噴射量を特定する方法が、文献独国特許出願公開第１０２０１５２２６４６１号明細書から公知である。
【００２８】
例えば、以下のような、吸入路または排気ガス路における動的な圧力振動の測定と、離散フーリエ変換を用いたその分析とに基づく別の方法、すなわち
・内燃機関の吸気弁ストロークおよび排気弁ストロークの位相差を組み合わせて識別すること、
・内燃機関の圧縮比を特定すること、
・内燃機関の動弁において発生するずれを監視すること、および
・内燃機関の吸込み路の現下のトリミングを動作時に特定すること、は、独国特許出願公開第１０２０１６２１９５８４．０号明細書、独国特許出願公開第１０２０１７２０９１１２．６号明細書、独国特許出願公開第１０２０１６２２２５３３．２号明細書および独国特許出願公開第１０２０１７２０９３８６．２号明細書に開示されている。
【００２９】
上記の方法を使用する際には、例えば、圧力センサの欠陥または不十分な機能に起因して圧力振動信号が誤りを有すると、その結果的として、動作特性が、特に内燃機関の排気ガス特性が著しく悪化し得る。この理由から、排気ガス特性に影響を及ぼすこのような構成要素の、問題がなくかつ欠陥のない機能を、それぞれの内燃機関の全動作持続時間にわたって保証すること、もしくは動作時に誤動作を識別することは重要であり、部分的には立法機関によって規定されることさえもあり得る。
【００３０】
したがって本発明の根底にある課題は、内燃機関の空気吸入路または排気ガス排出路に配置される圧力センサの誤動作を、動作時に、特にその動的な特性に関して、確実かつ即時に確定することができる、簡単であり、コスト的に有利であり、かつ確実な方法を提供することである。
【００３１】
この課題は、本発明により、主請求項に記載した、内燃機関の空気吸入路または排気ガス排出路における圧力センサの機能を動作時にチェックする方法によって解決される。
【００３２】
本発明の対象の実施例および発展形態は、従属請求項の対象である。
【００３３】
内燃機関の空気吸入路または排気ガス排出路における圧力センサの機能を動作時にチェックする、本発明の方法によれば、関連する内燃機関の空気吸入路における吸入空気または排気ガス排出路における排気ガスの動的な圧力振動を、関連する圧力センサを用いて、動作時に測定し、この圧力振動から、対応する圧力振動信号を形成する。この圧力振動信号に基づき、離散フーリエ変換を用いて、選択した複数の信号周波数について、内燃機関の特定の動作特性の値をそれぞれ特定する。次に、特定した複数の値を相互に比較することにより、異なる信号周波数について特定した、動作特性の値の相互のずれの値を特定する。次にこれらのずれの値を、それぞれの圧力センサの機能の判定に使用する。特定したずれの値のいずれもが、あらかじめ設定したずれの境界値を上回っていない場合に、圧力センサの問題のない機能を確定し、特定した複数のずれの値のうちの少なくとも１つが、少なくとも１回、あらかじめ設定したずれの境界値を上回っている場合に圧力センサの誤動作を診断する。
【００３４】
本発明による方法の利点は、付加的なセンサなしに、チェック対象の圧力センサそれ自体の圧力信号だけに基づき、この圧力センサの機能をチェックできることにある。このために、さらに、いずれにせよ動作時に繰り返して実施される、圧力振動信号の測定および分析を十分に使用し、これにより、この圧力センサの機能障害の即時の識別が保証される。
【００３５】
圧力振動信号を分析するために、この圧力振動信号に、離散フーリエ変換（ＤＦＴ）を行う。このために、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）として公知の、ＤＦＴを効率的に計算するアルゴリズムを使用可能である。ＤＦＴにより、圧力振動信号は、個々の信号周波数に分解され、これらの信号周波数は、さらに、それらの振幅および位相位置について別々に簡略に分析可能である。
【００３６】
この場合において判明したのは、圧力センサの誤動作は、特に、極めて動的な圧力振動を測定する際には、信号周波数と称される、圧力振動信号の異なる周波数成分に異なる作用を及ぼすことである。すなわち、圧力振動信号に基づいて、特定の動作特性を特定する際には、異なる信号周波数について、大きく異なる値が得られ、これにより、圧力センサの誤動作があること、または少なくとも、圧力センサの問題のない機能が損なわれていることを仮定することができる。本発明による方法はこのことを利用しており、これは、相互に異なる複数の信号周波数について、動作特性のそれぞれ１つの実際値を特定し、これらの値を相互に比較することによって行われる。これは、例えば、２つずつの値の間の単純な差分形成によって行うことができる。ここでは、最大値だけを最小値とそれぞれ比較するか、またはそれぞれの値をそれぞれ別の値と比較することが可能である。このようにして特定した差分値を、ここでは一般にずれの値と称する。ずれの値の許容される最大値については、前もって、例えば、それぞれのセンサタイプの指定または測定の際に、ずれの境界値を規定する。このずれの境界値は、この方法を実行する際に、特定したずれの値との比較に使用され、特定したずれの値のいずれも、あらかじめ設定したずれの境界値を上回っていない場合に、圧力センサの問題のない機能を確定し、その一方で、少なくとも１回、すなわち少なくとも１回の測定のトライアルにおいて、特定したずれの値の少なくとも１つが、または少なくとも最大のずれの値が、あらかじめ設定したずれの境界値に達しているかまたはこれを上回っている場合に圧力センサの誤動作を診断する。
【００３７】
本発明による方法の別の一実施形態において利用される知識は、圧力センサの誤動作が、それぞれの信号周波数の位相位置にも、振幅にも、異なる作用を及ぼすことである。これに対応し、この方法のこの実施形態は、圧力振動信号と同時にクランクシャフト位相角度信号を特定し、クランクシャフト位相角度信号を基準にして、測定した圧力振動の選択した信号周波数の位相位置および／または振幅を特定し、それぞれの信号周波数の、それぞれ特定した位相位置、または振幅、または位相位置および振幅に基づき、この内燃機関の特定の動作特性のそれぞれ１つの値を特定する、という特徴を有する。
【００３８】
本発明による方法を実行するのに必要なクランクシャフト位相角度信号は、クランクシャフトに接続されている歯車およびホールセンサによって特定することが可能である。このようなセンサ装置は、同様に、今日の内燃機関において別の目的のためにすでに設けられている。これによって形成されるクランクシャフト位相角度信号は、本発明による方法によって容易に共用可能である。このことの利点は、付加的なセンサを配置する必要がなく、したがって本発明による方法を実行するのに付加的なコストが発生しないことである。
【００３９】
この実施形態が考えられ得るのは、有利には、特に、対応する動作特性の特定も、それぞれの信号周波数の位相位置、または振幅、または位相位置および振幅について特定される場合である。
【００４０】
この方法の別の実施形態において、内燃機関の特定の動作特性は、以下の動作パラメータ、すなわち、吸気弁ストローク位相位置、排気弁ストローク位相位置、ピストンストローク位相位置、燃料組成、燃料噴射の開始時点、燃料噴射の噴射量、シリンダの圧縮比、吸込み路のトリミングおよび動弁のずれの値のうちの１つまたは複数である。ここで、空気吸入路または排気ガス排出路において特定した圧力振動信号に基づき、列挙したこれらの動作パラメータを特定することについては、冒頭において従来技術に挙げた、個々の方法が詳細に説明されている文献を参照されたい。
【００４１】
列挙した複数の動作パラメータを動作特性として使用する際には、例えば、ずれの境界値を超える、特定の第１動作特性値の第１のずれの値を特定した後、この第１のずれの値を確認するために、まずさらに、別の特定の動作特性に基づいて、別のずれの値を特定することが可能である。
【００４２】
列挙した動作パラメータを動作特性として使用することの利点は、これらの動作パラメータが、いずれにせよ、動作時に連続して特定され、したがって圧力センサの動作のチェックをするための付加的なコストを極めて低く維持できることにある。
【００４３】
有利には、本発明による方法を実行するために、選択した信号周波数は、基本周波数としての内燃機関の吸込み周波数に対応し、または内燃機関の吸込み周波数の第１高調波と、さらに別の複数倍の、すなわち第２〜第ｎの、いわゆる「高波長」に対応する。吸込み周波数は、ここでも、内燃機関の回転数と一意の関係を有する。
【００４４】
この場合に、選択したこれらの信号周波数について、例えば、並行して検出したクランクシャフト位相角度信号を使用し、クランクシャフト位相角度を基準にして、選択した信号周波数の、この関連において位相角度と称される位相位置と、振幅とを特定することができる。
【００４５】
これにより、それぞれの特定の動作特性を特定する際に、特に一意の、したがって良好に評価可能な結果が得られ、これにより、この結果の高い精度を保証することが可能である。
【００４６】
有利には、この方法は、列挙した動作パラメータを特定する個々の方法と同様に、関連する内燃機関のプログラム可能な電子エンジン制御ユニット（ＣＰＵ）において実施可能である。このことの利点は、別個の制御装置または計算装置が必要でなく、エンジン制御プログラムの対応するフローに、特に動作パラメータを特定するためのアルゴリズムにこの方法のアルゴリズムを組み込めることである。
【００４７】
本発明による方法の、上で説明したエンジン制御ユニットにおける実施の別の実施形態において、圧力センサの誤動作が診断される場合、エンジン制御ユニットを用いて、内燃機関を非常動作モードで引き続いて動作させるか、内燃機関の非常停止を実行する。これとは択一的にまたはこれに補足的に、圧力センサが故障していることが識別されたことを、例えば車両運転者にシグナリングするエラー通知を出力する。
【００４８】
これにより、有利には、それぞれの内燃機関が、対応する圧力センサの誤った圧力振動信号に基づく誤った制御量であって、排出限度の維持を保証することができない制御量によって動作されないことが保証される。
【００４９】
内燃機関を制御する本発明によるエンジン制御ユニットは、少なくとも１つの電子計算ユニットと、少なくとも１つの電子記憶ユニットと、複数の信号入力部と、複数の信号出力部とを有する。選択的には電子計算ユニットは、複数の別個の、または組み合わせで動作する計算ユニットおよび記憶ユニットを有していてよい。複数の電子計算ユニットのうちの少なくとも１つには、かつ／または電子記憶ユニットには、内燃機関の意図した動作中に、エンジン制御ユニットを用いて、説明した複数の実施形態のうちの１つにしたがい、前に説明した本発明による方法を実施するプログラムコードおよび計算パラメータが格納されている。
【００５０】
本発明によるエンジン制御ユニットの利点は、本発明による方法を実行するためのプログラムコードおよび計算パラメータを、内燃機関の動作を制御するためのルーチンおよびプログラムの流れに直接に埋め込むことができ、同時に別の制御ユニットが必要でないことである。
【００５１】
以下では、図を用いて、本発明による方法を詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】往復動ピストン式内燃機関の構造および機能を説明する、簡略化された概略図である。
【図２】本発明による方法の実施を説明する、簡略化されたブロック図である。
【図３】本発明による方法の一実施形態をさらに詳しく説明するために、図２の簡略化されたブロック図の、さらに詳細化された部分を示す図である。
【００５３】
機能および名称が同じ部分は、複数の図面にわたって同じ参照符号で示されている。
【００５４】
往復動ピストン式内燃機関の構造および機能を説明する、図１に示した概略図面は、冒頭においてすでに説明した。しかしながら、図示したエンジン制御ユニット５０が、少なくとも１つの電子計算ユニット５３と、少なくとも１つの電子記憶ユニット５４と、複数の信号入力部５１と、パワー出力部によって補足することも可能な複数の信号出力部５２とを有することに注意されたい。さらに、電子計算ユニット５３には、かつ／または電子記憶ユニット５４には、プログラムコードおよび計算パラメータが格納されており、これらを用い、上で説明したようにエンジン制御ユニット５０を用いて、内燃機関の意図した動作中に本発明による方法が実施される。
【００５５】
図２には、重要な方法ステップが、個々のブロックにまとめて図示されている簡略化されたブロック図が示されている。
【００５６】
はじめに、関連する内燃機関１の空気吸入路２０の吸入空気および／または排気ガス排出路３０の排気ガスの動的な圧力振動が、関連する圧力センサ４４によって動作時に測定され、この圧力振動から、対応する圧力振動信号ＤＳ＿Ｓが形成される。このことは、Ｂ１と記したブロックによって示されている。
【００５７】
次に、Ｂ２と記したブロックにおいて、圧力振動信号ＤＳ＿Ｓに基づき、離散フーリエ変換ＤＦＴを用いて、選択した動作特性の値Ｅｍｔｌｇ＿ＢＣｈｋ＿Ｗ１…Ｘの特定が行われる。このことはブロックＢ２によって示されている。ここでは、圧力振動信号ＤＳ＿Ｓに基づき、離散フーリエ変換ＤＦＴを用いて、選択した複数の信号周波数ＳＦ１、ＳＦ２〜ＳＦＸ（ＳＦ１…Ｘとも記される）について、内燃機関１の、特定の動作特性の値ＢＣｈｋ＿Ｗ１、ＢＣｈｋ＿Ｗ２〜ＢＣｈｋ＿ＷＸ（ＢＣｈｋ＿Ｗ１…Ｘとも記される）がそれぞれ特定される。動作特性の特定した個々の値ＢＣｈｋ＿Ｗ１、ＢＣｈｋ＿Ｗ２〜ＢＣｈｋ＿ＷＸは、図２において、ブロックＢ３．１、Ｂ３．２〜Ｂ３．Ｘによって示されている。
【００５８】
特定の動作特性として、冒頭に挙げた、従来技術からの複数の方法のうちの１つにしたがい、同じ圧力振動信号ＤＳ＿Ｓに基づいて特定した１つまたは複数の動作パラメータを使用可能である。例えば、吸気弁ストローク位相位置、排気弁ストローク位相位置またはピストンストローク位相位置を、特定の動作特性として利用可能であり、これらは、例えば、従来技術において開示されている複数の方法のうちの１つによって特定可能である。冒頭に挙げた特許権文献に開示されている方法にしたがって特定される燃料組成、燃料噴射の開始時点、燃料噴射の噴射量、シリンダの圧縮比、吸込み路のトリミングおよび動弁のずれの値も、特定の動作特性として利用可能である。
【００５９】
例えば、上で挙げた複数の動作パラメータを、チェックすべき圧力センサ４４の圧力振動信号ＤＳ＿Ｓから特定する場合、考えられ得るのは、それぞれの動作特性としてのこれらの複数の動作パラメータに基づいて、本発明による方法を実行し、個別の結果の検証もしくは確認するために、これらの結果を調整することである。したがって、場合によっては、いわゆる異常値・測定値により、誤り判定を回避可能である。
【００６０】
本発明による方法の別の流れでは、異なる信号周波数ＳＦ１…Ｘについて特定した、動作特性の値ＢＣｈｋ＿Ｗ１…Ｘのいわゆるずれの値Ｅｍｔｌｇ＿Ａｗ＿Ｗ１…Ｙの相互の特定が行われる。このことはブロックＢ４によってシンボリックに示されている。これは、例えば、比較によって、特に、特定した２つずつの値の差分形成によって行うことが可能である。ここでは、例えば、まず、相互に最も離れた値を特定し、これらの２つの値の差分を形成することが可能である。これにより、最大のずれの値が見つけられる。または動作特性の特定したすべての値ＢＣｈｋ＿Ｗ１…Ｘと、この動作特性の別のすべての値とをそれぞれ比較する。これにより、図２において、例示的にＢ４．１、Ｂ４．２〜Ｂ４．Ｙと記されたブロックによって示した複数のずれの値Ａｗ＿Ｗ１、Ａｗ＿Ｗ２〜Ａｗ＿ＷＹ（Ａｗ＿Ｗ１…Ｙとも記される）が得られる。
【００６１】
本発明による方法の別の流れにおいて、特定したずれの値Ａｗ＿Ｗ１、Ａｗ＿Ｗ２〜Ａｗ＿ＷＸと、あらかじめ設定したずれの境界値Ａｗ＿Ｇｗとのそれぞれの比較が、特定した複数のずれの値Ａｗ＿Ｗ１、Ａｗ＿Ｗ２〜Ａｗ＿ＷＸのうちの少なくとも１つが、ずれの境界値Ａｗ＿Ｇｗに到達するかまたは上回るか否か、すなわちＡｗ＿Ｗ１…Ｘ≧Ａｗ＿Ｇｗであるか否かについて行われる。このことは、ブロックＢ５に示されている。
【００６２】
このために、内燃機関１の意図した動作に先んじて、ずれの境界値Ａｗ＿Ｇｗが、例えば実験的に、または計算によって特定され、図２にも示されている、エンジン制御ユニット５０（ＣＰＵ）の電子記憶ユニット５４に格納される。同じエンジン制御ユニット５０では、同様に、本発明による方法も実施することができ、この方法は、プログラムコードの形態でそこに格納されている。
【００６３】
前述の比較Ａｗ＿Ｗ１…Ｘ≧Ａｗ＿Ｇｗの結果に基づき、特定したいずれのずれの値Ａｗ＿Ｗ１…Ｙも、あらかじめ設定したずれの境界値Ａｗ＿Ｇｗに達していないかまたはこれを上回っていない場合に、ブロックＢ６に示したように、圧力センサ４４の問題のない機能の確定、すなわちＤＳｅｎｓ＝ｏｋが行われる。
【００６４】
これに対し、特定したずれの値Ａｗ＿Ｗ１…Ｙのうちの少なくとも１つが、少なくとも１回、あらかじめ設定したずれの境界値Ａｗ＿Ｇｗに到達するかこれを上回る場合、ブロックＢ７に示したように、圧力センサ４４の誤動作ＤＳｅｎｓ＿Ｆｆｋｔが診断される。
【００６５】
本発明による方法の引き続きの実行において、次に、圧力センサ４４の誤動作ＤＳｅｎｓ＿Ｆｆｋｔが診断された場合、内燃機関１のエンジン制御装置５０を用いて、非常時動作モードＮｔ＿Ｂｔｂに切り換えて、ブロックＢ８．１に示したように、引き続いて動作させることが可能であるか、または、ブロックＢ８．２に示したように、内燃機関１の非常停止Ｎｔ＿ｓｔｏｐを実行することが可能である。同様に、選択的には、これとは択一的またはこれに補足的に、ブロックＢ８．３によって示したように、例えば、圧力センサが故障していることが識別されたことを車両運転者にシグナリングするエラー通知（Ｉｎｆｏ＿Ｓｉｇ）が出力される。
【００６６】
図３には、本発明による方法の実施をさらに詳しく説明するために、図２に示した簡略化されたブロック図の、さらに詳細化された部分が示されている。ここでブロックＢ１．１によって示されているのは、圧力振動信号ＤＳ＿Ｓと同時にクランクシャフト・位相角度信号Ｋｗ＿Ｐｗが特定されることである。これは、図１に示したように、例えば、いずれにせよ内燃機関に設けられているクランクシャフト位置センサ４１を用いて行われる。
【００６７】
さらに、図３では、測定した圧力振動信号ＤＳ＿Ｓの選択した信号周波数ＳＦ１、ＳＦ２〜ＳＦＸ（ＳＦ１…Ｘとも記される）について、位相位置Ｐｈｌ１、Ｐｈｌ２〜ＰｈｌＸ（Ｐｈ１…Ｘとも記される）および／または選択した信号周波数ＳＦ１…Ｘの振幅Ａｍｐ１、Ａｍｐ２〜ＡｍｐＸ（Ａｍｐ１…Ｘとも記される）が、クランクシャフト位相角度信号Ｋｗ＿Ｐｗ＿Ｓを基準にしてそれぞれ特定されることをブロックＢ２．１、Ｂ２．２〜Ｂ２．Ｘによって示すために、ブロックＢ２がさらに詳細化されている。それぞれ特定した位相位置Ｐｈｌ１…Ｘ、または振幅Ａｍｐ１…Ｘ、または位相位置Ｐｈｌ１…Ｘおよび振幅Ａｍｐ１…Ｘに基づいて、内燃機関１の特定の動作特性のそれぞれ値ＢＣｈｋ＿Ｗ１…Ｘが、それぞれの信号周波数ＳＦ１…Ｘについて特定される。
【００６８】
再度、手短に要約すると、本発明は、内燃機関の空気吸入路または排気ガス排出路における圧力センサの機能を動作時にチェックする方法と、この方法を実行するエンジン制御ユニットとに関しており、また、関連する内燃機関の空気吸入路における吸入空気、または排気ガス排出路における排気ガスの動的な圧力振動を、関連する圧力センサを用いて、動作時に測定することに基づいており、また、得られた圧力振動信号に基づき、離散フーリエ変換を用いて、選択した複数の信号周波数について、内燃機関の特定の動作特性の値と、異なる信号周波数について特定した値の相互のずれの値とをそれぞれ特定する。特定したずれの値が、あらかじめ設定した境界値を下回るかまたは上回るか否かに依存して、圧力センサの問題のない機能を確定するかまたは圧力センサの誤動作を診断する。
【００６９】
これにより、圧力センサの問題のない機能を監視し、故障時には、内燃機関の誤動作と、場合によってはこれに起因して増大した有害物質放出とを阻止する、対応する手段を実行する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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