JP4369368B2 - 殊に自動車のシリンダ個別に作動する内燃機関のシリンダセンサ装置の較正方法 - Google Patents

Description

本発明は、一般的に、殊に自動車のシリンダ個別に作動する内燃機関に関しており、特に、そのような内燃機関の少なくとも２つのシリンダ内に、各々のシリンダ内での燃焼過程を特徴付ける量を検出するために設けられているセンサを較正するための（請求項１上位概念に記載のような）方法に関する。

シリンダ個別に作動する内燃機関は、例えば、ドイツ連邦共和国特許公開第１９９４５６１８号公報に記載されている、所謂調量補償調整（ＭＡＲ）乃至安定作動時調整（ＬＲＲ）を行うことが屡々ある。このために、内燃機関の各シリンダにレギュレータが配属されている。この手段の背景技術は、燃料調量時に何らかの量エラーが生じた場合、不所望な回転不均一度が発生するという点にある。所定シリンダが許容偏差に基づいて高い燃料量が調量された場合、このシリンダでは、運転手の所望量に対してネガティブな燃料量が加算されるように、調量補償調整ＭＡＲが行われる。反対に、所定シリンダの燃料量の調量が少なすぎる場合、ポジティブな燃料量が加算される。

両調整、調量補償調整（ＭＡＲ）及び安定作動時調整（ＬＲＲ）を用いて、ディーゼルエンジンの作動中生じることがある燃料噴射量エラー（トルク差、それと共に、不均衡なエンジン回転数を生じる）を調整し、ディーゼルエンジンで公知となっている臨界的なエンジン快適度を下側回転数領域内で著しく改善することができる。更に、調整によって生じる、シリンダの均等化を用いて、下側の快適度にとって重要な回転数領域内のみならず、比較的高い回転数での排気を改善することができる。

調量補償調整（ＭＡＲ）又は安定作動時調整（ＬＲＲ）を用いた量均等化は、ディーゼルエンジンの全ての作動領域内で効率的なのではない。つまり、例えば、回転数に強く依存するクランクシャフト上での捩れ振動のような、エンジンタイプに依存する付加的な作用が生じるからである。従って、内燃機関のシリンダ個別作動用の方法も提案され、その際、燃焼と直接関連する信号、例えば、シリンダ圧力が直接評価される。この方法によると、高い回転数でもシリンダを均等化することができる。この方法では、シリンダ圧力の経過特性から、燃焼過程の作動特性量、例えば、個別シリンダ内で誘起された平均圧力乃至当該平均圧力に相応するトルク又は各個別シリンダ間の差圧力の重心点位置（Ｓｃｈｗｅｒｐｕｎｋｔｌａｇｅ）が算出される。つまり、誘起された平均圧力の制御によって、目標トルクをシリンダ個別に一層正確に制御したり、それにより、全作動領域内で、シリンダを一層良好に均等化することができる。

シリンダ圧力に基づくエンジン制御では、エンジンの作動中生じるシリンダ圧力を、圧力センサを用いて所定時間に亘って、又は、クランク角度に亘って測定し、エンジン制御に用いる。その種の圧力センサは、例えば、ドイツ連邦共和国特許公開第１９７４９８１４号公報から公知である。更に、高分解能の圧力信号から、エンジン作動中、エンジンプロセスの、シリンダ個別の最適化のために、目標量に関して、負荷、放出及び快適さを利用する各特性量が求められる。各特性量として、例えば、圧力又は圧力差の積分値、誘起された作動又は誘起されたトルクが使用される。

更に、非公開のドイツ連邦共和国特許出願第１０１５９０１７号には、エンジン作動特性量の制御及び／又は調整が、本来の圧力信号から導出された各量に依存して行われる同様の方法が開示されている。このように導出された各量は、例えば、圧力信号の変化又は燃焼の経過特性を示す。そうすることによって、エンジン作動中、パイロット燃料噴射を非常に正確に補正することができるようになる。

前述のシリンダ個別の制御は、通常、シリンダ内、乃至シリンダに設けられた、シリンダ個別の調整量によって制御される調整器を用いて行われる。この調整量は、例えば、燃料噴射の制御期間及び／又は制御開始時点である。

シリンダ圧力に基づく方法の欠点は、圧力センサによって供給される各測定値が、製造及び／又は作動に依存する許容偏差に基づいて頻繁にエラーが生じるという点にある。この測定エラーが補正されないと、それにより、算出されるシリンダ圧力値にエラーが生じ、前述の調整に基づいて、結果中に個別シリンダ相互の不一致が生じる。

前述の測定エラーは、種々異なったセンサ特性量に示され、この測定エラーは、センサ特性曲線内に、有利には、エラーのあるオフセットとして、エラーのある増分係数（Ｖｅｒｓｔａｅｒｋｕｎｇｓｆａｋｔｏｒ）として流入する。オフセットの較正乃至補正のために、既に解決手段があり、その解決手段によると、内燃機関の圧縮期間の開始時での圧力上昇が評価される。何れにせよ、従来、エラーが生じることがある増分係数の較正乃至補正用の方法はない。しかも、個別増分係数は、内燃機関の全作動に対して上位の役割を果たす。つまり、この個別増分係数は、多数の別のシリンダ圧力特徴の算出時に直接流入するからである。
発明の課題
本発明の課題は、冒頭に記載した、シリンダ個別に作動する内燃機関の少なくとも２つのシリンダ内に設けられた、各々のシリンダ内での燃焼の特徴を示す量の検出用のセンサの較正方法を、少なくとも２つのセンサを高い精度で調整することができるようにすることにある。
発明の利点
前述の課題は、本発明の請求項１記載の方法の各要件によって解決される。有利な実施例は、従属請求項に記載されている。

本発明の方法では、第１ステップで、前述のセンサ調整を実行するために、先ず、内燃機関の少なくとも１つの作動点にし、該作動点で、冒頭に記載した量均等化方法、例えば、調量補償調整（ＭＡＲ）又は安定作動時調整（ＬＲＲ）を用いて比較的高い精度で、シリンダを上述のように均等化することができる。それから、この作動点で、前述の各量均等化方法の少なくとも１つを用いて、シリンダが均等化される。つまり、内燃機関の少なくとも１つの作動点にし、該作動点で、シリンダ個別に作動する内燃機関の少なくとも２つのシリンダの燃焼過程を特徴付ける量を高い精度で均等化することができ、前記内燃機関の少なくとも１つの作動点で、少なくとも２つのシリンダの燃焼過程を特徴付ける量を均等化し、少なくとも２つのシリンダの均等化を行った後、少なくとも２つのセンサの少なくとも１つのセンサ特性量を調整し、前記少なくとも２つのセンサによって検出された量から、前記各々のシリンダで誘起されたトルク又は前記各々のシリンダで誘起された平均圧力を算出し、少なくとも２つの前記シリンダ内で誘起された前記各トルク又は前記各平均圧力間の差から、エラーのあるセンサ特性量乃至センサ特性曲線を推定する。

有利な実施例では、その際、内燃機関の、そのような作動点は、既に説明した、クランクシャフトの捩れ振動、又は、空気量振動に基づく不均等な燃焼室／シリンダ充填空間のような障害となる副作用が極めて僅かになることが予期されるように選択することができる。そのような有利な作動点は、無負荷作動点である。

本発明の第１のステップが基づく認識は、前述の量均等化方法を用いてシリンダを均等化する際に、全てのシリンダは同じ燃料噴射量となり、従って、同じトルク乃至同じ平均圧力を供給するということに基づくことができることにある。

第２のステップでは、第１のステップで達成された均等化が利用されて、前述の各センサ特性量の少なくとも１つにより、少なくとも２つの圧力センサ相互が調整される。この際、第１のステップで、内燃機関の作動中種々異なるシリンダ内で生じる燃焼過程、有利にはシリンダ内圧（平均圧力）又はトルクの状態が、１次近似で同じであり、従って、各センサによって各々検出された、内燃機関の各作動特性量の偏差は、１次近似で専らエラーのある各センサ特性量、殊に、増分係数及び／又はオフセットから生じる。

内燃機関の作動中有利に実行可能な調整を用いて、それに従ってエラーのあるセンサ特性量／特性曲線を技術的に簡単だが、極めて効率的且つ正確に補正乃至較正することができ、従って、内燃機関の種々異なるシリンダの起こり得る調整ずれを有効に回避することができる。

ここで該当するセンサは、有利には、燃焼時に生じるシリンダ内圧（平均圧力）の検出用、従って、間接的に、燃焼によって誘起されるトルクの検出用の圧力センサである。

その結果、本発明の方法を用いて、増分係数及び／又は個別センサのオフセットの補正により、シリンダ内の圧力経過及び内燃機関の算出される各作動特性量相互が適合される。この方法により、各センサを絶対的に較正はできないけれども、各センサ相互の相対的な調整を行うことができ、そうすることによって、内燃機関のシリンダ個別の作動を改善することができる。
図面
以下、本発明について、図示の有利な実施例を用いて詳細に説明し、それにより、本発明の別の要件及び利点が分かる。
その際
図１は、流れ図を用いた本発明の較正方法の第１の実施例を示す図、
図２は、同様に流れ図を用いた、本発明の第２の実施例を示す図、
図３は、調量補償調整（ＭＡＲ）／安定作動時調整（ＬＲＲ）を用いたシリンダ均等化による、４つのシリンダを有する内燃機関で典型的に生じるセンサ特性曲線を示す図
である。
実施例の説明
図１には、自動車の内燃機関（ＢＫＭ）の各シリンダ（燃焼室）内に設けられた圧力センサの較正用の本発明のルーチンの第１の実施例が示されており、これを用いて、本発明の基本コンセプトについて説明する。

図示のルーチンは、内燃機関は、ステップ１０により、調量補償調整（ＭＡＲ）及び／又は安定作動時調整（ＬＲＲ）を用いて、シリンダ均等化の非常に高い精度が達成可能であるような所定の作動状態にされることで開始する。このように、所定の作動状態にすることは、それ自体公知のやり方で、電子エンジン制御を用いて行われる。そのような作動状態は、ここでは、無負荷回転数（無負荷運転）で内燃機関が負荷なし運転されている場合であり、つまり、この作動状態では、調量補償調整（ＭＡＲ）及び／又は安定作動時調整（ＬＲＲ）にとって障害となる副作用、例えば、クランクシャフト捩れ振動又は空気量振動が最小化される。

無負荷運転中、ステップ１２によると、公知のやり方で、調量補償調整（ＭＡＲ）及び／又は安定作動時調整（ＬＲＲ）を用いて内燃機関の個別シリンダが均等化される。この均等化によって、全てのシリンダが同じ実効平均圧力ｐｍｅを供給するようになる。簡単化して、摩擦平均圧力ｐｍＲが全てのシリンダで同じであるとすると、全てのシリンダに対して、同じ誘起平均圧力ｐｍｉが形成され、この平均圧力は、実効平均圧力ｐｍｅと摩擦平均圧力とから、関係ｐｍｉ＝ｐｍｅ＋ｐｍＲにより合成される。誘起平均圧力ｐｍｉは、公知のやり方で、各々のシリンダ圧力から算出される。従って、種々異なるシリンダの算出された各ｐｍｉ値での差異は、エラーのあるセンサ特性曲線にだけ、殊に、エラーのある増分係数にだけ戻すことができる。付加的に、各センサ特性曲線のオフセットも、そのような偏差を少なくとも部分的に一緒に生じることがある。

その際注意すべき点は、冒頭に説明した、従来技術で公知の、オフセット値の補正は、センサ特性曲線Ｕ＝ｆ（ｐ）に関しているという点である。それと異なり、図３に示されたオフセット補正は、各特性量の特性曲線ｐｍｉ＝ｆ（ｍｅ）に関している。センサ特性曲線Ｕ＝ｆ（ｐ）でのオフセット誤差は、算出されたｐｍｉ値には作用しない。それに対して、特性曲線ｐｍｉ＝ｆ（ｍｅ）でのオフセット偏差は、センサのエラーに起因するのではなく、摩擦平均圧力での差に起因するものであり、その際、実効平均圧力の理想的な補償が実行可能であり、前述の勾配は、既に調整されている。

この実施例では、ステップ１４で検出されたシリンダ圧力経過特性自体が比較され１６、この比較結果を用いて、個別各センサ特性曲線が相互に調整される１８。択一的に、内燃機関の別の作動特性量を、センサ特性量／曲線の調整のために使ってもよい。図２に示されているように、前述の各算出ｐｍｉ値を等しくすることによって調整してもよい。

前述の実施例では、技術的に簡単化して、内燃機関の唯一の作動点でのみ調整が行われ、それに対して、図２に示された実施例では、少なくとも２つの作動点で作動開始される必要がある点に注意されたい。それにも拘わらず、後者の変形実施例は、比較的高い較正品質が可能となる。図１に示された実施例では、もっとも、内燃機関の各シリンダ内での行程毎のばらつきの影響を低減するために、付加的にフィルタリング、例えば、内燃機関の複数の作動周期に亘って平均化するようにしてもよい。

図２には、内燃機関の複数の作動点で、即ち、ここでは、複数の負荷で一定回転数で、各センサ特性曲線が調整されている第２の実施例が示されている。各センサ特性曲線での前述のオフセットを考慮することによって、種々異なる摩擦トルク乃至個別シリンダの摩擦平均圧力ｐｍＲが考慮され、これが、例えば、個別シリンダ内の種々異なる圧縮比に戻される。

図２に示されているプロシージャは、ステップ１００で開始して、カウンタｎ＝１が開始される。ステップ１０２で、内燃機関はｎ番目の作動状態、即ち、ここでは先ず１番目の作動状態にされる。この第１の作動状態は、この作動点（ｍｅ１）での燃料噴射量に依存する負荷及び以下では一定とされる回転数ｚによって特徴付けられる。内燃機関の、この第１の作動点では、ステップ１０４で、シリンダ相互の均等化が、図１を用いて説明したような、調量補償調整（ＭＡＲ）及び／又は安定作動時調整（ＬＲＲ）を用いて行われる。シリンダを同じにした後、各圧力センサを用いて、各シリンダ内に生じている圧力が検出され１０６、検出された各圧力値から各シリンダ内に各々誘起されるトルク乃至平均圧力ｐｍｉが算出される１０８。

ここで呈示されたカウント値セット（ｐｍｉ，ｍｅ）は、一時記憶される１１０。それに続いて、カウンタｎは１だけ増分し１１２、ｎの増分値が上側限界値ｎ＿ｍａｘよりも小さいかどうか検査される１１４。この比較結果に依存して、ステップ２０１にジャンプするか、又は、後続処理される。従って、限界値ｎ＿ｍａｘにより、どの程度頻繁にループ１０２−１１０が繰り返されるか、即ち、どの程度たくさんの、内燃機関の作動点にされるか（ｍｅ２では負荷Ａ２、ｍｅ３では負荷Ａ３、等）、及び、どの程度たくさん、前述のカウンタ値セットが一時記憶されるか、指示される。

上側限界値ｎ＿ｍａｘが超過されると、一時記憶されたカウンタ値セット（ｐｍｉ，ｍｅ）から、個別シリンダ用の各センサ特性曲線（図３）が形成される１１６。

各特性曲線の個別測定点に、エラー最小２乗法を用いて、各補償直線が適合される１１８。ステップ１２０で、この補償直線の勾配が相互に比較され、当該各補償直線間の偏差が算出される。これらの各偏差の少なくとも１つが、経験的に求めた限界値よりも大きい場合、この実施例では、センサ装置及び／又は内燃機関自体の機能に関してエラーメッセージ１２２が出力される。ステップ１２２は、単にオプショナルである。

この際、個別シリンダ内の一定摩擦トルク乃至摩擦平均圧力ｐｍＲの１次近似に基づくと、センサの
増分は、各補償直線の勾配として解釈することができる。その際、一定摩擦トルク乃至摩擦平均圧力ｐｍＲとして、ｍｅ＝０で各補償直線のオフセットが形成される。

前述の限界値を下回ると、各センサ特性量を調整することができる。ステップ１２４で、各個別圧力センサの増分係数が相互に、各補償直線の各勾配を適合することによって調整される。曲線乃至直線適合１２６によって、各補償直線の前述のオフセットを用いて、自動的にシリンダ相互の摩擦トルク乃至摩擦平均圧力が調整される１２６。

センサ特性曲線用の前述の直線関数セットｐｍｉ＝ｆ（ｍｅ）に対して択一的に、高次の多項式関数を基礎にしてもよい。そうすることによって、殊に、負荷に亘って変化する摩擦トルク乃至摩擦平均圧力ｐｍＲを考慮することができる。

更に別の、ここには図示していない変形方法では、付加的に、求めた各センサ特性量、殊に、求めた増分係数の妥当性が検査される。そうすることによって、付加的に、図２のステップ１２２の場合と同様に、各圧力センサの１つ又は複数の起こり得る機能の故障、又は、内燃機関自体の故障を検出することができるが、図２の場合よりも高い品質で検出することができる。

最後に、図３には、調量補償調整（ＭＡＲ）及び安定作動時調整（ＬＲＲ）を用いたシリンダ均等化後典型的に形成される各センサ特性曲線が示されている。ここでは、各シリンダで検出された各圧力値から算出された誘起トルク乃至平均圧力ｐｍｉが、内燃機関の種々異なる３つの作動点で測定された燃料噴射量ｍｅに亘って記載されている。各測定点で、エラーの最小２乗法を用いて予め各補償直線が適合されている。この各直線の勾配から、各々の圧力センサの増分係数が直接得られる。３つの特性曲線の１つは、その勾配が、それ以外の特性曲線から明らかに異なっている。丁度、この特性曲線では、上述の方法による調整により、各センサ相互の較正が明らかに改善される。

本発明の基本コンセプトは、シリンダ状に構成された各燃焼室を有する内燃機関で使用可能であるのみならず、どんな種類の、例えば、ロータリーエンジン（Ｗａｎｋｅｌｍｏｔｏｒｅｎ）のような、少なくとも２つの燃焼室を有する内燃機関でも使用可能である。更に、ここで分かるように、本発明は、前述の各圧力センサでのみならず、内燃機関のシリンダ個別作動に必要な全ての圧力センサで、即ち、各シリンダ内での燃焼過程を直接又は間接的に特徴付ける量の１つを検出するのに適したセンサ、例えば、燃料噴射量センサ等で使用可能である。

流れ図を用いた本発明の較正方法の第１の実施例を示す図 同様に流れ図を用いた、本発明の第２の実施例を示す図 調量補償調整（ＭＡＲ）／安定作動時調整（ＬＲＲ）を用いたシリンダ均等化による、４つのシリンダを有する内燃機関で典型的に生じるセンサ特性曲線を示す図

Claims (15)

1. 少なくとも２つのシリンダを有する、殊に自動車のシリンダ個別に作動する内燃機関での燃焼過程を特徴付ける量を検出するための少なくとも２つのセンサを較正するための方法において、
   内燃機関の少なくとも１つの作動点にし（１０）、該作動点で、シリンダ個別に作動する内燃機関の少なくとも２つのシリンダの燃焼過程を特徴付ける量を高い精度で均等化することができ、
   前記内燃機関の少なくとも１つの作動点で、少なくとも２つのシリンダの燃焼過程を特徴付ける量を均等化し（１２）、
   少なくとも２つのシリンダの均等化を行った後、少なくとも２つのセンサの少なくとも１つのセンサ特性量を調整し（１８）、
   前記少なくとも２つのセンサによって検出された量から、前記各々のシリンダで誘起されたトルク又は前記各々のシリンダで誘起された平均圧力を算出し、少なくとも２つの前記シリンダ内で誘起された前記各トルク又は前記各平均圧力間の差から、エラーのあるセンサ特性量乃至センサ特性曲線を推定することを特徴とする方法。
2. 各シリンダでの燃焼過程を特徴付ける量を、圧力によって代表する請求項１記載の方法。
3. センサ特性量として、センサ特性曲線のオフセット及び／又は増分係数を調整する請求項１又は２記載の方法。
4. 少なくとも１つのセンサ特性量の調整のために、内燃機関の作動による小さな障害作用が予期される当該内燃機関の作動点を選択する請求項１から３迄の何れか１記載の方法。
5. 少なくとも１つのセンサ特性量を、少なくとも２つのシリンダで算出されて誘起された各トルク又は各平均圧力の等化により調整する請求項１記載の方法。
6. 少なくとも１つのセンサ特性量を、少なくとも１つの作動特性量を用いて調整する（１６）請求項１記載の方法。
7. 内燃機関の唯一の作動点で調整を実行する請求項５又は６記載の方法。
8. フィルタリング、殊に、平均化を、内燃機関の少なくとも２つの作動サイクルに亘って実行する請求項７記載の方法。
9. 内燃機関の少なくとも２つの作動点で調整を実行する請求項１から８迄の何れか１記載の方法。
10. 少なくとも２つのセンサ特性量の調整を、少なくとも２つの負荷点で、内燃機関の各々の一定回転数で行う請求項９記載の方法。
11. 誘起されたトルク又は誘起された平均圧力を、実効トルク又は実効平均圧力、及び、摩擦トルク又は摩擦平均圧力の和から形成し、該形成時に、少なくとも２つのシリンダでの前記摩擦トルク又は摩擦平均圧力を１次近似で推測し、及び、前記形成時に、各々の増分係数（Ｖｅｒｓｔａｅｒｋｕｎｇｓｆａｋｔｏｒ）を、種々の燃料調量を用いて算出された、誘起されたトルク又は誘起された平均圧力の各値による補償直線（特性曲線）の勾配から形成し、オフセットを、摩擦トルク又は摩擦平均圧力により形成する請求項９記載の方法。
12. 少なくとも２つのシリンダで求めた各補償直線（各特性曲線）相互の偏差から、各々のセンサ及び／又は内燃機関のエラー機能を推定する請求項１１記載の方法。
13. 誘起されたトルク又は誘起された平均圧力を、実効トルク又は実効平均圧力、及び、摩擦トルク又は摩擦平均圧力によって形成された多項式から算出し、該算出時に、各々の増分係数を、種々の燃料調量を介して算出した誘起トルク又は誘起平均圧力のコンピュータによる曲線等化から形成する請求項１から１０迄の何れか１記載の方法。
14. 内燃機関の負荷に亘って変化する摩擦トルク又は内燃機関の負荷に亘って変化する摩擦平均圧力に基づく請求項１３記載の方法。
15. 少なくとも２つのシリンダで検出されたセンサ特性量の妥当性を評価する請求項１から１４迄の何れか１記載の方法。

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