JP4416647B2 - 内燃機関を制御する方法および装置 - Google Patents

Description

従来の技術
本発明は、請求項１および請求項７の上位概念に記載の内燃機関を制御する方法および装置に関する。

内燃機関、例えば自己着火形内燃機関を制御する方法および装置は公知であり、ここでは動作特性量から出発してリミット値を設定し、噴射すべき燃料量を特徴付けるパラメタをこのリミット値に制限する。このリミット値を以下では最大許容燃料量と称する。このリミット値は、供給される新鮮空気質量に依存して決定されて、不許容のスモークエミッションが発生しないようにされる。ここで上記の新鮮空気質量は、通例、測定される。この場合、噴射すべき燃料量を選択して、動作状態に依存して最大許容燃料量を上回らないようにする。これによって例えば全負荷で加速した際に、目に見える激しいすすの発生を回避することができる。

定常的でない全負荷領域における加速の際にはチャージ圧は時間と共に大きく変化する。これにより、吸気管における蓄積作用に起因して空気質量測定器の信号は、エンジンに供給される空気質量にもはや相応しなくなる。したがって相応のセンサの空気質力信号から出発して、噴射すべき燃料量を制限すると、チャージ圧変化の際に系統的な誤差が生じてしまう。この結果、かなりの加速状態において相応にすすが放出されるか、または力学的損失になり、この力学的損失に起因して相応の加速はもはや不可能になってしまう。この系統的な誤差の他に噴射システムにおけるばらつきおよび空気質力の測定領域におけるばらつきは、不所望の放出ないしは出力損失に結び付くのである。

したがって本発明では上記の最大許容燃料量を、エアシステム（Luftsystem）のモデルの出力信号から出発して設定する。このエアシステムのモデルにより、このエアシステムを特徴付けるさまざまなパラメタ、例えば内燃機関に供給される空気中の酸素量または酸素濃度がモデル化される。ここでこのモデル化は、例えば、噴射される燃料量、回転数、チャージ圧、チャージ空気温度および／または空気質量センサの出力信号などのさまざまなパラメタから出発して行われる。

本発明の１実施形態では、エアシステムのモデルにより、入力パラメタとして少なくともつぎのようなパラメタ、すなわち内燃機関に供給される空気量および／または噴射すべき燃料量を特徴付けるパラメタを処理する。

本発明の１実施形態では上記の空気量を特徴付けるパラメタとして空気量測定器の出力信号および／またはチャージ圧センサの出力信号を使用する。

本発明の１実施形態では、上記のモデルによって、内燃機関への新鮮空気質量流を特徴付けるパラメタを決定する。

この手法の利点は、チャージ圧の勾配が大きい場合に発生する、空気質量測定器の出力信号と、実際の新鮮空気質量との間の系統的な偏差が低減されることである。これによって全負荷時に最大許容噴射量をより正確に決定することができ、異常なすすが回避される。

さらに排気ガスの酸素濃度についての実際値を供給するラムダセンサを使用することにより、システムのばらつきの影響を大きく低減することができる。本発明では、モデルおよびラムダ信号を使用して、ラムダ信号の利点とモデルの利点とを組み合わせる。ラムダセンサはスタティックな精度が高いが、ダイナミックな精度は低い。また上記のモデルはダイナミックな精度は高いが、スタティックな精度は低い。このモデルとラムダセンサとを組み合わせることによって、高いスタティックな精度および高いダイナミックな精度を達成することができる。

本発明の１実施形態では、排気ガスにおける酸素含有量を特徴付ける酸素パラメタに対して目標値を設定する。

本発明の１実施形態では、酸素パラメタに対する目標値と、酸素パラメタに対する実際値との比較から出発して、前記のリミット値および／または噴射すべき燃料量および／または空気量に対する補正値を設定する。

本発明はまた、動作特性量から出発してリミット値が設定可能であり、噴射すべき燃料量を特徴付けるパラメタをこのリミット値に制限する、内燃機関、例えば自己着火形内燃機関を制御する装置の内燃機関を制御する装置に関し、ここでこの装置には、エアシステムのモデルの出力信号から出発して前記リミット値を設定する手段が設けられている。

さらに殊に重要であるのは、プログラムコード手段を有するコンピュータプログラムの形態およびプログラムコード手段を有するコンピュータプログラム製品の形態で実現することである。本発明のコンピュータプログラムはプログラムコード手段を有しており、このプログラムがコンピュータ、例えば自動車の内燃機関用制御装置で実行される場合にこのプログラムコード手段によって本発明の方法が実行される。すなわちこの場合に本発明は、制御装置に記憶されているプログラムによって実現され、このプログラムを有する制御装置は方法と同様に本発明を表すのである。ここでこのプログラムはこの方法を実施するのに有利なプログラムである。本発明のコンピュータプログラム製品は、コンピュータ読み出し可能なデータ担体に記憶されるプログラムコード手段を有しており、このプログラム製品がコンピュータ、例えば自動車の内燃機関用制御装置で実施される場合に、このプログラムコード手段によって本発明の方法が実行される。すなわちこの場合には本発明はデータ担体によって実現されるため、このプログラム製品ないしはデータ担体が例えば自動車の内燃機関用の制御装置に組み込まれている場合には本発明の方法を実施することができる。データ担体ないしはコンピュータプログラム製品として例えば電気的記憶媒体を用いることができ、例えばリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、ＥＰＲＯＭまたは例えばＣＤ−ＲＯＭまたはＤＶＤのような電気的な不揮発性メモリを用いることができる。本発明ではまた別のディジタル記憶媒体、例えばディスケットも用いることができる。

図面
以下、図面に示した実施形態に基づいて本発明を説明する。図１は本発明の装置のブロック図を示しており、図２は、モデルベースの簡単なシステムを示しており、図３はラムダセンサが組み合わされた簡単なモデルを示しており、図４および５は別の実施形態を示している。

以下では本発明の手法を、噴射すべき燃料量の例で説明する。燃料量の代わりに燃料量を特徴付ける別のパラメタを使用することも可能である。例えば、トルクパラメタ、燃料体積、および／または相応する調整エレメントの制御持続時間を使用することができる。

図１には内燃機関を制御する装置の重要なエレメントがブロック図で示されている。制御装置は参照符号１００で示されている。この制御装置は、例えば、調整量設定部１１０およびモデル１２０を含んでいる。制御装置１００には第１センサ１３０および第２センサ１４０の出力信号が供給される。第１センサは主に調整量設定部１１０に、また第２センサは主にモデル１２０に信号を供給する。ここでこの図示は単に例示的なものである。それはさまざまなセンサが調整量設定部１１０にもモデル１２０にも信号を供給し得るからである。

上記の調整量設定部は、少なくとも１つの調整エレメント１５０に制御信号を供給する。この少なくとも１つの調整エレメント１５０により、噴射すべき燃料量、時点および／または燃料調量の終了が決定される。さらに別の調整エレメントを設けることができ、これらは例えば、排ガス再循環率ないしは別の動作特性量を変更することが可能な調整エレメントである。

モデル１２０は、調整量設定部１１０とさまざまな信号を取り交わす。さまざまな動作特性量を特徴付けるセンサ信号から出発して調整量設定部１１０により、噴射すべき燃料量ＱＫを計算する。さらに調整量設定部１１０は、上記の動作特性量に依存して、最大許容燃料量ＱＫＭを設定する。この場合、噴射すべき燃料量ＱＫはこの最大許容燃料量ＱＫＭに制限される。つぎにこの制限された燃料量から出発して、制御信号が設定されて１つまたは複数の調整エレメント１５０に供給される。

さまざまなパラメタが、動作特性量または調整量設定部１１０の内部に存在する信号から出発して１つまたは複数のモデルによって計算される。このようなモデルの１つは例えばDE 100 17 280から公知である。計算したこれらのパラメタは、制御信号、噴射すべき燃料量、および／または最大許容燃料量を設定する際に調整量設定部１１０によって考慮される。

図２には本発明のアプローチの第１実施形態が示されている。すでに図１で説明したエレメントは相応する参照符号で示されている。第１信号設定部２０５は、例えば、内燃機関の回転数を特徴付ける信号Ｎ，チャージ圧ないしはチャージ空気温度を特徴付ける信号ＰＬおよび信号ＴＬ，および内燃機関に供給される空気量を特徴付ける信号ＭＬなどのさまざまな信号をエアシステム１２０のモデルに供給する。これらの信号は、例えば空気量を特徴付ける信号ＭＬはセンサによって準備される。択一的にはこれらのパラメタは制御装置１００の内部に存在することも可能であり、別の動作パラメタを制御するために使用することができる。

このエアシステムのモデルは、エンジンへの新鮮空気質量流を特徴付ける信号をスモーク抑制部２１０に供給する。スモーク抑制部１２０は、最大許容燃料量に相応する信号ＱＫＭを設定する。この信号は最小値選択部１１５に供給される。その第２入力側には第２信号設定部２２５の出力信号が加えられている。この出力信号ＱＫは、噴射すべき燃料量を特徴付ける信号である。つぎに最小値選択部１１５の出力信号が量設定装置１５０に供給される。

例えば回転数Ｎ，チャージ空気温度ＴＬ，チャージ空気圧ＰＬを特徴付ける、および／または内燃機関に供給される空気量ＭＬを特徴付けるさまざまな入力パラメタから出発して、モデル１２０は、内燃機関に供給される酸素質量および内燃機関への新鮮空気質量流を特徴付けるパラメタを計算する。つぎにこのパラメタから出発してスモーク抑制部２１０により、最大許容燃料量ＱＫＭが決定される。ここでこの燃料量は、不許容のスモークエミッションを発生することなしに可能な量である。最小値選択部１１５は、第２信号設定部から供給された噴射すべき燃料量ＱＫをこの最大許容量に制限し、この制限された値を量設定器１５０に供給する。

第２信号設定部は、有利にはこの制御装置の調整量設定部１１０の一部である。通例、スモーク抑制部２１０および最小値選択部１１５も調整量設定部１１０に組み込まれる。

本発明ではエアシステムの物理的なモデル１２０は、新鮮空気量ＭＬについての信号を求めるセンサと、エンジンインテークとの間の吸気体積体（Ansaugvolume）における蓄積作用をシミュレーションする。この計算によってダイナミックな状態においても、例えばチャージ圧が変化する際にも新鮮空気質量流を正確に計算することができる。ダイナミックに補正される空気質力測定器のこの信号は、スモーク抑制部２１０において使用されて、最大許容燃料質量が求められる。

図３には本発明のアプローチの別の実施形態が示されている。すでに図１または２において説明したエレメントは相応する参照符号で示されている。図２の実施形態との実質的な違いは、結合点２１５に出力信号Ｄを供給する制御器２３０が設けられていることである。結合点２１５の第２入力側にはスモーク抑制部２１０の出力信号ＱＫＭが加えられている。制御器２３０には結合点２３５の出力信号が供給されており、この結合点はスモーク抑制部２１０の信号ＬＳと、ラムダセンサ２４０の信号ＬＩとを処理する。

本発明では図２の実施形態に対して付加的に制御器２３０により、ラムダセンサの出力信号と、相応する目標値ＬＳとを比較し、この比較結果に基づいて値Ｄを設定して最大許容燃料量値ＱＫＭを補正するようにする。ここで上記のラムダセンサは、排気ガスにおける酸素濃度を特徴付ける信号ＬＩを供給する。

ここでスモーク抑制部２１０は、最大許容燃料量値ＱＫＭの他に、排気ガスにおける酸素濃度の目標値ＬＳを設定する。制御器２３０は、測定したラムダ濃度ＬＩをこの目標値に制御する。これはこのラムダ濃度により、スモーク抑制部の出力信号ＱＫＭが値Ｄで補正されることによって行われる。

すなわち制御器２３０は、排気ガスにおける実際のラムダ値と、スモーク抑制部で決定された値とを比較するのである。噴射システムにおける許容差により、または空気量を検出する際にラムダ信号に対して実際値と目標値との間に偏差が生じる。信号Ｄを介して上記の最大許容噴射量に適切に介入することにより、この偏差が調整される。

図４ａには別の実施形態が示されている。すでに図３において説明したエレメントに加えてセンサモデル２５０および補正器２２０が設けられている。第２信号設定部２２５の出力信号は、補正器２２０を介してエアシステムのモデル１２０に到達する。さらにエアシステム１２０は、計算および／またはシミュレーションした排気ガスにおける酸素濃度を特徴付ける信号Ｌをセンサモデル２５０に供給する。このセンサモデルの出力信号ＬＳは目標値ＬＳに相応し、この目標値が結合点２３５に供給される。制御器２３０は、結合点２１５に加えて補正器２２０に補正信号Ｄを供給する。

このエアシステムのモデル１２０は、新鮮空気質量流に加えて、排気ガスにおける酸素含有量を特徴付ける推定値Ｌを供給する。この推定値は、システム定数を考慮しており、したがってダイナミックな経過時にも、すなわち加速および遅延時にも有効である。センサモデル２５０により、ラムダセンサの伝達特性が考慮される。ラムダセンサは、特徴的な伝達特性を有しており、これがこのセンサモデルで考慮されるのである。すなわち、このエアシステムのモデルは、あたかも燃焼箇所で最適なラムダセンサによって遅延特性なしに供給されたかのように高速なラムダ信号を供給するのである。この信号はセンサモデルによってラムダセンサの伝達特性に適合される。このように補正され推定されたラムダ信号ＬＳは、ラムダセンサＬＩの測定値と比較されて制御２３０に供給される。これらの２つの値の偏差は、目下の噴射質量誤差に対する尺度である。

制御器２３０は、補正器２２０により、モデルに供給される噴射質量ＱＫを変更する。ここでこの変更は、ラムダ推定値とラムダ測定値との間の偏差がゼロになるまで行われる。スモーク特性マップを用いてリミット値ＱＫＭを算出する手法および結合点２１５におけるこのリミット値の補正は、上に説明した実施形態と同じである。

この手法での利点は、上記の制御器が、図３の実施形態のような全負荷条件の場合だけでなくつねに介入して噴射質量誤差を決定することである。これによって制御器２３０をスイッチオン、スイッチオフおよび初期するためのコストのかかる繁雑な手段を省略することができる。これらの手段は構造に２つ必要である。

図４ｂには適合化部を有する別の実施形態が示されている。制御器２３０の出力信号Ｄは図４ａの実施形態とは異なり、適合化部２６０に到達する。またこの適合化部２６０の出力信号ＤＡは結合点２１５に到達する。さらに１実施形態では、最大許容燃料量ＱＫＭを決定するスモーク抑制部２１０はモデル１２０の出力信号を使用しない。有利には上記の最大許容燃料量は、内燃機関の回転数だけに依存して設定される。

簡単な実施形態では適合化部２６０はＰＴ１（１次遅れ比例要素）フィルタとして構成される。すなわち実質的に適合化部２６０は、求めた補正値Ｄを記憶して、時間についての平均値を形成するのである。補正値Ｄの短時間の変化は補正値ＤＡに影響しない。さらに、一時的に新たな値Ｄが計算されないおよび／または計算できない場合にはこれまでの値ＤＡを使用する。これは例えば、ラムダセンサの動作準備が完了していない始動の場合である。さらに、有利には補正値ＤＡをつぎのような値に制限する。すなわちこの値が最大許容燃料量ＱＫＭの低減だけを発生させるようにするのである。

内燃機関が最大許容燃料量以下の動作点にある場合、外乱量観察器はアクティブである。すなわち制御器２３０は、ラムダ信号に対して、測定した実際値ＬＩと、目標値ＬＳとを比較して、この比較結果から出発して補正値Ｄを計算し、この補正値Ｄを用いて補正器２２０において、モデル１２０に供給される燃料量を補正するのである。すなわち測定したラムダ値ＬＩと、計算したラムダＬＳとが等しくなるまで、モデル１２０に供給される補正値と、ひいては燃料量ＱＫＫとが調整されるのである。このことは、例えばモデル１２０によって使用されるパラメタＱＫが、偏差なしに実際に噴射される燃料量に相応することを意味する。

所望の燃料量ＱＫが最大許容燃料量ＱＫＭよりも大きい場合および／または所望の燃料量ＱＫが最大許容燃料量ＱＫＭよりわずかに小さい場合、アクティブな制限を有する動作点がある。アクティブな制限を有するこのような動作点に内燃機関がある場合、補正値ＤＡを学習する。この適合化された値ＤＡにより、最大許容量ＱＫＭを補正する。この際に適合化部２６０よってフィルタリングされた値ＤＡは、リミット量ＱＫＭから減算される。このように補正されたリミット量は、噴射に作用して、ひいては排気ガスにおける酸素含有量を変化させる。制御器２３０は、測定したラムダ値と、計算したラムダ値とが等しくなるまで上記のように制御を行う。

適合化部２６０によって得られる利点は、例えばセンサの故障によってモデル１２０が故障した際にも、上記の適合化された値が利用できることである。さらに適合化部２６０を用いることによって、ラムダ信号が利用できない動作状態においても少なくとも１つの正確な制御が可能である。これは例えば、ラムダセンサの動作準備がまだ完了していない始動の場合である。この実施例ではモデル１２０は、この適合化およびその補正値ＤＡを介して最大許容燃料量を決定する。すなわち、この実施形態においてもリミット値は、エアシステムのモデル出力信号から出発して設定できるのである。

図５には別の実施形態が示されている。図４の実施形態とは異なり、噴射すべき燃料量ＱＫではなく新鮮空気量ＭＬが制御器２３０の出力信号によって補正される。さらに結合点２１５における最大許容燃料量ＱＫＭの補正が削減されている。

センサモデル２５０によって補正され推定されたラムダ信号ＬＳは、ラムダセンサの測定値ＬＩと比較されて制御器２３０に供給される。これらの２つの値の偏差は、目下の空気質量誤差に対する尺度である。

制御器２３０は、ラムダ推定値とラムダ測定値との間の偏差がゼロになるまで、補正器２２０により、モデルに供給される空気質量ＭＬを変化させる。

本発明の装置のブロック図である。 モデルベースの簡単なシステムを示す図である。 ラムダセンサが組み合わされた簡単なモデルを示す図である。 別の実施形態を示す図である。 さらに別の実施形態を示す図である。 さらに別の実施形態を示す図である。

Claims (6)

1. 複数の動作特性量から出発して、噴射すべき燃料量を制限するリミット値を設定する、内燃機関を制御する方法において、
   前記のリミット値をエアシステムのモデルの出力信号から出発して設定し、
   当該のモデルにより、内燃機関に供給される空気量を特徴付ける少なくとも１つのパラメタを処理し、
   当該のモデルにより、新鮮空気についての信号を求めるセンサと、エンジンインテークとの間の吸気体積体における蓄積作用をシミレーションし、
   酸素パラメタに対する目標値と、酸素パラメタに対する実際値との比較から出発して、前記空気量（ＭＬ）に対する補正値を設定して前記のモデルに供給することを特徴とする、
   内燃機関を制御する方法。
2. 前記の空気量を特徴付けるパラメタとして空気量測定器の出力信号および／またはチャージ圧センサの出力信号を使用する、
   請求項１に記載の方法。
3. 前記モデルによって、内燃機関への新鮮空気質量流を特徴付けるパラメタを決定する、
   請求項１または２に記載の方法。
4. 複数の動作特性量から出発して、噴射すべき燃料量を特徴付けるパラメタを制限するリミット値が設定される内燃機関制御装置において、
   前記のリミット値をエアシステムのモデルの出力信号から設定する手段が設けられており、
   当該のモデルにより、内燃機関に供給される空気量を特徴付ける少なくとも１つのパラメタが処理され、また新鮮空気についての信号を求めるセンサと、エンジンインテークとの間の吸気体積における蓄積作用がシミュレーションされ、
   排気ガスにおける酸素含有量を特徴付ける酸素パラメタに対して目標値を設定し、
   当該酸素パラメタに対する目標値と、当該酸素パラメタに対する実際値との比較から出発して、前記空気量（ＭＬ）に対する補正値を設定して前記のモデルに供給することを特徴とする、
   内燃機関制御装置。
5. コンピュータプログラムにおいて、
   該コンピュータプログラムにより、コンピュータに請求項１から３までのいずれか１項に記載の方法を実行させることを特徴とする
   コンピュータプログラム。
6. ディジタル記憶媒体において、
   当該ディジタル記憶媒体に請求項５に記載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
   ディジタル記憶媒体。

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