JP4621412B2 - 内燃機関の制御方法及び内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
従来技術
本発明は、内燃機関を制御する方法及び内燃機関を制御する装置に関する。
【０００２】
制御のために中央制御ユニット及び周辺制御ユニットが設けられている。中央制御ユニットは要求信号を周辺制御ユニットに伝送する。周辺制御ユニットはこの要求信号に基づいて負荷に制御信号を印加する。負荷は例えば、内燃機関への燃料調量を制御するインジェクタである。
【０００３】
殊に有利には、周辺制御ユニットは要求信号及び／又は別の信号を妥当性について検査する。これによって制御の確実性を顕著に高めることができる。さらに、中央制御ユニットは単に簡潔に構成された要求信号のみを供給し、この要求信号は単に噴射の開始及び終了を規定する。この場合周辺制御ユニットはこの要求信号を、インジェクタの制御のために必要である所定の電流プロフィール及び電圧プロフィールに変換する。さらには、周辺制御ユニットはインジェクタ及び出力段の監視を実施する。さらに、周辺制御ユニットを使用することにより、インジェクトの別個の適合が可能である。しかしながら他方では、中央制御ユニットを全体的に種々のインジェクタに対して使用することができる。これによってコストを大幅に節約することになり、何故ならば中央制御ユニットは大量に製造することができ、異なるインジェクタの適合を周辺制御ユニットにおいて行うからである。
【０００４】
ＤＥ１９８ ２１ ５６１から電磁負荷を監視するための方法及び装置が公知である。この刊行物では、ブースタコンデンサを流れる、ないしブースタコンデンサに印加される電圧及び／又は電流が妥当性について監視される。
【０００５】
さらにはＤＥ１９５ ３９ ０７１から、少なくとも１つの負荷を制御するための方法及び装置が公知である。この刊行物では負荷が少なくとも２つのグループに分割される。ここでは、費用がかかり繁雑な構成素子が、１つのグループに対してそれぞれ１つしか設けられていない。
【０００６】
図面
本発明を以下図面に示した実施例に基づき説明する。
【０００７】
図１は、本発明による装置のブロック図である。図２は、周辺制御ユニットのブロック図である。図３は、信号がプロットされている種々の時間ブロックである。図４は、本発明による構成を明瞭にするためのフローチャートである。
【０００８】
実施例の説明
本発明は有利には内燃機関、殊に自己着火式の内燃機関に使用される。この内燃機関では燃料調量がインジェクタによって制御され、このインジェクタは電磁弁または圧電アクチュエータを用いて動作される。これらのインジェクタないしこれらの弁またはアクチュエータを以下では負荷と称する。
【０００９】
図１には本発明による装置の実質的な素子が図示されている。中央制御ユニットは参照記号１００で示されている。この中央制御ユニット１００には種々のセンサの信号が供給される。これらのセンサは１つには、ドライバの要求に関する信号ＦＰを供給する第１のセンサ１１０、カムシャフトの回転に関する信号ＮＷを供給する第２のセンサ１２０及びクランクシャフトの位置に関する信号ＫＷを供給する第３のセンサ１３０である。センサ１２０及び／又はセンサ１３０として、例えばインクリメントホイールまたはセグメントホイールを走査するセンサが使用される。これらのセンサは一定の角度間隔を有するパルスを供給する。
【００１０】
中央制御ユニットは周辺制御ユニット１５０に種々の要求信号Ａ１からＡ８を印加する。要求信号の個数は有利には制御すべき負荷の個数に対応する。さらに中央制御ユニット１００は、クランクシャフトの位置に関する信号ＫＷを周辺制御ユニット１５０に転送する。有利には、要求信号Ａ１からＡ８はそれぞれ線路を介して伝送される。さらに中央制御ユニット１００、周辺制御ユニット１５０及び図示していない別のユニットは、例えばＣＡＮバスとして構成されている通信系によって接続されている。
【００１１】
周辺制御ユニット１５０は他方では線路によって負荷１６１から１６８と接続されている。これらの負荷にはそれぞれ制御信号Ｓ１からＳ８が印加される。図示した実施例は、８つのシリンダを有する内燃機関である。しかしながら本発明による構成を、これとは異なる個数のシリンダを有する内燃機関にも使用することができる。
【００１２】
周辺制御ユニット１５０は、中央制御ユニット１００によって制御可能なスイッチング手段１７０を介して供給電圧Ｕｂａｔと接続されている。
【００１３】
動作状態、周辺条件及び／又はドライバの要求を特徴付ける種々の量に基づいて、中央制御ユニット１００は要求信号Ａ１からＡ８を決定する。これらの要求信号は燃料調量の開始、終了したがって持続時間を決定する。相応に構成された負荷ではこれらの信号を直接的に、負荷例えば磁石弁に電流を流すためのスイッチング手段を制御するために使用することができる。ここで、所定の電流経過及び／又は所定の電圧経過を正確に制御するために必要とされる負荷が使用される場合には問題が生じる。
【００１４】
高速切り替え型の磁石弁が頻繁に使用され、この磁石弁には最初に、ブースタ電圧とも称される高められた電圧が印加される。さらなる経過においては電流は保持電流に調整される。この電流経過は有利には別個の出力段構成素子または出力段回路を用いて実現される。この出力段構成素子が中央制御ユニットに統合される場合には、各インジェクタタイプに対して異なる中央制御ユニットを製造しなければならない。これに対して出力段が構造的にインジェクタと分離されて配置される場合には、中央制御ユニットと出力段との間のデータ伝送に誤りが生じる可能性がある。
【００１５】
したがって本発明によれば、共通の要求信号を別個の制御信号に変換し、同時に、例えば要求信号の診断を行う周辺制御ユニット１５０が設けられている。診断結果は有利にはＣＡＮバスを介して中央制御ユニット１００に返送される。殊に有利には、誤りが相応に検出された場合には中央制御ユニットはスイッチング手段１７０を作動させることにより、周辺制御ユニットしたがって負荷も停止させることができる。
【００１６】
要求信号Ａ１からＡ８を監視する以外にも、インジェクタ及び／又は出力段構成素子の相応の配線の診断も可能である。
【００１７】
殊に有利には、周辺制御ユニットは９０°の位相ずれを惹起させる。このことは所定のシリンダに対する制御信号は、妥当化が終了している場合、すなわち要求信号が完全に存在する場合に初めてトリガされることを意味している。これによって、誤りがある場合には相応の負荷及び／又は全ての負荷の制御を停止することができる。
【００１８】
図２には周辺制御ユニットが詳細に図示されている。図１で既に説明した素子は、図２において対応する参照記号で表されている。周辺制御ユニット１５０は実質的に、信号ＫＷが供給される第１の監視部２１０と、要求信号Ａ１からＡ８が供給される第２の監視部２２０と、制御計算部２３０と、制御信号Ｓ１からＳ８を供給する出力段２４０とを包含する。出力段を構造的に周辺制御ユニット１５０から分離させて配置する構成も可能である。
【００１９】
制御計算部２３０には第１の監視部及び第２の監視部から信号が印加され、またこの制御計算部２３０は信号を出力段２４０に供給する。出力段２４０は信号を第２の監視部２２０に伝送する。さらに、第１の監視部と第２の監視部は信号を交換する。第２の監視部２２０はＣＡＮバスに信号を印加する。
【００２０】
図３には種々の信号が時間に関してプロットされている。部分図３ａには、負荷の第１のグループに対してクランクシャフトの種々の角度領域が表されており、図３ｂには一例として許容される要求信号が表されている。部分図３ｃには、負荷の第２のグループに対してクランクシャフトの種々の角度領域が表されており、図３ｄには一例として許容される要求信号が表されている。図３ｅには、図３ａの部分領域が示されており、図３ｄには図３ｂの部分領域がそれぞれ拡大されて示されている。
【００２１】
図３ａには、負荷の第１のグループに対して、角度領域が垂線でマーキングされている。相応の要求信号が部分図３ｂに示されている。点ｔ１と点ｔ３との間の角度領域は、要求信号Ａ１が第１の負荷にとって許容される角度領域を表す。点ｔ３と点ｔ５との間の角度領域は、要求進号Ａ３が第２の負荷にとって許容される角度領域を表す。点ｔ５と点ｔ７との間の角度領域は、要求信号Ａ５が第３の負荷にとって許容される角度領域を表す。点ｔ７と点ｔ１との間の角度領域は、要求信号Ａ７が第４の負荷にとって許容される角度領域を表す。２つの点の間のそれぞれの間隔は、図示した例では１８０°のクランクシャフト角度の角度領域を表す。ここではシリンダを８つ有する内燃機関の状態が示されている。これよりも少ない個数のシリンダを有する内燃機関では、角度領域を相応にして比較的大きく選定することができる。
【００２２】
これに応じて図３ｃ及び図３ｄには、負荷の第２のグループの角度領域及び要求信号が図示されている。点火の順序が相前後する負荷はそれぞれ異なる負荷グループに割り当てられている。
【００２３】
図３には、８つのシリンダを有する内燃機関の特別な実施形態が図示されている。この実施形態では負荷は２つのグループに分けられており、同一グループの２つのシリンダの角度領域は直に隣接して続いている。異なるグループの２つのシリンダの角度領域はオーバラップしても良い。角度領域は、同一グループの２つのシリンダの角度領域間に間隙が残存するように選定することもできる。このことは要求信号が許容されない角度領域が存在することを意味している。角度領域は要求に応じて任意に設定することができる。
【００２４】
各要求信号に対して１つの角度領域が設定されていることが重要である。要求信号がこの角度領域内で生じる場合には、その信号が妥当なものとして検出される。個々の要求信号の角度領域をオーバラップさせ、ある間隔をもたせ、また接するようにしても良い。
【００２５】
図３ａ及び図３ｂには、８つのシリンダを有する内燃機関の状態が示されている。これよりも少ない個数のシリンダを有する内燃機関では角度領域は相応に大きい。
【００２６】
ここで部分図３ａから３ｄでは、１つの部分噴射しか用いない簡単な構成を図示しているだけである。別の構成、例えば排ガス後処理システムが装備されている内燃機関では、さらに別の部分噴射を行うことができる。このことは、ｔ１とｔ３の間の角度領域の拡大図及び相応の要求信号を示す、部分図３ｅ及び３ｆに示唆されている。ここでは噴射が、点１１と点１２の間のパイロット噴射と、点１３と点１４の間のメイン噴射とに分けられている。
【００２７】
第１の監視部２１０は要求信号Ａ１からＡ８の妥当化をクランクシャフト信号ＫＷを用いて行う。要求信号がクランクシャフトの所定の角度領域外にある場合には誤りが検出される。図３に示したように、例えば第１の要求信号に対する許容角度領域は時点ｔ１及びｔ３によって規定される。本発明によれば、要求信号が対応する角度領域において開始及び／又は終了するか否かについて検査が行われる。
【００２８】
択一的な実施形態では、クランクシャフト信号の代わりにカムシャフト信号も処理することができる。
【００２９】
対応する要求信号がこの角度領域内にあれば、要求信号は妥当なものとして検出される。相応のシリンダ個数ではこの角度領域はオーバラップしても良い。これは例えば、図３に示したように、８つのシリンダを有する内燃機関の場合である。
【００３０】
さらには規則的な要求信号は、燃料調量の持続時間が所定の長さである場合、すなわち時点ｔ１３とｔ１４の間の間隔が第１の閾値よりも大きい、ないし第２の閾値よりも小さい場合にのみ検出される。信号が閾値よりも短い場合には、要求信号は過度に短い、または信号は妨害パルスに起因する。要求信号が過度に長い場合には、連続的な噴射に起因する。相応の誤りが第２の監視部２２０によって検出される。
【００３１】
第１または第２の監視部が相応の誤りを検出すると、この誤りがＣＡＮバスを介して中央制御ユニットに伝送される。この中央制御ユニットは相応の措置を講じ、例えば非常運転モードが開始される、ないし周辺制御ユニットが遮断されしたがって出力段が不活動になる。
【００３２】
要求信号Ａ１からＡ８及びクランクシャフト信号ＫＷに基づいて、制御計算部２３０は負荷を適切に制御するために、必要とされる電流プロフィール及び／又は電圧プロフィールを計算する。この信号は出力段２４０に到達する。出力段として例えば、従来技術か公知であるような装置を使用することができる。有利には、少なくとも１つのハイサイドスイッチ及び少なくとも１つのローサイドスイッチを有する出力段が使用される。有利には、全ての負荷または負荷の１つのグループのための共通のハイサイドスイッチが使用される。ハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチを相応に制御することによって、負荷における相応の電流／電圧プロフィールが得られる。
【００３３】
動作サイクル、すなわちエンジン回転はクランクシャフトの２回転である。このことは、周辺制御ユニットはクランクシャフトの２回転のうちのいずれの回転であるかを直接は検出できないことを意味している。このことは例えば、周辺ユニットは、ｔ１とｔ３との間の角度領域であるのか、ｔ５とｔ７との間の角度領域であるのかを一義的に検出しないことを意味している。このために同期が必要である。
【００３４】
同期のために以下のことが行われる。第１のステップでは、許容される要求信号が存在するか否かが検査される。有利には全ての検査が行われる。要求信号が許容角度領域内にあることが検出されると同期が行われる。要求信号が許容角度領域内にないことが検出されると、要求信号は３６０°位相がずらされた角度領域において妥当なものであるか否かが検査される。妥当である場合には新たな同期が行われる。要求信号がこの角度領域においても同様に許容されない場合には、誤りが検出される。
【００３５】
通常の場合、出力段は同様に誤り監視を行う。負荷を流れる電流及び／又は負荷または出力段の構成素子において降下する電圧値を監視することができる。例えば、いわゆるブースタコンデンサにおける電圧を監視することが従来技術より公知である。このブースタコンデンサはスイッチオン過程時に必要とされる高められた電圧を供給し、この電圧は通常の場合供給電圧よりも高いものである。出力段が相応の誤りを検出すると、この誤りが同様に第２の監視部に通知され、この第２の監視部からＣＡＮバスを介して中央制御ユニットに転送される。
【００３６】
信号を監視及び妥当化を行うための構成が、フローチャートに基づき図４に示されている。第１のステップ４００では、２つの要求信号Ａ１〜Ａ８が同時に生じているか否かが検査される。例えは、２つの要求信号の開始及び／又は終了が同時にまたはほぼ同時に発生するか否かが検査される。
【００３７】
肯定である場合には、このことは２つの要求信号が同時に存在することを意味し、判定ステップ４１０において特殊動作状態にあるか否かが検査される。この特殊動作状態では、２つのシリンダに同時に調量を行うことができる。このことは例えば８つのシリンダを有する内燃機関において、排ガス後処理のためにポスト噴射が行われる場合である。そのような特殊動作状態では、２つの要求信号がそれぞれ許容角度領域内または許容期間内で生じる場合、同時に発生した２つの要求信号には誤りは存在しない。
【００３８】
そのような特殊動作状態が存在しない場合には、ステップ４２０でプログラムは終了する。ステップ４２０では誤りが検出され、相応の信号がＣＡＮバスを介して送出される。２つの要求信号Ａ１〜Ａ８が同時に生じる場合には、これは中央制御ユニットと周辺制御ユニットとの間の２つの線路間の短絡に起因している可能性がある。
【００３９】
そのような同時の噴射が生じ得ない内燃機関では、ステップ４１０を省略することができる。この場合には、判定ステップ４００において同時の噴射が検出されると、ステップ４２０に直接スキップし誤りが検出される。
【００４０】
判定ステップ４００で信号Ａ１〜Ａ８が同時に生じていないことが検出されると、判定ステップ４３０では、要求信号が許容角度領域内で生じているか否かが検査される。このことは、所定のシリンダの要求信号が対応する角度領域内にあるか否かを検査することを意味している。したがって、第１のシリンダに対する要求信号は例えば点ｔ１とｔ３の間で生じていなければならない。
【００４１】
条件が充足されていない場合には、すなわち要求信号がクランクシャフトまたはカムシャフトの所定の角度領域外及び／又は所定の期間外で生じている場合には、プログラムがステップ４２０で終了する。全ての条件が充足される場合には判定ステップ４４０が行われる。
【００４２】
判定ステップ４４０は、要求信号の継続時間が過度に長いかまたは過度に短いか否かを検査する。肯定の場合、すなわち要求信号が過度に長いまたは過度に短い場合には、ステップ４２０でプログラムが終了する。要求信号の持続時間が要求される条件を充足する場合にはステップ４５０が行われる。この判定ステップでは噴射の持続時間が妥当なものであるか否かを検査する。通常の場合要求信号は１つのセグメントよりも顕著に短い。
【００４３】
判定ステップ４５０では、２つの要求信号の間隔が所定の基準を満たすか否かが検査される。例えば２つの要求信号の間隔は閾値よりも大きくなければならず、この閾値よりも大きくない場合には、同様にステップ４２０でプログラムは終了する。肯定の場合、すなわち要求信号間の間隔が妥当なものである場合には、ステップ４６０が行われる。有利には２つの部分噴射の間隔が妥当性について検査される。このことは、点ｔ１２とｔ１３の間隔が許容される値をとるか否かについて検査されることを意味している。
【００４４】
殊に有利には、部分噴射の回数がカウントされる。監視のために求められたこの部分噴射の回数と、中央制御ユニットから伝送される部分噴射の数とが比較される。このために、中央制御ユニットまたは周辺制御ユニットが相応の数をＣＡＮバスを介して伝送することが必要である。
【００４５】
ステップ４６０では、出力段によって測定及び／又は検知される電流値及び／又は電圧値が妥当な値をとるか否かが検査される。否定の場合には、プログラムがステップ４２０で同様に終了する。肯定の場合にはステップ４７０において誤りのない動作が検出される。択一的に、出力段２４０が誤り監視を行い、相応の誤りが存在する場合には信号を監視部に伝送することもできる。この構成では判定ステップ４６０は、出力段２４０からの相応の誤り信号が存在するか否かだけを検査する。
【００４６】
図４では、種々の検査が時間的に相前後して行われる。検査の順序をこれとは異なるように選定することができる。判定が並列して処理される場合には殊に有利である。
【００４７】
許容角度領域についての検査、すなわち判定ステップ４３０が最後の判定ステップとして行われる構成は殊に有利である。判定ステップ４３０において要求信号が許容角度領域内にないことが検出されると、３６０°位相がずらされた角度領域においてこの要求信号が妥当なものであるか否かが検査される。肯定の場合には新たな同期が行われる。要求信号がこの角度領域でも同様に許容されない場合には誤りが検出される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による装置のブロック図である。
【図２】 周辺制御ユニットのブロック図である。
【図３】 種々の時間ブロックにプロットされた信号である。
【図４】 本発明による構成を明瞭にするためのフローチャートである。

Claims (6)

1. 中央制御ユニット及び周辺制御ユニット及び少なくとも２つの負荷を備えた内燃機関を制御する方法であって、
   前記中央制御ユニットは、前記負荷各々の燃料調量の開始及び終了を決定する、第１の要求信号及び少なくとも１つの第２の要求信号を該周辺制御ユニットに伝送し、前記周辺制御ユニットは前記負荷に制御信号を印加し、
   該周辺制御ユニットは前記第１の要求信号及び前記少なくとも１つの第２の要求信号の内の少なくとも１つを妥当性について検査する、内燃機関を制御する方法において、
   前記第１の要求信号の開始と前記少なくとも１つの第２の要求信号の開始、または、前記第１の要求信号の終了と前記少なくとも１つの第２の要求信号の終了が同時またはほぼ同時に生じる場合に誤りを検出することを特徴とする、内燃機関を制御する方法。
2. 前記第１の要求信号及び前記少なくとも１つの第２の要求信号のうちの１つがクランクシャフトまたはカムシャフトの所定の角度領域外及び／又は所定の期間外で生じる場合に誤りを検出する、請求項１記載の方法。
3. 前記第１の要求信号及び前記少なくとも１つの第２の要求信号の継続時間が過度に長いか過度に短い場合に誤りを検出する、請求項１または２記載の方法。
4. 前記第１の要求信号と前記少なくとも１つの第２の要求信号の間隔が閾値よりも小さい場合に誤りを検出する、請求項１から３のいずれか１項記載の方法。
5. 電流値及び電圧値が出力段の領域において妥当でない値をとる場合に誤りを検出する、請求項１から４のいずれか１項記載の方法。
6. 中央制御ユニット及び周辺制御ユニット及び少なくとも２つの負荷を備えた内燃機関を制御する装置であって、
   前記中央制御ユニットは、前記負荷各々の燃料調量の開始及び終了を決定する、第１の要求信号及び少なくとも１つの第２の要求信号を該周辺制御ユニットに伝送し、前記周辺制御ユニットは前記負荷に制御信号を印加し、
   該周辺制御ユニットは前記第１の要求信号及び前記少なくとも１つの第２の要求信号の内の少なくとも１つを妥当性について検査する、内燃機関を制御する装置において、
   前記第１の要求信号の開始と前記少なくとも１つの第２の要求信号の開始、または、前記第１の要求信号の終了と前記少なくとも１つの第２の要求信号の終了が同時またはほぼ同時に生じる場合に誤りを検出する手段が設けられていることを特徴とする、内燃機関を制御する装置。

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