JPH07508331A - 過給により作動される内燃機関用の保護装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 過給により作動される内燃機関用の保護装置従来の技術 本発明は、請求の範囲第１項の上位概念による、過給により作動される内燃機関 用の保護装置に関する。

この種の装置は、ドイツ連部共和国特許出願公開第２５２９１８６号明細書（米 国特許第４００４４５６０号）から公知である。そこには、過給される内燃機関 のためのブースト圧制御が記載されている。所定のブースト圧を上回ると、内燃 機関の燃料供給全体が、所定のブースト圧を再び下回るまで中断される。燃料供 給の中断は燃料ポンプの遮断により行われる。

さらにドイツ連邦共和国特許出願公開第２９２８０７５号明細書から、内燃機関 の出力を制御するために、個々のシリンダを所定のパターンにしたがって遮断す ることが公知である。その際、遮断パターンは同じシリンダが持続的に遮断され ないように選定される。

本発明の課題は、過給により作動される内燃機関の最適保護を確実にすることで ある。

発明の利点 本発明には、過給により作動される内燃機関がオーバーチャージにより損傷する のを最適に保護することができるという利点がある。とくに有利には、オーバ− チャージの程度に依存して種々異なる保護手段の段階が生じるようにする。これ により、それぞれ関与する保護手段がオーバーチャージの程度に整合され、ひい ては不必要に大きなトルク低下の回避されることが保証される。また種々の異な る保護手段によって、内燃機関のとくにイδ頼度の高い保護が実現される。この 保護措置自体はさらに、過給制御に対する調整素子が固着したときにもとられる 。

内燃機関の過給の観点から３つの動作状態が区別される。すなわち、通常動作、 オーバーチャージの第１段階、オーバーチャージの第２段階である。

通常動作は、過給を表すパラメータが第１の閾値Ｐ１より下にあるときに存在す る０通常動作では、内燃機関の過給が実施例にしたがい所定の目標値ＰＳｏ１１ に制御される。

オーバーチャージの第１段階は、過給の第１の閾値Ｐ】を所定の第１の時間間隔 ｔ１Ｍａｘより長時間にわたって越えると存在する。この場合は、過給制御への 介入が行われる。例えば過給制御が遮断され、過給を調整する調整素子が所定の 位置へもたらされる。第１の時間間隔ｔ１Ｍａｘの間は待機することにより、例 えば過給に対する制御回路が過励振したことによる保護装置の誤トリガや、誤っ た測定値による誤トリガをほぼ阻止することができるという利点がある。

オーバーチャージの第２段階は、オーバーチャージの第１段階で開始された、過 給を減少するための手段が十分な作用を眉間しない場合、すなわち過給の第２の 閾値Ｐ２を所定の第２の時間間隔ｔ２Ｍａｘよす長時間にわたって越えると存在 する。オーバーチャージの第２段階では、個々のシリンダへの燃料調量がまず第 １の停止パターンにしたがって中断される。この手段により第３の時間間隔ｔ　 ａ　Ｍ　ａ　ｘ内に過給の第２の閾値Ｐ２を再び下回らなければ、比較的高い停 止頻度を有する第２の停止パターンが実行される。実施例ではさらに別の停止パ ターンを続けることができる０個々のシリンダでの燃料調量の停止は燃料調量全 体を遮断するのにたいして、急激なトルク低下が回避されるという利点がある。

というのは停止パターンにより最大のトルク低下を定めることができるからであ る０種々異なる停止パターンを用意することにより、穫々の動作状況にたいして それぞれ最適の保護手段を使用することが保証される。停止パターンは有利には 気筒数に整合される。すなわち、最短時間で各シリンダが負荷軽減されるような 循環的停止シーケンスが得られるようにする。

過給が第２の閾値Ｐ２を再び下回るとただちに、オーバーチャージの第２段階で とられた保護手段が再び中止される。このことは第１の閾値Ｐ１およびオーバー チャージの第１段階にたいしてもあてはまる。

過給の第２の閾値Ｐ２は、内燃機関の回転数ｎおよび吸入空気の温度′ｒＬに依 存する特性マツプから読出されるか、またはアルゴリズムを用いて検出される。

このアルゴリズムには内燃機関の回転数ｎと吸入空気の温度ＴＬが入力パラメー タとして入力される。これにより内燃機関の動作領域全体にたいして、最適の第 ２の閾値Ｐ２が使用されることが保証される。第１の閾値Ｐ１は第２の閾値Ｐ２ から定数ｄＰの減算によりめられるから、このことは第１の閾値にたいしても当 てはまる。

本発明の別の利点は、汎用的な使用可能性である。

内燃機関の過給を表すパラメータとして、例えばブースト圧Ｐまたは空気質量ま たは空気量りを選択することができる。

図面 本発明を以下図面に示された実施例に基づいて説明する。

図１は、過給により作動される内燃機関の概略図である。

図２は、ブースト圧実際値Ｐ１ｓｔの時間経過を示す線図である。この線図には 本発明の保護装置で使用される閾値Ｐ１とＰ２、および時間間隔ｔ１Ｍａｘ。

ｔ　２Ｍａ　ｘ、ｔ　３Ｍａ　ｘがプロットされている。

図３は、本発明の保護装置のブロック回路図である。

図４は、本発明の保護装置の機能を説明するためのフローチャートである。

実施例の説明 本発明の保護装置を以下実施例に基づいて説明する。

これらの実施例では内燃機関の過給がブースト圧Ｐにより表される。しかし本発 明はこの実施例に限定されるものではない。すでに上に述べたように、内燃機関 の過給を吸入空気質量または空気量りにより表すこともできる。前記の実施例に おいてブースト圧Ｐをこれらパラメータのいずれかにより置換することができる 図１は、吸気路１０２と排気チャネル１０４を有する内燃機関１００を示す。吸 気路１０２には、吸入される空気の流動方向で見て、空気量または空気質量計１ ０５、コンプレッサ１０８．駆動部１０７と連結されたスロットルバルブ１０６ ．内燃機関１００（こより吸入される空気の温度ＴＬを検出するための１度セン サ１１０、ブースト圧Ｐを検出するための圧力センサ１１２、そして１つまたは 複数の噴射ノズル１１３が配置されている。コンプレッサ１０８は接続手段１１ ４を介して、排気チャネル１０４に配置されたタービン１１６により駆動される 。バイパス管路１１８はタービン１１６を迂回している。バイパス管路１１８に はバイパス弁１２０が配置されている。内燃機関１００には、冷却剤の温度ＴＫ Ｍを検出するための温度センサ１２２、および内燃機関１００の回転数ｎを検出 するための回転数センサ１２４が設けられている。すペてのセンサは中央制御装 置１２６と接続されている。

さらに中央制御装置１１２６はスロットルバルブ１０６、駆動部１０７、噴射ノ ズル１１３およびバイパス弁１２０と接続されている。

詳細には制御装置には以下の信号が供給される。空気量または空気質量計１０５ の信号しまたは圧力上ンサ１１２の信号Ｐ、スロットルバルブ１０６からの信号 、温度センサ１１０の信号ＴＬ、ｉｉ度センサ１２２の信号ＴＫＭ、そして回転 数センサ１２４の信号ｎである。制御装置１２６からは信号ＤＫが駆動部１０７ に、信号ｔｉが噴射ノズル１１３に、そして信号ＢＶがバイパス弁１２０に出力 される。

本発明の保護装置は制御装置１２６に含まれる。上記のセンサ信号の１つまたは 複数から内燃機関のオーバーチャージの存在することが判明すると、本発明の保 護装置の枠内でまずバイパス弁１２０が所定の位置（例えば完全な開放）にもた らされる。これによりタービン１１６の回転数が減少し、引き続き必要な場合に は個々のシリンダに燃料が調量されないように噴射弁１１３が制御される。

図２の線図は、ブースト圧Ｐの実際値ＰＩｓｔの時間的経過に対する例である。

横軸には時間ｔが、縦軸にはブースト圧実際値Ｐｌｓｔがプロットされている。

ブースト圧Ｐは、例えば空気量または空気質量等の他のパラメータと並んで、内 燃機関１００の過給状態の特表平７−５０８３３１　（４） 判定に用いることができる。ブースト圧実際値ＰＩｓｔの経過は実線により示さ れている。ｆ！直の破線により種々の時間間隔ｔ　ＩＭａ　ｘ、ｔ　２Ｍａ　ｘ 、ｔ　３ＭａＸが示されており、水平の破線によりブースト圧目標値ＰＳｏ　ｌ 　１と閾値ＰＩ、Ｐ２が示されている。

時間１＝０では、ブースト圧実際値Ｐ１ｓｔはブースト圧目標値ＰＳｏ　ｌ　ｌ に一致する。引き続きブースト圧実際値ＰＩｓｔは、例えばブースト圧制御の故 障のため上昇し、ポイントａで第１の閾値Ｐ１に達する。

ポイントａから測定して時間間隔ｔ１Ｍａｘ後にはポイントｂに達する。このポ イントｂではブースト圧実際値ＰＩｓｔは閾値Ｐ１のさらに上にある。ポイント ｂでは第１の保護手段としてブースト圧制御が遮断される。すなわちバイパス弁 が完全に開放される。この例ではこの第１の保護手段をとったにもかかわらず、 ブースト圧実際値ＰＩｓｔは例えばバイパス弁１２０の故障のためさらに閾値Ｐ ２を上回る（ポイントｃ）。

閾値Ｐ２は値ｄＰだけ閾値Ｐ１より上にある。そしてブースト圧実際値は時間間 隔ｔ２Ｍａｘの間に閾値Ｐ２の上に留まる。したがってさらんある保護手段とし て燃料調量への介入が行われる（ポイントｄ）。この燃料調量への介入は、４気 筒内燃機関の場合は例えば、各５番目の燃料調量を停止することによる。この実 施例ではブースト圧実際値ＰＩｓｔはポイントｄから低下し始める。しかしブー スト圧実際値Ｐ１ｓｔはポイントｄに達してから時間間隔ｔａＭａｘ後にも依然 として閾値Ｐ２より上にある（ポイントｅ）、したがってポイントｅで燃料調量 へさらなる介入が行われる。

すなわち例えば４気筒機関の場合、各３番目の燃料調量を停止するのである。こ の実施例ではこれによりブースト圧実際値ＰＩｓＬはさらに低下し、ポイントｆ で閾値Ｐ２を下回る。ポイントｆでは燃料調量の停止全体が再び中止される。し かしブースト圧制御はポイントｇで初めて再び投入される。このポイントｇでは ブースト圧実際値Ｐｌｓｔが閾値Ｐ１を下回る。ブースト圧制御の障害がもはや 存在しなければ、ブースト圧実際値ＰＩｓｔはポイントｇ後の短時間で再びブー スト圧目標値ＰＳｏ　Ｉ　１に達する。

図３には本発明の保護装置のブロック回路図が示されている。特性マツプ３００ はパラメータ、吸入空気温度ＴＬおよび内燃機関１００の回転数ｎから閾値Ｐ２ をめ、これを結合点３０２にさらに送出する。結合点３０２では閾値Ｐ２から値 ｄＰが減算される。値ｄＰは固定値メモリ３０４かも読出される。減算結果１、 すなわち閾値Ｐ１はブロック３０６の入力側へさらに供給される。ブロック３０ ６の別の入力側には閾値Ｐ２．ブースト圧実際値Ｐ１ｓｔおよび時間間隔ｔＩＭ ａｘ、ｔ２Ｍａｘ、ｔ３Ｍａｘに対する値が供給される。時間間隔ｔ　ＩＭａ　 ｘ、ｔ　２Ｍａ　ｘ、ｔ　３Ｍａ　ｘに対する値は固定値メモリ３０８．３１０ ．３１２から出力される。ブロック３０６は、図４のフローチャートに示された 方法に従って、ブースト圧制御への介入または燃料調量への介入が内燃機関１０ ０を保護するために必要であるか否かを検出する。ブースと圧制御への介入が必 要であれば、ブロック３０６は相応の信号をブースト圧制御部３１４へ出力し、 ブースト圧制御部はバイパス弁１２０を制御する。燃料調量への介入が必要であ れば、ブロック３０６は相応の信号を燃料調量部３１６へ出力し、燃料調量部は 噴射ノズル１１３を制御する。

図４はフローチャートを示す。これに基づいて、本発明の保護装置の機能を以下 説明する。第１のステップ４００で、ブースト圧実際値Ｐ１ｓｔが閾値Ｐ１より 大きいか否かが問い合わされる。大きければ、次のステップ４０２でタイマｌが スタートされる。タイマは時間【１を測定する。スタートはタイマ１のリセット なしで行われ、すでに経過しているタイマ１のスタート試行により、タイマ１は 影響を受けずに経過する。

ステップ４０２にはステップ４０４が続く、ステップ４０４では、ブースト圧実 際値ＰＩｓｔが閾値Ｐ２より大きいか否かが問い合わされる。大きければ後続の ステップ４０６でタイマ２がスタートされる。タイマ２は時間ｔ２を測定する。

タイマ２のスタートはタイマ１のスタートとまったく同じように行われる。ステ ップ４０６にはステップ４０８が続く。ステップ４０８では、タイマ２のスター トから時間間隔ｔ２Ｍａ以上が経過したか否かが問い合わされる。経過していれ ばステップ４１０が続く。ステップ４１０では、タイマ２のスタートから時間間 隔ｔ　２Ｍａ　ｘ＋　ｔ　３Ｍａ　ｘが経過したか否かが問い合わされる。経過 していればステップ４１２が続く。ステップ４１２ではブースト圧制御が遮断さ れるか、または遮断されたままとなる。

さらにステップ４１２で燃料調量の第２の停止パターンが、これがまだ作動され ていない場合には作動される。ステップ４１２にはステップ４１４が続く。ステ ップ４１４では、警報ランプが作動され、警報ランプは、ブースト圧制御のファ ンクションエラーが存在することを指示する。ステップ４１４の後、フローチャ ートの実行ルーチンは新たにステップ４００から開始する。

ステップ４１０での問い合わせで答えが否定であれば、ステップ４１６が続く。

このステップ４１６ではまだ作動している場合にはブースト圧制御が遮断され。

燃料調量の第１の停止パターンが作動される。ステップ４１６がステップ４１４ に続く。

ステップ４０４での問い合わせで条件が満たされなければ、これにステップ４１ ８が続く。このステップ４１８では、タイマ２がリセットされ、燃料調量の停止 が中止されるステップ４１８にはステップ４２０が続く。このステップ４２０で は、タイマ１のスタートから時間間隔ｔ１Ｍａｘ以上が経過したか否かが問い合 わされる。経過していれば、ステップ４２２が続く。

このステップ４２２では、まだ作動している場合にはブースト圧制御が遮断され る。ステップ４２２にはステップ４１４が続く。

ステップ４００で条件が満たされなければ、ステップ４２４が続く。ステップ４ ２４では、まだ行われていなければタイマ１がリセットされ、ブースト圧制御が 投入され、燃料調量の停止が中止される。ステップ４２４にはステップ４２６が 続く。このステップ４２６では、まだスイッチオンされている場合には警報ラン プが遮断される。ステップ４２６の後、フローチャートの実行ルーチンは最初の ステップ４００から始まる。ステップ４００には、ステップ４０８での問い合わ せで条件が満たされない場合にも到達する。ステップ４２６へは別の経路、すな わちステップ４２０からの経路が通じる。この別の経路へは、ステップ４２０で の問い合わせで条件が満たされない場合に道む。

以下本発明の保護装置の作用を、フローチャートの典型的な実行ルーチンに基づ いて説明する。

１、ブースト圧制御のファンクションエラーが存在しない場合。

ステップ４００で、ブースト圧実際値ＰＩｓｔが閾イ直Ｐ１より小さいことが検 出され、ステップ４２４へ進む。そこではタイマ１がリセットされ、ブースト圧 制御が投入され、燃料調量の停止が中止される。この手段は、前にファンクショ ンエラーが識別されており、相応の保護手段がまだ作動していない場合に必要で ある。この理由から後続のステップ４２６では、警報ランプがまだスイッチオフ されていなければ警報ランプがスイッチオフされる。

２、ブースト圧制御が、閾値Ｐ１を連続的に上回った後に遮断される場合。

ステップ４００で、閾値Ｐ１を上回ったことが識別されるとただちに、後続のス テップ４０２でタイマ１がスタートされる。閾値Ｐ２は、この実施例では上回ら ないものとする。したがって続くステップでの問い合わせで条件が満たされない 。そのためステップ４１８が処理される。ここではタイマ２がリセットされ、燃 料調量が停止されている場合には、これが中止される。後続のステップ４２０で 、タイマ１のスタートからの時間間隔ｔ１がｔｌＭａｘよりまだ大きくないこと が検出されると、ステップ４２６に進む。このステップ４２６では、警報ランプ がまだオンされていれば警報ランプが遮断されるだけである。しかしブースト圧 実際値Ｐａ５ｔがすでに、ｔｌＭａｘより大きい時間間隔ｔ１にわたって閾値Ｐ １を越えていれば、ステップ４２０の後にステップ４２２が実行される。このス テップ４２２では、ブースト圧制御が遮断される。

すなわち、バイパス弁が開放される。引き続きステップ４１４で、ブースト圧制 御のファンクションエラーを運転者に指示するため警報ランプがスイッチオンさ れる。

３、比較的に長い時間間隔にわたって非常に高いブースト圧実際値Ｐｌｓｔが検 出される場合、したがって燃料調量の停止が必要である。

この場合は、ステップ４００．４０２．４０４．４０６そして４０８を介してス テップ４１０に達する。

ステップ４１０では、第２の停止パターンに従って燃料調量を停止することが必 要なほど（ステップ４１２）高いブースト圧がすでに長時間存在しているか、ま たは差し当たり第１の停止パターンによる燃料調量の停止で十分（ステップ４１ ６）であるかが検出される。

両方の場合とも、ブースト圧制御がまだ遮断されていなければ遮断され、引き続 き燃料調量部に相応の停止パターンが供給される。ステップ４１２にもステップ ４１６にもステップ４１４が続く。ステップ４１４では、警報ランプがこれまで スイッチオフされていればスイッチオンされる。

燃料調量に対する停止パターンは、内燃機関１００の気筒数に依存して設定する ことができる。さらに停止パターンの設定時には、どの程度の大きさの最大トル ク低下が停止の作動時に許容されるかが考慮される。

以下、第１および第２の停止パターンに対する数値例を、４気筒、５気筒、６気 筒および８気筒内燃機関についてリストアツブする。リストアツブされた停止パ ターンにより、制御動作から第１の停止パターンへの移行、ないし第１の停止パ ターンから第２の停止パターンへの移行で約１５％のトルク低下が生じる。

４　各５番目　各３番目 ６　各５番目　各５番目子次の気筒 ために、保護手段全体（ブースト圧制御の遮断、第１プ４１８と４２４）この時 間間隔はとくに注意されず、有利な実施例では、図３に示した特性マツプ３００ が省略される。その代りに、閾値Ｐ２がアルゴリズムにより入力パラメータ、内 燃機関１００の回転数ｎおよび吸入される空気の温度ＴＬからめられる。

フロントページの続き （５１）　Ｉｎｔ、　Ｃ１，６識別記号　庁内整理番号ＦＯ２Ｄ　４１／２２　 ３３０　Ｅ　９２４７−３Ｇ４５１００　３４５　Ｊ　９２４７−３Ｇ（７２） 発明者　ヘーミング、ヴエルナードイツ連邦共和国　７４８６１　ノイデナウナ ハティガレンヴエーク　１５ （７２）発明者　ロートバール、ウルリッヒドイツ連邦共和国　７０４６９　シ ュツットガルト　オスヴアルトーへツセーシュトラーセ５７ （７２）発明者　スルジャディ、イワンドイツ連邦共和国　７１６６５　ファイ ヒンゲン／エンツ　タンネンヴエーク　５１ Ｉ （７２）発明者　ヒルベルト、ヴオルフガングドイツ連邦共和国　７１６９６　 メークリンゲン　パウルーヒンデミトーシュトラーセ（７２）発明者　スロポダ 、ローベルトドイツ連邦共和国　７１７０６　マルクグレーニンゲン　アム　マ ルクトプラッツ　１３（７２）発明者　ポイエルレ、ミヒャエルドイツ連邦共和 国　７４３５４　ページッヒハイム　ウーラントシュトラーセ　１４

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. １．過給により作動される内燃機関用の保護装置において、 通常動作では、所定の閾値（ＰＳｏｋｋ）への過給制御を行い、 オーバーチャージの第１段階では、過給制御へ介入し、 オーバーチャージの第２段階では、燃料調量への介入を行う ことを特徴とする保護装置。
2. ２．オーバーチャージの第１段階は、内燃機関（１００）の過給を表すパラメー タ（Ｐ）が第１の閾値（Ｐ１）を所定の第１の時間間隔（ｔ１Ｍａｘ）の間上回 るときに存在し、 オーバーチャージの第２段階は、内燃機関（１００）の過給を表すパラメータ（ Ｐ）が第２の閾値（Ｐ２）を所定の第２の時間間隔（ｔ２Ｍａｘ）の間上回ると きに存在する、請求の範囲第１項記載の保護装置。
3. ３．オーバーチャージの第１段階または第２段階は、過給を表すパラメータ（Ｐ ）を検出するためのセンサのファンクションエラーが排除できるときにだけ存在 する、請求の範囲第２項記載の保護装置。
4. ４．過給制御への介入時には過給の制御を遮断し、過給を調整する調整素子（１ ２０）を所定の位置にもたらす、請求の範囲第１項から第３項までのいずれか１ 項記載の保護装置。
5. ５．燃料調量への介入は、所定の少なくとも１つの停止パターンによる個々の気 筒の停止により行う、請求の範囲第１項から第４項までのいずれか１項記載の保 護装置。
6. ６．第１の停止パターンをオーバーチャージの第２段階に遠した直後に作動し、 過給を表すパラメータ（Ｐ）が所定の第３の時間間隔（ｔ３Ｍａｘ）内で第２の 閾値（Ｐ２）を下回らない場合、少なくとも停止頻度がさらに頻繁であるさらな る停止パターンを作動する、請求の範囲第５項記載の保護装置。
7. ７．徐々にすべての気筒が調量停止に関与し、調量停止に起因するトルク低下に 対する所定の値を上回らないように、停止パターンは内燃機関（１００）の気筒 数に整合されている、請求の範囲第５項または第６項記載の保護装置。
8. ８．オーバーチャージの個々の段階に対して設定可能な閾値（Ｐ１，Ｐ２）を下 回るとただちに、オーバーチャージのそれぞれの段階に配属された保護手段を中 止する、請求の範囲第２項から第７項までのいずれか１項記載の保護装置。
9. ９．過給の第２の閾値（Ｐ２）を、内燃機関（１００）の回転数（ｎｎ）および 吸入空気の温度（ＴＬ）に依存する特性マップ（３００）から読み出すか、また はアルゴリズムによって求め、 該アルゴリズムには内燃機関（１００）の回転数（ｎ）および救急空気の温度（ ＴＬ）が入力パラメータとして入力される、請求の範囲第２項から第８項までの いずれか１項記載の保護装置。
10. １０．過給の第１の閾値（Ｐ１）を過給の第２の閾値（Ｐ２）から定数（ｄＰ） の減算により求める、請求の範囲第２項から第９項までのいずれか１項記載の保 護装置。
11. １１．内燃機関の過給を表すパラメータは、ブースト圧または空気質量または空 気量（Ｌ）である、請求の範囲第１項から第１０項までのいずれか１項記載の保 護装置。