JP2001248486A - 内燃機関および該内燃機関の作動方法 - Google Patents

内燃機関および該内燃機関の作動方法

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JP2001248486A JP2001035852A JP2001035852A JP2001248486A JP 2001248486 A JP2001248486 A JP 2001248486A JP 2001035852 A JP2001035852 A JP 2001035852A JP 2001035852 A JP2001035852 A JP 2001035852A JP 2001248486 A JP2001248486 A JP 2001248486A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 内燃機関殊に直接噴射式内燃機関のトルク実
際値を非常に高い精度で求めることができるようにし、
それによって内燃機関動作の開ループ制御もしくは閉ル
ープ制御を最適化できるようにする。 【解決手段】 内燃機関22により形成されるトルク
を、捕捉されたトルク実際値Mistとトルク目標値M
sollと他の動作量とに依存して調整する。その際、
内燃機関22の動作状態13を捕捉し、トルク実際値M
istを、燃焼室内に配置された少なくとも1つの圧力
センサ26により捕捉する。また、内燃機関22の所定
の一定の動作状態13に対し少なくとも1つの適応ルー
プの範囲内で、内燃機関22により形成されるトルクが
できるかぎり大きくなるよう、点火角ZWおよび噴射開
始時機ESBを最適化する。最適化された点火角ZWお
よび最適化された噴射開始時機ESBを内燃機関22の
以降の動作の基礎とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関のトルク
実際値を捕捉し、内燃機関により形成されるトルクを、
捕捉されたトルク実際値とトルク目標値と内燃機関の他
の動作量とに依存して調整する形式の内燃機関の作動方
法たとえば直接噴射式内燃機関の作動方法、ならびに内
燃機関のトルク実際値を捕捉するトルク捕捉装置と、内
燃機関により形成されるトルクを捕捉されたトルク実際
値とトルク目標値と内燃機関の他の動作状態量に依存し
て調整するアプリケーション手段が設けられている内燃
機関たとえば直接噴射式内燃機関に関する。
【0002】
【従来の技術】内燃機関において動作の開ループ制御ま
たは閉ループ制御の基礎として、内燃機関により生じる
トルクが利用される。このことをトルクストラクチャと
も称する。この場合、要求される目標トルクがスロット
ルバルブや点火角度の具体的な操作量に換算される。オ
ットー内燃機関のトルク実際値は、たとえば吸気管噴射
を行う内燃機関であれば空気量センサおよびラムダセン
サを介して測定される。トルク実際値のこのような測定
により、比較的精確な結果が得られる。なぜならば吸気
管噴射を行う内燃機関の場合、空気量は内燃機関におけ
るトルク実際値に対する1つの尺度だからである。
【0003】しかしながら直接噴射式内燃機関の場合に
は事情が異なり、その場合には空気量はトルク実際値の
尺度とはならず、燃料だけがトルクの決定要因である。
したがって直接噴射式内燃機関であると、空気量センサ
とラムダセンサを用いるだけでは十分な精度でトルク実
際値を求めることはできない。
【0004】しかも直接噴射式内燃機関の場合、トルク
に影響を及ぼす操作量が多数ある。要求される目標トル
クは、直接噴射式内燃機関においてはスロットルバルブ
の位置と点火角のほかにも燃料量、噴射の開始、排気ガ
ス再循環率、空燃比すなわちラムダ、フラップ式吸気運
動制御弁の位置等を介しても調整できる。
【0005】直接噴射式内燃機関により形成されるトル
クと内燃機関における他の動作状態量とのこのような複
雑な関係ゆえに、直接噴射式内燃機関の場合にはトルク
実際値の測定ならびにトルク目標値への内燃機関の開ル
ープ制御もしくは閉ループ制御のために、多数のモデル
を用いた複雑なファンクションが使われる。モデル作成
およびファンクションの適用は非常に煩雑である。
【0006】さらに別の欠点を付け加えると、モデルと
ファンクションを用いたトルク実際値の測定およびトル
ク目標値への内燃機関の開ループ制御もしくは閉ループ
制御は、制約された精度でしか実現できない。このよう
な精度の悪さゆえに、内燃機関の開ループ制御もしくは
閉ループ制御を安全性に関してかなり余裕を設けて設計
しなければならず、殊に様々な動作モード(成層モー
ド、均質モード)に対する動作限界を適用する場合に
は、相当に大きなセーフティゾーンを設けなければなら
ない。その結果、空燃比や排気ガスを最小限に抑える点
に関して内燃機関を最適化できなくなってしまう。
【0007】周知の直接噴射式内燃機関作動方法のさら
に別の欠点を付け加えると、トルク実際値算出精度の悪
さに起因して、算出されたトルク実際値に依存して開ル
ープ制御もしくは閉ループ制御される自動車のユニット
において、不正確さあるいは問題の発生するおそれがあ
る。このことによりたとえば自動変速機において走行性
に係わる問題の引き起こされる可能性があり、その理由
は、本当の実際トルクに従ったならば切替動作が不要で
あったり無意味であったりするのにもかかわらず、求め
られたトルク実際値に基づきそのような切替動作が実行
されてしまうからである。しかも、直接噴射式内燃機関
の様々な動作モード(成層モード、均質モード)の切替
精度が悪いとトルクが跳躍的に変化してしまい、それに
よってやはり走行性能の劣化が引き起こされる。結局の
ところ、トルク実際値を十分な精度で捉えないと、意図
せざる大きなトルクに対する内燃機関の監視を実施する
ことができない。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】したがって本発明の課
題は、内燃機関殊に直接噴射式内燃機関のトルク実際値
を著しく高い精度で求めることができるようにし、それ
によって内燃機関動作の開ループ制御もしくは閉ループ
制御を最適化できるようにすることである。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明によればこの課題
は、内燃機関の動作状態を捕捉し、トルク実際値を、内
燃機関の少なくとも1つの燃焼室内に配置された少なく
とも1つの圧力センサにより捕捉し、内燃機関の所定の
一定の動作状態に対し少なくとも1つの適応ループの範
囲内で、内燃機関により形成されるトルクができるかぎ
り大きくなるよう、点火角および噴射開始時機を最適化
し、最適化された点火角および最適化された噴射開始時
機を内燃機関の以降の動作の基礎とすることを特徴とす
る内燃機関の作動方法により解決される。さらに本発明
の課題は、動作状態を捕捉する装置が設けられており、
トルク捕捉装置は、内燃機関の少なくとも1つの燃焼室
内に配置されている少なくとも1つの圧力センサを有し
ており、適応シーケンス制御手段が設けられており、該
適応シーケンス制御手段は、内燃機関の特定の一定の動
作状態に対し少なくとも1つの適応ループの範囲内で点
火角と噴射開始時機を、内燃機関により形成されるトル
クが以後できるかぎり大きくなるよう最適化し、トルク
調整のための前記アプリケーション手段は以後、最適化
された点火角および最適化された噴射開始時機に対し介
入制御することにより解決される。
【0010】
【発明の実施の形態】本発明による方法によれば、内燃
機関の動作状態が捕捉される。つまりこの場合、内燃機
関が定常状態で駆動されるのか、あるいは暖機運転時相
であったりエンジントルクダイナミクスが生じていたり
するなど過渡状態で駆動されるのかについて判定が行わ
れる。このような動作状態は、内燃機関の回転数および
負荷に基づき求められる。負荷として、有利には内燃機
関のトルク実際値または目標値が使われる。これに加え
て内燃機関の別の動作状態量たとえば内燃機関温度など
も、動作状態捕捉にあたりいっしょに考慮することがで
きる。
【0011】内燃機関の少なくとも1つの燃焼室内に少
なくとも1つの圧力センサが配置されており、この圧力
センサによって内燃機関のトルク実際値を格別に高い精
度で捕捉することができる。このような燃焼室圧力セン
サは有利には内燃機関の各シリンダ内に配置されてお
り、あるいは1つのガイドシリンダ内だけに配置されて
いる。燃焼室圧力センサにより捕捉された圧力から、燃
焼室の容量全体にわたる積分により指標となる仕事量が
求められる。燃焼室圧力センサの出力信号は、Nmまた
は%の単位で表される1つのシリンダの指標となるトル
クである。たとえば燃焼室圧力センサなどによって可能
となるようにトルク実際値をきわめて精確に捕捉するこ
とにより初めて、内燃機関を本発明のようにして作動さ
せることができ、つまり内燃機関のトルクができるかぎ
り大きくなるよう点火角および噴射開始時機を最適化す
ることができる。
【0012】内燃機関の動作状態およびトルク実際値を
捕捉した後、点火角と噴射の開始を内燃機関の所定の動
作状態において内燃機関により形成されるトルクができ
るかぎり大きくなるよう最適化される。この最適化は、
それぞれ適応ループの枠内で種々の動作パラメータに対
して行われる。適応ループ内でそれぞれ一定の動作パラ
メータについてたとえば一定の燃料量において点火角と
噴射の開始が、内燃機関により最大のトルクが形成され
るまで変えられる。この措置は、1つの動作パラメータ
における複数の一定の値について、そして複数の動作パ
ラメータのための種々の適応ループ内で繰り返される。
このようにして内燃機関のそれぞれ異なる多数の動作点
について、内燃機関が最大のトルクを形成する最適な点
火角と最適な噴射開始時機が求められる。その後、これ
らの最適な点火角および最適な噴射開始時機が内燃機関
の動作の基礎となる。
【0013】どのような内燃機関であっても本発明によ
る方法によれば、点火角および噴射開始時機が多数の動
作点について個々に最適に調整される。燃焼室圧力セン
サによりトルク実際値を非常に高精度に求めることがで
きるので、このトルク実際値を自動車の他のユニットに
おいて使用すれば、たとえば自動変速機において使用す
れば、自動車の走行性が格段に高まる。しかも、点火角
および噴射開始時機を本発明に従い適応化すれば、種々
の動作モード(成層モード、均質モード)との間の切り
替えにあたりトルク変動が発生しないことにより、もし
くはごく僅かにしか発生しないことにより、走行性が高
められる。さらに、燃料消費や排気ガス放出も抑えるこ
とができる。その理由は、内燃機関の動作の開ループ制
御もしくは閉ループ制御に対する安全性の余裕つまりセ
ーフティゾーンを小さくできるからである。
【0014】要約すれば、燃焼室圧力センサを用いた直
接的なトルク測定、ならびに点火角と噴射開始時機とい
う操作量を介した最大効率への燃焼制御に基づき、以下
の利点が得られる: −適用時の煩雑さの軽減 −ファンクション開発時の煩雑さの軽減 −燃料消費および排気ガス放出の低減 −最大効率への操作量に対するエンジン固有の適応化 本発明の1つの有利な実施形態によれば、点火角および
噴射開始時機は内燃機関の定常動作の動作状態において
最適化される。
【0015】本発明の1つの有利な実施形態によれば、
点火角および噴射開始時機は一定の動作パラメータであ
る燃料量、燃料圧力、空燃比すなわちラムダ、フラップ
式吸気運動制御弁の位置、および/または排気ガス再循
環率に対し、それぞれ適応ループの枠内で最適化され
る。
【0016】有利には、各動作パラメータに対して最適
化された点火角および最適化された噴射開始時機が適応
特性マップ内に格納される。さらに有利には、第1の多
次元特性マップに点火角に関する最適化された値が格納
され、別の多次元特性マップに噴射開始時機に対する最
適化された値が格納される。
【0017】本発明による方法は、有利には内燃期間製
造後に実施される。これに対する代案として、あるいは
これに加えて、内燃機関の耐用年数全体にわたり配分さ
れた特定の時点で本発明による方法を実施できる。
【0018】本発明の有利な実施形態によれば、適応シ
ーケンス制御により点火角および噴射開始時機が内燃機
関の定常動作の動作状態において最適化される。
【0019】本発明の1つの有利な実施形態によれば、
適応シーケンス制御により点火角および噴射開始時機が
それぞれ適応ループの範囲内で、一定の動作パラメータ
について燃料量、燃料圧力、空燃比すなわちラムダ、フ
ラップ式吸気運動制御弁の位置および/または排気ガス
再循環率について最適化される。
【0020】次に、図面を参照しながら本発明の有利な
実施例について詳しく説明する。
【0021】
【実施例】図1に示されている本発明による方法は、た
とえば直接噴射式内燃機関の動作に用いられる。これは
機能ブロック10から始まる。これに続く機能ブロック
11において、内燃機関のトルク実際値Mist が求
められる。この目的で、内燃機関の少なくとも1つの燃
焼室内に少なくとも1つの圧力センサが設けられてい
る。燃焼室圧力センサを内燃機関のすべてのシリンダ内
に配置することもできるし、あるいは選択された1つの
ガイドシリンダ内にのみ配置してもよい。燃焼室の容積
全体にわたり圧力センサにより求められた圧力値を積分
することにより、指標となる仕事量が求められ、それを
そのまま指標となるトルク実際値Mis に換算する
ことができる。
【0022】ついで機能ブロック12において、内燃機
関回転数nと負荷から内燃機関の動作状態13が捕捉さ
れる。その際、この実施例では負荷として内燃機関のト
ルク実際値Mist が使われる。これに対する代案と
して、まえもって定められた目標トルクMsoll
負荷として使ってもよい。また、内燃機関の回転数nと
トルク実際値Mist に加えて、内燃機関の他の動作
状態量たとえば内燃機関温度などを利用することもでき
る。
【0023】ついで問い合わせブロック14において、
内燃機関が定常的な動作状態13にあるか否かがチェッ
クされる。内燃機関が定常的な動作状態13にないとい
うのは過渡的な動作状態にあるということであり、たと
えば暖機運転中あるいはトルクダイナミックスが発生し
ているときである。内燃機関が定常的な動作状態13に
ないときには、問い合わせブロック14から再び機能ブ
ロック11に分岐する。ブロック11,12,14から
成るループは、内燃機関が定常的な動作状態13になる
まで続けられる。その後、機能ブロック15において第
1の動作パラメータたとえば燃料量mが選択される。
【0024】次の機能ブロック16では動作点(M,
u)において点火角ZWおよび噴射開始時機ESBが、
内燃機関により形成されるトルクができるかぎり大きく
なるよう最適化される。選択された動作パラメータが様
々な一定値に合わせて変えられ、ここで各一定値ごとに
最適化された点火角ZWおよび最適化された噴射開始時
機ESBが求められる。続く問い合わせブロック17に
おいて、まえもって定められたすべての動作パラメータ
について最適化された点火角ZWおよび最適化された噴
射開始時機ESBが求められているのか否かについてチ
ェックされる。最適化された値が求められていないので
あれば、この問い合わせブロックから機能ブロック18
に分岐し、そこにおいて次の動作パラメータたとえば排
気ガス再循環率EGR、空燃比すなわちラムダ、燃料圧
力P_Railなどが選択される。機能ブロック18の
後、この方法は再び機能ブロック16において続けら
れ、そこにおいて目下選択されている動作パラメータの
種々の一定値に対し、最適化された点火角ZWおよび最
適化された噴射開始時機ESBが再び求められる。ブロ
ック16とブロック18は適応化ループであり、これは
まえもって設定された各動作パラメータごとに続けられ
る。
【0025】まえもって定められているすべての動作パ
ラメータについて、最適化された点火角ZWおよび最適
化された噴射開始時機ESBが求められるとただちに、
問い合わせブロック17から機能ブロック19へ分岐
し、そこにおいて内燃機関の種々の動作点について、最
適化された点火角ZWおよび最適化された噴射開始時機
ESBが適応化特性マップ20内に格納される。次の機
能ブロック21で本発明による方法が終了する。そして
最適化された点火角ZWおよび最適化された噴射開始時
機ESBに関するそれらの値が、内燃機関の今後の動作
の基礎とされる。
【0026】本発明による方法は内燃期間製造後に実施
される。そのため点火角ZWと噴射開始時機ESBが内
燃機関ごとに個々に最適に調整され、その結果、内燃機
関が最大のトルクを発生するようになる。これに対する
代案としてあるいはこれに加えて、本発明による方法を
内燃機関の耐用期間全体にわたって配分された特定の時
点に実施することもできる。実例としてこのような特定
の時点を、期間に依存して(たとえば1年に1回など)
あるいは事象に依存して(たとえば100,000km
または1,000kmの動作時間ごとなど)、耐用期間
全体にわたり配分させることができる。このようにすれ
ば、内燃機関の耐用期間中に発生する摩耗現象を補償す
ることができる。
【0027】本発明による方法を用いることで、殊に直
接噴射式内燃機関をきわめて確実かつ高い信頼性で作動
させることができる。燃焼室圧力センサにより求められ
るトルク実際値はきわめて精確であるので、本発明に従
い駆動される内燃機関を備えた自動車の走行性を格段に
改善することができる。
【0028】図2には、本発明による内燃機関がそれに
対応づけられているユニットといっしょに全体的に描か
れている。本来の内燃機関には参照符号22が付されて
いる。これは制御装置23により開ループ制御または閉
ループ制御され、そこには捕捉されたトルク実際値M
ist 、トルク目標値Msoll ならびに内燃機関2
2におけるその他の動作量に依存して内燃機関により形
成されるトルクを調整(閉ループ制御または開ループ制
御)するアプリケーション手段が形成されている。この
アプリケーション手段は適応特性マップ20を介入制御
する。この場合、適応特性マップ20内には、内燃機関
22の多数の動作状態に関して最適化された点火角ZW
および最適化された噴射開始時機ESBが格納されてい
る。さらに制御装置23には適応シーケンス制御手段も
形成されていて、これは本発明による方法に従い内燃機
関22の特定の動作状態について最適化された点火角Z
Wおよび最適化された噴射開始時機ESBを求め、適応
特性マップ20に格納する。
【0029】内燃機関の動作状態13は、動作状態捕捉
装置24から制御装置23へ伝達される。また、内燃機
関のトルク実際値Mist はトルク捕捉装置25から
制御装置23へ伝達され、このトルク捕捉装置25には
内燃機関22の少なくとも1つの燃焼室内に配置されて
いる少なくとも1つの圧力センサ26が含まれている。
圧力センサ26により求められた圧力pは、燃焼室の容
積全体にわたり指標となる仕事量Wを求めるために積分
される。そしてこの仕事量Wからトルク実際値Mist
が求められる。
【0030】制御装置23において本発明による方法に
従い、内燃機関により生じるトルクができるかぎり大き
くなるよう内燃機関の点火角ZWおよび噴射時間ESB
が最適化される。最適化された点火角ZWおよび最適化
された噴射開始時機ESBの値は、適応特性マップ20
内に格納される。本発明による方法終了後、制御装置2
3内のアプリケーション手段は内燃機関22の開ループ
制御または閉ループ制御を引き受ける。この目的で、内
燃機関22により形成されるトルクができるかぎり迅速
かつできるかぎり精確に、ドライバ27が設定したトル
ク目標値Mso ll に合わせて調整される。この場
合、内燃機関22により形成されるトルクの開ループ制
御または閉ループ制御のために制御装置23は、適応特
性マップ20内に格納されている点火角ZWおよび最適
化された噴射開始時機ESBを介入制御する。
【図面の簡単な説明】
【図1】1つの有利な実施形態による本発明の内燃機関
作動方法を示す図である。
【図2】1つの有利な実施形態による本発明による内燃
機関を示す図である。
【符号の説明】
20 適応特性マップ 22 内燃機関 23 制御装置 24 動作状態捕捉装置 25 トルク捕捉装置 26 燃焼室圧力センサ 27 ドライバ
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) F02D 41/02 335 F02D 41/02 335 41/04 335 41/04 335C 45/00 364 45/00 364A 368 368S F02M 25/07 550 F02M 25/07 550R 550F 570 570A

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 内燃機関(22)のトルク実際値(M
    ist)を捕捉し、内燃機関(22)により形成される
    トルクを、捕捉されたトルク実際値(Mist)とトル
    ク目標値(Msoll)と内燃機関(22)の他の動作
    量とに依存して調整する形式の内燃機関(22)の作動
    方法において、 内燃機関(22)の動作状態(13)を捕捉し、 トルク実際値(Mist)を、内燃機関(22)の少な
    くとも1つの燃焼室内に配置された少なくとも1つの圧
    力センサ(26)により捕捉し、 内燃機関(22)の所定の一定の動作状態(13)に対
    し少なくとも1つの適応ループの範囲内で、内燃機関
    (22)により形成されるトルクができるかぎり大きく
    なるよう、点火角(ZW)および噴射開始時機(ES
    B)を最適化し、 最適化された点火角(ZW)および最適化された噴射開
    始時機(ESB)を内燃機関(22)の以降の動作の基
    礎とすることを特徴とする、 内燃機関の作動方法。
  2. 【請求項2】 点火角(ZW)および噴射開始時機(E
    SB)を、内燃機関(22)における定常的な動作の動
    作状態(13)において最適化する、請求項1記載の方
    法。
  3. 【請求項3】 点火角(ZW)および噴射開始時機(E
    SB)を、一定の動作パラメータである燃料量(m)、
    燃料圧力(p_Rail)、空燃比すなわちラムダ、フ
    ラップ式吸気運動制御弁位置および/または排気ガス再
    循環率(EGR)に対し適応ループの範囲内でそれぞれ
    最適化する、請求項1または2記載の方法。
  4. 【請求項4】 動作パラメータに対し最適化された点火
    角(ZW)および最適化された噴射開始時機(ESB)
    を適応特性マップ(20)内に格納する、請求項1から
    3のいずれか1項記載の方法。
  5. 【請求項5】 内燃機関(22)製造後に実施する、請
    求項1から4のいずれか1項記載の方法。
  6. 【請求項6】 内燃機関(22)の耐用期間全体にわた
    り配分された特定の時点で実施する、請求項1から5の
    いずれか1項記載の方法。
  7. 【請求項7】 内燃機関(22)のトルク実際値(M
    ist)を捕捉するトルク捕捉装置(25)と、内燃機
    関(22)により形成されるトルクを捕捉されたトルク
    実際値(Mist)とトルク目標値(Msoll)と内
    燃機関(22)の他の動作状態量に依存して調整するア
    プリケーション手段が設けられている内燃機関(22)
    において、 動作状態(13)を捕捉する装置(24)が設けられて
    おり、 前記トルク捕捉装置(25)は、内燃機関(22)の少
    なくとも1つの燃焼室内に配置されている少なくとも1
    つの圧力センサ(26)を有しており、 適応シーケンス制御手段が設けられており、該適応シー
    ケンス制御手段は、内燃機関(22)の特定の一定の動
    作状態(13)に対し少なくとも1つの適応ループの範
    囲内で点火角(ZW)と噴射開始時機(ESB)を、内
    燃機関(22)により形成されるトルクが以後できるか
    ぎり大きくなるよう最適化し、 トルク調整のための前記アプリケーション手段は以後、
    最適化された点火角(ZW)および最適化された噴射開
    始時機(ESB)に対し介入制御することを特徴とする
    内燃機関。
  8. 【請求項8】 前記適応シーケンス制御手段(23)
    は、内燃機関(22)における定常的な動作の動作状態
    (13)において点火角(ZW)および噴射開始時機
    (ESB)を最適化する、請求項7記載の内燃機関。
  9. 【請求項9】 前記適応シーケンス制御手段(23)は
    点火角(ZW)および噴射開始時機(ESB)を、一定
    の動作パラメータである燃料量(m)、燃料圧力(p_
    Rail)、空燃費すなわちラムダ、フラップ式吸気運
    動制御弁の位置および/または排気ガス再循環率(EG
    R)に対し適応ループ内でそれぞれ最適化する、請求項
    7または8記載の内燃機関。
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