JP2002130040A - 内燃機関駆動方法、コンピュータプログラムならびに制御および調整装置 - Google Patents

内燃機関駆動方法、コンピュータプログラムならびに制御および調整装置

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JP2002130040A
JP2002130040A JP2001280475A JP2001280475A JP2002130040A JP 2002130040 A JP2002130040 A JP 2002130040A JP 2001280475 A JP2001280475 A JP 2001280475A JP 2001280475 A JP2001280475 A JP 2001280475A JP 2002130040 A JP2002130040 A JP 2002130040A
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control
internal combustion
combustion engine
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ヤクシュ ヴェルナー
Ernst Wild
ヴィルト エルンスト
Kristina Eberle
エーベルレ クリスティーナ
Lutz Reuschenbach
ロイシェンバッハ ルッツ
Thomas Hotz
ホッツ トーマス
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Robert Bosch GmbH
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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Control Of Throttle Valves Provided In The Intake System Or In The Exhaust System (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 少なくとも1つの燃焼室と、吸気管と、スロ
ットルバルブとを有する内燃機関を駆動する方法を改善
して混合気をつねに高い精度で調整できるようにするこ
とと、この方法を実施するコンピュータプログラムなら
びに制御および調整装置を提供すること。 【解決手段】 燃焼室に割り当てられた吸気管において
吸気行程の終了時に発生する最小ガス圧を検出し、この
最小ガス圧から燃焼室の実際ガス充填量に近似した値を
求める方法と、これを実施するコンピュータプログラム
と、制御および調整装置とを構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、少なくとも1つの
燃焼室と、吸気管と、スロットルバルブとを有する内燃
機関を駆動する方法、コンピュータプログラム、ならび
に制御および調整装置とに関する。
【0002】
【従来の技術】燃料直接噴射部および/または電子式ア
クセルペダルを有する今日の内燃機関では、燃焼室に導
かれるガス量は、殊にこの燃焼室に噴射される燃料量に
も相応して決定される。これが必要であるのは殊に、燃
焼の際に形成される有害物質放出および燃料消費が最小
である混合気を燃焼室に形成するためである。ここでは
ガス量または「ガス充填量」はスロットルバルブの実際
位置から決定される。その理由は所定のスロットルバル
ブ位置においては、同様に所定のガス量だけしか燃焼室
に到達し得ないからである。
【0003】しかしながら燃焼室のガス充填量のこのよ
うな決定を行う際に問題であるのは、スロットルバルブ
それ自体が所定の許容差を有して作製されているため、
スロットルバルブが異なれば同じ角度位置では、相応す
る燃料室のガス充填量は変わってしまうおそれがあるこ
とである。したがって燃焼室に実際に発生するガス充填
量は、スロットルバルブ位置から決定したガス充填量か
ら、最初から予想できないほど異なってしまい、このた
めに最適な混合気の形成は、偶発的に設けられた「標準
スロットルバルブ」に依存してしまうことになる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、少な
くとも1つの燃焼室と、吸気管と、スロットルバルブと
を有する内燃機関を駆動する方法を改善して、混合気を
つねに高い精度で調整できるようにすることであり、か
つこの方法を実施するコンピュータプログラムならびに
制御および調整装置を提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記課題は、本発明によ
り、燃焼室に割り当てられた吸気管において吸気行程の
終了時に発生する最小ガス圧を検出し、この最小ガス圧
から、燃焼室の実際のガス充填量に近似した値を求める
ことによって解決される。
【0006】
【発明の実施の形態】本発明の方法はつぎの考察に基づ
いている。すなわち吸気バルブを有する内燃機関では、
ピストンは吸気行程のはじめに上死点にあり、引き続い
て下死点に移動する。この際にガスマスはスロットルバ
ルブの後ろで体積をつねに増しながら広がる。この結
果、圧力が低下する。下死点においては最大体積、ひい
ては最小圧力が得られる。そのすぐ後に吸気バルブが閉
じる。燃焼室ではこの時点で吸気管における圧力とほぼ
等しい圧力が発生する。ここで内燃機関の特性データを
考慮すると、この最小圧力から燃料室のガス充填量を計
算することができる。このガス充填量は実際に吸気管に
発生しているガス圧から計算されるため、ここでは、こ
のスロットルバルブを介しかつその後ろで発生する、ス
ロットルバルブの製造許容差に起因した漏えいが考慮さ
れる。したがってこの値はより精確であり、より混合気
の精度の高い評価に使用可能である。吸気管における圧
力は有利には、この吸気管に設けられた圧力センサによ
って検出される。
【0007】本発明の発展形態は従属請求項に記載され
ている。
【0008】極めて有利な発展形態ではスロットルバル
ブの実際位置から燃焼室のガス充填量を決定し、この決
定した値と、求めた値とを比較し、この比較によって、
求めたガス充填量と、決定したガス充填量との差分が許
容される領域外にあることが判明した場合、スロットル
バルブの位置を補正する。この発展形態ではすなわち、
最小ガス圧から求めたガス充填量と、スロットルバルブ
の実際位置から決定されるガス充填量とを互いに組み合
わせる。ここでは許容される領域を決定することによっ
て許容範囲が得られ、この許容範囲によって頻繁な制御
による介入が回避される。
【0009】ここでは補正は有利には、求めたガス充填
量と、決定したガス充填量との差分がゼロに等しくなる
ように行われる。これはガス充填量が最適化されること
を意味する。
【0010】この方法は殊に複数の燃焼室を有する内燃
機関に有利であり、殊につぎのような内燃機関、すなわ
ち各燃焼室または燃焼室の各グループ(例えばシリンダ
ブロック)に固有の吸気管および固有のスロットルバル
ブが割り当てられている内燃機関に有利である。このよ
うな理由から1発展形態では、固有の吸気管と、殊に固
有のスロットルバルブとを有する複数の燃焼室に対して
この方法を互いに依存しないで実施することが提案され
る。これによって個別の燃焼室に対して、または燃料室
の各グループに対して、この個別の燃焼室における実際
のガス充填量に近似した値を計算し、この燃焼室に割り
当てられたスロットルバルブの位置を補正する。このよ
うにして内燃機関の個々のシリンダの放出および消費特
性が最適化される。
【0011】スロットルバルブ位置の補正は種々のやり
方で行うことができる。1つの例は、ガス充填量を計算
する際に通常に考慮されるオフセットおよび傾きを補正
することである。このオフセットとは、スロットルバル
ブと吸気管壁との間の間隙による、およびスロットルバ
ルブと燃焼室との間のその他の漏えいによる空気漏えい
流を考慮する値のことである。上記の傾きによってスロ
ットルバルブシステムの乗算的なエラーが考慮される。
スロットルバルブの実際位置から決定した、ガス充填量
に対する値と、最小のガス圧から計算した値との間の差
分がある際には、オフセットおよび傾きが実際の状況を
最適に表していないことを前提にすることができる。こ
れは、本発明で提案されるオフセットの補正によって少
なくとも部分的に補償可能である。同じことが傾きに対
しても当てはまる。ここでこの補正は、傾き変化の点で
は乗算的に、または「オフセット」の変化の点では加算
的に行うことができる。オフセットおよび/または傾き
の補正は殊に吸気管の圧力レベルが全体的に低い時に行
われ、すなわち、スロットルバルブが比較的大きく閉じ
られている動作状態において有利である。それはこのよ
うな動作状態では、上記の漏えい流の影響が大きいから
である。
【0012】スロットルバルブ位置の制御への介入は、
圧力ベースのガス充填量に直接基づくスロットルバルブ
位置の制御に比して、最適なガス充填量がより迅速にか
つ過渡過程になしに調整できるという利点を有する。ス
ロットルバルブ位置に基づくガス充填量の計算によっ
て、ドライバの所望の変化に直ちに応答することができ
る。これに対してシリンダにおける最小圧力は、カム軸
が完全に1回転した後にしか新たに測定できない。
【0013】全体的に吸気管圧が高い時には、これも同
様に本発明の1発展形態に記載されているようにスロッ
トルバルブの制御に介入が行われる。さらにスロットル
バルブの目標値の計算にも作用することができる。これ
らの2つの手段によって決定した値と、計算した値との
差分に迅速に応答することができる。
【0014】上記の方法の精度は1実施形態においてさ
らに改善される。この実施形態でははガス充填量を計算
する際に、内部の残留ガスの分圧を考慮する。
【0015】本発明は、コンピュータプログラムにも関
しており、ここでこのコンピュータプログラムは、上記
の方法がコンピュータで実施される場合にこれを実行す
るのに有利なプログラムである。このコンピュータプロ
グラムの有利な発展形態では、これはメモリ、例えばフ
ラッシュメモリに記憶される。
【0016】最後に本発明は、例えば自動車の内燃機関
に対する制御および調整装置にも関しており、ここでこ
の内燃機関は、少なくとも1つの燃焼室と、吸気管と、
スロットルバルブとを有しており、上記の制御および調
整装置によって、スロットルバルブの実際位置から燃焼
室のガス充填量が決定される。この内燃機関の放出およ
び消費特性を改善するために提案されるのは、この制御
および調整装置が、吸気管に配置された圧力センサに接
続されており、この制御および調整装置によって実際の
ガス充填量に近似する値が最小ガスから決定されること
であり、ここでこの最小ガス圧は、この燃焼室に割り当
てられている吸気管において吸気行程の終了時に発生す
る圧力である。
【0017】制御および調整装置のこの発展形態が殊に
有利であるのは、比較によって、計算した燃焼室のガス
充填量が、決定したガス充填量におおよそ等しくならな
いことが判明した場合に、補正信号がスロットルバルブ
の位置に対して形成されることである。
【0018】最後にこのような制御および調整装置が殊
に有利であるのは、これが、複数の燃焼室と、燃焼室に
1つずつ割り当てられた複数の圧力センサおよびスロッ
トルバルブとを有する内燃機関に使用される場合であ
る。これはこの発展形態において、この制御装置が、燃
焼室に1つずつ割り当てられた複数の圧力センサに接続
されており、かつ例えば、互いに依存しない複数の補正
信号を、相応するスロットルバルブに対して形成する場
合である。
【0019】
【実施例】以下では添付した図面を参照して、本発明の
実施例を詳しく説明する。
【0020】図1では内燃機関全体に参照符号10が付
されている。この内燃機関は2つの燃焼室12および1
4を有しており、これらにはそれぞれ固有の吸気管16
ないしは18によって空気が供給される。ここでこの内
燃機関は例えば、電子式アクセルペダル(E-Gas)を有
するオットー内燃機関とすることができる。相応するピ
ストンその他は図示されていない。図1では吸気管16
ないしは18の、燃焼室12ないしは14への吸気の領
域に吸気バルブ20および22が概略的に示されてい
る。排出ガスは、排気管24および26を介して排出す
ることができ、これらの吸気管は排気バルブ28および
30を介して燃焼室12および14に接続されている。
【0021】吸気管16および18には1つずつスロッ
トルバルブ32ないしは34が配置されており、その位
置は調整モータ36ないしは38によって調整される。
スロットルバルブ32ないしは34の実際位置はそれぞ
れ、位置センサ40ないしは42によって制御および調
整装置44に伝送される。これは調整モータ36および
38を制御する。スロットルバルブ32ないしは34
と、吸気バルブ20ないしは22との間には1つずつ圧
力センサ46ないしは48が設けられており、このセン
サは、吸気管16ないしは18の圧力を、スロットルバ
ルブ32ないしは34と、吸気バルブ20ないしは22
との間で内燃機関10の動作時に検出する。圧力センサ
46ないしは48は、相応する信号を同様に制御および
調整装置44に供給する。この制御および調整装置はさ
らにアクセルペダル52の位置センサ50に接続されて
いる。
【0022】吸気管16ないしは18を通って燃焼室1
2ないしは14に流入する空気(矢印54および56)
の量は、実質的にスロットルバルブ32および34の位
置に影響される。この量の制御および調整を図2〜4を
参照して説明する。
【0023】まず制御および調整装置44によって、空
気充填量目標値rlsolが、信号に依存して計算さ
れ、ここでこの信号は制御および調整装置44がアクセ
ルペダル52の位置センサ50から得たものである。空
気充填量目標値rlsolは、2つの燃焼室12および
14で同じであり、かつ噴射すべき燃料量に対して最適
なガス充填量を表す。この量の計算はブロック58で行
われる。
【0024】空気充填量目標値rlsolに依存してス
ロットルバルブ32および34毎に充填量制御部60な
いしは62において、各スロットルバルブ32ないしは
34に対する位置に対する目標値wdks1ないしはw
dks2が決定される。目標値wdks1およびwdk
s2は位置制御器68ないしは70に供給され、これ
は、スロットルバルブ32ないしは34の調整モータ3
6ないしは38を制御する。スロットルバルブ32の実
際位置wdk1(ブロック72)ないしはスロットルバ
ルブ34の実際位置wdk2(ブロック74)は、位置
センサ40ないしは42によって検出され、位置制御器
68ないしは70に導かれる。したがって位置制御器6
8,調整モータ36および位置センサ40,ないしは位
置制御器70,調整モータ38および位置センサ42は
それぞれ制御閉ループを形成する。
【0025】スロットルバルブ32および34の実際位
置wdk1およびwdk2は、スロットルバルブベース
の充填量検出部76ないしは79にも供給され、これら
によって供給された値wdk1およびwdk2からブロ
ック80ないしは82において、燃焼室12に対する
「理論的な」実際ガス充填量rldk1および燃焼室1
4に対するrldk2が決定される。これらのガス充填
量が理論的であるというのは、このガス充填量において
はスロットルバルブ32および34の個別の許容差は考
慮されておらず、したがってこれらのガス充填量が実際
のガス充填量とは異なり得るからである。
【0026】吸気管16および18に配置された圧力セ
ンサ46および48によって連続的に、吸気管16ない
しは18に発生する圧力P1ないしはP2が決定され
る。これらは図4の曲線に相応する。図示していない最
小値形成器を介して曲線P1ないしはP2毎に最小値P
1minないしはP2minがブロック84および86
で決定される。
【0027】これらの2つの圧力P1minおよびP2
minは吸気行程の終わりの圧力であり、これらが最小
であるのは詳細にはつぎのような理由による。すなわち
吸気バルブ20ないしは22が充填交代フェーズ中に開
くと、(図示しない)ピストンは上死点にあり、引き続
いて下死点に移動する。この際にガスマスはスロットル
バルブ32ないしは34の後ろで体積をつねに増しなが
ら広がる。したがって圧力が低下する。下死点では最大
の体積、ひいては最小の圧力P1minないしはP2m
inが得られるのである。そのすぐ後に吸気バルブ20
ないしは22が閉じる。吸気管16ないしは18で測定
されるP1minないしはP2minは、極めて良好な
近似で各燃焼室12ないしは14に閉じこめられた圧力
に相応し、この圧力から充填量を計算することができ
る。
【0028】同様に図示していない計算ループにおい
て、最小圧力値P1minないしはP2minから、実
際のガス充填量に近似する相応のガス充填量rldss
1(ブロック88)ないしはrldss2(ブロック9
0)が計算される。
【0029】スロットルバルブ32の位置から決定され
た、燃焼室12におけるガス充填量rldk1(ブロッ
ク80)はつぎに比較器92において、吸気管16の最
小圧力P1minから計算したガス充填量値rldss
1(ブロック88)と比較される。2つのガス充填量r
ldk1とrldss1とが偏差する場合、ブロック9
4において、吸気管16における圧力レベルP1が全体
的に比較的低いか否かが判定される。これは例えばスロ
ットルバルブ32が比較的大きく閉じている場合であ
る。ブロック94での答えがイエスの場合、学習された
加算的な量msndko1が変更され、ここでこの量
は、スロットルバルブ32を介しスロットルバルブ32
の後ろに発生する空気漏えい流に対する尺度を表す。量
msndko1はつぎにブロック76の充填量検出部の
補正およびブロック60の充填量制御部の補正に使用さ
れる。
【0030】ブロック94における答えがノーの場合、
ブロック76の充填量検出部の乗算的な補正ないしはブ
ロック60の充填量検出部の乗算的な補正が、ファクタ
fkmsdk1(ブロック98)によって実行される。
【0031】これと同様にして別の燃焼室14に対して
も比較器100,判定ブロック102ならびに補正量m
sndko2(ブロック104)ならびにfkmsdk
2(ブロック106)が設けられている。このようにし
て同じ目標設定値rlsol(ブロック58)から得ら
れたのにもかかわらず2つの燃焼室12および14に対
して別個の目標角度wdks1ないしはwdks2がブ
ロック64および66で得られる。これらは2つのスロ
ットルバルブ32と34との許容差の違いを調整する。
【0032】この方法の流れが通常であるか否かのチェ
ックは簡単に行うことができる。すなわち圧力センサ4
6ないしは48によって供給された圧力信号は最小値に
重畳される。ここでこの最小値はブロック84および8
6のp1minないしはp2minよりも小さく、吸気
バルブ20ないしは22の閉鎖に時間的に一致しない。
ブロック76ないしは78での充填量検出によってつぎ
にブロック80ないしは82において過度に小さいrl
dk1ないしはrldk2が供給される。スロットルバ
ルブ32ないしは34の後ろのこのようにしてシミュレ
ーションされた漏えいに、システム(制御器68ないし
は70)は、それらの前に位置するスロットルバルブ3
2ないしは34を閉鎖することによって応答するはずで
ある。
【図面の簡単な説明】
【図1】2つの燃焼室を有する内燃機関のコンポーネン
トの概略図である。
【図2】図1の内燃機関を駆動する方法の概略図であ
る。
【図3】図2に示した方法の詳細な流れ図である。
【図4】図1に示した内燃機関の吸気管における圧力経
過の線図である。
【符号の説明】
10 内燃機関 12,14 燃焼室 16,18 吸気管 20,22 吸気バルブ 24,26 排気管 28,30 排気バルブ 32,34 スロットルバルブ 36,38 調整モータ 40,42 位置センサ 44 制御および調整装置 46,48 圧力センサ 50 位置センサ 52 アクセルペダル 60,62 充填量制御部 68,70 位置制御器 76,78 充填量検出部 92 比較器 rlsol 空気充填量目標値 rldk1,rldk2 理論的な実際ガス充填量 rldss1,rldss2 実際ガス充填量の近似量 wdks1,wdks2 スロットルバルブの目標位置 wdk1,wdk2 スロットルバルブの実際位置値 msndko1,msndko2 漏えい量 fkmsdk1,fkmsdk2 補正量 P1min,P2min 最小圧力
───────────────────────────────────────────────────── 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 41/18 F02D 35/00 366D (72)発明者 エルンスト ヴィルト ドイツ連邦共和国 オーバーリークシンゲ ン ヴェルナーシュトラーセ 20/6 (72)発明者 クリスティーナ エーベルレ ドイツ連邦共和国 ハルトホーフ プフォ ルツハイマー シュトラーセ 11 (72)発明者 ルッツ ロイシェンバッハ ドイツ連邦共和国 シュツツトガルト ハ ッポルトシュトラーセ 67 (72)発明者 トーマス ホッツ ドイツ連邦共和国 シュツツトガルト リ ルケヴェーク 61 Fターム(参考) 3G065 AA04 CA11 DA05 DA06 DA15 FA05 FA12 GA01 GA41 GA46 HA06 HA21 HA22 JA04 JA09 JA11 KA02 3G084 BA04 BA05 DA04 EA04 EA11 EB12 EB20 EC07 FA10 FA11 3G301 HA01 JA03 LA03 LC04 MA01 MA13 NA06 NA07 ND02 ND25 ND45 NE14 PA07Z PA11A PA11Z PF03Z

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも1つの燃焼室(12,14)
    と、吸気管(16,18)と、スロットルバルブ(3
    2,34)とを有する内燃機関(10)駆動方法におい
    て、 前記の燃焼室(12,14)に割り当てられた吸気管
    (16,18)にて吸気行程の終了時に発生する最小ガ
    ス圧を検出し、 該最小ガス圧から燃焼室(12,14)の実際ガス充填
    量(rldss1,rldss2)に近似した値を求め
    ることを特徴とする内燃機関駆動方法。
  2. 【請求項2】 スロットルバルブ(32,34)の実際
    位置(wdk1,wdk2)から燃焼室(12,14)
    のガス充填量(rldk1,rldk2)を決定し、 該決定されたガス充填量(rldk1,rldk2)
    と、前記の求めたガス充填量(rldss1,rlds
    s2)とを比較し、 当該比較によって、前記の2つのガス充填量(rldk
    1,rldss1,rldk2,rldss2)間の差
    分が、許容される領域外にあることが判明した場合、ス
    ロットルバルブ(32,34)の位置を補正する請求項
    1に記載の方法。
  3. 【請求項3】 スロットルバルブの位置を補正して、前
    記の求めたガス充填量(rldss1,rldss2)
    と、決定されたガス充填量(rldk1,rldk2)
    との差分が実質的に0に等しいようにする請求項2に記
    載の方法。
  4. 【請求項4】 前記の方法を単一の内燃機関(10)の
    複数の燃焼室(12,14)に対して互いに依存しない
    で実施する請求項1から3までのいずれか1項に記載の
    方法。
  5. 【請求項5】 漏えい値(msndko1,msndk
    o2)を補正する請求項2から4までのいずれか1項に
    記載の方法。
  6. 【請求項6】 前記漏えい値(msndko1,msn
    dko2)を、吸気管(16,18)の圧力レベルが全
    体的に低い場合にのみ補正する請求項5に記載の方法。
  7. 【請求項7】 吸気管(16,18)の圧力レベルが全
    体的に高い場合にスロットルバルブ位置の制御に作用す
    る請求項2から6までのいずれか1項に記載の方法。
  8. 【請求項8】 スロットルバルブ(32,34)の目標
    値(wdks1,wdks2)の計算に作用する請求項
    2から7までのいずれか1項に記載の方法。
  9. 【請求項9】 ガス充填量(rldss1,rldss
    2)を求める際に、内部の残留ガスの分圧を考慮する請
    求項1から8までのいずれか1項に記載の方法。
  10. 【請求項10】 内燃機関駆動方法を実施するコンピュ
    ータプログラムにおいて、 前記方法をコンピュータで実行する場合に請求項1から
    9までのいずれか1項に記載の方法を実施するのに有利
    であることを特徴とする内燃機関駆動方法を実施するコ
    ンピュータプログラム。
  11. 【請求項11】 メモリ、例えばフラッシュメモリに記
    憶されている請求項10に記載のコンピュータプログラ
    ム。
  12. 【請求項12】 例えば自動車の内燃機関(10)に対
    する制御および調整装置であって、 前記内燃機関は、少なくとも1つの燃焼室(12,1
    4)と、吸気管(16,18)と、スロットルバルブ
    (32,34)とを有しており、 前記制御および調整装置は、スロットルバルブ(32,
    34)の実際位置(wdk1,wdk2)から燃焼室
    (12,14)のガス充填量(rldk1,rldk
    2)を決定する形式の、内燃機関に対する制御および調
    整装置において、 該制御および調整装置は、吸気管(16,18)に配置
    された圧力センサ(46,48)に接続されており、 前記制御および調整装置によって、燃焼室(12,1
    4)の実際ガス充填量(rldss1,rldss2)
    に近似する値が最小ガス圧から求められ、ここで該最小
    ガス圧は、燃焼室(12,14)に割り当てられた吸気
    管(16,18)にて吸気行程の終了時に発生する圧力
    であることを特徴とする内燃機関に対する制御および調
    整装置。
  13. 【請求項13】 比較によって、燃焼室(12,14)
    の前記の求めたガス充填量(rldss1,rldss
    2)と、決定されたガス充填量(rldk1,rldk
    2)との差分が、許容される領域外にあることが判明し
    た場合、スロットルバルブ(32,34)の位置に対す
    る補正信号が形成される請求項12に記載の制御および
    調整装置。
  14. 【請求項14】 前記制御および調整装置は、燃焼室
    (12,14)に1つずつ割り当てられた複数の圧力セ
    ンサ(46,48)に接続されており、かつ例えば互い
    に依存しない複数の補正信号を相応するスロットルバル
    ブ(32,24)に対して形成する請求項12または1
    3に記載の制御および調整装置。
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