JP2003172197A - 内燃機関の制御方法および制御装置 - Google Patents
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Abstract
センサにより捕捉する形式の内燃機関の制御方法を改善
する。 【解決手段】 シリンダにおける燃焼室内の圧力を表す
第1の量をセンサにより捕捉する。その際、第1の量に
基づき第2の量を求める。この第2の量は変化の最大値
あるいは変化の最大値の位置を表す。そしてこの第2の
量が内燃機関動作特性量を開ループ制御および/または
閉ループ制御するために用いられる。
Description
シリンダにおける燃焼室内の圧力を表す第1の量を少な
くとも1つのセンサにより捕捉する形式の内燃機関の制
御方法および制御装置に関する。
機関の制御方法および制御装置によれば、少なくとも1
つのシリンダの燃焼室内の圧力を表す第1の量がセンサ
により捕捉される。
くはクランク角に基づき測定され、エンジン制御に利用
される。また、動作中に高分解能の圧力信号から特性量
を求める方法が知られており、この特性量は燃費や放出
物もしくはエミッションおよび乗り心地という目標量に
関してエンジンプロセスをシリンダ固有に最適化するた
めに利用される。
ンダ圧力ベースのエンジン制御装置が対象となる。典型
的な機能はピーク圧力やノッキングや燃焼の重点、燃焼
開始制御ならびにミスファイア検出である。
の時点/角度における絶対値またはそれらの相対値、圧
縮プロセスに対する差分圧力、圧力および圧力差の積
分、しかるべき動作量またはしかるべきトルク、あるい
は角度窓にわたり積分されバンドパスフィルタ処理され
た圧力経過特性が利用される。
49814号明細書
ンダにおける燃焼室内の圧力を表す量をセンサにより捕
捉する形式の内燃機関の制御方法を改善することにあ
る。
は、第1の量に基づき第2の量を求め、該第2の量は前
記第1の量の変化および/または燃焼経過特性を表し、
該第2の量に依存して内燃機関動作特性量を開ループ制
御および/または閉ループ制御することにより解決され
る。
は有利には1つまたは複数の燃焼室内の圧力である。第
2の量は有利には第1の量から導出される量である。第
2の量が第1の量の最大値および/または第1の量の変
化の最大値および/または第1の量の最大値の位置を表
すと格別有利である。また、第2の量が発熱経過特性、
燃焼経過特性、総和発熱経過特性、総和燃焼経過特性、
それらの最大値および/またはそれらの変化の最大値お
よび/またはそれらの最大値の位置を表すと有利であ
る。
いると殊に有利であり、つまり第2の量を第1の量の導
関数に基づき設定可能である。
を設定可能であると、安全に対する格別な利点が得られ
る。これにより燃焼室圧力が過度に強く上昇するのを回
避することができ、つまり内燃機関の損傷に至る可能性
のある状況が回避される。
圧力、内燃機関に供給される空気質量を表す空気量、少
なくとも1つのパイロット噴射、少なくとも1つのメイ
ン噴射および/または少なくとも1つのポスト噴射の期
間および/または開始を開ループ制御および/または閉
ループ制御すると、格別に有利である。
標値と比較し、この目標値との比較に基づき少なくとも
1つのパイロット噴射の期間および/または開始を設定
可能にすることで内燃機関動作中、パイロット噴射のき
わめて精確な補正が実現される。
中音響伝播センサおよび/またはイオン流センサの信号
および/またはそれらの信号から導出された量を、燃焼
過程を表す量の閉ループ制御に用いると有利である。
本発明について説明する。
かれている。参照符号100により内燃機関が表されて
いる。この内燃機関には少なくとも1つの圧力センサ1
20と角度センサ122が配置されている。圧力センサ
120は信号Pを供給し、この信号は内燃機関における
少なくとも1つの燃焼室内の圧力を表す。第1の実施形
態によれば1つの圧力センサだけが設けられており、こ
れは代表となる1つのシリンダ内に配置されていて、こ
のシリンダ内の圧力を表す。第2の実施形態によれば内
燃機関の各シリンダごとに1つの圧力センサが配置され
ており、これはそれぞれ個々のシリンダの燃焼室内の圧
力を表す信号を送出する。
ランクシャフトに配置されており、クランクシャフトの
角度位置に関して高分解能の角度信号Wを送出する。択
一的に角度センサを内燃機関のカムシャフトに配置して
もよい。さらに内燃機関には第1のアクチュエータ13
0と第2のアクチュエータ135が配置されている。こ
れらのアクチュエータとセンサは制御ユニット110と
接続されている。
22の信号Wは、有利には制御ユニット110のサブユ
ニットを成す評価ユニット140に供給される。評価ユ
ニット140は信号GPとWMを機能ユニット150へ
供給する。機能ユニットは第1のアクチュエータ130
へ第1の操作量Aiを供給し、第2のアクチュエータ1
35へは第2の操作量Bを供給する。第1の操作量Ai
は有利にはシリンダ固有の操作量であり、これは各シリ
ンダごとに固有に与えることができる。また、第2の操
作量はエンジン全体に及ぶ操作量であり、これは全般的
な量を制御するアクチュエータ135を制御するための
ものである。
御期間および/または駆動制御開始時点である。有利に
は、動作サイクルの噴射プロセスが複数の部分噴射に分
割される。その場合には操作量Aiは、部分噴射時間の
少なくとも1つの駆動制御期間および/または駆動制御
開始時点である。部分噴射として通常、少なくとも1つ
のメイン噴射と少なくとも1つのパイロット噴射と少な
くとも1つのポスト噴射が設けられている。メイン噴射
とパイロット噴射において殊に本発明による方法が有利
である。これらの駆動制御期間および/または駆動制御
開始時点に加えて、あるいはその代わりに、部分噴射の
噴射率経過特性を設けることもできる。この場合には時
間もしくは角度単位に基づく噴射量の経過特性を対象と
する。
ば充填圧および/または内燃機関に供給される空気量に
作用を及ぼす操作量が用いられ、これはたとえば排気ガ
ス帰還率および/または噴射圧力および/またはレール
圧力などである。
ット170の出力信号が供給され、これは機能ユニット
150と同様、やはり内燃機関の領域に配置することの
できる別のセンサ160の出力信号を処理する。この別
の機能ユニット170をたとえば、排気ガス再循環また
は上述の全般的な操作量を制御するための制御ユニット
とすることができる。
圧力経過特性が個別に燃焼室圧力センサにより捕捉され
る。択一的な実施形態によれば、代表として扱われるシ
リンダだけに圧力センサが設けられている。これら両方
の事例において、角度ポジションも勾配も計算する目的
で高分解能の角度信号Wが基準量として用いられる。択
一的に、もっぱら勾配を計算するためだけに時間を利用
することもできる。
にはエンジン制御装置の一部分である評価ユニット14
0へ供給される。このユニットの役割は特性量GPを形
成することにあり、これは有利には実際量として制御装
置へ供給され、および/または1つまたは複数の閾値と
比較することで許容値に制限される。
たは複数が求められる。すなわちそれらは圧力勾配の絶
対最大値と最大圧力勾配の角度ポジションである。殊に
有利であるのは、これに加えて圧力勾配の相対最大値お
よび/またはそれに対応する角度ポジションも求めるこ
とである。
の角度領域において行われる。このようにすることで、
たとえば種々の部分噴射への所期の割り当てを行えるよ
うになる。
実行する機能ユニット150が含まれている。1つの簡
単な実施形態によればこの機能ユニットの機能は、許容
限界値を超えたときにエラーメモリへのエントリを行う
ことであり、もしくはシリンダ圧力勾配が低減されるよ
う割り込み制御を行うことである。
部からの別の入力量を考慮することで、適切な割り込み
制御ストラテジに応じた操作量の整合調整が行われる。
また、噴射の個々の作用を捕捉する目的で、シリンダ圧
力ベースの公知の特性たとえば圧縮プロセスに対する圧
力差または個別噴射量に対する尺度としての種々の燃焼
フェーズにおける平均圧力寄与量を利用することができ
る。この点では、これまで説明してきた本発明はシリン
ダ圧力ベースの公知のエンジン制御に基づき構成されて
いる。
関の構成要素に発生する可能性のある危険を判定するた
めにさらに、シリンダ圧力の絶対値を評価に関与させる
ことができる。
しくはクランク角に基づいて微分されたシリンダ圧力信
号を考慮せず、あるいは燃焼開始識別のためにしか考慮
しない。時間および/またはクランク角に基づき微分さ
れたシリンダ圧力信号には直接的および間接的に、エネ
ルギー変換の種類およびエンジン特性に対するその作用
に関する付加的な情報が含まれており、たとえば燃焼ノ
イズやピストンリングの負担に関する情報が含まれてい
る。
よびエンジン特性に対する作用が、種々の部分噴射の量
や制御時間および/または噴射率経過特性などのような
噴射特性に依存して制御ユニット110により求めら
れ、つまりはその遵守が閉ループ制御回路において実現
される。このようにして動作中の内燃機関の最適化がさ
らに新たな目標量まで拡げられる。
について圧力信号の評価が行われ、その際、有利にはこ
のことは式dP/dWによる角度Wに関する微分もしく
は式dP/dtによる時間tに関する微分によって行わ
れる。たとえば絶対的な最大圧力勾配または複数の相対
的な最大圧力勾配およびその長さが求められる。
超えた場合、あるいは圧力勾配が所定の目標値には到達
しなかった場合、エンジン制御装置の介在調整によって
補正が行われる。この補正は開ループ制御として構成さ
れており、図2に示されているような有利な実施形態で
は閉ループ制御として構成されている。限界値監視の場
合のみ介在調整を行うときには、開ループ制御が行われ
るとよい。
力上昇によって燃焼ノイズに決定的に影響が及ぼされ、
ひいては内燃機関のノイズ放出全体にも決定的に影響が
及ぼされる。慣用のエンジン制御装置における目標値の
適用はたしかに間接的には、燃焼ノイズという目標量に
おける所定の限界値の遵守に寄与する可能性がある。し
かし個々の内燃機関はその噴射装置も含めて、様々な作
用に起因してそのようにして間接的にしか与えられない
最大圧力勾配目標量から逸脱する。それらの作用とはた
とえば、すべての許容差全体、摩耗現象や老化現象、目
標値では考慮されないまたは十分には考慮されない動作
条件などである。
るいは構造に基づく不均一な動作条件たとえば再循環排
気ガスの供給あるいは混合気の準備に作用を及ぼすスワ
ール流の形成などに起因して、圧力経過特性がたとえば
シリンダごとに異なる可能性がある。したがって慣用の
適用事例では、このようなばらつきの幅全体を安全のた
めの特別措置として考慮しなければならない。
り、前述の偏差が発生しても閉ループ制御の形式で規定
された燃焼ノイズレベルの遵守を保証することができ
る。
御が示されている。図1ですでに説明した構成要素には
対応する参照符号が付されている。評価ユニット140
は結合点に実際値GPを供給する。結合点210の第2
の入力側には、目標値設定器220により供給された目
標値GPSが加わる。結合点210の出力信号がコント
ローラ200に加えられ、さらにこのコントローラは第
1および/または第2のアクチュエータ130に駆動制
御信号Aiを加える。
定器220は動作点に依存して許容圧力勾配を設定す
る。目標値GPSと実際の圧力勾配GPとの偏差に基づ
き、コントローラ220は噴射器駆動制御信号を送出す
る。有利にはコントローラ200はパイロット噴射量を
設定する。さらに有利には圧力勾配に決定的な作用を及
ぼすパイロット噴射量を、圧力勾配が所定値を超えない
よう設定する。この値はノイズ放出によっても乗り心地
が損なわれないように、もしくは法的に定められた限界
値が遵守されるように選定される。
性が所定の目標値となるよう閉ループ制御される。つま
りパイロット噴射の期間は、その経過特性が予期される
経過特性をもつまで長くもしくは短くされる。この場
合、パイロット噴射の経過特性がじかにではなく、その
経過特性に対し良好な相関性をもつ代替量が目標値に合
わせて調整される。
小化されるよう代替量が選定される。このよなやり方に
よってエンジン動作中、エンジンおよび/または噴射シ
ステムの老化作用および/または個体のばらつきに起因
するパイロット噴射量の誤差を補正することができる。
さらにこの整合をすべての動作点に対して、つまり様々
なレール圧力、回転数および負荷に対して実行すること
ができる。
たり1つの値となるよう調整される。この閉ループ制御
における圧力勾配の目標値は、パイロット噴射量がノイ
ズ放出を制限するのに必要とされる大きさとなるよう選
定される。他方、この閉ループ制御における圧力勾配の
目標値は、できるかぎり僅かな排気ガス放出となる程度
にパイロット噴射量が小さくなるよう選定される。
噴射の経過特性を表すその他の量を用いることもでき
る。たとえば燃焼ノイズをじかに捕捉可能な固体中伝播
音響センサおよび/またはイオン流センサを使用するこ
とができる。
ン流センサを使用した場合、実際値GPとして有利に
は、クランクシャフトの所定の角度範囲内に発生する信
号が用いられる。有利にはこの場合、信号における特定
の周波数範囲だけが評価される。たとえば所定の角度範
囲および/または周波数範囲について固定中音響伝播出
力が評価される。イオン流センサの場合には有利には、
信号勾配すなわちクランクシャフトの角度位置に対する
信号の変化が用いられる。有利にはこの量は複数の測定
にわたって平均化される。
ときに発生するノイズ放出の増大とパイロット噴射量が
大きすぎるとき発生するエミッションたとえば粒子の増
大との間で、パイロット噴射量の適用にあたり生じる目
標のコンフリクトを緩和することができる。このように
して車両のノイズレベルが変わらないまま、新しい状態
と老化した状態でのエミッションのばらつきを狭めるた
めにもエミッション全体を低減させるためにも寄与させ
ることができる。したがってこのような機能はパイロッ
ト噴射の最適化を成すものである。
使用することは、やはりシリンダ圧力経過特性と噴射装
置の駆動制御時点から得られる特性「着火遅れ」などの
ような他の量と比較して有利である。それというのも圧
力勾配は、目標量であるエンジンノイズのための直接的
な尺度基準だからである。着火遅れは圧力勾配もそうで
あるにせよ、燃料の種類や圧縮終了温度や排気ガス再循
環率などのような多数の動作パラメータによって求めら
れるので、着火遅れのためにノイズ最小化という目標で
最善の状態を設定するのははるかに困難である。
と殊に有利である。つまりこの閉ループ制御により動作
中、各シリンダの個々の燃焼ごとに目標設定に整合され
るのである。
ば所定の限界値を下回ったとき、内燃機関の保護措置を
導入するのが殊に有利である。この場合、たとえば内燃
機関の機能や寿命が危うくならないよう限界値が設定さ
れる。
焼室圧力の1次導関数が入力量として用いられた。さら
にたとえばシリンダ圧力勾配の絶対最大値およびその角
度、他の相対的最大値およびその角度が評価される。
過特性から求められる少数のあるいは多数の量が燃焼ノ
イズに比例する特性として利用される。
間に基づくシリンダ圧力経過特性の最大値および/また
は高次の導関数の角度たとえば2次導関数である。
きる熱力学的特性量、たとえば発熱経過特性、燃焼経過
特性、総和発熱経過特性および/または総和燃焼経過特
性が殊に適している。
たりに燃焼により動作ガスに伝導する熱を表す。発熱経
過特性の単位は通常[J/°KW]またはそれに対応す
る換算量である。燃焼経過特性も同様の量を表す。ただ
し発熱経過特性とは異なり、燃焼経過特性には燃焼中に
解き放たれるすべての熱も含まれる。したがって燃焼経
過特性は実質的に、角度単位あたりで燃焼室壁を介して
逃げる熱の分だけ発熱経過特性よりも大きい。
性および/または燃焼経過特性は、燃焼ガスと燃料のカ
ロリーデータならびにエンジン形状データの情報を得て
所定のモデル想定を行うことでシリンダ圧力経過特性か
ら計算される。
て、総和発熱経過特性はクランク角度に基づく発熱経過
特性の積分を成す。また、総和燃焼経過特性はクランク
角度に基づく燃焼経過特性の積分を表す。
基づく上述の量たとえば発熱経過特性、燃焼経過特性、
総和発熱経過特性または総和燃焼経過特性におけるそれ
ぞれ異なる導関数たとえば1次導関数と2次導関数の最
大値および/またはその角度である。
算される。それらの量とはたとえば噴射量経過特性を表
す量であり、たとえば燃焼開始までに噴射された燃料質
量または噴射経過特性の最大値などである。発熱経過特
性の最小値の絶対値は、燃焼開始までに噴射された燃料
質量に対する簡単な尺度を成す。
考察を含むモデルを用いることによって求められる。最
も重要な測定量はシリンダ圧力である。たとえば燃焼室
への質量流入に相応する燃焼室への燃料の取り込みと動
作ガスからの熱の排出に相応する後続の気化がモデリン
グされない場合、シリンダ圧力経過特性から計算される
燃焼経過特性は噴射開始時に固有の最小値を示すことに
なる。
ネルギー値がそれに比例する噴射質量ΔmBに換算され
る。|QBmin|=ΔmB*r、ここでrは燃料の固
有の気化熱である。
みと気化に対するサブモデルも含まれる場合には測定量
として、噴射経過特性の再構成を可能にするデータが必
要とされる。コモンレールシステムの場合であれば、少
なくともレール圧力と駆動制御期間とを噴射システムの
幾何学的パラメータによって補うかたちで考慮すべきで
ある。全体的にまたは部分的にノック制御される噴射シ
ステムであれば、レール圧力の代わりに回転数を考慮す
べきである。両方の事例とも、測定量として燃料温度を
考慮するのが有利である。
ック図である。
Claims (15)
- 【請求項1】 少なくとも1つのシリンダにおける燃焼
室内の圧力を表す第1の量を少なくとも1つのセンサに
より捕捉する形式の内燃機関の制御方法において、 前記第1の量に基づき第2の量を求め、該第2の量は前
記第1の量の変化および/または燃焼経過特性を表し、
該第2の量に依存して内燃機関動作特性量を開ループ制
御および/または閉ループ制御することを特徴とする内
燃機関の制御方法。 - 【請求項2】 前記第2の量を第1の量の導関数に基づ
き設定する、請求項1記載の方法。 - 【請求項3】 前記第2の量と閾値との比較に依存して
調整量を設定する、請求項1記載の方法。 - 【請求項4】 前記第2の量と目標値との比較に依存し
て調整量を設定する、請求項1記載の方法。 - 【請求項5】 前記第2の量に依存して少なくとも1つ
の部分噴射の期間および/または開始を開ループ制御お
よび/または閉ループ制御する、請求項1から4のいず
れか1項記載の方法。 - 【請求項6】 前記第2の量に依存して充填圧を開ルー
プ制御および/または閉ループ制御する、請求項1から
4のいずれか1項記載の方法。 - 【請求項7】 前記第2に量に依存してレール圧力を開
ループ制御および/または閉ループ制御する、請求項1
から4のいずれか1項記載の方法。 - 【請求項8】 前記第2の量に依存して、内燃機関へ供
給される空気質量を表す空気量を開ループ制御および/
または閉ループ制御する、請求項1から4のいずれか1
項記載の方法。 - 【請求項9】 前記第2の量に依存して少なくとも1つ
のパイロット噴射、少なくとも1つのメイン噴射および
/または少なくとも1つのポスト噴射の期間および/ま
たは開始を開ループ制御および/または閉ループ制御す
る、請求項1から4のいずれか1項記載の方法。 - 【請求項10】 前記第2の量は、前記第1の量の最大
値および/または前記第1の量の変化の最大値および/
または前記第1の量の最大値の位置を表す、請求項1か
ら9のいずれか1項記載の方法。 - 【請求項11】 前記第2の量として発熱経過特性、燃
焼経過特性、総和発熱経過特性および/または総和燃焼
経過特性を少なくとも前記第1の量に基づき求める、請
求項1から10のいずれか1項記載の方法。 - 【請求項12】 前記第2の量は発熱経過特性、燃焼経
過特性、総和発熱経過特性および/または総和燃焼経過
特性の最大値および/または最大値の変化および/また
は最大値の位置を表す、請求項11記載の方法。 - 【請求項13】 燃焼経過特性を表す量を求める形式の
内燃機関の制御方法において、 前記量を目標値と比較し、該目標値との比較に基づき少
なくとも1つのパイロット噴射の期間および/または開
始を設定することを特徴とする内燃機関の制御方法。 - 【請求項14】 前記燃焼経過特性を表す量として第2
の量および/または固体中音響伝播センサおよび/また
はイオン流センサの信号またはこれらの信号から導出さ
れる量を用いる、請求項13記載の方法。 - 【請求項15】 少なくとも1つのシリンダにおける燃
焼室内の圧力を表す第1の量を少なくとも1つのセンサ
により捕捉する形式の内燃機関の制御装置において、 前記第1の量に基づき第2の量を求める手段が設けられ
ており、該第2の量は前記第1の量の変化および/また
は燃焼経過特性を表し、該第2の量に依存して内燃機関
動作特性量を開ループ制御および/または閉ループ制御
することを特徴とする内燃機関の制御装置。
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