JP2004092651A - 内燃機関の制御方法および制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関を正確に制御して有害物質の排出を格段に減少させることができる、内燃機関の制御方法および制御装置を提供すること。
【解決手段】内燃機関の少なくとも１つの排出を内燃機関の排気ガスにおいて検出し、検出された排出と目標値との比較に依存して、内燃機関内の燃焼に対して影響を与える調整量を補正する、ことを特徴とする、内燃機関の制御方法を提供すること、および内燃機関の少なくとも１つの排出を排気ガスにおいて検出する少なくとも１つのセンサと、検出された排出と目標値との比較に依存して、内燃機関内の燃焼に対して影響を与える調整量を補正する手段とを有している、ことを特徴とする、内燃機関の制御装置を提供すること。
【選択図】図１

Description

　本発明は内燃機関の制御方法および制御装置に関する。

　ドイツ連邦共和国特許公開第３９２５８７７号明細書から内燃機関の制御方法および制御装置が公知である。ここでは内燃機関の特定の作動状態において、殊に内燃機関が定常作動にある場合に排気ガスの酸素濃度が目標値と比較され、目標値と実際値の差に基づいて最大許容燃料量の適応が行われる。ここでは特性マップ内に格納されている最大許容燃料量が乗法および／または加法的に修正される、ないしは特性マップ値が相応に修正される。
ドイツ連邦共和国特許公開第３９２５８７７号明細書

　本発明の課題は、内燃機関を正確に制御して有害物質の排出を格段に減少させることができる、内燃機関の制御方法および制御装置を提供することである。

　上述の課題は、内燃機関の少なくとも１つの排出を内燃機関の排気ガスにおいて検出し、検出された排出と目標値との比較に依存して、内燃機関内の燃焼に対して影響を与える調整量を補正することを特徴とする、内燃機関の制御方法によって解決される。また内燃機関の少なくとも１つの排出を排気ガスにおいて検出する少なくとも１つのセンサと、検出された排出と目標値との比較に依存して、内燃機関内の燃焼に対して影響を与える調整量を補正する手段とを有していることを特徴とする、内燃機関の制御装置によって解決される。

　排気ガスにおける内燃機関の排出（Emissionen）を検出し、検出された排出と目標値との比較に依存して、内燃機関の燃焼に影響を与える調整量を修正することによって、内燃機関を格段に正確に制御することができ、これによって有害物質の排出を格段に減少させることができる。調整量としては殊に、空気供給および／または燃料調量に影響を与える量が用いられる。

　空気の供給が調整素子を介して影響されるように構成されている。ここでこの調整素子は、例えば排気ガス再循環率ＡＲＦＲ、ターボチャージャーまたは新鮮な空気の量を絞る手段に作用する。

　燃料調量に影響を与える調整素子は本質的に、少なくとも１つの主噴射の開始および／または持続時間を定める。さらにこのような調整部は、前噴射量および後噴射量に影響を与えることが可能である。

　内燃機関の制御への介入がシリンダ固有（zylinderspezifisch）に行われるように構成される。このような方法によって個々の各シリンダの排出分担に所期のように影響を与えることができる。

　排出としては有利には、排気ガス中の窒素酸化物濃度および／またはパティキュレート濃度が検出される。

　本発明を以下で図示された実施例に基づいて説明する。

　図１には、複数のシリンダを有する内燃機関１００を制御するシステムが示されている。内燃機関１００には、空気供給領域１１０を介して空気が供給される。この空気供給領域１１０は第１の空気供給部分領域１１０ａと第２の空気供給部分領域１１０ｂとを有する。内燃機関１００の排気ガスは、排気ガス領域１２０を介して周囲に達する。この排気ガス領域１２０は、第１の排気ガス部分領域１２０ａと第２の排気ガス部分領域１２０ｂとを有する。

　空気供給領域１１０と排気ガス領域１２０とのあいだには、再循環管路１２５が配置されている。この再循環管路は調整素子１２７を有しており、この調整素子によって排気ガス再循環率ＡＲＦＲに影響が与えられる。

　空気供給領域１１０内にはコンプレッサ１３０ａが配置されている。このコンプレッサはシャフト１３０ｂを介して、排気ガス領域１２０内に配置されたタービン１３０ｃと作用接続状態にある。コンプレッサ１３０ａ、シャフト１３０ｂおよびタービン１３０ｃは排気ガスターボチャージャーを形成している。

　第２の排気ガス部分領域１２０ｂ内には、排気ガス後処理システム１５０ａが配置されている。この排気ガス後処理システムは少なくとも１つのパティキュレートフィルタおよび／または少なくとも１つの触媒コンバータを有している。

　排気ガス領域１２０には、少なくとも１つの第１のセンサ１４０が配置されている。ここでこのセンサは内燃機関の排出を検出する。第１のセンサ１４０は、出力信号ＩＰを制御装置１８０に送出する。第１のセンサ１４０を配置する様々な可能性が点で記入されている。さらに排気ガス領域１２０内には第２のセンサ１４５が配置されている。この第２のセンサは同じように排気ガス内の内燃機関１００の排出を検出する。第２のセンサ１４５は、出力信号ＩＮを制御装置１８０に送出する。有利には、排出を直接的にまたは間接的にあらわす信号を供給するセンサ１４０および１４５が使用される。

　有利には複数のシリンダを有する内燃機関１００には、燃料調整部１６０が配属される。この燃料調整部は、制御装置１８０が供給する駆動制御信号ＭＫに依存して、燃料を所定の時点で所定の持続時間にわたって調量する。

　内燃機関１００には第３のセンサ１７０が配置されている。この第３のセンサは、回転数信号Ｎを供給する。この回転数信号は制御装置１８０に供給される。制御装置１８０は、燃料調整部１６０および調整素子１２７並びに排気ガス後処理システム１５０に相応の駆動制御信号を印加する。

　タービン１３０ｃは排気ガス流によって駆動される。タービン１３０ｃは、シャフト１３０ｂを介してコンプレッサ１３０ａを駆動させる。コンプレッサ１３０ａは、第１の空気供給部分領域１１０ａを介して内燃機関１００へ流れる空気を圧縮する。第１の排気ガス部分領域１２０ａからの付加的な排気ガスは再循環管路１２５を介して、第２の空気供給部分領域１１０ｂに達する。排気ガス再循環弁として構成された調整素子１２７によって、排気ガス再循環率ＡＲＦＲが調整可能である。このような調整素子１２７の他に、排気ガス再循環の機能を保証する、および／または再循環される排気ガスの割合を制御する別の調整素子ないしは別の構成素子を設けることもできる。さらに供給される空気量を直接的に定める調整素子を設けることができる。

　排気ガス後処理システム１５０によって、周囲に達する排出は格段に削減される。排気ガス後処理システム１５０は例えば、排気ガス内に含まれているパティキュレートをフィルタリング除去するパティキュレートフィルタを有している。パティキュレートフィルタが再生される特別な作動状態においてこのようなパティキュレートは酸化ないしは燃焼される。さらに触媒コンバータ、殊に窒素酸化物の排出を削減する窒素酸化物触媒コンバータ（Stickoxidkatalysator）が設けられる。

　燃料調整部１６０によって、有利には複数のシリンダを有する内燃機関１００内への燃料噴射が制御される。有利には、実質的に内燃機関１００によって送出されるモーメントを定める少なくとも１つのシリンダ固有の主噴射の他に、付加的に少なくとも１つのシリンダ固有の前噴射および少なくとも１つのシリンダ固有の後噴射が行われる。前噴射によって主にノイズ排出が削減される。後噴射は主に、排気ガス調整（Abgaskonditionierung）に用いられ、殊に触媒コンバータないしはパティキュレートフィルタの再生作動において後噴射が行われる。

　調整素子の相応する駆動制御は有利には、有利には制御装置１８０によって行われる。制御装置はこのためセンサ１４０、１４５、１７０によって供給された信号ＩＰ、ＩＮ、Ｎないしは他の詳細には示されていないセンサ信号を評価する。

　本発明ではまず、排気ガス領域１２０内に配置された第１のセンサおよび／または第２のセンサ１４０、１４５が内燃機関１００の排出量を排気ガスにおいてシリンダ固有に検出する。第１のセンサおよび／または第２のセンサ１４０、１４５は内燃機関１００の各シリンダに対して別個に、有害物質、例えばパティキュレート、窒素酸化物、不燃焼炭化水素および／または排気ガス中の不所望の有害物質および／またはできるだけ小さい割合に調整されるべきである有害物質を検出する。

　第１および／第２のセンサ１４０、１４５は有利には、第２の排気ガス部分領域１２０ｂ内でタービン１３０ｃの後に、かつ排気ガス後処理システム前に配置される。しかし第１および／第２のセンサを、排気ガス後処理システム１１５後に配置することも可能である。このような場合には、この方法の機能性を保証するために適切な措置および素子が設けられなくてはならない。従って例えば説明した方法が次のような所定の作動状態においてのみ行われるようにすることができる。すなわち排気ガス後処理システム１５０が作用しない作動状態である。択一的に、排気ガスを排気ガス後処理システム１５０を避けて通過して導く（vorbeileitet）バイパスを設けることができる。この場合、所定の作動状態において、測定が行われている場合に、排気ガスを排気ガス後処理システム１５０を避けて通過して導く、制御可能なバイパスが設けられる。

　さらに、第１および／第２のセンサ１４０、１４５をタービン１３０ｃの前に配置することもできる。

　本発明の方法は排気ガスターボチャージャー１３０のないシステム、すなわちコンプレッサ１３０ａおよびタービン１３０ｃのないシステムにも使用することができる。さらに調整素子１２７の他に、燃機関１００に供給される空気量に影響を与えるさらなる調整素子を設けることができる。これは有利には詳細には示されていない絞り弁のことである。この絞り弁は例えば第１の空気供給部分領域１１０ａに配置される。

　本発明では、少なくとも１つの排出が第１および／第２のセンサ１４０、１４５によってシリンダ固有に検出され、最適化されていない燃焼を示す濃度値の差異がある場合、燃焼の最適化ができるだけ内燃機関１００の個々の各シリンダにおいて実行される。

　これに加えて有利には、調整量が相応に補正される。殊にこれは、燃料噴射または内燃機関１００に供給される空気量に影響を与える調整量である。相応の排出量を測定することによって燃焼時、殊に燃料調量時、空気供給時または排気ガス再循環時に不足を識別することができ、内燃機関１００の個々の各シリンダに対する調整量を相応に補正することができる。この場合にエラー領域の割り当ては、論理機能を介して行われる。この論理機能は有利には特性マップまたは、排出値の状況を分析するモデルに基づくデータに基づく。

　排出はシリンダ固有に直接的に燃焼結果であるので、例えば空気量、噴射開始および／または固体伝搬音（Koerperschall）を検出する間接的な測定と比べて公差は最小化される。本発明の方法によって排気ガス排出が格段に削減される。さらに使用されているセンサ１４０、１４５を他のタスクに使用することができる。例えばこれらのセンサ１４０、１４５は、排ガス後処理システム１５０の監視および／または調整に使用することができる。

　本発明では、入力量として少なくとも排出に関連する量が供給される倫理回路（Logik）が、燃焼が最適に行われているか否かを識別し、これと結びつく影響量がシリンダに正確に調整される。最適な特性と差異がある場合、本発明による論理回路は、上述の影響量の追従調整が実行されるべきか否かを判断してこれを実行する。このような偏差が生じている場合、センサ信号が実際値として調整部に供給され、目標値と比較される。有利には目標値は、回転数Ｎ、主噴射の開始、主噴射量、前噴射量および／または後噴射量に依存して設定される。特に有利な構成では、さらに別の作動パラメータ、例えば種々の温度および圧力値が検出される。有利にはこれは、内燃機関１００の温度および／または周辺温度である。この場合に調整部は、相応の調整素子の調整量を補正する補正値を定める。

　相応の方法が例示的に図２に示されている。既に図１に示された素子には相応の参照番号が付与されている。第１の特性マップ２００内には、パティキュレート排出に対するパティキュレート目標値ＳＰがファイルされている。第１の特性マップ２００には回転数センサ１７０の出力信号Ｎと、制御部１８０から供給される制御信号ＭＫが供給される。これらの量の他に、別の量を設けることもできる。パティキュレート目標値ＳＰは、第１の結合点２０５に達する。この第１の結合点の第２の入力側には第１のセンサ１４０の出力信号ＩＰが印加される。この第１のセンサは実施例ではパティキュレートセンサとして構成されている。２つの信号の差を形成する第１の結合点２０５の出力信号は調整部２１０にも論理回路２２０にも達する。

　窒素酸化物濃度に対する窒素酸化物目標値ＳＮが格納されている第２の特性マップ２３０には、第１の特性マップ２００と同じ信号が印加される。第２の特性マップ２３０の窒素酸化物目標値ＳＮは第２の結合点２３５に達する。この第２の結合点の第２の入力側には第２のセンサ１４５の出力信号ＩＮが印加される。この第２のセンサは実施例では窒素酸化物センサとして構成されている。

　同じように２つの信号の差を形成する第２の結合点２３５の出力信号は、論理回路２２０と調整部２１０に達する。

　有利には制御部２４０には調整部２１０の出力信号が印加される。この制御部は種々の入力量、例えば回転数Ｎおよび駆動制御信号ＭＫに依存して種々の調整素子２５０に対する駆動制御信号を形成する。このために通常は特性マップが使用される。このような特性マップＫＦは、制御部２４０内に書き込まれている。

　第１の実施例では、制御部２４０の特性マップＫＦは、調整部２１０の出力信号に依存して変化する、すなわち適応する。択一的に調整部２０１の出力信号を第３の結合点２６０において制御装置２４０の出力信号と結合させることもできる。この場合には、加法的および／または乗法的な結合が行われる。

　図示の実施例では、第１のセンサおよび第２のセンサ１４０、１４５が設けられている。ここで第１のセンサ１４０は例えばパティキュレートセンサとして構成され、第２のセンサ１４５は例えば窒素酸化物センサとして構成されている。本発明による方法は基本的には、排出量を検出する１つまたは２つ以上の相応するセンサによっても実行可能である。

　図示の実施例で論理回路２２０には調整偏差、すなわち排出値に対する目標値と実際値との偏差が供給される。択一的に論理回路に直接的に、排出を検出する１つまたは複数のセンサ１４０、１４５の信号が供給されてもよい。

　論理回路２２０は、排出が少なすぎるか否か、多すぎるか否か、または所定の領域にあるか否かを検査する。この３つの領域のうちどの領域に相応のセンサ信号があるかに依存して、相応するシリンダ固有の措置が開始される。

　これらの措置は図３の表に示されている。この表には第１のセンサ１４０としてのパティキュレートセンサと、第２のセンサ１４５としての窒素酸化物センサの関係（Verhaeltnisse）が示されている。本発明の方法はこのような２つのセンサ１４０、１４５の使用に制限されているのではなく、これらのセンサ１４０、１４５のうちの１つのセンサだけによっても実行可能である。この場合には他のセンサの信号が正常であることが基となる。さらにさらに別のセンサを設けることができる。この場合には表は相応に付け加えられる。択一的にパティキュレートセンサの代わりに、排出を検出する他のセンサ、例えば炭化水素センサを使用することもできる。

　表では段に、窒素酸化物センサとして構成された第２のセンサ１４５の状態に対する関係が記入されており、行にはパティキュレートセンサとして構成された第１のセンサ１４０の状態に対する関係が記入されている。第１の段には窒素酸化物排出が少なすぎる場合の措置が示され、最も右の段には窒素酸化物排出が多すぎる場合の措置が示され、中央の段には窒素酸化物排出が最適な場合の措置が示されている。中央の段は有利には、窒素酸化物排出の目標値に対する偏差が所定の値より小さい場合に使用される。窒素酸化物排出が窒素酸化物目標値ＳＮより所定の値だけ多い場合、すなわちこれが多すぎる場合、最も右の段に記入されている措置が実行される。窒素酸化物排出が窒素酸化物目標値ＳＮより所定の値だけ少ない場合、最も左の段に記入された措置が実行される。

　パティキュレート排出が、パティキュレート目標値ＳＰと所定の値より少なく偏差している場合には中央の行が使用される。パティキュレート排出がパティキュレート目標値ＳＰより所定の値だけ少ない場合、第１の行に記入されている措置が行われる。パティキュレート排出がパティキュレート目標値ＳＮより所定の値だけ多い場合、下の行に記入された措置が実行される。

　窒素酸化物排出もパティキュレート排出も少なすぎる場合には、制御部２４０の特性マップＫＦ内に格納された値が使用される。改善された実施例では、これらの値を負荷最適化（Verbrauchsoptimierung）の方向に変化させることもできる。すなわち例えば排気ガス再循環率ＡＲＦＲが減少される、および／または噴射開始ＳＢが早い方へ調節される。

　窒素酸化物排出の値が窒素酸化物目標値ＳＮの範囲内にあり、パティキュレート排出が少なすぎる場合、値の負荷最適化が実行される。例えば噴射開始ＳＢが早い方へ調節される。

　窒素酸化物排出が多すぎ、パティキュレート排出が少なすぎる場合には、窒素酸化物排出を減少させる措置が取られる。ここではパティキュレート排出の上昇が許される。従って例えば排気ガス再循環率ＡＲＦＲが上昇し、噴射開始ＳＢが遅い方に調節される、および／または燃料圧力Ｐが減少される。コモンレールシステムではレール圧力が減少される。

　パティキュレート排出が正常であり、窒素酸化物排出が少なすぎる場合、同じように負荷最適化が実行される。有利には噴射開始ＳＢが早い方向に調節される。

　窒素酸化物排出もパティキュレート排出も正常な場合には、全特性マップＫＦが補正なしで使用される。

　パティキュレート排出が正常であり、窒素酸化物排出が多すぎる場合、殊に排気ガス再循環率ＡＲＦＲが修正され、再循環される排気ガスの割合が上昇する。

　パティキュレート排出が多すぎ、窒素酸化物排出が少なすぎる場合、パティキュレート排出を減少させる措置が開始される。ここでは窒素酸化物排出が上昇することが甘受される。この場合には殊に、排気ガス再循環率ＡＲＦＲを制御する調整部が次のように駆動制御される。すなわち再循環される排気ガスがより少なくなり、噴射開始ＳＢが早い方に調節される、および／または前噴射時に調量される燃料量ＰＩが減少されるように駆動制御される。

　パティキュレート排出が多すぎ、窒素酸化物排出が正常である場合、殊に排気ガス再循環率ＡＲＦＲが減少される、および／または前噴射時の燃料量ＰＩが減少される。

　窒素酸化物排出もパティキュレート排出も多すぎる場合には、これは制御部１８０、２４０のエラーないしは故障に基づくものである。これは運転手に通知され、これによって運転手は工場を探すことができる。

　このような措置の他に、さらに別の措置を設けることができる。従って、排気ガス再循環率ＡＲＦＲの代わりに択一的または付加的に内燃機関１００に供給される空気量に影響を与えることができる。さらに、少なくとも１つの主噴射の開始の他に、主噴射の持続時間および／または少なくとも１つの前噴射時および／または後噴射時に調量される燃料量が影響されるのは有利である。

内燃機関の制御システムを示す概略図。

本発明による方法のブロックダイヤグラム。

表。

符号の説明

　１００　内燃機関
　１１０　空気供給領域
　１１０ａ　第１の空気供給部分領域
　１１０ｂ　第２の空気供給部分領域
　１２０　排気ガス領域
　１２０ａ　第１の排気ガス部分領域
　１２０ｂ　第２の排気ガス部分領域
　１２５　再循環管路
　１２７　調整素子
　１３０ａ　コンプレッサー
　１３０ｂ　シャフト
　１３０ｃ　タービン
　１４０　第１のセンサ
　１４５　第２のセンサ
　１５０　排気ガス後処理システム
　１６０　燃料調整部
　１７０　第３のセンサ
　１８０　制御装置
　２００　第１の特性マップ
　２０５　第１の結合点
　２１０　調整部
　２２０　論理回路
　２３０　第２の特性マップ
　２３５　第２の結合点
　２４０　制御部
　２５０　調整素子
　２６０　第３の結合点
　ＩＰ　出力信号
　ＩＮ　出力信号
　ＭＫ　駆動制御信号
　Ｎ　回転数信号
　ＫＦ　特性マップ

Claims (10)

1. 　内燃機関（１００）の制御方法であって、
   　当該内燃機関（１００）の少なくとも１つの排出を内燃機関（１００）の排気ガスにおいて検出し、
   　検出された排出と目標値（ＳＰ, ＳＮ）との比較に依存して、前記内燃機関（１００）内の燃焼に対して影響を与える調整量を補正する、
   ことを特徴とする、内燃機関の制御方法。
2. 　前記調整量は前記内燃機関（１００）への空気供給および／または燃料調量に影響を与える、請求項１記載の方法。
3. 　前記調整量は排気ガス再循環率（ＡＲＦＲ）および／または前記内燃機関（１００）に供給される空気量に影響を与える、請求項１または２記載の方法。
4. 　前記調整量は、少なくとも１つの主噴射の開始および／または持続時間および／または少なくとも１つの前噴射時に調量される燃料量および／または少なくとも１つの後噴射時に調量される燃料量に影響を与える、請求項２または１記載の方法。
5. 　排出として、排気ガス内のパティキュレート濃度および／または窒素酸化物濃度を検出する、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
6. 　前記目標値（ＳＰ, ＳＮ）は、回転数（Ｎ）、少なくとも１つの主噴射の開始、主噴射量、前噴射量および／または後噴射量に依存して設定される、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
7. 　前記調整量は作動特性量に依存して特性マップ（ＫＦ）内に格納され、
   　特性マップ値は上書き可能である、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
8. 　前記調整量は調整部（２１０）および／または制御部（２４０）によって設定可能であり、
   　当該調整部（２１０）および／または制御部（２４０）の出力量は補正される、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
9. 　複数のシリンダを有する内燃機関（１００）の少なくとも１つの排出を内燃機関（１００）の排気ガスにおいてシリンダ固有に検出し、
   　検出された排出と目標値（ＳＰ, ＳＮ）との比較に依存して、内燃機関（１００）内の燃焼に対して影響を与える調整量を内燃機関（１００）の各シリンダに対して補正する、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。
10. 　内燃機関（１００）の制御装置であって、
    　当該内燃機関（１００）の少なくとも１つの排出を排気ガスにおいて検出する少なくとも１つのセンサ（１４０, １４５）と、
    　検出された排出と目標値（ＳＰ, ＳＮ）との比較に依存して、内燃機関（１００）内の燃焼に対して影響を与える調整量を補正する手段を有している、
    ことを特徴とする、内燃機関の制御装置。

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