JP2004508483A - 成層燃焼モードにおいてガソリン直接噴射が行われる内燃機関における再生ガスの燃料含有量を突き止める方法 - Google Patents

Abstract

リーン（成層）燃焼モードにおいてガソリン直接噴射が行われる内燃機関における燃料蒸気一時蓄積器の再生の際に再生ガスの燃料含有量を突き止める方法であって、蓄積された燃料蒸気を内燃機関に再生ガスとして制御可能なタンク換気弁を介して供給しかつ再生ガスの燃料含有量を突き止めるために、内燃機関の排気ガス中の排気ガスセンサの信号が考慮されるという形式の方法において、タンク換気弁が閉鎖されている場合には、排気ガスセンサの信号を補正量と結合して、該結合の結果が目標値に相応するようにし、タンク換気弁が開放されている場合には、排気ガスセンサの信号を同じ手法においてその前に得られた補正量と結合し、かつ再生ガスのローディングを前記結合の結果から突き止める。

Description

【０００１】
従来の技術
本発明はガソリン直接噴射が行われる内燃機関におけるタンク換気の技術分野に関する。
【０００２】
ガソリン直接噴射が行われる機関は、運転モード成層燃焼モードにおいても運転モード均質燃焼モードにおいても運転することができる。
【０００３】
ＤＥ１９８５０５８６号から、２つの運転モード間の切換を制御する機関制御プログラムが公知である。
【０００４】
成層燃焼モードにおいて機関は著しく層状化されたシリンダチャージおよび高い空気過剰率によって運転されて、燃料消費量ができるだけ低くなるようにしている。このような層状化されたチャージは遅めの燃料噴射によって実現される。これにより理想の場合には燃焼室が２つのゾーンに分割されることになる：第１のゾーンは点火プラグに燃焼可能な空気燃料混合気雲を含んでいる。このゾーンは第２のゾーンによって取り囲まれる。これは空気と残留ガスとから成るアイソレーション層でできている。消費量を最適化できるのは、機関をほぼ絞らずにして運転させることができるということにある。つまりこの場合にはチャージ変化持の損失は回避される。成層燃焼モードは負荷が比較的低い場合には好適である。
【０００５】
出力最適化の方が重視される、負荷が比較的高い場合には、機関は均質な四隣充填で運転される。均質シリンダ充填は吸入行程期間の早めの燃料噴射から生じる。結果として燃焼までに混合気形成のために比較的大きな時間を使用することができる。この運転モードが出力最適化できるゆえんは例えば、燃焼可能な混合気を充填するために全体の燃焼室体積を利用することである。
【０００６】
車両の燃料タンクには、燃料温度、燃料種類および圧力状態に応じて、単位時間当たりに種々異なった量の燃料蒸気が生じる。この燃料蒸気をまず活性炭フィルタに蓄積しかつそれから内燃機関の運転中制御可能なタンク換気弁を介して空気と混合させて機関燃焼のために供給することが既に公知である。これにより、活性炭フィルタは続く燃料蒸気を再び収容できるようになる（再生される）。空気と混合された燃料蒸気は再生ガスと称される。タンク換気弁を介して流れる燃料流の補償のために、噴射弁を介して流れる燃料流が低減される。この関係において吸気管噴射が行われる機関に対してＤＥ３８１３２２０号から、再生ガスの燃料含有量に対する尺度となる量ＦＴＥＡＤを制御装置が分かっている量、例えば噴射弁を介する燃料流、タンク換気弁が開放している場合の再生ガスの量、機関の吸入空気量および排気ガスセンサの信号から学習することが公知である。学習されたこの量は噴射弁を介する燃料流をタンク換気弁を介する燃料流を鑑みて低減させるという調整のために用いて、全体の燃料／空気混合気の組成をコントロールしようというものである。機関が吸気管噴射で運転される場合、機関が運転モード均質燃焼においてガソリンが直接噴射されて運転される場合と同様に、混合気による燃焼室の均質充填が発生する。それ故にこの運転モードに対しては、吸気管噴射の領域から公知であるようなタンク換気制御が適用可能である。
【０００７】
これに対して機関が運転モード成層燃焼においてガソリンが直接噴射されて運転される場合、タンク換気弁が開放されているときには全体の燃料／空気混合気のコントロールの際に障害が発生することが分かっている。
【０００８】
本発明は、このような障害を取り除き、ひいてはタンク換気の、成層燃焼モードにおける混合気組成に及ぼす影響の予測能力を高めることである。
【０００９】
目的とする作用効果は請求項１の特徴部分に記載の構成によって達成される。
【００１０】
詳細には、リーン（成層）燃焼モードにおいてガソリン直接噴射が行われる内燃機関における燃料蒸気一時蓄積器の再生の際に再生ガスの燃料含有量を突き止める方法であって、蓄積された燃料蒸気を内燃機関に再生ガスとして制御可能なタンク換気弁を介して供給しかつ再生ガスの燃料含有量を突き止めるために、内燃機関の排気ガス中の排気ガスセンサの信号が考慮されるという形式の方法において、本発明によれば、タンク換気弁が閉鎖されている場合に、排気ガスセンサの信号と前以て与えられた目標値との間の調整を行い、ここで排気ガスセンサの信号がタンク換気弁が閉鎖されている場合に補正量と結合されて、該結合の結果が前記目標値に相応するようにされかつタンク換気弁が開放されている場合に、排気ガスセンサの信号を同じ手法においてその前に得られた補正量と結合しかつ再生ガスのチャージ状態（Ｂｅｌａｄｕｎｇ）を前記結合の結果から突き止めるというステップを有していることを特徴とする方法である。
【００１１】
本発明は、成層燃焼モードにおいては、測定されるλ値は物理的に存在するλ値から著しく偏差している可能性があるという認識に基づいている。原因として、センサの個体ばらつき、エージング効果およびセンサ加熱が閉ループ制御されていない場合に成層燃焼モードにおいて著しく変動する排気ガス温度が考えられる。どの原因が存在しているかに無関係に、いずれにせよセンサ信号と実際に存在しているλ値との間が偏差するという問題が生じる。
【００１２】
本発明の解決法によれば、タンク換気弁が閉鎖されていて成層燃焼モードにあるときにセンサ信号の調整を行うようにしている。これによりセンサ信号は絶対λ値から減結合される。それからタンク換気弁が開放されているときには再生ガス影響が加わってくるので、この影響はセンサ信号の相対的な変化から突き止めることができる。
【００１３】
本発明の実施形態によれば、排気ガスセンサの信号から、測定されたλ値（Ｌａｍｂｄａｍｅｓｓ）を形成しかつ該測定されたλ値の、調整係数と、λ値目標値（Ｌａｍｂｄａｓｏｌｌ）の、値１からの差とから成る積からの差を求めかつ積分するようにしている。
【００１４】
別の実施形態は、調整係数は安定状態において平均商（Ｌａｍｂｄａｍｅｓｓ−１）／（Ｌａｍｂｄａｓｏｌｌ−１）に相応することによって特徴付けられている。
【００１５】
この関数により、λ値の変動が調整過程の機関の積分プロセスにより平均化され、ひいては調整係数が歪みを受けないという利点が得られる。
【００１６】
別の実施形態によれば、実際のλ値をタンク換気弁が開放している作動状態においては次の式：
実際のλ値＝（１／調整係数）＊（Ｌａｍｂｄａｍｅｓｓ−１）＋１
により突き止めるようにしている。
【００１７】
別の実施形態によれば、内燃機関の動作点が移動するまたは所定の周囲条件が変化する場合に成層燃焼モードにおいて新しい調整を実施するようになっている。
【００１８】
別の実施形態によれば、機関が運転される周囲温度および高度が上に述べた周囲条件であるようになっている。。
【００１９】
別の実施形態は、動作点移動はλ目標値の最小変化として定義されていることによって特徴付けられている。
【００２０】
別の実施形態によれば、積分器入力側が予め決められているしきい値を下回っているとき、調整は終了される。
【００２１】
本発明は上に述べた方法および実施形態の少なくとも１つを実施するための電子的な制御装置にも向けられている。
【００２２】
次に本発明を図示の実施例につき図面を用いて詳細に説明する。
【００２３】
図１は本発明の技術分野を示しかつ図２は本発明の実施例を機能ブロックの形において示している。
【００２４】
図１の１は内燃機関のシリンダの燃焼室を表している。入口弁２を介して空気の燃焼室への流れが制御される。空気は吸気管３を介して吸入される。吸気量は絞り弁４を介して調節される。絞り弁は制御装置５によって制御される。制御装置には、運転者のトルク希望、例えば走行ペダル６の位置に関する信号、回転数発生器７からの機関回転数ｎに関する信号および空気量測定器８からの吸入された空気量ｍｌに関する信号および排気ガスセンサ１６からの排気ガス組成および／または排気ガスセンサ１６からの排気ガス温度に関する信号Ｕｓが供給される。排気ガスセンサ１６は例えばλセンサであってよい。λセンサのネルンスト電圧または、センサタイプに応じてはそのポンプ電流が排気ガス中の酸素含有量を表している。排気ガスは少なくとも１つの触媒器１５を通され、触媒器において排気ガスから有毒物質がコンバートされおよび／または一時的に蓄積される。
【００２５】
これらの入力信号および場合によっては、吸入空気温度および冷却媒体温度などのような、内燃機関の別のパラメータに関する別の入力信号から、制御装置５は操作部材９により絞り弁角度ａｌｐｈａを調整設定しかつ機関の燃焼室における燃料を調量する燃料噴射弁１０を駆動制御するための出力信号を形成する。更に制御装置によって点火装置１１を介する点火のトリガが制御される。
【００２６】
絞り弁角度ａｌｐｈａおよび噴射パルス幅ｔｉは所望のトルクを実現するために相互に調整適合調整すべきである重要な操作量である。トルクに影響を及ぼすための別の重要な操作量はピストン運動に対して相対的な点火の角度位置である。トルクを調整設定するための操作量の決定は、ＤＥ１９８５１９９０号の対象であり、その内容は本明細書に取り込まれたものとする。
【００２７】
更に、制御装置はタンク換気１２並びに燃焼室における燃料／空気混合気の効果的な燃焼を実現するための別の機能を制御する。燃焼から結果生じるガス力は、ピストン１３およびクランク機構１４によってトルクに変換される。
【００２８】
タンク換気装置１２は活性炭フィルタ１５から成っている。該フィルタは、相応の線路ないし接続部を介してタンク、周囲空気および内燃機関の吸気管とつながっており、その際吸気管に通じている線路にタンク換気弁１６が配置されている。
【００２９】
活性炭フィルタ１５はタンク５において蒸発された燃料を蓄積する。タンク換気弁１６が制御装置６によって開放制御されている場合、周囲１７から空気が活性炭フィルタ１５を通って吸入される。活性炭フィルタは蓄積されている燃料を空気に送出する。タンク換気混合気または再生ガスとも称されるこの燃料空気混合気は、内燃機関に全体として供給される混合気の組成に影響を及ぼす。混合気における燃料成分はその他に、燃料調量装置１０を介する燃料の調量によって一緒に決定される。燃料調量装置１０を介する燃料の調量は吸入された空気量に整合されるようになっている。その際タンク換気システムを介して吸入される燃料は極端な場合には総燃料量の約１／３ないし１／２の成分に相応している可能性がある。
【００３０】
図２には、本発明の方法の機能ブロックが表示されている。
【００３１】
まず、タンク換気弁が閉じられていることおよび定常的な作動状態であるものとして話を進める。
【００３２】
ブロック２．１は測定されたλ値を用意する。λ値は排気ガスセンサの信号Ｕｓから取り出される。ブロック２．２は内燃機関によって消費される混合気全体の組成λに対する目標値を用意する。ブロック２．３においてこの目標値の、１からの偏差の形成が行われる。この差はブロック２．４において調整係数と結び付けられる。ブロック２．６において、測定されたλ値の、値１からの差の形成が行われる。ブロック２．５において、測定されたλ値のこの差の、調整係数とλ目標値の、値１からの差とから成る積からの偏差が求められる。この偏差は積分器２．７に供給される。ブロック２．８は、調整が行われる動作点の近傍における動作点に対する補正値を供給する。上に述べたように定常的な作動状態であるとすれば、ブロック２．８は値１を供給するので、積分器２．７の出力値はブロック２．９ないし２．１１における結合の事象によって何ら変化されない。
【００３３】
この場合積分器の出力値は直接調整係数としてフィードバックされかつ所望されるλ目標値と結合される。
【００３４】
この構成は次のような機能を果たす：
調整係数と所望されるλ値の、値１からの偏差とから成る積が測定されたλ値の、１からの偏差より小さい場合には、積分器入力側は正でありかつ積分器出力側は増加する。これにより、調整係数は増大される。これにより上に説明した積は増大する。結果としてこの積の、測定されたλ値の、１との偏差からの距離は縮小される。積分器入力は小さくなる。積分器出力は比較的緩慢に増大する。
【００３５】
積分器出力が大きくなりすぎると、フィードバックにより積分器入力側の極性が変化しかつ積分器出力は続いて再び縮小される。
【００３６】
このために、安定状態における適合係数はいわば平均商（Ｌａｍｂｄａｍｅｓｓ（λ測定値）−１）／（Ｌａｍｂｄａｓｏｌｌ（λ目標値）−１）に相応することになる。
【００３７】
この機能により、Ｌａｍｂｄａｍｅｓｓ の変動が調整過程の期間に積分プロセスにより平均化され、従って調整係数に歪みを与えることがないという利点が得られる。
【００３８】
タンク換気弁が開放されている作動中、実際のλ値は次の式によって突き止めることができる：
実際のλ値＝（１／調整係数）＊（Ｌａｍｂｄａｍｅｓｓ−１）＋１
実際のλ値は総空気量と総燃料量との商に比例している。
【００３９】
総空気量は、絞り弁を介して流れる空気量と、タンク換気からの再生ガスにおける空気成分とから組み合わされて成っている。再生ガスにおける空気成分は再生ガス量にほぼ相応している。これは吸気管圧力および駆動制御オンオフ比のような、制御装置において既知の量から導出可能である。それ故に空気成分は分かっている。同じことは、絞り弁を介して流れる空気量に対しても当てはまる。この空気量は例えばサーミスタフィルム式空気質量測定器によって検出することができる。噴射弁を介して流れる燃料量は制御パルス幅と燃料系における圧力とから、すなわち既知の量から導出可能である。
【００４０】
それ故にタンク換気の燃料成分は本発明に方法により成層燃焼モードにおいても測定されたλ値から調整係数を用いて突き止めることができる。
【００４１】
ブロック２．１２ないし２．１７は調整のトリガのための構成を表している。成層燃焼モードにおける新しい調整は、内燃機関の動作点が移動しまたは所定の周囲条件が変化すると実施される。この種の周囲条件の例は、例えば吸入空気温度検知器によって用意することができる周囲温度および機関が運転される高度である。この高度に関する情報は今日の機関制御部には存在している。それは例えば、周囲圧検知器の信号から求められまたは負荷検出（吸入空気量、シリンダ充填）から計算される。動作点移動は例えばλ目標値の、例えば０．３の最小値分の最小変化として定義される。この条件の１つが生じると、ブロック２．１２はフリップフロップ２．１３を介してブロック２．１４においてタンク換気弁の閉鎖および積分器２．７のスタートをアクティブにする。
【００４２】
調整の終了はブロック２．１５ないし２．１７によって識別される。ブロック２．１５はしきい値ＤＬＡＭＳＣＥを用意しかつ２．１６は積分器入力側の正の絶対値を供給する。この絶対値がこのしきい値を下回ると、このことはブロック２．１７において検出されかつタンク換気弁に対する閉鎖命令がフリップフロップ２．１３のリセットにより取り消される。
【００４３】
ブロック２．８ないし２．１１により、今述べた意味における動作点移動としては認められない小さなλ目標値変化を考慮することができる。
【００４４】
センサ電圧とλ値との間の関係は普通線形ではない。
【００４５】
それ故にλ値目標値変化（動作点移動）が比較的大きい場合には新たな調整が行われる。λ値目標値変化が比較的小さい場合にはブロック２．７は補充的に補正量を送出する。このことは例えばＵｓと調整された動作点の周囲におけるＬａｍｂｄａｓｏｌｌ（λ値目標値）との間の関係を計算上線形化することに基づいて行われる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の技術分野を示すブロック線図である。
【図２】
本発明の実施例を示す機能ブロック図である。

Claims (9)

1. リーン（成層）燃焼モードにおいてガソリン直接噴射が行われる内燃機関における燃料蒸気一時蓄積器の再生の際に再生ガスの燃料含有量を突き止める方法であって、
   蓄積された燃料蒸気を内燃機関に再生ガスとして制御可能なタンク換気弁を介して供給しかつ
   再生ガスの燃料含有量を突き止めるために、内燃機関の排気ガス中の排気ガスセンサの信号が考慮される
   という形式の方法において、
   タンク換気弁が閉鎖されている場合に、排気ガスセンサの信号と前以て与えられた目標値との間の調整を行い、ここで排気ガスセンサの信号がタンク換気弁が閉鎖されている場合に補正量と結合されて、該結合の結果が前記目標値に相応するようにされかつタンク換気弁が開放されている場合に、排気ガスセンサの信号を同じ手法においてその前に得られた補正量と結合しかつ
   再生ガスのチャージングを前記結合の結果から突き止める
   ことを特徴とする方法。
2. 排気ガスセンサの信号から、測定されたλ値（Ｌａｍｂｄａｍｅｓｓ）を形成しかつ
   該測定されたλ値の、調整係数と、λ値目標値（Ｌａｍｂｄａｓｏｌｌ）の、値１からの差とから成る積からの差を求めかつ積分する
   請求項１記載の方法。
3. 調整係数は安定状態において平均商（Ｌａｍｂｄａｍｅｓｓ−１）／（Ｌａｍｂｄａｓｏｌｌ−１）に相応する
   請求項２記載の方法。
4. 実際のλ値をタンク換気弁が開放している作動状態においては次の式：
   実際のλ値＝（１／調整係数）＊（Ｌａｍｂｄａｍｅｓｓ−１）＋１
   により突き止める
   請求項２記載の方法。
5. 内燃機関の動作点が移動するまたは所定の周囲条件が変化する場合に成層燃焼モードにおいて新しい調整を実施する
   請求項１記載の方法。
6. 機関が運転される周囲温度および高度が前記の周囲条件である
   請求項５記載の方法。
7. 動作点移動はλ目標値の最小変化として定義されている
   請求項５記載の方法。
8. 積分器入力が予め決められているしきい値を下回っているとき、調整を終了する
   請求項２記載の方法。
9. 請求項１から８までのいずれか１項記載の方法の少なくとも１つを実施するための電子制御装置。

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