JP2004518865A - 内燃機関の動作を制御する方法および装置 - Google Patents

内燃機関の動作を制御する方法および装置 Download PDF

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Abstract

本発明は、完全可変バルブ機構をもつ吸気バルブと排気バルブを有するシリンダを備えた内燃機関の制御装置ならびに制御方法に関する。本発明の制御装置によればエンジン制御装置は外気充填量、内部残留ガス充填量、トルク低減量、EGR制御ストラテジおよび充填ストラテジに関して目標値を求める。さらに伝送装置が設けられており、この装置はエンジン制御装置により求められた目標値をクランク角に同期させてバルブ制御装置へ伝送する。バルブ制御装置はエンジン制御装置により求められた目標値に基づき、内燃機関のシリンダにおける吸気バルブと排気バルブの完全可変バルブ機構を制御する。

Description

【0001】
本発明は、少なくとも1つの吸気バルブと少なくとも1つの排気バルブをもちシリンダ固有に制御可能な完全可変バブル機構の設けられた少なくとも1つのシリンダを備えた内燃機関のための制御装置に関する。さらに本発明は、少なくとも1つの吸気バルブと少なくとも1つの排気バルブをもちシリンダ固有に制御可能な完全可変バルブ機構の設けられた少なくとも1つのシリンダを備えた内燃機関の動作を制御する方法に関する。
【0002】
慣用の内燃機関は、決められたバルブリフトカーブでエンジンバルブを制御するために1つまたは複数のカムシャフトを有している。この場合、カムシャフトのデザインによりエンジンバルブのバルブリフトカーブが決まる。しかしながら内燃機関の吸気バルブおよび排出バルブのための固定的に定められたバルブリフトカーブによっても、内燃機関の最適な動作をいかなる動作状態でも可能にするわけではない。それというのも一般に種々の内燃機関動作状態によりそれぞれ異なるバルブリフトカーブが必要とされるからである。
【0003】
固定的に定められたバルブリフトカーブゆえに内燃機関におけるシリンダのガス交換制御は制限されたかたちでしか実現できず、あらゆる動作状態について最適化することはできない。ここでガス交換とは排気ガスを燃焼室から押し出し、内燃機関シリンダにおける燃焼室を場合によっては付加された燃料とともに外気で充填し、動作状態や内燃機関の形式に従い先行の燃焼における帰還残留ガスによって充填することである。
【0004】
内燃機関のシリンダにおけるガス交換を可変に制御する目的で、吸気バルブと排気バルブのための種々の完全可変バルブ機構が提案されてきた。完全可変バルブ機構であるとエンジンバルブプロセスがフレキシブルになる。つまり、シリンダ内に供給される外気および残留ガスの量が吸気バルブと排気バルブの開閉時点および/または開閉速度および/または行程の変更により制御されることになる。完全可変バルブ機構としてたとえば、電磁バルブコントロールEMVSおよびエレクトロハイドロリックバルブコントロールEHVSが知られている。さらにたとえばVANOSなどのように、行程制御と組み合わせられた機械的な完全可変バルブ機構も知られている。
【0005】
EMVSやEHVSの場合、内燃機関の作動のためにカムシャフトを設ける必要はない。したがって調整ダイナミクスすなわち吸気バルブと排気バルブの開閉時間、開放行程ならびに開放速度を変化させることのできる度合いは、吸気バルブと排気バルブならびに対応するバルブ調整器の機械的な構成によってしか制約されないからである。つまりこのことは、着目している1つのシリンダの各動作サイクルごとに着目中のシリンダのガス充填を、点火順序においてそのシリンダの前に位置するシリンダのガス充填とは無関係に調整できることを意味し、また、先行の動作サイクルにおけるそのシリンダのガス充填とは無関係に調整できることを意味する。
【0006】
一般に完全可変バルブ機構を備えた内燃機関のための制御装置はエンジン制御装置とバルブ制御装置を有しており、これらはたとえばCANバスなどのようなソフトウェアバスシステムと接続されている。エンジン制御装置においてたとえばクランク角センサ、ラムダセンサ、サーミスタフィルム形空気質量センサ、吸気管圧力センサの出力信号に基づき、スロットルバルブ、噴射バルブ、点火プラグのための制御信号ならびにバルブ制御装置のための制御信号が求められる。バルブ制御装置のための制御信号はソフトウェアバスシステムを介してバルブ制御装置へ伝送される。そしてバルブ制御装置は制御信号を吸気バルブと排気バルブの開閉時点、吸気バルブと排気バルブの開放行程ならびに吸気バルブと排気バルブの開閉速度に変換する。これらの制御装置においてソフトウェアバスを介して伝送されるデータ量は、回転数が高いときに負荷交番過程を伴う動作状態において非常に多い。したがってソフトウェアバスシステムを十分に大きくしなければならず、通常の動作状態のためには必然的に過度に大きくなる。
【0007】
図6には、目標トルク実現のためシリンダの望ましい外気充填量を計算する様子を示すモデルが描かれており、これはたとえば Bosch エンジン制御装置ME7で使用される。内燃機関の目標トルクmisollと回転数nmotを入力量として用いることで、目標ラムダ効率etalamsollと望ましい点火角効率を考慮してシリンダ充填量に関する特性マップからシリンダの目標充填量が計算される。望ましい充填量rlwunschは、0゜Cにおいて1.013mbの外気でシリンダの行程容積を充填したときに100%となるよう標準化される。入力値misollは引き起こされるトルクの目標値であり、これは100%の外気による充填、ラムダ値λ=1.0および最適な点火角のときに100%となるよう標準化されている。入力値nmotは内燃機関の回転数を表す。
【0008】
まえもって定められた目標トルク実現のためシリンダの望ましい外気充填量を算出するための図6に描かれている計算モデルは現在、スロットルバルブを備えた内燃機関において使われる。完全可変バルブ機構を備えた内燃機関にとってこのような計算モデルでは不十分である。
【0009】
したがって本発明の課題は、簡単な構造をもつ完全可変バルブ機構を備えた内燃機関のための制御装置ならびに完全可変バルブ機構を備えた内燃機関の動作を制御する簡単な方法を提供することにある。
【0010】
本発明によればこの課題は、請求項1記載の特徴を備えた制御装置ならびに請求項10の特徴を備えた方法により解決される。
【0011】
従属請求項には本発明の有利な実施形態が示されている。
【0012】
次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施例について説明する。
【0013】
図1は、完全可変バルブ機構を備えた内燃機関の1つのシリンダを略示することで本発明の制御装置の1つの実施例を示す図である。
【0014】
図2は、バルブ調整器を示す図である。
【0015】
図3は、吸気バルブと排気バルブの種々のバルブリフトカーブおよび噴射バルブと点火コイルの制御信号経過特性をクランク角を表す軸上に示す図である。
【0016】
図4は、図1のエンジン制御装置の1つの実施例を示す図である。
【0017】
図5は、図1によるエンジン制御装置とバルブ制御装置との間のデータ伝送について説明するダイアグラムである。
【0018】
図6は、引き起こされる目標トルクをラムダ効率と点火角効率を考慮して望ましい外気充填量へ公知のやり方で換算する様子を示す図である。
【0019】
以下の実施例の説明は、吸気管噴射形であり完全可変バルブ機構を備えた4サイクルオットーエンジンに係わる。また、バルブ時間設定に係わるすべての記載は、この実施例の4シリンダオットーモータに関連づけられている。本発明をn個のシリンダを備えた内燃機関に適用する場合には、記載された時間設定が相応にずらされる。
【0020】
図1には本発明による制御装置の実施例が示されており、そこには完全可変バルブ機構を備えた内燃機関のシリンダが描かれている。図1には内燃機関1の1つのシリンダだけが示されている。参照符号2によりシリンダのピストンが表されており、これはコンロッド3を介して略示されたクランクシャフト4と接続されている。ピストン2によってシリンダ燃焼室が区切られている。クランクシャフト4にはクランク角センサ6が配置されており、これはクランクシャフト4のクランク角を捕捉して相応の出力信号を送出する。
【0021】
シリンダの燃焼室には点火プラグ5が配置されている。シリンダ燃焼室には吸気バルブ7を介して外気を充填することができ、排気バルブ8を介して燃焼室を排気することができる。吸気バルブ7は、シリンダの吸気開口部が吸気バルブ7の位置に応じて閉じたり開いたりするように配置されている。また、排気バルブ8は、シリンダの排気開口部が排気バルブ8の位置に応じて閉じたり開いたりするように配置されている。内燃機関1動作時の空気流は吸気管13から吸気開口部を通ってシリンダ燃焼室へ流入し、排気開口部を通ってシリンダ燃焼室から流出する。
【0022】
参照符号11はハイドロリックチャンバ11を表し、これはたとえばコモンレールとして構成されており、ハイドロリック接続管を介してバルブ調整器9,10と接続されている。ハイドロリックチャンバ11内で圧力の加えられているハイドロリック媒体は、ハイドロリック接続管を介してバルブ調整器9,10へ供給される。
【0023】
参照符号12により、内燃機関1の吸気管13へ燃料を噴射するための噴射バルブが表されている。また、参照符号14は吸気管圧力センサを表し、参照符号15はサーミスタフィルム形空気質量センサを表す。サーミスタフィルムセンサ15は内燃機関吸気管13内において、空気の流れ方向でスロットルバルブ18の手前に配置されている。さらに内燃機関1の吸気管13内にはスロットルバルブ18が配置されており、これにより吸気管13への空気流が制御される。内燃機関1の吸気管13内における空気流方向は、サーミスタフィルム形空気質量センサからスロットルバルブ18のところを通り過ぎ、吸気管13の壁に配置された吸気管圧力センサ14のところを通って、さらに燃料を吸気管13へ噴射する噴射バルブ12のところを通り過ぎる。ついで燃料の加えられた外気は吸気バルブ7を通って内燃機関1の燃焼室に吸い込まれて圧縮され、点火プラグ5により点火され、ピストン2の上昇運動後に目的に合わせて開かれた排気バルブ8を通って吐き出される。その後、排気空気流または排気ガス流はラムダセンサ19のところを通り過ぎて(図示されていない)排気管へと導かれる。
【0024】
噴射バルブ12によって燃料が吸気管13に噴射されると、噴射バルブ7が開かれているときに噴射燃料の大部分が外気といっしょにシリンダ燃焼室に吸い込まれる。しかし燃料の一部分は吸気管13の壁を濡らし、壁膜を形成する。さらに充填量低減時に吸気バルブを遅らせて閉鎖することにより、充填量低減ゆえに燃焼室に吸い込まれなかった過剰の燃料が吸気管13の壁に付着し、壁膜が形成される。これら両方の種類の壁膜を以下では壁膜と称する。
【0025】
参照符号16はエンジン制御装置を表し、これはクランク角センサ6、ラムダセンサ19、サーミスタフィルム形空気質量センサ15および吸気管圧力センサ14の出力信号を入力量としてもっている。エンジン制御装置16はバス17たとえばCANバスを介してバルブ制御装置20と接続されている。さらにエンジン制御装置16はスロットルバルブ18と接続されており、スロットルバルブ18の操作を制御する。
【0026】
エンジン制御装置16は上述の入力量からスロットルバルブ18、噴射バルブ12、点火プラグ5のための制御信号ならびにバルブ制御装置20のための制御信号を求める。バルブ制御装置20のための制御信号はバス17を介してバルブ制御装置20へ伝送され、それらは吸気バルブ7と排気バルブ8の開閉時間、開閉速度および行程に関するものである。
【0027】
バルブ制御装置20は入力量としてクランク角センサ6の出力信号とエンジン制御信号16の制御信号を有しており、これらはバス17を介して伝送される。また、バルブ制御装置20は出力信号として、吸気バルブ7のバルブ調整器9および排気バルブ8のバルブ調整器10のための制御信号を送出し、それによって吸気バルブ7と排気バルブ8がエンジン制御装置16からバルブ制御装置20へ伝送される制御信号に従い開閉される。
【0028】
図1では吸気管13内にスロットルバルブ18が設けられているけれども、本発明はスロットルバルブ18を備えた内燃機関1に限定されるものではない。さらに本発明は、図1に示されているような吸気管噴射の行われる非過給形の内燃機関に限定されるものではなく、直接噴射やターボ過給の行われる多シリンダ内燃機関にも何ら制約されることなく適用可能である。
【0029】
次に、図2を参照しながらバルブ調整器9,10の構造と機能について吸気バルブ7用のバルブ調整器9に基づき説明する。図2には完全可変バルブ制御の一例としてエレクトロハイドロリック完全可変バルブ機構が描かれているとはいえ、本発明はそれに限定されるものではなく、たとえば電磁バルブ機構などのようなあらゆる完全可変バルブ機構にも同様に適用できる。さらに本発明を電磁バルブ制御、エレクトロハイドロリックバルブ制御およびたとえばVVTと組み合わせられたVanosなどのような機械式制御にも適用可能である。
【0030】
参照符号21は第1電磁バルブを表す。この第1電磁バルブ21は、ハイドロリック接続管22においてハイドロリック圧力チャンバ11と操作装置24内の第1チャンバ23との間に配置されている。操作装置24内には吸気バルブ7のバルブベース7が配置されている。バルブベース25は吸気バルブ7と固定的に接続されている。バルブベース25は操作装置24内にシフト可能に配置されている。このバルブベース25によって操作装置24内で第1チャンバ23と第2チャンバ26が分けられている。
【0031】
操作装置24内の第2チャンバ26とハイドロリック圧力チャンバ11との間に第2ハイドロリック接続管27が設けられている。さらに第1チャンバ23は、第3ハイドロリック接続管29を介し第2電磁バルブ28を経由してハイドロリック圧力チャンバ11と接続されている。
【0032】
第1電磁バルブ21と第2電磁バルブ28は、導線30を介してバルブ制御装置20と接続されている。バルブ制御装置20は、相応の制御信号により第1電磁バルブ21と第2電磁バルブ28を操作する。有利にはバルブ制御装置は、内燃機関1における吸気バルブ7と排気バルブ8のすべてのバルブ調整器を操作するように構成されている。
【0033】
図2に示されているバルブ調整器9の動作は以下のとおりである。第1電磁バルブ21が開かれると、ハイドロリック圧力チャンバ11から圧力の加えられたハイドロリック媒体が第1チャンバ23に流れ込む。ハイドロリック媒体により第1チャンバ23が充填され、第1チャンバ23と第2チャンバ26を分離するバルブベース25がずらされる。図2の場合、これにより吸気バルブ7は下方にずらされる。吸気バルブ7は次のように配置されている。すなわち図2のバルブベースが一番上にあるとき、つまり第1チャンバ23にハイドロリック媒体がなくしたがって第1チャンバ23が最小スペースを有し第2チャンバ26が最大スペースを有するとき、吸気バルブ7は図示されていない弁座のところで内燃機関1のシリンダのシリンダヘッドにおかれる。このポジションにおいて吸気バルブ7はシリンダ燃焼室の吸気開口部を閉鎖する。第1チャンバ23がハイドロリック媒体で満たされると、吸気バルブ7は弁座からシリンダ燃焼室へとずらされ、シリンダの吸気開口部が開かれる。望ましいバルブ行程が達成されると、第1電磁バルブ21が閉じられる。
【0034】
吸気バルブ7を閉じるために第2電磁バルブ28が開かれ、その結果、第1チャンバ23内に存在するハイドロリック媒体を第2電磁バルブ28の開放により(図示されていない)アキュムレータへと流して戻すことができるようになる。その後、圧力が加えられてハイドロリック圧力チャンバ11から第2チャンバ26へ供給されるハイドロリック媒体が第2チャンバ26へと流れ、それによって図2のバルブベース25が上方へとずらされる。このようにして吸気バルブ7は弁座に戻され、燃焼室の吸気開口部は閉鎖される。吸気バルブ7の開閉速度は、ハイドロリック圧力チャンバ11がハイドロリック媒体をバルブ調整器9へ供給するときの圧力によって制御される。
【0035】
このような形式のバルブ調整器によって、内燃機関の各吸気バルブ7および各排気バルブ8ごとに固有のバルブ制御を行えるようになる。
【0036】
図3には、1つのシリンダの吸気バルブ7と排気バルブ8のバルブリフトカーブをクランク角αを表す軸上に示すダイアグラムが描かれており、これはエンジン制御装置16を用いてバルブ制御装置20を制御することにより、さらにバルブ制御装置20を用いてバルブ調整器9,10の第1および第2電磁バルブ21,28を制御することにより実現されるようなバルブリフトカーブである。図3にはさらに、参照符号44の付された噴射バルブ12の制御信号tiの経過特性と、参照符号45の付された点火コイル制御信号zueが示されており、この信号により所要点火電圧が点火コイル5に印加される。
【0037】
図3のダイアグラムの横軸に沿って、内燃機関1のクランク角αがクランク角単位[°KW]で書き込まれている。また、図3のダイアグラムの縦軸に沿って、内燃機関1のシリンダにおける排気バルブ8と吸気バルブ7のバルブ行程が書き込まれており、さらに内燃機関1の噴射バルブ12の制御信号tiと点火コイルの制御信号zueの振幅が書き込まれている。
【0038】
参照符号37で示す実線のグラフは、シリンダの排気バルブ8におけるバルブリフトカーブを表している。。参照符号38で示す実線のグラフは、内燃機関1のシリンダにおける吸気バルブ7のバルブリフトカーブを表している。また、参照符号39で示す破線は、排気バルブ8のバルブリフトカーブ37の変更を表している。この場合、バルブリフトカーブ37と比べてグラフ39では排気バルブ8の開放角が遅らされており、これによりこのシリンダの先行の動作サイクルにおいて引き起こされたトルクが低減される。このようにして、先行の動作サイクルにおいて引き起こされたシリンダのトルクを低減できるようになる。このことをトルク低減とも称する。
【0039】
参照符号40はバルブリフトカーブ37のさらに別の変更の可能性を表す。破線40により、バルブリフトカーブ37と比べて排気バルブ8の閉鎖角が進み方向にずらされているバルブリフトカーブが描かれている。排気バルブ8の閉鎖角をずらすことで、シリンダ内の内部残留ガス充填量の制御が可能となる。内部残留ガス充填量は、このシリンダの先行の動作サイクルにおける先行の燃焼の燃焼排気ガス量を表しており、この燃焼排気ガスは排気バルブ8によって排気管へ吐き出されず、目下の動作サイクルにおける次の燃焼のためにシリンダ燃焼室内にとどまっているものである。さらに参照符号41は、吸気バルブ7のバルブリフトカーブ38における変更の可能性を表す。この破線41により表されているバルブリフトカーブ38の変更によれば、吸気バルブ7の開放角が遅らされている。吸気バルブ7の吸気バルブ開放角を遅れ方向にシフトすることと排気バルブ8の閉鎖角のシフトとを組み合わせることにより、排気バルブ8の閉鎖角だけをずらすことよりも大きい度合いでシリンダの内部残留ガス充填量を制御できるようになる。
【0040】
グラフ42と43によって、吸気バルブリフトカーブ38のさらに別の変更の可能性が示されている。この場合、破線グラフ42は吸気バルブ閉鎖時点を進ませることを表しており、破線グラフ43は吸気バルブ閉鎖時点を遅れ方向にずらすことを表している。吸気バルブ閉鎖時点の変更によりシリンダのガス充填量を制御することができる。図3に示されているバルブリフトカーブは、バルブ制御装置20により対応する吸気バルブ7と対応する排気バルブ8のバルブ調整器9,10を、図2を参照しながら説明したように適切に制御することで実現される。
【0041】
参照符号44は、噴射バルブ12の制御信号tiの経過特性を表している。図3に示されているように噴射バルブ12は吸気バルブ7の開放前に制御され、それによれば噴射バルブ12は吸気バルブ7が開かれる前に開放され閉鎖される。噴射バルブ12の閉鎖と吸気バルブ7の開放との間の期間を「最大許容飛行時間」あるいは単に「飛行時間」と称する。この飛行時間は、噴射バルブ12による噴射後に燃料が吸気管13の一部分を通って搬送され吸気バルブ7によって燃焼室に吸い込まれるのに必要とされる期間を表す。
【0042】
参照符号45は、内燃機関1における点火コイルの制御信号zueの経過特性を表す。図3に示されているように、制御信号zueの振幅は点火の上死点ZOT手前の角度範囲を除いてゼロである。ZOT手前の角度範囲において点火コイルは制御信号zueにより制御され、それによれば制御信号により点火コイル5に対し必要とされる時点で点火電圧が与えられるようになる。
【0043】
さらに図3には、吸気バルブ7と排気バルブ8を開放および閉鎖すべき時間的前後関係ならびに噴射バルブ12と点火コイルを操作すべき時間的前後関係が示されている。図3に示されているように、制御信号tiによる噴射バルブ12の給電によりシリンダの噴射過程が開始される。制御信号tiの長さつまりは噴射バルブ開放の長さによって、内燃機関1の吸気管13に噴射される燃料量が決まる。噴射バルブの噴射終了の時点もしくは角度は有利には、噴射開始つまりは噴射バルブ12の制御開始によりリードイン燃料量が決まるよう定められる。噴射バルブ12の閉鎖と吸気バルブ7の閉鎖との間の角度値は、噴射された燃料の飛行時間を考慮して噴射バルブ12の遮断後にもなお噴射燃料をシリンダ燃焼室に吸い込ませることができるのに十分なものでなければならない。
【0044】
排気バルブ8のバルブリフトカーブを表すグラフ37により示されているように、制御信号tiにより噴射バルブ12が給電されたすぐ後の角度値において内燃機関1の排気バルブ8が開かれる。まず第1に排気バルブ8の開放時点もしくは開放角が、先行の動作サイクルにおいて引き起こされたトルクに影響を及ぼす。開放角の変更により逆行的に、内燃機関1のトルクに対し先行の動作サイクルにおけるシリンダのトルク値を低減することができる。排気バルブを非常に早く開放した場合、燃焼エネルギーは最適には運動エネルギーに変換されない。図2を参照しながら説明したように、バルブ制御装置20は排気バルブの開放を排気バルブ8のバルブ調整器10の第1電磁バルブ21の給電により制御する。排気バルブの行程は第1電磁バルブ21の制御パルスの長さにより決定される。
【0045】
排気バルブ8の閉鎖時点は、排気バルブ8のバルブ調整器10における第2電磁バルブ28を制御することにより生じる。排気バルブ閉鎖時点はシリンダの内部残留ガス充填量に影響を及ぼし、つまりシリンダ内の先行の燃焼において排気管へ吐き出されず後続の燃焼のためにシリンダ燃焼室内にとどまっている残留ガス量に影響を及ぼす。
【0046】
図3にはさらに、噴射時間設定つまりたとえば動作サイクル中の噴射開始と噴射終了を早めに設定すべきであることが示されている。このことは殊に高回転数時にあてはまり、その場合には噴射期間はクランク角に関して数100度の角度範囲に及ぶ可能性がある。さらにここに示されているように、望ましい噴射終了をできるかぎり遅い時点に設定しなければ、つまり吸気バルブ閉鎖の直前に設定しなければ、噴射を延長して燃料の飛行時間を考慮しながら噴射終了を後ろへずらすことにより、噴射される燃料量を高めることができる。とはいえ1回噴射されてしまった燃料をもはや逆行させることはできない。したがってトルク低減を達成するために燃料量を減少させる場合には噴射開始を早めることで、高いダイナミックが制限される。
【0047】
さらに排気バルブ8の開放時点を定めることができる。排気バルブ8の開放時点によって排気バルブの行程を決めることができる。この行程は、内燃機関1の所定の充填量および回転数のときに燃焼残留ガスを完全に吐き出せるようにするため排気バルブ8の行程が十分に大きくなるよう決められる。
【0048】
排気バルブ8の閉鎖時点と吸気バルブ7の開放時点を調整することにより、内部排気ガス帰還が実現される。これによりシリンダの内部残留ガス充填量が決定される。
【0049】
別の重要な制御量は吸気バルブ7の行程である。吸気バルブ7の閉鎖時点に関して、吸気バルブ7の閉鎖時点により混合気が吸気管13からシリンダ燃焼室へ流入する速度が決定される。
【0050】
吸気バルブ7の閉鎖時点により、吸気バルブの行程および吸気管13内の吸気管圧力と関連して殊にシリンダの外気充填量に影響が及ぼされる。図3における最後の事象は制御信号zueによる点火コイルの充電である。回転数が高い場合にはいっそう早めの充電開始が必要とされる。点火コイルの充電終了により点火時点が決定される。
【0051】
噴射バルブの制御信号tiは、エンジン制御装置16から噴射バルブ12へダイレクトに供給される。点火コイルの制御信号zueは、エンジン制御装置16から内燃機関1の点火コイルへダイレクトに供給される。
【0052】
次に、図4を参照しながらエンジン制御装置16の実施例、エンジン制御装置16からバルブ制御装置20へのバス17を介した制御信号の伝送、ならびにバルブ制御装置20を用いたバルブ調整器9,10の制御についてさらに説明する。
【0053】
図4の参照符号50は要求充填量決定装置を表す。要求充填量決定装置50により内燃機関1の1つのシリンダについて要求充填量rlwumdが、目標回転トルクmisollと目標燃焼ラムダ値λsollと目標点火角効率etazwsollから計算される。
【0054】
要求充填量rlwumdは、1つの動作サイクルにおけるシリンダのガス充填量を表す。ガス充填量は外気および場合によっては先行の燃焼における残留ガスから成る。内燃機関1の目標トルクは、自動車であればたとえばアクセルペダルのような出力設定装置により設定されて要求充填量決定装置50へ送出される誘導トルクである。目標燃焼ラムダ値λsollは、エンジン制御装置において内燃機関1のリーン、リッチまたは化学量論的な動作状態に関して設定される量である。目標点火角効率etazwsollは、内燃機関1のクランク角に対し相対的に化学エネルギーから運動エネルギーへの変換に及ぼすシリンダの目標点火角の作用を表す。目標点火角効率は、エンジン制御装置16に依存してたとえば内燃機関1の回転数や検出されたノックに依存して変更される。要求充填量決定装置50は、図6を参照しながら説明したように Bosch エンジン制御装置ME7と同じようなかたちで要求充填量rlwumdを求める。要求充填量決定装置50は要求充填量rlwumdを、第1最小値決定装置51と行程推定装置52と目標EGR充填量および目標吸気管圧力決定装置53へ送出する。
【0055】
参照符号54は、排気バルブ(AV)を早めに開放することでトルクを低減するトルク低減装置を表す。トルク低減装置54は目標トルクmisollと目標点火効率etzwsollとに基づき目標高圧効率AV etaAVsollを求める。トルク低減装置54は目標高圧効率etaAVsollを第1伝送装置55へ送出し、この装置は目標高圧効率etaAVsollを第1同期時点Synchro1においてバス17を介してバルブ制御装置20へ伝送する。バルブ制御装置20は目標高圧効率etaAVsollに基づきシリンダにおける排気バルブ8の排気開放時点を求め、それに応じてバルブ調整器10の第1電磁バルブを制御する。このようにして排気バルブ8を早期に開き排気開口部を介してシリンダから排気管へ圧力を吐き出させることで、シリンダにおける高圧動作を消滅させることができる。これによりこのシリンダのトルク値は内燃機関1のトルクに対して低減され、ひいては内燃機関1のトルクが低減される。したがって目標高圧効率etaAVsollはシリンダのトルク低減に関して目標値とも呼ばれる。
【0056】
第1伝送装置55の伝送は、エンジン制御装置16におけるクランク角同期形第1シンクロパターンに同期して行われる。このクランク角同期形第1シンクロパターンは、エンジン制御装置16によりクランク角センサ6の出力信号に基づき求められる。クランク角同期形第1シンクロパターンは少なくとも第1同期時点Synchro1、第2同期時点Synchro2、第3同期時点Synchro3、第4同期時点Synchro4、第5同期時点Synchro5、第6同期時点Synchro6および第7同期時点Synchro7を有している。エンジン制御装置16は同期時点を次のように決定する。すなわち第1同期時点Synchro1が、内燃機関1における対応するシリンダの点火上死点ZOT前の所定の角度値となるようにする。この所定の角度値はたとえば、内燃機関1における対応するシリンダの点火上死点前のたとえば72°KWである。同期時点Synchro1〜Synchro7は互いにそれぞれ別の所定の角度値の間隔を有する。この別の所定の角度値は、この実施例における4シリンダ内燃機関であれば有利には180°KWである。多シリンダ内燃機関の場合、この間隔をそれに応じて整合させる必要がある。n個のシリンダを備えた内燃機関の場合、この所定の角度値は720°/nとするのがよい。伝送装置55からバス17を介してバルブ制御装置20へのデータ伝送は、エンジン制御装置20における目下のクランク角同期形シンクロパターンに同期して行われる。つまり換言すれば、データ伝送はそれぞれ同期時点Synchro1〜Synchro7において行われ、まだ次に点火すべきシリンダについて考慮することができる。
【0057】
バルブ制御装置20の第2シンクロパターンの第1同期時点Synchro1のところでバルブ制御装置20において目標高圧効率etaAVsollを受け取ると、バルブ制御装置20は目標高圧効率etaAVsollに基づき排気バルブ8の開放時点を求め、それに応じて排気バルブ8のバルブ調整器10を制御する。
【0058】
行程推定装置52は、バルブ調整器9,10により達成可能な吸気バルブ7と排気バルブ8の最大行程を推定する。その際、行程推定装置52は、バス17を介してエンジン制御装置16へ伝送されるバルブ制御装置20内のハイドロリック媒体圧力測定装置56の出力信号に基づき最大行程を推定する。ハイドロリック媒体圧力測定装置56は圧力供給装置11内の目下のハイドロリック媒体圧力に基づき、圧力供給装置11内のエンジン制御装置16へ伝送される出力信号を求める。この出力信号はバルブ制御装置20のクランク角同期形第2シンクロパターンに同期して、そこから伝送される。
【0059】
バルブ制御装置20におけるクランク角同期形第2シンクロパターンはエンジン制御装置16における第1シンクロパターンに対応しているが、第2シンクロパターンは第1シンクロパターンよりも所定の角度だけ遅れている。バルブ制御装置20のクランク角同期形第2シンクロパターンがエンジン制御装置16のクランク角同期形第1シンクロパターンよりも遅れている角度値は以下のように決定しておく。すなわち、対応する信号のバス17を介した伝送時間が内燃機関1の最高回転数のときでも、第1シンクロパターンと第2シンクロパターンとの間の所定の角度値よりも小さくなるよう決めておく。これにより、伝送された信号が厳密に所定の角度値だけエンジン制御装置16から送られた後でバルブ制御装置20において受け取られるようになり、バルブ制御装置20はそれに応答して吸気バルブ7と排気バルブ8のバルブ調整器9,10の第1電磁バルブ21と第2電磁バルブ28のための制御信号を求める。ここで説明している実施例の場合、この所定の角度値を90°にするとよい。n個のシリンダを備えた内燃機関であればこの所定の角度値を720°/(2*n)にするとよい。バルブ制御装置20は、クランク角センサ6の出力信号に基づき第2シンクロパターンを求める。
【0060】
行程推定装置52は吸気バルブ7と排気バルブ8の最大行程に関する推定を表す信号を送出し、外気充填量最大値決定装置57へ転送する。
【0061】
目標EGR充填量および目標吸気管圧力決定装置53は要求充填量rlwumd(次の吸気におけるその実現可能性はこの時点ではまだ不確か)に基づき、内燃機関1の動作状態に従って内部残留ガス充填量に関する目標値rfrgsollを決定する。さらに目標EGR充填量および目標吸気管圧力決定装置53は、内燃機関1の動作状態に整合させるかたちで残留ガス制御ストラテジAGR−Stratを求める。目標EGR充填量および目標吸気管圧力決定装置53は、内部残留ガス充填量rfrgsollと残留ガス制御ストラテジAGR−Stratを第2の伝送装置58へ伝送する。
【0062】
第2伝送装置58は内部残留ガス充填量rfrgsollと残留ガス制御ストラテジAGR−Stratをバルブ制御装置20へ伝送する。この伝送は着目中のシリンダに対し1回、そのシリンダの対応するシンクロパターンの第5同期時点Synchro5のところで行われる。第5同期時点Synchro5に続く第4同期時点Synchro4のところで、第5同期時点Synchro5と比べて変化した内部残留ガス充填量rfrgsollおよび/または残留ガス制御ストラテジAGR−Stratが入力側に加わっていることを、第2伝送装置58が検出するとこの第2伝送装置58は、変化したもしくは更新された内部残留ガス充填量rfrgsollおよび/または変化したもしくは更新された残留ガス制御ストラテジAGR−Stratを、第4同期時点Synchro4のところでバルブ制御装置20へ伝送する。このようにして第2伝送装置58によれば、内部残留ガス充填量rfrgsollまたは残留ガス制御ストラテジAGR−Stratが変化したり更新されたときのみ、バス17を介したバルブ制御装置20へのその値の伝送が確実に行われるようになる。このようにして、最大可能な更新によるバス17を介した最小データ伝送レートが保証されるようになる。
【0063】
内部残留ガス充填と残留ガス制御ストラテジAGR−Stratの目標値がバルブ制御装置の第2シンクロパターンにおける第4同期時点および/または第5同期時点で受け取られた後、バルブ制御装置20は内部残留ガスrfrgsollと残留ガス制御ストラテジAGR−Stratの目標値に基づき排気バルブ8の閉鎖時点と吸気バルブ7の開放時点を求め、それに従い排気バルブ8のバルブ調整器10における第2電磁バルブ28と吸気バルブ7のバルブ調整器9における第1電磁バルブ21を制御する。
【0064】
目標EGR充填量および目標吸気管圧力決定装置53はさらに、要求充填量rlwumdに基づき吸気管13内の吸気管圧力に対する目標値pssollを求め、この目標値pssollをスロットルバルブ制御装置59へ伝達し、スロットルバルブ制御装置59は目標値pssollに基づき内燃機関1の吸気管13内におけるスロットルバルブ18を制御する。
【0065】
さらに目標EGR充填量および目標吸気管圧力決定装置53は要求充填量rlwumdに基づき、シリンダの次のガス充填に対する不活性ガス目標値rfigsollを求め、この値を外気充填量最大値決定装置57へ送出する。
【0066】
参照符号60は吸気管圧力予測装置を表しており、これは吸気バルブ7の閉鎖時点における吸気管圧力推定値pspを求める。この推定吸気管圧力pspは吸気管圧力予測装置60において、有利には吸気バルブ7の閉鎖時点と内燃機関1の回転数に基づき特性マップから読み出される。吸気管圧力pspの推定値は外気充填量最大値決定装置57へ送出される。
【0067】
外気充填量最大値決定装置57は、そのシリンダにおいて次の動作サイクルで実現すべき最大外気充填量rlmaxを求める。外気充填量最大値決定装置57は、行程推定装置52の出力信号と、目標EGR充填量および目標吸気管圧力決定装置53から送出される不活性ガス目標値rfigsollと、吸気管圧力予測装置60から送出される吸気管圧力推定値pspとに基づき、実現可能な最大外気充填量rfmaxを求める。外気充填量最大値決定装置57は実現可能な最大外気充填量rlmaxを、有利には外気充填量最大値決定装置57への入力量に基づき特性マップから実現可能な最大外気充填量rlmaxを読み出すことにより求める。外気充填量最大値決定装置57は実現可能な最大外気充填量を第1最小値決定装置51へ送出する。
【0068】
第1最小値決定装置51は、実現可能な最大外気充填量rlmaxと要求充填量rlwumdを考慮して可能な要求充填量rlwumdmを求める。第1最小値決定装置51は、入力量rlwumdとrlmaxのうちいずれが小さいかを判定することにより、実現できるもしくは可能な要求充填量rlwumdを求める。ついでこの装置は、要求充填量rlwumdと実現可能な最大外気充填量rlmaxのうち小さい方を可能な要求充填量rlwumdmとして第1決定装置61へ送出する。
【0069】
第1決定装置61は可能な要求充填量rlwumdmと要求目標燃焼ラムダ値λsollから、吸い込むべき燃料の要求値rkabwuを求める。図4で用いている要求目標燃焼ラムダ値λsollの代わりに、要求ラムダ効率etalamsollを用いることもできる。
【0070】
第1決定装置61は、吸い込むべき燃料の要求値rkabwuを第2決定装置62へ送出する。吸い込むべき燃料の要求値rkabwuは、吸気管13に噴射される燃料をシリンダにおける吸気過程においてどの程度の量だけ吸い込むべきかを表す。
【0071】
参照符号63は燃料決定装置を表す。燃料決定装置63は、噴射監視装置64と第2決定装置65と壁膜検出装置66と第3決定装置67と第4決定装置68を有している。
【0072】
燃料決定装置63は、次の吸気時に内燃機関1の吸気管13により吸い込まれる最小燃料量rkabminと、次の吸気時に内燃機関1の吸気管13により吸い込まれる最大燃料量rkabmaxを求める。吸い込むべき最小燃料量rkabminと次の吸い込み時に内燃機関1の吸気管13により吸い込むべき最大燃料量rkabmaxは、次の吸い込み時にシリンダ燃焼室内に存在し得る燃料量範囲を表す。次に、燃料決定装置63の構造ならびに機能について説明する。
【0073】
燃料決定装置63は噴射燃料量決定装置64を有しており、これは第2決定装置65および第3決定装置67と接続されている。さらに壁膜検出装置66が設けられており、これは第2決定装置65および第3決定装置67と接続されている。第2決定装置65はやはり第3決定装置67と接続されている。
【0074】
噴射燃料量決定装置64は内燃機関1におけるシリンダの噴射バルブ12の制御信号tiに基づき、(先行の動作サイクルにおける)吸気バルブ7の先行の閉鎖以降、シリンダの吸気管13に噴射された燃料量rktineuと、噴射バルブ12の閉鎖時点までにまだ噴射すべき燃料量rktimaxmを求める。換言すれば、燃料量rktineuは吸気バルブ7の閉鎖後に噴射バルブ12を介して吸気管13に噴射された実際の燃料量を表し、燃料量rktimaxmは燃料の飛行時間を考慮して噴射バルブ12の閉鎖までに噴射可能な燃料量を表す。噴射量決定装置64は、燃料量rktineuを第2決定装置65へ送出し、燃料量rktimaxmを第3決定装置6へ送出する。
【0075】
壁膜検出装置66は、内燃機関1のシリンダを作動させるときの充填形式Fue−Artと、吸気管圧力センサ14により求められる内燃機関1の吸気管13内における吸気管圧力実際値psと、充填制御における内燃機関1の絞りに関する係数fdrossevとに基づき、吸気バルブ7の先行の閉鎖後にシリンダの吸気管13内に残されている壁膜rkwtverbと、シリンダの吸気バルブ7を次に閉鎖した後に予期される壁膜rkwderwを求める。
【0076】
内燃機関1の充填形式Fue−Artは、シリンダがたとえば早い充填ストラテジで駆動されるのか遅い充填ストラテジで駆動されるのかを表す。早い充填ストラテジであれば、要求されたシリンダ充填量もしくはガス充填量に到達してしまうとただちにシリンダの吸気バルブ7が閉鎖される。たとえば、シリンダ燃焼室の半分に対応するシリンダ充填量(外気と残留ガスによる充填)が要求されれば、早い充填ストラテジの場合、吸気バルブはたとえば充填サイクル上死点後90°KWのときに、つまり充填サイクル上死点とそれに続く下死点との間のほぼ半分の変位のところで閉じられる。遅い充填ストラテジであれば、もともと要求されていたよりも多いシリンダ充填量がシリンダに吸い込まれる。しかし過剰なシリンダ充填は充填サイクル下死点からのピストンの上昇運動において、シリンダ内において要求されたシリンダ充填量なるまでは吸気開口部を介して再び排出される。ついで吸気バルブ7が閉じられる。その後、たとえばシリンダ燃焼室の半分に対応するシリンダ充填量が要求されると、遅い充填ストラテジであれば吸気バルブは充填サイクル上死点後270°KWのところで、つまり充填サイクル下死点とそれに続く点火の上死点の間のほぼ半分の変位のところで閉じられる。充填ストラテジは充填ストラテジ設定装置71により設定され、壁膜検出装置66へ伝送される。
【0077】
充填制御における絞りのための係数fdrossevは、吸気バルブ7の行程低減による充填量低減と、吸気バルブ7の早期の閉鎖によるシリンダ燃焼室の充填量低減との比の数値である。係数fdrossevは、エンジン制御装置16内の充填ストラテジ設定装置71により求められる。
【0078】
壁膜検出装置66は第2決定装置65へ、吸気バルブ7の先行の閉鎖後にシリンダの吸気管13内に残されている壁膜rkwdverbを送出し、これはまだ吸気管13内に存在する燃料量を表す。壁膜検出装置66はさらに第3決定装置67へ、シリンダの吸気バルブ7の次の閉鎖後に予期される壁膜rkwderwを送出し、これは壁膜として残されている吸気管13内の燃料量を表す。さらに壁膜検出装置66は第4決定装置68へ、シリンダの吸気バルブ7の次の閉鎖後に予期される壁膜rkwderwを送出する。
【0079】
第2決定装置65は実際に存在する総燃料量rkaktgesを求め、それを第3決定装置67へ送出する。さらに第2決定装置65は、実際に存在する総燃料量rkaktgesを第4決定装置68へ送出する。第2決定装置65は実際に存在する総燃料量rkaktgesを、壁膜検出装置66から送出された吸気バルブ7の先行の閉鎖後にシリンダの吸気管13内に残っている壁膜rkwdverbと、噴射決定装置64から送出された吸気バルブの最後の閉鎖後に実際に噴射バルブを介して噴射された燃料量rktineuの加算により求める:
rkaktges=rkwdverb+rktineu
第3決定装置67は吸い込み可能な最大燃料量rkabmaxを、実際に存在する総燃料rkaktgesと噴射バルブ14の閉鎖までに噴射可能な燃料量rktimaxmとを加算し、ついでシリンダにおける吸気バルブ7の次の閉鎖後に予期される壁膜rkwderwを減算することにより求める:
rkabmax=rkaktges+rktimaxm−rkwderw
さらに第3決定装置67は吸い込み可能な最小燃料量を、吸気バルブ7の次の閉鎖後に予期される壁膜rkwderwを実際に存在する総燃料量rkaktgesから減算することにより求める:
rkabmin=rkaktges−rkwderw
第2決定装置62は、吸い込み燃料量の要求値rkabwuと吸い込み可能な最大燃料量rkabmaxと吸い込み可能な最小燃料量rkabminとに基づき、吸い込み燃料量に対する目標値rkabsollを求める。この燃料量rkabsollも対応するシリンダ外気充填量も、次の吸い込みの際に実現することができる。この目的で第2決定装置62は、吸い込み燃料量の要求値rkabwuまたは吸い込み可能な最小燃料量rkabminという2つの量のうち、どちらが大きいのかを判定する。その後、これら2つの燃料量rkabwuとrkabminのうち大きい方が、吸い込み可能な最大燃料量rkabmaxと比較される。そしてこの比較において小さい方の燃料量が、吸い込み燃料量目標値rkabsollと等しくなるようセットされる。以上まとめると、第2決定装置62は以下の計算を実行する:
rkabsoll=MIN[rkabmax,MAX(rkabwu,rkabmin)]
第2決定装置62は、吸い込み燃料量目標値rkabsollを第4決定装置68と目標充填量決定装置69へ送出する。第4決定装置68は、後続の同期時点Synchro1後の吸い込みのためにさらに送出すべきつまり噴射すべき燃料量rksollfehlを求める。第4決定装置68はこのさらに噴射すべき燃料量rksollfehlを、第2決定装置62からの吸い込み燃料量目標値rkabsollと吸気バルブ7の次の閉鎖後に予期される壁膜rkwderwとを加算し、ついで第2決定装置65により求められた実際に存在する総燃料量rkaktgesをそこから減算することにより求める。以上まとめると、第4決定装置68は次式を実行する:
rksollfeh=rkabsoll+rkwderw−rkaktges
第4決定装置68はさらに、後続の同期時点後に次の充填のためにさらに噴射すべき燃料量rksollfehlを噴射バルブ制御装置70へ送出する。噴射バルブ制御装置70は、第4決定装置68の出力信号に基づき噴射バルブ12のための制御信号tiを求める。噴射バルブ制御装置70は、制御信号tiを噴射バルブ12と噴射量決定装置64へ送出する。
【0080】
目標充填量決定装置69は目標燃焼ラムダ値λsollと吸い込み燃料量目標値rkabsollとに基づき、シリンダの目標外気充填量rlsollを求める。シリンダの目標外気充填量rlsollは、シリンダに外気の充填される量を表す。有利には目標充填量決定装置69は目標外気充填量rlsollを、入力量λsollおよびrkabsollに基づき特性マップから求める。目標充填量決定装置69は目標外気充填量rlsollを充填ストラテジ設定装置71へ送出する。
【0081】
充填ストラテジ設定装置71はたとえば、吸気バルブ7を早くまたは遅く閉鎖することによりシリンダにおいて早い充填ストラテジまたは遅い充填ストラテジを設定し、あるいは吸気バルブ7の行程を減らすことと組み合わせて早いまたは遅い吸気バルブ閉鎖時点の設定によりミックスストラテジを設定する。充填ストラテジ設定装置71は、充填ストラテジに従い充填制御における絞りに対する係数fdrossevと充填ストラテジに応じた出力信号Fue−Artを求め、係数fdrossev、充填形式Fue−Artおよび目標外気充填量rlsollを第3伝送装置72へ送出する。さらに充填ストラテジ設定装置71は、絞りに対する係数fdrossevと充填形式Fue−Artを壁膜検出装置66へ送出する。充填ストラテジは有利には充填ストラテジ設定装置71において事前に設定される。
【0082】
第3伝送装置72は係数fdrossev、目標外気充填量rlsollおよび充填形式Fue−Artを、エンジン制御装置16における第5同期時点Synchro5においてバルブ制御装置20へ伝送する。後続の同期時点つまり第3同期時点Synchro3において第3伝送装置72は、第4同期時点Synchro4においてバルブ制御装置20に伝送された目標外気充填量rlsollを、第3同期時点Synchro3において第3伝送装置72に供給された目標外気充填量rlsollと比較する。第3同期時点Synchro3において第3伝送装置72に供給された目標外気充填量rlsollが、第4同期時点Synchro4においてバルブ制御装置20に伝送されていた目標外気充填量rlsollと異なっているならば、第3伝送装置72は第3同期時点Synchro3において第3伝送装置72に供給された目標外気充填量rlsollをバルブ制御装置20へ伝送する。目標外気充填量rlsollが第3同期時点Synchro3でも第4同期時点Synchro4でも異なっていなければ、バルブ制御装置20への伝送は行われない。このようにすればバス17における最小伝送レートが保証される。
【0083】
バルブ制御装置20は係数fdrossev、目標外気充填量rlsollおよび充填形式Fue−Artを受け取ると、このバルブ制御装置の第2シンクロパターンにおける第4同期時点Synchro4において吸気バルブ7の目標行程を求め、吸気バルブ7のバルブ調整器9における第1電磁バルブの制御をそれに応じるかたちで終わらせる。さらに吸気バルブ制御装置20は係数fdrossev、目標外気充填量rlsollおよび充填形式Fue−Artを受け取ると、吸気バルブ7の閉鎖時点をバルブ制御装置20の第3同期時点Synchro3で求め、吸気バルブ7のバルブ調整器9における第2電磁バルブ28をそれに応じて制御する。
【0084】
第1伝送装置55と第2伝送装置58と第3伝送装置72はこの実施例では別々の伝送装置として構成されているけれども、これら第1,第2、第3伝送装置55,58,72を1つの伝送装置によって構成することも可能である。
【0085】
要求充填量決定装置50、行程推定装置52、目標EGR充填量および目標吸気管圧力決定装置53、トルク低減装置54およびスロットルバルブ制御装置59において求められる出力量は、内燃機関1の4つのシリンダすべてに対して等しく適用され、これらの出力量を以下では共通出力量と称する。また、これらの共通出力量を決定するため要求充填量決定装置50、行程推定装置52、目標EGR充填量および目標吸気管圧力決定装置53エンジン、トルク低減装置54およびスロットルバルブ制御装置59の出力量を求める上述のプロセスは、エンジン制御装置16における第1シンクロパターンの各同期時点Synchro1〜Synchro7ごとに実行されるので、エンジン制御装置16における第1シンクロパターンの各同期時点Synchro1〜Synchro7においてこれらの装置における出力量が新たに計算されることになる。
【0086】
第1最小値決定装置51、外気充填量最大値決定装置57、吸気管圧力予測装置60、第1決定装置61、第2最小値決定装置62、噴射量決定装置64、第2決定装置65、壁膜検出装置66、第3決定装置67、第4決定装置68、噴射バルブ制御装置70、目標充填量決定装置69および充填ストラテジ設定装置71の出力量は、シリンダごとにすなわち内燃機関1の4つのシリンダの各々ごとに個別に求められる。これらの出力量を以下では個別出力量と称する。これらの個別出力量は内燃機関1の動作状態に応じて5回まで後続の同期時点において計算される。
【0087】
高回転数の全負荷で内燃機関1が駆動される動作状態において、個別出力量は以下のようにして計算される:初回、個別出力量は第7同期時点Synchro7において計算される。その理由は、この時点は高回転数の全負荷のときには最も早期に可能な噴射開始時点だからである。2回目、個別出力量は第6同期時点Synchro6のところで計算される。なぜならば全負荷で高回転数のときには、この時点で噴射開始が更新されるからである。3回目、個別出力量は第5同期時点Synchro5において求められる。それというのも第5同期時点Synchro5において、内部残留ガス目標値rfrgsollすなわち内部残留ガス充填量が求められるからである。4回目、個別出力量は第4同期時点Synchro4において求められる。その理由は第4同期時点Synchro4ではシリンダの目標外気充填量rlsollが求められ、新たに更新された内部残留ガス目標値rfrgsollが求められるからである。さらに5回目、個別出力量は第3同期時点Synchro3において計算され、そこにおいては新たな目標外気充填量rlsollが求められる。
【0088】
内燃機関1が全負荷および高回転数でなく駆動されるならば、個別出力量は初回に第6同期時点Synchro6において計算される。なぜならばこの動作状態では、この時点で最初に噴射開始時点が求められるからである。
【0089】
個別出力量の既述の算出は、第7同期時点Synchro7から第4同期時点Synchro4まで上述の順序ですべての量が求められるようにして実行される。この場合、第4同期時点Synchro4において目標外気充填量rlsollがバス17を介してバルブ制御装置20へ伝送される。ついで目標外気充填量rlsollが伝送されてからはじめて、別の目下の目標外気充填量rlsollが第3同期時点Synchro3において計算される。
【0090】
多シリンダ内燃機関であれば、個々のシリンダごとにこれらの量をまえもって計算しなければならない。計算順序は有利にはSynchro3で始まりSynchro7で終わる。すでに説明したように、各シリンダごとに7つのSynchroまで事前に計算する必要がある。Synchro3とは、シリンダの動作サイクルにおいて3つのSynchroだけ遅れて使用されることになる値の計算のことを意味する。すぐに以降で必要とされる量をすでに「スタート」させることができるようにする目的で、この順序に従い時間的に次に位置するSynchroによって始められるようにする。
【0091】
図4に示したダイアグラムは、エンジン制御装置16における第1信号伝送装置55と第2信号伝送装置58と第3信号伝送装置57からバルブ制御装置20への出力信号伝送について説明するためのものである。
【0092】
図5の横軸に沿って、0°KWにある先行の点火上死点から720°KWにあるこの動作サイクルの点火上死点までのクランク角α°KWが書き込まれている。さらにこの図には、エンジン制御装置16のシンクロパターンにおける5つの同期時点Synchro1〜Synchro5が書き込まれている。第5同期時点Synchro5は、0゜KWにある先行の点火上死点前72°KWのところに書き込まれている。この第5同期時点Synchro5から180°KWの間隔をおいて108°KWのところに、エンジン制御装置16の第4同期時点Synchro4が書き込まれている。また、288°KWのところには第3同期時点Synchro3が、468°KWのところには第2同期時点Synchro2が書き込まれており、さらに648°KWのところすなわち720°KWにある点火上死点の手前72°KWのところには第1同期時点Synchro1が書き込まれている。図4を参照しながら説明したように、エンジン制御装置16における第5同期時点Synchro5において、残留ガス制御ストラテジAGR−Stratと内部残留ガス目標値rfrgsollが伝送される。その後、108°KWにある第4同期時点Synchro4において、内部残留ガス目標値rfrgsollまたは残留ガス制御ストラテジAGR−Stratに対する新たな値が存在しているか否かに応じて、新たな値が伝送されるかもしくは更新される。さらに第4同期時点Synchro4において係数fdrossev、目標外気充填量rlsollおよび充填形式Fue−Artがバルブ制御装置20へ伝送される。
【0093】
次に288°KWにあるエンジン制御装置の第3同期時点Synchro3において、係数fdrossev、目標外気充填量rlsollまたは充填形式Fue−Artに対する新たな値が存在しているか否かに応じて、新たな値がバルブ制御装置20へ伝送される。第3同期時点Synchro3におけるこの伝送は、内燃機関1の回転数が低いときに殊に必要とされる。468°KWにある第2同期時点Synchro2のところでは、エンジン制御装置16とバルブ制御装置20との間で伝送が行われない。648°KWにおけるエンジン制御装置16の第1同期時点Synchro1において、エンジン制御装置16の第1伝送装置55は目標高圧効率etaAVsollをバルブ制御装置20へ伝送する。
【0094】
上述の制御装置の実施例およびその制御装置に基づき説明した方法によれば、内燃機関1におけるシリンダの充填制御が同期合わせされ、可能なかぎり迅速なトルク変更の変換が設定された燃焼の濃さを維持しながら最適な効率で実現される。しかもエンジン制御装置16とバルブ制御装置20における計算の負担が最小限に抑えられる。また、上述の制御装置ならびにそれに相応する方法によれば、エンジン制御装置16とバルブ制御装置20との間のデータ伝送レートも最小限度に抑えることができる。トルク変更の迅速な変換が非常に高速な充填ダイナミクスで達成される。そしてこのように高速な充填ダイナミクスにより、アイドリング回転数減少とアイドリング回転数制御における点火角保留低減をきわめて良好なアイドリング品質で実現できる。しかも上述の制御装置ならびにそれに対応した方法によれば、内燃機関1のトルクに対する内燃機関1の個々のシリンダのトルク寄与量を、内燃機関1の排気バルブ8の早期の開放により非常に迅速に低減できるようになる。
【0095】
上述の実施例は4シリンダ内燃機関向けのものであるけれども当業者であれば、本発明による方法を4つのシリンダよりも多い個数のシリンダを備えた内燃機関に適用できることは自明である。この場合、上述の時点はそれ相応にずらされる。したがってたとえばn個のシリンダを備えた内燃機関であれば相応の量を7つのSynchroでまえもって送るのではなく、(2*n)−1個のSynchroで送るようにする。
【図面の簡単な説明】
【図1】
完全可変バルブ機構を備えた内燃機関の1つのシリンダを略示することで本発明の制御装置の1つの実施例を示す図である。
【図2】
バルブ調整器を示す図である。
【図3】
吸気バルブと排気バルブの種々のバルブリフトカーブおよび噴射バルブと点火コイルの制御信号経過特性をクランク角を表す軸上に示す図である。
【図4】
図1のエンジン制御装置の1つの実施例を示す図である。
【図5】
図1によるエンジン制御装置とバルブ制御装置との間のデータ伝送について説明するダイアグラムである。
【図6】
引き起こされる目標トルクをラムダ効率と点火角効率を考慮して望ましい外気充填量へ公知のやり方で換算する様子を示す図である。

Claims (18)

  1. 完全可変バルブ機構(9,10)をもつ吸気バルブ(7)と排気バルブ(8)を有するシリンダを備えた内燃機関(1)の制御装置において、
    内燃機関(1)のシリンダの外気充填量(rlsoll)、内部ガス充填量(rfrgsoll)、トルク低減量(etaAVsoll)、残留ガス制御ストラテジ(AGR−Strat)および充填ストラテジ(Fue−Art)に関して目標値を求めるエンジン制御装置(16)と、
    該エンジン制御装置(16)により求められた目標値を外気充填量(rlsoll)、充填ストラテジ(Fue−Art)、内部残留ガス充填量(rfrgsoll)、残留ガス制御ストラテジ(AGR−Strat)およびトルク低減量(etaAVsoll)に関してバルブ制御装置(20)へクランク角に同期して伝送する伝送装置(17,55,58,72)が設けられており、
    前記バルブ制御装置(20)は、内燃機関(1)におけるシリンダの吸気バルブ(7)および排気バルブ(8)の完全可変バルブ機構(9,10)を、外気充填量(rlsoll)、内部残留ガス充填量(rfrgsoll)、トルク低減量(etaAVsoll)、残留ガス制御ストラテジ(AGR−Strat)および充填ストラテジ(Fue−Art)に基づき制御することを特徴とする、
    内燃機関の制御装置。
  2. 前記エンジン制御装置(16)はクランク角センサ(6)の出力信号に基づきクランク角同期形第1シンクロパターンを求め、
    前記伝送装置(17,55,58,72)は外気充填量(rlsoll)、内部ガス充填量(rfrgsoll)、トルク低減量(etaAVsoll)、残留ガス制御ストラテジ(AGR−Strat)および充填ストラテジ(Fue−Art)に関する目標値を、エンジン制御装置(16)におけるクランク角同期形第1シンクロパターンと同期して前記バルブ制御装置(20)へ伝送し、
    該バルブ制御装置(20)は前記クランク角センサ(6)の出力信号に基づきクランク角同期形第2シンクロパターンを求め、該第2シンクロパターンは前記第1シンクロパターンよりも所定の第1角度値だけ遅れている、
    請求項1記載の制御装置。
  3. 前記クランク角同期形第1シンクロパターンは少なくとも第1同期時点(Synchro1)、第2同期時点(Synchro2)、第3同期時点(Synchro3)、第4同期時点(Synchro4)および第5同期時点(Synchro5)を有しており、
    第1同期時点(Synchro1)は、内燃機関(1)のシリンダの点火上死点(ZOT)よりも所定の第2角度値だけ手前にあり、第2同期時点(Synchro2)は、第1同期時点(Synchro1)よりも所定の第3角度値だけ手前にあり、第3同期時点(Synchro3)は第2同期時点(Synchro2)よりも前記所定の第3角度値だけ手前にあり、第4同期時点(Synchro4)は第3同期時点(Synchro3)よりも前記所定の第3角度値だけ手前にあり、第5同期時点(Synchro5)は第4同期時点(Synchro4)よりも前記所定の第3角度値だけ手前にあり、
    前記伝送装置(17,55,58,72)は、内部残留ガス充填量(rfrgsoll)と残留ガス制御ストラテジ(AGR−Strat)に関する目標値を前記第5同期時点(Synchro5)にバルブ制御装置(20)へ伝送し、外気充填量(rlsoll)と充填ストラテジ(Fue−Art)に関する目標値を前記第4同期時点(Synchro4)に、トルク低減量(etaAVsoll)に関する目標値を前記第1同期時点(Synchro1)に伝送する、
    請求項1または2記載の制御装置。
  4. 前記伝送装置(17,55,58,72)は、第4同期時点(Synchro4)において内部残留ガス充填量(rfrgsoll)と残留ガス制御ストラテジ(AGR−Strat)に関して更新された目標値を伝送し、第3同期時点(Synchro3)において外気充填量(rlsoll)と充填ストラテジ(Fue−Art)を伝送する、請求項3記載の制御装置。
  5. 前記エンジン制御装置(16)内に燃料決定装置(63)が設けられており、該燃料決定装置(63)は、次の吸い込み時に内燃機関(1)の吸気管(13)により吸い込まれる最小燃料量(rkabmin)と、次の吸い込み時に内燃機関(1)の吸気管(13)により吸い込まれる最大燃料量(rkabmax)を求める、請求項1から4のいずれか1項記載の制御装置。
  6. 前記燃料決定装置(63)は噴射量決定装置(64)を有しており、該噴射量決定装置(64)は内燃機関(1)のシリンダにおける噴射バルブ(12)の制御信号(ti)に基づき、吸気バルブ(7)の先行の閉鎖以降シリンダの吸気管(13)に噴射された燃料量(rktineu)と、噴射バルブ(12)の閉鎖までにさらに噴射すべき燃料量(rktimaxm)を求める、請求項5記載の制御装置。
  7. 前記燃料決定装置(63)は壁膜検出装置(66)を有しており、該壁膜検出装置(66)は、吸気バルブ(7)の先行の閉鎖後にシリンダの吸気管(13)内に残されている壁膜(rkwdverb)と、吸気バルブ(7)の次の閉鎖後に予期される壁膜(rkwderw)を求める、請求項5または6記載の制御装置。
  8. 前記第1角度値は、n個のシリンダを備えた内燃機関(1)であれば720°/2*nである、請求項2記載の制御装置。
  9. 前記第3角度値は、n個のシリンダを備えた内燃機関であれば720°/nである、請求項3記載の制御装置。
  10. 完全可変バルブ機構(9,10)をもつ吸気バルブ(7)と排気バルブ(8)を有するシリンダを備えた内燃機関(1)の動作を制御する方法において、
    内燃機関(1)のシリンダの外気充填量(rlsoll)、内部残留ガス充填量(rfrgsoll)、トルク低減量(etaAVsoll)、残留ガス制御ストラテジ(AGR−Strat)および充填ストラテジ(Fue−Art)を求めるステップと、
    求められた目標値を外気充填量(rlsoll)、充填ストラテジ(Fue−Art)、内部残留ガス充填量(rfrgsoll)、残留ガス制御ストラテジ(AGR−Strat)およびトルク低減量(etaAVsoll)に関して、エンジン制御装置(16)からバルブ制御装置(20)へクランク角に同期して伝送するステップと、
    内燃機関(1)のシリンダの吸気バルブ(7)と排気バルブ(8)の完全可変バルブ機構(9,10)を、外気充填量(rlsoll)、内部残留ガス充填量(rfrgsoll)、トルク低減量(etaAVsoll)、残留ガス制御ストラテジ(AGR−Strat)および充填ストラテジ(Fue−Art)に関する目標値に基づき制御するステップが設けられていることを特徴とする、
    内燃機関の動作を制御する方法。
  11. クランク角センサ(6)の出力信号に基づきクランク角同期形第1シンクロパターンを求め、エンジン制御装置(16)を該第1シンクロパターンと同期させて作動するステップと、
    外気充填量(rlsoll)、内部ガス充填量(rfrgsoll)、トルク低減量(etaAVsoll)、残留ガス制御ストラテジ(AGR−Strat)および充填ストラテジ(Fue−Art)に関する目標値を、エンジン制御装置(16)におけるクランク角同期形第1シンクロパターンと同期させて該エンジン制御装置(16)から前記バルブ制御装置(20)へ伝送するステップと、
    クランク角同期形第2シンクロパターンを求め、該第2シンクロパターンを前記第1シンクロパターンよりも所定の第1角度値だけ遅らせ、前記バルブ制御装置(20)を該第2シンクロパターンと同期させて作動するステップが設けられている、
    請求項10記載の方法。
  12. 前記クランク角同期形第1シンクロパターンは少なくとも第1同期時点(Synchro1)、第2同期時点(Synchro2)、第3同期時点(Synchro3)、第4同期時点(Synchro4)および第5同期時点(Synchro5)を有しており、
    第1同期時点(Synchro1)は、内燃機関(1)のシリンダの点火上死点(ZOT)よりも所定の第2角度値だけ手前にあり、第2同期時点(Synchro2)は、第1同期時点(Synchro1)よりも所定の第3角度値だけ手前にあり、第3同期時点(Synchro3)は第2同期時点(Synchro2)よりも前記所定の第3角度値だけ手前にあり、第4同期時点(Synchro4)は第3同期時点(Synchro3)よりも前記所定の第3角度値だけ手前にあり、第5同期時点(Synchro5)は第4同期時点(Synchro4)よりも前記所定の第3角度値だけ手前にあり、
    前記伝送装置(17,55,58,72)は、内部残留ガス充填量(rfrgsoll)と残留ガス制御ストラテジ(AGR−Strat)に関する目標値を前記第5同期時点(Synchro5)にバルブ制御装置(20)へ伝送し、外気充填量(rlsoll)と充填ストラテジ(Fue−Art)に関する目標値を前記第4同期時点(Synchro4)に、トルク低減量(etaAVsoll)に関する目標値を前記第1同期時点(Synchro1)に伝送する、
    請求項10または11記載の方法。
  13. 第4同期時点(Synchro4)において残留ガス充填量(rfrgsoll)と残留ガス制御ストラテジ(AGR−Strat)に関して更新された目標値をバルブ制御装置(20)へ伝送し、第3同期時点において外気充填量(rlsoll)と充填ストラテジ(Fue−Art)に関して更新された目標値をバルブ制御装置(20)へ伝送する、請求項12記載の方法。
  14. 次の吸い込み時に内燃機関(1)の吸気管(13)により吸い込まれる最小燃料量(rkabmin)と、次の吸い込み時に内燃機関(1)の吸気管(13)により吸い込まれる最大燃料量(rkabmax)を求める、請求項10から13のいずれか1項記載の方法。
  15. 内燃機関(1)のシリンダにおける噴射バルブ(12)の制御信号(ti)に基づき、吸気バルブ(7)の先行の閉鎖以降シリンダの吸気管(13)に噴射された燃料量(rktineu)と、噴射バルブ(12)の閉鎖までにさらに噴射すべき燃料量(rktimaxm)を求める、請求項14記載の方法。
  16. 吸気バルブ(7)の先行の閉鎖後にシリンダの吸気管(13)内に残されている壁膜(rkwdverb)と、吸気バルブ(7)の次の閉鎖後に予期される壁膜(rkwderw)を求める、請求項14または15記載の方法。
  17. 前記第1角度値を、n個のシリンダを備えた内燃機関(1)であれば720°/2*nとする、請求項11記載の方法。
  18. 前記第3角度値を、n個のシリンダを備えた内燃機関であれば720°/nとする、請求項12記載の方法。
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