JP2004521230A - １つまたは複数のシリンダにおけるラムダ値変化を用いた位相検出方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、エンジンマネージメントシステムを用いて作動され、偶数個または奇数個のシリンダ数を有する火花点火式の多気筒内燃機関の位相識別のための方法に関する。内燃機関の動作サイクルは、出力軸の少なくとも２回転に亘って延在している。内燃機関は、位相位置が未知である場合に、１つの位相位置のピックアップのもとで始動される。内燃機関の選択された１つまたは複数のシリンダにおいては混合気の希薄化または濃厚化に係わる混合気形成への介入制御が行われる。空気過剰率λの検出と変化に基づいて、内燃機関の始動時に最初にピックアップされた位相位置の真偽が検証される。位相位置が偽として検証された場合には、内燃機関の緊急動作が二重の点火出力でもって維持されるか若しくは新たに同期化されるか再度同期化される。

Description

【技術分野】
【０００１】
多気筒の高出力内燃機関においてクランク軸角度位置を検出するためには、クランク軸に回動不動に結合されているセンサディスクを連続的に走査するセンサが用いられる。これに対しては通常は、機関の複数のピストンのうちの１つの上死点（ＯＴ）に割当てられた位置に不規則性を持つリングないしリムギヤが用いられている。このセンサは、点火過程ないし噴射過程に割当てられている回転角度に対して一義的な信号を生成するが、しかしながらこれはある回転角度にそれぞれ達したもとでこれらの過程がトリガされなければならない時にしかなされない。例えば４サイクル内燃機関の場合には、作動サイクルは７２０°のクランク軸角度に亘り、その中で上死点（ＯＴ）に相応する２つの信号が発生する。
【０００２】
従来技術
ドイツ連邦共和国特許出願 DE 41 22 786 A1 明細書は、内燃機関の点火若しくは噴射過程に対応付けられた回転角度の識別方法が開示されている。この内燃機関の作動サイクルは、その出力軸の少なくとも２回転分に亘っている。ここでは点火過程ないしは噴射過程が開始されると、この点火ないし噴射過程に対して内燃機関のリアクション実際値が求められ、割当てられた回転角度の基で起こる点火および噴射過程の際のリアクション目標値と比較されている。
【０００３】
欧州特許出願 EP 0 826 099 B1 明細書には、多気筒−フォーサイクル内燃機関のシリンダの位相位置を識別する方法が開示されている。この解決手段によれば、多気筒内燃機関が、各シリンダ毎に個別制御を行うための点火装置を装備しており、さらに内燃機関の基準シリンダのピストンの通過を所定の位置で識別することを可能にする信号を生成する測定センサが含まれている。この欧州特許出願で提案されている方法は、１つのサイクルが複数のステップによって実施されており、この場合はまず最初に基準シリンダのもとで、予め定められる位置において基準シリンダのピストンの通過に結びつけられている所定の瞬間に、障害が次のようにして制御される。すなわちエンジンの作動形態の変化が起こるように制御される。引き続きエンジンの作動形態が監視され、基準シリンダにおける障害の制御から生じた考えられ得る作動形態の変化が検出され、作動形態の変化の突発的な出現の瞬間若しくはエンジンの作動形態の変化の出現のない状態が求められる。そして所定の障害の制御の瞬間が、エンジンの作動形態における変化の突発的な出現が検出された瞬間に対比されるか、エンジンの作動形態の変化の出現なしに対比され、基準シリンダが所定の位置にあるエンジンサイクルの位相が導出される。この基準シリンダの位相の情報に基づいて当該内燃機関のシリンダの位相が識別される。欧州特許出願 EP 0 826 099 B1 明細書で提案されている解決手段によれば、障害の制御が次の点におかれている。すなわち点火エネルギの変更が通常の作動形態との比較の中で制御され、すなわち点火制御の完全な中断とは別のものであり、その結果生じたエンジンの作動形態の可能な変更の検出は、回転トルクの変化の突発的な出現の瞬間を検出するためのトルクの生じ得る変化を検出することからなる。
【０００４】
米国特許出願 US 5 425 340 明細書には、内燃機関のための電子制御式燃料噴射システムの制御のためのシリンダの識別方法が開示されている。これは、シーケンシャルなマルチポイント型燃料噴射システムに用いることができる。内燃機関のクランク軸にはクランク軸センサが割当てられており、このセンサが、各シリンダの上死点の通過を検出している。これにより、誤った点火の発生が検出可能となる。まず選択された基準シリンダ内への燃料の噴射が停止される。その後で、この選択された基準シリンダにおいて、誤った点火の出現が検出される。そして選択された基準シリンダへの燃料噴射の中断の時点と、選択された基準シリンダにおける誤った点火の出現時点との比較が行われる。さらに、上死点ＯＴの通過が、選択された基準シリンダの吸気/圧縮サイクルのもとで検出される。その後信号シーケンスが形成され、このシーケンスから上死点ＯＴ信号を伴う位相にある内燃機関のシリンダが明らかにされる。この信号シーケンスの生成は、次のような時点で行われる。すなわち吸気/圧縮サイクルでの上死点ＯＴの検出が行われ、燃焼の順序が内燃機関の点火順序に応じて再びピックアップされる時点で行われる。
【０００５】
上述したような解決手段の他にも、位相検出センサが故障した場合に簡単な緊急時機能が次のようにして実現される手段も存在する。すなわち予備のセンサかまたは内燃機関（Ｖモータ）の他のシリンダブロックにおけるセンサへの切換によって実現する手段である。さらに内燃機関の停止の際にピックアップされた移動位置にフィードバックさせることも可能である。
【０００６】
発明の有利な実施形態及び利点
本発明によって提案されている解決手段の利点は、とりわけ本発明による方法によって内燃機関における位相の識別が、位相センサの装備なしでも、あるいは位相センサの故障による内燃機関の緊急時機能のもとでも可能となることである。
【０００７】
本発明によれば、多気筒内燃機関のシリンダの未知の位相位置のもとで１つの位相位置が受け取られる。この受け取られる位相位置は、例えば内燃機関の停止の際に受け取ったクランク軸の位相位置であってもよい。内燃機関は、ここにおいて二重の点火出力でもって点火および充填入換えの上死点において始動される。ここで、ピックアップされた内燃機関の位相位置を基準にしたもとで、１つまたは複数のシリンダにおける内燃機関の燃料と吸入空気からの混合機形成のもとに相応の介入制御によって濃厚化若しくは希薄化が行われる。選択されたシリンダの混合機の濃厚化ないし希薄化は、そのつど失火の生じる可能性がなくなるまでしか行われないし、固定可能な期間に制限される。総和的なラムダ値は、選択された１つのシリンダないしは選択された複数のシリンダのもとでの混合気形成への介入期間中に適切な介入制御によって所望の値に維持できる。これにより内燃機関はほぼ最適な排気ガスを排出する。
【０００８】
内燃機関の選択された１つのシリンダないしは選択された複数のシリンダの混合気の濃濃厚化ないし希薄化によって損なわれる快適性は、短時間だけのほとんど知覚されない程度のものである。これは内燃機関のシリンダの１つにおける燃料噴射のマスキングのもとでの場合よりも遙かに少ない。混合機形成への介入制御は、最適な識別が可能である適切なエンジン作動領域において行われる。走行快適性に関する犠牲は、このエンジン作動領域内において限界内でキープされる。内燃機関の１つの選択されたシリンダもしくは内燃機関の複数の選択されたシリンダにおける混合気形成への介入制御の実行のための適切なエンジン作動領域とは、内燃機関の回転数が最も安定したまま維持される領域であって、際だった加速度位相が現れない（内燃機関の部分負荷領域内）。
【０００９】
λ値差分の評価のもとでは、定常的なラムダゾンデとエンジン制御機器内の相応の評価アルゴリズムが用いられる（例えば個別シリンダのラムダ制御に適用される）。選択された１つのシリンダないしは選択された複数のシリンダのもとでの混合気形成への介入制御によって、混合気の不均等な分配が行われる。これはいずれにせよ極力最小の排ガス悪化しか呼び起こさない。なぜなら全てのシリンダに対する総和的ラムダ値が最適に維持できるからである。
【００１０】
本発明によって提案された方法を用いて内燃機関における位相位置識別が行われる車両上の走行快適性への影響は、ほとんど知覚されない。本発明によって提案された方法のさらなる利点は、偶数個のシリンダ若しくは奇数個のシリンダを備えたＶ型エンジンにおいても直列型エンジンにおいても、内燃機関におけるごく僅かな走行快適性の犠牲のみで適用可能なことである。
【００１１】
実施例の説明
最近の多気筒内燃機関におけるモータマネージメントシステムにおいては、位相検出センサの欠陥が直接識別される。そのため本発明によって提案された方法による支援ルーチンが投入可能である。いくつかの機能し得る位相検出センサの代替えによる余裕のない内燃機関においては、ピックアップされた位相位置に基づいて内燃機関がスタートされる。このピックアップされた位相位置とは例えば次のような位相位置に相応する。すなわち内燃機関の停止のもとで出現した位相位置である。このようなエンジンマネージメントシステム内で永続的に記憶された既存の情報に基づいて、多気筒内燃機関は始動させることが可能である。例えばフォーサイクル内燃機関のもとでは（もちろん４気筒、６気筒または８気筒エンジンであってもよい）、圧縮サイクルと排気サイクルの後の上死点ＯＴにおいて点火出力が行われる。従ってここでは点火出力が二重に行われる。内燃機関の始動の際にピックアップされた位相位置の検査は、内燃機関が安定した負荷と安定した回転数並びにエンジンの通常作動温度への到達に関してそれらに適した作動領域に達した後で初めて行われる。このことは、内燃機関のいくつかの運転期間の後でアイドリングのもとで出現してもよいし、内燃機関のほぼ定常的な運転フェーズであってもよい。さらにラムダ制御が作動準備されなければならない。
【００１２】
内燃機関の適時に現れた作動領域の到達後に、本発明によって提案される方法に従って、選択された１つまたは複数の基準シリンダにおける混合気形成への介入制御が混合気濃厚化の方向かまたは混合気希薄化の方向で行われる。この総和的ないし総合的ラムダ制御は、選択された１つまたは複数の基準シリンダにおける混合気形成への介入制御のもと継続的に作動される。内燃機関のエンジンマネージメントシステムにおいては、希薄化若しくは濃厚化に関する混合気形成への介入制御が行われている、選択された当該シリンダが既知である。
【００１３】
内燃機関における選択された１つまたは複数のシリンダの混合気形成への介入制御の実行の後では、相応する選択された１つまたは複数のシリンダにおける空気過剰率λがどのように変化したかが検査される。該当する選択されたシリンダの空気過剰率λが明確に識別可能に混合気濃厚化若しくは混合気希薄化に関して予期された方向で変動した場合には、最初にピックアップされた内燃機関の位相位置が確定される。この結果のもとでは通常のエンジン作動状態に切換られ得る。つまり排気サイクルの上死点に達した場合の点火過程が取消し可能である。さらに正しく検出された位相位置として角度同期して行われたイベント、例えば燃料噴射過程などのもとでトリガ可能である。その後では位相検出の完全な遮断が実施可能である。
【００１４】
それに対して選択された１つまたは複数のシリンダにおいて濃厚化または希薄化が何も出現しない場合、すなわちλ値が一定のままな場合には、内燃機関の始動時にピックアップされた位相位置が誤っている。さらに、選択された１つまたは複数のシリンダのもとで空気過剰率λの小さな変化が、補償の続きとして逆方向に現れた場合には、内燃機関の始動時にピックアップされたこの誤った位相位置から出発してもよい。
【００１５】
このことは、総和的λ値の制御のもとで、次のような値に閉ループ制御されるケースに該当する。すなわち選択された１つまたは複数のシリンダにおける混合気形成への介入制御の実行前に空気過剰率λが取入れられている値である。
【００１６】
内燃機関が、Ｖ型モータにおいてバンク毎に偶数個もしくは奇数個のシリンダ数を有する多気筒内燃機関であるならば、選択されたシリンダに対して３６０°のクランク角度分だけずれたシリンダの空気過剰率λの評価も行われ得る。この選択されたシリンダに対して３６０°のクランク角度分だけずれたシリンダが、発生したλ値変化を有しているならば、内燃機関の始動の際にピックアップされた位相位置が誤っていたことになる。λ値変化の検出のための選択されたシリンダに対して３６０°のクランク角度分だけずれたシリンダの引き合いは、Ｖ型モータのバンク毎に偶数個もしくは奇数個のシリンダ数を有する多気筒内燃機関においてのみ行われる、大抵引き合いにだされるのは、偶数個のシリンダ数を有するフォーサイクル内燃機関である。偶数個のシリンダ数を有する内燃機関への本発明によって提案された方法の投入の利点は次の通りである。すなわち１つのシリンダのみの空気過剰率λの操作の際に、この操作が同じ総和的λ値のもとで、１つのシリンダの介入制御によって引き起される総和的空気過剰率λのエラーの補償に基づいて他のシリンダのリアクションよりも明確になる。
【００１７】
ピックアップされた位相位置と検出された位相位置の一致した場合に位相検出の中断が行われ得るのに対して、誤った位相位置が検出された場合には、内燃機関への同期修正ないし新たな同期が必要となる。さらに二重の点火出力を伴う緊急動作は、圧縮サイクルの終了時ないしは排気サイクルの終了時に保持され得る。内燃機関の新たな同期化ないしは再同期化が行われると、この同期化の正当性は、二重の点火出力が遮断される前に引続き再度検査されるべきである。
【００１８】
それに対して位相検出が例えば内燃機関の安定していない作動状態に基づいてあるいは他の外的影響に基づいて、一義的な結果には結びつかなかった場合には、検査プロシージャーの実施に適した走行状況、すなわち内燃機関の適切な部分負荷領域に達すると同時に、検査プロシージャーが例えば事前に設定可能なタイマーの経過の後で任意に頻繁に繰り返されてもよい。タイマーにおいて、（これは内燃機関のエンジンマネージメントシステム内に収容されていてもよい）本発明による方法に従って位相検出の新たな確定が実施されるまでの期間が自由に事前選択される。すなわち、個々の検出過程の間の間隔は、内燃機関の位相位置の算出のためにフレキシブルに整合可能である。
【００１９】
事前に誤った方向に向けられた位相位置の検出のもとで内燃機関における新たな位相検出が行われた場合には、これがこれまでに選択されていたシリンダにおいても新たに選択されるシリンダにおいても実施され得る。本発明によって提案された方法の実施は、内燃機関のシリンダにおいて、内燃機関の位相位置に対する一義的な情報が得られるまで行われる。
【００２０】
本発明によって提案された方法では、燃料噴射のマスキングに代えて、内燃機関の選択された１つのシリンダないしは選択された複数のシリンダにおける希薄化もしくは濃厚化であり得る混合気形成への介入制御によって空気過剰率の変化を求めることが基礎におかれているため、内燃機関は、総和的λ値に関してほぼ通常の排ガス特性で動作し得る。燃料噴射のマスキングに比べて生じ得る快適性の損なわれる範囲は狭い。本発明によって提案された位相検出センサの欠けた多気筒内燃機関における位相検出のための方法は、偶数個または奇数個のシリンダ数を有する内燃機関において使用可能であり、確かな位相検出を可能にしている。なぜなら多数のイベントの出現が監視されるからである。それにより、位相位置に関して得られた情報の信頼性は非常に高く、位相検出センサの欠けたことに基づく車両の停滞が除外される。

Claims (10)

1. 偶数個または奇数個のシリンダ数を有する火花点火式の多気筒内燃機関の位相識別のための方法であって、
   エンジンマネージメントシステムを用いて作動され、この場合内燃機関の動作サイクルが、出力軸の少なくとも２回転に亘って延在している形式のものにおいて、
   内燃機関が、位相位置が未知である場合に、１つの位相位置のピックアップのもとで始動され、
   内燃機関の選択された１つまたは複数のシリンダにおいて混合気の希薄化または濃厚化に係わる混合気形成への介入制御を行い、
   個々のシリンダの空気過剰率λの検出に基づいて、最初にピックアップされた位相位置の真偽が検証され、
   ピックアップされた位相位置が偽として検証された場合に、エンジン動作が二重の点火出力でもって維持されるようにしたことを特徴とする方法。
2. 内燃機関を、位相位置のピックアップのもとで、圧縮サイクルの終了時と排気サイクルの終了時の二重の点火出力でもって始動する、請求項１記載の方法。
3. 内燃機関の位相識別を、負荷、回転数または温度及びラムダゾンデの作動待機状態に関する内燃機関の適切な作動領域において行う、請求項１記載の方法。
4. 空気過剰率λの変化が、選択されたシリンダにおける混合気形成への介入制御に応じて検出された場合には、初めにピックアップした内燃機関の位相位置が真として検証される、請求項１記載の方法。
5. 内燃機関の位相位置が真として検証された場合に、二重の点火出力が取り消され、角度同期されたイベントがトリガされる、請求項４記載の方法。
6. 選択された１つまたは複数のシリンダに対応付けられる排ガスが、選択されたシリンダの混合気形成への介入制御に応じて空気過剰率λの変化を何も有さない場合には、最初にピックアップした内燃機関の位相位置が偽として検証される、請求項１記載の方法。
7. 選択された１つまたは複数のシリンダに対応付けられる排ガスが、混合気形成への介入制御前の総和的λ値の閉ループ制御の補償の続きとして、選択された１つまたは複数のシリンダにおける混合気形成の介入制御に対して逆方向で空気過剰率λの変化を有する場合には、最初にピックアップした内燃機関の位相位置が偽として検証される、請求項１記載の方法。
8. 選択されたシリンダに対して３６０°だけずれているシリンダに対応付けられる排気ガスが、混合気形成介入制御に応じた空気過剰率λの変化を有している場合には、最初にピックアップした内燃機関の位相位置が偽として検証される、請求項１記載の方法。
9. 位相位置が偽として検証された場合に、内燃機関の位相位置の新たな同期化若しくは再同期化を行う、請求項６から８いずれか１項記載の方法。
10. 内燃機関の位相位置の識別が不成功に終わった場合に、所定の期間の経過後または所定数の遊び動作（回転）の後で、位相検出を内燃機関の同じシリンダかもしくは新たな選択されたシリンダにおいて繰り返す、請求項６から８いずれか１項記載の方法。