JP2005036808A - 内燃機関の運転方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 点火角の最適制限を可能にする内燃機関の運転方法および装置を提供する。
【解決手段】 内燃機関の運転方法は、内燃機関（１）の運転点の関数として点火角に対する限界値が設定されること、および前記点火角に対する限界値が、内燃機関（１）の回転限界の関数として補正されることを特徴とする。内燃機関の運転装置（５）は、内燃機関（１）の運転点の関数として点火角に対する限界値を設定するための設定手段（１０）と、前記点火角に対する限界値を内燃機関（１）の回転限界の関数として補正する補正手段（１５）とを備える。
【選択図】 図２

Description

本発明は、内燃機関の運転方法および装置に関するものである。

米国特許第６５２０１５９号から、カウンタにより燃焼ミスファイヤの数を決定することが既知である。
ドイツ特許公開第１９９４５８１１号から、内燃機関の回転不規則性に対する尺度が形成され且つ内燃機関の負荷の関数であるしきい値と比較され、しきい値を超えたことがミスファイヤとして評価される、燃焼ミスファイヤ検出方法が既知である。

ドイツ特許第１９７０６１２６号から、クランク角の角速度の変動を介して燃焼ミスファイヤ検出を行い、この場合、一般的回転速度傾向およびさらに不均一な回転速度変化が考慮されることが既知である。開示された方法は、クランク軸の角速度の変化に比例する回転不規則値を提供する。このようにして得られた回転不規則値は、それに続いて限界値と比較され、且つ回転不規則値が限界値を超えたときに燃焼ミスファイヤが検出される。

本発明の課題は、点火角の最適制限を可能にする内燃機関の運転方法および装置を提供することである。

本発明の内燃機関の運転方法は、内燃機関の運転点の関数として点火角に対する限界値が設定されること、および前記点火角に対する限界値が、内燃機関の回転限界の関数として補正されることを特徴とする。

また、本発明の内燃機関の運転装置は、内燃機関の運転点の関数として点火角に対する限界値を設定するための設定手段と、前記点火角に対する限界値を内燃機関の回転限界の関数として補正する補正手段とを備えている。

本発明による内燃機関の運転方法および運転装置は、従来技術に比較して、内燃機関の運転点の関数として点火角に対する限界値が設定され、点火角に対する限界値が内燃機関の回転限界の関数として補正されるという利点を有している。このようにして、一方で、内燃機関の好ましくない停止を阻止するために点火角の遅れシフトを制限し、他方で、点火角の遅れシフトの制限を具体的な内燃機関のエンジンおよびその状態に適合させることが可能であるので、具体的なエンジンおよびその状態に対して、エンジンが停止することなく点火角の最大遅れシフトを達成可能である。このようにして、特に、例えば走行性機能および／または触媒加熱のようなエンジン制御機能に対するトルク余裕の形成を最適化することができる。

本発明は更に有利な改良および改善が可能である。
内燃機関の回転限界が内燃機関の回転不規則性の関数として決定されると、それは特に有利である。これは特に簡単な回転限界の決定方法を示し、この方法は、追加のセンサ装置を必要とせず、本来使用されているクランク角センサまたは回転速度センサにより実行可能である。

同様のことが、内燃機関の回転限界が燃焼ミスファイヤの数の関数として決定される場合に対しても適用される。燃焼ミスファイヤの決定もまた本来使用されているクランク角センサまたは回転速度センサにより実行可能である。

第１の所定時間にわたり内燃機関の回転限界に到達しなかったときに点火角に対する限界値が遅れ方向に補正されると、それは特に有利である。このようにして、点火角に対する限界値が遅れ方向にシフトされ、したがってより高いトルク余裕を形成することができる。したがって、内燃機関の運転範囲を、実際回転限界まで、より良好かつ完全に利用することができ、即ち点火角に対する限界値は実際回転限界の方向に補正される。

第２の所定時間にわたり内燃機関の回転限界を超えたときに点火角に対する限界値が進み方向に補正されると、それはまた有利である。このようにして、点火角に対するより高い限界値を、内燃機関の好ましくないエンストまたは停止を阻止するように、内燃機関の実際回転限界の方向に再び補正することができる。

さらに、内燃機関の少なくとも１つの運転点に対する点火角限界値補正のための新たな補正値が前の補正値から適応されると、それは特に有利である。このようにして、内燃機関の実際回転限界を学習し且つそれを例えば劣化および摩耗および／またはドライバのタイプの関数として、当該エンジンと、その状態とに適合させることができ、したがって内燃機関の通常の運転範囲に適合させることができる。したがって、個々のエンジンに対して、その実際回転限界にできるだけ近い回転限界を割り当てることができる。

補正値の適応が所定の適応ステップ幅を使用して実行されるとき、他の利点が得られる。このようにして、適応を特に簡単且つ反復して実行することができ、したがって適応ステップ幅が適切に選択されたときには適応を特に確実且つ正確に実行することができる。

本発明の実施例が図面に示され、以下にこれを詳細に説明する。

図１において、例えば車両の内燃機関１はエンジン４５を含む。エンジン４５は、この例においては、オットー・サイクル・エンジンとして形成されている。エンジン４５に給気系２５を介してフレッシュ・エアが供給される。図１においてフレッシュ・エアの流れ方向が矢印により表わされている。給気系２５を介してエンジン４５に供給されるフレッシュ・エア質量流量は、空気質量流量計２０により測定される。フレッシュ・エア質量流量に対する測定値は、空気質量流量計２０からエンジン制御ユニット５にエンジン負荷に対する尺度として供給される。空気質量流量計２０は、例えばホット・フィルム空気質量流量計として形成されていてもよい。給気系２５内のフレッシュ・エアの流れ方向において、空気質量流量計２０の後方に絞り弁３５が配置され、絞り弁３５の開度は、エンジン制御ユニット５から、エンジン４５のシリンダの希望充填量を達成するように設定される。したがって、絞り弁３５の開度は、空気質量流量計２０により測定されるフレッシュ・エア質量流量をも調節する。絞り弁３５とエンジン４５との間の給気系２５の部分は吸気管とも呼ばれ、且つ図１においては符号３０で表わされている。図１に示すように、吸気管３０内に噴射弁４０が配置され、噴射弁４０を介して吸気管３０内に燃料が噴射される。エンジン制御ユニット５は、例えばエンジン４５の燃焼室内に所定の空気／燃料混合比を設定するために、所定の燃料質量流量を設定するように噴射弁４０を操作する。エンジン４５の燃焼室内に到達した空気／燃料混合物は、それぞれのシリンダ内において点火プラグ５０により点火され、このようにして既知のようにクランク軸を駆動する。代替態様として、燃料噴射は燃焼室内に直接行われてもよい。クランク軸の回転は、エンジン４５に設けられたクランク角センサまたは回転速度センサ５５により当業者に既知のように測定される。クランク角信号ないし回転速度信号はエンジン制御ユニット５に伝送される。点火プラグ５０は、所定の点火時期または点火角を設定するように同様にエンジン制御ユニット５により操作される。燃焼室内の空気／燃料混合物の燃焼において発生された排気ガスは、排気系６０に供給され且つエンジン４５から矢印の方向に流出する。絞り弁３５の開度の操作、噴射弁４０を介しての燃料質量流量の操作および点火プラグ５０の点火時期ないし点火角の操作は、例えば１つまたは複数のトルク要求１１５−１２０の関数としてエンジン制御ユニット５０により行われる。この場合、トルク要求１１５−１２０は、当業者に既知のように、エンジン制御ユニット５により合成トルク要求に調整され、合成トルク要求は、次に、絞り弁３５、噴射弁４０および点火プラグ５０の適切な操作により変換される。トルク要求１１５−１２０は、例えば加速ペダル・モジュールにより形成されても、またドライバの希望トルクを定義してもよく、および／または例えばアンチロック・システム、駆動滑り制御装置、走行速度制御システム、アンチジャーク機能、アイドリング制御、触媒加熱機能等のような他の車両機能により形成されてもよい。

上記の車両機能ないし走行性機能のいくつかに対して、および特に触媒加熱に対してもまた、点火角の遅れシフトにより実現されるトルク余裕の形成を必要とすることがある。しかしながら、点火角の遅れシフトは、内燃機関１ないしエンジン４５の回転限界に到達するまでのみ有効であり、その理由は、それを超えるとエンジン４５が停止することがあるからである。本発明により、ここで、一方で、内燃機関１ないしエンジン４５の実際回転限界を超えないように点火角の遅れシフトを制限し、他方で、この制限を具体的な個々のエンジン４５並びにその状態ないしその特性およびその通常使用される運転範囲に適合させ、これにより、特にトルク余裕の形成において、エンジン４５の可能な運転範囲をできるだけ完全に実際回転限界まで利用可能にするように設計されている。エンジン４５の状態は、例えばエンジン・クリーニングまたは排気系の交換の結果として、またはエンジン劣化により、変化することがある。

図２に本発明による方法および本発明による装置の説明用機能図が示され、この機能図は、一方で、点火角の遅れシフトの制限を可能にし、他方で、この制限の、具体的な個々のエンジン４５並びにその状態およびその通常使用される運転範囲への適合を可能にするものである。通常使用される運転範囲は、特にドライバのタイプないし走行方式の関数であり、即ち例えば、車両がたいてい市街地内を走行するかまたは高速道路上を走行するかの関数である。図２に示す機能図は、エンジン制御ユニット５内においてソフトウェアおよび／またはハードウェアにより実行可能である。図２に示す機能図は、エンジン４５ないし内燃機関１の回転限界に到達したことを表わす少なくとも１つの値を決定する決定ユニット６５を含む。少なくとも１つのこの値は、例えばドイツ特許第１９７０７１２６号から既知のように、クランク角センサまたは回転速度センサ５５の測定信号を使用して決定される回転不規則値であってもよい。回転不規則値に追加してまたはその代わりに、例えば米国特許第６，５２０，１５９号から既知のように、燃焼ミスファイヤの数が決定されてもよい。回転不規則値のみならず燃焼ミスファイヤの数もまたエンジン４５ないし内燃機関１の回転限界に到達したことを表わしている。決定ユニット６５において決定された回転不規則値および／または決定ユニット６５において決定された燃焼ミスファイヤの数は比較要素７０に供給され、比較要素７０において、回転不規則性に対する第１の限界値と比較されるか、ないしは燃焼ミスファイヤの数に対する第２の限界値と比較され、これらの限界値は、エンジン制御ユニット５のメモリ７５に記憶されていてもよい。第１の限界値および第２の限界値は、例えば試験台上において、エンジン４５に対して、これらの限界値がそれぞれエンジン４５の回転限界に到達したことを表わすように決定されてもよい。この場合、第１の限界値および第２の限界値は、エンジン４５の実際回転限界に到達するためになお、例えば５％の所定の安全余裕が許容されるように選択されてもよい。実際回転限界を超えたときには、必然的にエンジン４５は完全に停止することになる。この場合、この回転限界は、試験台上において、第１の限界値および第２の限界値を決定するために、特に安全余裕を考慮して決定されてもよい。比較要素７０において、回転不規則値が第１の限界値と比較され、および／または燃焼ミスファイヤの数が第２の限界値と比較される。比較のために使用された全ての限界値を超えている場合、比較要素７０は第１の時限素子８０をセットする。比較のために使用された全ての限界値を下回っている場合、比較要素７０は、第２の時限素子８５をセットする。第１の時限素子８０は第１の時定数を含み、および第２の時限素子８５は第２の時定数を含む。この場合、例えば第１の時定数は第２の時定数より著しく小さく選択されている。第１の時限素子８０がセットされてから第１の時定数が経過した後には、第１の時限素子８０の出力、したがって減分値形成器９０の入力がセットされ、この場合、第１の時限素子８０の入力は第１の時定数が経過する前にリセットされないものと仮定し、その理由は、リセットされたときには、限界値のいずれかを再び下回っているからである。第２の時限素子８５がセットされてから第２の時定数が経過した後には、第２の時限素子８５の出力、したがって増分値形成器９５の入力もまたセットされ、この場合、第２の時限素子８５の入力は第２の時定数が経過する前にリセットされないものと仮定し、その理由は、リセットされたときには、限界値のいずれかを再び超えているからである。減分値形成器９０がセットされた場合、減分値形成器９０は、その出力に負の符号を有する所定の減分値を発生し且つそれを第１の加算要素１０５に伝送する。増分値形成器９５がセットされた場合、増分値形成器９５はその出力に正の符号を有する所定の増分値を発生し且つそれを第１の加算要素１０５に伝送する。第１の加算要素１０５にはさらに、点火角補正特性曲線群１００の出力信号が供給され、点火角補正特性曲線群１００は、内燃機関１ないしエンジン４５の実際運転点の関数として点火角補正値を供給し、点火角補正値はこのとき第１の加算要素１０５に供給される。この場合、内燃機関１の運転点は、クランク角センサまたは回転速度センサにより決定されるエンジン回転速度の関数であり、且つフレッシュ・エア質量流量の関数として当業者に既知のように空気質量流量計２０により決定されるエンジン負荷の関数である。この場合、代替態様においては、エンジン負荷は、吸気管３０内の適切な圧力センサにより決定される吸気管圧力を介して決定されても、またはそれ以外に、エンジン４５のシリンダの充填量を表わす変数、例えばエンジン・トルクまたはエンジン動力を介して、または上記の変数から導かれた変数を介して決定されてもよい。点火角補正特性曲線群１００は、例えば試験台上において、最初に内燃機関１の種々の運転点に対して決定されてもよく、この場合、決定されなかった運転点には、例えば補間法により関連の点火角補正値がそれぞれ設定されてもよい。代替態様として、点火角補正特性曲線群１００は、最初に内燃機関１の全ての運転点に対して０にセットされてもよい。さらに、点火角限界特性曲線群１０が設けられ、点火角限界特性曲線群１０は、同様に内燃機関１のそれぞれの運転点の関数として、即ちこの例においてはエンジン回転速度およびフレッシュ・エア質量流量の関数として、点火角限界値を出力し且つそれを第２の加算要素１１０に供給する。この場合、点火角限界特性曲線群１０は、例えば同様に試験台上において、内燃機関１の種々の運転点に対して決定されてもよく、この場合、これらの運転点にそれぞれ点火角限界値が付属され、エンジン制御ユニット５により設定されるべき点火角はこの点火角限界値を超えてはならず、即ちより遅い点火角は許容されず、もし許容された場合には、内燃機関１の回転限界を超え且つエンジンは停止することになる。内燃機関１の決定されなかった運転点には、点火角限界特性曲線群１０内において、例えば補間法によりそれぞれ関連の点火角限界値が設定されてもよい。点火角補正特性曲線群１００が最初に０にセットされなかった場合、点火角補正特性曲線群１００および点火角限界特性曲線群１０の決定は、例えば試験台上において、決定ないし補間された各運転点に対する点火角限界値および点火角補正値からの和が合成点火角限界値に導かれるように調整が行われ、合成点火角限界値を超えることは内燃機関１の回転限界を超えることを表わし、即ち合成点火角限界値は内燃機関１の回転限界を表わしている。第１の加算要素１０５において、減分値形成器９０、増分値形成器９５および点火角補正特性曲線群１００の出力は加算により重ね合わされる。形成された和は第２の加算要素１１０に供給され、第２の加算要素１１０において点火角限界特性曲線群１０の出力と加算される。第１の加算要素１０５の出力はさらに点火角補正特性曲線群にも供給され、この出力は、点火角補正特性曲線群１００において、点火角補正値を内燃機関１の実際運転点に対して置き換えるので、点火角補正特性曲線群１００の時間的適応が行われる。点火角補正特性曲線群１００は、このようにしてエンジン４５ないし内燃機関１の変化する回転限界に適合可能であり、この場合、回転限界のこのような変化は、劣化および摩耗の増加と共に並びにそれぞれのドライバの走行習性の関数として、したがって内燃機関１の主として使用される運転範囲の関数として得ることができる。第２の加算要素１１０の出力は制限要素１２５に供給され、制限要素１２５は、当業者に既知のようにおよび図２には示されていない方法で、エンジン制御ユニット５により合成トルク要求ないし設定されるべきトルク余裕の関数として設定されるべき点火角を制限し、且つ第２の加算要素１１０の出力に存在する点火角限界値を介して遅れシフトを阻止する。

第１の時定数は、例えば第２の時定数より著しく小さく選択可能であることを前に説明した。これは、回転限界を超えたときに比較的急速に減分値の形成が作動化され、したがって点火角限界値は点火角限界特性曲線群１０から低減可能であるので、回転限界を超えた内燃機関１の運転ができるだけ回避可能になるという利点を有している。逆に回転限界を下回った場合、増分値による回転限界への接近がよりゆっくりしたがってより慎重に実行され、これにより、点火角限界値のきわめて急速な上昇したがって回転限界へのきわめて急速な到達を回避することができる。代替態様として、両方の時定数が同じ大きさに選択されてもよいことは当然である。第１の時定数を第２の時定数より大きく選択するように、または第１の時定数を第２の時定数よりきわめて僅か小さく選択するように設計されていてもよい。

減分値および増分値の絶対値は同じ大きさに選択されてもよい。しかしながら、減分値の絶対値が増分値の絶対値より大きく選択され、これにより、一方で、回転限界を超えたのちに回転限界をできるだけ少ない反復ステップにより再び下回ることを確実にし、他方で、下方から回転限界に接近するために多数の反復ステップ、したがって回転限界へのよりゆっくりした且つより正確な接近を可能にすることができる。代替態様として、減分値の絶対値が増分値の絶対値より小さくなるように選択されてもよいことは当然である。

内燃機関１の回転限界を超えているかまたは下回っているかに応じておよびこの超過が少なくとも第１の時定数と同じ時間だけ継続しているか、ないしはこの下回りが少なくとも第２の時定数と同じ時間だけ継続しているかに応じて、減分値形成器９０の出力または増分値形成器９５の出力がセットされるので、第１の加算要素１０５には減分値または増分値が供給される。他の場合、第１の加算要素１０５には点火角補正特性曲線群１００の出力のみが供給されるので、この場合には、点火角補正特性曲線群１００の出力が第１の加算要素１０５の出力に対応する。減分値形成器９０ないし増分値形成器９５の出力に減分値ないし増分値が存在する場合、これは一計算サイクル・タイムに対してのみ行われるので、第１の時限素子８０ないし第２の時限素子８５のセット過程ごとに点火角補正特性曲線群１００の出力は１回のみ減分ないし増分される。第１の時定数ないし第２の時定数が経過した後に、第１の時限素子８０ないし第２の時限素子８５は再びリセットされるので、両方の時限素子８０、８５のいずれかのセット、したがって減分値ないし増分値の形成は、内燃機関１の回転限界の新たな超過ないし下回りによってはじめて再び可能となる。このようにして、点火角補正特性曲線群１００の適応は、時間、したがって学習過程により実行可能であり、学習過程は、点火角制限をできるだけ内燃機関１の実際回転限界の近くに保持することを可能にする。これは、トルク要求、例えば上記の機能ないし走行性機能のいずれかを変換するためのトルク余裕の形成のための最適余裕を可能にする。減分値および増分値はそれぞれ所定の適応幅を示す。図２において符号１５は補正ユニットを示し、補正ユニット１５は、決定ユニット６５、比較要素７０、メモリ７５、第１の時限素子８０、第２の時限素子８５、減分値形成器９０、増分値形成器９５、第１の加算要素１０５、第２の加算要素１１０、および点火角補正特性曲線群１００を含む。この補正ユニット１５により、点火角限界特性曲線群１０から提供された点火角限界値は補正され且つ補正点火角限界値により点火角制限が実行される。

代替態様においては、実際車両機能ないし走行性機能に応じてそれぞれ異なる点火角特性曲線群およびこれに関連の異なる点火角補正特性曲線群が図２の機能図内において使用されてもよく、その理由は、作動化された異なる車両機能ないし走行性機能に対して異なる回転限界が設けられていてもよいからである。この場合、メモリ７５内の限界値は、いま作動化された車両機能ないし走行性機能の関数として設定され且つ選択されてもよい。即ち、例えば走行性機能において、車両機能ないし走行性機能とは独立に保持されるべき内燃機関１の実際回転限界は、エンジン４５の停止を阻止するために、エンジン４５が停止することなく２つまたは３つの燃焼サイクルは超えることが許容されてもよく、即ちこの超過は許容されるべきである。

ブロック回路図の形の内燃機関の略全体図である。 本発明による方法および本発明による装置の説明用機能図である。

符号の説明

１ 内燃機関
５ エンジン制御ユニット
１０ 設定手段（点火角限界特性曲線群）
１５ 補正ユニット
２０ 空気質量流量計
２５ 給気系
３０ 吸気管
３５ 絞り弁
４０ 噴射弁
４５ エンジン
５０ 点火プラグ
５５ クランク角センサまたは回転速度センサ
６０ 排気系
６５ 決定ユニット
７０ 比較要素
７５ メモリ
８０ 第１の時限素子
８５ 第２の時限素子
９０ 減分値形成器
９５ 増分値形成器
１００ 点火角補正特性曲線群
１０５ 第１の加算要素
１１０ 第２の加算要素
１１５−１２０ トルク要求
１２５ 制限要素

Claims (8)

1. 内燃機関（１）の運転点の関数として点火角に対する限界値が設定されること、および
   前記点火角に対する限界値が、内燃機関（１）の回転限界の関数として補正されること、
   を特徴とする内燃機関の運転方法。
2. 内燃機関（１）の前記回転限界が、内燃機関（１）の回転不規則性の関数として決定されることを特徴とする請求項１に記載の運転方法。
3. 内燃機関（１）の前記回転限界が、燃焼ミスファイヤの数の関数として決定されることを特徴とする請求項１または２に記載の運転方法。
4. 第１の所定時間にわたり内燃機関（１）の前記回転限界を超えたときに、前記点火角に対する限界値が進み方向に補正されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の運転方法。
5. 第２の所定時間にわたり内燃機関（１）の前記回転限界に到達しなかったときに、前記点火角に対する限界値が遅れ方向に補正されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の運転方法。
6. 内燃機関（１）の少なくとも１つの運転点に対する前記点火角に対する限界値の補正のための新たな補正値が、前の補正値から適応されることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の運転方法。
7. 前記補正値の適応が、所定の適応ステップ幅を使用して実行されることを特徴とする請求項６に記載の運転方法。
8. 内燃機関（１）の運転点の関数として点火角に対する限界値を設定するための設定手段（１０）と、
   前記点火角に対する限界値を内燃機関（１）の回転限界の関数として補正する補正手段（１５）と、
   を備えたことを特徴とする内燃機関の運転装置（５）。

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