JP2005504212A - 内燃機関の制御方法および内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

内燃機関の制御方法および内燃機関の制御装置を提供する。供給された酸素量を表す実際値と目標値との比較に基づいて、内燃機関に供給される燃料量および／または内燃機関に供給される酸素量を制御するアクチュエータを駆動するための調整量が設定される。ここで実際値および／または目標値は所定の基準値に対して正規化される。

Description

【技術分野】
【０００１】
従来の技術
本発明は内燃機関の制御方法および内燃機関の制御装置に関する。
【０００２】
独国特許出願公開第１９５２８６９６号明細書から実際に噴射された燃料量と所望の燃料量との偏差に基づいて噴射燃料量を補正する内燃機関の制御方法および制御装置が公知である。ここで噴射燃料量はラムダセンサによって測定された排気ガス中の酸素濃度を表す値とセンサを介して測定された空気量とに基づいて求められる。
【０００３】
さらに独国特許出願公開第１９９２０４９８号明細書からは空気量の差に基づいて駆動信号を求める排気ガス再循環システムの制御方法および制御装置が公知である。
【０００４】
内燃機関の制御方法および制御装置では、供給された酸素量を表す実際値と目標値との比較に基づいて調整量を設定し、内燃機関に供給される燃料量および／または内燃機関に供給される酸素量を制御するアクチュエータを駆動することが知られている。このアクチュエータは特に再循環される排気ガスの成分を調整するために駆動される。通常この制御は最適な燃焼に必要な酸素量が内燃機関に供給されるように行われる。残りのガスは排気ガスとなる。
【０００５】
従来技術の２つの手段ではこのためにエアマスフローセンサが必要となる。ただしこのセンサは全てのシステムで使用できるものではない。特にＬＫＷシステムではコストの問題と大きな空気量を測定する際の不正確性とからこのセンサは用いられていない。
【０００６】
本発明によれば、実際値および／または目標値が所定の基準値に対して正規化される。有利な実施形態では、所定の駆動状態で測定値と基準値とのあいだの偏差に基づいて補正値が求められる。所定の駆動状態以外では補正値によって測定値が相応に補正される。
【０００７】
基準値として有利には相応の条件のもとで基準となる内燃機関に発生した測定値が使用される。
【０００８】
所定の駆動状態、すなわち測定値の記述能に信頼がおける状態および／または測定値が確実に検出可能である状態で測定値が検出され、基準値と比較される。比較の結果に基づいて測定値と基準値とのあいだの差を表す補正値が求められる。所定の駆動状態で基準となる内燃機関からの偏差が求められる。その他の駆動状態では、補正値および実際の測定値を用いて、基準となる内燃機関で発生するであろう値が求められる。このようにして求められた値が制御回路の実際値として用いられる。
【０００９】
有利な実施形態では、実際値として直接に排気ガス中の酸素濃度が使用されるか、または排気ガス再循環システムを使用しているときの酸素濃度と使用していないときの酸素濃度との差が使用される。またこれに相応して、内燃機関に供給される酸素量を表す別のパラメータ（例えば排気ガス再循環率、空気量または再循環された排気ガス量）を用いることもできる。
【００１０】
調整量は、有利には、内燃機関に供給される燃料量および／または内燃機関に供給される酸素量を制御するアクチュエータへ印加される。ここでのアクチュエータは有利には再循環される排気ガス量を調整する部材である。
【００１１】
特に有利には、本発明の方法で使用される測定値は排気ガス中の酸素濃度を表す値である。
【００１２】
有利には、所定の駆動状態は少なくとも回転数および噴射量により定義される。特に有利にはこれは排気ガス再循環を行わない駆動状態である。
【００１３】
基準値および／または測定値を少なくとも１つの温度および／または圧力量に依存して補正すると、特に正確な制御を行うことができる。これにより温度および空気圧の影響が補償される。
【００１４】
本発明の手段により排気ガス再循環率の閉ループ制御や内燃機関に供給される新気量の調整が可能となる。これにより排気ガス放出量が著しく低減される。
【００１５】
本発明の他の有利な実施形態および実施態様は従属請求項に記載されている。
【００１６】
図面
本発明を以下に図示の実施例に則して説明する。
【００１７】
図１には全システムのブロック図が示されている。図２、図３には本発明の手段の実施例が示されている。
【００１８】
実施例の説明
図１には内燃機関１００の制御装置が示されている。内燃機関には燃料調量ユニット１１０が配属されている。さらにここには内燃機関の回転数などの駆動特性量を検出するセンサ１２０が設けられている。センサの出力量は制御ユニット１３０へ供給され、ここから燃料調量ユニット１１０へ噴射燃料量ＱＫなどを定める駆動信号が印加される。
【００１９】
新気管路１５０を介して新気は内燃機関へ達し、排気管路１６０を介して排気ガスが内燃機関から排出される。排気管路１６０および新気管路１５０は排気ガス再循環管路１７０を介して接続されている。排気ガス再循環管路の領域に配置された排気ガス再循環調整ユニット１４０により、排気ガス成分、ひいては内燃機関に供給される新気量が制御される。
【００２０】
排気管路にはさらにターボチャージャのタービン１８２が配置されており、このタービンはシャフト１８６を介して新気管路に配置された圧縮器１８４を駆動する。タービン後方の領域を１６０ｃ、タービンと排気ガス再循環管路１７０への分岐点とのあいだの領域を１６０ｂ、内燃機関と分岐点とのあいだの領域を１６０ａとする。
【００２１】
さらに新気管路のうち圧縮器前方の領域を１５０ａ、圧縮器と分岐点とのあいだの領域を１５０ｂ、分岐点後方の領域を１５０ｃと称する。新気管路、特に圧縮器後方の領域１５０ｂ、１５０ｃまたは排気ガス再循環管路１７０にガスを冷却するクーラー１９０を配置することができる。排気管路１６０、有利には領域１６０ｂおよび／または１６０ｃに、排気ガス中の酸素濃度を表す信号を送出するセンサ１２６が配置されている。
【００２２】
新気管路１５０ｃには内燃機関へ供給される空気の圧力Ｐ２および温度Ｔ２に関する信号を検出するセンサ１２２，１２４が配置されている。
【００２３】
本発明の特に有利な実施例では、排気管路および／または新気管路および／または排気ガス再循環管路の領域の別の圧力量または温度を検出する別の圧力センサまたは温度センサを設けることもできる。
【００２４】
本発明によれば、圧縮器１８４により内燃機関に供給される空気が圧縮され、こうして圧縮された空気が新気管路を介して内燃機関に達する。内燃機関の排気ガスは排気管路をおよびタービン１８２を通って周囲へ達する。
【００２５】
タービン１８２はシャフト１８６を介して圧縮器を駆動する。排気ガス再循環調整ユニットにより排気ガスの一部は新気管路の新気と混合される。
【００２６】
排気ガス再循環調整ユニット１４０は有利には排気ガス再循環管路１７０のバルブとして構成されている。これに代えておよび／またはこれに加えて新気管路（特に１５０ｂの領域）にスロットルバルブを設けてもよい。
【００２７】
制御ユニット１３０は信号ＱＫによって燃料調量ユニット１１０を駆動する。さらに制御ユニット１３０は排気ガス再循環調整ユニット１４０を駆動して排気ガス再循環率を調整する。特に有利な実施形態では、別のパラメータを制御する別のアクチュエータを設けることもできる。
【００２８】
本発明によれば、排気ガス中の酸素濃度が設定値へ制御される。これにより排気ガス放出量は著しく低減される。酸素量に影響を与える主要なパラメータは排気ガス再循環率である。排気ガス再循環率は放出量を最適化する燃焼が進行する適切な酸素量を機関に供給できるように制御しなくてはならない。このためには排気ガス再循環を閉ループ制御する必要がある。排気ガス再循環の閉ループ制御にはエアマスフローセンサが用いられる。ただしこのセンサはきわめて煩雑でコストも高く、空気量が大きくなると不正確となりがちである。相応のことが再循環された排気ガス量を検出するセンサにも当てはまる。排気ガス中の酸素濃度を調整して排気ガス再循環を閉ループ制御できれば特に簡単である。
【００２９】
本発明によれば、有利には回転数および／または噴射量によって定義される所定の駆動ポイントで、排気ガス再循環管路が閉鎖されていて排気ガス再循環が行われていないとき、測定されたラムダセンサ信号ＬＭと特性マップの基準値ＬＲとが比較される。特性マップの値は基準となる機関、いわゆるゴールドモータで求められたものである。この比較によりいわゆる学習値が求められる。学習値ＬＫにより測定されたラムダセンサ信号ＬＭが適合化され、基準特性マップの値に対して補償される。
【００３０】
第１の構成では排気ガス再循環管路が閉鎖されているときの酸素量を表す特性マップ値とスロットルバルブが開放されているときの適合化ラムダ値ＬＡとに基づいて差値ＬＤが形成される。この差値ＬＤが目標値と比較され、制御回路へ供給される。
【００３１】
第２の構成では適合化ラムダ値ＬＡが直接に目標値に対して制御される。ここでの目標値は前述した場合と同様にゴールドモータに対して求められた値である。
【００３２】
特に有利な構成では特性マップの出力信号および／またはラムダセンサの測定値ＬＭが種々の駆動パラメータ（有利には空気の圧力および温度）に関して補正される。これはフロントでラムダセンサ信号が圧力および温度に依存するように行われる。例えば特性マップの補正により、高地走行などの種々の周囲条件が考慮される。
【００３３】
学習値ＬＫを求めるには排気ガス再循環管路を閉鎖しなくてはならない。これは所定の駆動条件のもとで、例えば駆動停止が識別されたときにアクティブとなり、排気ガス再循環管路が閉鎖される。別の構成では通常駆動中、排気ガス再循環管路が閉鎖されたとき、例えば全負荷加速中に適応化が行われる。後者のケースではラムダセンサ信号をダイナミック補正すると有利である。
【００３４】
学習値ＬＫとして図示の実施例では商が用いられる。商に代えて差または他の数学的結合、例えば所定の平面の値または特性マップを選択することもできる。
【００３５】
実際値と目標値との比較は排気ガス再循環管路が閉鎖されたときと排気ガス再循環管路が開放されているときとの差を求めることにより行われる。またラムダセンサ信号の絶対値を求めて比較を行うこともできる。
【００３６】
排気ガス再循環調整ユニット（アクチュエータ）はスロットルバルブ、排気ガス再循環制御弁、チャージャ、および／またはこれらのコンポーネントの組み合わせであってよい。また制御ユニットもプリコントロールユニットなどの種々のコンポーネントによって補完することができる。
【００３７】
図２には本発明の手段の第１の実施例が示されている。図１に則して前述した素子には相応する参照番号を付してある。
【００３８】
酸素濃度特性マップ２００には回転数および噴射燃料量ＱＫに関する信号が供給される。これらの信号はセンサ１２０で調製されるか、制御ユニット１３０内部で形成されたものである。特性マップ２００の出力信号ＬＲは結合点２１５を介して結合点２２０および結合点２７０へ達する。結合点２１５の第２の入力側には第１の圧力温度補償回路２１０の出力信号が印加される。結合点２２０の第２の入力側には結合点２３５の出力信号が印加される。結合点２３５の第１の入力側には排気ガス中の酸素濃度を表す信号を検出するセンサ１２６の出力信号Ｌが印加される。結合点２３５の第２の入力側には第２の圧力温度補償回路２３０の出力信号が印加される。第１の圧力温度補償回路および第２の圧力温度補償回路には圧力値を形成するセンサ１２２の信号Ｐ２および温度値を形成するセンサ１２４の信号Ｔ２が印加される。
【００３９】
結合点２３５の出力信号Ｌは第１のスイッチング手段２４２ａを介して結合点２６０へ達する。結合点２２０の出力信号はスイッチング手段２４２ｂおよびフィルタ２５０を介して結合点２６０へ達する。スイッチング手段２４２ａ，２４２ｂは論理回路２４０によって駆動される。この論理回路には回転数および／または燃料量に関する信号が供給される。結合点２６０の出力信号ＬＡは結合点２７０の第２の入力側へ達する。結合点２７０の出力信号ＬＤは結合点２９０へ達し、その第２の入力側には目標値設定回路２８０の出力信号が印加される。目標値設定回路には有利には酸素濃度特性マップ２００と同じパラメータが供給される。結合点の出力信号は制御回路２９５にも印加される。この制御回路は種々のアクチュエータに駆動信号を印加し、排気ガス中の酸素濃度を制御する。ここでのアクチュエータは有利には排気ガス再循環調整ユニット１４０である。
【００４０】
酸素濃度特性マップ２００には排気ガス中の酸素濃度の基準値ＬＲが格納されている。この値は所定の駆動条件での内燃機関の排気ガス中の酸素濃度を表しており、ここでは駆動条件は回転数および噴射燃料量によって定められる。図示の実施例ではこれは排気管路から新気管路への排気ガスの再循環が行われていないときの駆動状態である。回転数および／または燃料量に代えて、これらを表す別のパラメータや付加的なパラメータを考慮することもできる。有利には基準値は基準となる内燃機関での排気ガス中の酸素濃度を表す。
【００４１】
この基準値は酸素濃度の測定値ＬＭと結合点２２０で比較される。基準値ＬＲは排気ガス再循環が行われていないときにのみ形成される。酸素濃度の測定値ＬＭとの比較も排気ガスの再循環が行われていないときに行われる。これはスイッチング手段２４２が論理回路２４０によって相応に駆動されることにより考慮される。排気ガスの再循環が行われている駆動状態では、酸素濃度の測定値ＬＭと基準値ＬＲとが比較される。比較の結果はフィルタリングされる。有利にはローパスフィルタ２５０を介して平均値が形成される。この平均値に基づいて補正値ＬＫが形成される。補正値ＬＫは酸素濃度の測定値が基準となる内燃機関に対して得られる予測値からどれだけ偏差しているかを表している。補正値ＬＫは排気ガス再循環の行われない駆動状態で検出され、全ての駆動状態で測定値ＬＭの補正のために用いられる。このために値が学習されない駆動状態、例えば排気ガス再循環が行われる駆動状態ではスイッチング手段２４２ａは閉成され、スイッチング手段２４２ｂは開放される。
【００４２】
結合点２６０では測定値ＬＭは補正値ＬＫによって補正される。図２の実施例では測定値と乗算すべき係数が形成される。結合点２６０の出力側には酸素濃度の適合化値ＬＡが供給される。この値ＬＡは全ての駆動状態で、すなわち排気ガスの再循環が行われるときにも、基準となる内燃機関に対して正規化された排気ガス中の酸素濃度を表す。結合点２７０でこの値は基準となる内燃機関で排気ガス再循環の行われていない場合の酸素濃度値ＬＲと比較される。当該の信号ＬＤは結合点２９０で目標値と比較され、制御回路２９５へ供給される。これは目標値設定回路２８０に排気ガス再循環を行っているときの酸素濃度と行っていないときの酸素濃度との差の目標値が格納されることを意味する。この場合、排気ガス再循環を行っているときの酸素濃度と行っていないときの酸素濃度との差の実際値が目標値へ向かって制御される。
【００４３】
図３には有利な第２の実施例が示されている。第１の実施例に相応するブロックには相応する参照番号を付してある。図３の実施例は図２の実施例とは異なり、排気ガス再循環を行っているときと行っていないときとの酸素濃度の差を形成するのではなく、適合化酸素濃度値ＬＡに対して閉ループ制御を行う。このために目標値設定回路２８０に基準となる内燃機関で排気ガス再循環を行っていないときのラムダ目標値が格納されている。
【００４４】
２つの実施例に共通しているのは、センサの出力信号が基準となる内燃機関で発生する値へ正規化されるということである。この正規化信号または正規化信号に基づいて計算されたパラメータは閉ループ制御の実際値として使用される。ここで特に有利なのは、閉ループ制御の目標値に対する特性マップ２８０をそれぞれの内燃機関に合わせて個別に調整しなくて済むということである。全ての内燃機関に対して同じ特性マップを使用することができ、アプリケーションにかかるコストが著しく低減される。基準となる内燃機関とそれぞれの内燃機関との偏差は学習値によって補償される。
【００４５】
特に重要なのは本発明がプログラムコード手段を備えたコンピュータプログラムまたはコンピュータプログラム製品のかたちで実現されるということである。本発明のコンピュータプログラムは本発明の方法の全てのステップを実行するプログラムコード手段を有しており、コンピュータ上、特に車両の内燃機関用の制御装置で実行される。この場合、本発明は制御装置内に格納されたプログラムとして実現することができ、したがって本発明の方法を実行するのに適したプログラムを備えた制御装置は本発明と同義となる。本発明のコンピュータプログラム製品は本発明の方法の全てのステップを実行するプログラムコード手段を有しており、コンピュータで読み出し可能なデータ担体に記憶されており、コンピュータ上、特に車両の内燃機関用の制御装置で実行される。この場合には本発明はデータ担体として実現することができ、したがって本発明の方法を実行するのに適したプログラム製品または車両の内燃機関用の制御装置に組み込まれたデータ担体が本発明と同義となる。データ担体またはコンピュータプログラム製品として例えば電気記憶媒体、例えば読み出し専用メモリＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、または持続的な電気記憶媒体、例えばＣＤ−ＲＯＭまたはＤＶＤなどを使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】全システムのブロック図である。
【図２】本発明の手段の第１の実施例である。
【図３】本発明の手段の第２の実施例である。

Claims (12)

1. 供給された酸素量を表す実際値と目標値との比較に基づいて、内燃機関に供給される燃料量および／または内燃機関に供給される酸素量を制御するアクチュエータを駆動するための調整量を設定する
   内燃機関の制御方法において、
   実際値および／または目標値を所定の基準値に対して正規化する
   ことを特徴とする内燃機関の制御方法。
2. 所定の駆動状態で測定値と基準値（ゴールドモータの特性マップの値）とのあいだの偏差に基づいて補正値を求める、請求項１記載の方法。
3. 排気ガス中の酸素濃度を測定値として使用する、請求項２記載の方法。
4. 補正値は基準となる内燃機関と当該の内燃機関とのあいだの偏差を表す、請求項２または３記載の方法。
5. 補正値を用いて実際値を基準値に対して正規化する、請求項２から４までのいずれか１項記載の方法。
6. 所定の駆動状態を少なくとも回転数および噴射量により定義する、請求項２から５までのいずれか１項記載の方法。
7. 所定の駆動状態とは排気ガスの再循環を行わない状態である、請求項２から６までのいずれか１項記載の方法。
8. 測定値を求めるセンサを排気ガス管路および／または排気ガス再循環システムの流入口より後方の新気管路に配置する、請求項２から７までのいずれか１項記載の方法。
9. 基準値および／または測定値を少なくとも１つの温度および／または圧力量に依存して補正する、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。
10. 供給された酸素量を表す実際値と目標値との比較に基づいて、内燃機関に供給される燃料量および／または内燃機関に供給される酸素量を制御するアクチュエータを駆動するための調整量を設定する手段を有する
    内燃機関の制御装置において、
    実際値および／または目標値を所定の基準値に対して正規化する手段が設けられている
    ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
11. 請求項１から９までのいずれか１項記載の内燃機関の制御方法の全てのステップを実行するプログラムコード手段を有しており、コンピュータ、特に有利には内燃機関の制御装置上でプログラムを実行する
    ことを特徴とするコンピュータプログラム。
12. 請求項１から９までのいずれか１項記載の内燃機関の制御方法の全てのステップを実行するプログラムコード手段を有しており、コンピュータ、特に有利には内燃機関の制御装置上でプログラムを実行し、コンピュータで読み出し可能なデータ担体に記憶されている
    ことを特徴とするコンピュータプログラム製品。