JP2008510921A - 内燃機関の運転方法及びその制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】実際トルクの信頼性のある測定及びそれによって内燃機関の改善された監視が可能となる内燃機関の運転方法及びその制御装置を提供する。
【解決手段】燃料が噴射装置（９）を用いて内燃機関（１）のシリンダ（３）の燃焼室（４）へ噴射され、噴射されるべき燃料量が噴射装置（９）の個々の特性に応じて求められ、又その際機能監視が行われ、その監視の際に内燃機関（１）の運転パラメータに基づいて実際トルク（Ｍ）が求められ且つ許容トルクからの偏差が監視される、内燃機関（１）の運転方法において、噴射装置（９）の個々の特性が、実際トルク（Ｍ）を求める際に考慮され、それによってシステム機能の監視を向上させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料が噴射装置を用いて内燃機関のシリンダの燃焼室へ噴射され、その際噴射されるべき燃料量が噴射装置の個々の特性に応じて求められ、又その際に機能監視が行われ、その監視の際には内燃機関の運転パラメータに基づいて実際トルクが求められ且つ許容トルクからの偏差が監視される、内燃機関の運転方法に関する。

更に、本発明は内燃機関のための制御装置並びにその様な制御装置のためのコンピュータプログラムに関する。

従来の運転方法の枠組みの中では、例えば燃料が燃焼室内へ噴射される噴射時間長さ及び噴射圧力などの内燃機関の幾つかの運転パラメータから、内燃機関によって実際に発生された実際トルクが求められる。この実際トルクを用いて内燃機関の確実な運転が監視される。もし上に説明された手法で求められた実際トルクが、例えばプリセット可能な閾値をオーバーした場合には、内燃機関を制御している制御装置においてエラーが記録されたか或いは噴射装置自体が特にそのために備えられている遮断回路を通じて機能停止されたということが考えられる。実際トルクの監視のための閾値或いは比較値としては、例えば内燃機関の制御のために用いられる基準トルクから導き出された許容トルクを援用することもできる。

実際トルクの同様の計算は、例えば、これによって本明細書の公開の構成部分に指定されているＤＥ１０３ ００ １９４ Ａ１ から知られている。
しかしながら、従来の運転方法は時として実際トルクの測定に関して非常に不正確であり、それはとりわけ噴射装置の個々の特性の大きなばらつきに起因している。ここで噴射装置の個々の特性というのは、噴射装置の機能に影響を与える、例えばノズル開口部の直径やその他の物理的大きさ、並びに例えば老化特性等を意味していると理解される。

前記ばらつきは大抵の場合製造に起因しており、且つここで扱われているケースの場合には、とりわけ噴射時間長さ、噴射圧力と実際に燃焼室の中へ噴射される燃料量との間の関係に影響を与え、更に実際トルクも又実際に燃焼室の中へ噴射される燃料量に依存している。

かくして、本発明の課題は、上述の類概念に属する運転方法並びに制御装置、及び制御装置のためのコンピュータプログラムを、実際トルクの信頼性のある測定及びそれによって内燃機関の改善された監視が可能となる様に更に発展させることである。

前記課題は冒頭で述べられた種類の運転方法では本発明に基づいて噴射装置の個々の特性を実際トルクの測定の際に考慮することによって解決される。
それによって実際トルクのより正確な測定が可能となり、又例えば実際トルクと、内燃機関の制御のために用意されている基準トルクから導き出された許容トルクとの比較という枠組みの中で、実際トルクを利用した内燃機関の監視のためにより小さな公差閾値を設定することができるので、エラーがより迅速に検知され、監視も又改善される。

本発明の一つの非常に有利な実施例によれば、実際トルクの測定の際に噴射装置の個々の特性に対応した調整値が用いられる。その様な調整値は特定の噴射装置について、例えばノズル開口部の直径について複数の噴射装置にわたって統計的に平均された値からの当該のノズル開口部の直径の偏差を示すので、この様にして統計的な平均値と調整値とが同時に分かれば、対象となっている噴射装置のノズル直径を確定し又それを用いて大抵の場合製造に起因している噴射装置のばらつきを少なくとも部分的に調整することが可能となる。

勿論、調整値は、例えば噴射装置の種類に応じて、例えば製造上の公差などに基づいて装置毎に変化する温度依存性などの、別の物理的パラメータを含むこともできる。
調整値は、例えば製造の際に、品質検査の枠組みの中で、直接求めてそれぞれの装置に割り当てることができ、或いは後で決定することもできる。

本発明の別の変形例に従って調整値を内燃機関の制御装置の好ましくは不揮発性のメモリにファイルしておくことは特に有利である。この様にすることによって調整値は一回でメモリへ書き込まれ、内燃機関の全使用期間にわたって必要に応じてメモリから読み出したり或いはその間に、例えばメンテナンスの際などに、修正したりすることができる。

本発明の別の極めて有利な実施態様では、実際トルクの測定の際に、例えば内燃機関の制御の枠組みの中で実施される噴射すべき燃料量の測定の際と同じ調整値を用いるということが提案されている。

本発明に基づく運転方法の別の有利な実施態様は、好ましくは機能監視の範囲外で実行された機能の調整値が、とりわけ内燃機関の制御装置から引出されるということを特徴としている。この様にすることによって、調整値は機能監視装置へＥＥＰＲＯＭから読み込まれたり或いはその他の手法で求められたりする必要が無く、直接、例えば内燃機関の制御を担当している機能の、対応するパラメータからコピーすることができ、これによって、例えばＲＡＭ、ＲＯＭ、及び運転時間などの様な制御装置の資源を節約することができる。

本発明に基づく方法のもう一つの拡張例は、引出された調整値が、好ましくは理論的最大値及び／又は噴射圧力及び／又は噴射された燃料量を用いて、妥当性検査されるということを特徴としている。これによって、実際トルクの測定の際に、内燃機関の更に信頼性のある機能監視を可能にする、より高い確実性が与えられる。

本発明の課題のもう一つの解決策は、内燃機関のための制御装置と、制御装置のためのコンピュータプログラムとによって与えられる。
この場合、本発明に基づく方法の実現が、コンピュータの上で実行されると、本発明に基づく方法の実施のために適している、プログラムコードを含むコンピュータプログラムの形で行われるということが特に重要である。更にこのプログラムコードは、コンピュータ読み取り可能のデータ媒体に、例えばいわゆるフラッシュメモリに、記憶することができる。それ故、この様な場合には、本発明はコンピュータプログラムによって実現されるので、このコンピュータプログラムはこのコンピュータプログラムがその実施のために適している方法と同様に、本発明を具現している。

本発明のその他のメルクマール、適用の可能性、及び利点は図面に示されている本発明の幾つかの実施例についての以下の説明から明らかとなる。
図１にはピストン２がシリンダ３の中を往復運動することのできる、自動車の内燃機関１が示されている。シリンダ３は、とりわけピストン２、吸気弁５、及び排気弁６によって仕切られた燃焼室４を備えている。吸気弁５には吸気管７が又排気弁６には排気管８が接続されている。

吸気弁５と排気弁６の領域には噴射弁９が燃焼室４の中に向かって突き出しており、この噴射弁を通じて燃料を燃焼室４内へ噴射することができる。排気管８には、燃料の燃焼によって発生する排気ガスの浄化に役立つ触媒１２が取付けられている。

噴射弁９は、圧力パイプを通じて燃料アキュムレータ１３と接続されている。内燃機関１の他のシリンダの噴射弁も又同じ様に燃料アキュムレータ１３と接続されている。燃料アキュムレータ１３は燃料供給管を通じて燃料を供給する。このために、燃料アキュムレータ１３内に望ましい圧力を生成するのに適した、好ましくは機械式の燃料ポンプが備えられている。

更に、燃料アキュムレータ１３には圧力センサ１４が配置されており、このセンサを用いて燃料アキュムレータ１３内の圧力を測定することができる。この圧力は燃料に対して働き、それによって燃料が噴射弁９を通して内燃機関１の燃焼室３内へ噴射される圧力を意味している。

内燃機関１の運転の際は、燃料が燃料アキュムレータ１３へ送り込まれる。この燃料が、個々のシリンダ３の噴射弁９を通じて対応する燃焼室４の中へ噴射される。燃焼室３の中の有効な空気燃料混合気の燃焼によって、ピストン２が往復運動される。この運動が図示されていないクランクシャフトに伝えられ、このクランクシャフトにトルクを加える。

制御装置１５には、センサを用いて測定された内燃機関１の運転パラメータの値を示している入力信号１６が送り込まれる。例えば、制御装置１５は、圧力センサ１４、エアマスセンサ、回転数センサ等と接続されている。制御装置１５は更に、ドライバーによって操作されるアクセルペダルの位置及びそれによって要求されているトルクを示す信号を生成するアクセルペダルセンサと接続されている。制御装置１５は、出力信号１７を生成し、この信号１７を用いて、アクチュエータ或いは調節器を介して内燃機関１の挙動に影響を与えることができる。例えば、制御装置１５は噴射弁９等と接続されており、それ等の制御のために必要な信号を発生する。

制御装置１５は特に、内燃機関１の運転パラメータを制御しおよび／または調節するように作られている。例えば、噴射弁９によって燃焼室４の中へ噴射される燃料質量は、制御装置１５によって、特に燃料消費量を少なくしおよび／または有害物質の発生を少なくするという観点から制御および／または調節される。この目的のために、制御装置１５にはマイクロプロセッサが備えられており、このマイクロプロセッサは記憶媒体、とりわけフラッシュメモリに、上述の制御および／または調節を実施するのに適したコンピュータプログラムを備えている。

制御装置１５では又、内燃機関１によって発生されるトルク（以下実際トルクと呼ばれる）の測定に関する、内燃機関１の機能監視も行われる。
実際トルクは、制御装置１５によって測定された内燃機関１の運転パラメータの値から制御装置１５で計算によって求められる。その様な運転パラメータには、例えば噴射時間長さ、即ち燃料が燃焼室４の中へ噴射される時間間隔の長さや、噴射圧力、即ち、圧力センサ１４を用いて求められた燃料アキュムレータ１３内の圧力（燃料はこの圧力で燃焼室４の中へ噴射される）がある。

例として、図２に実際トルクＭの時間的変化が示されている。
内燃機関の監視のために実際トルクＭが、制御装置１５でこれも又内燃機関１の制御のための出力値となっている基準トルクに基づいて作り出される許容トルクＭ＿ｚと、好ましくは周期的に比較される。この基準トルクに応じて、例えば噴射圧力と噴射時間長さが調節される。

一方基準トルクは、幾つかのパラメータ、特にドライバーのトルク要求にも依存しており、その際、このトルク要求は、例えば既に説明されたアクセルペダルを通じて制御装置１５に対して伝えられる。

許容トルクは、例えば基準トルクとこの基準トルクに対して加算される閾値とから生成される。
実際トルクＭを用いる内燃機関１の機能監視は、特に、エラーの際に現れる実際トルクＭの許容されない上昇を防止するために行われる。先に説明された許容トルクと実際トルクＭとの間の比較の際に偏差が確認された場合には、内燃機関１がそれに応じて安全性の観点から、例えば作動停止されるか、或いは少なくとも制御装置１５のエラー記憶装置でエラー登録が行われる。

製造上の許容差のために従来の運転方法では、噴射弁９で、内燃機関１の制御に際してエラー機能が無くても既に基準トルクと実際トルクＭとの間にかなりの偏差が生じることがある。従ってこの偏差は、従来の噴射弁９の制御のための方法ではインジェクタ量調整とも呼ばれている機能の枠組みの中で、調整値が実際トルクの測定のためではなく、典型的な手法で変動する噴射弁９の個別的特性を調整するために用いられているということに由来している。

この事情が、以下に図２、図３に基づいて説明される。その際、ここでもエラー状態にはないということが前提とされている。インジェクタ量調整の大きさに従って、求められた実際トルクは、下方のトルクＭ＿ｕと上方のトルクＭ＿ｏとの間にあり、この間の領域が、理想的なケースでは基準トルクと等しい実際トルクＭの周りのｄ＋ｂ（図２）の幅のトルクバンドを定めている。

例えば、上述の許容差によって生じたこの理想的なケースからの偏差が既にそれだけでエラー反応を引き起こしてしまわないようにするために、許容トルクは、実際トルクがｂ＋ｄの範囲内では未だエラー登録を起こさせないように、選ばれなければならない。即ち、基準トルクと許容トルクとの間のエラー検出のための閾値は、（トルク上昇の方向に）少なくともｂだけなければならない。安全上の理由から、先ず第一に実際トルクのより大きいトルクの方向への偏差が監視されるべきである。

他方、インジェクタ量調整と係わりの無い機能監視装置の構成要素は、実際トルクの計算の際に不正確さを生じ、この不正確さは適用可能な閾値ａによって考慮されるので、トルク値はａの範囲内にあれば未だ許されると見なされる。このことが、図３に略示されている。図３のグラフではインジェクタ量調整は行われず、実際トルクＭの監視の際に閾値ａだけがその他の不正確さを考慮するために実際トルクＭの上に加えられる。求められた実際トルクＭがこの閾値ａとそれによって定められた許容トルクとをオーバーしたときに始めてエラーが検知される。

かくして、インジェクタ量調整とその他の不正確さ（図３）とを同時に考慮するために、図２に示されているように、理想的なケースでは基準トルクと一致する実際トルクＭから閾値ｃ＝ａ＋ｂが生成される。求められた実際トルクがこの閾値ｃと許容トルクＭとをオーバーした時に、初めてエラーが検知される。

図４に基づく好ましくないシナリオの場合、求められた実際トルクＭは、従来からの運転方法では、例えば最小許容トルクＭ＿ｕの領域内にある。このようなことは、実際に内燃機関１によって生成されるトルクは、例えばトルクＭ＿ｏの領域内にあるにも係わらず、実際トルクＭの測定の際にインジェクタ量調整が考慮されないために、生じ得る。

エラーの発生の際に、このことを有効に検知することができるようにするためには、求められた実際トルクＭがこの様なケースでは許容トルクＭ＿ｚをオーバーした時に初めて、即ち、内燃機関１によって実際に生成されるトルクがエラーのために既にＭ＿ｚよりもはっきりと大きくなっているにも係わらず、実際のトルクがエラーのために最小許容トルクＭ＿ｕよりもおよそａ＋ｂ＋ｄだけ大きくなった時に初めてエラーが検知されるようにしなければならないであろう。

本発明に基づく運転方法は、インジェクタ量調整に類似して実際トルクＭの測定のためにも調整値を考慮する。このことは、内燃機関１の機能監視の枠組みの中における実際トルクの測定の際にも噴射弁９の個々の特性が考慮され、又それによって実際トルク値もより正確に計算することができるということを意味している。これによって、閾値ｂ、ｄ（図２）を避けたり或いははっきりと縮少することができる。何故なら、従来の方法の場合にトルクバンドｂ＋ｄを生じさせていた上述のような実際トルクＭの測定の際の不正確さは最早発生しないからである。このことは、エラー検知のための唯一の閾値として、例えば図３の閾値ａだけを考えれば良いということを意味している。従って、本発明に基づく方法の場合には、許容トルクＭ＿ｚは基準トルクと単に閾値ａだけ違っているだけに過ぎない。

本発明の一つの有利な実施態様では、内燃機関１の各々の噴射弁９のためのインジェクタ量調整のための調整値が、制御装置１５のＥＥＰＲＯＭメモリに格納されている。例えば、内燃機関の始動時に調整値をメモリから読み込んで、その後の実際トルクの測定のために利用することができる。

実際トルクの測定のために、噴射されるべき燃料量が調整値に応じて計算される噴射弁９の制御の際のインジェクタ量調整のため用いるのと同じ調整値を用いると、特に有利である。

本発明のもう一つの変形例では、機能監視の枠組みの中で、即ち実際トルクの測定の際に、調整値を考慮するためにＥＥＰＲＯＭに格納される調整値の準備は、必ずしも行われなければならないという訳ではない。何故なら、そのような準備は、例えば既に内燃機関の制御のために必要であり、そこから引き継ぐことができるからである。

全ての調整値の代わりに、幾つかの調整値或いはそれ等から導き出された、簡単化された調整値を、実際トルクの測定のために利用することも又可能である。例えば、シリンダ毎に調整値が格納されている場合には、対象となっている内燃機関において、個別的特性に最も大きな偏差のある噴射弁に対応する調整値を評価するだけで間に合うということもある。

即ち、例えば統計的平均から最もずれている噴射弁の調整値だけを考慮し、他の噴射弁に対しても実際トルクの測定のために用いる。これによって、実際トルクの確実な見積もりが可能となり、例えば従来の方法で用いられているような、噴射弁の理論的最大偏差に基づいて測定された値よりも更に小さい閾値ｂ（図２）が可能となる。

個々の噴射弁の調整値全部を平均することも又考えることができる。
実際トルクを求めるための機能監視の枠組みの中で、ＥＥＰＲＯＭに格納された調整値を利用することのできない別の実施態様では、調整値或いは調整値から導き出される値は、同じく制御装置１５で実現されている内燃機関の制御から引出すことができる。

この場合には、引出された値の妥当性検査が特に有利であり、この検査は、例えば理論的に可能な最大の調整値を用いて行うことができる。
妥当性検査は又噴射圧力および／または噴射された燃料の量に応じて行うこともできる。

本発明に基づく方法の使用は又、噴射量が一回でではなく複数の部分噴射に分割されて燃焼室の中へ噴射される運転様態の場合にも可能である。原理的には、本発明に基づく方法は、内燃機関の機能監視が行われ、又調整値を用いてパラメータの測定或いは計算が行われる所では、どこででも適用可能である。

本発明に基づく内燃機関の一つの実施例を示す概略ブロック図である。 内燃機関の実際トルクの時間的変化を示す概略図である。 閾値ａを持つ、図２から得られたトルク変化を示す。 エラーを想定したときに、図２から得られるトルク変化を示す。

Claims (10)

1. 燃料が噴射装置（９）を用いて内燃機関（１）のシリンダ（３）の燃焼室（４）へ噴射され、噴射されるべき燃料量が噴射装置（９）の個々の特性に応じて求められ、又その際機能監視が行われ、その監視の際に内燃機関（１）の運転パラメータに基づいて実際トルク（Ｍ）が求められ且つ許容トルクからの偏差が監視される、内燃機関（１）の運転方法において、
   噴射装置（９）の個々の特性が、実際トルク（Ｍ）を求める際に考慮されることを特徴とする内燃機関の運転方法。
2. 噴射装置（９）の個々の特性に対応する調整値が、実際トルク（Ｍ）を求める際に考慮されることを特徴とする請求項１に記載の運転方法。
3. 前記調整値が、内燃機関（１）の制御装置（１５）の不揮発性のメモリにファイルされていることを特徴とする請求項２に記載の運転方法。
4. 実際トルク（Ｍ）を求める際に、噴射すべき燃料量を求める際と同じ調整値が用いられることを特徴とする請求項２又は３に記載の運転方法。
5. 前記機能監視の範囲外で実行された機能の調整値が、内燃機関（１）の制御装置から引出されることを特徴とする請求項２ないし４のいずれかに記載の運転方法。
6. 引出された調整値が、理論的最大値、噴射圧力、及び噴射された燃料量の少なくともいずれかを用いて、妥当性検査されることを特徴とする請求項５に記載の運転方法。
7. 噴射装置（９）を用いて燃料を内燃機関（１）のシリンダ（３）の燃焼室（４）へ噴射することができ、噴射すべき燃料量が噴射装置（９）の個々の特性に応じて求めることができ、その際機能監視が行われ、その監視の際には内燃機関（１）の運転パラメータに基づいて実際トルク（Ｍ）を求めることができ且つ許容トルクからの偏差を監視することができる、内燃機関（１）の制御装置（１５）において、
   実際トルク（Ｍ）を求める際に、噴射装置（９）の個々の特性を考慮することができることを特徴とする内燃機関の制御装置。
8. 制御装置（１５）が前記請求項２から６までのいずれかに基づく運転方法を実施するのに適していることを特徴とする請求項７に記載の制御装置。
9. コンピュータで実行されると、請求項１から６までのいずれかに記載の運転方法を実施するのに適している、プログラムコードを含む内燃機関（１）の制御装置（１５）のためのコンピュータプログラム。
10. 前記プログラムコードがコンピュータ読み取り可能のデータ媒体に記憶されている請求項９に記載のコンピュータプログラム。

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