JP2014521542A - 内燃機関を作動するための方法および装置 - Google Patents

内燃機関を作動するための方法および装置 Download PDF

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Abstract

本発明は、駆動トルクを供給するために通常運転時にそれぞれトルク寄与率をもたらす複数のシリンダ（１０，１１，１２，１３）を備える内燃機関（２）および内燃機関（２）と相互作用する少なくとも１つの電気機械（３）を含む駆動装置（１）を作動するための方法に関する。この場合、診断モードで、シリンダを選択して少なくとも１つの特性パラメータの測定を行い、このために、診断モードで、測定したいシリンダ（１０，１１，１２，１３）のみを作動し、残りの前記シリンダ（１０，１１，１２，１３）のトルク寄与率を電気機械（３）によって模倣する。

Description

本発明は、駆動トルクを供給するために通常運転時にそれぞれトルク寄与率をもたらす複数のシリンダを備える内燃機関および内燃機関と相互作用する少なくとも１つの電気機械を含む駆動装置を作動するための方法に関する。
さらに、機械読取可能な担体に記憶された上記方法を実施するためのプログラムコードを備えるコンピュータ‐プログラム製品に関する。
冒頭で述べた方法は従来技術により既知である。したがって、例えば、ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０１１６７４９号明細書は、駆動トルクを供給するために制御される内燃機関および電気機械を含み、通常運転時に内燃機関のそれぞれのシリンダがトルク寄与率をもたらす駆動装置を開示している。所望のトルクを供給し、最適な効率および燃料利用率を保持するために、個別の運転モードで内燃機関の選択されたシリンダが作動または作動停止される。
さらに、国際公開第０１／５９２８２号パンフレットにより、診断モードで、シリンダ個別に生成されたトルクもしくはトルク寄与率および／またはシリンダ個別の燃焼室圧力を特性パラメータとしてシリンダ個別に測定することが既知であり、この場合、シリンダ個別のトルク相違の決定は、クランクシャフト‐トルクセンサを用いた内燃機関の円滑動作の評価に基づいて間接的に実施される。
同様の方法が、欧州特許出願公開第１８４９９７９号明細書に開示されており、この場合、排ガス中の燃料‐未燃ガス比がシリンダ個別に測定される。
ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０１１６７４９号明細書 国際公開第０１／５９２８２号パンフレット 欧州特許出願公開第１８４９９７９号明細書
本発明による方法は、診断モードで、シリンダを選択して少なくとも１つの特性パラメータの測定が行われ、このために、診断モードでは、測定したいシリンダのみが作動され、残りのシリンダのトルク寄与率が電気機械によって模倣されることにより傑出している。本発明による方法は、駆動装置を備える車両のドライバが相違を感じないように全体として駆動トルクが保持され、同時に測定したいシリンダのみが作動され、したがって測定したいシリンダの特性パラメータが残りのシリンダとは無関係に検出され、内燃機関の他のシリンダによる測定結果の歪曲が生じない。残りのシリンダのトルク寄与率が電気機械によって模倣されることによって、駆動装置は診断モードで駆動トルクに関して通常の運転モードと全く同じように動作する。したがって、駆動装置の駆動トルクは、例えば、診断モードにおいても増減させることができる。これにより、特に、シリンダの共通の排ガス管の内部に単一のセンサのみを設けた場合にも特性パラメータのシリンダ個別の測定を行うことが可能である。もちろん、シリンダを２つ以上の段に分割し、これらの段に、対応したセンサを内部に配置したそれぞれ１つの排ガス管を割り当てることも可能である。
特に好ましくは、診断モードは、実際に電気機械によって生成可能なトルクに関連して設定もしくは実施される。これにより、電気機械が常に残りのシリンダのトルク寄与率を少なくとも最低時間にわたって模倣することができることが保障される。電気機械が残りのシリンダのトルク寄与率を模倣することができない場合には、診断モードは中断される。なぜなら、さもなければ駆動装置のトルクが突然に降下してしまうからである。好ましくは、診断モードは電気機械に付属のエネルギー蓄積器の実際の充電状態に依存して設定もしくは実施される。この場合、特に、エネルギー蓄積器の実際の充電状態が所定の閾値を下回った場合には診断モードが中断されるように構成されている。
本発明の有利な構成によれば、診断モードは、測定したいシリンダの特性パラメータが検出されるまで行われるように構成されている。したがって、残りのシリンダのトルク寄与率は、測定したいシリンダの特性パラメータが確実および一義的に検出されるまで電気機械によって模倣される。付加的に、特にこの継続時間は上述のように電気機械の実際の充電状態に依存して制限され、これによりエネルギー蓄積器の過負荷が防止される。好ましくは、診断モードは、残りのシリンダの排ガス混合物が排出され、これにより、測定したいシリンダの排ガスのみが使用できるようになるまで行われる。
本発明の好ましい実施形態によれば、診断モードでは、特性パラメータが全てのシリンダで順次に測定されるように構成されている。これにより、常に１つのシリンダが作動され、残りのシリンダのトルク寄与率が電気機械によって模倣される。次いで、別のシリンダがトルク寄与率をもたらし、以前にトルクを生成したシリンダも含めた残りのシリンダは作動停止され、電気機械によって模倣される。これにより、それぞれのシリンダについて特性パラメータが一義的に測定もしくは決定される。
代替的な実施形態によれば、診断モードでは、疑わしいシリンダのみが測定され、特に続いて診断モードは再び終了される。疑わしいシリンダとは、この場合、内燃機関のシリンダのうち、パラメータに関する目標値を満たしていないか、もしくは十分に正確に満たしていないことが疑われているシリンダとして理解されるべきである。この場合、疑わしいシリンダは、例えば、従来技術による方法にしたがってシリンダを選択して測定することにより検出することができ、次いで本発明にしたがった方法により確認するか、詳細に、もしくはより高い精度で測定することができる。
さらに好ましくは、作動されたシリンダのシリンダ個別のガス交換を測定するために、診断モードで残りのシリンダ、すなわち作動停止されたシリンダの吸気弁および／または排気弁が閉じられるように構成されている。当然のことながら、このようなことは、駆動装置もしくは内燃機関が弁の個別操作を許可する対応した弁駆動部を備えている場合にのみ可能である。残りのシリンダの吸気弁および排気弁が閉じられた場合には、測定したいシリンダのみによって空気が圧送され、これにより、空気の影響がシリンダ個別に測定される。
好ましくは、測定したいシリンダはトルク寄与率をもたらし、電気機械は、支援トルクまたは反作用トルクを生成する。所定の特性パラメータを測定するためには、測定したいシリンダの負荷がより高いまたはより低い方が有利な場合もある。しかしながら、総駆動モーメントを一定に保持するためには、電気機械は支援的または反作用的に作用し、シリンダは本来の目標値に関してより低いまたはより高いトルク寄与率をもたらす。
特に好ましくは、測定したいシリンダは、診断モードにおいて、増大されたトルクを生成するか、または増大された燃料量を充填もしくは供給され、これにより、特性パラメータはより簡単もしくは明確に検出することができる。電気機械は、既に述べたように、好ましくはこれに反作用し、付加的なトルクを補償する。
本発明による装置は、上述のように、方法を実施するための手段を含む特別に構成された制御器により傑出している。好ましくは、特性パラメータを検出するための少なくとも１つのセンサならびに上述のように内燃機関および電気機械を制御することを制御器に許可するインタフェイスが制御器に割り当てられており、これによりパラメータをシリンダ個別に測定することが可能となる。
本発明によるコンピュータプログラム製品は、プログラムがコンピュータで実行された場合に上記方法を実施するためのプログラムコードによって傑出している。
次に本発明を図面に基づき詳細に説明する。
駆動装置の概略図である。 駆動装置を作動するための有利な方法を示すブロック図である。
図１は、内燃機関２ならびに電気機械３を含む自動車のための駆動装置１を示す。この場合、内燃機関２は、操作可能なクラッチ４によって電気機械３と相互作用させることができる。さらに電気機械３は、出力側で自動ギアまたは手動ギアとして構成されていてもよいギア５に接続されている。ギア５は、出力側で自動車（詳述しない）の駆動軸６（図面に示唆のみする）に接続されている。駆動装置１はさらに装置７を備え、装置７は少なくとも内燃機関２および電気機械３に接続されており、これらを制御する。さらに装置７は、内燃機関２の排ガス管９の内部に配置されたセンサ８に接続されており、これにより、排ガスの少なくとも所定の変数、例えば排ガスの酸素含有量が検出される。
内燃機関２は複数のシリンダ１０，１１，１２および１３を備え、これらのシリンダの排出通路は共通の排ガス管９に開口しており、したがって、シリンダ１０〜１３の全ての排ガスはセンサ８の傍を通過する。
図２を参照して、特に装置７によって実施される、駆動装置１を作動するための方法を、以下に説明する。装置７は、このために、方法を実施するための適宜な手段を含む特別に設けられた制御器を備える。
第１ステップ１４では駆動装置１が始動され、好ましくは通常運転が設定される。通常運転とは、この場合、内燃機関２の全てのシリンダ１０〜１３が、クラッチ４が閉じられている場合に駆動軸６に作用するトルク寄与率をもたらす運転として理解される。
次のステップ１５では診断モードが作動され、診断モードでは、シリンダを選択して、少なくとも１つの特性パラメータの測定がセンサ８によって行われる。特に、ラムダゾンデとして構成されたセンサ８によってシリンダ２を選択して空燃比が測定されるように構成されている。このために、好ましくは従来技術により既知の方法が用いられ、この方法では、クランクシャフトセンサによって検出される内燃機関１のクランクシャフトの回転角度に依存して、シリンダ１０〜１２のうち所定のシリンダの排ガスがセンサ８を通過した時点が検出される。この場合に、いずれかのシリンダの検出された作動パラメータがもっともらしくない、または予期されない値を示していることが突き止められた場合には、有利には診断方法が以下のようにさらに実施される。
まず、確認ステップ１６で、あらかじめステップ１７で検出された、電気機械３に付属の電気エネルギー蓄積器２２の実際の充電状態が、例えば、駆動装置の使用時にあらかじめ設定された閾値と比較される。実際の充電状態が閾値未満である場合には、診断プログラムが中断されるか、または、充電状態が閾値を超える値に達するまで診断プログラムが継続される。これは、例えば、電気機械３が内燃機関２によって駆動された場合に発電モードで駆動装置を作動することによって達成することができる。付加的または代替的に、内燃機関２の作動範囲がステップ１８で検査され、電気機械３が他のシリンダ１１〜１３の欠如しているトルク寄与率を模倣することができるかどうか、すなわち、実際に提供されている駆動装置１の作動範囲における電動モータ３の出力が適宜に高いトルクを生成するために十分であるかどうかが検査される。
実際の充電状態の値が所定の閾値を超えている場合には、さらなるステップ１９の別の方法（ｊ）で内燃機関２が制御され、既にステップ１５で疑われたシリンダ、例えばシリンダ１０がトルク寄与率をもたらすために制御され、残りのシリンダ１１〜１３は作動停止され、したがって、もはや使用もしくは燃焼されない。同時に、電気機械３は、残りのシリンダ１１〜１３のトルク寄与率を模倣するように制御される。換言すれば、電気機械３は、シリンダ１１，１２および１３の欠如しているトルク寄与率をシミュレーションし、これにより、駆動軸６にさらに同じ駆動トルクが加えられており、特にドライバは、おそらく音響的な相違を除いては走行特性に相違がないと感じる。測定したいシリンダ１０の排ガスのみが排ガス管９を通って案内される。好ましくは残りのシリンダ１１〜１３には燃料は供給されず、特に好ましくは、残りのシリンダ１１〜１３の吸気弁および排気弁は閉じられ、したがって、空気がシリンダ１１〜１３を通って圧送されてシリンダ１０の排ガスと混合されることはない。次いで、センサ８はステップ２０で、シリンダ１０から排出された排ガスのみを検出し、これにより、測定したい特性パラメータに対するシリンダ１０の影響が極めて正確に検出される。
診断モードは、シリンダ１０の特性パラメータが一義的に検出されるまで、少なくとも他のシリンダ１１〜１３の排ガス混合物が排ガス管９から離れ、排出されるまで保持される。
ラムダ値に対して代替的に、測定したいシリンダ１０の排ガス温度、排ガス圧またはトルク寄与率を測定もしくは検出してもよい。これにより、特に燃料の噴射量および／または噴射時点、点火時点、またはそれぞれのシリンダの吸気弁および／または排気弁の開放時間および／または行程に関してシリンダ個別の補正を行うことができる。このためには、それぞれの値の検出を可能にする対応したセンサもしくは手段のみを提供すればよい。装置７によって実施される上記方法によって、それぞれの値をシリンダ個別に確実に検出することができる。
目的に応じて、欠如しているトルク寄与率を正確に模倣することができるように、内燃機関の回転数、および好ましくはクランクシャフト角度が検出され、電気機械３の制御時に考慮される。このために、例えば内燃機関‐回転数信号が電気機械３の制御器に直接に供給される。
１つ以上の特性パラメータが確実に検出され、場合によっては適宜な補正が実施された場合には、最終のステップ２１で、診断プログラムもしくは診断モードが終了される。
好ましくは、診断モードで、１つのシリンダから別のシリンダへシリンダを選択して測定が実施され、これにより、常に１つのシリンダが作動され、残りのシリンダのトルク寄与率が電気機械３によって模倣され、この場合、測定したいシリンダのみに燃料が供給され、場合によっては点火される。ここに図示しない実施例によれば、ステップ１５が省略され、この場合、内燃機関２の全てのシリンダもしくは全てのシリンダ１０〜１３の値がステップ１９および２０に対応して順次に測定される。
有利な方法によって、例えば、吸気弁および／または排気弁が所定のように開閉しているかどうか、特に暖機運転時に、点火プラグの加熱出力が十分であるかどうか、および／またはインジェクタの噴射量が所定の許容限界内であるかどうかを突き止めることができる。
好ましくは、少なくとも１つのセンサ８が、特に図示の構成ではラムダセンサとして、排ガス管９の内部に、シリンダ個別の排ガスが集合もしくは混合される場所に隣接して配置されており、これにより、作動時間および混合の影響が最小限となる。既に述べたように、測定の時点は重要であり、好ましくは、クランクシャフト角度もしくは吸気弁および排気弁位置によって同期的または同時的に、例えばミリ秒毎に行われる。排ガス管９の異なる場所に組み込まれた異なるセンサの測定値が関係づけられ、計算され、このようにしてモデル化により排ガス管内の作動時間を考慮するか、もしくは同様に決定することができる。
シリンダ個別により正確に診断もしくは測定するためには、エンジン入力および／または出力信号からパターンを決定し、目標パターンと比較することも可能である。測定したいシリンダがトルク寄与率をもたらしている場合に、電気機械３によって逆方向または同方向もしくは支援的なトルクを生成することも可能である。したがって、例えば、測定可能な信号を得るために、測定したいシリンダに噴射量の余剰量を供給し、総駆動出力のために不都合なトルクの余剰量を電気機械３によって補償することができる。
混合運転時、すなわち、内燃機関２および電気機械３が提供されており、特に部分負荷が要求された場合に最適な燃焼状態および最適な消費状態で内燃機関２を作動し、電気機械の作動範囲を最適化するためには、好ましくは全てのシリンダが内燃機関として作動されるのではなく、選択されたシリンダのみがトルク寄与率をもたらし、残りのシリンダ（少なくとも１つのシリンダ）は電気機械３によって模倣もしくは代替される。
有利な方法は、好ましくは工場における診断時に使用され、例えば、外部の排ガス分析器と、例えば音響センサを含む他の測定器とを接続することによってシリンダ個別の診断可能性がさらに改善される。
好ましくは、電気機械３は内燃機関２を診断作動点まで引き上げ、これにより、有利には始動段階および／または暖機運転段階においてもシリンダ個別の診断が可能となる。好ましくは、実際の走行時のドライバおよび走行サイクルの影響はなくなる。通常の走行時に場合によって達成すべき内燃機関２のシリンダ個別の診断のための所望の作動状態をここに簡単に示すことができる。
上記方法によって、特に次の診断モードが可能である：
‐インジェクタの（内燃機関惰性時における）ゼロ設定較正（この場合、電気機械３は内燃機関２を任意の回転数範囲に移行させる）
‐シリンダ圧縮試験
‐シリンダ個別の漏れ検査
‐シリンダ個別の排ガス試験
‐シリンダ個別のトルク寄与率
‐インジェクタ量調整
‐シリンダ個別の点火診断
‐例えば内燃機関２の摩擦損失特性図の調整値の更新。
当然ながら、本発明は内燃機関と電気機械とが図１に示すように互いに接続されている駆動装置に制限されていない。当然ながら、内燃機関２と電気機械３とは、例えば、互いに平行に接続されていてもよい。内燃機関２と駆動軸とを相互作用させ、電気機械３と、同じ車両の別の駆動軸とを相互作用させることも可能である。

Claims (10)

  1. 駆動トルクを生成するために通常運転時にそれぞれトルク寄与率をもたらす複数のシリンダ（１０，１１，１２，１３）を備える内燃機関（２）および該内燃機関と相互作用する少なくとも１つの電気機械（３）を含む駆動装置（１）を作動するための方法において、
    診断モードで、シリンダを選択して少なくとも１つの特性パラメータの測定を行い、前記診断モードで、測定したい前記シリンダ（１０，１１，１２，１３）のみを作動し、残りの前記シリンダ（１０，１１，１２，１３）のトルク寄与率を前記電気機械（３）によって模倣することを特徴とする方法。
  2. 請求項１に記載の方法において、
    実際に前記電気機械（３）によって生成可能なトルクに依存して、特に前記電気機械（３）に付属のエネルギー蓄積器（２２）の実際の充電状態に依存して、前記診断モードを設定する方法。
  3. 請求項１または２に記載の方法において、
    測定したい前記シリンダ（１０，１１，１２，１３）の特性パラメータが検出されるまで、特に残りの前記シリンダ（１０，１１，１２，１３）の排ガス混合物が排出されるまで、前記診断モードを行う方法。
  4. 請求項１から３までのいずれか一項に記載の方法において、
    前記診断モードで、全ての前記シリンダ（１０，１１，１２，１３）の前記特性パラメータを順次に測定する方法。
  5. 請求項１から４までのいずれか一項に記載の方法において、
    前記診断モードで、疑わしい前記シリンダ（１０，１１，１２，１３）のみを測定する方法。
  6. 請求項１から５までのいずれか一項に記載の方法において、
    シリンダ個別のガス交換を測定するために、前記診断モードで残りの前記シリンダ（１０，１１，１２，１３）の吸気弁および／または排気弁を閉じる方法。
  7. 請求項１から６までのいずれか一項に記載の方法において、
    測定したい前記シリンダ（１０，１１，１２，１３）がトルク寄与率をもたらし、前記電気機械（３）が支援トルクまたは反作用トルクを生成する方法。
  8. 請求項１から７までのいずれか一項に記載の方法において、
    前記診断モードで、測定したい前記シリンダ（１０，１１，１２，１３）が、増大されたトルクを生成するか、または増大された燃料量を充填／供給される方法。
  9. 駆動装置（１）を作動するための装置（７）において、
    請求項１から８までのいずれか一項に記載の方法を実施するための手段を含む特別に構成された制御器を備えることを特徴とする装置（７）。
  10. プログラムがコンピュータで実行された場合に、機械読取可能な担体に記憶された請求項１から８までのいずれか一項に記載の方法を実施するためのプログラムコードを備えるコンピュータ‐プログラム製品。
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