JP3557232B2 - 可変バルブ制御機能付機関での個別シリンダ適応形ラムダ制御のための方法および装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、可変バルブ制御機能付機関での吸気弁の開口時間間隔を個別のシリンダで適応形にラムダ制御するための方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種方法および装置はドイツ連邦共和国特許第３９４０７５２号明細書に記載されている。有利な実施例は次のように空気供給制御を行うものである。すなわち、各個別のシリンダごとに吸気弁を（吸気行程の開始を基準にして）それぞれ同じクランクシャフト角度の際に開放し、しかし吸気された空気量に依存して予制御されラムダ制御により微制御されるそれぞれの角度で閉鎖するのである。その際、制御は適応形に動作することもできる。
【０００３】
燃料供給の適応形ラムダ制御については、種々の条件をできるだけ最適に満たすことができるようにするための多数の手段が公知である。公知の問題を解決する手段が多様であることから、各個別の適用に対してそれぞれ最適の適応方法および実施のための装置を開発することは困難であることが明らかである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、可変バルブ制御機能付機関での空気供給制御に特に適した適応形ラムダ制御方法およびこの方法を実施するための装置を適用することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題は本発明により、
ラムダ制御がイネーブルされているか否か検出し、
イ）ラムダ制御がイネーブルされている場合；
適応形制御を行い、当該適応形制御では、
少なくとも２つの機関温度に対して各シリンダごとに適応値を検出し、
検出された適応値から各シリンダごとに、適応値の機関温度依存特性を表わす少なくとも２つの値を導出し記憶し、
ロ）ラムダ制御がまだイネーブルされていない場合；
実際の機関温度を検出し、
実際の機関温度、および適応値の温度依存特性を表わす少なくとも２つの値から、各シリンダごとに実際の適応値を推定し、
推定された適応値を前記イ）記載の適応形ラムダ制御に使用する、
ことにより解決される。
【０００６】
この方法を実施するための装置は、
機関温度を測定するための装置と、
ラムダ制御がイネーブルされているか否かを検出するための装置と、
適応装置と、
記憶／外挿装置とが設けられており、
ラムダ制御がイネーブルされている場合には、前記適応装置によって適応形制御が行われ、当該適応形制御では、
少なくとも２つの機関温度に対して各シリンダごとに適応値が検出され、
検出された適応値から各シリンダごとに、適応値の機関温度依存特性を表わす少なくとも２つの値が導出され記憶され、
ラムダ制御がイネーブルされていない場合には、前記記憶／外挿装置によって、
各シリンダごとに前記少なくとも２つの値が記憶され、
実際の機関温度、および適応値の温度依存特性を表わす前記少なくとも２つの値から、各シリンダごとに実際の適応値が推定され、
前記推定された適応値が前記適応形ラムダ制御に使用される、
ように構成される。
【０００７】
本発明の方法は、可変制御される吸気弁の調整特性量は比較的強く温度に依存することを考慮している。この温度依存性にもかかわらず既に機関の始動時から（始動時にはラムダ制御に使用される酸素測定ゾンデはまだ動作することができない）、シリンダにより吸気される空気量の等量調整ができるようにするために以下のことが行われる。ゾンデが動作可能の際に適応値を温度に依存して検出し、測定値から適応値の機関温度依存特性を検出するのである。これは酸素ゾンデがまだ動作可能でない場合に、この検出された値によって機関始動後の実際の機関温度から適応値を既に推定することができるようにするためである。
【０００８】
温度依存特性が線形であるならば、各シリンダごとに機関温度が４０°Ｃと８０°Ｃの際にそれぞれ実際の適応値を検出し、そこから適応値／機関温度直線の勾配を求めるだけで十分である。この勾配と例えば４０°Ｃの際の適応値によって、各任意の別の機関温度に対して所属の適応値を推定することができる。
【０００９】
前記の実施例では温度特性を表わす値として、前記２つの温度の際の前記２つの適応値を記憶するか、または１つの温度の際の適応値と前記の勾配を記憶することができる。依存特性が線形でなければ、例えば放物線形状または指数特性であれば、少なくとも３つの適応値をそれぞれ異なる温度で検出しなければならない。そしてこれらの３つの値を記憶するか、またはこれらの値の１つと３つの値全部から得られた放物線定数ないし時定数を記憶しなければならない。
【００１０】
機関が例えば１００°Ｃの際に停止されたならば、適応に対しては別の値、すなわち機関が例えば２０°Ｃで再び始動され、始動の１５秒後に酸素ゾンデが作動準備状態になった時の値が有効となる。なぜなら最後に有効であった適応値を続けて使用すれば（これは適応法では実際に通常の手段である）、適応がかなり間違った値によりスタートすることとなるからである。従って有利には適応のスタートの際に最後に有効であった値を使用するのではなく、酸素ゾンデがイネーブルされた時点の機関温度に対して推定された値から出発する。
【００１１】
機関温度としては、吸気弁の調整特性と関連する各任意の温度を使用することができる。機関が水冷であるならば、冷却水温度を機関温度の尺度として検出することが特に有利である。液圧式制御装置が存在するならば機関の油温を検出するのが有利である。
【００１２】
本発明の装置は本発明の方法を実施するために構成される。この装置は実際には相応にプログラミングされたマイクロプロセッサにより実現される。
【００１３】
【実施例】
図１は、可変制御吸気弁１１と機関温度センサ１２を有する内燃機関１０、ラムダ制御装置１３、制御イネーブルおよびそれと同時に適応値の外挿を中止するためのイネーブル装置１４、適応装置１５、適応値メモリ／外挿器１６、４つの加算器１７．１〜１７．４、４つの乗算器１８．１〜１８．４並びに選択的に備えることのできる個別のシリンダ手段に対する装置１９を示す。
【００１４】
これらの装置はすべて比較的に大きな系内に存在する。これについてはドイツ連邦共和国特許第３９４０７５２号明細書に記載されている。その実施例に関連してここでは相違点のみを説明する。
【００１５】
以下の説明は、吸気弁が開放されるクランクシャフト角度は持続的に一定の保持されるが、しかし吸気弁が再び閉じられるクランクシャフト角度は吸気すべき空気量に依存して変化される動作に基づくものである。どの角度で弁を閉鎖すべきかは、それぞれの機関形式ごとに機関回転数と所定の負荷に依存して求められる。関係特性は特性マップまたは数式の形で制御装置に記憶される。実際の走行動作の際に機関回転数と負荷との所定の値ペアが発生すると、この値ペアと、記憶されている吸気弁を閉鎖すべきクランクシャフト角度との関係特性とから閉鎖すべきクランクシャフト角度が求められる。読出された値は例えば、機関温度、空気温度および／または空気圧に依存して予補正することができる。これについてはドイツ連邦共和国特許第３９４０７５２号明細書に記載されている。次に吸気弁閉鎖に対する補正された値ＥＳ＿Ｋが得られる。これは図１の左側に記入されている。この値は乗算器１８．１〜１８．４により各シリンダごとにそれぞれ個別の適応値によって変形される。
【００１６】
以下では上記の適応値がどのように検出されるのかを説明する。そのためには個別のシリンダのいずれに対する（図示しない）酸素ゾンデも既に作動温度になっており、目標値から減算されるラムダ値を、各シリンダごとに制御偏差（すなわち値ＮΠ１〜ＮΠ４）を検出するために送出していることが前提である。これらの制御偏差からラムダ制御装置１３は所定のアルゴリズム、例えば純粋なＰアルゴリズムに従い制御係数ＲＦ１〜ＲＦ４を検出する。適応装置１５では各制御係数ごとに値１に対する差が所定の時定数により積分され、各積分された値は所属の加算器１７．１〜１７．４で所属の制御係数ＲＦ１〜ＲＦ４に加算される。ここまでは適応の標準的な形態である。
【００１７】
適応値の記憶／外挿装置１６の機能を説明するために、まず図３の線図について述べる。ここでは機関は冷却剤温度にあり、従って２０°Ｃの機関温度からスタートすることが前提とされる。酸素ゾンデはその構造に依存して、特にゾンデが加熱されるか否かに依存して約１０から３０秒後に作動温度になる。機関温度はこの時間間隔ではほとんど上昇しない。ゾンデがシリンダに対して作動温度になると直ちに、制御装置１３が当該シリンダに対してイネーブルされる。そして制御装置によって制御係数が検出される。この係数の値１からの偏差から再び適応値が適応装置１５により検出される。機関温度が上昇すると、適応値は実質的に機関温度とともに線形に増加することが示される。これは図３に示されている。始動後約１０分で機関は８０°Ｃに達する。これにより機関温度の上昇は比較的緩慢になるので、適応は比較的大きな時定数、例えば数１０秒で調整することができる。このことは適応が制御に不安定な影響を与えないことを保証する。図３からわかるように、それぞれの適応値は２つの異なる温度、例えば４０°Ｃと８０°Ｃの際に検出することができ、これらの値からそれぞれ別の機関温度での適応値を推定することができる。機関が別の時に２０°Ｃで始動されれば、この機関温度と図３の関係特性を用いて適応値を推定することができる。これは酸素ゾンデが作動温度に達していないため適応を行うことができない場合でも可能である。
【００１８】
図３に基づき簡単に説明した方法ステップを図２に基づき詳細に説明する。機関１０の始動後、ステップｓ１で機関温度υ＿ＭＯＴが測定される。ステップｓ２では制御装置１３が既にイネーブルされたか否かが検査される。機関は始動されたばかりなのでまだイネーブルされておらず、これにステップｓ３が続く。ステップｓ３では、各個別のシリンダごとに所属の適応値が、当該シリンダに対して記憶されている４０°Ｃと８０°Ｃに対する適応値から、測定された実際の機関温度を使用して外挿される。各シリンダに対して外挿された適応値はそれぞれ所属の加算器１７．１〜１７．４に出力される。
【００１９】
ステップｓ１，ｓ２，ｓ３のループは、ステップｓ２で酸素ゾンデが作動温度になり、従ってラムダ制御装置１３をイネーブルすることができることが判明するまで繰り返される。このイネーブルはイネーブル装置１４によって行われ、この装置はイネーブル信号をラムダ制御装置１３に出力する。この信号は適応装置１５と適応値−記憶／外挿装置１６にも供給され、適応装置をイネーブルし、記憶／外挿装置の動作を遮断する。記憶／外挿装置の遮断および適応装置のイネーブルと同時に、推定された実際の適応値が適応値−記憶／外挿装置１６から適応装置１５に伝送される。これによりこの適応装置はこの推定された値から出発してさらに適応する。推定された値をさらなる適応のために引き渡すことは図２のフローチャートのステップｓ４に示されている。
【００２０】
ステップｓ４の後はずっとステップｓ５，ｓ６，ｓ７そしてｓ９のループが実行される。ただしステップｓ７ないしｓ９で所定の条件が満たされた場合はステップｓ８ないしｓ１０へ分岐する。
【００２１】
ステップｓ５では４つの制御係数のそれぞれに対して適応が行われる。それぞれ検出された適応値はそれぞれの加算器１７．１〜１７．４に送出される。ステップｓ６で機関温度υ＿ＭＯＴが測定される。ステップｓ７ではこの機関温度が４０°Ｃに相応するか否かが検査される。４０°Ｃに相応すれば、ステップｓ８で各シリンダごとに、所属の実際の適応値が適応値−記憶／外挿装置１６に記憶される。引き続き再びステップｓ５が繰り返される。機関温度が４０°Ｃでなければ、ステップｓ９で機関温度が８０°Ｃであるか否かが検査される。８０°Ｃでない間は、ステップｓ５，ｓ６，ｓ７およびｓ９が何回も実行される。しかし機関温度が８０°Ｃになれば、ステップｓ１０で各シリンダごとにそれぞれ実際の適応値が適応値−記憶／外挿装置１６に書き込まれる。次からはずっとステップｓ５，ｓ６，ｓ７そしてｓ９のループが実行されるだけである。実行時間を短縮するために、ステップｓ５で機関温度が８０°Ｃ以上であるか否か、またはステップｓ１０に達した時にセットされたフラッグがたっているか否かを問い合わせることができる。これによりステップｓ５と前記の問い合わせステップが常に実行されるだけとなる。
【００２２】
この実施例に対しては、適応値と機関温度との依存特性に対して図３の線形関係が前提とされた。しかし可変弁制御に対しては種々の解決手段、例えば機械制御、液圧制御または電気機械制御が提案されている。従って調整特性には種々異なる温度依存特性が予想される。しかし不安定な調整を示したり非常に複雑な特性経過が発生することはまずあり得ない。むしろすべての温度特性は比較的簡単な関数により表わすことができると考えるべきである。従って通常は温度特性を検出するためには３つの異なる機関温度で適応値を検出するだけで十分である。この温度特性により、酸素ゾンデがまだ作動準備状態でない時間内でも任意の機関温度に対して適応値を推定することができる。
【００２３】
実施例では吸気弁の開放に対する角度が一定であり、閉鎖角だけが変化されると仮定された。しかしちょうどその反対であることも、２つの角度とも変化できることも可能である。このような枝葉末節は本発明の技術思想には重要でない。本発明で重要なことは、調整特性の温度特性を、異なる機関温度の際に適応値を検出することによって求め、ゾンデが作動準備状態でない間、調整特性の温度特性から適応値を推定することである。
【００２４】
既に上に述べたように、図１には個別シリンダ手段に対する装置１９がオプションとして示されている。この装置は図１を、ドイツ連邦共和国特許第３９４０７５２号明細書の図３と一致させるためにだけ示されたものである。個別シリンダ手段は低負荷領域で個々のシリンダの遮断を行う。
【００２５】
【発明の効果】
本発明により、可変バルブ制御機能付機関での空気供給制御に特に適した適応形ラムダ制御方法およびこの方法を実施するための装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例のブロック図である。
【図２】本発明の方法を説明するためのフローチャートである。
【図３】本発明を説明するための線図である。
【符号の説明】
１０ 内燃機関
１１ 吸気弁
１２ 機関温度センサ
１３ ラムダ制御装置
１４ イネーブル装置
１５ 適応装置
１６ 適応値−記憶／外挿装置
１７ 加算器
１８ 乗算器

Claims (3)

1. 可変バルブ制御機能付機関での吸気弁の開口時間間隔を個別のシリンダで適応形にラムダ制御するための方法において、
   ラムダ制御がイネーブルされているか否か検出し、
   イ）ラムダ制御がイネーブルされている場合；
   適応形制御を行い、当該適応形制御では、
   少なくとも２つの機関温度に対して各シリンダごとに適応値を検出し、
   検出された適応値から各シリンダごとに、適応値の機関温度依存特性を表わす少なくとも２つの値を導出し記憶し、
   ロ）ラムダ制御がまだイネーブルされていない場合；
   実際の機関温度を検出し、
   実際の機関温度、および適応値の温度依存特性を表わす少なくとも２つの値から、各シリンダごとに実際の適応値を推定し、
   推定された適応値を前記イ）記載の適応形ラムダ制御に使用する、
   ことを特徴とする方法。
2. ラムダ制御がイネーブルされた際、各シリンダごとに推定された実際の適応値を、適応に対する実際の初期値として使用する請求項１記載の方法。
3. 可変バルブ制御機能付機関での吸気弁の開口時間間隔を個別のシリンダで適応形にラムダ制御するための装置において、
   機関温度を測定するための装置（１２）と、
   ラムダ制御がイネーブルされているか否かを検出するための装置（１４）と、
   適応装置（１５）と、
   記憶／外挿装置（１６）とが設けられており、
   ラムダ制御がイネーブルされている場合には、前記適応装置によって適応形制御が行われ、当該適応形制御では、
   少なくとも２つの機関温度に対して各シリンダごとに適応値が検出され、
   検出された適応値から各シリンダごとに、適応値の機関温度依存特性を表わす少なくとも２つの値が導出され記憶され、
   ラムダ制御がイネーブルされていない場合には、前記記憶／外挿装置によって、
   各シリンダごとに前記少なくとも２つの値が記憶され、
   実際の機関温度、および適応値の温度依存特性を表わす前記少なくとも２つの値から、各シリンダごとに実際の適応値が推定され、
   前記推定された適応値が前記適応形ラムダ制御に使用される、
   ことを特徴とする装置。

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