JP4067142B2 - 車両の内燃機関を制御するための方法及び装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、車両の内燃機関を制御するための方法及び装置に関係している。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関が車両によって駆動されているときにオーバラン状態中内燃機関を制御する場合、燃料の供給を停止することは知られている。このいわゆるオーバラン停止への遷移時、又は燃料供給停止のこの状態から正常走行モードへの遷移時には、快適性を改善するために内燃機関の点火角度が変えられる。そのような制御は、例えばＤＥ ２７ ３７ ８８６ Ｃ２（米国特許第４２５７３６３号）から知られている。これにおいては、オーバラン状態の開始時に、点火時点が予め選択可能な関数に従って遅れの方向に調整され、そして点火時点の制御が終了された後に燃料供給が停止される。更に、オーバラン状態の終了時又は燃料供給の再開時に、点火時点は遅れから進みの方向に変更される。その結果、燃料供給の停止又は燃料供給の再開の結果として生じる衝撃が回避されることになっている。点火角度は内燃機関により発生される燃焼トルク又はそれにより出力される機関トルクに対して非線形の影響を有しており、しかもそれぞれの内燃機関の特性に強く依存しているので、既知の点火角度制御は衝撃の最適減小を達成するために各内燃機関型式ごとに新たに適応させられなければならない。
【０００３】
内燃機関により出力されるべき機関トルク目標値又は燃焼トルク目標値に基づいて若干数の停止されるべきシリンダ、実施されるべき点火角度補正及び／又は内燃機関への空気供給を調整するための目標値を決定することはＤＥ ４２ ３９ ７１１ Ａ１から知られている。更に、内燃機関の負荷及びそれの回転数、並びに補正点火角度及び停止シリンダの数に基づいて、燃焼トルク又は内燃機関により出力される機関トルクの実際値を計算することは知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
それゆえに、燃料停止の動作状態への及び／又は燃料供給の再開時におけるこの動作状態からの遷移の際に、種々の内燃機関への簡単化された適応によって走行快適性を改善する手段を開示することがこの発明の課題である。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
内燃機関により発生されるトルクを、オーバラン状態の開始時又は終了時に指定の時間関数に従って減小又は増大させるようにする制御手段を準備する。
【０００６】
【発明の実施の形態】
この発明は次に図面に示された実施例に関して更に詳細に説明される。
【０００７】
図１は、内燃機関（図示されていない）を制御するための、少なくとも一つのマイクロコンピュータ１１を備えた制御ユニット１０を示している。制御ユニット１０は、出力線１２を介して内燃機関のシリンダへの燃料の計量供給を、出力線１６を介して点火角度を、又有利な実施例においては出力線２０を介して内燃機関への吸気流量率を左右するためのアクチュエータ２２を制御する。アクチュエータ２２はここでは、正常動作中運転者の要求の関数として調整される、電気的に動作可能な主絞り弁であるのが好ましい。別の有利な実施例においては、アクチュエータはアイドリング空気を調整するためのもの又は（機械的に動作可能な）主絞り弁と直列に取り付けられた補足的絞り弁であればよい。対応する測定装置２８ないし３０により検出された、内燃機関及び／又は車両の動作変数は、線２４ないし２６を介して制御ユニット１０に供給される。内燃機関を制御するための制御ユニット１０は通信系、例えばＣＡＮ母線系を介して更なる制御ユニット３４、望ましくはＡＢＳ／ＴＣＳ制御装置及び／又はトランスミッション制御ユニットに接続されている。
【０００８】
通信系３２を介して制御ユニット（単数又は複数）３４から制御ユニット１０に、内燃機関により出力されるべきトルク目標値が伝達される。例えば、自動変速装置のための制御ユニットによってトランスミッション出力における出力トルク目標値が、又ＡＢＳ／ＴＣＳ制御ユニットによって少なくとも一つの駆動車輪における過度の滑り傾向の場合の出力トルク目標値が計算されて伝達される。更に、有利な実施例においては、目標値は運転者によって制御素子の操作度により設定されたものであってもよい。初めに言及した従来の技術から知られるように、制御ユニット１０はこのトルク目標値を、場合によっては線２４ないし２６を介して供給された動作変数、例えば機関回転数、機関温度、負荷の状態などを考慮に入れて、機関回転数及び負荷（例えば空気流量率）の関数として決定された点火角度の補正に、個々のシリンダにおける抑制されるべき噴射の数に及び／又はアクチュエータ２２の調整されるべき位置に、変換する。好適な実施例においては、噴射されるべき燃料の量は、この場合、個々のシリンダごとに機関回転数及び負荷（例えば空気流量率）の関数として決定される。
【０００９】
内燃機関への空気の供給が運転者によって加速ペダルを介して機械的接続により調整されたならば、運転者により調整された機関トルクが機関負荷（空気流量率、絞り弁位置）及び機関回転数から計算される。
【００１０】
図２に示されているのは制御ユニット１０の詳細なブロック図であって、オーバラン状態における燃料停止を伴った動作状態への及び燃料供給の再開時におけるこの動作状態からの遷移を示している。制御ユニット１０には通信系３２を介して結合トルク目標値Ｍｋｕｐｅｘｔが供給される。結合トルク目標値Ｍｋｕｐｅｘｔは論理接続点１００に導かれており、ここで損失トルクＭｖｅｒｌが加えられる。その結果として外部的に指定される燃焼トルク目標値Ｍｉｐｅｘｔが得られるが、これは論理接続点１００から線１０２を介して最小値評価段１０４に導かれる。損失トルクＭｖｅｒｌはここでは内燃機関内で発生する損失、及び例えば空気調和ユニットのような二次的組立て品のトルク必要値を表している。損失トルクは、所定の特性図を用いて、機関回転数、機関温度及び負荷の状態に基づいて定められる。線１０２により最小値評価段１０４に導かれるトルク目標値はこの場合トラクション制御システム、機関ドラグトルク制御システム、トランスミッション制御システムのような機能によって又は運転者によって定められる。既知の従来技術に従って、このトルク目標値は、噴射過程の抑制に、点火角度補正に及び／又は空気供給の調整に変換される。上述の諸機能の空気供給への介入が準備されているならば、初めに言及した従来の技術から知られるように、空気供給の調整により利用可能にされた燃焼トルクＭｉｐｆｕが計算される。空気供給への介入が準備されていないか又は介入が行われない場合には、この値は、運転者によって絞り弁の操作により指定されたトルク値に対応している。
【００１１】
トルク値Ｍｉｐｆｕは線３３を介して計数手段１０６に供給される。この計数手段には更に線１０８を介して特性手段１１０から実際燃焼トルクＭｉｐｉｓｔが供給される。計数手段１０６の出力は、燃料供給の再開時における燃焼トルク目標値Ｍｉｐｗｅのプロファイルを表しており、線１１２、切換手段１１４を経由し、線１１６を経由して最小値評価（選択）段１０４に供給される。切換手段１１４の図示の位置はこの場合オーバラン状態の外側の位置に対応している。切換手段１１４はオーバラン状態検出ブロック１１８の関数として線１２０を介して操作させる。オーバラン状態検出ブロック１１８には少なくとも、釈放された加速ペダルを表している信号ＬＬを供給する線１１２、及び機関回転数の測度Ｎｍｏｔを供給する線１２４が通じている。更に、オーバラン状態検出ブロック１１８は線１２６を介して計数手段１０６を又線１２８を介して更なる計数手段１３０を活動化する。この更なる計数手段１３０には線１３２を介して実際燃焼トルクＭｉｐｉｓｔに対する測度が又線１３４を介して最小トルクＭｉｐｕｇに対する値が供給されるが、この最小トルクＭｉｐｕｇは好適な実施例においては０である。最小トルクＭｉｐｕｇはここでは記憶素子１２６から読み出され又実際燃焼トルクは機関回転数及び機関負荷から知られているような特性手段１１０に基づいて、又場合によっては補正点火角度及び抑制されたシリンダ（破線で示されている）の数に基づいて計算される。計数手段１３０の出力は燃料停止への遷移の際の燃焼トルク目標値プロファイルＭｉｐｓａを表している。この値は線１３６、切換手段１１４及び線１１６を介して最小値選択段１０４に導かれる。この最小値選択段１０４においては、供給された変数Ｍｉｐｅｘｔ及びＭｉｐｗｅ又はＭｉｐｓａの絶対項において最小であるトルク値が噴射及び点火における介入のための燃焼トルク目標値Ｍｉｐｓｏｌｌとして形成される。この目標値は線１３８を通して計算ユニット１４０に導かれる。計算ユニット１４０は、燃焼トルク目標値を従来の技術から知られた方法で点火角度補正値に及び／又は抑制されるべきシリンダの数に変換する。この過程において、燃焼トルク目標値はモデルにより推定された実際値と比較され、そして比較的小さい燃焼トルク目標値の場合にはシリンダ抑制及び／又は点火角度介入が計算される。対応する結果は線１４２及び１４４を介して出力される。燃料の計量供給及び点火角度調整の影響は補正ブロック１４６及び１４８並びに出力線１２及び１６によって略述されている。
【００１２】
明確さの理由のために、空気供給の調整は図２による図解では省略されている。それは従来の技術において開示された手順の応用によって得られる。
【００１３】
図２に図解されたこの発明の基本的考えは、オーバラン状態への及びオーバラン状態からの遷移の際の機関トルクの制御を、トルク目標値（１００ないし１３８）と決定されたトルク目標値による制御変数の計算（１４０ないし１４４）とに分離することである。
【００１４】
オーバラン状態への遷移の際には、トルク目標値Ｍｉｐｓａは指定の時間関数に従って計数手段１３０によって瞬時実際燃焼トルクＭｉｐｉｓｔから所定の下方限界値Ｍｉｐｕｇに低減される。下方限界値に到達したときには、最小値選択段から生じる燃焼トルク目標値Ｍｉｐｓｏｌｌが非常に小さいので、すべてのシリンダ、従って燃料の全供給は停止される。再開時に、トルク値は、トルク目標値Ｍｉｐｗｅに従って、開始値としての瞬時実際トルク値Ｍｉｐｉｓｔから、指定の時間関数に従って計数手段１０６によって、本質的には運転者により指定されるトルク値Ｍｉｐｆｕに増大される。トルク目標値Ｍｉｐｗｅが限界値Ｍｉｐｆｕに達すると、再開のためのトルク増大は終了される。
【００１５】
好適な実施例においては、トルクが増大又は減小されている間、個々のシリンダの抑制は禁止されることができる。この場合には、迅速なトルク介入に対する点火角度調整だけが許される。
【００１６】
計数手段１０６及び１３０において指定される時間関数は種々の方法で実現されることができる。例えば、計数手段は一次、二次又はより高次の遅延素子として実現されることができる。一実施例において、階段状のプロファイルを実現することが適当であると判明している。時定数又は変化率はこの場合自由に選択され、快適性要求に従って適合させられることができる。しかしながら、衝撃が、燃料停止を伴ったオーバラン状態への遷移時、及びオーバラン状態からの遷移時に、内燃機関により出力されるトルクの符号が変わるときに、すなわち内燃機関が被駆動状態から駆動状態へ及びその逆に変わるときに発生することは最もありそうである。それゆえに、トルク目標値を二つの領域に分離することは有利である。第１領域においては、調整されるべきトルク目標値が０と損失トルクの絶対値との間にある（負の出力トルク、オーバラン状態）ときには、時定数を大きく又は変化率を小さく選択するのが有利である。第２領域において、調整されるべきトルク目標値が損失トルクより大きい、すなわち出力トルクが正であるときには、時定数を小さく又は変化率を大きく選択するのが有利であると実証されている。それゆえに、機関トルクは、迅速に且つ衝撃を伴うことなく運転者の要求を達成することができ、また下方限界値まで低減されることができる。別の手順に従って、実際燃焼トルクＭｉｐｉｓｔが絶対的損失トルクＭｖｅｒｌの領域にあるときにはトルク目標値の変化を遅くすることが有利である。
【００１７】
この発明はコンピュータプログラムの範囲内で実現されるのが好ましい。これは例として、図３ないし６に示された流れ図を参照して説明される。
【００１８】
図３に示されたプログラム部分が所定の時点で開始された後、最初の段階（ステップ）２００において機関回転数Ｎｍｏｔ及び加速ペダルのアイドリング位置を示す信号ＬＬが読み込まれる。次の質問段階２０２において、加速ペダルが釈放され、且つ機関回転数Ｎｍｏｔが指定の再開回転数Ｎｗｅ、例えば１０００rpm 、より上になっているかどうかが検査される。これが肯定である場合には段階２０４に従ってマーカＳｃｈｕｂが値１に設定され、否定の場合にはこのマーカは値０に設定される（段階２０６）。この後、このプログラム部分は終了される。
【００１９】
マーカＳｃｈｕｂはここではオーバラン状態の存在（値１）を示しており、従って切換手段１１４を表している。これはトルク目標値を制御するために利用される。マーカＳｃｈｕｂの値が０から１に変化するならば、すなわち内燃機関がオーバラン状態に入るならば、図４によるプログラム部分が開始される。
【００２０】
最初の段階２０１において、指定の下方限界値Ｍｉｐｕｇ及び計算された実際燃焼トルクＭｉｐｉｓｔが読み込まれる。更に、トルク目標値の開始値Ｍｉｐｓａ（Ｏ）は実際燃焼トルクの値に設定される。次の段階２０２において、現在トルク目標値Ｍｉｐｓａ（Ｋ）は、先行するプログラム過程において確定された目標値Ｍｉｐｓａ（Ｋ−１）と指定値との間の差Δから計算される。その後質問段階２０４において、現在値Ｍｉｐｓａ（Ｋ）が下方限界値Ｍｉｐｕｇ以下であるかどうかが検査される。これが肯定の場合には、機関トルクの減小が終了されてすべてのシリンダが停止される（噴射なし）ので、このプログラム部分は終了される。下方限界値がなお達成されていないならば、このプログラム部分は段階２０２から繰り返される。
【００２１】
図４に破線で示された好適な実施例においては、更にトルク目標値の関数として、減小のための種々の変化率が指定される。この目的のために、質問段階２０６において現在Ｍｉｐｓａ（Ｋ）が値０と絶対的損失トルクＭｖｅｒｌの値との間にあるかどうかが検査される。これが肯定であるならば、段階２０８において値Δ１が指定され、又否定の場合には段階２０２に従って減小のための値Δ２が指定される（段階２１０）。値Δ１及びΔ２はこの場合段階２０６で定義された領域における負の出力トルクでの変化率が小さくなるように選択されている。この方法で、燃料停止の発生時における起こり得るトルクの衝撃が有効に防止される。
【００２２】
オーバラン状態の終了後における燃料供給の再開のための、対応する手順が図５に示されている。機関トルクはオーバラン状態マーカが値１から値０に変化したときに増大される。この目的のために、段階２２０において、再開のためのトルク目標値の開始値Ｍｉｐｗｅ（Ｏ）が実際燃焼トルクＭｉｐｉｓｔの読込み値に設定される。次に段階２２２に従って、トルク目標値が増大され、従って衝撃のない再開が可能にされる。現在トルク目標値Ｍｉｐｗｅ（Ｋ）は先行するプログラム過程において確定された値Ｍｉｐｗｅ（Ｋ−１）に値Δを加算することによって同様に確定される。その後段階２２４においてトルク値Ｍｉｐｆｕが読み込まれ、そして次の質問段階２２６において、段階２２２において確定されたトルク目標値が本質的には運転者により指定された値Ｍｉｐｆｕ以上であるかどうかが検査される。これが肯定であるならば、このプログラム部分は終了され、否定の場合にはトルク目標値における更なる増大がこのプログラム部分の段階２２２からの繰返しの結果として行われる。
【００２３】
ここで又、一実施例において種々の変化率が準備されている。この目的のために、破線で示されたプログラム部分においては質問段階２２８において、目標値Ｍｉｐｗｅ（Ｋ）が値０と損失トルクＭｖｅｒｌの値との間にあるかどうかが検査される。これが肯定であるならば、段階２３０に従って値Δ１が段階２２２においてトルクを増大するために使用され、この範囲の外側では段階２３２に従って値Δ２が使用される。ここでも又、値Δ１は絶対項において値Δ２より小さいので、負の出力トルクを有する領域においてはトルクの低い変化率が生成される。
【００２４】
この方法で確定された目標値は、図６に従って、シリンダ抑制、点火角度補正及び供給されるべき空気流量率に変換される。この目的のために、図６に示されたプログラム部分の段階２５０に従って、値Ｍｉｐｗｅ，Ｍｉｐｓａ及びＭｉｐｅｘｔが読み込まれ、そして段階２５２において燃焼トルク目標値Ｍｉｐｓｏｌｌが絶対項においてこれらの値の最小値に設定される。続いて段階２５４において、抑制されるべきシリンダの数Ｘ、点火角度に対する補正量ＺＷ、及び場合によっては、空気供給の調整の補正値αｓｏｌｌが少なくとも燃焼トルク目標値及び実際燃焼トルクに基づいて決定される。この後このプログラム部分は終了される。
【００２５】
図７にはこの発明の動作モードが時間図によって提示されている。ここで、図７ａはオーバラン状態マーカのプロファイルを、図７ｂは燃焼トルク目標値Ｍｉｐｓｏｌｌのプロファイルを、図７ｃは内燃機関により出力されるトルクＭｋｕｐのプロファイルを、又図７ｄは抑制されるべきシリンダの数Ｘの時間に対するプロファイルを示している。
【００２６】
オーバラン状態は時点Ｔ０において発生すると仮定される。オーバラン状態マーカは値０から値１に変化する。従って、燃料供給を遮断するために時点Ｔ０から始まってトルク目標値が値０まで減小される。これは図７ｂに従って本質的には二つの変化率で行われ、その際変化率における一つの変化は内燃機関により出力されるトルクがその符号を変えるときに生じる。これは図７ｃによって図示されており、これにはトルクに対応するトルク出力の変化が示されている。時点Ｔ２においては燃焼トルク目標値が０であり且つ出力されるトルクが負である、すなわち内燃機関が車両により駆動されていると仮定される。それに対応して、図７ｄにおいて、時点Ｔ０から始まって抑制されるべきシリンダの数は変化率の減小と共に増分的に増大して、時点Ｔ２においてすべてのシリンダが抑制される、すなわち燃料供給が遮断される。時点Ｔ１においてオーバラン状態が終了され、オーバラン状態マーカが再び値０に変わるものと仮定される。これは燃焼トルク目標値が図７ｂに従って時点Ｔ１から始まって増大されることになる。ここでも又、減小に類似した方法で二つの変化率が選択される。時点Ｔ３においては運転者により指定された燃焼トルク目標値が達成されるものと仮定される。時点Ｔ１から始まる対応するトルク増大が図７ｃに基づいて実際トルクの場合にも見られ得る。好適な実施例においては、このトルク増大は図７ｄに従って指定数のシリンダへの燃料供給を再開することによって実現される。時点Ｔ３において、すべてのシリンダに再び燃料が供給される。
【００２７】
減小中及び増大中の変化率は車両の要件及び内燃機関の要件に依存してそれぞれ異なって指定されることができる。
【００２８】
付加的に、図７ｄには点火角度の調整が破線で示されている。Ｔ０とＴ２との間では点火角度はトルク目標値に従って減小され（進みから遅れへ）、Ｔ１とＴ３との間では増大され（遅れから進みへ）、そしてＴ２とＴ１との間ではすべてのシリンダが抑制される。この図示はＴ２とＴ１との間以外ではシリンダ抑制が行われない場合にだけ適用される。シリンダ抑制の場合には、点火角度は場合によってはトルクプロファイルが連続的であるように変化させられる、すなわち点火角度調整の結果として、点火抑制により引き起こされたトルク増分は補償される。
【００２９】
燃焼トルクに対する目標値の代わりに、別の実施例においては内燃機関により発生される別のトルク、例えば出力トルクに対する目標値が決定され、そしてこの発明による手順がそれに対応して実施される。
【００３０】
【発明の効果】
この発明による手順によって、燃料停止を伴った動作状態への又はこの動作状態から燃料供給の再開の下での正常走行モードへの遷移の適応が簡単化される。特に、種々の形式の内燃機関への適応に関する費用が相当に低減される。
【００３１】
この発明による手順はこれらの動作段階における快適性の改善に通じる。同時に、遷移時の衝撃ができるだけ回避される。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関のための制御装置の概観的ブロック回路図。
【図２】この発明の制御ユニットの詳細なブロック回路図。
【図３】この発明による手順を示す流れ図。
【図４】この発明による手順を示す流れ図。
【図５】この発明による手順を示す流れ図。
【図６】この発明による手順を示す流れ図。
【図７】この発明の効果を示す、内燃機関の本質的変数の時間図。
【符号の説明】
１０：制御ユニット、２８ないし３０：測定装置、３２：通信系、
３４：更なる制御ユニット、１０４：最小値評価（選択）段、
１０６，１３０：計数装置、１１０：特性手段（特性図）、１２６：記憶素子、
１１８：オーバラン状態検出ブロック、１４０：計算ユニット、
１４６，１４８：補正ブロック。

Claims (9)

1. オーバラン状態中燃料供給が遮断されそしてオーバラン状態の終了時に燃料が再び噴射される、車両の内燃機関を制御するための方法において、
   内燃機関により発生されるトルクに対するトルク目標値が、内燃機関の少なくとも一つの動作変数に基づいて形成され、前記トルク目標値が、内燃機関の少なくとも一つの動作変数の制御によって調整されること、
   前記トルク目標値が、オーバラン状態の開始時及びオーバラン状態の終了時の少なくともいずれかにおいて、少なくとも一つの時間関数に従って減小され又は増大されること、
   を特徴とする車両の内燃機関を制御するための方法。
2. 前記トルク目標値の増大又は減小が、点火角度の補正によって、個々の噴射の抑制によって、及び内燃機関への空気供給の調整によって、又はそのいずれかによって行われることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 内燃機関により出力されるべき前記トルク目標値が、前記オーバラン状態の開始時に、内燃機関により発生された実際のトルクを表している開始値から始まって、予め定めた下方限界値、望ましくは０まで、少なくとも一つの時間関数に従って減小されることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. 内燃機関により出力されるべき前記トルク目標値が、前記オーバラン状態の終了時に、オーバラン状態の終了時に発生されたトルクを表している開始値から始まって、運転者により指定された値まで、少なくとも一つの時間関数に従って増大されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一つに記載の方法。
5. 前記トルク目標値、特にその増大又は減小の決定が、前記内燃機関の少なくとも一つの動作変数に対する制御変数の計算から分離していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一つに記載の方法。
6. 内燃機関から駆動列に出力されるトルクの符号が変化する、前記駆動列に出力されるトルクの領域において、前記増大又は減小の制御が、前記領域の外側よりゆっくりと行われることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一つに記載の方法。
7. 内燃機関から駆動列に出力されるトルクが正の符号を有する領域においては、負の符号を有する領域より大きなトルク変化率が指定されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一つに記載の方法。
8. 確定された前記トルク目標値が、運転者の要求とは独立的に、抑制されるべきシリンダの数、点火角度補正値及び空気供給の変更量に、又はそのいずれかに変換されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一つに記載の方法。
9. 内燃機関のオーバラン状態を検出して、オーバラン状態中に内燃機関への燃料供給を遮断し、そしてオーバラン状態の終了時に燃料供給を再開する制御ユニットを備えた、車両の内燃機関を制御するための装置において、
   前記制御ユニットは、
   内燃機関により発生されるトルク対するトルク目標値を、内燃機関の少なくとも一つの動作変数に基づいて形成し、前記トルク目標値を内燃機関の少なくとも一つの動作変数の制御により調整し、
   前記トルク目標値が、オーバラン状態の開始時及びオーバラン状態の終了時の少なくともいずれかにおいて、少なくとも一つの時間関数に従って減小され又は増大されるように、
   構成されることを特徴とする車両の内燃機関を制御するための装置。

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