JP4091672B2 - 内燃機関の制御方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の制御方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種類の方法およびこの種類の装置はたとえば欧州特許第３５９７９１Ｂ１号（米国特許第５０１４６６８号）から既知である。この特許において、低い負荷領域から高い負荷領域へ移行するとき、内燃機関への空気供給量を調節することにより、内燃機関に供給される空気／燃料混合物の混合比を変えることができる。この場合、内燃機関は低い負荷領域においてはリーン混合物で運転され、高い負荷領域においては量論組成混合物（λ＝１）で運転される。空燃比の希望どおりの調節は、空気供給量の制御において、両方の運転状態の間の移行においてのみ考慮され、この移行状態以外における方法は記載されていない。
【０００３】
ドイツ特許公開第３９３０３９６号（米国特許第５０９５８７４号）により空気供給量および燃料供給量を調節する方法が提案され、この方法においては、加速ペダル位置の関数として、燃料噴射量のみでなく空気供給量もまた決定される。この場合、システム条件に基づく燃料噴射の遅れを補償するために、運転変数の関数としての所定のむだ時間を設けて空気供給量の変化が行われ、これにより、変化される空気供給量に基づいて決定される燃料噴射量が吸い込まれたときにはじめて空気供給量の変化が行われる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
内燃機関への空気供給量の調節において、空燃比を希望どおりに調節することを考慮する手段を提供することが本発明の課題である。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
運転変数の関数として、所定の空燃比に基づいて空気供給量および燃料供給量が調節され、内燃機関への空気供給量が、少なくともドライバの希望の関数として決定される、内燃機関の制御方法および装置において、内燃機関への空気供給量が、さらに空燃比に対する所定値の関数として決定され、ドライバの希望から、内燃機関の出力能力を示す値に対する目標値が形成され、前記目標値が、空燃比に対する所定値の関数として修正され、所定の空燃比が調節される。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１は電子式のエンジン制御装置１０を示し、エンジン制御装置１０に、加速ペダル位置伝送器１４から入力ライン１２が、エンジン回転速度伝送器１８から入力ライン１６が、空気質量ないし空気容積流量測定器２２からライン２０が、ならびに内燃機関および／または車両のその他の運転変数のための測定装置２８ないし３０からその他の入力ライン２４ないし２６が供給されている。出力ライン３２はエンジン制御装置を出力設定要素３４に接続し、出力設定要素３４は電動機３６を含み、電動機３６は機械式結合３８を介して、内燃機関の吸気管４０内に設けられた絞り弁４２と結合されている。出力ライン４４、４６、４８および５０を介して、エンジン制御装置１０は、内燃機関の個々のシリンダ５２、５４、５６および５８に供給すべき燃料供給量を決定し、場合により図示されていないラインを介して調節すべき点火角を決定する。
【０００７】
エンジン制御装置１０は、既知のように、その入力値から内燃機関に供給される空気量ならびに燃料噴射量を決定する。この場合、通常の制御原理（ドライバによる空気供給量の設定）のみでなく、ドライバが燃料噴射量を直接設定する制御原理を使用してもよい。内燃機関の運転特性を、とくに排ガス特性に関して改善するために、内燃機関を、量論比から外れた空燃比で運転することが好ましいことがある。この場合、とくにリーン運転（たとえばλ＝１．２ないし１．７）が有利であることがわかっている。リーン運転においては量論比運転よりもより多くの空気が内燃機関に供給されるので、これは、所定の比率が調節できない運転状態、ないしは所定の比率の調節が内燃機関の運転特性に負の影響を与える運転状態を与える。このような運転領域は、たとえば絞り弁が全開されて最大空気量が供給される全負荷範囲である。したがって本発明により、調節すべき空気供給量の決定のときに、所定の空燃比が含めて計算される。極端な運転範囲の制御も可能にするために、さらに、所定の空燃比が、空気供給量により調節可能な最大値に制限される。この最大値はドライバの希望（所定のトルク、所定の充填量）により決定される。
【０００８】
図２は内燃機関への空気供給量を調節するための好ましい実施態様の全体ブロック回路図を示し、ここでは所定の空燃比が考慮される。ブロック回路図は見やすい形で示されている。好ましい実施態様においては、図示の方法は計算プログラムとして実行される。このとき、図２に示すブロックは、特性曲線群、数式、ルーチンまたは表として示されているプログラム要素ないしプログラムステップに対応している。
【０００９】
エンジン制御装置１０の入力ライン１２、１６および２０ないし２４は計算ユニット１００に供給される。ライン１６はさらに特性曲線要素１０２にも供給される。計算要素１００の出力ライン１０４ならびに特性曲線要素１０２の出力ライン１０６は選択段１０８に通じている。選択段１０８の出力ライン１１０は除算要素１１２に通じ、除算要素１１２にはさらに、ライン１０６から分岐しているライン１１４が供給されている。除算要素１１２の出力ライン１１６は乗算要素１１８に通じている。ライン１１６から分岐しているライン１２０は反転要素１２２に通じ、反転要素１２２の出力ライン１２４は選択段１２６に通じている。選択段１２６にはさらに目標値形成器１３０からライン１２８が供給され、目標値形成器１３０にはエンジン制御装置１０の選択された入力ラインが供給されている。選択段１２６の出力ライン１３２は乗算要素１１８に通じている。乗算要素１１８の出力ライン１３４は特性曲線群要素１３６に通じ、特性曲線群要素１３６にはさらにライン１６が供給されている。特性曲線群要素１３６の出力ラインはライン３２を示している。
【００１０】
計算ユニット１００において、ドライバにより与えられる入力変数、すなわち加速ペダル角（ライン１２）が、あらかじめプログラミングされた特性曲線群により、エンジン回転速度を考慮して（ライン１６）計算されて目標値に変換される。この場合、目標値は、希望トルク、所定の負荷または変換された充填量（シリンダごとの混合物の量、シリンダ充填量）を示す。さらに計算ユニット１００において、目標値が、たとえば駆動滑り制御装置により、電動装置制御により、走行速度制御器によりおよび／またはアイドリング回転速度制御器により考慮される。この場合目標値は、場合により対応する特性曲線、特性曲線群、表または計算によりドライバの希望に対応する値に変換される（たとえばエンジン回転速度を使用してトルクを充填量に変換する）。これらの変数の論理結合により、それぞれより大きい値（ドライバの希望、アイドリング回転速度制御器、走行速度制御器に関して）ないしそれぞれのより小さい値（駆動滑り制御、電動装置係合に関して）が選択され、これらの値がライン１０４を介して出力される。
【００１１】
特性曲線要素１０２は、エンジン回転速度により与えられるそれぞれの作業点に対する、最大充填量、最大負荷ないし最大トルクを示す。
【００１２】
選択段１０８において、所定充填量値ｔｌｓｏｌｌおよび最大充填量値ｔｌｍａｘから、そのときのより小さい値が選択され、その値がライン１１０を介して除算要素１１２に出力される。この場合、選択段１０８から出力される目標充填量ｔｌｒｅｓは、内燃機関の運転を考慮してλ＝１で求められる。所定のλ値による空気供給量の修正は乗算要素１１８内で行われる。
【００１３】
除算要素１１２において、選択段１０８の出力値（得られた目標充填量ｔｌｒｅｓ）および特性曲線要素１０２（最大充填量ｔｌｍａｘ）から、相対目標充填量（ｔｌｒｅｌ）が求められる。相対目標充填量（ｔｌｒｅｌ）は目標充填量と最大充填量との比率を示すことが好ましい（ｔｌｒｅｌ＝ｔｌｒｅｓ／ｔｌｍａｘ）。この場合、相対充填量は０と１との間の範囲の値を有し、この場合値０は、（最小充填量を与える）アイドリング回転速度制御器の機能の結果として達成されることはない。
【００１４】
反転要素１２２により、除算要素１１２内で求められた相対充填量ｔｌｒｅｌの逆数が形成される。反転相対充填量は、実際の運転状態における最大許容空燃比λｍａｘを示し、この最大許容空燃比λｍａｘは、（一定噴射時間において）絞り弁をいっぱいに開放することにより（最大可能空気供給量）、最大に調節される。
【００１５】
選択段１２６において、ライン１２８を介して供給されるλ目標値λｓｏｌｌが、求められた実現可能な最大値λｍａｘに制限される。これは最小値選択の範囲内で行われることが好ましく、この場合そのときの最小値が与えられる。選択された値λｒｅｓ（λｓｏｌｌまたはλｍａｘ）はライン１３２を介して乗算要素１１８に出力される。乗算要素１１８において、ライン１１６を介して供給された相対充填量値ｔｌｒｅｌが調節すべきλ（λｒｅｓ）により修正される。修正された相対充填量値はライン１３４を介して特性曲線群要素１３６に供給され、特性曲線群要素１３６内には、調節すべき絞り弁位置が相対充填量およびエンジン回転速度に対してあらかじめ記憶されている。修正された相対充填量およびエンジン回転速度により与えられる絞り弁調節値は、ライン３２を介して出力設定要素３４に出力され、好ましい実施態様においては、この絞り弁調節値は制御回路（位置制御回路）の範囲内で制御される。
【００１６】
この場合、冒頭に記載のような従来技術において示されるように、燃料供給量が調節されるエンジン制御システムの有利な実施態様においては、絞り弁調節を計算するときにむだ時間を考慮してもよく、このむだ時間は燃料噴射に関連するシステムの条件に基づくむだ時間を補償するものである。
【００１７】
図２に示す方法により、内燃機関への空気供給量は、各運転過程において所定のλ目標値ないし所定の制限値が調節されるように調節される。
【００１８】
有利な実施態様においては、噴射時間は、ドライバの希望および他のパラメータに基づいて求められた充填量により決定される。
【００１９】
充填量値を決定するほかに、他の有利な実施態様においては、エンジン負荷値、エンジントルク値およびエンジン出力値に基づいて計算が行われてもよい。
【００２０】
この場合、相対充填量の代わりに、相対トルク、相対エンジン負荷または相対エンジン出力が、上記の方法に応じて計算されかつ処理される。
【００２１】
【効果】
本発明の方法により、あらゆる運転状態において内燃機関への空気供給量を調節するとき、空燃比に対する所定の目標値が考慮される。
【００２２】
これにより、内燃機関をリーンな空気／燃料混合物で運転するとき、以下に記載のような著しい利点が得られる。
【００２３】
所定の空燃比が、それぞれのドライバの希望において達成可能な最大空燃比に制限されることはとくに有利である。これは、リーン運転において所定の空燃比を制限することにより内燃機関の運転特性が改善されるとくに全負荷領域において有利性を与える。
【００２４】
本発明による方法は、空気供給量が調節されるエンジン制御システムのみでなく、燃料供給量が調節されるエンジン制御システムにおいてもこれらの利点を示す。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関の制御装置の全体ブロック回路図である。
【図２】内燃機関への空気供給量を調節するための、本発明による好ましい実施態様の全体ブロック回路図である。
【符号の説明】
１０ 電子式のエンジン制御装置
１２、１６、２０、２４−２６、３２、４４、４６、４８、５０、１０４、１０６、１１０、１１０ａ、１１４、１１６、１２０、１２４、１２８、１３２、１３２ａ、１３４、２０２、２０６、２１０、２１４ ライン
１４ 加速ペダル位置伝送器
１８ エンジン回転速度伝送器
２２ 空気質量（容積）流量測定器
２８−３０ 他の運転変数測定装置
３４ 出力設定要素
３６ 電動機
３８ 機械式結合
４０ 吸気管
４２ 絞り弁
５２、５４、５６、５８ シリンダ
１００ 計算ユニット
１０２ 特性曲線要素
１０８、１２６ 選択段
１１２、２０４ 除算要素
１１８ 乗算要素
１２２ 反転要素
１３０ 目標位置形成器
１３６、２００ 特性曲線群要素
２０８ 修正要素
２１２ 濃度決定要素
ｔｌ 設定負荷（実際負荷）
ｔｌｍａｘ 最大充填量（値）
ｔｌｒｅｌ 相対目標充填量（値）
ｔｌｒｅｓ 目標充填量（値）
ｔｌｓｏｌｌ 所定充填量（値）
λｍａｘ λ最大値
λｒｅｓ λ選択値
λｓｏｌｌ λ目標値

Claims (6)

1. 運転変数の関数として、所定の空燃比に基づいて空気供給量および燃料供給量が調節され、
   内燃機関への空気供給量が少なくともドライバの希望の関数として決定される、内燃機関の制御方法において、
   内燃機関への空気供給量を決定するために、ドライバの希望から、内燃機関の出力値に対する目標値が形成され（１００）、
   前記出力値の目標値は、充填量、負荷、出力またはトルクを示す値から選択されて、所定の空燃比の関数として、修正され（１３０）、
   前記所定の空燃比は、ドライバの希望により、または、駆動滑り制御、伝動装置制御、アイドリング制御、走行速度制御の何れかにより、与えられる内燃機関の出力値の目標値に基づいて計算される空燃比（１２２）を、制限値として、制限される（１２６）ことを特徴とする内燃機関の制御方法。
2. 燃料噴射量が、所定の空燃比に基づいて修正されることを特徴とする請求項１の方法。
3. 目標充填量が求められる（１０８）と共に、最大充填量が求められ（１０２）、
   目標充填量を最大充填量により除算して、相対目標充填量が求められ（１１２）、
   前記内燃機関の出力値の目標値に基づいて計算される空燃比は、相対目標充填量の逆数として求められる（１２２）、ことを特徴とする請求項１の方法。
4. 前記内燃機関の出力値の目標値に基づいて計算される空燃比は、最大許容空燃比であることを特徴とする請求項３の方法。
5. 前記最大充填量は、内燃機関の回転速度の関数であることを特徴とする請求項３の方法。
6. 少なくとも内燃機関への空気供給量および燃料噴射量を調節する電子式制御装置を備え、所定の空燃比が調節される、内燃機関の制御装置において、
   内燃機関への空気供給量を決定するために、ドライバの希望から、内燃機関の出力値に対する目標値が形成され（１００）、
   前記出力値の目標値は、充填量、負荷、出力またはトルクを示す値から選択されて、所定の空燃比の関数として、修正され（１３０）、
   前記所定の空燃比は、ドライバの希望により、または、駆動滑り制御、伝動装置制御、アイドリング制御、走行速度制御の何れかにより、与えられる内燃機関の出力値の目標値に基づいて計算される空燃比（１２２）を、制限値として、制限される（１２６）ことを特徴とする内燃機関の制御装置。

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