JP4276944B2 - 内燃機関の作動方法 - Google Patents

Description

従来の技術
本発明は、例えば自動車の内燃機関を作動する方法に関し、ここでは第１動作モードにおいて殊に触媒コンバータを加熱するために燃焼室に燃料を噴射し、また別の少なくとも１つの動作モードにおいて燃焼室に燃料を噴射する。またここでは制御器によって内燃機関を開ループ／閉ループ制御し、また上記の動作モード間で切り換えを行う。

さらに本発明は、例えば自動車用の内燃機関に関し、ここでは第１動作モードにおいて殊に触媒コンバータを加熱するために燃焼室に燃料が噴射され、また別の少なくとも１つの動作モードにおいて燃焼室に燃料が噴射される。またここではこの内燃機関が、制御器によって開ループ／閉ループ制御され、また複数の動作モード間で切り換えが行なわれる。

さらに本発明は、例えば自動車の内燃機関用の制御装置に関し、ここでは第１動作モードにおいて殊に触媒コンバータを加熱するために燃焼室に燃料が噴射され、また別の少なくとも１つの動作モードにおいて燃焼室に燃料が噴射される。またここでは内燃機関が、制御器によって開ループ／閉ループ制御され、また複数の動作モード間で切り換えが行なわれる。

このような方法／制御装置およびこのような内燃機関は、例えば、いわゆるガソリン直接噴射について公知である。そこでは均一モードにおいて吸気フェーズ中に、または成層モードにおいて圧縮フェーズ中に燃料が内燃機関の燃焼室に噴射される。

例えば触媒コンバータを迅速に加熱するための略して"HOSP"と称される内燃機関の動作モードも公知であり、ここでは、噴射すべき燃料質量は、２つの個別の噴射に分配され、そのうちの第１の噴射が内燃機関の吸気フェーズにおいて、また第２の噴射がその圧縮フェーズにおいて行われる。合計して噴射される燃料質量に対する、第２の噴射において噴射される燃料質量の比は、分配ファクタ（Aufteilungsfaktor）とも称され、また内燃機関によって出力されるトルクに影響を与える。

本発明の課題は、内燃機関の作動方法を改善して、動作モード"HOSP"からの切換／この動作モードへの切換をできるかぎりにトルク的にニュートラルに行って、この切換が自動車のドライバに気付かれないようにすることである。

この課題は、冒頭に述べた形式の方法において本発明により、つぎのようにして解決される。すなわち、動作モード"HOSP"からの切換／動作モード"HOSP"への切換の際に、第１の動作モード"HOSP"を特徴付ける分配ファクタを制御器において考慮することによって解決されるのである。

選定した分配ファクタに応じて、内燃機関のトルクは、動作モード"HOSP"において、この内燃機関が例えば均一モードにおいて供給し得るトルクに最大で３０％だけ偏差する。トルクが分配ファクタにどのように依存するかを考慮することにより、動作モード"HOSP"から例えば均一モードへの切換／均一モードから"HOSP"への切換の際に発生し得るトルク変化を、切換の時点の前にすでに計算することができる。これにより、この切換の前にすでに、動作モードの切換時点に調整される新たな噴射パラメタおよび類似のものが計算されて、上記のトルク変化が回避されるのである。

殊に有利であるのは、本発明により、内燃機関の制御器の実際量分岐路および目標量分岐路において分配ファクタを考慮することであり、これによって計算コストが最小化される。それは、制御器の既存のトルクモデルを利用でき、分配ファクタを既存のトルク構造に殊に簡単に組み込めるからである。

本発明では、制御器の実際量分岐路において、分配ファクタに依存する分配効率によってトルク基準量を補正する。この制御器の実際量分岐路は、例えば、内燃機関の基準状態に基づくトルク基準量から出発して、内燃機関の実際トルクを計算するために使用され、ここで上記の基準状態は、理論上の空気−燃料混合気ならびに最適な点火角によって特徴付けられる状態である。

本発明にしたがってトルク基準量を補正することにより、トルク基準量は、基準状態とは異なることの多い実際の状況に適合され、これによってこの制御器には分配ファクタに依存して、実際トルクに対する補正値が供給される。

本発明では、制御器の目標量分岐路において、分配ファクタに依存する分配効率によってトルク目標量を補正する。これによって、後続の計算のために、例えばトルク目標量に依存して噴射すべき燃料量の計算のために、基準状態に関連する特性マップを使用することができる。分配効率を特性曲線／特性マップから求めると極めて有利である。

殊に重要であるのは、本発明の方法をコンピュータプログラムの形態で実現することであり、このプログラムは例えば自動車の内燃機関の制御装置用に設けられる。このコンピュータプログラムはプログラムコードを有しており、ここでこのプログラムコードは、これがコンピュータで実行されると、本発明の方法を実行するのに有利なプログラムコードである。さらにこのプログラムコードは、コンピュータ読み取り可能なデータ担体、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。すなわちこの場合に本発明はコンピュータプログラムによって実現されるため、このコンピュータプログラムは方法と同様に本発明を表す。ここでこのコンピュータプログラムはこの方法を実行するのに有利である。

本発明の課題の別の解決手段として、請求項８に記載の内燃機関が示されている。本発明の課題のさらに別の解決手段は、請求項９に記載の制御装置によって示されている。

本発明の別の特徴、適用例および利点は、図面の複数の図において示した本発明の実施例の以下の説明に記載されている。説明または図示したすべての特徴は、請求項におけるまとめ方ないしは参照に依存せず、ならびに説明ないしは図面におけるその書き表し方ないしは表現に依存せずに、それ自体または任意の組み合わせで本発明の対象をなしている。

図１は、本発明による内燃機関の実施例の概略ブロック図を示しており、
図２ａは、制御器（２１）の実際量分岐路の１部分を示しており、
図２ｂは、制御器（２１）の目標量分岐路の１部分を示している。

図１には自動車の内燃機関１が示されており、ここではピストン２がシリンダ３において往復運動する。シリンダ３には燃焼室４が設けられており、この燃焼室は、例えば、ピストン２，インテークバルブ５およびエグゾーストバルブ６によって区切られている。インテークバルブ５にはインテークパイプ７が、またエグゾーストバルブ６にはエグゾーストパイプ８が結合されている。

インテークバルブ５およびエグゾーストバルブ６の領域では、噴射バルブ９および点火プラグ１０が燃焼室４に突き出ている。噴射バルブ９を介して燃料を燃焼室４に噴射することができる。点火プラグ１０によって燃焼室４の燃料を点火することができる。

インテークパイプ７には回転可能なスロットルバルブ１１が取り付けられており、これを介してインテークパイプ７に空気が供給される。供給される空気の量はスロットルバルブ１１の角度位置に依存する。エグゾーストパイプ８には触媒コンバータ１２が取り付けられており、これは燃料の燃焼によって発生する排気ガスの浄化に使用される。

エグゾーストパイプ８からは排気ガスフィードバックパイプ１３がインテークパイプ７に戻って通されている。排気ガスフィードバックパイプ１３には排気ガスフィードバックバルブ１４が取り付けられており、このバルブによってインテークパイプ７にフィードバックされる排気ガスの量を調整することができる。

燃料タンク１５からはタンクエア抜き管路１６がインテークパイプ７に通じている。タンクエア抜き管路１６にはタンクエア抜きバルブ１７が取り付けられており、このバルブによって燃料タンク１５からインテークパイプ７に供給される燃料蒸発ガスの量を調整することができる。

ピストン２は、燃焼室４における燃料の燃焼によって往復運動し、この運動は、図示しないクランクシャフトに伝達され、これにトルクを及ぼす。

制御装置１８には、センサによって測定した内燃機関１の動作量を表す入力信号１９が供給される。例えば、制御装置１８は、空気質量センサ、ラムダセンサ、回転数センサおよび類似のものに接続されている。さらに制御装置１８は、アクセルペダルセンサに接続されており、このアクセルペダルセンサは、ドライバが操作することのできるアクセルペダルの位置を示しひいては要求されるトルクを示す信号を形成する。制御装置１８は、出力信号２０を形成し、この信号により、アクチュエータを介して内燃機関１の挙動に影響を及ぼすことができる。例えば、制御装置１８は、噴射バルブ９，点火プラグ１０およびスロットルバルブ１１および類似のものに接続されており、これらの駆動制御に必要な信号を形成する。

殊に制御装置１８は、内燃機関１の動作量を開ループ／閉ループ制御するために設けられており、これは制御器２１によってシンボル的に示されている。例えば、噴射バルブ９によって燃焼室４に噴射される燃料質量は、制御装置１８により、例えば、燃料消費を少なくするおよび／または有害物質発生を少なくするという点から開ループ／閉ループ制御される。この目的のため、制御装置１８にはマイクロプロセッサが設けられており、これは記憶媒体、例えばリードオンリーメモリにプログラムを記憶しており、ここでこのプログラムは上記の開ループ／閉ループ制御を実行するのに有利なプログラムである。

第１の動作モード、すなわちいわゆる動作モード"HOSP"では、燃焼室４に噴射すべき燃料質量は、２つの個別の噴射に分配され、その第１の噴射は内燃機関１の吸気フェーズに、また第２の噴射はその圧縮フェーズに行われる。これによって、触媒コンバータ１２の迅速な加熱が行われ、例えば、内燃機関１のコールドスタートの際に重要である。合計して噴射される燃料質量に対する、第２の噴射において噴射される燃料質量の比を分配ファクタと称する。

別の動作モード、すなわち内燃機関１のいわゆる均一モードでは、スロットルバルブ１１は、所望のトルクに依存して部分的に開かれるか、ないしは閉じられる。燃料は、ピストン２によって発生する吸気フェーズ中に噴射バルブ９によって燃焼室４に噴射される。スロットルバルブ１１を介して同時に吸気される空気によって、噴射される燃料は、渦を巻き、これにより、燃焼室４において実質的に均一に分散される。その後、この燃料／空気−混合気は、圧縮フェーズ中に圧縮され、つぎに点火プラグ１０によって点火される。点火された燃料が膨張することによってピストン２が駆動される。発生するトルクは、均一モードにおいて実質的にスロットルバルブ１１の位置に依存する。有害物質の発生を少なくするという点から、燃料／空気−混合気は、できる限りラムダ＝１またはラムダ＜１に調整される。

内燃機関１の上記の動作モード間で、双方向に切り換えを行うことができる。このような切り換えは、制御装置１８によって行われる。例えば、コールドスタートの後、第１の動作モード、すなわち、動作モード"HOSP"を調整することができ、この動作モードによって触媒コンバータ１２は迅速に動作温度にまで加熱される。分配ファクタに応じて、内燃機関１のトルクは、動作モード"HOSP"において、均一モードにおけるトルクよりも最大で３０％だけ小さくなる。

触媒コンバータ１２がその動作温度に達すると直ちに、制御装置１８は、内燃機関１を均一モードに切り換える。トルク的にニュートラルな切り換えを達成するため、動作モード"HOSP"において分配ファクタが内燃機関１のトルクに与える影響を以下に説明するように考慮する。

図２ａに示されているのは、制御器２１の実際量分岐路の１部分であり、この制御器は、入力側にトルク基準量mioptl1を有する。このトルク基準量mioptl1は、内燃機関１（図１）が理論上の空気−燃料−混合気、すなわちラムダ＝１の際かつ最適に調整された点火角の際に供給し得る最大のトルクである。トルク基準量mioptl1は、例えば、テストベンチで求められ、制御器２１において使用されるすべての特性曲線／特性マップに対する基準量として使用される。

図２ａに示した部分は、出力側に実際トルクmibasを有しており、これはトルク基準量mioptl1から計算される。

内燃機関１はつねにラムダ＝１かつ最適な点火角で作動されるのではないため、実際に得られるトルク、すなわち実際トルクmibasは、最大のトルク基準量mioptl1から偏差する。この偏差は、制御器２１において計算上で考慮される。

このためにトルク基準量mioptl1は、まずラムダ効率etalab1によって乗算される。このラムダ効率は、内燃機関１のトルクがラムダに依存してどのように変化するかを示す。ラムダ＝１が成り立つ場合、ラムダ効率etalab1に対して１００％の値が得られる。相応して、内燃機関１のトルクが例えばトルク基準値の８０％の値にしかならないラムダ＜＞１の値に対して、８０％のラムダ効率が得られる。

これと類似して、内燃機関１のトルクがどのように分配ファクタに依存するかを考慮する。ここでこれはラムダ効率etalab1とトルク基準量mioplt1との積を、分配効率etaaufteと乗算することによって行われる。

分配効率etaaufteは、etalab1と類似して、トルクが分配ファクタにどのように依存するかを示し、また有利には特性曲線の形態で制御装置１８に、有利には再書き込み可能な記憶装置、例えばフラッシュメモリに格納される。

テストによって判明したのは、分配効率etaaufteも内燃機関１の回転数に依存することであり、分配ファクタの他に回転数も含む特性マップを用いることによって、分配ファクタを殊に精確に考慮できる。

最後に点火角効率etazwbmとのさらなる乗算ステップが続く。得られた積は、実際トルクmibasを表しており、これは制御器２１により処理されて内燃機関１が開ループ／閉ループ制御される。

トルクがラムダ、分配ファクタおよび点火角の量にどのように依存するかを効率として定式化することは極めて有利である。それはこれによって様々な影響ファクタを乗算によって結合することができるからである。最初にすべての効率を互いに乗算して全体効率を得ることも可能である。

図２ｂに示されているのは、制御器２１の目標量分岐路の１部分であり、その入力側には、例えばアクセルペダル位置から導き出した、ドライバが所望するトルクmilsolが加わっている。このドライバ所望トルクmilsolは状態ラムダ＝１に関連しておらず、したがって制御器２１の目標量分岐路において後続の処理のために計算によって処理される。

ラムダ＝１に逆算される目標トルクmisopl1は、実際量分岐路における実際トルクmibasの計算とは逆に、ラムダ効率etalab1と、分配効率etaaufteと、点火角効率etazwbmとにより、順次に行われるドライバ所望トルクmilsolの除算によって得られる。

目標トルクmisopl1は、例えば、エンジン回転数（図示せず）などの他の量に加えて、特性マップKFMIRLに供給される。ここでこの特性マップにより、目標量分岐路の図２ｂに示した１部分の出力量ｒｌが供給される。

出力量ｒｌは、燃焼室４の相対的な空気充填量の目標値に対する尺度であり、ここから、所与のラムダにおいて、噴射すべき燃料量を求めることができる。

制御器２１の実際量分岐路および目標量分岐路において分配効率etaaufteを上記のように算入することにより、トルク的にニュートラルに第１の動作モード"HOSP"からの切り換え／これへの切り換えを行うことができる。ここでこれは、実際に調整するトルクを精確に計算することによって行われる。

本発明の方法により、走行快適性の他に走行安全性も格段に向上する。殊に第１動作モード"HOSP"から、通例、内燃機関１によって最大３０％だけのより大きなトルクが供給される均一モードに切り換える際に重要であるのは、トルク変化を回避して、意図しない急激な自動車の加速を阻止することである。

上記の第１動作モード"HOSP"は、通例、内燃機関１のコールドスタートの際に調整されるが、つぎのようにすることが可能である。すなわち、比較的長い動作時間の後にも、再度、例えば均一モードから第１動作モード"HOSP"に切り換えて、内燃機関１のコールドスタートの後にも分配ファクタの考慮が有利であるようにすることも可能である。

本発明による内燃機関の実施例を示す概略ブロック図である。 制御器（２１）の実際量分岐路の１部分を示す図である。 制御器（２１）の目標量分岐路の１部分を示す図である。

Claims (7)

1. 第１動作モードにて触媒コンバータ（１２）を加熱するために燃焼室（４）に燃料を噴射し、当該第１動作モードでは、噴射すべき燃料を２つの個別の噴射に分配し、そのうちの第１噴射を内燃機関（１）の吸気フェーズにて、また第２噴射を当該内燃機関の圧縮フェーズにて噴射し、
   別の少なくとも１つの動作モードにて燃焼室（４）に燃料を噴射し、当該の別の動作モードでは、内燃機関（１）の吸気フェーズにて燃料を噴射し、
   制御器（２１）によって内燃機関（１）を開ループ／閉ループ制御し、
   前記の動作モード間で切り換えを行う、自動車の内燃機関（１）の作動方法において、
   前記第１動作モードからの切り換え／当該第１動作モードへの切り換えの際に、前記第１動作モードを特徴付ける分配ファクタを前記制御器（２１）にて考慮し、
   前記分配ファクタは、合計して噴射される燃料に対する、前記の第２の噴射にて噴射される燃料の比を示し、
   前記の制御器（２１）の実際量分岐路にて、分配効率（ etaaufte ）と、点火角効率（ etazwbm ）とにより、トルク基準量（ mioptil1 ）を補正して実際トルク（ mibas ）を計算し、
   前記制御器（２１）の目標量分岐路にて、分配効率（etaaufte）と、点火角効率（ etazwbm ）とにより、トルク目標量（milsol）を補正して目標トルク（ misopl1 ）を計算し、ここで前記の分配効率（ etaaufte ）は、内燃機関（１）のトルクが前記の分配ファクタに依存して変化する程度を表し、前記の点火角効率（etazwbm）は、内燃機関（１）のトルクが点火角に依存して変化する程度を表すことを特徴とする、
   内燃機関（１）の作動方法。
2. 制御器（２１）の実際量分岐路にて、最大トルクを表すトルク基準量（mioptl1）に、ラムダ効率（etalab1）と、前記の分配効率（etaaufte）と、前記の点火角効率（etazwbm）とを乗算することによって実際トルク（mibas）を求め、
   制御器（２１）の目標分岐路にて、トルク目標量（milsol）を、ラムダ効率（etalab1）と、前記の分配効率（etaaufte）と、前記の点火角効率（etazwbm）で順次に除算して目標トルク（misopl1）を求め、
   ここでラムダ効率（etalab1）はラムダに依存してトルクが変化する程度を表す、
   請求項１に記載の方法。
3. 前記分配効率（etaaufte）を特性曲線／特性マップから求める、
   請求項１または２に記載の方法。
4. プログラムコードを有する、自動車の内燃機関（１）の制御装置（１８）用コンピュータプログラムにおいて、
   該プログラムコードは、当該プログラムコードがコンピュータで実行されると、請求項１から３までのいずれか１項に記載された方法を実行するようにプログラムされていることを特徴とする、
   内燃機関（１）の制御装置（１８）用コンピュータプログラム。
5. 前記プログラムコードは、コンピュータ読み出し可能なデータ担体に記憶される、
   請求項４に記載のコンピュータプログラム。
6. 自動車の内燃機関（１）用の制御装置（１８）において、
   請求項１から３までのいずれか１項に記載の方法を実施する手段を有することを特徴とする、
   内燃機関（１）用の制御装置（１８）。
7. 制御装置（１８）を有する自動車用の内燃機関（１）において、
   請求項１から３までのいずれか１項に記載の方法を実施するようにしたことを特徴とする、
   自動車用の内燃機関（１）。

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