JP4436857B2 - 内燃機関用制御システム - Google Patents

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Description

本発明は、内燃機関から出力されるトルクが少なくとも１つのシリンダへの燃料噴射のカットによってか又は点火角度又は点火時期の遅角方向へのシフトによって低減可能である、内燃機関用制御システムに関する。
まだ未公開のドイツ連邦共和国特許出願第４３４１５８４号明細書からは次のような内燃機関用制御システムが公知である。すなわち内燃機関から出力されたトルクの低減が、個々のシリンダの所定のカットパターンに従った燃料カットによってか又は点火時期又は点火角度のシフトによって達成されている内燃機関用制御システムが公知である。このカットパターンは所望のトルク低減に依存して選択される。シリンダへの燃料カットは、選択されたカットパターンにおいて動作サイクル毎に燃料カットされるシリンダの数が閾値を上回る場合にのみ許容される。この閾値は内燃機関の機関温度、排ガス温度、触媒温度、負荷、回転数又は内燃機関のウオームアップ機能の作動の有無を表す変数に依存している。
ドイツ連邦共和国特許出願第４３４１５８４号明細書
本発明の課題は、トルクへの介入の際に内燃機関の排気系に配設されている触媒を過熱から保護し、有害な排気成分の放出を僅かに抑え高い走行快適性を保証することである。
本発明によれば上記課題は、内燃機関の所望のトルクが設定可能であり、内燃機関のトルクに対する閾値が設定可能であり、前記所望のトルクがトルクに対する閾値を上回っていない場合には、当該の所望トルクが少なくとも１つのシリンダの燃料噴射のカットによって調整され、前記所望のトルクがトルクに対する閾値を上回っている場合には、当該の所望トルクが点火角度又は点火時期への介入によって調整されるように構成されて解決される。
本発明による制御システムでは内燃機関から出力されたトルクが少なくとも１つのシリンダへの燃料噴射のカットによってか又は点火角度又は点火時期の遅角方向へのシフトによって低減可能である。内燃機関によって吸入された空気の温度を表す少なくとも１つの信号に依存して閾値が設定可能であり、この閾値はクランク角度間隔毎に燃料カットされるシリンダの数に関連している。トルクの所望の低減のために求められる、クランク角度間隔毎に燃料カットされるシリンダの数が閾値に達した場合にのみシリンダへの燃料カットが許可される。燃料カットすべきシリンダの算出された数が閾値に達しない場合にはシリンダへの燃料カットは何も行われない。この場合にはトルクが点火角度又は点火時期の遅角方向へのシフトによって低減される。
これによって得られる利点は、内燃機関の排気系に設けられた触媒が過熱による損傷から確実に保護されるようにトルクへの介入が行われることである。またさらなる利点は可及的に高い走行快適性と同時に有害な排気成分の放出も僅かに抑えられることである。また閾値が内燃機関の吸気温度に依存していることによって有害な排気成分の放出を高めるシリンダの燃料カットの頻度が触媒を損傷せしめることなく低下される。
本発明による制御システムの変化例では、内燃機関の所望のトルクが設定可能である。さらにトルクに対する閾値も設定可能である。所望のトルクは、トルクに対する閾値を上回っていない限り、少なくとも１つのシリンダの燃料噴射のカットによって調整される。所望のトルクが、トルクに対する閾値を上回っている場合には点火角度又は点火時期への介入が行われる。これは、絶対に必要となった場合にしかシリンダの燃料カットが行われない利点となる。
トルクに対する閾値は、最適なトルクに対する信号と、内燃機関の効率に対する閾値を表す信号から求めることができる。効率に対する閾値を表す信号は、内燃機関の吸入空気温度に対する信号及び／又は内燃機関の機関温度に対する信号に依存して制御可能である。
最適なトルクに対する信号と効率に対する閾値の信号の少なくとも１つが内燃機関の負荷と回転数に依存して設定可能である。これはいずれにせよ得られる信号に基づくことができる利点を有する。
次に本発明の実施例を図面に基づき詳細に説明する。
図１には内燃機関１０が示されている。この内燃機関１０の吸気管１１内にはその流入方向で相前後して空気流量計ないし空気質量計１２と、スロットル弁１３と、シリンダ１４．１〜１４．４毎に１つの燃料噴射弁とが配設されている。排気管１５内にはその流出方向で相前後して排ガスゾンデ１６と、排ガス温度センサ１７と、触媒温度センサ１９を備えた触媒１８とが配設されている。
制御装置２０はとりわけ空気流量計ないし空気質量計１２と、スロットル弁１３と接続された位置センサ１３．１と、内燃機関１０の回転数のための回転数センサ２１と、排気ガスの成分に依存した信号を送出する排ガスセンサ１６と、排ガス温度センサ１７と、触媒温度センサ１９と、吸気温度センサ２６と、内燃機関１０の温度に対する温度センサ２４と、４つのホイール回転数センサ２２．１
，２２．２，２４．１，２４．２から信号を受け取る。ホイール回転数センサ２２．１と２２．２は駆動輪２３．１と２３．２の回転数を検出する。ホイール回転数センサ２４．１と２４．２は、非駆動輪２５．１と２５．２の回転数を検出する。駆動輪２３．１と２３．２はその駆動トルクを内燃機関１０から変速機２７とディファレンシャル２８を介して受け取る。
制御装置２０は内燃機関の個々の動作特性量から燃料噴射弁１４．１〜１４．４の制御のための信号と、ここには図示されていない点火プラグの制御のための信号を算出する。それに続いて特に内燃機関１０から出力されたトルクの低減が要求されている動作状態を監視する。これは例えば駆動スリップ制御の範囲で駆動トルクの低減が求められているような場合である。制御装置が例えばホイール回転数センサ２２．１，２２．２，２４．１，２４．２からの信号の評価によってスリップ量が過度に多いことを検出した場合には駆動トルクが低減するように燃料噴射及び／又は点火への介入が行われる。燃料噴射への介入は個々のシリンダに対する燃料調量のカットによって行われる。すなわち該当するシリンダの燃料噴射弁が閉鎖され続ける。この燃料カットは所定のカットパターンに従って段階的に行われ、それによって駆動トルクの所期の低減の量に応じて所定の数のシリンダが燃料カットされる。
図２には本発明の第１実施例のブロック回路図が示されている。ブロック２００には所望のトルク低減の大きさを表す信号が供給される。この信号ＭＲｅｄは、動作条件に依存して設定される。ブロック２００は信号ＭＲｅｄに相応するカットパターンを求めて相応の信号ＲＥＤを送出する。この信号ＲＥＤはクランク角度間隔毎に燃料カットされるべきシリンダの数を表す。さらにブロック２０２にはさらにもう１つの信号Ｓが供給される。この信号Ｓはクランク角度間隔毎に燃料カットされるシリンダの数に対する閾値を表す。この信号Ｓはブロック２０４において、内燃機関１０によって吸入された空気の温度に対する信号ＴＡｎと、内燃機関１０の機関温度に対する信号ＴＢＫＭから生成される。これらの信号ＴＡｎとＴＢＫＭはブロック２０４のそれぞれ１つの入力側に供給される。これらの信号ＴＡｎとＴＢＫＭが温度センサ２６と２９に基づいて生成される。ブロック２０２は燃料噴射弁１４．１〜１４．４の制御も、点火角度の制御も行う。信号ＲＥＤによって設定されたクランク角度間隔毎に燃料カットされるシリンダの数が閾値Ｓよりも大きい場合には、ブロック２０２は燃料噴射弁１４．１〜１４．４を次のように制御する。すなわち信号ＲＥＤに相応する数のシリンダの燃料カットが生じるように制御する。信号ＲＥＤによって設定されたクランク角度間隔毎の燃料カットの数が閾値Ｓよりも小さい場合には、ブロック２０２は燃料カットを生ぜしめる代わりに点火角度への介入を行う。
閾値Ｓが大きい場合には、クランク軸角度間隔毎に燃料カットされるシリンダの数が多くなって初めてシリンダの燃料カットが行われる。その結果点火角度への介入がシリンダの燃料カットよりも優先的に生じる。閾値Ｓの、吸入空気の温度ＴＡｎ（これはブロック２０４から供給される）への依存性は図４に示されている。
図３には本発明の別の実施例のブロック回路図が示されている。図２による実施例に類似しているようにこの図３による実施例の場合もトルクの低減を達成するために点火又は燃料噴射への介入が行われる。特性マップ３００は、負荷と回転数に対する入力信号Ｌとｎに依存して、内燃機関１０の効率に対する閾値を表す信号ηＳを送出する。この信号ηＳは、結合点３０２の第１の入力側に供給される。この結合点３０２の第２の入力側には信号ｄηＳが供給される。この信号ｄηＳは、特性曲線段又は特性マップ３０４から送出される。この特性曲線段又は特性マップ３０４の入力特性量は、吸入空気の温度に対する信号ＴＡｎ及び／又は内燃機関の機関温度に対する信号ＴＢＫＭである。それにより信号ｄηＳは
、吸入した空気の温度及び／又は内燃機関１０の機関温度に依存して信号ηＳの補正を表す。結合点３０２においては信号ηＳと信号ｄηＳが信号ηＳＫに結合される。この信号は結合点３０２の出力側から送出される。結合点３０２の出力側は、結合点３０６の第１の入力側に接続されている。結合点３０６の第２の入力側には信号ＭＯｐｔが供給される。この信号ＭＯｐｔは特性マップ３０８から送出される。信号ＭＯｐｔは内燃機関１０の最適なトルクを表し、特性マップ３０８のそれぞれの入力側に供給される負荷に対する信号Ｌと回転数に対する信号ｎに依存して設定される。結合点３０６では信号ηＳＫとＭＯｐｔが相互に結合され、これによってトルクの閾値に対する信号ＭＳが生成される。この信号ＭＳは結合点３０６の出力側から送出される。この結合点３０６はブロック３１０の第１の入力側に接続されている。ブロック３１０の第２の入力側には目標トルクに対する信号Ｍｓｏｌｌが供給される。ブロック３１０は、燃料噴射弁１４．１〜１４．４を制御し、点火角度を制御する。目標トルクに対する信号Ｍｓｏｌｌが、信号ＭＳによって設定されるトルク閾値よりも大きいならば、ブロック３１０は信号Ｍｓｏｌｌに相応する、点火角度への介入を行う。それ以外ではブロック３１０は信号Ｍｓｏｌｌに応じたシリンダの燃料カットを点火時点に応じた燃料噴射弁１４．１〜１４．４の制御によって行う。
図４には、クランク角度間隔毎に燃料カットされるシリンダの数ＲＥＤに対する閾値Ｓの、吸入空気温度に対する信号ＴＡｎへの依存性を示したダイヤグラムが示されている。クランク角度間隔毎に燃料カットされるシリンダの数に対する信号ＲＥＤが図中の特性曲線の上方にある場合には、図２のブロック２０２はシリンダの燃料カットを行い、それに対して信号ＲＥＤが特性曲線の下方にある場合にはブロック２０２は点火角度への介入を行う。特性曲線は吸入空気の温度の上昇に伴って下降する。すなわち通常は吸入空気の温度が高い場合にはシリンダの燃料カットが行われ、吸入空気の温度が低い場合には点火角度への介入が行われる。
図５には効率に対する閾値ηＳの、吸入空気温度ＴＡｎへの依存性を示したダイヤグラムが示されている。ηＳは最適なトルクＭＯｐｔに関する相対値として表されている。このηＳは吸入空気の温度の上昇に伴ってリニアに増加している。
図６には所定の回転数と負荷のもとでのトルクＭの点火角度ＺＷへの依存性を表したダイヤグラムが示されている。点火角度ＺＷＯｐｔではトルクはその最適値ＭＯｐｔを有している。点火角度の小さくなる方向ではトルクｎは少なくなる
。図６のダイヤグラムにおいてはさらにトルク閾値ＭＳが強調されている。トルクの目標値ＭＳｏｌｌがトルク閾値ＭＳの下方にあるのならば、図３のブロック３１０はシリンダの燃料カットを行う。それに対してトルクの目標値ＭＳｏｌｌがトルク閾値ＭＳの上方にある場合にはブロック３１０は点火角度への介入を行う。
内燃機関と本発明による制御システムの主要な構成要素を概略的に示した図である。 本発明の第１実施例のブロック回路図 本発明のさらなる別の実施例を示した図 内燃機関の吸入空気の温度ＴＡｎに依存してクランク角度間隔毎に燃料カットされる数に対する閾値Ｓを示したダイヤグラム 内燃機関の吸入空気の温度ＴＡｎに依存した相対的な効率の閾値ηＳを示したダイヤグラム 点火角度ＺＷに依存して所定の回転数と負荷のもとでプロットされている表示トルクを示したダイヤグラム
符号の説明
１０ 内燃機関
１１ 吸気管
１２ エアフローセンサ
１３ スロットル弁
１４.１〜１４.２ 燃料噴射弁
１５ 排気管
１６ 排ガスゾンデ
１７ 排ガス温度センサ
１８ 触媒
１９ 触媒温度センサ
２０ 制御装置
２１ 回転数センサ
２２.１〜２２.２ ホイールセンサ
２３.１〜２３.２ 駆動輪
２４.１〜２４.２ ホイールセンサ
２５.１〜２５.２ 非駆動輪
２６ 温度センサ
２７ 変速機
２８ ディファレンシャル

Claims (4)

  1. 内燃機関（１０）から出力されるトルクが少なくとも１つのシリンダへの燃料噴射のカットによってか又は点火角度又は点火時期の遅角方向へのシフトによって低減可能である、内燃機関用制御システムにおいて、
    内燃機関（１０）の所望のトルク（ＭＳｏｌｌ）が設定可能であり、
    内燃機関（１０）のトルクに対する閾値（ＭＳ）が設定可能であり、ここにおいて、
    前記出力されるトルクが所望のトルク（ＭＳｏｌｌ）まで低減され、その際の前記出力されるトルクの低減は、
    前記所望のトルク（ＭＳｏｌｌ）がトルクに対する閾値（ＭＳ）を上回っていない場合には、少なくとも１つのシリンダの燃料噴射のカットによって調整され、
    前記所望のトルク（ＭＳｏｌｌ）がトルクに対する閾値（ＭＳ）を上回っている場合には、点火角度又は点火時期への介入によって調整されるようにしたことを特徴とする、内燃機関用制御システム。
  2. トルクに対する閾値（ＭＳ）は、負荷（Ｌ）と回転数（ｎ）に依存して設定される内燃機関（１０）の最適トルクに対する信号（ＭＯｐｔ）と、内燃機関（１０）の効率に対する閾値を表す信号（ηＳ）から検出可能である、請求項１記載の内燃機関用制御システム。
  3. 内燃機関（１０）の効率の閾値に対する信号（ηＳ）は、内燃機関（１０）によって吸入された空気の温度に対する信号（ＴＡｎ）及び／又は内燃機関（１０）の温度に対する信号（ＴＢＫＭ）に依存して制御可能である、請求項２記載の内燃機関用制御システム。
  4. 前記最適トルクに対する信号（ＭＯｐｔ）と効率の閾値に対する信号（ηＳ）のうちの少なくとも１つが、内燃機関（１０）の負荷（Ｌ）と回転数（ｎ）に依存して設定可能である、請求項２又は３記載の内燃機関用制御システム。
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