JP4846887B2 - 車両内燃機関の制御方法及び装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は車両内燃機関の制御方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ドイツ特許公開第４２３９７１１号には車両内燃機関の制御方法及び装置が記載されており、そこにおいては、ドライバ及び／又は他の開ループ及び閉ループ制御装置から、内燃機関により発生すべきトルクに対する目標値が供給される。この目標値は、そのときの作業点に対して適用される基本点火角の、内燃機関が最高効率を有する最適点火角からの偏差を考慮して、設定すべきシリンダ充填量（空気充填量）に対する目標値に変換される。このとき、この充填目標値は、実際の機関負荷、及び機関温度のような運転変数を考慮して、内燃機関への空気供給量を調節する電気操作式絞り弁に対する目標位置値に変換される。絞り弁の対応操作によるこの目標値の設定により、充填量、従ってトルクが目標値に近づけられる。更に、少なくともある運転状態において目標値を設定するために、点火角が調節され、及び／又は所定数のシリンダが遮断され、即ちこれらのシリンダへの燃料供給が遮断される。過給された内燃機関と結合された手段は記載されていない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような充填量制御を過給された内燃機関の場合でも使用可能にする措置を提供することが本発明の課題である。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、内燃機関のトルクに対する目標値が与えられ、前記内燃機関への空気供給量及び過給圧力を調節して充填量を制御することにより実際トルクを目標値に近づけるようにこの目標値が設定される車両内燃機関の制御方法において、 充填量が最大許容値に制限されることを特徴とする本発明の車両内燃機関の制御方法により解決される。
【０００５】
上記課題はまた、内燃機関のトルクに対する目標値を求め、少なくとも空気供給量及び過給圧力を調節して充填量を制御することにより実際トルクを目標値に近づけるようにこの目標値を設定する制御ユニットを備えた車両内燃機関の制御装置において、前記制御ユニットが最大許容充填量を求め且つ充填量をこの最大値に制限することを特徴とする本発明の車両内燃機関の制御装置により解決される。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を図面に示す実施形態により詳細に説明する。
【０００７】
図１にマイクロコンピュータ１０が示され、マイクロコンピュータ１０は電子式制御ユニット１１の一部である。制御ユニット１１は、記号で示した出力ライン１２、１４、１６及び１９を介して、内燃機関への空気供給量（絞り弁１７）、燃料供給量（混合物組成及び／又は遮断）、点火角及び過給圧力（過給機２１）を制御する。更に、制御ユニット１１に入力ライン１８、２０並びに２２ないし２４が供給され、有利な実施形態においては、これらのラインはバス系統（例えばＣＡＮ）にまとめられている。この場合、入力ライン１８は、少なくとも１つの他の制御ユニット２６、例えば駆動滑り制御、機関牽引トルク制御、変速機制御等の制御ユニットから制御ユニット１１に通じ、これらの制御ユニットにより形成された、内燃機関から出力すべきトルクに対する目標トルクを伝送する。他の入力ライン２０は、ドライバにより操作可能な操作要素２８、好ましくは加速ペダルから制御ユニット１１に通じ、操作要素の操作度βを伝送する。入力ライン２２ないし２４は、機関回転速度、機関負荷（空気質量流量、空気容積流量、絞り弁位置、吸気管圧力等）、機関温度、走行速度、ノッキング信号、吸気温度、大気圧、過給圧力等のような内燃機関及び／又は車両の他の運転変数を測定するための測定装置３０ないし３２から制御ユニット１１に通じている。好ましい実施形態においては、制御ユニット１１は少なくとも１つのマイクロコンピュータ１０を含み、マイクロコンピュータ１０内で以下に記載の解決策を実現するプログラムが実行される。図１には、図面を見やすくするために、本発明による解決策を行うためにマイクロコンピュータ内で実行されるこれらのプログラムが概略系統図で示されている。
【０００８】
第１のプログラム３４には、操作度β及び少なくとも１つの制御ユニット２６からの目標トルク値のほかに、機関回転速度、車両速度等のような他の運転変数が供給される（供給ライン２２ａないし２４ａ参照）。マイクロコンピュータのこのプログラムブロックに付属するプログラムにおいて、加速ペダルの操作度βから他の運転変数（少なくとも機関回転速度）を考慮してドライバにより与えられる目標トルク値が所定の特性曲線群から求められる。更に、同様にトルクに対する目標値を求める回転速度制限及び／又は走行速度制限のような機能が実行される。求められた目標トルク値又は供給された目標トルク値から、最大値及び／又は最小値選択により実際の目標トルク値が求められ、これがプログラム３６に供給される。
【０００９】
このプログラム３６に、点火角に関する基本値ｚｗｂａｓｅ、混合物設定に関する基本値λｂａｓｅ及び／又は遮断シリンダの数に関する基本値ｒｅｄｂａｓｅが供給される。これらの値及びライン２２ｂないし２４ｂを介して供給されるその他の運転変数の関数として、プログラム３４において得られた目標値ＭＩ_sollが燃料供給量、点火角に対する操作量に変換され、並びに目標充填値を求めて内燃機関への空気供給量及び／又は過給圧力に対する操作量に変換される。
【００１０】
点火角、混合物組成及び遮断シリンダの数に関する基本値は所定の特性曲線群３８において形成される。これらの値は、そのときの作業点における内燃機関の所定の設定を示している。これらの値には駆動滑り制御、制限機能等の外部係合は考慮されていない。従って、基本値は、外部係合又は制限機能による係合が存在することなく設定される値である。
【００１１】
この場合、基本点火角は、機関回転速度及びそのときの充填量に基づいて特性曲線群から決定される。同様に、混合物組成及び／又は個々のシリンダの遮断に対する基本値がそれにより形成される特性曲線群又は計算ステップが設けられている。例えば、定常運転状態においては、燃料消費量及び／又は有害物質エミッションを改善するために混合物組成が「リーン」の方向にシフトされ、及び／又は特定の運転状態においては（例えば定常部分負荷においては）全てのシリンダを燃焼させなくてもよい。従って、対応するドライバの出力希望があったときのみ全てのシリンダが投入され、一方定常範囲又は低負荷範囲においては、内燃機関の所定数のシリンダのみが作動されるように設計してもよい。これらの基本値は、目標トルク値から操作量を決定するためにプログラム３６により使用される。設定すべき燃料供給量及び設定すべき点火角の計算例が冒頭記載の従来技術から既知である。
【００１２】
この計算には次式で表わされるトルクモデルが基礎となっている。
【００１３】
【数１】

ここで、ＭＩは内燃機関の指示トルク（高圧トルク）、ＫＦｍｉｏｐｔは機関回転速度Ｎｍｏｔ及び実際充填量ｒｌの関数としてのいわゆる最適トルク（最適点火角、λ＝１及び全てのシリンダが燃焼されているときの高圧トルク）、ｅｔａｚｗは点火角の最適点火角からの差の関数としての点火角効率、ｅｔａｌａｍは排気ガス組成の関数としてのλ効率（λ＝１に対しては１である。）、及びｅｔａｒｅｄは燃焼されているシリンダによる効率（全てのシリンダが燃焼されているとき１である。）である。基本値に基づく対応効率はｅｔａｚｗｂａｓｅ、ｅｔａｌａｍｂａｓｅ及びｅｔａｒｅｄｂａｓｅとして示される。
【００１４】
その関数として内燃機関が制御される対応目標値に対しては次式が適用される。
【００１５】
【数２】

本発明による目標充填値ｒｌ_sollの決定、従って目標トルク値ＭＩ_sollからの内燃機関への空気供給量及び過給圧力の設定が図２に示されている。
【００１６】
図２は、そこで充填目標値が決定される図１に示したプログラム３６の部分を詳細に示している。この場合、プログラム３６に、目標トルク値ＭＩ_soll、点火角に対する基本値ｚｗｂａｓｅ、混合物組成に対する基本値λｂａｓｅ及び／又は遮断シリンダの数に対する基本値ｒｅｄｂａｓｅ、並びにその他の運転変数として少なくとも機関回転速度Ｎｍｏｔが供給される。この場合、基本値は特性曲線１００、１０２ないし１０４に供給される。これらのいわゆる効率特性曲線は、これらの基本値の最適値（最適点火角、量論混合物及び全てのシリンダが燃焼）からの偏差をトルク補正値（効率）に変換し、対応基本値においてはトルクが最適トルク（最高効率）からこのトルク補正値（効率）だけ外れている。この場合、これらの効率特性曲線は、個々の値及び個々の内燃機関タイプに対して実験的に決定され、ないしは計算されている。このように形成されたトルク補正値ｅｔａｚｗｂａｓｅ、ｅｔａｌａｍｂａｓｅ及び／又はｅｔａｒｅｄｂａｓｅは、相互に相前後して設けられた除算段１０６、１０８及び１１０において目標トルクを充填目標値に変換するときに考慮される。従って、第１の除算段１０６においては供給された目標トルクＭＩ_sollとトルク補正値ｅｔａｚｗｂａｓｅとの商が形成され、この商が除算段１０８においてトルク補正値ｅｔａｌａｍｂａｓｅにより除算され、その結果が除算段１１０において補正値ｅｔａｒｅｄｂａｓｅにより除算される。このように補正された目標トルクＭＩ_sollKは特性曲線群１１２に供給される。この特性曲線群には更に少なくとも機関回転速度Ｎｍｏｔが供給される。この特性曲線群は逆関数特性曲線群であり、これを用いて機関回転速度及び計算充填量から内燃機関の最適トルクが求められる。供給された値から特性曲線群により目標値ｒｌ_soll1が求められ、この目標値ｒｌ_soll1は目標トルクから導かれた目標充填量を示している。この目標充填量を絞り弁により設定することにより内燃機関は目標トルクＭＩ_sollを発生する。
【００１７】
目標充填値を決定するために使用される数式は次のように表わされる。
【００１８】
【数３】
ｒｌ_soll1＝ｆ^-1［（ＭＩ_soll／（ｅｔａｚｗｂａｓｅ＊ｅｔａｌａｍｂａｓｅ
＊ｅｔａｒｅｄｂａｓｅ）），Ｎｍｏｔ］ （３）
充填目標値ｒｌ_soll1は最大及び最小制限段１１４に供給される。この最大及び最小制限段１１４には更に、運転状態に応じてそれぞれ異なる特性曲線１１６及び１１８から、少なくとも機関回転速度の関数として決定された最小充填値ｒｌ_minが供給され、また最大許容充填値ｒｌ_maxが供給される。この場合、この最小充填値は、燃料供給を遮断した惰行運転においては、できるだけ大きなエンジンブレーキトルクを考慮して決定され、一方燃料供給遮断のない正常運転においては、この最小充填値は、低回転速度において内燃機関の運転を保持することを考慮して決定される。目標充填値ｒｌ_soll1がこの値より小さい場合、この最小値ｒｌ_minが目標充填値ｒｌ_sollとしてその先に供給される。目標充填値ｒｌ_soll1が最大許容充填値ｒｌ_maxより大きい場合、この最大許容充填値ｒｌ_maxが目標充填値ｒｌ_sollとしてその先に供給される。
【００１９】
この目標値ｒｌ_sollは、制御１２４の範囲内で絞り弁に対する目標位置値及び目標過給圧力に変換され、これらの値は、制御ユニットの出力ライン１２を介して絞り弁の対応操作により及び操作ライン１９を介して過給機（ここでは排気ガスゲート弁）の操作により設定される。
【００２０】
最大許容充填値ｒｌｍａｘは、例えば参照番号１２０内の過給機制御の範囲内で計算される。簡単な実施形態においては所定の固定値が与えられる。好ましい実施形態においては、種々の運転状態に適合させるための最大値は運転変数の関数である。好ましい実施形態においては、最大許容充填値を決定するときに次のような運転変数の少なくとも１つが考慮される。即ち、これらの運転変数は、機関回転速度Ｎｍｏｔ、吸気温度Ｔａｎｓ、大気圧ｐｕ、機関温度Ｔｍｏｔ、特に燃料噴射が頻繁に行われ及び／又は点火角が極めて大きく調節されたときにおけるノッキング制御の作用に関する情報ＫＲ、オーバーブースト状態が存在するときに最大許容充填値を上昇させる変数ｄｒｌｍａｘである。
【００２１】
最大許容充填値の決定は、使用される特性曲線により行われ、この特性曲線内で最大許容充填値が、運転変数、即ち吸気温度、機関温度、大気圧及び／又は機関回転速度の関数として形成されている。機関回転速度に関しては、回転速度に対し最大許容充填値と機関トルクとの間の関数関係が与えられている。この場合、他の変数との関数関係は原則として、変数の上昇と共に最大許容充填値が低減されるようになっている。情報ＫＲが存在する場合、最大許容充填値は所定の値だけ低減され、一方オーバーブースト運転においては最大許容充填値は値ｄｒｌｍａｘだけ上昇される。値ｄｒｌｍａｘは、ドライバが全負荷を希望し及び／又は加速ペダル位置の大きな勾配が存在してドライバが大きな出力を要求したときに、加速ペダル位置βの関数として特性曲線又はスイッチ１２２内で形成される。他の実施形態においては、ＫＲは、ノッキング制御の係合の大きさを表わす連続信号を示している。この場合、係合の大きさ（例えば点火角調節の頻度及び／又は点火角調節の合計の平均値）が大きければ大きいほど最大許容充填値はそれだけ多く低減される。
【００２２】
図２は見やすい形で示されている。従って、本発明は補正値の演算順序にもまた除算演算順序にも拘束されない。目標充填量を逆関数の形で決定する特性曲線群は、内燃機関のトルクを決定するときにおいてもまた既知の従来技術に従って使用される（数式（１）、ＫＦｍｉｏｐｔ参照）。
【００２３】
有利な実施形態においては、内燃機関は常に全てのシリンダが燃焼され、又は量論混合物でのみ運転される。この場合、対応する補正値は考慮されない。
【００２４】
好ましい実施形態においては、充填量はシリンダの相対空気充填量と理解され、これは定格状態における最大許容充填値を意味する。他の実施形態においては、充填量はストロークごとに吸引される空気量又は機関負荷を意味する。
【００２５】
【発明の効果】
過給機制御により与えられる最大許容充填値ないし負荷を考慮することにより、既知の充填量制御が過給された内燃機関の場合でも使用可能であることは有利である。
【００２６】
例えば点火角調節により及び／又は内燃機関の効率を悪くする他の調節により部分負荷範囲において効率が低下され且つ所定のトルクを保持するために充填量が上昇されるときに発生することがある極めて高い充填量により過給された内燃機関が過負荷にされないことは特に有利である。
【００２７】
それにもかかわらず、その間に最大許容充填値が上昇されるオーバーブースト機能が実行可能であることは特に有利である。
【００２８】
更に、最大許容充填値が運転変数の関数であることは有利である。このようにそれぞれの時点の運転状態に対する最大許容充填値が決定されるので、運転中に充填量を極めて早く制限することによる制限が行われることはない。
【図面の簡単な説明】
【図１】目標トルク値に基づく内燃機関の制御におけるマイクロコンピュータの概略系統図である。
【図２】目標充填量を決定する詳細系統図である。
【符号の説明】
１０ マイクロコンピュータ
１１ 制御ユニット
１７ 絞り弁
２１ 過給機
２６ 他の制御ユニット
２８ 操作要素
３０、３２ 測定装置
３４ 第１のプログラム
３６ プログラム
３８ 特性曲線群
１００ 点火角の基本値の効率特性曲線
１０２ λの基本値の効率特性曲線
１０４ 遮断シリンダ数の基本値の効率特性曲線
１０６、１０８、１１０ 除算段
１１２ 逆関数特性曲線群
１１４ 最大及び最小制限段
１１６、１１８ 特性曲線
１２０ 過給機制御
１２２ 特性曲線又はスイッチ
１２４ 制御

Claims (12)

1. 内燃機関のトルクに対する目標値が前もって与えられ、該目標値が充填量と少なくとも点火角度との制御によって、実トルクがトルクに対する前記目標値に接近する方向で調節される、車両の内燃機関の制御方法において、
   最大許容充填値が、過給された内燃機関が高過ぎる充填量によって過負荷されないように求められ、
   前記充填量に関する制御が、前記充填量が前記最大許容充填値に制限されるように、前記内燃機関に対する空気供給に影響を与えるための制御値と過給圧力に影響を与えるための制御量とを用いて行われる
   ことを特徴とする制御方法。
2. 前記内燃機関のトルクに対する前記目標値が前記内燃機関の充填量に対する目標値に変換され、この目標値が制限されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記最大許容充填値が前記内燃機関の運転変数の関数であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記最大許容充填値が吸気温度の関数であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一つに記載の方法。
5. 前記最大許容充填値が機関温度の関数であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一つに記載の方法。
6. 前記最大許容充填値が大気圧の関数であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一つに記載の方法。
7. 前記最大許容充填値が機関回転速度の関数であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一つに記載の方法。
8. オーバーブースト状態が存在するときに前記最大許容充填値が上昇されることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一つに記載の方法。
9. ドライバが全負荷を希望するとき、ドライバが加速ペダルを急速に操作したとき或いはこれら両方であるとき、前記オーバーブースト状態が存在することを特徴とする、請求項８に記載の方法。
10. 前記最大許容充填値がノッキング制御の係合の関数として低減されることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一つに記載の方法。
11. 前記充填量が最小値に制限されることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一つに記載の方法。
12. 内燃機関のトルクに対する目標値を求める制御ユニットを備え、前記目標値が充填量と少なくとも点火角度との制御によって、実トルクがトルクに対する前記目標値に対して接近する方向で調節される、車両の内燃機関の制御のための装置において、
    前記制御ユニットが最大許容充填値を、過給された内燃機関が高過ぎる充填量によって過負荷されないように求め、
    前記充填量に関する制御が、該充填量が前記最大許容充填値に制限されるように、前記内燃機関に対する空気供給に影響を与えるための制御値と過給圧力に影響を与えるための制御値とを用いて行われる
    ことを特徴とする制御装置。

Images