JP4989608B2 - 制御要素の制御機能を監視する方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、特に内燃機関の空気システムの制御要素の制御機能を監視する方法および装置に関する。

内燃機関の空気システム内の制御要素が、所定の作動条件を調整するために必要である。所定の作動条件を正確に遵守することによってのみ、法的に遵守すべき排気ガス閾値は確実に遵守される。現在の内燃機関内には、例えばスロットルバルブ、排気ガス再循環バルブ、スワールレベル（Drallniveau: swirl level）制御機、ターボ過給機、及び様々な冷却機が存在し、これらの機器の無制限の制御機能が必要である。

調整されるパラメータのオフセットの監視に専ら基づく制御要素の制御機能を監視する方法は通常、非常に不正確であり、いずれにせよ制限された状態でしか個々の構成要素の監視のために使用することができない。例えば、制御要素の制御機能は、制御要素の影響を受ける空気システムの制御システム挙動を観察すると共に、この観察される制御システム挙動に基づいて制御要素の制御機能を評価することによって監視することができる。しかし、これは、制御要素の制御機能の大まかな監視しか保証しない。したがって、内燃機関の空気システム内の制御要素の監視は通常、特定の追加のセンサを用いて実施され、例えばリミットスイッチ、位置センサ、又は他の変位センサ（Wegaufnehmer: travel sensor：位置変化測定センサ）が利用される。しかし、追加のセンサはコストがかかるため、これは不都合である。

本発明の課題は、簡単に、コストをかけず、且つ同時に正確に空気システムの制御要素の制御機能を監視することを可能にする方法及び装置を提供することである。包括的には本発明の課題は、当該技術水準から既知である、空気システムの制御要素の制御機能を監視する方法及び装置を改善することである。

この課題は、内燃機関の空気システムの制御要素の制御機能を監視する方法において、空気システムは、制御要素の状態に依存する制御システム挙動を有し、制御システム挙動を観察することによって制御要素の制御機能が監視され、制御要素は、２つの異なる時点において２つの所定の制御位置に関する制御命令によって制御され、制御要素の２つの所定の制御位置において第１の制御システム挙動と第２の制御システム挙動とを観察することによって制御機能が監視されることを特徴とする方法によって解決される。

本発明は、空気システムの制御要素の制御機能の改善された監視を可能にする。これは、制御要素の様々な制御位置における制御システム挙動の評価によって、このような評価がなされない場合はおそらく気付かれないであろう、制御要素の制御機能の理想的な挙動からのずれが認識されるためである。制御要素の１つのみの制御位置における制御システム挙動の評価では、本発明による方法よりも存在する情報が少ない。制御要素の所定の制御位置を選択することによって、制御システム挙動の特別な条件を選択することができ、当該条件において制御要素の機能不全を容易に認識することができる。２つの所定の制御位置は有利には、制御要素の機能不全が認識されるように選択される。本発明は、制御要素の２つのみの所定の制御位置を使用することに限定されず、本発明によって、制御要素の３つ以上の所定の制御位置が制御されると共に、３つ以上の制御システム挙動がそれぞれ観察される方法も含まれる。

制御要素は、内燃機関のスロットルバルブ、排気ガス再循環バルブ、スワールレベル調整機、ターボ過給機、又は冷却機とすることができ、本方法は、これらの制御要素のうちの１つのみを監視することに限定されない。むしろ、これらの制御要素のうちの複数を監視することができることが意図されている。これは例えば、上述の制御要素のうちの１つのみが第１の所定の制御位置と第２の所定の制御位置との間で変化し、各制御システム挙動が観察されることによって遂行することができる。これによって、他の制御要素の位置変化による影響が除去されるという利点がもたらされる。

好ましくは、２つの所定の制御位置のうちの１つにおいて、排気ガス要件（Abgasanforderung: exhaust gas requirement; exhaust gas specification：排気ガス規定）が基本的に満たされる場合のみ、制御要素は、これらの所定の制御位置のうちのこの１つの制御位置に関する制御命令によって制御される。これによって、排気ガス要件を常に満たすことができるという利点がもたらされる。排気ガス要件を満たすために特に選択された動作点は、例えば内燃機関のエンジンブレーキ作動又は通常作動である。所定の制御位置は有利には、内燃機関の特定の所定の動作点における理想的な制御位置に対応する。これによって、内燃機関の理想的な条件への干渉を伴わない制御機能の監視が可能であるという利点がもたらされる。

有利には、第１の制御システム挙動が第１の許容範囲内にあり、且つ第２の制御システム挙動が第２の許容範囲内にある場合、制御要素の制御機能の機能不全は考慮されない。両方の許容範囲は、これらの許容範囲を遵守した場合には制御要素の制御機能に欠陥がないということを前提とすることができるように予め定めると共に選択されている。

有利には、第１の制御システム挙動と第２の制御システム挙動との比率が比率値許容範囲内にある場合、制御要素の制御機能の機能不全は考慮されない。したがって、例えばこれらの制御システム挙動の２つのパラメータ間に特定の係数を設定することができ、この係数が遵守される場合、制御要素の制御機能が正確であることを前提とすることができる。第１の制御システム挙動が第１の許容範囲内にあるか否か、及び第２の制御システム挙動が第２の許容範囲内にあるか否かが検査される上述の検査と、両方の制御システム挙動の比率を形成する最後に記載された検査機能との組み合わせが特に好ましい。これらの両方の方法を組み合わせることによって、制御要素の制御機能の監視の特に高い確実性がもたらされる。

有利には、第１の制御システム挙動と第２の制御システム挙動とは、空気システムの測定される１つの物理量によって表される。同様に、第１の制御システム挙動と第２の制御システム挙動とを記述するために、空気システムの測定される複数の物理量も使用することができる。

測定される物理量として、好ましくは、吸気圧力、外気質量流量、ターボ過給機のタービンの前の圧力、又は空気システムの同様の測定可能な物理量を利用することができる。
本発明は、制御要素の監視が専ら制御システム挙動の観察によって行われる場合に特に有利である。これは、制御要素の追加のセンサを不要にする。これによって特に、制御要素の監視を、コストをかけずに実施することができるという利点がもたらされる。

本発明のさらなる主題は、装置、特に内燃機関用の制御機器であって、上述の本発明によるか又は有利な方法のうちの１つを実施するようになっている、装置である。
本発明の別の主題は、コンピュータプログラムであって、当該コンピュータプログラムがコンピュータ内で実施された場合に、そのような方法のステップを実施するためのプログラムコードを含む、コンピュータプログラムである。

以下では、添付図面に基づいて本発明の実施例がより詳細に説明される。

図１には、空気システムが示されており、より詳細には、空気システムが閉じている状態の内燃機関の燃焼室１が示されている。空気システムは排気管２を備える。当該排気管内では排気ガス圧力Ｐ３が優勢である。この排気管を介して、ターボ過給機３のタービンまで排気ガスが導かれ、当該ターボ過給機は燃焼室１のために過給圧を生成する。さらに、排気管２は、制御可能な排気ガス再循環バルブ４へと分岐している。排気ガス再循環バルブ４は排気ガスを吸気管５まで導き戻す。当該吸気管内では吸気ガス圧力Ｐ２２が優勢である。ターボ過給機３の圧縮機の他に、吸気管内にさらにスロットルバルブ６とスワールバルブ７とが配置されている。当該スワールバルブは、燃焼室１に供給される空気を制御する役割を果たす。吸気管５及び排気管２内には、それぞれ圧力センサが配置されており、それによって、吸気圧力Ｐ２２及び排気圧力Ｐ３が測定される。さらに、このシステムには、同様に当該技術水準から既知のセンサが設けられており、それによって、例えば外気質量流量が算出される。

以下の図２の説明では、図１に示されている空気システムが参照され、同じ参照符号は同じ部分を指す。図２は、本発明の様々な好ましい実施形態を説明するために使用される図を示す。実施される複数のステップは互いに対応しており、複数の好ましい実施形態は、様々な制御要素の制御機能を検査するために異なるパラメータが監視されるということにおいてのみ異なる。

本発明の第１の好ましい実施形態はスロットルバルブ６の監視に関する。本方法はステップ１１によってスタートする。続いてステップ１２において、内燃機関が所定の動作点にあるか否かが検査される。この実施形態では、特にモータ回転数が所定の間隔内にあるか否かを検査することが意図されている。検査によって、内燃機関が所望のパラメータ間隔内で動作していない、すなわち所望の動作点において作動していないことが分かった場合、本方法はステップ１３において終了する。反対に、内燃機関が所望の動作点において作動している場合、ステップ１２に続いてステップ１４において排気ガス再循環バルブ４が閉じられ、スロットルバルブ６が完全に開かれる。ステップ１５において、第１の制御システム挙動として吸気ガス圧力Ｐ２２が吸気管５内で測定される。その後、ステップ１６において、８０％の所定の比率を目安にしてスロットルバルブ６が閉じられる。スロットルバルブ６を閉じることによって、吸気管５内の吸気ガス圧力Ｐ２２が低下し、同時に外気質量流量が低減する。これは、吸気ガス圧力Ｐ２２が低い場合、内燃機関が吸気管５から取り入れる空気が同様に少なくなるためである。続いて、ステップ１７において吸気ガス圧力Ｐ２２を再び測定することが意図されている。この後、ステップ１８において、スロットルバルブ６が開いている状態で吸気ガス圧力Ｐ２２が所与の許容範囲内にあったか否か、及び、スロットルバルブ６を閉じた後吸気ガス圧力Ｐ２２が、第１の許容範囲とは重なり合わない第２の許容範囲内にあるか否かが検査される。ステップ１８における検査によって、ステップ１８において出された条件が満たされていないことが分かると、ステップ１９において、制御要素、この例ではスロットルバルブ６が正確な制御機能を有しないことが確認される。ステップ１９に続いて、ステップ２０において終了する。ステップ１８における検査によって、反対に、条件が満たされていることが分かると、ステップ２１において、制御要素であるスロットルバルブ６の制御機能が正確であることが確認される。その後、本方法はステップ２２において終了する。

本発明のさらに好ましい一実施形態は、排気ガス再循環バルブ４の監視に関する。この監視は、上述したスロットルバルブ６の監視と同様である。再びステップ１２において、排気ガス再循環バルブ４の制御機能を検査するための適切な動作圧力の条件が検査される。ここで、スロットルバルブ６を監視するための上述の実施例における条件と同様の条件が有効である。しかし、上述の実施例とは異なり、目下説明されている第２の好ましい実施形態ではスロットルバルブ６は所定の位置に配置され、続いて排気ガス再循環バルブ４が開かれ（第１の制御位置）、閉じられる（第２の制御位置）。これらの場合のそれぞれにおいて、吸気ガス圧力Ｐ２２が再び測定される。排気ガス再循環バルブ４の開閉及び吸気ガス圧力Ｐ２２の測定は、上述の第１の実施例と同様にステップ１４〜１７において行われる。再び、ステップ１８において、吸気ガス圧力Ｐ２２が、開いている状態において第１の所与の許容範囲内にあり、閉じた後に第２の所与の重なり合わない許容範囲にあることが確認された場合に、排気ガス再循環バルブ４の制御機能が正確であると評価される。代替的に又は付加的に、その都度測定される吸気ガス圧力Ｐ２２の比率が算定され、これらの比率が特定の許容範囲内にあるか否かを検査することを意図することができる。さらに、上述の手法に代わって、吸気ガス圧力Ｐ２２の代わりに外気質量流量も、排気ガス再循環バルブが開いているとき及び閉じているときのそれぞれにおいて使用することができる。上述した両方の実施例及び代替形態は、吸気ガス圧力Ｐ２２の上昇及び外気質量流量は、排気ガス再循環バルブ４及びスロットルバルブ６の状態に大きく左右されるという認識を利用する。

本発明の第３の好ましい実施例は、スワールバルブ７の制御機能を監視する役割を果たす。このような監視は、内燃機関の動作点の所定の条件が同様に存在する場合に実施することができる。したがって、特にモータ回転数が所定の範囲内になければならない（ステップ１２）。これらの条件では、排気ガス再循環バルブ４は閉じられ、スロットルバルブ６は完全に開かれる。続いて、ステップ１４〜ステップ１７においてスワールバルブ７が完全に開かれ、外気質量流量が取り込まれ、スワールバルブ７が完全に閉じられ、外気質量流量が再び取り込まれる。このようにして、監視される制御要素としてのスワールバルブ７が異なる制御位置にある場合に、空気システムの第１の制御システム挙動と第２の制御システム挙動とが算出される。同様に、スワールバルブ７が開いている場合の外気質量流量と、閉じている場合の外気質量流量とがそれぞれ、複数の重なり合わない所定の許容範囲内にある場合に、ステップ１８及び後続のステップにおいてスワールバルブ７が完全に機能していると評価される。代替的に又は付加的に、同様に外気質量流量の比率を観察することができる。さらに、吸気ガス圧力Ｐ２２を測定すると共に、それに応じて評価することができる。

第４の好ましい実施形態では、制御要素としてのターボ過給機３の制御機能が監視される。ここで、制御システム挙動は、ターボ過給機３のタービンの先行する圧力Ｐ３によって表される。その他の点に関してはこの方法は、上述の他の好ましい実施形態と同様に進行し、同様に全ての他の制御要素は所定の制御位置に留まるが、ターボ過給機３は２つの異なる所定の制御位置で制御され、それらの制御位置において制御システム挙動がそれぞれ観察される。

第５の好ましい実施形態では、排気ガス再循環バイパスバルブの制御機能が検査される。このバルブの制御機能は、排気ガス再循環バルブ４が開いていると共にスロットルバルブ６が大幅に開かれている場合に検査することができる。再びステップ１４〜ステップ１７において、排気ガス再循環バイパスバルブが開いている場合と閉じている場合とにおいて吸気ガス圧力Ｐ２２が測定され、測定された値がそれぞれ、所定の許容範囲内にあるか否かが検査される。

全ての好ましい実施形態において、依然として排気ガス規定が遵守されるようにのみ空気システムにおける作動条件を変更することが意図されている。したがって、本発明による方法を、内燃機関の所定の動作点のみにおいて実施する必要がある。ここで、特に好ましい動作点は内燃機関のエンジンブレーキ作動である。これは、ここで生じる排気ガス汚染がわずかなためである。説明された好ましい実施形態は選択されたものに過ぎない。これは、本発明は包括的には、空気システム内の他の制御要素の制御機能を監視することにも適しているためである。

本発明による方法が利用可能である空気システムの概略図である。 本発明による方法の実施例のフロー図である。

符号の説明

１：燃焼室
２：排気管２
３：ターボ過給機
４：排気ガス再循環バルブ
５：吸気管５
６：スロットルバルブ
７：スワールバルブ

Claims (3)

1. 内燃機関の空気システムの制御要素（３、４、６、７）の制御機能を監視する方法において、
   前記空気システムは、前記制御要素（３、４、６、７）として、前記内燃機関のスロットルバルブ（６）、排気ガス再循環バルブ（４）、スワールレベル調整機（７）、ターボ過給機（３）、又は排気ガス再循環バイパスバルブの状態に依存する制御システム挙動を有し、該制御システム挙動を観察することによって前記制御要素の前記制御機能が監視されること、
   前記制御要素（３、４、６、７）は、前記内燃機関の作動している間に２つの異なる時点において２つの所定の制御位置に関する制御命令によって制御され、前記制御要素（３、４、６、７）の前記２つの所定の制御位置において、前記空気システムの測定される１つの物理量によって表される第１の制御システム挙動と第２の制御システム挙動とを観察することによって前記制御機能が監視され、前記測定される物理量は、吸気圧力、外気質量流量、又は前記内燃機関の前記ターボ過給機（３）のタービンの先行する圧力であること、
   前記２つの所定の制御位置のうちの１つの制御位置において、排気ガス要件が満たされる場合のみ、前記制御要素は、前記所定の制御位置のうちの前記１つの制御位置に関する制御命令によって制御されること、
   前記第１の制御システム挙動が第１の許容範囲内にあり且つ前記第２の制御システム挙動が第２の許容範囲内にある場合、および前記第１の制御システム挙動と前記第２の制御システム挙動との比率が比率値許容範囲内にある場合、前記制御要素（３、４、６、７）の前記制御機能の機能不全は考慮されないこと、
   を特徴とする制御要素の制御機能を監視する方法。
2. 請求項１に記載の方法を実施する内燃機関の空気システムの制御要素（３、４、６、７）の制御機能を監視する装置。
3. コンピュータプログラムであって、該コンピュータプログラムがコンピュータ内で実施された場合に請求項１に記載のステップを実施するためのプログラムコードを含むコンピュータプログラム。

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