JP5204279B2 - 内燃機関を制御する方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関、例えば自動車のドライブトレイン中の内燃機関を制御する方法、および相応して設けられる装置に関する。

自動車のドライブトレイン中においては、例えばオットーエンジンやディーゼルエンジンのような様々な種類の内燃機関が使用される。ここで内燃機関は、燃料の燃焼によって獲得されたエネルギーを、自動車の駆動のために使用することを可能とする。例えば、内燃機関としては、ガソリンで作動するオットーエンジン、ディーゼル燃料で作動するディーゼルエンジンがある。

内燃機関の効率的な作動を保障するために、電気制御が使用されることが可能である。例えば、燃料を内燃機関の燃焼室に噴射する過程を制御するために、そのような制御は使用される。

これと関連して、特許文献１は、ディーゼルエンジンにおける噴射過程の制御の方法を記載する。この方法によって、カーボンパティキュレートの形式の有害物質排出をより少なくすることが可能である。この方法は、噴射圧力によって、燃焼工程を適合することに基づいている。

特許文献２より、自己着火式のオットーエンジンを、種々の燃焼状況の特徴の評価によって適合することが公知である。燃焼状況の特徴とは、例えば、最大燃焼圧力、５０％のエネルギー変換状況などである。

特許文献３、４および５からは、それぞれ、燃焼工程を噴射する燃料の量によって適合する方法が公知である。

特許文献６，７，８および９からは、燃焼工程において、噴射過程を予噴射と主噴射または主噴射と後噴射に分けることによって達成する方法が公知である。

独国特許出願公開 第10 2008 001 992 A1号明細書 独国特許出願公開 第10 2008 004 361 A1号明細書 独国特許出願公開 第3930396 A1号明細書 特開昭60−019943 A号公報 特開昭60−032961 A号公報 独国特許出願公開 第10249755 A1号明細書 独国特許出願公開 第10344423 A1号明細書 独国特許出願公開 第10344428 A1号明細書 独国特許出願公開 第10 2007 052 615 A1号明細書

本発明の課題は、効率的な方法で、内燃機関の作動の際のパティキュレート排出を減少することができる、内燃機関の制御方法および装置を提供することである。

この課題は、請求項１に記載の方法および請求項９に記載の装置によって解決される。従属請求項は、本発明の好ましいまたは有利な実施形について記載する。

本発明においては、内燃機関において、燃焼工程が噴射時期を制御する。噴射時期は、ときおり噴射角度とも称されている。特に、ダイナミクス閾値を越える少なくとも一つの作動パラメータの時間的変化を検出するために、内燃機関の少なくとも一つの作動パラメータが監視される。これによって、一または複数の作動パラメータに対してダイナミクス、つまり作動パラメータの急速な時間的変化が検出される。内燃機関の噴射時期は、その後、検出されたダイナミクスに応じて制御される。このようにして、ダイナミクスによって引き起こされる不安定な作動状態に基づくパティキュレート排出を減少することが可能となる。監視される作動パラメータは、例えば内燃機関の回転数及び／又は負荷である。内燃機関の負荷は、例えば、燃焼室の相対充填量またはインテークパイプ圧力によって表されることが可能である。

本発明の好ましい実施例に従い、噴射時期が、少なくとも一つの作動パラメータに応じて、例えば、特性マップに基づいて調整される。このようにして、様々な作動状態に対して、それぞれ適当な噴射時期が選択されることが可能である。しかしながらダイナミクスが検出されると、調整によって定められた噴射時期が、保持時間の間維持またはフリーズされる。このようにして、二つの安定した作動状態の間の移行の際に、噴射時期が調整によって追従するのではなく、まずダイナミクスが発生する前に調節された値にとどまる、ということが達成される。噴射時期の調整は、安定した運転状態に再び調節された後にすぐに続行される。この対策は、調整が、典型的な場合、不安定な運転状態に対して最適化されておらず、その結果、不必要に高いパティキュレート排出に通じる噴射時期を与える可能性があるという事態を考慮に入れている。比較的簡単な対策、つまり噴射時期をフリーズすることによって、安定した特性マップに基づいて、噴射時期を連続的に調整することに対し減少したパティキュレート排出を達成することができる、ということが示された。

好ましくは、保持時間は、この時間中に、監視される一または複数の作動パラメータがダイナミクス閾値を越えるというダイナミクス時間よりも長い。このようにして、噴射時期の調整が、内燃機関の安定した運転状態が調節された後にようやく続行されるということが確実となる。これと関連して、保持時間が、内燃機関の少なくとも一つの作動パラメータに応じて調節される結果、噴射時期の調整が、できるだけ早期に続行されることができると、特に有利である。これに基づいて保持時間が調節されるその作動パラメータは、ダイナミクスの検出のために監視されるものと同一であり、例えば内燃機関の回転数及び／又は負荷である。

好ましい実施例では、さらに、フリーズされ維持される噴射時期と、現在調整によって定められる噴射時期の間の差分が定められ、そして差分閾値と比較されることができる。比較に応じて噴射時期のフリーズが終了する。このようにして、フリーズされた噴射時期が、現在調整によって定められる噴射時期から極端に逸脱するということ、およびこれにともなって現われる内燃機関の作動中の障害が回避可能である。

好ましい実施例に従い、さらに、噴射時期の制御が、少なくとも一つの作動パラメータの、検出された時間的変化の符号に応じて、噴射時期の制御が行われる、つまり正のダイナミクスと負のダイナミクスが区別されるということが意図される。例えば、正のダイナミクスの場合の保持時間は、負のダイナミクスにおけるものと異なって選択されることができる。

更に、本発明に係る方法を実施するための、内燃機関の制御のための装置およびこのような装置を有する自動車が提供される。

以下に、本発明の実施例を添付の図面を下に詳細に説明する。

自動車の簡略図。この自動車においてドライブトレイン中で、噴射時期の制御が、本発明の実施例に従い実現される。 本発明の実施例に従う噴射時期の制御のための装置の構造の簡略図 ダイナミクス検出のための装置の構造の簡略図。図２の装置において使用可能である。 本発明に係る噴射時期の制御のための方法を表すフローチャート 本発明の効果を示すシミュレーション結果を例示する図。

一つの実施例についての以下の説明は、自動車１００中における内燃機関の制御に関する。図１は、本発明の説明のため自動車１００のコンポーネントを示す。特に図１は、内燃機関２２０およびエンジン制御部２４０を含む自動車１００のドライブトレイン２００を示している。

ドライブトレイン２００の内燃機関２２０は、燃料の燃焼により獲得されるエネルギーを、自動車１００の駆動のために機械的駆動エネルギーに返還するという役目を有している。表された実施例において、内燃機関２２０は、燃料としてのガソリンによって作動するオットーエンジンである。しかしながら、ここに記載されるコンセプトは、他のタイプの内燃機関、例えばディーゼル燃料によって作動する内燃機関においてもまた使用することが可能であるということは当然である。エンジン制御部２４０は、内燃機関２２０中の燃焼工程を制御する。このためエンジン制御部２４０は、特に、燃料を内燃機関２２０の燃焼室中へ噴射する過程を制御する。以下に記載するコンセプトは特に、燃料の燃焼室中への噴射時期を制御することに関するものである。噴射時期は、燃料の燃焼室中への噴射の開始を定義し、そして時折、噴射角度ともまた定義される。「噴射角度」という表現は、噴射過程が周期的に繰り返されることを考慮に入れており、噴射周期内での噴射開始の時点を定義している。一つの完全な噴射周期は、その際、３６０°に対応し、噴射周期の開始と噴射時期の間の期間の、噴射周期全期間に対する比率は、噴射角度の３６０°に対する比率に対応している。噴射時期または噴射角度の他に、エンジン制御部２４０は、内燃機関２２０の別の作動値、例えば噴射量または噴射期間なども制御する、というのは当然である。エンジン制御部２４０は、表されている実施例においては基本的に電気的に実現されている。

図２は、エンジン制御部２４０の構造を簡略的に示す。図示されるとおり、エンジン制御部２４０は、噴射角度ＳＯＩを内燃機関２２０の作動パラメータに応じて調整するための調整モジュール１０、監視モジュール２０および制御モジュール３０を含んでいる。図示される実施例においては、作動パラメータｎは、燃焼室の温度Ｔ、内燃機関２２０の回転数ｎおよび燃焼室の相対充填量ｒＬである。これらパラメータは、調整モジュール１０に入力値として供給される。安定した特性マップに基づいて、調整モジュール１０は、噴射角度に対する安定して調整された値を定める。その上、監視モジュール２０と制御モジュール３０が設けられている。調整モジュール１０によって定められた制御時期のための値は、入力値として制御モジュール３０に供給される。

監視モジュール２０は、入力値として回転数んと相対充填量ｒＬを取り入れる。その上、監視モジュール２０には、入力値としてインテークパイプ圧力ＰＳと時間間隔ｄＴが供給される。インテークパイプ圧力ＰＳは、センサーによって検出される計測値であり、これは内燃機関２２０の負荷を反映している。相対充填量ｒＬも同様に、内燃機関２２０の現在の負荷に対応している。相対充填量ｒＬは、しかしながら典型的には、センサーによって検出されず、例えばアクセルペダル位置に基づいて目標値として定められる。監視モジュール２０は、内燃機関２２０の作動パラメータを監視するよう設けられている。特に、内燃機関２２０の回転数ｎおよび負荷が、ダイナミクス検出のために監視される。これと関係して、ダイナミクスは、監視される作動パラメータのダイナミクス閾値を越える時間的な変化であると理解されるべきである。図示される実施例においては、時間間隔ｄＴ中の回転数ｎの時間的変化が、回転数ダイナミクス閾値を越えるとき、回転数ダイナミクスが検出される。時間間隔ｄＴ中のインテークパイプ圧力ＰＳの変化が、負荷ダイナミクス閾値を越えるとき、負荷ダイナミクスも同様に検出される。回転数ダイナミクス閾値及び／又は負荷ダイナミクス閾値は、監視モジュール２０の他の入力値に基づいて定められることも出来る。つまり、回転数ｎ及び／又は相対充填量ｒＬに基づいてである。これは例えば、ダイナミクスビットを、デジタルシグナル中にセットすることで実施可能である。ダイナミクスシグナルＤは、その上、検出されるダイナミクスのさらに別の特性を表すこともできる。よって、ダイナミクスシグナルＤは、例えば、回転数ダイナミクスまたは負荷ダイナミクスであるかどうかを表すことが出来る。さらに、ダイナミクスの符号及び／又はダイナミクスの強さも表すことができる。ダイナミクスシグナルＤは、制御モジュール３０に供給される。

制御モジュール３０は、調整モジュール１０によってダイナミクスシグナルＤに応じて定められた、噴射時期のための値の更なる処理を制御するよう設けられている。特に、制御モジュール３０は、ダイナミクスの状況において、現在調整モジュール１０によって定められた噴射角度を、定められた保持時間の間維持することができるよう設けられている。制御モジュール３０の出力部に供給された噴射角度ＳＯＩは、よって保持時間の間「フリーズされる」。この目的のため、制御モジュール３０内では、調整モジュール１０によって定められた噴射角度が、マルチプレクサ３１に供給される。マルチプレクサ３１の出力シグナルは、内燃機関２２０によって使用されるべき噴射角度ＳＯＩを表している。マルチプレクサ３１の出力シグナルは、更に、シグナルメモリ３２にも供給される。その出力シグナルは、マルチプレクサ３１に別の入力シグナルとして供給される。これによって、調整モジュール１０によって定められた噴射角度またはシグナルメモリ３２内に保存された噴射角度が、内燃機関２２０によって使用されるべき噴射角度ＳＯＩとして出力されるべきであるかどうかが、マルチプレクサ３１によって制御されることができる。

ダイナミクスシグナルＤに基づいてマルチプレクサ３１のために制御シグナルを定めるために、制御モジュール３０は、保持時間モジュール３４を含んでおり、この保持時間モジュールにダイナミクスシグナルＤが入力シグナルとして供給される。別の入力シグナルとして、保持時間モジュール３４は、内燃機関の回転数ｎ、内燃機関の相対充填量ｒＬおよび時間間隔ｄＴを取り込む。これら入力値に基づいて、保持時間モジュール３４は、ダイナミクスが存在する場合に、適切な保持時間を定め、そして出力シグナルＤＨとして一つの論理シグナルを発生する。この論理シグナルは、ダイナミクス検出の際に、保持時間のためにある高い値にセットされる。保持時間モジュール３４のこの出力シグナルＤＨは、ＡＮＤロジックゲート３８を介してマルチプレクサ３１に制御シグナルとして供給される。

その上、表される実施例において制御モジュール３０は、差分要素３５、総額要素３６および比較要素３７を有する比較分岐部を含んでいる。差分要素３５は、入力値として、シグナル目盛り３２内に保存された噴射角度と、調整モジュール１０によって定められた噴射角度を取り込み、そしてその差分を形成する。この差分は、総額要素３６に供給される。総額要素３６は、差分の総額を形成し、そしてこれを比較モジュール３７に供給する。比較モジュール３７は、差分の総額を、差分閾値と比較し、そして、総額が閾値を越えていない限り、出力シグナルとして一つの高い値を有する論理シグナルを発生する。したがって、存在するダイナミクスにおいて、保持時間が継続し、その上、シグナルメモリ３２内に保存された噴射角度と現在調整モジュールによって定められた噴射角度の間の差分が、差分閾値を越えないとき、ＡＮＤロジックゲート３８の出力シグナルは、一つの高い値を有する論理シグナルである。この場合、シグナルメモリ３２内に保存された噴射角度が内燃機関２２０によって使用されるべき噴射角度ＳＯＩとして出力されるよう、マルチプレクサ３１は論理シグナルによって制御される。他の場合、調整モジュール１０によって定められた噴射角度が、内燃機関２２０によって使用されるべき噴射角度ＳＯＩであるとして出力される。

表されている実施例においては、その上、制御モジュール３０が差分閾値モジュール３９を含んでおり、この差分閾値モジュールが、比較要素３７によって使用されるべき閾値を定める。差分閾値モジュール３９には、入力値として回転数ｎと相対充填量ｒＬが供給される。差分閾値は、従って、回転数ｎ及び／又は相対充填量に応じて定めれらる。代替として、一つの固定の所定の差分閾値をしようすることもまた、当然可能である。

図３は、監視モジュール２０の構造を簡略的に示している。表されるように、監視モジュール２０は、回転数ダイナミクスモジュール２２と負荷ダイナミクスモジュール２４を含んでいる。回転数ダイナミクスモジュール２２には、入力値として回転数ｎ及び内燃機関の相対充填量ｒＬ並びに時間間隔ｄＴが供給される。回転数ダイナミクスモジュール２２は、回転数ｎ中にダイナミクスを検出するために、回転数ｎを監視する。これは、回転数ｎの時間間隔ｄＴ中の変化が、回転数ダイナミクス閾値と比較されることにより行われる。回転数ダイナミクス値は、その際、回転数ｎ及び／又は相対充填量ｒＬに応じて定められることが可能である。回転数ダイナミクスが検出されると、つまり、回転数の時間的な変化が回転数ダイナミクス閾値を越えると、回転数ダイナミクスモジュール２２は、回転数ダイナミクスが存在することを表す回転数ダイナミクスシグナルｎＤを発生する。回転数ダイナミクスシグナルｎＤは、その上、回転数ダイナミクスの符号及び／又は回転数ダイナミクスの強さを表すことができる。

負荷ダイナミクスモジュール２４は、回転数ダイナミクスモジュール２２の上述した入力値の他に、別の入力値としてインテークパイプ圧力ＰＳを取り込む。相対充填量ｒＬもインテークパイプ圧力ＰＳも内燃機関２２０の負荷に対応する。しかしながら、センサーによって内燃機関２２０において定められたインテークパイプ圧力ＰＳが、負荷ダイナミクスを検出する有利な性能を備える点が示されている。負荷ダイナミクスモジュール２４は、インテークパイプ圧力ＰＳの時間間隔ｄＴ中の変化が、負荷ダイナミクス閾値を越えるとき、負荷ダイナミクスを検出するよう設けられている。負荷ダイナミクス閾値は、ここでもまた、負荷ダイナミクスモジュール２４の別の入力値に基づいて、つまり回転数ｎ及び／又は相対充填量ｒＬに基づいて定められることが可能である。負荷ダイナミクスモジュール２４は、検出された負荷ダイナミクスが存在することを表す負荷ダイナミクスシグナルＬＤを発生する。

さらに、監視モジュール２０は、論理モジュール２６を含んでいる。この論理モジュールには、回転数ダイナミクスシグナルｎＤと負荷ダイナミクスシグナルＬＤが供給される。論理モジュール２６は、回転数ダイナミクスシグナルｎＤと負荷ダイナミクスシグナルＬＤからダイナミクスシグナルＤを発生する。このダイナミクスシグナルは、制御モジュール３０に供給される。この目的のため、論理モジュール２６は、特に回転数ダイナミクスシグナルｎＤと負荷ダイナミクスシグナルＬＤの間のＯＲリンク部に作用するので、回転数ダイナミクスシグナルｎＤが、回転数ダイナミクスを表すか、負荷ダイナミクスシグナルＬＤが負荷ダイナミクスを表すとき、ダイナミクスシグナルＤはダイナミクスを表す。その上、論理モジュール２６は、回転数ダイナミクスシグナルｎＤ及び／又は負荷ダイナミクスシグナルＬＤからダイナミクスシグナルＤ中に別の情報を挿入する。

図４は、発明に係る内燃機関、例えば上述したコンセプトに関する内燃機関２２０の制御を行う方法を示すためのフローチャートを示す。この方法は、図１−３に基づいて説明したエンジン制御部２４０によって実施することができる。

ステップ４１０においては内燃機関の作動パラメータが監視される。これは監視もモジュール２０によって行われる。監視される作動パラメータは、特に内燃機関の回転数ｎ及び／又は負荷である。負荷は、内燃機関の燃焼室の相対充填量及び／又は内燃機関のインテークパイプ圧力によって表されることが出来る。内燃機関の作動パラメータは、特にダイナミクスの検出のために監視される。

ステップ４２０においては、監視される作動パラメータの時間的な変化がダイナミクス閾値を越えることが確認されることによって、監視される作動パラメータのダイナミクスが検出される。検出されるダイナミクスは、回転数ダイナミクス及び／又は負荷ダイナミクスである。

ステップ４３０においては、検出されるダイナミクスに応じて、内燃機関の噴射時期または噴射角度が制御される。このようにして、不安定な運転状態に対して不適当に調節される噴射時期に基づく、不必要なパティキュレート排出が防止されることが可能である。特に、先に記載したとおり、噴射時期は保持時間の間フリーズされることができ、その際、保持時間もまた内燃機関の作動パラメータに応じて定めることができる。

図５は、表されたコンセプトの効果を示すためのシミュレーション結果の例示である。特に図５から、回転数ｎと相対充填量の推移並びにここから導きだされる制御シグナルおよび結果として現われるパティキュレート排出ＰＮが示される。

図５の上側のチャート中には、回転数ｎの時間的な推移が実線によってあらわされ、一方、相対充填量ｒＬの時間的推移が破線によって表されている。略６６２．２秒であるある時間ｔにおいて、高すぎる回転数と高すぎる負荷へのダイナミクスが発生している点が見てとれる。

その下にあるチャート中では、この負荷の急変が、保持時間モジュール３４の出力シグナルＤＨ、回転数ダイナミクスシグナルｎＤおよび負荷ダイナミクスシグナルＬＤ中でどのように表されるかが、表されている。負荷ダイナミクスは比較的短い略０．２秒という時間間隔に対して検出され、他方、回転数ダイナミクスは、略０．７秒という少し長めの時間間隔に対して検出されるのがわかる。保持時間モジュール３４の出力シグナルは、回転数ダイナミクスおよび負荷ダイナミクスの検出の後も、全体で略１．７秒という保持時間が経過するまでは、一つの高い値にとどまる。

その下のチャートは、噴射角度ＳＯＩを実線で示す。比較のために、調整モジュール１０によって定められた値が破線で表されている。噴射角度は、ダイナミクスの検出の際にフリーズされ、そして保持時間の経過の後にようやく、調整モジュール１０によって定められた値を取ることがわかる。

一番下のチャートは、ここに記載したコンセプトを使用した際のパティキュレート排出ＰＮを実線で示している。比較のため、記載した噴射角度の制御を使用しないパティキュレート排出、つまり単に調整モジュール１０によって定められる噴射角度をしようするのみのパティキュレート排出を破線で表している。本発明に係るコンセプトによって、パティキュレート排出をはっきりと減少することが達成される点がわかる。

表されたコンセプト中において種々の変更が可能であることは自明である。ダイナミクスに応じた噴射時期の制御及び／又は調整の基礎として他の作動パラメータをしようすることが可能である。更に、他の実施例において、ここに記載した差分分岐を省略することが可能である。その上、ダイナミクス閾値及び／又は保持時間が固定的に予め定められる簡略化した実施例もまた考えうる。

10 調整モジュール
20 監視モジュール
22 回転数ダイナミクスモジュール
24 負荷ダイナミクスモジュール
26 論理モジュール
30 制御モジュール
31 マルチプレクサ
32 シグナルメモリ
34 保持時間モジュール
35 差分要素
36 総額要素
37 比較要素
38 ＡNDロジックゲート
39 差分閾値モジュール
100 自動車
200 ドライブトレイン
220 内燃機関
240 エンジン制御部
410 監視ステップ
420 ダイナミクス検出ステップ
430 制御ステップ
D ダイナミクスシグナル
dT 時間間隔
DH 出力シグナル
LD 負荷ダイナミクスシグナル
n 回転数
nD 回転数ダイナミクスシグナル
PS インテークパイプ圧力
rL 相対充填量
SOI 噴射時期

Claims (6)

1. 内燃機関（２２０）を制御する方法において、
   ・ 内燃機関（２２０）の少なくとも一つの作動パラメータを監視すること、その際、内燃機関（２２０）の監視される少なくとも一つの作動パラメータが、内燃機関（２２０）の回転数及び／又は負荷を含むこと
   ・ ダイナミクス閾値を越える、少なくとも一つの作動パラメータの時間的変化を検出すること、
   ・ 検出される、少なくとも一つの作動パラメータの時間的変化に応じて、内燃機関の噴射時期の制御を行うこと、
   ・ 噴射時期の調整が、少なくとも一つの作動パラメータに応じて行われること、
   ・ ダイナミクス閾値を越える少なくとも一つの作動パラメータの時間的変化が検出されると、調整によって定められた噴射時期を保持時間の間維持すること、その際、少なくとも一つの作動パラメータがダイナミクス閾値を越えるダイナミクス時間よりも、保持時間が長いこと、
   ・ 維持されている噴射時期と、現在調整によって定められる噴射時期の間の差分を定めること、
   ・ この差分を差分閾値と比較すること、および、
   ・ 比較に応じて、噴射時期の維持を終了すること、
   を特徴とする方法。
2. 保持時間が、内燃機関（２２０）の少なくとも一つの作動パラメータに応じて調節されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. これに応じて保持時間が、調節される少なくとも一つの作動パラメータが、内燃機関（２２０）の回転数及び／又は負荷であることを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 噴射時期の制御が、少なくとも一つの作動パラメータの検出される時間的変化の符号に応じて行われることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の方法を実施するための、内燃機関（２２０）の制御を行う装置において、
   内燃機関（２２０）の少なくとも一つの作動パラメータの監視のための監視モジュール（２０）を含んでおり、その際、監視モジュール（２０）が、ダイナミクス閾値を越える少なくとも一つの作動パラメータの時間的変化を検出するよう設けられていること、および、制御モジュール（３０）が、内燃機関（２２０）の噴射時期を、検出される少なくとも一つの作動パラメータの時間的変化に応じて制御することを特徴とする装置。
6. 内燃機関（２２０）を有するドライブトレイン（２００）、および内燃機関（２２０）の制御を行う装置（２４０）を含み、その際、装置が、請求項５に従い設けられていることを特徴とする自動車（１００）。

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