JP5279933B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は内燃機関の制御装置に関する。

独国出願第１０３１６１８５号明細書から、ラムダ信号に基づいて噴射すべき燃料量を制御する内燃機関の制御方法および内燃機関の制御装置が公知である。ここでは、ラムダ信号の実際値を目標値へ合わせる制御に基づいて、噴射すべき燃料量を制限するための値を設定ないし補正している。

このとき、排気管内で測定されたラムダ信号に基づいて、全負荷でのラムダ制御が行われる。こうした制御により、車両の耐用期間中、変動（ドリフト）によって生じる温度のばらつきが低減される。このために、内燃機関の熱負荷耐性および考え得る最悪の環境条件に合わせてラムダ目標値が設定される。ラムダ信号の目標値は特性マップから回転数および空気量に基づいて求められる。この手法の欠点は、排気ガス温度に影響を与える要素の全てを考慮することができず、不正確なことである。考慮されない要素はソフトウェアでの相応の安全性評価によってカバーされなければならない。システムは真の負荷限界に対して所定の余裕分を有するので、安全性評価では内燃機関のパワーポテンシャルは完全には利用されない。

さらに、排気管内の排気ガス温度が温度センサによって測定され、この測定値を設定された目標値へ制御する制御方法および制御装置が公知である。この手法の欠点は、センサの動特性が良好でないことである。また、この種のセンサは複雑でしかも高価である。センサの動特性が良好でないため、ダイナミックな走行における制御品質は不充分となってしまう。

従来技術では、適用時のシステムのコンフィグレーションについて２つのバリエーションが存在する。１つは、システムの最大能力を利用できるようデータを適用するアプローチである。ただし、この手法には、周囲温度が高いときまたはコンポーネントのドリフトがあるときなど、極端な条件において、コンポーネントの損傷のおそれが高くなるという欠点がある。これは特に高い排気ガス温度に起因して起こりやすい。もう１つはシステムの構成とアプリケーションとを、どんな場合にも許容不能な温度が生じないように設定するアプローチである。ただしこの場合には、前述したように、内燃機関のパワーポテンシャルを完全に利用することができない。

独国出願第１０３１６１８５号明細書

本発明の課題は、ダイナミックな制御品質で許容不能な温度を確実に回避しつつ、内燃機関のパワーポテンシャルを完全に利用できるようにすることである。

この課題は、所定の基準条件のもとでの内燃機関の各動作点に対する排気ガス温度のベース値を設定するベース値設定回路と、前記排気ガス温度のベース値を、排気ガス対向圧または吸入空気温度または内燃機関温度または噴射パターンのうち少なくとも１つのパラメータの実際値と基準値との差に応じて補正するための補正値を設定する補正値設定回路と、前記排気ガス温度のベース値と前記補正値とに基づいて排気ガス温度の許容可能最大値を生成する排気ガス温度値生成手段と、前記排気ガス温度の許容可能最大値を、ラムダ信号の目標値へ変換する第１の換算回路と、前記ラムダ信号の目標値に基づいて噴射すべき燃料量の最大値を計算する第２の換算回路とを備えることを特徴とする内燃機関の制御装置により解決される。

燃料量を制御する制御装置を示す図である。

本発明によれば、ラムダ信号の目標値が少なくとも１つの排気ガス温度の許容可能最大値に基づいて設定される。本発明では、ラムダ信号の目標値を設定することにより、暗示的に排気ガス温度を制御できることに着目している。ラムダ信号に影響を与えるパラメータの全てが排気ガス温度に作用している。ただし、排気ガス温度のみに作用してラムダ信号に作用しないパラメータも存在する。これら双方のタイプの排気ガス温度に対する障害パラメータをラムダ目標値の補正によって補償することができる。相応のシステム介入、例えば噴射すべき燃料量の制御によりラムダ信号の目標値が調整されると、排気ガス温度はきわめて狭い許容範囲内で保持される。センサによって支援されるラムダ制御は、さらに、車両の耐用期間が経過しても妥当するという利点を有する。

特に有利には、排気ガス温度のベース値はその時点の動作点に応じて設定される。動作点は有利には内燃機関の負荷および回転数によって定義される。

別の有利な実施形態によれば、排気ガス温度のベース値は障害パラメータの実際値と基準値との差に応じて補正される。すなわち、排気ガス温度のベース値は、通常、基準値が排気ガス温度に影響する種々の障害パラメータである場合に求められる。障害パラメータが基準値から偏差する場合、排気ガス温度への影響が考慮され、相応の補正値が形成される。当該の補正値によってラムダ信号の目標値への適合化が行われる。

障害パラメータとして、排気ガスの対向圧、温度および／または噴射パターンなどのうち少なくとも１つのパラメータが考慮される。温度とは特に機関温度および／または吸入空気温度である。噴射パターンとは部分噴射の回数およびそれぞれの噴射開始時点によって表されるパラメータである。特に有利には、種々の補正が加法的にも乗法的にも行われる。

別の有利な実施形態によれば、ラムダ信号の測定値と目標値とが比較され、比較の結果に基づいて噴射すべき燃料量が調整される。この場合、噴射すべき燃料量は、直接に制御回路の出力信号から求められてもよいし、また、ラムダ制御回路が噴射すべき燃料量に対する許容可能最大値を制限することによって求められてもよい。

本発明によれば、測定された排気ガス中の酸素濃度に基づくラムダ制御と障害パラメータの考慮とが組み合わされる。ここで、システムの最大能力を利用するために、基準条件のもとでシステムが構成される。さらに、基準条件に対する偏差が検出され、相応に目標値への追従制御が行われる。これにより、種々の境界条件に対して高いローバスト性が得られる。また、求められた実際値がラムダ制御によって高い精度で調整される。これは、空気供給装置および／または噴射装置の特性が内燃機関または車両の耐用期間の経過につれて変動する場合に特に有利である。

以下に本発明を図示の実施例に即して説明する。

以下に自動車の燃料量を制御する実施例に則して説明する。ただし、燃料量を表す別のパラメータ、特に直接噴射型内燃機関でのトルクおよび／または燃料調整部材（アクチュエータ）の駆動時間を用いてもよい。

図１には、本発明の装置の主な要素がブロック回路図として示されている。ここにはラムダ制御回路１００が示されている。結合点１０５の第１の入力側に第１の換算回路１１０の出力信号が供給され、第２の入力側にラムダ信号の実際値ＬＩが供給され、当該の結合点１０５の出力信号がラムダ制御回路１００に供給される。

以下に本発明をラムダ信号の処理の実施例に則して説明する。ただし本発明の方法はラムダ信号の処理のみに限定されない。本発明の方法は排気ガス中の残留酸素量を表す信号などにも適用可能である。特に酸素量をラムダ信号として使用することができる。また、相関的なラムダ値を使用することもできる。これらの値を以下ではラムダ信号と称する。

ラムダ制御回路１００は２つの信号の差に基づく信号Ｄを結合点１３５の第１の入力側へ送出する。結合点１３５の第２の入力側には第２の換算回路１２０の出力信号ＱＭが供給される。結合点１３５の出力信号は最小値選択回路１３０の第１の入力側へ印加される。最小値選択回路１３０の第２の入力側には噴射すべき燃料量に関する信号ＱＫが供給される。２つの信号が比較され、小さいほうの値がアクチュエータ１５０へ送出される。アクチュエータ１５０は内燃機関に対して所望の燃料量を調量する。

第１の換算回路１１０の出力信号は第２の換算回路１２０へ供給される。ベース値設定回路１６０は排気ガス温度のベース値Ｔを送出する。このベース値Ｔは結合点１６５の第１の入力側へ供給される。ベース値設定回路１６０には内燃機関の動作状態を表す異なる量Ｂ１，Ｂ２が供給される。結合点１６５の第２の入力側には第１の補正値設定回路１７７の出力信号Ｋ１が供給される。第１の補正値設定回路１７７には結合点１７５の出力信号が印加される。結合点１７５の第１の入力側には第１の基準値設定回路１７０の出力信号が印加される。第１の基準値設定回路１７０には内燃機関の動作点を表す異なる量Ｂ１，Ｂ２が印加される。結合点１７５の第２の入力側には第１の障害パラメータの第１の測定値Ｓ１が供給される。

結合点１９０の第２の入力側には第２の補正値設定回路１８７の出力信号Ｋ２が供給される。第２の補正値設定回路１８７には結合点１８５の出力信号が印加される。結合点１８５の第１の入力側には第２の基準値設定回路１８０の出力信号が印加される。第２の基準値設定回路１８０には内燃機関の動作点を表す異なる量Ｂ１，Ｂ２が印加される。結合点１８５の第２の入力側には第２の障害パラメータの第２の測定値Ｓ２が供給される。

障害パラメータの値Ｓ１，Ｓ２のほか、同様に別の障害パラメータの値を考慮することもできる。

結合点１６５の出力信号は結合点１９０へ供給され、場合によっては結合点１９５を介して入力量ＴＫとして第１の換算回路１１０へ供給される。

図示されている入力信号のほか、別のブロックにおいて別の入力信号を処理してもよい。

ベース値設定回路１６０には内燃機関の動作点に基づく排気ガス温度の許容可能最大値Ｔが格納されている。この値は所定の境界条件すなわち所定の基準条件のもとでの動作点に対して用いられる。内燃機関の動作点は主として内燃機関の負荷および回転数によって定義される。これらの量のほか、動作点を定義する別のパラメータを用いてもよい。このようにして排気ガス温度Ｔに対して求められた値は、当該の値が基準条件での値から偏差する場合に、障害パラメータを考慮して、追従制御される。

障害パラメータの考慮は、実際の境界条件と基準条件とを比較することにより行われる。基準条件に対する偏差が排気ガス温度に与える影響は本発明の方法が適用されているあいだ検出され、補正値設定回路１７７，１８７に特性曲線として格納される。制御量の形態に応じて、結合点１６５，１９０，１９５では加法補正または乗法補正が行われる。

基準値設定回路１７０，１８０には各境界条件が格納されている。例えば動作点に応じた吸入空気温度と排気ガス温度との関係が格納されている。格納されている値は基準条件のもとでの吸入空気温度の値に相応する。吸入空気温度の実際値Ｓ１が測定され、結合点１７５において動作点に応じた基準値と比較される。２つの値が異なっている場合、第１の補正値設定回路１７７により排気ガス温度を補正するための補正値が出力される。

これは、排気ガス温度のベース値Ｔが障害パラメータの実際値と基準値との差に応じて補正されることを意味する。障害パラメータとして、排気ガスの対向圧、温度または噴射パターンのうち少なくとも１つのパラメータが考慮される。温度のパラメータとして有利には吸入空気温度または機関温度が考慮される。例えば、吸入空気温度または機関温度が基準温度を上回る場合、高温の方向での補正が行われる。噴射パターンとして、複数の部分噴射が行われていることが考慮される。

図示の実施例では、２つの境界条件に対する２つの補正値が用いられている。もちろん、そのほかの補正値を用いることもできる。このことは結合点１９５に対する破線によって表されている。

補正された排気ガス温度値ＴＫは第１の換算回路１１０においてラムダ信号の目標値へ変換される。特に有利には、変換の際に機関の動作点を表す別のパラメータが考慮される。第１の換算回路では、変換を行ってもよいし、相応の特性曲線または相応の多次元特性マップを格納しておきそこから出力を取得してもよい。

このようにして求められたラムダ信号の目標値ＬＳはラムダ制御回路１００の目標値として用いられる。またラムダ信号の目標値はプリコントロール量を求めるためにも用いられる。つまり、第２の換算回路１２０が、ラムダ信号の目標値ＬＳに基づいて、空気量を考慮し、噴射燃料量の許容可能最大値ＱＭを計算する。この許容可能最大値ＱＫはラムダ制御回路１００の出力信号Ｄによって補正される。補正された許容可能最大値は最小値選択回路１３０へ印加される。最小値選択回路１３０で制限された燃料量の値がアクチュエータ１５０の駆動制御に用いられる。

これは、ラムダ信号の測定値および目標値に基づいて噴射すべき燃料量の最大値が設定されることを意味する。

本発明の別の実施例として、第１の換算回路１１０をベース値設定回路１６０と結合点１６５とのあいだに配置することもできる。これは、補正値設定回路１７７，１８７が温度信号ではなくラムダ信号を送出することを意味している。

図示されている入力信号のほか、別のブロックにおいて別の入力信号を処理してもよい。

１６０ ベース値設定回路、 １７０，１８０ 基準値設定回路、 １７７，１８７ 補正値設定回路、 １１０，１２０ 換算回路、 １３０ 最小値選択回路、 １００ ラムダ制御回路、 １５０ アクチュエータ、 １６５，１７５，１８５，１９０，１９５，１０５，１３５ 結合点

Claims (2)

1. 所定の基準条件のもとでの内燃機関の各動作点に対する排気ガス温度のベース値を設定するベース値設定回路と、
   前記排気ガス温度のベース値を、吸入空気温度または内燃機関温度または噴射パターンのうち少なくとも１つのパラメータの実際値と基準値との差に応じて補正するための補正値を設定する補正値設定回路と、
   前記排気ガス温度のベース値と前記補正値とに基づいて排気ガス温度の許容可能最大値を生成する排気ガス温度値生成手段と、
   前記排気ガス温度の許容可能最大値をラムダ信号の目標値へ変換する第１の換算回路と、
   前記ラムダ信号の目標値に基づいて噴射すべき燃料量の最大値を計算する第２の換算回路と
   を備える
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. さらに、前記噴射すべき燃料量を前記最大値へ制限するための最小値選択回路が設けられている、請求項１記載の内燃機関の制御装置。

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