JPH02504178A - 過給される内燃機関の制御 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 過給される内燃機関の制御 藍ｉ立旦ヱ 本発明は、請求項】の上位概念に記載の過給される内燃機関の吸気圧を制御する 方法に関する。本発明はまた、請求項５の上位概念に記載の過給される内燃機関 の吸気圧を制御する装置に関する。この種の方法および装置は公知である（西独 国特許出馴公闘第３１２９５８６号公報）、この公知の方法および装置において 、特性領域により出力、排気ガスの成分、排気の煤煙含有量等を考慮して所望の 吸気圧が決定される。結果として、この種の方法および装置を使用する過給され るディーゼル機関は、動作時間の大部分の間、すなわち快適な巡航走行速度にお ける走行期間に、燃焼のため過度に多くの空気が供給される。過剰空気は簡単１ ；圧縮されかつそれから排出される。その結果は非効率でありしかも燃料消費が 高くなる。

えにヱ１ これらの欠点は、請求項１の特徴部分に記載の方法および請求項５の特徴部分に 記載の装置によって取り除かれる。これにより吸気圧は、大抵の車両が大抵の時 間の開動作している範囲である部分負荷範囲に低減される。

請求項６に記載のように、特性領域を、種々の機関速度および目標出力（ディー ゼル機関の場合番；はストローク当たりに噴射される種々の燃料量まＩ；はガソ リン機関の場合には種々の空気量）に対して、しかし所定の吸気温度、例えば５ ０℃に対して目標吸気圧を設定するｔ：めに曲線範囲を含む３次元領域とすると 有利である。しかしながら、吸気温度は重要な動作パラメータでありかつ請求項 ２．３．７８よび８の手段を採用することによって吸気温度を考慮することがで きる請求項４．９およびｌＯの構成の採用によって、機関が機械的に過負荷され ないことを保証することができる。

改曳されｔ；ザーポ制御は、請求項１１および１２の構成を組み合わせることに よって実現することができる。

請求項１３ないし１６によれば、オーバブーストを準備することができる。

図面 以下に本発明を添付図面を参照して実施例を用いて説明する。図面中 第１図は、本発明による制御装置に整合された過給されるディーゼル機関のブロ ック略図であり、第２図は、制御装置のブロック回路図であり、第３図は、制御 装置の記憶部に記憶されている特性領域の曲線図であり、 第４図は、制御装置の別の記憶部に記憶されている制御特性領域の曲線図であり 、 第５図は、簡単化された制御装置のブロック回路図であり、 第６１ｍは、第２図の制御装置の一部の一層詳細なブロック回路図であり、 第７図は、オーバブーストを説明するための波形図である。

里】Ｌ匠！」虹盟 第１図は、機関ｌＯに導かれている吸気通路１６中に圧縮機］４を含んでいる過 給機１２および機関ｌＯから出ていく排気ガス通路２０中のタービン１８に整合 されている機関１０を示している。タービン１８は圧縮機１４を速度ｎＬで駆動 する。タービン】８の出力バタービン１８をバイパスするバイパス通路２４中の バイパス弁２２（所謂“廃棄ゲート”）を用いて調整することができる。空力式 アクチュエータ２６がバイパス弁２２を操作する。バイパス弁および通路を設け る代わりに、タービンを幾何学形状が変化するものとすることができ、これによ り空力式アクチュエータはタービン幾何学形状を調整することによってタービン 出力を調整する。空力式アクチュエータは電気空力変換器２８によって制御され る。図示の実施例において、アクチュエータ２６はダイアフラム３０を有してい る。ダイアフラムはばね３２１：よってバイパス弁２２の閉鎖方向ｌ二おいてバ イアスされている。ばねは、室３４に真空を供給すことによつてバイパス弁２２ を闘放することができる。変換器２８は制御されて、入力＠３８に受信される電 気制御変数ＴＶに応答して導管３６を介して室３４に源Ｐｕから真空を供給する 。

真空源Ｐｕは機関ｌＯによって駆動される真空ポンプとすることができる。

制御変数ＴＶは電子調整装置４０から供給される。

電子調整装置は後に説明するような種々の動作パラメータおよび、圧縮機１４か ら送出される変化する圧力の実際の絶対値ＰＬａを含んでいるフィードバック信 号を受取る。このために、圧縮機１４の出口側における吸気通路１６中に圧力変 換器４２が配設されておりかつそれは導線４４によって調整装置４０に接続され ている。電気空力変換器２８に供給される制御変数ＴＶは可変の衝撃係数を有す るパルス列の形をしておりかつ変換器２８はこのパルス列の衝撃係数に比例して 導管３６における真空を調整するように構成されている。

第２図は、過給機１２、圧力変換器４２、調整装置４０、変換器２８、アクチュ エータ２６およびバイパス弁２２によって形成されるサーボループを示している 。変換器２８８よび空力式アクチュエータ２６は第２図においてサーボモータ４ ６として示されておりかつバイパス弁２２および過給ａ１１２は関数路４８とし て示されている。調整装置４０は、特性領域が記憶されている記憶１！Ｓｓｏを 有している。この記憶部から、運転者によってセットされるような（ペダル位置 ）機関出力を表す入力パラメータＭＥ、に応じてかつ機関速度ｎに応叫て吸気圧 の目標絶対値ＰＬｄが送出される。この特性領域は、機関出力パラメータＭＥ、 の値の範囲にわたる機関速度に対して最適な吸気圧ＰＬｄをプロットしているも のと考えることができる。最適な吸気圧ＰＬｄは、一定の速度においてトップギ アで走行しているとき例えば１１００ｋ当ｔ；つのリッター数において測定され る、最小燃料消費量を実現するために経験的に得られたものである。

第３図は、記憶部５０に記憶されている典型的な特性領域を示している。第３図 において、ディーゼル機関の電気ガバナまたはガソリン機関の電子噴射系から容 易に導出可能であるパラメータのような、シリンダ毎の作勤行程当たりｒｎｇと して表されている燃料供給量の種々の値に対して、絶対吸気圧ＰＬｄが機関速度 に関してプロットされている。出力は、行程光たりに噴射される燃料量および機 関速度の積に依存しているので、噴射された燃料量はそれぞれ所定の速度におけ る目標出力の尺度である。

いずれのタイプの機関および過給機に対しても特性領域を決定するためｊ；、１ つまたは複数のプロトタイプに基づいた連続検査を行うことが必要である。この ようＪニジて、機関速度の範囲およびトルク出力の範囲にわたって吸気圧に対し て固有燃料消費量がプロットされている一連の曲線が形成される。その際固有燃 料消費量は有利には、消費される燃料ｇ当たりのＫＷｈ出力（″制動馬力２）と して測定される。それ以下では排気ガスが煤煙を含むようになる低い吸気圧限界 値も記されている。その場合特性ダ域はこれらグラフから計算することができる 。

絶対吸気圧の目標値Ｐ　および実際値ＰＬａは、フンｄ パレータ５２に供給されかつその結果生じる誤差信号は、ＰＩクントーラ５４に 供給される。ＰＩコントーラ５４からの出力変数ＴｖＲは、制限器５６および加 １Ｊ５８ｔ−通ってサーボモータ４６の制御入力側に制御変数ＴＶとして供給さ れる。制限器５６は、圧力変換器４２の欠陥のような、サーボループに障害が発 生した場合に変数ＴｖＲが制限されることを保証するなめに吸気圧の最大値を決 定する。Ｐ１コントローラ５４はただ単に、安定した状態の精度を改良するため 、すなわち吸気圧を安定化するためにのみ用いられる。

制＠器５６の存在のため、記憶部５０、コンパレータ５２およびＰＩコントロー ラ５４を含んでいる制御回路は劣悪な応答特性を有している。ダイナミック応答 特性を改良するために、制御変数ＴＶは実際には２つの変数から得られる。すな わち予備制御部６０かもの出力変数ＴＶ　　および変数ＴｖＲであるが、変数五 ＴｖＲは制限器５６によって制限されており、変数ＴｖＫも加算部５８に供給さ れる。

ダイナミック応答特性を改良するために、出力パラメータＭＥ、は有利には遅延 される微分素子（ＤＴＩ素子）である予備制御部６０に供給される。

記憶部６２に記憶された制御特性領域は、導線４４ｔ−介してコンパレータ５２ に至るフィードバックを含んでいる上述のサーボループに障害が発生した場合に 動作に係わってくる。記憶部６２からの出力度数ＴＶ、は、加算部５８を介して サーボモータ４６に供給される。第４図は、この種のスタンバイ動作にｉｆｆる 典瓜的な制御特性領域を示している。第４図は、目標制御変数の衝撃係数が目標 吸気圧に代わって縦軸に沿ってプロットされている点を除いて、第３図に類似し てプロットされている。パルス列の衝撃係数はこの場合における“オン”時間間 隔および“オフ″時間間隔の和（またはパルス周期）に対する“オフ”時間間隔 （まｔ；はスペース）の比である。その理由は、１００％の衝撃係数は、バイパ ス弁２２が完全に開放されておりかつその結果吸気圧が最小であることを意味す るからである。

記憶部６２に記憶されている制御特性領域は、記憶！！１５０における特性領域 から計算されているが、実際吸気圧ＰＬａ８よび制御変数ＴＶの衝撃係数の間の 関係の非直線性を考慮するように修正されている。

いくつかの適用例において、第５図に示された比較的簡単な装置が有利であるこ とが認められている。第２図の部分と同じ部分には同じ参照番号が付されている 。吸％圧変換器４２の障害に基づいて第５図の装置の連続動作を可能するために とられた手段を、第６図の以下の説明から明らかにする。

第６図は、特性領域が記憶されている記憶部５０からの出力を温度に応じてどの ように補正することができるかを示している。この特性領域は、例えば５０℃ま たは３１３＠にの規定の吸気圧から計算されかつその出力ＰＬｄ５０は温度補正 回路６４に供給される。圧縮機１４の下流側にある吸気導管１６中の温度センサ を用いて絶対値として測定される、吸気温度の実際値はまた、周知の一般ガス方 程式Ｐ　／　ｐ　−ＲＴに従って吸気圧の目標値を補正する温度補正回路６４に も供給される。この構成は第２図および第５１！ｌの実施例に適用可能である。

第５図の吸気圧のサーボ制御の微分部は過度変動を著しく大ぎく増幅する可能性 があるので、適当なダイナミック前置７４ルタ６６が第６図に図示されているよ うに、コンパレータ５２の前に設けられている。結果的に、吸気圧を安全な最大 値に制限するために前置フィルタ６６およびコンパレータ５２の間に制限器５６ ａを設けることが必要である。コンパレータからの出力はＰｌ（Ｄ）制御部５４ １１に導かれている。二のＰＩ（Ｄ）制御部の制御は制限されておりかつその出 力は電子スイッチ６８を介して、出力段に接続されている導線７０に送出される 。これら出力段は、電気空力サーボモータおよびサーボモータ４６を形成してい る空力式アクチユエータ２６によって表されている。

電子スイッチ６８はサーボループの障害に基づいて自動的に切り換えられる。こ れにより吸気圧が、入力パラメータＭＥ、および機関速度ｎが供給される記憶！ Ｂ６２に記憶されている制御特性領域によって調整されることが可能になる。電 子スイッチ６８は、制御変数Ｔ　Ｖ　ｓが遮断されている通常の位置において示 されている。サーボループにおける障害の発生に基づいて、スイッチ６８は、導 線７０がＰｉ（Ｄ）制御部５４ａから切り離されかつそれに代わって変数Ｔｖｓ を受は取るように接続されている別の状態に切り換えられる、記憶［６２に記憶 されている制御特性領域は、著しく高い吸気圧ＰＬａを回避するように選定され ている。

電気空力変換器２８の応答はその入力パルス列のピーク電圧番；依存しているの で、記憶部６２１；おける制御特性領域からの出力は、車両バッテリーの電圧υ Ｂにおける変動を考慮するために補正されなければならない、このために、バッ テリー電圧ＵＢは制御回路７２に供給される。制御回路の出力側は、記憶部６２ とスイッチ６８との間の加算部７４に供給される。この構成は、第２＠および第 ５図の装置に適用可能である。

所望される迅速な加速（アクセルペダルのキックダウン）に対して増加される吸 気圧（オーバブースト）を設定すると有利でありかつ機関は短時間の間の比較的 高い吸気圧から結果的に生じるまたは機関が冷えているときの比較的高いシリン ダ圧力に耐えることができるようになる。

オーバブーストメ：対する準備は、第６図の回路Ｌ；おいて、制限器５６ａに、 ペダル行程センサを用いて得られかつアクセルペダル速度に依存しておりかつ限 界値を高めるかまｔ；は最大吸気圧の限界値を取除くために機関動作パラメータ ｙかも得られるパラメータＸを供給することによって行うことができる。パラメ ータＸはアクセルペダル速度の実際測定値であるかまたは所定の行程、例えばそ の可能な全行程の８０％ないし１００％にわたってペダルを押圧するのに要した 時間の測定値とすることができる。パラメータｙは、アクセルペダルの抑圧の所 定の短い時間の前のアップまｔ；はダウン方向ギアチェンジの発生とすることが できるので、オーバブーストはギアチェンジの直後にしか生じえない。パラメー タｙの別の可能性は、機関速度ｎがアクセルペダルの抑圧前に所定の速度以下に あることを表す信号である。その場合オーバブーストは、機関が比較的低い速度 から加速されたときのみ使用することができる。

オーバブーストを設定する別の方法は、排気ガス温度のような、温度ＴＡを供給 することである。この温度は第６図Ｉ；も示されているように、制限器５６ａに 供給される機関温度を指示している。その場合オーバブースト、すなわち比較的 高い最大吸気圧は、機関が比較的冷えた状態にとどまっている限り作用可能であ るが、機関が一旦ウオームアップすると不可能になる。

ディーゼル機関の場合にオーバブースト状態下で動作するとき、一層高いトルク および出力を得るために噴射される燃料量を増加することも可能である。このこ とは、追い越しのような特定の行動の間有利である反対に、増大されたトルクを 得るために短期間の間噴射される燃料量を増加するようになっている電子ガバナ に整合されているディーゼル機関に対する燃料噴射系の使用によって、バイパス 弁２２またはバイパス通路２４における別の弁を一時的に増加される燃料量をト リガする信号を用いて閉鎖することができる。この信号は、ペダル位置変換器か ら導出することができる。第７図の上側のグラフには、運転者によって選択され て生じるような典型的なペダル行程Ｗが時間ｔに関してプロットされている。下 側のグラフは、オーバブースト状態下する特別な燃料量ΔＭＥおよび特別な吸気 圧ΔＰＬａを表している。真ん中のグラフは、オーバブーストを実施する！：め に利用可能な時間を表している。

オーバブーストは、ペダルが実線で示されているように１００％の行程に達する ときの瞬間ｔ＊かも！ｉ！施する二とができる。その場合オーバブーストは第１ 図、第２図および第３図の回路１：無関係に動作する。

オーバブーストは短い長さの時間、例えば２０ないし３０ｓｅｃを趣えては持続 できずかつオーバブーストは比較的長い間隔が経つまでは繰り返すことができな いように構成すると有利である。このことは、機関が損傷を受けないようにする ため、および排気ガス温度が著しく高くならないようにするためである。オーバ ブーストをタイミング制御するために積分器を設けることができ、すなわちオー バブーストを採用可能な時間ｔ。Ｂｌ＆制御するためといえる。排気ガスは、全 出力に近い出力範囲において走行するとき、一層高くなる。８Ｉ分器は、ペダル 行程変換器からの出力が全行程の例えば７０％であるしきい値Ｗ　を上回るとき トリガされる。その場合オーバーブストに対して使用可能な時間ｔＯＢは、高出 力範囲における運転が統いているとき、徐々に短くなる（１線的または指数関数 的）、従って、最上位のグラフに示されているように、ペダルが最大値に達する 七きオーバブーストに対して比較的短い時間ｔ１のみが使用可能である。ペダル 行程変換器出力がｔｏｏにおいてしきい値Ｗ１以下に低下するまでは、積分器は 引き続くオーバブーストを許容しかつオーバブースト１；対して使用可能な時間 ｔＯＢを徐々ぷ；に増加させるように再動作状態にはならない。

オーバブーストの終了時に、噴射される燃料量および吸気圧は、適当な時間間隔 ｔ　　にわたってその規ｒａ功ｐ 定の許容最大値まで低減することができる。

、二椋Ｊ 、ｒ　／４７　を三 ｅ　対１ｆｉ−％　圧”　ｂａｒ） 慕　；　ミ　葺　瓦ｋ　瓦　；　葺　謹　講　ミｏ０　　ロ　　ロ　　＝　　　 ０　　００　　　ｃ　　　ロ　　ロ　　ロ　　　ロ　　〜寡 衝撃係数　　　Ｃ″） 、乙Ｃ 国際調査報告 −１１”〜−＾−一−−一・　　　ｐｃ丁／ＥＰ　　ＢＢ１０Ｏ３９５国際調査 報告 εＰ　８８００３９５

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. １．過給される内燃機関、例えばディーゼル機関の吸気圧（ＰＬ３）を、少なく とも１つの動作パラメータに依存しかつ特性領域に従って制御する方法において 、 吸気圧を、殊に、部分負荷領域において最適な燃料消費を突現するために調整す ることを特徴とする吸気圧の制御方法。
2. ２．吸気圧（ＰＬＤ）を吸気温度に依存して調整することを特徴とする請求項１ 記載の方法。
3. ３．所定の吸気温度に対する最適な吸気圧（ＰＬｄ５０）を、特性領域から取り 出しかつ該最適な吸気圧を（ＰＬｄ５０）を、実際の吸気温度に従って、有利に は少なくとも近似的に一般ガス方程式に従って、所望の吸気圧（ＰＬＤ）を発生 するために補正することを特徴とする請求項２記載の方法。
4. ４．最大吸気圧を、機関に対する機械的損傷および／または過度に高い排気温度 を回避する値に制限することを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項記 載の方法。
5. ５．機関（１０）に導かれている吸気通路（１６）にあってかつ機関（１０）か らの排気通路（２０）にあるタービン（１８）によって駆動される圧縮機（１４ ）を有する過給機と、吸気圧を変化するための調整装置（２６）、有利にはター ビン（１８）をバイパスする調整可能なパイバス（２２，２４）と、吸気圧の実 際値（ＰＬａ）を検出するための圧力センサ（４２）と吸気圧の所望の値（ＰＬ ｄ）に対する特性領域が記載されているメモリ（５０）とを備えている、過給さ れる内燃機関、殊にディーぜル機関の吸気圧（ＰＬａ）を制御するための装置に おいて、メモリ（５０）に記憶されている特性領域は、機関（１０）の燃料消費 を最少化するために調整装置（２６）を制御するように、有利には経験的に決定 されていることを特徴とする吸気圧の制御装置。
6. ６．所望の機関負荷に相応するパラメータ（ＭＥｄ）が、有利には少なくとも１ つの別の動作パラメーク（ｎ）と共にメモリ（５０）に供給されることを特徴と する請求項５記載の装置。
7. ７．吸気温度に従って所望の吸気圧（ＰＬａ）を調整するための温度センサを備 えていることを特徴とする請求項５または６記載の装置。
8. ８．メモリ（５０）に記載されている特性領域には特定の吸気温度が属しており 、かつ前記メモリ（５０）の出力側は温度補正回路（６４）に接続されており、 該温度補正回路には、所望の吸気圧（ＰＬＤ）を得るために温度センサからの信 号（ＴＬ）が供給されることを特徴とする請求項７記載の装置。
9. ９．所望の吸気圧値および実際の吸気圧値がコンパレータ（５２）に供給され、 該コンパレータの出力により、該コンパレータからの誤差信号の大ささを低減す る方向においてタービン出力を調整するために調整装置（２６）が作動されるこ とを特徴とする請求項７または８記載の装置。
10. １０．メモリ（５０）と調整装置（２６）との間に、所望の吸気圧（ＰＬｄ）を 最大値に制限するための圧力制限器（５６）が設けられていることを特徴とする 請求項９記載の装置。
11. １１．メモリ（５０）とコンパレータ（５２）との間にダイナミック前置フィル タ（６６）が設けられていることを特徴とする請求項９または１０記載の装置。
12. １２．コンパレータ（５２）と調整装置（２６）との間にＰＩ調整器（５４）が 設けられていることを特徴とする請求項９から１１までのいずれか１項記載の装 置。
13. １３．機関からの出力ブーストを得るために最大所望吸気圧（ＰＬｄ）を高める ための、ペダルキックダウンに応等する要素が設けられていることを特徴とする 請求項１０記載の装置。
14. １４．機関が暖まっているとき、例えば排気ガス温度が所定の値を上回ったとき 最大所望の吸気圧の増大を防止するための温度に応答する切換装置を備えている ことを特徴とする請求項１３記載の装置。
15. １５．機関からの出力ブーストを得るために最大所望の吸気圧（ＰＬｄ）を増大 するための、ギアチェンジに直ぐ続く加速に応答する要素が設けられていること を特徴とする請求項１０または１３記載の装置。
16. １６．過給機、吸気圧変化するための調整装置、吸気圧を最大値に制限するため の圧力制限器、および前記最大吸気圧を一時的に増大するためのオーバブースト 装置を有している、過給される内燃機関、殊にディーゼル機関の吸気圧（ＰＬａ ）を制御する装置、もっと特定すれば請求項５ないし１０のいずれかに記載の装 置において、 噴射される燃料量が規定の最大値を越えて一時的に増大すると同時に、オーバブ ーストが作用するようにしたことを特徴とする吸気圧の制御装置。