JPH05340309A - 内燃機関の制御システム - Google Patents

内燃機関の制御システム

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JPH05340309A
JPH05340309A JP5037153A JP3715393A JPH05340309A JP H05340309 A JPH05340309 A JP H05340309A JP 5037153 A JP5037153 A JP 5037153A JP 3715393 A JP3715393 A JP 3715393A JP H05340309 A JPH05340309 A JP H05340309A
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fuel
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JP5037153A
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Manfred Birk
ビルク マンフレート
Gerhard Engel
エンゲル ゲルハルト
Peter Rupp
ルップ ペーター
Christa Wessel
ヴェッセル クリスタ
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Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 内燃機関の制御システムにおいてできるだけ
正確でかつ安価な制御装置を提供する。 【構成】 内燃機関、特に自己着火式内燃機関の制御シ
ステムにおいて、目標値マップ２００により燃料量ＱＫ
と回転数Ｎの運転パラメータに基づいて空気量目標値Ｍ
ＬＳが設定される。シミュレーション装置２３５により
ラムダセンサ１２５の出力信号に基づいて実際に消費さ
れた空気量ＭＬＩが計算される。閉ループ制御器２２０
は目標空気量と計算空気量の信号に基づいて操作量を形
成し、それが制御対象２３０に供給される。さらに、排
ガスの通過時間並びにセンサのデッドタイムを考慮して
閉ループ制御装置に入力される信号を時間的に適合させ
るための手段３４５、３５０が設けられる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の制御システ
ム、更に詳細には、少なくとも１つの第１の運転パラメ
ータに基づいて第１の信号を設定する第１の手段と、少
なくともラムダセンサの出力信号に基づいて第２の信号
を設定する第２の手段と、第１の信号および第２の信号
に基づいて第３の信号を設定し、それをアクチュエータ
に印加させる第３の手段を備えた、内燃機関、特に自己
着火式内燃機関の制御システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】このようなシステムは、ＤＥ−ＯＳ３４
０５４９５から知られている。同公報に記載されている
内燃機関の制御装置においては、過給圧はセンサで検出
せずに、センサとは無関係のシミュレーション装置によ
って計算される。このシミュレーション装置により過給
圧は回転数と噴射すべき燃料量に従って与えられる。
【０００３】さらに雑誌ＭＴＺ５０（１９８９）６、第
２６３頁以降の論文から内燃機関の排気ガス再循環率の
制御システムが知られている。この論文においては過給
ディーゼルエンジンの排気ガス再循環率を調節するシス
テムが記載されている。この装置においてはラムダセン
サが設けられており、ラムダセンサの出力信号が閉ルー
プ電子制御装置へ供給され、それにより排気ガス再循環
率を調節する絞り弁のサーボモータが駆動される。その
場合、アクチュエータを駆動するこの信号はラムダ目標
値とラムダ実際値との偏差に関係する。この閉ループ制
御回路に発生するデッドタイムを補償するためには、非
常に複雑な制御構造が設けられる。このような制御構造
は極めて高価であり、障害が発生し易い。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、内燃
機関の制御システムにおいて可能な限り正確でかつ安価
な制御装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この課題は本発明によれ
ば、少なくとも１つの第１の運転パラメータに基づいて
第１の信号を設定する第１の手段と、少なくともラムダ
センサの出力信号に基づいて第２の信号を設定する第２
の手段と、第１の信号および第２の信号に基づいて第３
の信号を設定し、それをアクチュエータに印加させる第
３の手段を備えた、内燃機関、特に自己着火式内燃機関
の制御システムにおいて、第１および第２の信号を時間
的に適合させる手段が設けられる構成により解決され
る。
【０００６】
【作用】本発明装置は従来技術に比較して、極めて正確
な内燃機関の制御を可能にし、従って内燃機関の排ガス
放出を著しく減少させることができる。本発明の好まし
い実施例が従属請求項に記載されいてる。
【０００７】
【実施例】以下、図面に示す実施例を用いて本発明を詳
細に説明する。
【０００８】図１は内燃機関の排気ガス再循環率を調節
するシステムを概略図示するものである。本実施例はデ
ィーゼル内燃機関に関する。ディーゼル内燃機関におい
ては本発明システムによって排ガス特性が著しく改良さ
れる。しかし本発明システムを他のタイプの内燃機関に
使用することもできる。
【０００９】内燃機関１００には新気管１０５を介して
新気が供給される。排ガスは排ガス管１１０を介して排
出される。排ガスはタービン１１５を介して排気管１２
０に達する。排気管１２０にはラムダセンサ１２５が配
置されている。
【００１０】タービン１１５は過給機１３０を駆動し、
吸気管１３５を流れる新気管１０５の空気が過給機に供
給される。排ガス管１１０と新気管１０５は排気ガス再
循環弁１３８を介して結合されている。
【００１１】さらに電子制御装置１４０が設けられてい
る。この制御装置は特に燃料量制御装置１４２と排気ガ
ス再循環制御装置１４４を有する。燃料量制御装置１４
２は噴射ポンプ１４５に信号を供給し、噴射ポンプはこ
の信号に従って内燃機関へ所定の燃料量を調量する。排
気ガス再循環制御装置１４４は電空変換器１５０と接続
されている。この電空変換器１５０により排気ガス再循
環弁１３８が操作される。
【００１２】ラムダセンサ１２５は信号を燃料量制御装
置１４２と排気ガス再循環制御装置１４４へ供給する。
電子制御装置１４０はさらに種々のセンサ１５５および
１６０と接続されている。
【００１３】この装置は次のように動作する。過給機１
３０は吸気管１３５を介して流入する空気を圧縮し、こ
の空気は次に新気管１０５を介して内燃機関１００へ達
する。内燃機関１００を出た排ガスは排ガス管１１０を
介してタービン１１５に達し、そこから排気管１２０へ
達する。その場合、タービン１１５により過給機１３０
が駆動される。
【００１４】排気ガス再循環弁１３８を介して、内燃機
関に供給される空気の組成を調節することができる。排
気ガス再循環制御装置はそのために対応したパルスデュ
ーティー比を有する信号を電空変換器１５０に供給す
る。パルスデューティー比が大きい場合には排気ガス再
循環弁１３８が開放し、それにより排気ガス再循環率が
大きくなる。同様にパルスデューティー比が小さい場合
には排気ガス再循環率が小さくなる。
【００１５】排気ガス再循環弁が閉じている場合には排
ガスは新気管には達せず、排気ガス再循環弁１３８が完
全に開放している場合にはかなりの部分の排ガスが新気
管１０５に達する。この種の装置はほぼ従来技術から知
られている。
【００１６】噴射ポンプ１４５は燃焼に必要な燃料量を
内燃機関１００へ供給する。電空変換器１５０により駆
動信号のパルスデューティー比に従って排気ガス再循環
弁が操作される。噴射ポンプ１４５の駆動信号と電空変
換器１５０のパルスデューティー比は電子制御装置１４
０によって設定される。そのために電子制御装置１４０
は種々の信号を評価する。それはまず、回転数センサ１
５５の回転数信号と、センサ１６０によってアクセルペ
ダル位置として検出される負荷信号である。さらにラム
ダセンサ１２５の出力信号が燃料量制御装置１４２と排
気ガス再循環制御装置１４４に供給される。
【００１７】好ましくはラムダセンサ１２５は、排ガス
の酸素濃度に比例する出力信号を供給するように構成さ
れている。
【００１８】図２には、本発明装置の実施例が概略的に
図示されている。すでに図１で説明された対応するブロ
ックは、図２においてもまたさらに他の図においても同
一の参照符号で示される。目標値マップ２００は少なく
とも回転数センサ１５５及び燃料量設定器２０５と接続
されている。目標値マップ２００は加算点２１５を介し
て閉ループ制御器２２０に量ＭＬＳを供給する。この信
号がシミュレーション装置２３５ないし予め形成された
制御値を出力する予備的な開ループ制御器（以下開ルー
プ制御器という）２４０へ供給できることが点線で図示
されている。
【００１９】閉ループ制御器２２０は加算点２２５を介
して制御対象２３０と接続されている。加算点２２５に
開ループ制御器２４０の出力信号を印加することもでき
る。ラムダセンサ１２５は制御対象に含まれる内燃機関
の排ガスの酸素濃度を検出する。この信号は入力量とし
てシミュレーション装置２３５へ達する。シミュレーシ
ョン装置２３５により加算点２１５には第２の信号が供
給される。シミュレーション装置２３５はさらに回転数
センサ１５５及び燃料量設定器２０５と接続されてい
る。破線で示すように、シミュレーション装置２３５を
さらに目標値マップ２００と接続することも可能であ
る。
【００２０】この装置は以下のように動作する。目標値
マップ２００には回転数Ｎと噴射すべき燃料量ＱＫに従
って例えば空気量に関する目標値ＭＬＳが格納されてい
る。噴射すべき燃料量ＱＫは燃料量設定器２０５によっ
て例えばアクセルペダル位置ないし走行速度制御器の出
力信号に従って設定される。
【００２１】吸入される空気量に関する目標値ＭＬＳは
加算点２１５において吸入された空気量の実際値ＭＬＩ
と比較される。この比較に従って閉ループ制御器２２０
が加算点２２５を介して操作量を制御対象２３０へ出力
する。
【００２２】制御対象は好ましくは内燃機関、内燃機関
の出力を定める燃料ポンプ及び排ガスを吸入空気へ還流
させる装置から構成される。燃料ポンプと排ガスを還流
させる装置は、噴射される燃料量ないし排気ガス再循環
率を決定するアクチュエータを有する。閉ループ制御器
２２０の出力信号に基づいて所定の排気ガス再循環率が
得られる。その場合、ラムダセンサ１２５を用いて内燃
機関の排ガスの酸素濃度が検出される。
【００２３】回転数Ｎと噴射すべき燃料量ＱＫに基づい
てシミュレーション装置２３５により閉ループ制御器２
２０の実際値ＭＬＩが定められる。実際の空気量ＭＬＩ
を定める場合に、シミュレーション装置２３５はラムダ
センサ１２５の出力信号を参照する。シミュレーション
装置は単に、通常制御時に使用される信号のみを用い
る。従って他のセンサは不要である。吸入された空気量
を検出するセンサは省くことができる。
【００２４】さらに開ループ制御器２４０が設けられて
おり、この開ループ制御器は目標値マップ２００に格納
されている目標値ＭＬＳに従って制御値を形成し、その
制御値が制御対象に供給される。この信号も同様に場合
によってはシミュレーション装置２３５にも供給され
る。
【００２５】空気量の代わりに目標値マップ２００に排
ガスの酸素含有量λを格納することもできる。その場合
にはシミュレーション装置２３５はシミュレートされた
ラムダ値を算出する。
【００２６】図３はシミュレーション装置２３５を詳細
に図示するものである。図を簡単にするためにセンサ１
５５と燃料量設定器２０５は多重に記載されているが、
それぞれ唯一の同一のものである。
【００２７】燃料量設定器２０５の出力信号は第１の増
幅素子（ゲイン素子）３２５を介して結合点３２０へ達
する。回転数センサ１５５の出力信号はＤＴ１素子３１
０と第２の増幅素子３１５を介して同様に結合点３２０
へ達する。特に好ましい実施例として、排気ガス再循環
制御装置１４４の出力信号あるいはそれに相当する信号
を増幅素子３２６を介して同様に結合点３２６へ達する
ようにすることができる。ブロック３２５、３１５、３
２６及び結合点３２０は好ましくは特性値マップ３５５
として実現される。
【００２８】特性値マップ３５５ないし結合点３２０の
出力にはシミュレートされた空気量信号ＳＭＬが発生す
る。この信号は加算点３３０とＰＴ１素子３３５を介し
て加算点２１５に達する。さらにＰＴ１素子３３５の出
力信号は換算装置３４０、デッドタイム素子３４５およ
び遅延素子３５０を介して比較点３６０へ達する。換算
装置３４０にはさらに燃料量設定器２０５の出力信号が
供給される。デッドタイム素子３４５の伝達特性はさら
に回転数Ｎに関係する。
【００２９】比較点３６０においてこの信号はラムダセ
ンサ１２５の出力信号ないしはそこから得られる空気比
λと比較される。比較点３６０の出力信号はスイッチン
グ手段３６５を介して積分制御器３７０へ達する。その
後積分制御器３７０の出力信号が加算点３３０の第２の
入力に印加される。
【００３０】過給シミュレーション装置の出力側に得ら
れる空気量に関する信号ＭＬＩはブロック３４０、３４
５、３５０において空気比λに換算される。ラムダセン
サ１２５によって測定された空気比との比較後に過給モ
デル（シミュレーション装置）は測定された空気比と計
算された空気比との偏差に基づいて積分制御器３７０を
介して調整（キャリブレーション）される。
【００３１】シミュレーションが、全負荷制御ないしス
モーク制限を予め制御するための空気量信号を形成する
のに使用される場合には、この調整は所定の運転状態が
存在する場合にだけ行われるようにすることができる。
そのためにスイッチング手段３６５は比較点の出力信号
を、この良好な所定の運転状態が存在する場合にだけ積
分制御器３７０へ供給する。その場合、良好な運転状態
とは定常的な全負荷である。
【００３２】排気ガス再循環率を閉ループ制御するため
にシステムが使用される場合には、調整は通常すべての
運転状態において実施される。排気ガス再循環率が特性
値マップ３５５において増幅素子３２６によって考慮さ
れる場合には、調整は所定の運転状態においてのみ行う
ようにすることができる。排気ガス再循環率が考慮され
ていない場合には、スイッチング手段３６５は常に閉鎖
しておかなければならない。
【００３３】図示の加算補正の代わりに、より複雑な構
成にすることもできる。すなわち例えば乗算補正あるい
は乗算補正と加算補正の組み合せで行うことができる。
他の実施例として、特性値マップ３５５を直接補正する
ようにすることもできる。その場合にはまた、異なる動
作点では異なる補正を行うことも可能である。
【００３４】ブロック３１０から３２６は、シミュレー
トされた空気量ＳＭＬを提供する過給シミュレーション
装置を形成する。この信号をＰＴ１素子３３５でフィル
タリングした後にＰＴ１素子の出力には実際に消費され
た空気量に関する信号ＭＬＩが得られる。特に好ましく
はＰＴ１素子３３５の時定数は種々の運転パラメータ３
３６に従って調節することができる。特に適しているの
は、時定数を回転数Ｎ、噴射すべき燃料量ＱＫあるいは
排気ガス再循環率を特徴付ける信号に関係させることで
ある。
【００３５】シミュレーション装置は、噴射すべき燃料
量ＱＫと回転数Ｎの入力量に基づいて、モデルとも呼ば
れるシミュレーションを用いて実際に消費される空気量
ＭＬＩを計算する。この計算の精度は、実際に必要とさ
れた空気量の値を示す測定量を検出することによって向
上させることができる。この種の信号は例えばラムダセ
ンサ１２５の出力信号である。
【００３６】排気ガス再循環を行なう内燃機関では、特
に好ましい実施例として、シミュレーションの際に排気
ガス再循環率を特徴付ける信号が使用される。この種の
信号としては特に、電空変換器１５０を駆動するパルス
デューティー比が適している。あるいは、排気ガス再循
環弁の位置ないし測定された排気ガス再循環率を示す信
号を使用することもできる。
【００３７】本実施例においては、シミュレーションに
よって求められた空気量信号ＭＬＩと噴射すべき燃料量
ＱＫに基づいて換算装置３４０において空気比が計算さ
れる。排ガス通過時間とラムダセンサ１２５のセンサ動
特性に従ってこの信号を時間的に適合させることが必要
である。そのために、排ガス通過時間を考慮するデッド
タイム素子３４５が設けられる。排ガス通過時間は内燃
機関の回転数に著しく関係する。従ってデッドタイムを
回転数に従って設定することが行なわれる。特に好まし
くはさらに他の運転パラメータが考慮される。遅延素子
３５０によってセンサ動特性が考慮される。遅延素子３
５０の出力には、シミュレートされた空気量ＭＬに対応
するラムダ信号が得られる。この信号はまた時間的な特
性からもラムダセンサ１２５の予測される出力信号に対
応する。
【００３８】モデルないしブロック３４０、３４５、３
５５が内燃機関ないし制御対象２３０の特性を正確に再
現しない場合には、ラムダセンサ１２５によって検出さ
れた信号と計算された量との間に差が生じる。この差は
積分制御器３７０へ供給される。この制御器は加算点３
３０に印加される信号を形成し、計算された量と測定さ
れた量間の偏差がゼロになるようにする。
【００３９】図４には吸気される空気量を計算する他の
シミュレーション装置２３５が示されている。このシミ
ュレーション装置は図３に示すシミュレーション装置を
簡単にしたものである。燃料量設定器２０５の出力信号
は直接過給マップ４００へ達する。回転数信号ＮはＤＴ
１素子４０５を介して加算点４０７に入力されるととも
に、直接この加算点に入力される。この加算点は同様に
過給マップ４００に接続される。過給マップ４００には
さらに圧力センサ４１０と温度センサ４１５の信号が供
給される。
【００４０】排ガス再循環を行なうシステムにおいて
は、過給マップ４００に排気ガス再循環率に関する信号
を供給することもできる。この種の信号としては特に電
空変換器１５０を駆動するパルスデューティー比が適し
ている。あるいはまた、排気ガス再循環弁の位置ないし
排気ガス再循環率を示す信号を使用することもできる。
【００４１】過給マップ４００の出力信号は、制限付き
ＰＴ１素子ともいわれる制限付き遅延素子４２０へ達す
る。このＰＴ１素子４２０にはさらに温度センサ４１５
の出力信号と回転数信号Ｎが供給される。その後ＰＴ１
素子４２０の出力信号は補正装置４３０へ達し、この補
正装置はさらに他の温度センサ４３５と接続される。
【００４２】過給マップ４００には噴射すべき燃料量Ｑ
Ｋと回転数Ｎに従って、吸入される空気量ないし過給圧
Ｐ２に関する値が格納されている。突然加速され、ない
しは減速された場合にはＤＴ１素子４０５によって増大
され、ないしは減少された空気量が要求される。
【００４３】特に好ましくは、出力信号をセンサ４１０
によって検出される大気圧Ｐ１、及び／または冷却水温
度ＴＷに関係させることが行なわれる。冷却水温度ＴＷ
は温度センサ４１５によって検出される。
【００４４】制限付きＰＴ１素子４２０によってこの信
号はフィルタリングされ、最大許容値に制限される。フ
ィルタ定数と最大許容値も温度、特に冷却水温度ＴＷ及
び／または回転数Ｎに関係する。
【００４５】特に好ましくはさらに、周囲空気温度Ｔ１
の影響を考慮する他の補正装置４３０が設けられる。そ
のために第２の温度センサ４３５の出力信号が参照され
る。このようにして補正装置４３０の出力には吸入され
た空気量ないし過給圧に関する信号が得られる。
【００４６】最も簡単な実施例においては、この量を計
算するためには噴射すべき燃料量に関する信号ＱＫと回
転数Ｎだけしか必要でない。他のセンサ、例えば大気圧
Ｐ１、冷却水温度ＴＷおよび周囲温度Ｔ１を検出するセ
ンサを使用することによって、この信号の精度を更に向
上させることができる。
【００４７】このシミュレーションは、好ましくは排気
ガス再循環が設けられない時に使用することができる。
排気ガス再循環が行なわれるシステムの場合には、排気
ガス再循環に関する信号４４５を考慮する他の補正段４
４０が必要である。この種の信号としては、特に電空変
換器１５０を駆動するパルスデューティー比が適してい
る。あるいはまた、排気ガス再循環弁の位置ないし排気
ガス再循環率を示す信号も使用することができる。この
シミュレーション装置の出力信号ＭＬＩは、結合点２１
５へ供給される。
【００４８】図５から図８には本発明システムの他の実
施例の構成が示されている。本実施例は、ディーゼル内
燃機関の排気ガス再循環率を閉ループ制御するシステム
である。
【００４９】図５に示す構成においては、目標値マップ
２００は回転数センサ１５５および燃料量設定器２０５
と接続されている。燃料量設定器は内燃機関に供給すべ
き燃料量を示す信号ＱＫを発生する。目標値マップは燃
焼に必要な空気量に関する信号ＭＬＳをデッドタイム素
子５３０を介して加算点２１５へ供給する。加算点２１
５の出力量は閉ループ制御器２２０へ達する。
【００５０】閉ループ制御器２２０の出力信号は制御対
象２３０に入力される。制御対象は電空変換器１５０、
排気ガス再循環弁１３８及び内燃機関１００からなる。
【００５１】ラムダセンサ１２５は信号を換算装置５０
０へ供給する。換算装置５００の出力信号は結合点５０
５へ達する。結合点５０５の出力信号は遅延素子５１０
を介して加算点２１５の第２の入力に達する。噴射すべ
き燃料量に関する燃料量設定器２０５の信号はデッドタ
イム素子５１５、遅延素子５２０および増幅素子５２５
を介して結合点５０５の第２の入力へ達する。
【００５２】この装置は次のように動作する。燃料量設
定器２０５はアクセルペダル位置と他の運転パラメータ
に従って、噴射すべき燃料量に相当する信号ＱＫを出力
する。この信号と回転数に基づいて目標値マップ２００
には燃焼に必要な空気量ＭＬＳが格納されている。
【００５３】ラムダセンサ１２５は、内燃機関の排ガス
の酸素濃度に相当する信号を発生する。好ましくはラム
ダセンサの出力信号は、排ガスの酸素濃度にほぼ比例す
る。換算装置５００には、排ガスの酸素濃度と空気比λ
間の関係を示すセンサ特性曲線が格納されている。
【００５４】換算装置５００によりラムダセンサ１２５
の出力信号に基づいて空気比λが求められる。結合点５
０５において空気比λと噴射すべき燃料量ＱＫに基づい
て実際に消費された空気量ＭＬＩが計算される。燃焼の
際に実際に消費された空気量ＭＬＩは ＭＬＩ＝１４．５＊λ＊ＱＫ の式に従って求められる。
【００５５】必要な空気量ＭＬＳと消費された空気量Ｍ
ＬＩの比較に基づいて閉ループ制御器２２０は制御対象
２３０、特に電空変換器１５０を駆動するパルスデュー
ティー比を発生する。この信号は、必要な空気量と実際
に消費された空気量の偏差がゼロになるように形成され
る。好ましくは少なくともＰＩ特性を有する閉ループ制
御器２２０が使用される。
【００５６】排ガス通過時間とセンサ信号の遅延によっ
て、種々の量が調和しなくなる。すなわち排ガスの場合
には回転数に関係する約２００ｍｓの排ガス通過時間が
発生する。ラムダセンサも同様に約２５ｍｓのデッドタ
イムと約１００ｍｓの遅延時間を有する。これは突然に
負荷が変化した場合、ないしは噴射すべき燃料量ＱＫが
変化した場合に、それはデッドタイムの経過後でなけれ
ば作用しないことを意味している。遅延時間が経過して
から初めて各値が新しい運転パラメータに調節される。
【００５７】従って動的なプロセスの場合には、デッド
タイムおよび遅延時間の間は目標値と実際値の間にシス
テム固有の偏差が発生する。その結果、この偏差は対応
する操作量をもたらし、それが制御対象に供給される。
そのことによっても制御特性が極めて劣化する（オーバ
ーシュート）。
【００５８】この欠点を除去するために、燃料量信号Ｑ
Ｋをそれに対応して遅延することが行なわれる。すなわ
ち燃料量信号ＱＫは制御対象ないしラムダセンサ１２５
の動的特性に適合される。そのために回転数に関係する
デッドタイム素子５１５および／または遅延素子５２０
が設けられる。これらの素子５１５および５２０によっ
て実際値の計算に必要な燃料量ＱＫがラムダ信号と同様
に遅延される。さらにそれに加えて、あるいはそれに代
えて、他のデッドタイム素子５３０を用いて目標値マッ
プ２００の出力信号ＭＬＳを遅延させることができる。
【００５９】他の実施例として、目標値マップ２００へ
供給される燃料量ＱＫを同様にデッドタイム素子および
／または遅延素子を用いて遅延させることもできる。
【００６０】減速運転（エンジンブレーキ）において
は、噴射すべき燃料量はゼロの値をとり、この場合には
空気質量がゼロと算出され、また切り替え過程において
は計算された空気量の急峻なピーク（実際の吸入空気に
おいては発生しない）が発生する。これは可能な限り制
限され、かつ好ましくはＰＴ１フィルタとして形成され
る遅延素子５１０によって減衰される。遅延素子５１０
はフィルタとして作用し、シミュレートされたデッドタ
イムの不整合に起因する短いパルスピークを除去する。
ＰＴ１フィルタの代わりに勾配制限を使用することもで
きる。この種の勾配制限も同様に短いパルスピークを除
去する。
【００６１】このようなシステムによって満足の行く運
転特性が得られる。しかし排気ガス再循環制御の動特性
は排ガスの通過時間（伝播時間）によって比較的悪くな
る。これは、排気ガス再循環が負荷変動に緩慢に反応す
ることを意味している。その理由は、加速の場合に空気
量計算がさらに遅延することによって閉ループ制御器が
緩慢になることである。動的な走行状態、例えば加速の
場合の排気ガス再循環の動特性に関する欠点は、以下の
実施例で説明する構成によって回避される。
【００６２】動的な運転におけるこの欠点をなくすため
に、予め制御を行なう開ループ制御が設けられる。この
ような開ループ制御を有するシステムが、例えば図６に
示されている。
【００６３】図５に設けられている素子群の他にさら
に、噴射すべき燃料量に関する信号ＱＫをＤＴ１素子５
３５に供給し、そこから非対称の増幅器５４０を介して
結合点５４５へ供給することが行なわれる。結合点５４
５において非対称の増幅器の出力信号が閉ループ制御器
２００の出力信号と結合される。それから結合点５４５
の出力信号は制御対象２３０へ供給される。
【００６４】このシステムは次のように動作する。すな
わち、燃料量ＱＫが突然変化した場合、ＤＴ１素子５３
５は対応した出力信号を発生する。非対称のゲイン特性
曲線を有する増幅器５４０においてこの信号はそれに対
応して増幅される。好ましくはこのゲイン特性曲線は、
信号が負である場合には信号が正である場合よりもゲイ
ンが小さくなるように設定される。
【００６５】ＤＴ１素子によって、負荷が突然変化した
場合燃料量が多い場合には制御対象２３０のアクチュエ
ータに、排気ガス再循環弁１３８を即座に閉鎖するパル
スデューティー比が供給される。従って、内燃機関が突
然加速された場合により多量の酸素が得られることが保
証される。それによって特に加速の場合でも煤の放出を
制限することができる。
【００６６】図７に示す実施例においては、増幅器５４
０の代わりにしきい値比較回路５５０が設けられてい
る。しきい値との比較検査の結果に従って閉ループ制御
器２２０の伝達特性が調節される。すなわち、閉ループ
制御器２２０の積分成分は、微分された信号ＱＫがしき
い値を越えた場合に、パルスデューティー比が小さくな
るような値に調節される。それによっても排気ガス再循
環弁１３８が閉鎖される結果になる。
【００６７】他の実施例が図８に示されている。回転数
センサ１５５と噴射すべき燃料量設定器２０５の出力信
号並びに閉ループ制御器２２０の出力信号が特性値マッ
プ５５５へ供給され、特性値マップの出力信号が制御対
象２３０へ導かれる。特性値マップ５５５は２つの特性
値マップ５６０と５６５から形成されている。特性値マ
ップ５６０には回転数信号と閉ループ制御器２２０の出
力信号が供給される。特性値マップ５６５には特性値マ
ップ５６０の出力信号と燃料量ＱＫが供給される。
【００６８】特性値マップ５５５は排気ガス再循環弁マ
ップとして示されている。このマップにはパルスデュー
ティー比ＴＶが回転数Ｎ、噴射すべき燃料量ＱＫおよび
閉ループ制御器の出力信号の関数として格納されてい
る。第１の特性値マップ５６０には閉ループ制御器の出
力信号と回転数Ｎに従って空気量が格納されている。第
２の特性値マップ５６５においては燃料量ＱＫと空気量
ＭＬＳに基づいて電空変換器１５０を駆動するパルスデ
ューティー比ＴＶが格納されている。このマップは、理
想的な開ループ制御に対応するように構成されている。
このマップによりデッドタイムと遅延時間が補償され
る。閉ループ制御器２２０は目標値からのわずかのずれ
のみを補償する。
【００６９】図９には本発明システムの他の実施例が図
示されている。上述の実施例においては排ガス管に配置
された酸素センサの出力信号に基づいて実際に必要とさ
れた空気量ＭＬＩが算出された。この空気量はその後実
際値として閉ループ制御器に供給され、この閉ループ制
御器により目標値に調節された。図９に示す実施例の場
合には空気量信号ではなく、ラムダセンサ１２５の出力
信号が直接処理される。このラムダセンサ１２５の出力
信号は排ガスの酸素濃度に比例する。
【００７０】目標値マップ６００には回転数センサ１５
５と燃料量設定器２０５の出力信号が供給される。マッ
プ６００の出力信号ＵＳはデッドタイム素子６１０を介
して加算点６１５へ達し、加算点の出力信号が閉ループ
制御器６２０へ供給される。この制御器の出力信号は結
合点６３０を介してアクチュエータ６５０へ達し、そこ
から制御対象２３０へ達する。制御対象２３０には酸素
センサ１２５が配置されており、酸素センサからは信号
ＵＩが加算点６１５の第２の入力へ供給される。結合点
６３０の第２の入力にはブロック６４０の出力信号が印
加される。
【００７１】この装置は次のように動作する。本実施例
においてはセンサ電圧が制御量となる。目標値マップ６
００にはラムダセンサ１２５の出力電圧に関する目標値
ＵＳが回転数Ｎと噴射すべき燃料量ＱＫに従って格納さ
れている。この信号はデッドタイム素子６１０において
回転数に従って遅延される。デッドタイム素子は、この
デッドタイム素子６１０のデッドタイムが突然の負荷変
動に対するラムダセンサ１２５の出力信号ＵＩのデッド
タイムに対応するように選択される。さらに、センサ動
特性を考慮する遅延素子を設けることもできる。
【００７２】加算点６１５においてこの信号がラムダセ
ンサ１２５の実際の出力信号ＵＩと比較される。この比
較に基づいて閉ループ制御器６２０は制御対象２３０に
含まれるアクチュエータに対する操作量を形成する。必
要な場合には、この信号はＰ素子６５０で増幅される。
【００７３】さらに、結合点６３０においてブロック６
４０の出力信号を加算するようにすることもできる。ブ
ロック６４０は予め制御値を出力する開ループ制御装置
である。Ｐ素子６５０の出力には電空変換器を駆動する
パルスデューティー比ＴＶが出力される。
【００７４】本実施例においてもシステムの動特性が悪
くなる。この欠点を除去するために、図１０に示す構成
が設けられる。本実施例においては特性値マップ７００
が設けられており、このマップは排気ガス再循環弁マッ
プとよばれ、マップ内には回転数、噴射すべき燃料量お
よび閉ループ制御器６２０から得られる操作量に従って
電空変換器のパルスデューティー比ＴＶが格納されてい
る。
【００７５】第１の特性値マップ７１０には閉ループ制
御器６２０の操作量と回転数に従って第１の特性値が格
納されている。この第１の特性値と噴射すべき燃料量に
従って第２のマップ７２０にはパルスデューティー比Ｔ
Ｖが格納されている。閉ループ制御器６２０は操作電圧
を３次元マップ７００へ出力する。
【００７６】燃料量が飛躍した場合に閉ループ制御器６
２０は目標および実際値回路におけるデッドタイムによ
って最初は反応しない。しかし噴射すべき燃料量ＱＫは
マップ７２０を介してパルスデューティー比ＴＶを即座
にそれに応じて変化させる。従って燃料量の飛躍によっ
て遅延なしに排気ガス再循環率の減少がもたらされる。
デッドタイムの経過後に閉ループ制御器６２０はラムダ
センサの出力信号ＵＩを動作点に対応して変化された目
標電圧ＵＳに調節する。
【００７７】図１１に示す他の実施例においては、さら
に加算点６３０を介して目標値マップ６００の出力信号
が閉ループ制御器６２０の出力信号に重畳される。それ
によって閉ループ制御器と並列に目標値マップ６００の
出力信号に従って開ループ制御器６４０が作用する。そ
の場合に目標値ＵＳは弁用マップ７００を介してパルス
デューティー比を制御する。弁用マップが誤差なしで弁
製造品に適合する場合には、閉ループ制御器６２０は定
常的に作用させる必要はない。その場合には閉ループ制
御器６２０は単に個々の弁の製造品間の誤差を補正する
だけである。
【００７８】開ループ制御の精度を向上させるために、
パルスデューティー比を用いる弁用マップの代わりに出
力信号として電流出力信号を使用することが行なわれ
る。さらに温度効果とバッテリ電圧補正を補償する電流
制御器が設けられている。
【００７９】図１２には本発明システムの他の実施例が
図示されている。このシステムにおいては制御対象をシ
ミュレートするためにモデルが使用されており、このモ
デルはラムダセンサ１２５によって測定された信号を用
いて調整（キャリブレーション）される。この調整は好
ましくは空気量が良好に定められる動作点においてのみ
実施される。この種の好ましい動作点は、例えばアイド
リングないしは排気ガス再循環が行われない運転状態で
ある。
【００８０】比較点２１５の出力信号は閉ループ制御器
９００に達する。閉ループ制御器９００の出力信号は制
御対象２３０と結合点９３０へ供給される。ラムダセン
サ１２５の出力信号はオブザーバ９１０へ供給される。
このオブザーバは結合点９１５を有し、その結合点にラ
ムダセンサ信号が供給される。
【００８１】結合点９１５の出力信号は加算点９２０に
達する。この加算点の出力信号はスイッチ９２２を介し
て積分器９２５、比例素子９３５および第２の比例素子
９４５へ供給される。積分器９２５と比例素子９３５の
出力信号は両方とも結合点９３０へ達する。この結合点
の出力信号は遅延素子９４０を介して加算点９５０へ達
する。加算点９５０の第２の入力には第２の比例素子９
４５の出力信号が印加される。
【００８２】結合点９５０の出力信号は実際に吸入され
た空気量ＭＬＩを示し、結合点２１５とデッドタイム素
子９６０に供給される。デッドタイム素子９６０の出力
信号は負の符号で加算点９２０へ達する。結合点９１５
の第２の入力には燃料量設定器２０５の出力信号が印加
される。
【００８３】この装置は以下のように動作する。すなわ
ち、モデル９１０は閉ループ制御器９００の出力信号に
基づいて実際に必要とされた空気量ＭＬＩを算出する。
このモデル９１０はシミュレータあるいはオブザーバと
もよばれる。というのは噴射すべき燃料量ＱＫに基づい
て同様に空気量を設定するからである。遅延素子９４０
とデッドタイム素子９６０により制御対象の伝達特性が
第１近似でシミュレーションされる。遅延素子９４０は
制御対象２３０に対応し、デッドタイム素子９６０が排
ガス通過時間を再現する。
【００８４】デッドタイム素子９６０の出力信号はモデ
ルが理想的な場合ラムダセンサ１２５の出力信号に相当
する。そのために、結合点９１５において噴射すべき燃
料量とラムダセンサの出力信号を使用して、同様に空気
量の次元を有する信号が設定される。加算点９２０へ供
給されるこの２つの信号が同一である場合には、理想的
なモデルが存在する。それに対して異なっている場合に
は、モデルはそれに応じて調整しなければならない。こ
れは、まず積分器９４５によって、それから２つの増幅
器９３５と９４５によって印加量を形成することによっ
て行われる。
【００８５】本システムの他の実施例が図１３に図示さ
れており、この場合にはカスケード制御器となってい
る。結合点２１５の出力信号は第１の閉ループ制御器９
９０に達し、かつ結合点９７０を介して第２の閉ループ
制御器９７５に達する。その後制御対象２３０に第２の
閉ループ制御器９７５の出力信号が供給される。ラムダ
センサによって検出された信号は直接比較点２１５へ供
給される。結合点９７０にはシミュレーション装置９８
０の出力信号が印加され、シミュレーション装置には種
々のセンサ信号が供給される。
【００８６】回転数と噴射すべき燃料量ＱＫに基づいて
目標値マップ２００には空気比λが格納されている。こ
れは比較点２１５においてラムダセンサ１２５によって
検出された空気比と比較される。この比較結果は第１の
閉ループ制御器９９０へ供給される。この制御器は好ま
しくは少なくとも積分特性を有する。この制御器は第２
の閉ループ制御器９７５の目標値を形成する。この目標
値は結合点９７０へ供給される。結合点９７０の第２の
入力にはシミュレーション装置９８０の出力信号が印加
される。このシミュレーション装置は種々の変量、例え
ば噴射すべき燃料量や回転数に基づいて実際値を計算す
る。この種のシミュレーション装置の実施例は図３と４
に記載されている。結合点９７０の出力信号は閉ループ
制御器９７５へ供給される。この第２の制御器は好まし
くはＰあるいはＰＴ特性を有する。この制御器は制御対
象２３０に印加される操作量を形成する。
【００８７】図１４には本発明システムの他の実施例が
図示されており、この実施例では噴射される燃料量を調
節するアクチュエータが駆動される。
【００８８】図５に示す実施例とは異なり、本実施例に
おいては燃料量設定器２０５の出力信号はデッドタイム
素子５１５と遅延素子５２０を介して目標値マップおよ
びシミュレーション装置２３５へ供給される。
【００８９】シミュレーション装置の出力信号はさらに
スモーク用マップ１０００へ供給される。スモーク用マ
ップ１０００の第２の入力には燃料量設定器２０５の出
力信号が印加される。スモーク用マップは噴射ポンプに
印加される信号を結合点１０１０へ供給する。
【００９０】結合点１０１０の第２の入力にはラムダ閉
ループ制御器１０２０の出力信号が印加される。ラムダ
制御器は測定されたラムダ値と目標値設定器１０３０か
ら供給される目標値との比較に基づいて信号を形成す
る。
【００９１】この装置は以下のように動作する。上述の
図においてすでに説明してある排気ガス再循環制御の他
に、ラムダ制御器１０２０が設けられている。このラム
ダ制御器は特に全負荷運転において噴射すべき燃料量を
定める。このラムダ制御器はデッドタイムと遅延時間に
よって変化する運転状態に緩慢にしか反応しない。
【００９２】この理由から開ループ制御器が設けられ
る。この開ループ制御器はほぼスモーク用マップから形
成される。このスモーク用マップには、運転者の要求に
相当する噴射すべき燃料量ＱＫと排気ガス再循環に関し
て計算された空気量の値に基づいて噴射すべき許容燃料
量が格納されている。この燃料量信号は結合点１０１０
においてラムダ制御器の出力信号に好ましくは加算的に
重畳される。
【００９３】上述のシステムは以下の構成において特に
好ましく使用される。上述のシミュレーションに基づい
て吸入された空気量ＭＬＩが計算される。この計算には
本質的に他のセンサは不要である。計算されたこの空気
量は、故障監視を実施するために使用される。すなわち
例えば空気量センサを有するシステムにおいては、空気
量センサの出力信号を計算された空気量信号と比較する
ことによって空気量センサの機能のチェックが行われ
る。２つの値が所定の値以上に互いに隔たっている場合
には、故障と見ることができる。計算された値と測定さ
れた値との比較に基づいて燃料調量ないし混合気形成の
領域の故障を識別するすることができる。
【００９４】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば内燃機関の制御システムにおいて可能な限り正
確でかつ安価な制御装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】排気ガス再循環を行なう過給内燃機関の制御シ
ステムを概略図示するブロック図である。
【図２】本発明装置の実施例を示すブロック図である。
【図３】シミュレーション装置の詳細を説明するブロッ
ク図である。
【図４】シミュレーション装置の他の実施例を示すブロ
ック図である。
【図５】空気量の制御を行う本発明システムの他の実施
例の構造を示すブロック図である。
【図６】空気量の制御を行う本発明システムの他の実施
例の構造を示すブロック図である。
【図７】空気量の制御を行う本発明システムの他の実施
例の構造を示すブロック図である。
【図８】空気量の制御を行う本発明システムの他の実施
例の構造を示すブロック図である。
【図９】ラムダセンサの出力信号を制御する本発明シス
テムの他の実施例のブロック図である。
【図１０】図９に示すシステムで開ループ制御を備えた
実施例を説明するブロック図である。
【図１１】図９に示すシステムで開ループ制御を備えた
他の実施例を説明するブロック図である。
【図１２】制御対象のモデルを備えたシステムの実施例
を示すブロック図である。
【図１３】カスケード制御器を備えたシステムの実施例
を示すブロック図である。
【図１４】噴射される燃料量を調節するアクチュエータ
を駆動する本発明システムの実施例を示すブロック図で
ある。
【符号の説明】
１２５ ラムダセンサ ２００ 目標値マップ ２２０ 閉ループ制御器 ２３０ 制御対象 ２３５ シミュレーション装置 ２４０ 開ループ制御器
フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０２Ｄ 41/02 ３２５ Ｅ 8011−3Ｇ 41/14 ３１０ Ｃ 8011−3Ｇ ３２０ Ａ 8011−3Ｇ 41/40 Ｈ 8011−3Ｇ 43/00 ３０１ Ｈ 7536−3Ｇ Ｎ 7536−3Ｇ (72)発明者 ゲルハルト エンゲル ドイツ連邦共和国 7000 シュトゥットガ ルト 30 ブルクハルデンヴェーク ８ア ー (72)発明者 ペーター ルップ ドイツ連邦共和国 7148 レムゼック ２ ドゥアラッハーヴェーク ２ (72)発明者 クリスタ ヴェッセル ドイツ連邦共和国 7141 オーバーリーキ シンゲンミュールシュトラーセ 27

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくとも１つの第１の運転パラメータ
    （ＱＫ、Ｎ）に基づいて第１の信号（ＭＬＳ、ＵＳ）を
    設定する第１の手段（２００）と、少なくともラムダセ
    ンサ（１２５）の出力信号に基づいて第２の信号（ＭＬ
    Ｉ）を設定する第２の手段（２３５）と、第１の信号お
    よび第２の信号に基づいて第３の信号を設定し、それを
    アクチュエータ（２３０）に印加させる第３の手段（２
    ２０）を備えた、内燃機関、特に自己着火式内燃機関の
    制御システムにおいて、 第１および第２の信号を時間的に適合させる手段（５１
    ５、５２０、５３０、６１０、２３５）が設けられるこ
    とを特徴とする内燃機関の制御システム。
  2. 【請求項２】 第２の手段が少なくともラムダセンサの
    出力信号と第１の運転パラメータに基づいて第２の信号
    （ＭＬＩ）を設定することを特徴とする請求項１に記載
    のシステム。
  3. 【請求項３】 アクチュエータにより排気ガス再循環率
    および／または噴射される燃料量が調節されることを特
    徴とする請求項１あるいは２に記載のシステム。
  4. 【請求項４】 時間的に適合させる手段は少なくとも１
    つのデッドタイム素子および／または遅延素子を有する
    ことを特徴とする請求項３に記載のシステム。
  5. 【請求項５】 遅延素子および／またはデッドタイム素
    子の伝達特性が運転パラメータに従って制御可能である
    ことを特徴とする請求項４に記載のシステム。
  6. 【請求項６】 必要な空気量に対応する第１の信号が噴
    射すべき燃料量と回転数に基づいて設定されることを特
    徴とする請求項１から５までのいずれか１項に記載のシ
    ステム。
  7. 【請求項７】 第２の信号がシミュレーション装置によ
    って少なくとも噴射すべき燃料量に基づいて設定される
    ことを特徴とする請求項１から６までのいずれか１項に
    記載のシステム。
  8. 【請求項８】 シミュレーション装置は少なくとも１つ
    のマップを有し、このマップに燃料量、回転数および排
    気ガス再循環率を特徴付ける量に従って第２の信号が格
    納されることを特徴とする請求項７に記載のシステム。
  9. 【請求項９】 シミュレーション装置が所定の運転状態
    においてラムダセンサの出力信号を用いて調整可能であ
    ることを特徴とする請求項７あるいは８に記載のシステ
    ム。
  10. 【請求項１０】 第１の手段が少なくとも１つのデッド
    タイム素子を有し、かつ第３の信号が排気ガス再循環率
    を調節するアクチュエータに印加されることを特徴とす
    る請求項１に記載のシステム。
  11. 【請求項１１】 必要な酸素濃度に対応する第１の信号
    が噴射すべき燃料量と回転数に基づいて設定されること
    を特徴とする請求項１０に記載のシステム。
  12. 【請求項１２】 第３の信号が目標値として他の閉ルー
    プ制御器に供給され、その場合対応する実際値がシミュ
    レーション装置（９８０）によって設定されることを特
    徴とする請求項１から１１までのいずれか１項に記載の
    システム。
  13. 【請求項１３】 噴射すべき燃料量に基づいてアクチュ
    エータを駆動する信号を発生する開ループ制御装置が設
    けられることを特徴とする請求項１から１２までのいず
    れか１項に記載のシステム。
  14. 【請求項１４】 開ループ制御装置がＤＴ１素子並びに
    非対称のゲイン特性曲線を有する増幅器を有することを
    特徴とする請求項１３に記載のシステム。
  15. 【請求項１５】 開ループ制御器は、ＤＴ１素子の出力
    信号がしきい値を越えた場合に、排気ガス再循環率が小
    さくなるように第３の手段の伝達特性を調節することを
    特徴とする請求項１３あるいは１４に記載のシステム。
  16. 【請求項１６】 開ループ制御装置は、少なくとも回転
    数と第３の手段の出力信号に基づいてアクチュエータを
    駆動するパルスデューティー比を設定する特性値マップ
    を有することを特徴とする請求項１３から１５までのい
    ずれか１項に記載のシステム。
  17. 【請求項１７】 開ループ制御装置がさらに、噴射すべ
    き燃料量に関係する量を考慮することを特徴とする請求
    項１３から１６までのいずれか１項に記載のシステム。
  18. 【請求項１８】 開ループ制御装置がさらに第１の信号
    に関係することを特徴とする請求項１３から１７までの
    いずれか１項に記載のシステム。
  19. 【請求項１９】 第１及び／あるいは第２の信号が故障
    の識別に使用されることを特徴とする請求項１から１８
    までのいずれか１項に記載のシステム。
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