JP2008215361A - 内燃機関の制御方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 内燃機関のモニタリングを改善する。
【解決手段】 内燃機関の最大許容トルクｍｉｚｕｌを少なくともドライバにより操作可能な操作要素の位置の関数として求める。内燃機関の実際トルクｍｉｉｓｔを求める。両方のトルクを比較し、実際トルクが最大許容トルクを超えたときにエラー反応ステップが開始され、内燃機関の充填量を表す信号が決定される。充填量決定の範囲内特に空気質量流量測定の範囲内にエラーが推測されたときに上記のトルク比較が遮断され且つ他のモニタ機能が作動される。
【選択図】 図２

Description

本発明は内燃機関の制御方法及び装置に関するものである。

ドイツ特許公開第１９５３６０３８号から内燃機関の制御方法及び装置が既知であり、この場合、内燃機関の運転の確実性を保証するために、少なくともドライバにより操作可能な操作要素の位置に基づいて内燃機関の最大許容トルクが形成される。この最大許容トルクが内燃機関の実際トルクと比較される。実際トルクが最大許容トルクを超えた場合、これは制御のエラー機能に基づくものであり、従って実際トルクが再び最大許容トルク以下に低下するまでエラー反応ステップ特に内燃機関への燃料供給の遮断が行われる。この場合、最大許容トルクに基づくモニタリングは内燃機関の実際トルクの精度に依存する。トルクは、負荷又は充填量を示す変数（例えば供給された空気質量流量）に基づいて計算される。従って、精度は主として負荷ないし充填量の決定の精度に依存する。従って、充填量の決定においてエラーがある場合、確実なトルク比較にも拘わらず内燃機関からドライバが希望する以上のトルクが出力されることがある。これは例えば、潜在エラーが小さすぎる空気質量流量信号、負荷信号又は充填量信号を与えたときに発生し、従ってこれらから計算された内燃機関の実際トルクは実際に出力されたトルクに比較して小さくなっている。

内燃機関のモニタリングを改善することが本発明の課題である。

上記課題は、内燃機関の最大許容トルクが少なくともドライバにより操作可能な操作要素の位置の関数として求められ、前記内燃機関の実際トルクが求められ、当該求められた実際トルクが最大許容トルクを超えたときにエラー反応ステップが開始され、前記内燃機関の充填量を表す信号が決定される内燃機関の制御方法において、充填量決定の範囲内特に空気質量流量測定の範囲内にエラーが推測されたときに上記のトルク比較が遮断され且つ他のモニタ機能が作動されることを特徴とする本発明の内燃機関の制御方法により解決される。

上記課題はまた、最大許容トルクを少なくともドライバにより操作可能な操作要素の位置の関数として求め、更に内燃機関の実際トルクを求める電子式制御ユニットを備える内燃機関の制御装置であって、前記電子式制御ユニットは、両方のトルク値を相互に比較し前記内燃機関の実際トルクが最大許容トルクを超えたときにエラー反応ステップを開始する比較要素を含み、前記電子式制御ユニットは更に内燃機関の充填量を表す信号を決定する、内燃機関の制御装置において、前記電子式制御ユニットが、充填量決定の範囲内特に空気質量流量測定の範囲内にエラーが推測されたときにこのトルク比較を遮断し且つ他のモニタ機能を作動させる手段を含むことを特徴とする本発明の内燃機関の制御装置により解決される。

以下に本発明を図面に示す実施形態により詳細に説明する。
図１は内燃機関を制御するための電子式制御ユニットを示し、該電子式制御ユニット１０は入力回路１２、少なくとも１つのマイクロコンピュータ及び出力回路１６を含む。上記の要素は、通信結合部１８を介して相互間のデータ交換のために相互に結合されている。入力回路１２に入力ライン２０、２２、２４及び２６が接続されている。該入力ライン２０、２２、２４及び２６は、機関回転速度ｎｍｏｔを測定するための測定装置２８、内燃機関に供給されるフレッシュ空気量ｈｆｍを測定するための測定装置３０、加速ペダルの位置ｗｐｅｄを測定するための測定装置３２、及び内燃機関の絞り弁の位置ｗｄｋを測定するための測定装置３４と接続されている。更に、他の入力ライン３６ないし４０が設けられ、入力ライン３６ないし４０は対応する測定装置４２ないし４６から内燃機関及び／又は車両の他の運転変数を供給し、これらの運転変数は内燃機関の制御のために評価される。このような運転変数は、例えば吸気温度、大気圧、吸気管圧力、排気ガス組成等である。制御ユニット１０は、出力回路１６を介して内燃機関の出力を制御するための出力信号を出力する。出力回路１６は、これらの出力信号を介して燃料供給量（ライン４８により記号で示されている）、点火時点（ライン５０により記号で示されている）及び内燃機関の充填量（ライン５２により記号で示されている）を内燃機関の絞り弁により設定する。更に、少なくとも１つのエラーランプ５４が設けられ、該エラーランプ５４はエラーの場合に制御ユニット１０により出力回路１６及び出力ライン５６を介して操作される。

好ましい実施形態においては、制御装置の正常運転において、従来技術から既知のように、少なくとも加速ペダル位置ｗｐｅｄ及び機関回転速度ｎｍｏｔに基づいて内燃機関のトルクに対する目標値が与えられるように設計されている。次に、このトルク目標値は一方で、空気質量流量信号ｈｆｍの関数として決定される内燃機関のフレッシュガス充填量、内燃機関の吸気管内の関係及び機関回転速度を考慮して内燃機関の絞り弁に対する目標位置に変換され、この目標位置が位置制御回路を介して制御される。他方で、目標値は、点火角及び／又は燃料の計量供給に関する内燃機関の実際の設定を考慮して燃料の計量供給及び設定すべき点火角に対する目標値に変換される。同時に、これらの調節は最終的に内燃機関のトルクを所定の目標値に制御するために使用される。更に、適応λ制御が設けられ、このλ制御は混合物組成を所定の比率に保持する。この制御装置の設定値（例えば制御装置の適応値又は設定値）が所定の制限値を超えた場合、エラーが検出され且つエラーランプ５４が操作される。更に、制御装置の作動の確実性を保証するために、冒頭記載の従来技術から既知のトルク比較が行われる。

以下に記載の実施形態においては、充填量を決定するために対応するセンサにより出力される信号即ち内燃機関に供給される空気質量流量を表す信号を評価する制御装置が記載されている。この場合、この信号が検出されない潜在エラーを有しているという想定が与えられる。記載の方法は、空気質量流量信号の代わりに吸気管圧力信号が充填量決定の基礎となるときにおいても同様に使用される。更に、検出される潜在エラーがない場合に、供給される信号それ自身内のエラーのほかに、エラーを有する充填量信号を導く、信号の評価の範囲内のエラーにもまた使用可能である。

測定装置３０により測定される空気質量流量信号ｈｆｍは、内燃機関の制御のときに燃料供給量、点火時点の計算のためのガイド値として、及び上記のように絞り弁を設定するためのガイド値として使用される。空気質量流量測定の範囲内のエラーないし精度不良は、内燃機関のトルクをドライバにより希望された値以上に上昇させることがある。特に、絞り弁がドライバの希望値以上に開かれたときにこのような状態が発生することがある。これは例えば、小さすぎる空気質量流量の値（それに応じて小さすぎる充填量値）が求められた場合である。

極端な場合、空気質量流量測定又は充填量決定において上記のようなエラー特性がある場合、加速ペダルを放したときにこの位置において許容される値より約５０％多いアイドリングトルクが設定されることがある。エラーを有する空気質量流量信号（ないしエラーを有する充填量決定）のために、この信号に基づいて計算された内燃機関の実際トルクが正しくないので、従来技術から既知のトルク比較によるこのエラーの検出は全ての運転状態において可能ではない。

従って、本発明により、空気質量流量測定又は充填量決定の範囲内でエラーが推測された場合、トルク比較が遮断され且つ他のモニタ機能に切り換えられる。この場合、好ましい実施形態においては、加速ペダルを放し且つ機関回転速度が所定のしきい値（例えば１５００ｒｐｍ）以上であるとき、内燃機関への燃料供給を遮断するモニタ機能が使用される。このモニタ機能は充填量決定の範囲内でエラーが存在する場合のみ使用されるので、排気ガス組成、触媒及び乗り心地への悪影響は無視しなければならない。

エラー検出のために次の特性が使用される。上記の場合、内燃機関の混合物組成はリーンにされる。λ制御は、一般的にはλ＝１である所定のλ目標値を設定することを目的として、できるだけ急速に燃料供給量を修正する。λ制御のこの特性はエラー検出のために評価される。

図２に示す系統図にモニタ手段への切換が示されている。系統図の形式は次の図３の場合と同様にわかりやすいように選択されている。好ましい実施形態においては、図示の方法は、制御ユニット１０のマイクロコンピュータ１４のプログラムとして実行される。図２ないし図３に示されている要素は、このような方法を実行するためのプログラム、プログラム部分又はプログラムステップを示している。

第１の特性曲線群１００において、加速ペダル位置ｗｐｅｄ及び機関回転速度ｎｍｏｔから内燃機関の最大許容トルクｍｉｚｕｌが読み取られる。他の特性曲線群１０２において、供給された空気質量流量信号ｈｆｍ及び機関回転速度ｎｍｏｔ並びに実際の点火角設定の効率から内燃機関の実際トルクｍｉｉｓｔが計算される。両方の信号は比較段１０４に供給され、比較段１０４は、実際トルクｍｉｉｓｔが最大許容トルクｍｉｚｕｌより大きいときに、場合によりある遅れ時間後に出力信号を出力する。比較段１０４が出力信号を出力した場合、内燃機関への燃料供給を遮断させるエラー反応が開始される（安全上からの燃料遮断ＳＫＡ）。これにより内燃機関の実際トルクは低減され且つ再び最大許容トルク以下に低下する。

上記の理由から、空気質量流量測定及び／又は充填量決定の範囲内にエラーが予測される場合、このトルク比較は遮断され且つ他のモニタ機能が開始される。これは切換要素１０６により行われ、段１０７において推測によりエラーの存在が決定された場合に切換要素１０６は実線の位置から破線の位置に切り換えられる。このようなエラーが推測された場合、他の比較段１０８が出力信号を出力しているときに安全上からの燃料遮断が作動される。この比較段１０８には機関回転速度ｎｍｏｔ並びに信号ＬＬが供給され、信号ＬＬは加速ペダルが放されていることを示している。この場合、好ましい実施形態においては、加速ペダルが放されていることは、加速ペダル位置ｗｐｅｄが所定のしきい値を下回っていることにより検出される。これはしきい値段１１０において求められ、しきい値段１１０は加速ペダル位置が所定のしきい値以下に低下したときに出力信号を発生する。しきい値段１１０が出力信号を発生している場合、比較段１０８は供給された機関回転速度を例えば１５００ｒｐｍに存在する所定の機関回転速度と比較する。機関回転速度がこの最大回転速度を超えた場合、比較段１０８は安全上からの遮断ＳＫＡを開始させる出力信号を出力する。

従って、空気質量流量測定ないし充填量決定の欠陥が推測された場合、トルク比較が遮断され、且つ好ましい実施形態においてはモニタ機能が作動され、該モニタ機能は、加速ペダルを放している場合に所定の機関回転速度を超えたときに内燃機関への燃料供給を遮断する。

他の有利な実施形態においては、加速ペダルを放しているときに機関回転速度が所定の最大値と比較されるだけでなく、種々の加速ペダル位置の範囲に対して種々の最大機関回転速度が与えられ又は加速ペダル位置の関数として特性曲線から所定の最大機関回転速度が導かれ、この最大機関回転速度を超えたときに内燃機関への燃料供給が遮断される。

段１０７において、充填量決定の範囲内にエラーが存在するか否か、特に空気質量流量測定がエラーを有するものと推測されるか否かが決定される。これは種々の方法で行うことができる。

最も簡単な場合、測定空気質量流量信号ｈｆｍと絞り弁位置ｗｄｋとの間で妥当性に関して比較が行われ、この場合、両方の値が相互に許容できない相違があるときに空気質量流量測定の範囲内のエラーが推測される。この場合、一方の値が他方の値に換算されなければならない（例えば絞り弁位置が空気質量流量に換算される）。

他の実施形態においては、λ制御の特性が利用される。エラーを有する空気質量流量信号特に小さすぎる空気質量流量信号が存在する場合、ドライバの希望の関数として実際に供給されるこのときのより大きいほうの空気質量流量に対し極めて少量の燃料質量流量が噴射される。この結果、λ制御が燃料計量供給を補正し且つ燃料質量流量を上昇させる。この運転状態においてλ制御の制御係数及び／又は適応係数がある時間の後に対応する制限値を超えたとする。このとき燃料供給の範囲内に、この状態においては好ましくない内燃機関の定常的なリーンな運転を形成させるエラーが推測される。対応するエラーフラグがセットされ且つエラーランプが操作される。この場合、上記の方法により充填量決定特に空気質量流量測定の範囲内にエラーが推測されるので、モニタ機能への切換が行われる。この場合、エラー検出時間は比較的長くなるが、充填量決定の範囲内の顕在エラーが検出されないで存在する潜在エラーの確率のみが裏付けられるので、この検出時間遅れはそれほど重要ではない。

他の実施形態においては、上記の両方の検出手段の組合わせが設けられている。このために、絞り弁位置から吸気管内の関係を考慮して計算された空気質量流量が、センサを介して測定された空気質量流量と比較される。その差が積分段に供給され、該積分段の出力信号が絞り弁位置から計算された空気質量流量の補正のために使用される。絞り弁位置に基づいて計算された空気質量流量と測定された空気質量流量との間でもまた調節が行われる。この調節係数が所定の範囲内にある場合、λ制御の係数が所定のしきい値を超えているか否かが検査される。ある時間長さにわたり測定空気質量流量と計算空気質量流量との間に極めて小さい差が存在するときがこの場合である。このとき、上記のように混合物組成の調節のためにλ制御が係合し、これが所定のしきい値を超えた制御係数及び／又は適応係数を形成する。この両方の条件が満たされた場合、充填量決定特に充填質量流量測定の範囲内に潜在エラーが推測され、モニタ機能に切り換えられる。

空気質量流量測定の範囲内の潜在エラーの推測のための上記の基準は、個々に又は任意の組合せで使用される。
上記の最後の２つの基準が図３の系統図に示されている。

段２００において、少なくとも１つのλ制御係数ｆｒに基づいて燃料計量供給装置のリーンな方向への不適切な調節が検出されたとする。これが対応する出力信号を出力し、該出力信号は、エラーフラグをセットし、警報ランプ５４を操作し且つＯＲゲート２０２を介してモニタ機能への切換（切換要素１０６）を行わせる。

更に、段２０４において絞り弁角度ｗｄｋが吸気管内の関係を考慮して空気質量流量ｍｓｄｋに換算される。空気質量流量ｍｓｄｋは、比較段２０６において測定された空気質量流量ｍｓｈｆｍ（信号ｈｆｍ）と比較される。その差Δが積分段２０８に供給され、該積分段２０８の出力信号が空気質量流量ｍｓｄｋを補正（加算又は乗算）するために補正段２１０に供給される。積分段２０８の出力信号は更にしきい値要素２１２に供給され、該しきい値要素２１２は積分段２０８の出力信号が所定の範囲内に存在するときに出力信号を出力する。更に、λ制御係数ｆｒ特に適応係数が、しきい値要素２１４において所定のしきい値と比較される。この制御係数がこのしきい値を超えた場合、しきい値要素２１４は出力信号を出力する。それぞれのしきい値要素２１２及び２１４からの出力信号はＡＮＤゲート２１６に供給され、該ＡＮＤゲート２１６の出力信号はＯＲゲート２０２を介してモニタ機能への切換のために供給される。この場合、積分段２０８の状態が所定のしきい値を超えることなく、即ち所定の範囲内に存在し、一方λ制御の制御係数が所定のしきい値を超えているときにモニタ機能へ切り換えられる。

空気質量流量測定の範囲内のエラーのほかに、このように、空気質量流量信号を充填量信号に更に処理する範囲内のエラーが検出されるので、そこに潜在エラーが存在する場合においてもまたモニタ機能への切換が行われる。

本発明は上記のように構成されているので次のとおりの効果を奏する。
負荷又は充填量の決定の範囲内に潜在エラー従って検出されないエラーが存在する場合に内燃機関のモニタリングが改善される。負荷又は充填量の決定の範囲内に潜在エラーが存在するために既知のトルク比較によっては検出されない、ドライバの希望に対して大きすぎる内燃機関のトルクが有効に対処される。

負荷ないし充填量の決定の範囲内に潜在エラーが推測されたときにのみ、負荷及び充填量の決定が正確なときには内燃機関の運転の確実性を保証するトルク比較から他のモニタ機能に切換が行われることは有利である。

これが、λ制御の診断の評価により及び／又は空気質量流量信号の評価により、絞り弁の位置から計算された空気質量流量信号の評価により、及びλ制御の係数の評価により求められることは有利である。

内燃機関の制御ユニットの全体ブロック回路図である。 モニタ機能への切換を示すブロック回路図の形の系統図である。 負荷ないし充填量の決定の範囲内の潜在エラーの検出可能な方法を示す系統図である。

符号の説明

１０ 電子式制御ユニット
１２ 入力回路
１４ マイクロコンピュータ
１６ 出力回路
２８ 測定装置（機関回転速度）
３０ 測定装置（空気質量流量）
３２ 測定装置（加速ペダル位置）
３４ 測定装置（絞り弁位置）
４２、４６ 測定装置（その他の運転変数）
５４ エラーランプ（警報ランプ）
１００ 第１の特性曲線群
１０２ 他の特性曲線群
１０４、１０８、２０６ 比較段
１０６ 切換要素
１０７ 推測エラー決定段
１１０ しきい値段
２００ 検出段
２０２ ＯＲゲート
２０４ 換算段
２０６ 積分段
２１２、２１４ しきい値要素
２１６ ＡＮＤゲート

Claims (8)

1. 内燃機関の最大許容トルクが少なくともドライバにより操作可能な操作要素の位置の関数として求められ、
   前記内燃機関の充填量を表わす信号が決定され、
   前記内燃機関の実際トルクが前記内燃機関の充填量を表わす信号の関数として求められ、
   第１モニタ機能により、当該求められた実際トルクが最大許容トルクを超えたときにエラー反応ステップが開始される内燃機関の制御方法において、
   充填量決定の範囲内にエラーが推測されたとき、前記第１モニタ機能の上記のトルク比較が遮断され、且つ、第２モニタ機能が作動されることを特徴とする内燃機関の制御方法。
2. 前記第２モニタ機能は、前記操作要素の所定の位置において機関回転速度が所定の機関回転速度を超えたときに反応が開始されるように構成されていることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記操作要素の所定の位置は、前記操作要素を放した位置であることを特徴とする請求項２記載の方法。
4. ペダルの全範囲又はその一部に対し機関回転速度が与えられ、この機関回転速度を超えたときに燃料供給が遮断されることを特徴とする請求項２記載の方法。
5. 充填量決定の範囲内のエラーを検出するために、測定された空気質量流量が絞り弁の位置に基づいて計算された空気質量流量と比較され又はその逆で比較され、且つ両方の信号値間に許容できない偏差が存在する場合に、エラーが推測されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の方法。
6. 空気質量流量が調節されたとき、λ制御の係数が所定のしきい値を超えたときに充填量決定の範囲内にエラーが検出されることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項の記載の方法。
7. 燃料供給装置の診断がしきい値をリーンの方向に超えたことを示したときに充填量決定の範囲内にエラーが検出されることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載の方法。
8. 最大許容トルクを少なくともドライバにより操作可能な操作要素の位置の関数として求め、更に内燃機関の充填量を表わす信号を決定し、更に内燃機関の実際トルクを前記内燃機関の充填量を表わす信号の関数として求める電子式制御ユニットを備える内燃機関の制御装置であって、
   前記電子式制御ユニットは、第１モニタ機能により、両方のトルク値を相互に比較し前記内燃機関の実際トルクが最大許容トルクを超えたときにエラー反応ステップを開始する比較要素を含み、
   前記電子式制御ユニットは、充填量決定の範囲内にエラーが推測されたとき、前記第１モニタ機能のトルク比較を遮断し、且つ、第２モニタ機能を作動させる手段を含むことを特徴とする内燃機関の制御装置。

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