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技術 内燃機関を安定動作に制御する方法及び装置

出願人 ローベルトボツシユゲゼルシヤフトミツトベシユレンクテルハフツング
発明者 マンフレートビルクペータールップリューディガーフェールマンウヴェマイエンベルクフランクアイヒホルン
出願日 1995年12月18日 (25年11ヶ月経過) 出願番号 1995-329004
公開日 1996年8月27日 (25年2ヶ月経過) 公開番号 1996-218924
状態 特許登録済
技術分野 内燃機関に供給する空気・燃料の電気的制御
主要キーワード マーキング数 周波数固有 セグメントホイール 振幅応答特性 同等化 制御器パラメータ 各制御器 点火周波数
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この項目の情報は公開日時点(1996年8月27日)のものです。
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図面 (3)

目的

内燃機関安定動作に制御する方法及び装置においてシリンダをより一層均等に制御できるように改善を行うこと。

構成

回転数信号を少なくとも2つのフィルタ手段によって異なる周波数フィルタリング可能にし、フィルタリングされた回転数信号から少なくとも2つの周波数固有の安定動作実際値と、安定動作目標値と、固有周波数制御偏差を検出する。

概要

背景

この種の内燃機関安定動作に制御する方法及び装置は、ドイツ連邦共和国特許出願公開第3336028号公報(米国特許第4688535号明細書)から公知である。この公報では内燃機関を安定動作に制御するための方法及び装置が開示されている。この公報の装置では内燃機関の各シリンダに1つの制御部が割当てられている。この制御部は対応付けられた制御偏差に依存して、所属するシリンダ毎調整特性量を形成する。制御偏差は、個々のシリンダに対応付けられる実際値目標値から得られる。実際値としては2つの燃焼サイクルの間の時間間隔かないしはセグメントホイールによって規定されるセグメント持続時間が用いられる。目標値は全ての実際値に亘る平均値形成によって得られる。このような安定動作制御によっては必ずしも全ての車両で満足のできる結果が得られるわけではない。

概要

内燃機関を安定動作に制御する方法及び装置においてシリンダをより一層均等に制御できるように改善を行うこと。

回転数信号を少なくとも2つのフィルタ手段によって異なる周波数フィルタリング可能にし、フィルタリングされた回転数信号から少なくとも2つの周波数固有の安定動作実際値と、安定動作目標値と、固有周波数の制御偏差を検出する。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
3件

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請求項1

回転数センサによって回転数信号が形成され、該回転数信号はセグメントパルスを含み、2つのセグメントパルスによって1つのセグメントが規定され、内燃機関の各シリンダ制御偏差制御器対応付けされており、各制御器は対応付けられた制御偏差からシリンダ固有調整値を設定する、内燃機関を安定動作に制御する方法において、回転数信号を少なくとも2つのフィルタ手段によって異なる周波数フィルタリングし、フィルタリングされた回転数信号から少なくとも2つの周波数固有の安定動作実際値と、安定動作目標値と、周波数固有の制御偏差が検出可能であることを特徴とする、内燃機関を安定動作に制御する方法。

請求項2

周波数固有の特性量を形成するために回転数センサの出力信号を少なくとも2つの帯域フィルタを用いてフィルタリングし、前記2つの帯域フィルタは中央周波数に設定可能である、請求項1記載の内燃機関を安定動作に制御する方法。

請求項3

前記周波数はカム軸周波数の整数倍である、請求項1又は2記載の内燃機関を安定動作に制御する方法。

請求項4

各周波数毎に安定動作実際値及び/又は安定動作目標値を異ならせて設定する、請求項1〜3いずれか1項記載の内燃機関を安定動作に制御する方法。

請求項5

各周波数毎に、異なるセグメントを安定動作実際値の検出に利用する、請求項1から4いずれか1項記載の内燃機関を安定動作に制御する方法。

請求項6

選択された変速段及び/又は回転数に依存して、異なるセグメントを安定動作実際値の検出に利用する、請求項1〜5いずれか1項記載の内燃機関を安定動作に制御する方法。

請求項7

各周波数毎に、制御偏差を異ならせて重み付け及び/又は加算する、請求項1〜6いずれか1項記載の内燃機関を安定動作に制御する方法。

請求項8

選択された変速段及び/又は回転数に依存して、制御偏差を異ならせて重み付け及び/又は加算する、請求項1〜7いずれか1項記載の内燃機関を安定動作に制御する方法。

請求項9

帯域フィルタの出力特性量の重み付けされた及び/又は加算された振幅に依存して、安定動作制御が遮断可能であり、及び/又は種々異なるセグメントを安定動作実際値及び/又は安定動作目標値の検出のために利用する、請求項1〜8いずれか1項記載の内燃機関を安定動作に制御する方法。

請求項10

回転数センサによって回転数信号が形成され、該回転数信号にはセグメントパルスが含まれ、2つのセグメントパルスは1つのセグメントを規定し、内燃機関の各シリンダに制御偏差と制御器が対応付けされており、各制御器は対応付けされた制御偏差からシリンダ固有の調整値を設定する、内燃機関を安定動作に制御する装置において、少なくとも2つのフィルタ手段が設けられており、該フィルタ手段は回転数信号を異なる周波数でフィルタリングし、フィルタリングされた回転数信号から少なくとも2つの周波数固有の安定動作実際値と、1つの安定動作目標値と、周波数固有の制御偏差とを検出する手段が設けられていることを特徴とする内燃機関を安定動作に制御する装置。

技術分野

0001

本発明は、回転数センサによって回転数信号が形成され、該回転数信号はセグメントパルスを含み、2つのセグメントパルスによって1つのセグメントが規定され、内燃機関の各シリンダ制御偏差制御器対応付けされており、各制御器は対応付けられた制御偏差からシリンダ固有調整値を設定する、内燃機関を安定動作に制御する方法及び装置に関する。

背景技術

0002

この種の内燃機関を安定動作に制御する方法及び装置は、ドイツ連邦共和国特許出願公開第3336028号公報(米国特許第4688535号明細書)から公知である。この公報では内燃機関を安定動作に制御するための方法及び装置が開示されている。この公報の装置では内燃機関の各シリンダに1つの制御部が割当てられている。この制御部は対応付けられた制御偏差に依存して、所属するシリンダ毎調整特性量を形成する。制御偏差は、個々のシリンダに対応付けられる実際値目標値から得られる。実際値としては2つの燃焼サイクルの間の時間間隔かないしはセグメントホイールによって規定されるセグメントの持続時間が用いられる。目標値は全ての実際値に亘る平均値形成によって得られる。このような安定動作制御によっては必ずしも全ての車両で満足のできる結果が得られるわけではない。

発明が解決しようとする課題

0003

本発明の課題は、冒頭に述べたような形式の安定動作に制御する方法及び装置において、シリンダをより一層均等に制御できるように改善を行うことである。

課題を解決するための手段

0004

本発明によれば上記課題は、回転数信号を少なくとも2つのフィルタ手段によって異なる周波数フィルタリングし、フィルタリングされた回転数信号から少なくとも2つの周波数固有の安定動作実際値と、安定動作目標値と、周波数固有の制御偏差が検出可能であるようにして解決される。

0005

また上記課題は本発明により、少なくとも2つのフィルタ手段が設けられており、該フィルタ手段は回転数信号を異なる周波数でフィルタリングし、フィルタリングされた回転数信号から少なくとも2つの周波数固有の安定動作実際値と、1つの安定動作目標値と、周波数固有の制御偏差とを検出する手段が設けるように構成されて解決される。

0006

本発明による方法及び装置によれば、シリンダを格段に均等に制御することができる。本発明の別の有利な構成例及び実施例は従属請求項に記載される。

発明を実施するための最良の形態

0007

次に本発明の実施例を図面に基づき詳細に説明する。

0008

以下では本発明による装置を自己着火式内燃機関の例で説明する。しかしながら本発明は自己着火式の内燃機関に限定されるものではない。本発明はその他の方式の内燃機関にも適用可能である。この場合は相応する構成部材が変更される。例えば火花点火式内燃機関においてはスロットル弁制御ロッドに取って代わる

0009

図1には出力を決定する調整機構が符号100で示されている。この調整機構の入力側には加算点102の出力信号QKが供給される。この加算点102の一方の入力側にはパラメータ設定部110の出力信号QKFが供給され、他方の入力側には第2のスイッチ160の出力信号QKLが供給される。このパラメータ設定部はアクセルペダル位置検出器115の出力信号と場合によっては別のセンサ118からの出力信号を処理する。このパラメータ設定部110はさらに制御部136に量信号QKFと、さらにここでは詳細には示されていない別のパラメータ送出する。

0010

調整機構100は、図には示されていない内燃機関の出力を決定する。ディーゼル機関では通常は出力を決定する調整機構として制御ロッドないし調整レバーが使用される。火花点火式内燃機関の場合では有利にはスロットル弁が出力を決定する調整部材として用いられる。しかしながら他の特性量、例えば点火時期又は燃料噴射時間を相応に制御することも可能である。

0011

有利には内燃機関のクランク軸ないしカム軸にセグメントホイール120が配設される。このセグメントホイールは気筒数に相応する少なくとも1つのマーキング数を有している。このセグメントホイールはセンサ125によって走査される。このセンサは信号TSを送出する。この信号TSはセグメントパルスのシーケンスからなる。それぞれ2つのセグメントパルスは1つのセグメントを規定する。有利には2つの燃料噴射ないし2つの燃焼サイクルの間の間隔が2つのセグメントに分割される。この信号ないしそこから導出される信号は制御部136,同期化部130並びに制御偏差計算部132に供給される。

0012

加算点140の制御偏差計算部132の出力信号Lは、第1のスイッチ手段145に供給される。このスイッチ145が閉じている場合には信号は同期装置150に達する。この同期装置は加算点140の出力信号を、個々のシリンダに割当てられた制御器171,172,173,174に送出する。

0013

わかりやすくするために図ではシリンダ1,2,3と6に割当てられる素子のみが示されている。制御器171〜174は、それらに割当てられるリミッタ181,182,183,186に、相応のシリンダに対応付けられるパラメータ信号Q1,Q2,Q3,Q4を供給する。さらにこれらの制御器からの出力信号は加算点179において結合され、増幅器176に送出される。この増幅器176は、個々の制御器に相応の信号を送出する。

0014

第2の同期装置155は個々のパラメータ信号Q1,Q2,Q3,Q4から1つの安定動作補正パラメータ信号QKLを形成する。この補正パラメータ信号QKLは第2のスイッチ160を介して加算点102に達する。この加算点102においてこの補正パラメータ信号QKLはパラメータ設定部110の出力信号と結合される。

0015

制御部136は第1のスイッチ145と第2のスイッチ160に相応の制御開始信号を送出する。同期部130は第1の同期ユニット150と第2の同期ユニット155に相応の制御開始信号を送出する。

0016

図示の実施例は6気筒内燃機関である。しかしながら本発明は有利にはさらにそれ以外の気筒数の内燃機関にも適用することが可能である。この場合はセグメントホイール上のセグメントの数と制御器及びリミッタの数を相応に適合させる必要がある。

0017

図2には制御偏差計算部132が詳細に示されている。既に図1中でも示された素子には図2でも同じ符号が付されている。センサ125の出力信号は、第1のフィルタ210と、第2のフィルタ220と、第3のフィルタ230に供給される。第1のフィルタ210の出力信号は第1の目標値検出部212と第1の実際値検出部214に送出される。第2のフィルタ220の出力信号は第2の目標値検出部222と第2の実際値検出部224に送出される。第3のフィルタ230の出力信号は第3の目標値検出部232と第3の実際値検出部234に送出される。

0018

第1の目標値検出部212の出力信号NWSは正の極性を持ち、第1の実際値検出部214の出力信号NWIは負の極性を持って結合点216に達する。それに続く結合点218では結合点216の出力信号が重み付け係数FNWと結合される。そのように重み付けされた第1の制御偏差NWLは加算点240に達し、そこからブロック145へ送出される。

0019

第2の目標値検出部222の出力信号KWSは正の極性を持ち、第2の実際値検出部224の出力信号KWIは負の極性を持って結合点226に達する。それに続く結合点229では結合点226からの出力信号が重み付け係数FKWと結合される。そのように重み付けされた第2の制御偏差KWLは加算点240に達する。

0020

第3の目標値検出部232の出力信号ZSは、正の極性を持ち、第3の実際値検出部234の出力信号ZIは負の極性を持って結合点236に達する。それに続く結合点238では結合点236からの出力信号が重み付け係数FZと結合される。そのように重み付けされた第1の制御偏差ZLは加算点240に達する。

0021

加算点240の出力側からは制御偏差Lが得られる。これは安定動作制御器に転送される。

0022

結合点218,228,238は、本発明による有利な構成例である。選択的に次のようなことも可能である。すなわち前記係数FNW,FKW又はFZを何か別の方法で、例えばフィルタ210,220または230において考慮するかないしは考慮しないようにすることも可能である。

0023

第3のフィルタ230並びに第3の目標値検出部及び第3の実際値検出部は、所定の気筒数の内燃機関の場合にのみ必要となる。例えば6気筒内燃機関の場合に必要となる。

0024

4気筒内燃機関の場合ではフィルタ210と220で十分である。その他の気筒数の場合にはさらに別のフィルタを設けてもあるいは省いてもよい。

0025

図示の6気筒内燃機関の実施形態ではフィルタ210,220及び230は帯域フィルタである。それらの中央周波数はフィルタ210の場合はカム軸周波数で、フィルタ220の場合はクランク軸周波数で、フィルタ230の場合は点火周波数の1/2の周波数である。

0026

その他の気筒数においては場合によって別の帯域フィルタが設けられる。例えば4気筒又は5気筒内燃機関の場合、カム軸周波数を有する帯域フィルタと、カム軸周波数の2倍の周波数(これはクランク軸周波数に相応する)を有する帯域フィルタが設けられる。

0027

(2×L)個の気筒を有する内燃機関においては(この場合の符号Lは自然数である)L個の帯域フィルタが設けられ、その平均周波数はカム軸周波数の整数倍である。

0028

帯域フィルタ210,220,230を用いることにより回転数信号はスペクトル成分に分離される。各スペクトル成分毎に第1、第2及び第3の実際値形成器と第1、第2、第3の目標値形成器は、周波数固有の目標値と実際値を求める。これらの目標値と実際値の計算は有利には個々のスペクトル成分毎に区別して行われる。

0029

安定動作制御の機能に対しては、回転数応答と、起因するシリンダとの対応付けが重要である。これには多かれ少なかれ相応の燃料量も含まれるべきである。対応関係周波数応答特性から求めることができる。周波数応答特性においては燃料量と回転数との間の位相変位が重要である。この位相変位からは1つ又は複数のセグメント(このセグメントに対して応答が生ずる)を直接算出することができる。これらのセグメントは実際値の形成のために評価されなければならない。

0030

着目する周波数毎に1つ又は複数のセグメント(このセグメントには燃料噴射に続く応答が生じる)が明らかになる。これらのセグメントは通常は周波数毎に異なる。従来技術による装置の場合では、妥協が見つけだされなければならない。すなわち実際値形成のためのセグメント選択の際には妥協が含まれる。これは従来技術においては補償すべき周波数毎に一義的なセグメント選択が行われなければならないことを意味する(例えば調量後の第1及び第2セグメントの選択)。

0031

妥協が不可能な場合もある。これは例えば応答の生じる個々の周波数成分のセグメントが相互に離れて存在している場合である。セグメント選択が周波数固有に行われる本発明の手段によればそのような妥協はもはや必要ない。

0032

帯域フィルタ210,220,230を用いることにより、回転数信号は個々の周波数毎に分けられる。各周波数毎に第1の実際値設定部214と、第2の実際値設定部224と、第3の実際値設定部234は周波数固有の実際値を算出する。相応に、各周波数毎に第1の目標値設定部212と、第2の目標値設定部220と、第3の目標値設定部232を用いて周波数固有の目標値を算出してもよい。

0033

有利にはセグメント選択は周波数固有に行われる。これは個々の周波数毎に異なるセグメントが実際値形成のために及び/又は目標値形成のために用いられることを意味する。結合点216,226,236においては周波数固有の制御偏差が求められる。

0034

有利には、これらの周波数固有の制御偏差は周波数固有の重み付け係数NW,FKW,FZを用いて周波数固有に重み付け可能である。特に有利にはこれらの重み付け係数NW,FKW,FZは、閉ループ制御増幅が全ての周波数に対して均等に設定されるように選択される。それにより制御器パラメータの適合が固有の周波数毎に達成される。

0035

位相変位(これに応じてセグメント選択が行われるべきである)が、選択された変速段に依存していることは公知である。本発明によればセグメント選択は、選択された変速段に依存して行われる。これは安定動作制御が選択された変速段においても安定して動作する利点を有する。

0036

回転数の増加に伴ってカム軸周波数と、クランク軸周波数と、1/2の点火周波数は変化するのに対して、周波数応答特性は不変のままである。回転数に依存してセグメントを選択することによって、安定動作制御がアイドリング回転数を上回る回転数においても安定して動作することが達成される。

0037

さらに振幅応答特性ないし区間増幅(振幅比)は変速段の位置と回転数に依存する。変速段の位置及び/又は回転数に依存した増幅率FNW,FKW,FZ/2の設定によってシリンダの同等化が全ての動作領域、特に全ての回転数領域において可能となる。

0038

それにより有害物質の放出や快適性が著しく向上する。

0039

そのように重み付けされるかないしは重み付けされない制御偏差NWL,KWL,ZLは結合点240において加算され、制御器に供給される。制御器は図1に示された制御器に相応する。

0040

本発明による手段を用いれば、セグメントの選択が任意の多数のセグメントに亘って適用可能となる。例えばカム軸変動がクランク軸変動よりも大きな周期を有するならば、カム軸変動は複数のセグメントにおいても監視可能である。

0041

帯域フィルタ210,220,230からの振幅は評価可能であり、場合によっては重み付け係数でもって加算可能である。この重み付けされ加算される帯域フィルタの振幅の値が大きければ大きいほど安定動作状態は悪化している。この値は安定動作尺度量としても表わすことができ、様々な判断に利用することができる。

0042

特に有利には、安定動作尺度量が閾値を上回った場合には安定動作制御が完全に中断される。これは図1中のスイッチ145が開かれることを意味する。これにより、位相位置の変化によって制御回路が不安定になる(これは振動にもつながる)ことが回避される。

0043

さらに有利には、変化した位相位置を補償するために、閾値を外れるとセグメントの選択が変更される。

0044

特に有利には、位相位置における差が大きい場合にも制御性が得られる。制御偏差を周波数固有に形成することによって、制御区間特性の変化(例えばポンプ内の変化、製造許容偏差又はドライブトレーンにおける摩耗等による)に対する安定動作制御器の頑強性が高められる。

0045

セグメントホイール120を走査するセンサ125の代わりに、インクリメントホイール(これは回転数走査のより高い分解能を可能にする)を走査するセンサを用いてもよい。そのようなインクリメントホイールは有利には電磁弁を制御するポンプのもとで使用される。そのようなインクリメントホイールにおいてはアンチエリアシングフィルタを用いてもよい。それによっては高周波回転数成分のみが瀘波除去される。セグメントホイールは歯ないしは異なる歯間隔を計数することによってシミュレートできる。この実施例では個々のインクリメントパルスがセグメントパルスとして使用される。

図面の簡単な説明

0046

図1本発明による装置のブロック回路図である。
図2本発明による目標値形成と実際値形成の詳細なブロックダイヤグラムである。

--

0047

100調整機構
102加算点
110パラメータ設定部
115アクセルペダル位置検出器
120セグメントホイール
125センサ
130 同期部
132制御偏差計算部
136 制御部
145 第1のスイッチ
155 第2の同期装置
160 第2のスイッチ
171〜174制御器
210 第1のフィルタ
220 第2のフィルタ
230 第3のフィルタ

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