JPH08500656A - 内燃機関におけるバルブを通って流れるガス体積流量の算出方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、管路を介して内燃機関の吸気管と接続されているバルブを通って流れるガス体積流量を吸気管内の圧力（ｐ ＳＡＵＧ）と雰囲気圧（ｐ ＡＭＢ）に依存して算出するための方法及び装置に関する。本発明による方法では雰囲気圧（ｐ ＡＭＢ）に関するデータが欠けている場合に、スロットル弁角度（α）を求め、ガス体積流量を前記スロットル弁角度に依存して定めることを特徴とする。この方法によって得られる利点は、吸気管圧力と雰囲気圧とを測定する必要性を生ぜしめるのではなく、実質的にあらゆる内燃機関において測定されているスロットル弁負荷信号が利用できることである。

Description

【発明の詳細な説明】 内燃機関におけるバルブを通って流れるガス体積流量の算出方法及び装置 本発明は、管路を介して内燃機関の吸気管と接続されているバルブを通って流 れるガス体積流量を吸気管内の圧力ｐ ＳＡＵＧと雰囲気圧ｐ ＡＭＢに依存して 算出する方法及び装置に関する。前記バルブとは例えばタンク排気バルブ、アイ ドル調整弁、排ガス再循環バルブ等である。ガスの体積は前記両圧力の商に依存 する。 ＱＵ０ ｐ＝ｆ（ｐ ＳＡＵＧ／ｐ ＡＭＢ）（１） このパラメータはガスの流量からわかる次のような関係を反映している。すな わち管路を通って流れるガス体積流量は前記商の関数であることを反映している 。この関数は流量出力特性と称される。これは図２に示されている。吸気管圧力 が大きく前記（吸気管圧力と雰囲気圧との）商が小さい値の場合には管路の端部 間の圧力差は低減する。そのためバルブを通って流れるガスの体積も低減する。 前記ガスの体積ＱＵ０ Ｐの値が０．５２を下回り圧力差が大きい場合には空気 は音速で流れる。この圧力差のさらなる拡大はもはや空気流量の増加をもたらさ ない。 例えば作動状態の切換の際のタンク排気装置の作動 の際にはタンク排気バルブを通る流量の正確な検知が以下の理由から望まれる。 すなわちタンク排気バルブの活性炭フィルタ側ではほぼ雰囲気圧に等しく、別 の側では吸気圧に等しくなるからである。スロットル弁の開放による吸気管圧力 の増加の際にはタンク排気バルブを通る流量は図３の特性により低減するか、最 良の場合には保持される。燃料配分がそのまま維持された場合には外気による活 性炭フィルタの清浄によりタンク排気を介して吸気管内へ流れる絶対燃料量が相 応に変化せしめられる。同時に内燃機関の燃料総要求量がスロットル弁のさらな る開放に基づいて高められる。それにより燃料総要求量におけるタンク排気装置 からの燃料の相対的な成分は所要絶対量よりも遥かに低減する。 なんらかの対抗手段を講じない場合にはこの変化は内燃機関の作動のための混 合気の稀薄化を引き起こす。この稀薄化は、タンク排気バルブのさらなる開放及 び／又は噴射ノズルを介して噴射される燃料量の増加によって補償されなければ ならない。 混合気制御回路を介して補償が行われた場合にはこのミスマッチは制御回路の 不動作時間のために一時的に汚染物質の放出を高め、場合によっては走行特性に 悪い影響を及ぼす。 それ故に、遅滞なく相応の対抗手段を講じ得るためにも各動作点における燃料 のトータルバランスに対す るタンク排気の影響を把握することが望まれる。既に前述したようにこの影響は 図２に示された特性に決定的に依存する。これはアイドル調整弁、排ガス再循環 バルブ又はスロットル弁における状態に対しても同じように当てはまる。 従来の技術 吸気管圧力計と雰囲気圧計とを備えた内燃機関では吸気管圧力と雰囲気圧の商 ＱＵ０ ｐを直接、測定された圧力から算出しても問題はない。空気流量計と雰 囲気圧計が設けられている場合にも特に大きな問題はない。もちろん空気流量か ら吸気管圧力を算出できることは周知である。 （吸気管圧力）ｐ ＳＡＵＧ＝ｆ（Ｌ ＬＭ） この場合前記Ｌ ＬＭは（空気流量／回転数）である。 しかしながら現在のほとんどの内燃機関の場合においては雰囲気圧計が省かれ ている。そのような簡略された内燃機関においては流量を特性曲線から定めるた めに雰囲気圧が固定的平均値で設定される。特に雰囲気圧が変動する場合、例え ば山間部での走行の場合にはこのような処理は混合気の生成においてミスマッチ を生ぜしめる。 本発明の課題は、冒頭に述べたような形式のガス体積流量の算出方法及び装置 において、雰囲気圧が未知であっても、内燃機関の作動時に検出される特性量を 用いるのみで、バルブを通るあらゆるレベルの流量を 算出し得る方法と装置を提供することである。 前記課題は本発明により請求の範囲第１項に記載の方法と請求の範囲第６項に 記載の装置によって解決される。 この場合吸気管圧力と雰囲気圧との商ＱＵ０ ｐはスロットル弁角度αに依存 して変化することが判っている。このスロットル弁角度αは機関の作動時にはほ とんどの内燃機関において検出されるものである。このスロットル弁角度αから はスロットル弁負荷信号Ｌ ＤＫ＝ｆ（α，ｎ）が算出される。この場合前記ｎ は回転数である。最も簡単な場合では前記パラメータＱＵ０ ｐは単にＫ｀＊Ｌ ＤＫとして算出される。この場合前記Ｋ｀は定数である。この負荷信号において はアイドル調整弁（このアイドル調整弁はスロットル弁周辺のバイパス管路内に 設けられている）の断面積も関与させることができる。それにより負荷信号の精 度が向上する。前記パラメータが図３の特性におけるアドレス指定のために用い られるならば、定数には有利には１が選定される。すなわち特性曲線はスロット ル弁負荷信号の値に関して直接アドレス指定される。 図面 図１は本発明に適用される例えば内燃機関における技術環境を表わした図であ る。この内燃機関にはタンク排気装置、種々異なる調整部材、センサ、並びに制 御装置が装備されている。 図２は図１の制御装置の機能を説明するためのブロックダイヤグラムである。 図３は本発明による第１実施例の機能を説明するためのブロックダイヤグラム である。 図４は本発明による第２実施例の機能を説明するためのブロックダイヤグラム である。 図５はパラメータＱＵ０ ｐとタンク排気バルブを通って流れるガス体積流量 との間の関係に該当する周知のダイヤグラムである（最大体積流量に規格化され た補正係数ＦＫとして）。一例として図５に示された特性曲線は流量検出のため に用いられる。この場合特性曲線の入力変化量ＱＵ０ ｐにはスロットル弁角度 αと回転数ｎが用いられている。これらは測定変化量である。それに伴って最終 的に生じ得る流量のスロットル弁角度αと回転数ｎへの依存性は、それに対して 選択的に（α，ｎ）−特性マップにファイルされ得る。 実施例の説明 図１には符号１で内燃機関が示されている。この内燃機関１は吸気管２から燃 料／空気−混合気を供給される。吸気管の有効断面積でもって内燃機関の要求に マッチする吸入空気量Ｑは、例えばスロットル弁の変位角度αと、バイパス５内 のアイドル調整弁４の有効断面積によって定められ、空気量測定のための手段６ によって測定される。制御装置７は信号Ｑと、回転数 センサの信号ｎと、排ガスゾンデ９の信号λから燃料調量手段１０の制御のため の燃料調量信号ｔｉを形成する。リザーブタンク１１において気化された燃料ガ スは活性炭フィルタ１２から取り出され、タンク排気バルブ１３を介して吸気管 に供給される。タンク排気バルブの有効な開口断面積は制御装置によりデューテ ィ比ｔａｔｅを用いて定められる。アイドル調整弁の有効な開口断面積はデュー ティ比ｔａｌｌｓを用いて定められる。別のガス流は排ガス再循環バルブ１４を 介して吸気管に至る。 本発明の方法の実施に適した制御装置の構造は図２に示されている。入力ユニ ット１７と出力ユニット１８の間で計算ユニット１９はメモリ２０に記憶された プログラムとデータの内容に応じて中間処理を行う。 既に前記した式（１）の評価の際には通常は雰囲気圧ｐ ＡＭＢがまだわかっ ていないという問題が生じる。本発明の根底とするところはこのような欠点を解 消するための以下のような考察にある。 すなわち： スロットル弁を介して流れる体積流量ν ｄｋに対しても以下の式で表わされ る流量出力特性が成り立つ。 ν ｄｋ＝Ａ ｄｋ＊ｆ（ＱＵ０ ｐ） この場合前記Ａ ｄｋはスロットル弁角度αによって変化する吸気管の有効な 流出断面積を表わしている。 タンク排気バルブ（ｔｅｖ）を通る体積流量に対しては以下の式が成り立つ。 ν ｔｅｖ＝Ａ０ ｔｅｖ＊ｆ（ＱＵ０ ｐ） 前記２つの式の商から以下の式が得られる。 ν ｔｅｖ＝（Ａ０ ｔｅｖ／Ａ ｄｋ）＊ν ｄｋ この計算操作により流出特性が簡略化される。それにより既知の関数関係だけ が残る。なぜならＡ ｄｋは単にαの関数だからである。ν ｔｅｖに対する前記 式は有効断面積Ａ０を有する完全開放されたタンク排気バルブに対しても成り立 つ。可変のデューティ比で制御可能なバルブのその他の開放角度は、係数ｔａｔ ｅでの乗算によって得られる。この係数ｔａｔｅは０％〜１００％の間のデュー ティ比に応じて０〜１の値をとることができる。 Ａ ｔｅｖ＝ｔａｔｅ＊Ａ0 ｔｅｖ ν ｔｅｖ＝ｔａｔｅ＊（Ａ0 ｔｅｖ／Ａ ｄｋ）＊ν ｄｋ，（この場合前記ν ｄ ｋ＝ｆ（α，ｎ）である） この式によりタンク排気バルブを通る体積流量ν ｄｋは既知のデューティ比 ｔａｔｅのもとで算出できる。ｔａｔｅ右側の式は特性マップＫＦＶＯ内に集約 可能であり、特殊な内燃機関とのマッチングの際に取り出される。 ν ｔｅｖ＝ｔａｔｅ＊ＫＦＶＯ（α，ｎ） これはタンク排気バルブを通る体積流量計算に対する第１の精度レベルである （図３）。前記導出はスロ ットル弁を介した体積流量以外の付加的な体積流量が十分に小さく吸気管圧力を ほんの僅かしか高めない限りは十分に正確である。 エンジンへの体積流量の正確な算出は吸気管への全ての流量を含ませなければ ならない。この流量にはアイドル調整弁（ｌｌｓ）を介した体積流量やＥＧＲ− バルブ（ｅｇｒ）を介した体積流量等が含まれる。以下の計算はＥＧＲ−バルブ なしで実施されるべきである。 総体積流量ν ｇｅｓに対し以下の式が成り立つ。 ν ｇｅｓ＝Ａ ｇｅｓ＊ｆ（ＱＵ０ ｐ）； Ａ ｇｅｓ＝Ａ ｄｋ＋Ａ ｌｌｓ＋Ａ ｔｅｖ この場合前記Ａ １ｌｓは有効なアイドル調整弁−断面積をあらわす。このアイ ドル調整弁有効断面積はタンク排気バルブの断面積に類似してＡ ｌｌｓ＝Ａ０ ｌｌｓ＊ｔａｌｌｓとして算出される。この場合ｔａｌｌｓはアイドル調整弁 に対する制御信号を表わしている。 ν ｔｅｖとν ｇｅｓの商から以下の式が成り立つ。 ν ｔｅｖ＝（Ａ ｔｅｖ／Ａ ｇｅｓ）＊ν ｇｅｓ タンク排気バルブを通る体積流量の算出のためには２つのステップが用いられ る。まず初めに吸気管への体積流量の総有効断面領域が決定される。この総断面 と所属の回転数ｎに、（Ａ ｇｅｓ，ｎ）−特性マップを介して（これは特殊な 内燃機関形式へのマッチン グの際に用いられる）総体積流量ν ｇｅｓが配属される。引続き前記式に従っ てν ｔｅｖが算出される。これは体積流量計算に対する第２の精度レベルであ る（図４）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 メツガー， ヴェルナー ドイツ連邦共和国 74246 エーベルシュ タット ミュールシュタイゲ 16

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．管路を介して内燃機関の吸気管と接続されているバルブを通って流れるガス 体積流量を吸気管内の圧力（ｐ ＳＡＵＧ）と雰囲気圧（ｐ ＡＭＢ）に依存して 算出するための方法において、 雰囲気圧（ｐ ＡＭＢ）に関するデータが欠けている場合に、 スロットル弁角度（α）を求め、 ガス体積流量を前記スロットル弁角度に依存して定めることを特徴とする、内 燃機関におけるバルブを通って流れるガス体積流量の算出方法。 ２．中間ステップとしてパラメータ（ＱＵ０ ｐ）＝ｆ（α，ｎ）を吸気管内の 圧力と雰囲気圧の商（ｐ ＳＡＵＧ／ｐ Ａ９ＭＢ）に対する尺度として算出する 、請求の範囲第１項記載の方法。 ３．ガスの体積流量を算出する際にスロットル弁周辺のバイパス路内に設けられ ているアイドル調整弁の開口断面積を算出する、請求の範囲第１項又は２項記載 の方法。 ４．前記ガスの体積流量を回転数（ｎ）と、吸気管内に流入するガスの通過する 総作用領域の断面積（Ａ ｇｅｓ）とに依存して特性マップから形成する、請求 の範囲第１項記載の方法。 ５．前記断面積（Ａ ｇｅｓ）をスロットル弁角度（ α）と、アイドル調整弁の有効開口断面積と、場合によって例えば排ガス再循環 バルブ及びタンク排気バルブ等の別の調整素子の有効開口断面積とから形成する 、請求の範囲第５項記載の方法。 ６．管路を介して内燃機関の吸気管と接続されているバルブを通って流れるガス 体積流量を吸気管内の圧力（ｐ ＳＡＵＧ）と雰囲気圧（ｐ ＡＭＢ）に依存して 算出するための装置において、 スロットル弁角度（α）を測定するための装置（１５）と、 ガス体積流量をスロットル弁角度（α）の関数として算出する装置（７）とが 設けられていることを特徴とする装置。