JP2001159364A - ガスセンサを用いたエンジン排気ガス浄化システム - Google Patents
ガスセンサを用いたエンジン排気ガス浄化システムInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】エンジンの動作を最適化し排気ガス中の汚染成
分の量を減らすため、内燃型エンジンの特定のエンジン
構成要素を制御・監視する最適なシステムを提供する。 【解決手段】エンジン排気ガスの浄化システムが開示さ
れている。このシステムは、様々なエンジン動作条件を
検出し該条件を表す出力信号を生成するための複数のセ
ンサを備え、少なくとも一つのセンサが、前記排気シス
テムに付属し、エンジン排気中の予め指定されたガス成
分の濃度を示す出力信号を出力するガスセンサを備えて
いる。さらに、この浄化システムは、複数のセンサから
の出力信号に応答し、予め指定された動作条件で動作し
ている間にエンジンの動作を最適化するように、および
/またはエンジン排気ガスを浄化させるように、予め指
定された動作条件で動作している間に前御手段を制御す
るための手段を備えている。
分の量を減らすため、内燃型エンジンの特定のエンジン
構成要素を制御・監視する最適なシステムを提供する。 【解決手段】エンジン排気ガスの浄化システムが開示さ
れている。このシステムは、様々なエンジン動作条件を
検出し該条件を表す出力信号を生成するための複数のセ
ンサを備え、少なくとも一つのセンサが、前記排気シス
テムに付属し、エンジン排気中の予め指定されたガス成
分の濃度を示す出力信号を出力するガスセンサを備えて
いる。さらに、この浄化システムは、複数のセンサから
の出力信号に応答し、予め指定された動作条件で動作し
ている間にエンジンの動作を最適化するように、および
/またはエンジン排気ガスを浄化させるように、予め指
定された動作条件で動作している間に前御手段を制御す
るための手段を備えている。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、エンジンの動作を最適
化し排気ガス中の汚染成分の量を減らすための、内燃型
エンジンの特定のエンジン構成要素を制御・監視するシ
ステムに関する。
化し排気ガス中の汚染成分の量を減らすための、内燃型
エンジンの特定のエンジン構成要素を制御・監視するシ
ステムに関する。
【0002】
【従来の技術】自動車やトラックに用いられる内燃型エ
ンジンの動作と排気ガス中の汚染成分の量は、エンジン
へ送られる空気と燃料の比(空燃比)に依存している。
これらのエンジン動作に関する特性は、下記の式により
定義される、余剰空気比λの関数として表される。
ンジンの動作と排気ガス中の汚染成分の量は、エンジン
へ送られる空気と燃料の比(空燃比)に依存している。
これらのエンジン動作に関する特性は、下記の式により
定義される、余剰空気比λの関数として表される。
【0003】
【数1】
【0004】ここで、A/Fstは、理論空燃比(ストイ
キ)である。
キ)である。
【0005】従来技術の理解を助けるために、図を参照
する。図1は、エンジンの空燃比(A/F)とエンジン排
気中の汚染成分の量と野関係を表し、λ>1となる空燃
比での希薄燃焼状態では、一酸化炭素と単価水素の排出
成分は低いのに対し、窒素酸化物(NOx)の量は多い。
一方、λ<1となる空燃比での高濃度燃焼状態では、高
いエンジン出力が得られる一方、一酸化炭素と単価水素
の排出量が増える。しかし、この高濃度燃焼状態では、
窒素酸化物の成分は減少する。
する。図1は、エンジンの空燃比(A/F)とエンジン排
気中の汚染成分の量と野関係を表し、λ>1となる空燃
比での希薄燃焼状態では、一酸化炭素と単価水素の排出
成分は低いのに対し、窒素酸化物(NOx)の量は多い。
一方、λ<1となる空燃比での高濃度燃焼状態では、高
いエンジン出力が得られる一方、一酸化炭素と単価水素
の排出量が増える。しかし、この高濃度燃焼状態では、
窒素酸化物の成分は減少する。
【0006】図1において、λ<1の範囲では、排気ガ
ス中の酸素(O2)の量は大変少ない。排気ガス中の酸
素(O2)の量が少ないのは、高濃度燃焼状態で燃料の
完全燃焼に使われるためである。一歩言う、排気ガス中
の酸素(O2)の量が増すのは、λ>1の範囲の希薄燃
焼状態で、燃料が充分な酸素とともに完全燃焼しないた
めである。
ス中の酸素(O2)の量は大変少ない。排気ガス中の酸
素(O2)の量が少ないのは、高濃度燃焼状態で燃料の
完全燃焼に使われるためである。一歩言う、排気ガス中
の酸素(O2)の量が増すのは、λ>1の範囲の希薄燃
焼状態で、燃料が充分な酸素とともに完全燃焼しないた
めである。
【0007】内燃型エンジンからの排気ガス中の窒素酸
化物の量を減少させるためには、内燃型エンジンからの
燃焼ガス排出経路に三元触媒コンバータ(TWC)を設け
ることがよく知られている。三元触媒コンバータは、エ
ンジンからの排気ガス中の炭化水素、一酸化炭素、窒素
酸化物を効率的に除去する。
化物の量を減少させるためには、内燃型エンジンからの
燃焼ガス排出経路に三元触媒コンバータ(TWC)を設け
ることがよく知られている。三元触媒コンバータは、エ
ンジンからの排気ガス中の炭化水素、一酸化炭素、窒素
酸化物を効率的に除去する。
【0008】しかし、三元触媒コンバータのひとつの限
界は、空燃比λが1付近のごく限られた範囲でのみ効率
的に作用するということである。従って、従来の三元触
媒コンバータを用いて、効率的にこれらの有害成分を除
去するためにエンジンを制御するためには、空燃比が理
論空燃比の状態点近傍にあるかどうかを排気制御システ
ムが判定する必要がある。
界は、空燃比λが1付近のごく限られた範囲でのみ効率
的に作用するということである。従って、従来の三元触
媒コンバータを用いて、効率的にこれらの有害成分を除
去するためにエンジンを制御するためには、空燃比が理
論空燃比の状態点近傍にあるかどうかを排気制御システ
ムが判定する必要がある。
【0009】空燃比が理論空燃比の状態点近傍にあるか
どうかを判定するためには、従来のエンジン排気制御シ
ステムでは、λセンサとして知られているような、酸素
センサが用いられてきた。このセンサは、エンジンから
の排気ガス流中に置かれる。従来の酸素センサは排気ガ
ス流中に酸素が存在しない時に第1の出力信号を出力す
るもので、エンジンからの排気ガス中から酸素を検出し
た場合に次の出力信号を発生する。従って、酸素センサ
からの最初の出力信号は、排気ガス流中に酸素がないこ
とを検出したことになるので、エンジンが高濃度燃焼状
態にあることを示すものとなる。一方、酸素センサから
の第2の出力信号は、排気ガス流中に酸素が存在するこ
とを検出したことになるので、エンジンが希薄燃焼状態
にあることを示すものとなる。
どうかを判定するためには、従来のエンジン排気制御シ
ステムでは、λセンサとして知られているような、酸素
センサが用いられてきた。このセンサは、エンジンから
の排気ガス流中に置かれる。従来の酸素センサは排気ガ
ス流中に酸素が存在しない時に第1の出力信号を出力す
るもので、エンジンからの排気ガス中から酸素を検出し
た場合に次の出力信号を発生する。従って、酸素センサ
からの最初の出力信号は、排気ガス流中に酸素がないこ
とを検出したことになるので、エンジンが高濃度燃焼状
態にあることを示すものとなる。一方、酸素センサから
の第2の出力信号は、排気ガス流中に酸素が存在するこ
とを検出したことになるので、エンジンが希薄燃焼状態
にあることを示すものとなる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来から
知られている酸素センサは、エンジンが希薄燃焼状態に
あるか高濃度燃焼状態を判定するのに適してはいるが、
実際のλの値、即ち、空気と燃料の混合気の濃度を直接
検出・判定するのには不適当である。
知られている酸素センサは、エンジンが希薄燃焼状態に
あるか高濃度燃焼状態を判定するのに適してはいるが、
実際のλの値、即ち、空気と燃料の混合気の濃度を直接
検出・判定するのには不適当である。
【0011】しかし、実際のλの値を知ることは、排気
ガス中の有害成分を減少させるだけでなくエンジンの動
作を最適にするうえで、非常に有利なこととなる。
ガス中の有害成分を減少させるだけでなくエンジンの動
作を最適にするうえで、非常に有利なこととなる。
【0012】また、従来から知られている酸素センサが
不利な点は、様々なエンジン構成機器、特に排気ガス中
の有害成分を減少させる機構にかかわる機器の動作を、
制御システムが監視するための予備情報を提供できない
ことである。従って、エンジンの構成要素、例えば三元
触媒センサ、の劣化や完全な故障は、エンジンからの窒
素酸化物の許容量を越える排出につながり、エンジンの
制御システムによってもこの状況は検出されないことに
なる。同様に、従来から知られているエンジン制御シス
テムには、有害成分の排出量の低減やエンジン燃焼の制
御に用いられる様々なセンサの状態を監視するための手
段を組み込むことができないという欠点もある。
不利な点は、様々なエンジン構成機器、特に排気ガス中
の有害成分を減少させる機構にかかわる機器の動作を、
制御システムが監視するための予備情報を提供できない
ことである。従って、エンジンの構成要素、例えば三元
触媒センサ、の劣化や完全な故障は、エンジンからの窒
素酸化物の許容量を越える排出につながり、エンジンの
制御システムによってもこの状況は検出されないことに
なる。同様に、従来から知られているエンジン制御シス
テムには、有害成分の排出量の低減やエンジン燃焼の制
御に用いられる様々なセンサの状態を監視するための手
段を組み込むことができないという欠点もある。
【0013】本発明は、従来のエンジン制御装置の上記
のような欠点を解決するためのエンジン監視・制御シス
テムを提供するものである。
のような欠点を解決するためのエンジン監視・制御シス
テムを提供するものである。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明の制御システム
は、エンジンからの燃焼ガス排出経路に三元触媒コンバ
ータが設けられた内燃型エンジンに適用できるようにさ
れたものである。三元触媒コンバータからの排気は、更
に窒素酸化物を除去する触媒に通され、最終的に大気中
に放出される。
は、エンジンからの燃焼ガス排出経路に三元触媒コンバ
ータが設けられた内燃型エンジンに適用できるようにさ
れたものである。三元触媒コンバータからの排気は、更
に窒素酸化物を除去する触媒に通され、最終的に大気中
に放出される。
【0015】本発明の制御システムは、複数のセンサを
含み、各々のセンサは、特定のエンジン動作条件や特性
を監視し、各測定値を出力信号として出力するものであ
る。これらのセンサには、エンジンに流入する空気質量
を測定するセンサ、スロットルバルブの開度を検出する
センサ、そして空燃比(A/F)を検出するセンサがあ
る。
含み、各々のセンサは、特定のエンジン動作条件や特性
を監視し、各測定値を出力信号として出力するものであ
る。これらのセンサには、エンジンに流入する空気質量
を測定するセンサ、スロットルバルブの開度を検出する
センサ、そして空燃比(A/F)を検出するセンサがあ
る。
【0016】
【作用】本発明が、従来のエンジン制御システムと異な
る点は、排気ガス中の窒素酸化物の量の関数として変化
する出力信号を出力するガスセンサが、三元触媒コンバ
ータからの排気ガス中に置かれていることである。この
窒素酸化物センサはまた、三元触媒コンバータからの排
気ガス中に含まれる炭化水素の量の関数として変化する
出力信号を出力する。また、第2の窒素酸化物センサ
が、窒素酸化物除去のための触媒コンバータからの排気
ガス中に置かれる。
る点は、排気ガス中の窒素酸化物の量の関数として変化
する出力信号を出力するガスセンサが、三元触媒コンバ
ータからの排気ガス中に置かれていることである。この
窒素酸化物センサはまた、三元触媒コンバータからの排
気ガス中に含まれる炭化水素の量の関数として変化する
出力信号を出力する。また、第2の窒素酸化物センサ
が、窒素酸化物除去のための触媒コンバータからの排気
ガス中に置かれる。
【0017】様々なエンジンセンサからの全ての出力
は、予め蓄えられた処理手順に従って、センサからの出
力信号を逐次読取り、処理する中央処理演算ユニットへ
の入力信号として扱われる。この処理手順により、中央
処理演算ユニットは、下記の2つの機能を実現する。
は、予め蓄えられた処理手順に従って、センサからの出
力信号を逐次読取り、処理する中央処理演算ユニットへ
の入力信号として扱われる。この処理手順により、中央
処理演算ユニットは、下記の2つの機能を実現する。
【0018】第1の機能は、中央処理演算ユニットはセ
ンサからの出力信号を用い、三元触媒コンバータ、窒素
酸化物触媒コンバータ、エンジン動作状態等を検出する
個々のエンジンセンサ等、様々なエンジン構成機器の状
態を監視することである。これらの構成機器が劣化した
り故障したことを、予め蓄えられた処理手順に従って中
央処理演算ユニットが判定した場合には、中央処理演算
ユニットは、自動車やトラックの運転手であるエンジン
の操作者に、これら異常を知らせる検知信号を送り、自
動車の保守が必要なことを操作者に気づかせる。
ンサからの出力信号を用い、三元触媒コンバータ、窒素
酸化物触媒コンバータ、エンジン動作状態等を検出する
個々のエンジンセンサ等、様々なエンジン構成機器の状
態を監視することである。これらの構成機器が劣化した
り故障したことを、予め蓄えられた処理手順に従って中
央処理演算ユニットが判定した場合には、中央処理演算
ユニットは、自動車やトラックの運転手であるエンジン
の操作者に、これら異常を知らせる検知信号を送り、自
動車の保守が必要なことを操作者に気づかせる。
【0019】第2の機能は、中央処理演算ユニットは様
々なセンサからの出力信号を用い、エンジンの排気ガス
中の有害成分を減少させるようエンジンを制御すること
である。このような有害成分の減少システムとしては、
例えば、排気ガスの再循環、二次空気の三元触媒コンバ
ータへの流入、エンジンまたは点火タイミングの調整制
御のための燃料噴射への空気補給の手段がある。
々なセンサからの出力信号を用い、エンジンの排気ガス
中の有害成分を減少させるようエンジンを制御すること
である。このような有害成分の減少システムとしては、
例えば、排気ガスの再循環、二次空気の三元触媒コンバ
ータへの流入、エンジンまたは点火タイミングの調整制
御のための燃料噴射への空気補給の手段がある。
【0020】
【実施例】全体システム 図2の(A)及び2(B)を参照し、内燃型エンジン1
0の制御と監視システムの概略処理を以下説明する。内
燃型エンジン10は自動車、トラック等に用いられる型
のエンジンである。(A)は、本発明の一実施例を示す
概略処理であり、一方、(B)は、更に改良を加えた本
発明の一実施例を示す概略処理である。
0の制御と監視システムの概略処理を以下説明する。内
燃型エンジン10は自動車、トラック等に用いられる型
のエンジンである。(A)は、本発明の一実施例を示す
概略処理であり、一方、(B)は、更に改良を加えた本
発明の一実施例を示す概略処理である。
【0021】複数のセンサが内燃型エンジン10に取り
付けられ、各センサはエンジンの個々の動作状況を示す
出力信号をつくりだす。これらのセンサには、エンジン
のクランク角度センサによってクランクシャフトの回転
数を計測し、これを元にエンジンの毎分の回転数を得る
ための回転数センサ12がある。回転数センサ12は更
に、内燃型エンジン10の回転数を示す出力信号をつく
りだすための外部手段を含む。
付けられ、各センサはエンジンの個々の動作状況を示す
出力信号をつくりだす。これらのセンサには、エンジン
のクランク角度センサによってクランクシャフトの回転
数を計測し、これを元にエンジンの毎分の回転数を得る
ための回転数センサ12がある。回転数センサ12は更
に、内燃型エンジン10の回転数を示す出力信号をつく
りだすための外部手段を含む。
【0022】更に、これらのセンサには、内燃型エンジ
ン10のインテークに流入する空気の質量(以下、空気
流量と称する)を計測する空気流量センサ14、また、
スロットル開度センサ15、他に、エンジンに供給され
る空気と燃料の比を示す出力信号をつくりだす空燃比セ
ンサ16が含まれる。
ン10のインテークに流入する空気の質量(以下、空気
流量と称する)を計測する空気流量センサ14、また、
スロットル開度センサ15、他に、エンジンに供給され
る空気と燃料の比を示す出力信号をつくりだす空燃比セ
ンサ16が含まれる。
【0023】内燃型エンジン10からの排気ガスの流れ
は、内燃型エンジン10からの排気ガス中に含まれる炭
化水素、一酸化炭素、窒素酸化物を吸収・除去するため
の三元触媒コンバータ18を通過する。三元触媒コンバ
ータ18から排出されたガスは、三元触媒コンバータ1
8から排出されたガス中に含まれる窒素酸化物成分を更
に減少させるために、更に窒素酸化物触媒コンバータ2
0を通過し、最後に、窒素酸化物触媒コンバータ20か
らの排気ガスは大気中に放出される。
は、内燃型エンジン10からの排気ガス中に含まれる炭
化水素、一酸化炭素、窒素酸化物を吸収・除去するため
の三元触媒コンバータ18を通過する。三元触媒コンバ
ータ18から排出されたガスは、三元触媒コンバータ1
8から排出されたガス中に含まれる窒素酸化物成分を更
に減少させるために、更に窒素酸化物触媒コンバータ2
0を通過し、最後に、窒素酸化物触媒コンバータ20か
らの排気ガスは大気中に放出される。
【0024】図2において、第1窒素酸化物センサ22
は、三元触媒コンバータ18と窒素酸化物触媒コンバー
タ20のコンバータ間の排気ガス流中に設けられたセン
サである。第2窒素酸化物センサ24は、オプションな
がらも、窒素酸化物触媒コンバータ20からの排気ガス
流中に設置することが好ましいセンサである。
は、三元触媒コンバータ18と窒素酸化物触媒コンバー
タ20のコンバータ間の排気ガス流中に設けられたセン
サである。第2窒素酸化物センサ24は、オプションな
がらも、窒素酸化物触媒コンバータ20からの排気ガス
流中に設置することが好ましいセンサである。
【0025】図3において、第1窒素酸化物センサ22
と第2窒素酸化物センサ24は、各々、三元触媒コンバ
ータ18からの排気ガス中、及び、窒素酸化物触媒コン
バータ20からの排気ガス中の、窒素酸化物、酸素、炭
化水素の濃度の関数として変化する出力信号を生成す
る。図3に示されるように、第1窒素酸化物センサ22
と第2窒素酸化物センサ24は、酸化スズ、酸化チタ
ン、酸化ニオブのいづれかから構成されることが好まし
い。これらの酸化物は、酸化窒素と酸素のガス濃度に関
して、その抵抗値が対数関数的に増加するという特性を
もっている。一方、これらの酸化物は、プロパンなどの
炭化水素化合物のガス濃度に関して、その抵抗値が対数
関数的に減少するという特性をもっている。これらの酸
化物の空気中での抵抗値の変化を、各種ガス濃度の関数
として曲線を描いたものが図3である。
と第2窒素酸化物センサ24は、各々、三元触媒コンバ
ータ18からの排気ガス中、及び、窒素酸化物触媒コン
バータ20からの排気ガス中の、窒素酸化物、酸素、炭
化水素の濃度の関数として変化する出力信号を生成す
る。図3に示されるように、第1窒素酸化物センサ22
と第2窒素酸化物センサ24は、酸化スズ、酸化チタ
ン、酸化ニオブのいづれかから構成されることが好まし
い。これらの酸化物は、酸化窒素と酸素のガス濃度に関
して、その抵抗値が対数関数的に増加するという特性を
もっている。一方、これらの酸化物は、プロパンなどの
炭化水素化合物のガス濃度に関して、その抵抗値が対数
関数的に減少するという特性をもっている。これらの酸
化物の空気中での抵抗値の変化を、各種ガス濃度の関数
として曲線を描いたものが図3である。
【0026】更に、図4では、三元触媒コンバータ18
からの排気ガス中の炭化水素、一酸化炭素、窒素酸化物
のガス濃度を余剰空気比λの関数として描いたものであ
る。λが1より大きい場合、すなわち、希薄燃焼状態で
は、三元触媒コンバータ18からの排気ガス中の炭化水
素と一酸化炭素の濃度は、実質的に無視しうる程度に留
まるのに対し、窒素酸化物の濃度は増加する。一方、
(燃料を多く噴射させた、所謂、)高濃度燃焼状態、す
なわち、λが1より小さい場合、三元触媒コンバータ1
8からの排気ガス中の炭化水素と一酸化炭素の濃度は増
加するのに対し、窒素酸化物の濃度は実質的に無視しう
る程度に留まる。
からの排気ガス中の炭化水素、一酸化炭素、窒素酸化物
のガス濃度を余剰空気比λの関数として描いたものであ
る。λが1より大きい場合、すなわち、希薄燃焼状態で
は、三元触媒コンバータ18からの排気ガス中の炭化水
素と一酸化炭素の濃度は、実質的に無視しうる程度に留
まるのに対し、窒素酸化物の濃度は増加する。一方、
(燃料を多く噴射させた、所謂、)高濃度燃焼状態、す
なわち、λが1より小さい場合、三元触媒コンバータ1
8からの排気ガス中の炭化水素と一酸化炭素の濃度は増
加するのに対し、窒素酸化物の濃度は実質的に無視しう
る程度に留まる。
【0027】従って、第1窒素酸化物センサ22と第2
窒素酸化物センサ24のセンサは、希薄燃焼状態あるい
は高濃度燃焼状態のいずれの場合においても、余剰空気
比λを効率的に測定するのに供される。第1窒素酸化物
センサ22あるいは第2窒素酸化物センサ24のセンサ
の抵抗値の減少は、高濃度燃焼状態(λは1より小さ
い)を示すものであり、この状態では、排気ガス中の窒
素酸化物濃度は無視しうる程度に小さいため、その影響
は考慮しなくともよいが、その代わり、センサからの出
力信号は排気ガス中の炭化水素のガス濃度のみをそこか
ら読み取るものとして扱わねばならない。余剰空気比λ
の実効値は、センサからの出力信号の強度から経験的に
決めることができる。
窒素酸化物センサ24のセンサは、希薄燃焼状態あるい
は高濃度燃焼状態のいずれの場合においても、余剰空気
比λを効率的に測定するのに供される。第1窒素酸化物
センサ22あるいは第2窒素酸化物センサ24のセンサ
の抵抗値の減少は、高濃度燃焼状態(λは1より小さ
い)を示すものであり、この状態では、排気ガス中の窒
素酸化物濃度は無視しうる程度に小さいため、その影響
は考慮しなくともよいが、その代わり、センサからの出
力信号は排気ガス中の炭化水素のガス濃度のみをそこか
ら読み取るものとして扱わねばならない。余剰空気比λ
の実効値は、センサからの出力信号の強度から経験的に
決めることができる。
【0028】逆に、第1窒素酸化物センサ22あるいは
第2窒素酸化物センサ24のセンサの抵抗値の増加は、
排気ガス中の窒素酸化物濃度と酸素濃度の増加を示すも
のであり、この状態は希薄燃焼状態(λは1より大き
い)を示すものである。このようなエンジンの運転状態
では、更に、排気ガス中の炭化水素と一酸化炭素の量
は、図4に示したように、無視しうる程度に小さいた
め、炭化水素と一酸化炭素の影響は考慮しなくともよ
い。この場合、第1窒素酸化物センサ22あるいは第2
窒素酸化物センサ24のセンサからの出力信号は、排気
ガス中の酸素と窒素酸化物のガス濃度のみをそこから読
み取るものとして扱わねばならない。前記と同様に、余
剰空気比λの実効値は、第1窒素酸化物センサ22と第
2窒素酸化物センサ24のセンサからの出力信号の強度
から経験的に決めることができる。
第2窒素酸化物センサ24のセンサの抵抗値の増加は、
排気ガス中の窒素酸化物濃度と酸素濃度の増加を示すも
のであり、この状態は希薄燃焼状態(λは1より大き
い)を示すものである。このようなエンジンの運転状態
では、更に、排気ガス中の炭化水素と一酸化炭素の量
は、図4に示したように、無視しうる程度に小さいた
め、炭化水素と一酸化炭素の影響は考慮しなくともよ
い。この場合、第1窒素酸化物センサ22あるいは第2
窒素酸化物センサ24のセンサからの出力信号は、排気
ガス中の酸素と窒素酸化物のガス濃度のみをそこから読
み取るものとして扱わねばならない。前記と同様に、余
剰空気比λの実効値は、第1窒素酸化物センサ22と第
2窒素酸化物センサ24のセンサからの出力信号の強度
から経験的に決めることができる。
【0029】図2に示したように、エンジン制御システ
ムには、いくつかの個別機能があり、それらは内燃型エ
ンジン10の運転状況だけでなく、排気ガス中に含まれ
る好ましくない窒素酸化物の量をも変化させる働きをも
っている。これらの制御システムには、例えば、排気ガ
ス再循環システム26、空気補給システム28、燃料噴
射システム30、点火時期進行システム32及び二次空
気補給システム34がある。これら26から34の各シ
ステムについて、以下詳細に記述する。
ムには、いくつかの個別機能があり、それらは内燃型エ
ンジン10の運転状況だけでなく、排気ガス中に含まれ
る好ましくない窒素酸化物の量をも変化させる働きをも
っている。これらの制御システムには、例えば、排気ガ
ス再循環システム26、空気補給システム28、燃料噴
射システム30、点火時期進行システム32及び二次空
気補給システム34がある。これら26から34の各シ
ステムについて、以下詳細に記述する。
【0030】図5によれば、回転数センサ12、空気流
量センサ14、空燃比センサ16、第1窒素酸化物セン
サ22及び第2窒素酸化物センサ24の各センサからの
出力信号は、ここには記載されていない他のセンサと同
様に、入力インターフェース回路40に電気的に接続さ
れ、更に入力インターフェース回路40からは、出力信
号バス41を通して制御システムの42への入力信号バ
スが設けられている。CPU42は、例えば、シングル
チップマイクロプロセッサから構成されるものであって
よい。従来の、ランダムアクセスメモリ(RAM)やリ
ードオンリーメモリ(ROM)には、CPU42で処理
される処理手順が格納されており、これらのメモリは、
CPU42の内部あるいは外部に設けられるものであっ
てよい。
量センサ14、空燃比センサ16、第1窒素酸化物セン
サ22及び第2窒素酸化物センサ24の各センサからの
出力信号は、ここには記載されていない他のセンサと同
様に、入力インターフェース回路40に電気的に接続さ
れ、更に入力インターフェース回路40からは、出力信
号バス41を通して制御システムの42への入力信号バ
スが設けられている。CPU42は、例えば、シングル
チップマイクロプロセッサから構成されるものであって
よい。従来の、ランダムアクセスメモリ(RAM)やリ
ードオンリーメモリ(ROM)には、CPU42で処理
される処理手順が格納されており、これらのメモリは、
CPU42の内部あるいは外部に設けられるものであっ
てよい。
【0031】CPU42は、エンジン正誤荷関する様々
な制御システムを制御するための複数の制御信号を出力
する。このように、CPU42は、以下で詳細を説明す
るように、2次空気の吸気を制御するための二次空気補
給システム34への出力信号を出力する。同様に、CP
U42は、以下で詳細を説明するように、排気の循環量
を変化させるための排気ガス再循環システム26への制
御信号を出力する。
な制御システムを制御するための複数の制御信号を出力
する。このように、CPU42は、以下で詳細を説明す
るように、2次空気の吸気を制御するための二次空気補
給システム34への出力信号を出力する。同様に、CP
U42は、以下で詳細を説明するように、排気の循環量
を変化させるための排気ガス再循環システム26への制
御信号を出力する。
【0032】同様に、CPU42は、エンジン運転状態
を最適化したり、排気ガス(中の有害成分)を減少させ
るために制御すべき、空気補給システム28、燃料噴射
システム30及び点火時期進行システム32の各システ
ムへの制御信号を出力する。
を最適化したり、排気ガス(中の有害成分)を減少させ
るために制御すべき、空気補給システム28、燃料噴射
システム30及び点火時期進行システム32の各システ
ムへの制御信号を出力する。
【0033】また、CPU42は、指定されたエンジン
構造要素の異常を知らせるための60へ出力信号を出力
する。
構造要素の異常を知らせるための60へ出力信号を出力
する。
【0034】以上に示した本発明のエンジン制御システ
ムの各要素にもとづき、以下、本発明の監視・制御装置
について詳細に説明する。
ムの各要素にもとづき、以下、本発明の監視・制御装置
について詳細に説明する。
【0035】監視システム 窒素酸化物触媒コンバータの監視 図6及び図7により、図2に示した窒素酸化物触媒コン
バータ20の監視について、以下、説明する。
バータ20の監視について、以下、説明する。
【0036】図6の(A)は、第1窒素酸化物センサ2
2からの出力信号N1を、特性曲線50として示したも
のである。λが1より大きい、希薄燃焼状態において
は、第1窒素酸化物センサ22からの出力信号N1は増
加する。このように、窒素酸化物ガス濃度を示す出力信
号N1は、図2に示した三元触媒コンバータ18からの
排出ガス中に窒素酸化物が存在していることを表すもの
である。正常のエンジン運転状態での、第2窒素酸化物
センサ24からの出力信号N2を図6の(B)の曲線5
2にて示す。窒素酸化物触媒コンバータ20は排気ガス
中の窒素酸化物濃度を減少させなければならないため、
第2窒素酸化物センサ24からの出力信号N2は、窒素
酸化物触媒コンバータ20が正常に機能することを想定
すると、第1の窒素酸化物センサ22からの出力信号N
1を下回らなければならない。
2からの出力信号N1を、特性曲線50として示したも
のである。λが1より大きい、希薄燃焼状態において
は、第1窒素酸化物センサ22からの出力信号N1は増
加する。このように、窒素酸化物ガス濃度を示す出力信
号N1は、図2に示した三元触媒コンバータ18からの
排出ガス中に窒素酸化物が存在していることを表すもの
である。正常のエンジン運転状態での、第2窒素酸化物
センサ24からの出力信号N2を図6の(B)の曲線5
2にて示す。窒素酸化物触媒コンバータ20は排気ガス
中の窒素酸化物濃度を減少させなければならないため、
第2窒素酸化物センサ24からの出力信号N2は、窒素
酸化物触媒コンバータ20が正常に機能することを想定
すると、第1の窒素酸化物センサ22からの出力信号N
1を下回らなければならない。
【0037】しかし、窒素酸化物触媒コンバータ20の
劣化や損傷は、窒素酸化物触媒コンバータ20から排出
される排気ガス中の窒素酸化物濃度を増加させ、その変
化は出力信号N2として第2の窒素酸化物センサにより
測定され、従って、図6の(B)の曲線52に示される
ように、窒素酸化物濃度は増加し、曲線50で示される
第1の窒素酸化物センサからの出力信号N1に近づいて
ゆく。
劣化や損傷は、窒素酸化物触媒コンバータ20から排出
される排気ガス中の窒素酸化物濃度を増加させ、その変
化は出力信号N2として第2の窒素酸化物センサにより
測定され、従って、図6の(B)の曲線52に示される
ように、窒素酸化物濃度は増加し、曲線50で示される
第1の窒素酸化物センサからの出力信号N1に近づいて
ゆく。
【0038】窒素酸化物触媒コンバータ20が完全に壊
れた場合には、第1窒素酸化物センサ22からの出力信
号N1と第2窒素酸化物センサ24からの出力信号N1
とは、実質的に同一値をとる。
れた場合には、第1窒素酸化物センサ22からの出力信
号N1と第2窒素酸化物センサ24からの出力信号N1
とは、実質的に同一値をとる。
【0039】従って、窒素酸化物触媒コンバータ20の
効率は、次の式によって求めることができる。NOx触媒
効率(NOxEFF)=、すなわち
効率は、次の式によって求めることができる。NOx触媒
効率(NOxEFF)=、すなわち
【0040】
【数2】
【0041】
【数3】
【0042】上記の式は、窒素酸化物触媒コンバータの
効率を0と1の間で与えるものであり、式の値が1の場
合は、窒素酸化物触媒コンバータ20が完全に効率良く
機能している状態を示し、一方、式の値が0の場合は、
窒素酸化物触媒コンバータ20が損傷している状態を表
す。
効率を0と1の間で与えるものであり、式の値が1の場
合は、窒素酸化物触媒コンバータ20が完全に効率良く
機能している状態を示し、一方、式の値が0の場合は、
窒素酸化物触媒コンバータ20が損傷している状態を表
す。
【0043】次に、図7に、窒素酸化物触媒コンバータ
20の効率を監視するための計算手順を示す。ステップ
54では、上記の式3を適用し、コンピュータプログラ
ムは触媒コンバータの効率NOxEFFを計算する。ステップ
54の処理後、ステップ56の分岐処理に進み、窒素酸
化物触媒コンバータの効率NOxEFFの計算値と、事前に定
められたしきい値NOXTHRESHとを比較する。もし、窒素
酸化物触媒コンバータの効率NOxEFFの計算値がしきい値
NOXTHRESHを下回る場合には、ステップ56の次にステ
ップ58に進み、図5に示した60を働かせ、窒素酸化
物触媒コンバータの損傷あるいは劣化を自動車の運転者
に警告を与える。
20の効率を監視するための計算手順を示す。ステップ
54では、上記の式3を適用し、コンピュータプログラ
ムは触媒コンバータの効率NOxEFFを計算する。ステップ
54の処理後、ステップ56の分岐処理に進み、窒素酸
化物触媒コンバータの効率NOxEFFの計算値と、事前に定
められたしきい値NOXTHRESHとを比較する。もし、窒素
酸化物触媒コンバータの効率NOxEFFの計算値がしきい値
NOXTHRESHを下回る場合には、ステップ56の次にステ
ップ58に進み、図5に示した60を働かせ、窒素酸化
物触媒コンバータの損傷あるいは劣化を自動車の運転者
に警告を与える。
【0044】一方、もし、窒素酸化物触媒コンバータの
効率NOxEFFの計算値がしきい値NOXTHRESHより大きい場
合には、ステップ56の次にステップ62に進み、図7
に示した窒素酸化物コンバータの監視処理手順から抜け
出す。
効率NOxEFFの計算値がしきい値NOXTHRESHより大きい場
合には、ステップ56の次にステップ62に進み、図7
に示した窒素酸化物コンバータの監視処理手順から抜け
出す。
【0045】第1の窒素酸化物センサの監視 図8に、第1の窒素酸化物センサが正常動作している際
の、その出力信号N1を、λの関数として曲線70で示
した。第1の窒素酸化物センサが正常動作している際
の、予め定められたλの値(例えば、λ=1.1)での、出
力信号N1の値N1leanをグラフ上の点72で示す。同様
に、グラフ上の点74は、λが1の値に対応する、出力
信号N1が値N1STOICHを示す。グラフ上の点72と74
での出力信号N1の値は、経験的に決めることができ、
同様に、第1の窒素酸化物センサが正常動作している際
の、値N1leanの値N1STOICHに対する比は、予め定められ
た範囲に落ち込む。
の、その出力信号N1を、λの関数として曲線70で示
した。第1の窒素酸化物センサが正常動作している際
の、予め定められたλの値(例えば、λ=1.1)での、出
力信号N1の値N1leanをグラフ上の点72で示す。同様
に、グラフ上の点74は、λが1の値に対応する、出力
信号N1が値N1STOICHを示す。グラフ上の点72と74
での出力信号N1の値は、経験的に決めることができ、
同様に、第1の窒素酸化物センサが正常動作している際
の、値N1leanの値N1STOICHに対する比は、予め定められ
た範囲に落ち込む。
【0046】しかし、第1の窒素酸化物センサが劣化す
ると、第1の窒素酸化物センサからの出力信号N1は、
図8の曲線76に示されるように、増加する。同時に、
曲線上の点78で示される値N1leanの、点80での値N1
STOICHに対する比は減少する。そこで、この比N1lean/
N1STOICHが減少する特性は、第1の窒素酸化物センサの
劣化や故障を検出するために用いられる。
ると、第1の窒素酸化物センサからの出力信号N1は、
図8の曲線76に示されるように、増加する。同時に、
曲線上の点78で示される値N1leanの、点80での値N1
STOICHに対する比は減少する。そこで、この比N1lean/
N1STOICHが減少する特性は、第1の窒素酸化物センサの
劣化や故障を検出するために用いられる。
【0047】図9に、第1の窒素酸化物センサの劣化や
故障を検出するための処理手順を示す。ステップ82
で、λの値をまず決定し、次にステップ84に進む。ス
テップ84では、少なくとも予め定められた1サイクル
の間、例えば、エンジンの4工程の間、λが理論空燃比
の状態点あるいはその周辺値(λ=1.0 ±0.01)にある
か否かを判定する。もし、そうならば、ステップ86に
進み、N1の値をcから読み込む。更にステップ88に
進み、値N1STOICHを更新する。
故障を検出するための処理手順を示す。ステップ82
で、λの値をまず決定し、次にステップ84に進む。ス
テップ84では、少なくとも予め定められた1サイクル
の間、例えば、エンジンの4工程の間、λが理論空燃比
の状態点あるいはその周辺値(λ=1.0 ±0.01)にある
か否かを判定する。もし、そうならば、ステップ86に
進み、N1の値をcから読み込む。更にステップ88に
進み、値N1STOICHを更新する。
【0048】もし、ステップ84で、λが理論空燃比の
状態点にない場合には、ステップ84の次に、ステップ
90に進み、λの値が、予め定められた希薄燃焼状態を
示す範囲にあるかどうかを判定する。予め定めるλの値
域は他のいかなる値であってもよいが、ステップ90に
示したように、本例では、1.1 ±0.01と定めた。また、
ステップ90は、予め定められた時間内、例えば、エン
ジンの4工程の間に、λの値が、1.1の前後で予め定め
られた希薄燃焼状態を示す範囲に留まるか否かも判定す
る。もし、λの値がその範囲に留まらない場合には、ス
テップ90の次にステップ92に進み、第1の窒素酸化
物センサの監視処理から抜け出す。
状態点にない場合には、ステップ84の次に、ステップ
90に進み、λの値が、予め定められた希薄燃焼状態を
示す範囲にあるかどうかを判定する。予め定めるλの値
域は他のいかなる値であってもよいが、ステップ90に
示したように、本例では、1.1 ±0.01と定めた。また、
ステップ90は、予め定められた時間内、例えば、エン
ジンの4工程の間に、λの値が、1.1の前後で予め定め
られた希薄燃焼状態を示す範囲に留まるか否かも判定す
る。もし、λの値がその範囲に留まらない場合には、ス
テップ90の次にステップ92に進み、第1の窒素酸化
物センサの監視処理から抜け出す。
【0049】λの値が、1.1の前後で予め定められた希
薄燃焼状態を示す範囲に留まると判定された場合には、
ステップ90の次にステップ94に進み、第1の窒素酸
化物センサから出力信号N1を読み込む。次にステップ
96に進み、値N1leanを更新する。
薄燃焼状態を示す範囲に留まると判定された場合には、
ステップ90の次にステップ94に進み、第1の窒素酸
化物センサから出力信号N1を読み込む。次にステップ
96に進み、値N1leanを更新する。
【0050】図9の処理手順中、異なる順路にあるステ
ップ88と96にて、N1STOICHとN1leanとを各々決定し
たのち、ステップ98に進み、以下の式4にて、信号比
を求める。
ップ88と96にて、N1STOICHとN1leanとを各々決定し
たのち、ステップ98に進み、以下の式4にて、信号比
を求める。
【0051】
【数4】
【0052】ステップ98の次にステップ100に進
み、計算により求められた信号比SRを、信号比のしきい
値SRTHRESH(NOx1)と比較する。信号比のしきい値SRTHRE
SH(NOx1)は、エンジンや排気システムの特性に応じて、
経験的に決められるものである。
み、計算により求められた信号比SRを、信号比のしきい
値SRTHRESH(NOx1)と比較する。信号比のしきい値SRTHRE
SH(NOx1)は、エンジンや排気システムの特性に応じて、
経験的に決められるものである。
【0053】信号比の計算値がそのしきい値SRTHRESH(N
Ox1)よりも大きい場合には、第1の窒素酸化物センサが
正常に動作していることを示している。この場合には、
ステップ100の次に、ステップ92に進み、第1の窒
素酸化物センサの監視処理から抜け出す。
Ox1)よりも大きい場合には、第1の窒素酸化物センサが
正常に動作していることを示している。この場合には、
ステップ100の次に、ステップ92に進み、第1の窒
素酸化物センサの監視処理から抜け出す。
【0054】一方、信号比の計算値SRがそのしきい値SR
THRESH(NOx1)よりも小さい場合には、第1の窒素酸化物
センサが劣化していることを示している。このばあいに
は、ステップ100の次にステップ102に進み、図5
に示したCPU42が適当な表示燈60を点灯させ、第
1の窒素酸化物センサの故障を提示する。自動車の運転
者には、この表示により、車のメインテナンスが必要で
あることが促される。
THRESH(NOx1)よりも小さい場合には、第1の窒素酸化物
センサが劣化していることを示している。このばあいに
は、ステップ100の次にステップ102に進み、図5
に示したCPU42が適当な表示燈60を点灯させ、第
1の窒素酸化物センサの故障を提示する。自動車の運転
者には、この表示により、車のメインテナンスが必要で
あることが促される。
【0055】三元触媒コンバータの監視 図10は、第1の窒素酸化物センサからの出力信号N1
をλの関数として示すものである。曲線104は、三元
触媒コンバータ(TWC)が正常動作している際の、第1
の窒素酸化物センサからの出力信号N1を示す。正常動
作の間、λが1となる理論空燃比の状態点に至までは、
第1の窒素酸化物センサからの出力信号は低い値に留ま
る。理論空燃比の状態点を過ぎると、第1の窒素酸化物
センサからの出力信号は、急激に上昇し、予め定められ
た希薄燃焼条件、例えば、λが1.1の値で、極大点に達
する。
をλの関数として示すものである。曲線104は、三元
触媒コンバータ(TWC)が正常動作している際の、第1
の窒素酸化物センサからの出力信号N1を示す。正常動
作の間、λが1となる理論空燃比の状態点に至までは、
第1の窒素酸化物センサからの出力信号は低い値に留ま
る。理論空燃比の状態点を過ぎると、第1の窒素酸化物
センサからの出力信号は、急激に上昇し、予め定められ
た希薄燃焼条件、例えば、λが1.1の値で、極大点に達
する。
【0056】図1において、TWCが劣化すると、図10
の一点鎖線106の曲線で示したように、第1の窒素酸
化物センサからの出力信号は増加する。従って、排気ガ
ス中の窒素酸化物濃度が、実質的にλが1となるエンジ
ンの理論空燃比の状態点で上昇することとなる。この第
1の窒素酸化物センサからの出力信号が上昇する特性
は、効率的にTWCを監視することに用いられる。
の一点鎖線106の曲線で示したように、第1の窒素酸
化物センサからの出力信号は増加する。従って、排気ガ
ス中の窒素酸化物濃度が、実質的にλが1となるエンジ
ンの理論空燃比の状態点で上昇することとなる。この第
1の窒素酸化物センサからの出力信号が上昇する特性
は、効率的にTWCを監視することに用いられる。
【0057】図11は、TWCを監視するための処理手順
を示すものである。ステップ108において、λの値を
まず決定し、次にステップ110に進む。ステップ11
0では、少なくとも予め定められた1サイクルの間、例
えば、エンジンの4工程の間、λが理論空燃比の状態点
あるいはその周辺値(λ=1.0 ±0.01)にあるか否かを
判定する。もし、ステップ110で、λが理論空燃比の
状態点にない場合には、ステップ110の次に、ステッ
プ112に進み、λの値が、予め定められた希薄燃焼状
態を示す範囲、例えばλ=1.1 ±0.01にあるかどうかを
判定する。もし、そうならば、ステップ112の次にス
テップ114に進み、N1の値を第1の窒素酸化物セン
サから読み込む。更にステップ116に進み、値N1lean
を更新する。
を示すものである。ステップ108において、λの値を
まず決定し、次にステップ110に進む。ステップ11
0では、少なくとも予め定められた1サイクルの間、例
えば、エンジンの4工程の間、λが理論空燃比の状態点
あるいはその周辺値(λ=1.0 ±0.01)にあるか否かを
判定する。もし、ステップ110で、λが理論空燃比の
状態点にない場合には、ステップ110の次に、ステッ
プ112に進み、λの値が、予め定められた希薄燃焼状
態を示す範囲、例えばλ=1.1 ±0.01にあるかどうかを
判定する。もし、そうならば、ステップ112の次にス
テップ114に進み、N1の値を第1の窒素酸化物セン
サから読み込む。更にステップ116に進み、値N1lean
を更新する。
【0058】もし、λの値が、予め定められた希薄燃焼
状態を示す範囲にない場合には、ステップ114の代わ
りに、ステップ118に進む。ステップ118では、λ
が、エンジンの4工程の間に、予め定められた高濃度の
燃料混合気である範囲、例えば、λ=0.8±0.01の範囲に
あるか否かを判定する。もしそうならば、ステップ11
8の次にステップ120に進み、第1の窒素酸化物セン
サから出力信号N1を読み込む。次にステップ122に
進み、値N1richを更新する。
状態を示す範囲にない場合には、ステップ114の代わ
りに、ステップ118に進む。ステップ118では、λ
が、エンジンの4工程の間に、予め定められた高濃度の
燃料混合気である範囲、例えば、λ=0.8±0.01の範囲に
あるか否かを判定する。もしそうならば、ステップ11
8の次にステップ120に進み、第1の窒素酸化物セン
サから出力信号N1を読み込む。次にステップ122に
進み、値N1richを更新する。
【0059】もし、ステップ118にて、λが、理論空
燃比の状態点(λ=1)、予め定められた希薄燃焼状態
(λ=1.1)あるいは、予め定められた高濃度燃焼状態
(λ=0.8)のいずれの値にも相当しない場合には、ステ
ップ118の次にステップ124に進み、TWCの監視処
理から抜け出す。
燃比の状態点(λ=1)、予め定められた希薄燃焼状態
(λ=1.1)あるいは、予め定められた高濃度燃焼状態
(λ=0.8)のいずれの値にも相当しない場合には、ステ
ップ118の次にステップ124に進み、TWCの監視処
理から抜け出す。
【0060】ステップ116と122にて、N1leanとN1
richとを各々更新したのち、ステップ116とステップ
122の次はともにステップ126に進み、しきい値N1
THRE SH(TWC)を、次の式5により求める。
richとを各々更新したのち、ステップ116とステップ
122の次はともにステップ126に進み、しきい値N1
THRE SH(TWC)を、次の式5により求める。
【0061】
【数5】
【0062】ここで、Kは定数であり、例えば、K=2
である。
である。
【0063】このしきい値N1THRESH(TWC)は、図10に
も示されている。いかに示すように、このしき値は、TW
Cの故障を検出するために用いられる。さらに、図10
から明らかなように、曲線106にて示されるようなTW
Cの故障が発生すると、第1の窒素酸化物センサから出
力信号N1の値は、λが1となる理論空燃比の状態点
で、しきい値N1THRESH(TWC)を越える値となる。
も示されている。いかに示すように、このしき値は、TW
Cの故障を検出するために用いられる。さらに、図10
から明らかなように、曲線106にて示されるようなTW
Cの故障が発生すると、第1の窒素酸化物センサから出
力信号N1の値は、λが1となる理論空燃比の状態点
で、しきい値N1THRESH(TWC)を越える値となる。
【0064】従って、TWCの故障を監視するためには、
図11に示されるように、もしエンジンが理論空燃比の
状態点で動作している場合には、ステップ110の次に
ステップ128に進み、第1の窒素酸化物センサから出
力信号N1の値を読み込む。ステップ128の次にステ
ップ130に進み、TWCの故障を示すために、図5のC
PU42が適当な表示燈60を点灯させ、TWCの保守作
業が必要なことを運転手に知らせる。
図11に示されるように、もしエンジンが理論空燃比の
状態点で動作している場合には、ステップ110の次に
ステップ128に進み、第1の窒素酸化物センサから出
力信号N1の値を読み込む。ステップ128の次にステ
ップ130に進み、TWCの故障を示すために、図5のC
PU42が適当な表示燈60を点灯させ、TWCの保守作
業が必要なことを運転手に知らせる。
【0065】一方、TWCが効率的に機能している場合に
は、第1の窒素酸化物センサから出力信号N1の値は、
λが1となる理論空燃比の状態点で、しきい値N1
THRESH(TWC )を下回る値となる。この場合には、ステッ
プ130の次にステップ124に進み、TWCの監視処理
から抜け出す。
は、第1の窒素酸化物センサから出力信号N1の値は、
λが1となる理論空燃比の状態点で、しきい値N1
THRESH(TWC )を下回る値となる。この場合には、ステッ
プ130の次にステップ124に進み、TWCの監視処理
から抜け出す。
【0066】空燃比センサの監視 図12は、第1の窒素酸化物センサからの出力信号N1
を、λの関数として表した曲線134により示すもので
ある。第1の窒素酸化物センサから出力信号の中央値N1
MEDIANは、希薄燃焼状態、例えば、λ=1.1±0.01に対応
する点136で示された出力値N1leanと、高濃度燃焼状
態、例えば、λ=0.8±0.01に対応する点138で示され
た出力値N1richとの平均値によって与えられる。窒素酸
化物センサからの出力信号の中央値N1MEDIANを、点14
0により示す。更に、空燃比センサが効率的に機能して
いる際には、λの値は、中央値N1MEDIANに対応するλ
MEDI ANの前後に位置するλMEDIAN領域に留まる。
を、λの関数として表した曲線134により示すもので
ある。第1の窒素酸化物センサから出力信号の中央値N1
MEDIANは、希薄燃焼状態、例えば、λ=1.1±0.01に対応
する点136で示された出力値N1leanと、高濃度燃焼状
態、例えば、λ=0.8±0.01に対応する点138で示され
た出力値N1richとの平均値によって与えられる。窒素酸
化物センサからの出力信号の中央値N1MEDIANを、点14
0により示す。更に、空燃比センサが効率的に機能して
いる際には、λの値は、中央値N1MEDIANに対応するλ
MEDI ANの前後に位置するλMEDIAN領域に留まる。
【0067】空燃比センサが劣化すると、見かけ上、λ
の値が実際値と異なる値を示す。窒素酸化物センサから
の出力信号の値がN1MEDIANであるときの16から読み出
されたλの値を、λMEDIAN領域に入るか否かを判定する
ことにより、空燃比センサの劣化が検出できる。
の値が実際値と異なる値を示す。窒素酸化物センサから
の出力信号の値がN1MEDIANであるときの16から読み出
されたλの値を、λMEDIAN領域に入るか否かを判定する
ことにより、空燃比センサの劣化が検出できる。
【0068】図13は、空燃比センサを監視するための
処理手順を示したものである。ステップ142でλの値
をまず決定し、次にステップ144に進み、第1窒素酸
化物センサ22からの出力信号N1を読み込む。ステッ
プ144の次にステップ146に進み、出力信号N1の
値と、上記のように求めたN1MEDIANを中心とした領域、
例えば±5%の範囲とを比較する。
処理手順を示したものである。ステップ142でλの値
をまず決定し、次にステップ144に進み、第1窒素酸
化物センサ22からの出力信号N1を読み込む。ステッ
プ144の次にステップ146に進み、出力信号N1の
値と、上記のように求めたN1MEDIANを中心とした領域、
例えば±5%の範囲とを比較する。
【0069】もし、N1の値がN1MEDIANに充分近くない
場合には、ステップ146の次にステップ148に進
み、λの値が、予め定められた希薄燃焼状態を示すλの
領域、例えば、λ=1.1 ±0.01に入っているか否かを判
定する。もし、希薄燃焼状態にあるならば、ステップ1
48の次にステップ150に進み、N1leanの値を、読み
込んだN1値に等しく設定する。
場合には、ステップ146の次にステップ148に進
み、λの値が、予め定められた希薄燃焼状態を示すλの
領域、例えば、λ=1.1 ±0.01に入っているか否かを判
定する。もし、希薄燃焼状態にあるならば、ステップ1
48の次にステップ150に進み、N1leanの値を、読み
込んだN1値に等しく設定する。
【0070】一方、もし、λが、予め定められた希薄燃
焼状態を示すλ=1.1とならない場合には、ステップ14
8の次にステップ152に進み、 λの値が、予め定め
られた高濃度燃焼状態を示すλの領域、例えば、λ=0.8
±0.01に入っているか否かを判定する。もし、高濃度
燃焼状態にあるならば、ステップ152の次にステップ
154に進み、N1richの値を、読み込んだN1値に等しく
設定する。一方、高濃度燃焼状態にないならば、ステッ
プ152の処理後、空燃比センサの監視処理を終了す
る。
焼状態を示すλ=1.1とならない場合には、ステップ14
8の次にステップ152に進み、 λの値が、予め定め
られた高濃度燃焼状態を示すλの領域、例えば、λ=0.8
±0.01に入っているか否かを判定する。もし、高濃度
燃焼状態にあるならば、ステップ152の次にステップ
154に進み、N1richの値を、読み込んだN1値に等しく
設定する。一方、高濃度燃焼状態にないならば、ステッ
プ152の処理後、空燃比センサの監視処理を終了す
る。
【0071】ステップ150あるいはステップ154
で、N1lean、N1richの値を設定したのち、ステップ15
8に進む。ステップ158では、次式に従って、中央値
N1MEDI ANを求める。
で、N1lean、N1richの値を設定したのち、ステップ15
8に進む。ステップ158では、次式に従って、中央値
N1MEDI ANを求める。
【0072】
【数6】
【0073】ここで、Kは定数であり、例えば、K=2
である。
である。
【0074】もし、窒素酸化物センサから読み込んだ値
N1が、N1MEDIANを中心とした予め定められた範囲に入
るのならば、ステップ146の次にステップ160に進
み、変数λMEDIANの値を、ステップ142で定めたλの
値に等しく設定する。ステップ160の次に、ステップ
162に進む。
N1が、N1MEDIANを中心とした予め定められた範囲に入
るのならば、ステップ146の次にステップ160に進
み、変数λMEDIANの値を、ステップ142で定めたλの
値に等しく設定する。ステップ160の次に、ステップ
162に進む。
【0075】ステップ162で、変数λMEDIANの値と、
λMEDIAN領域とを比較する。ここで、λMEDIAN領域は、
あらかじめ経験的に決めておいた固定領域である。も
し、変数λMEDIANの値が、λMEDIAN領域に入っていれ
ば、空燃比センサが正常動作していることを表示し、ス
テップ162の次にステップ156に進み、空燃比セン
サの監視処理から抜け出す。
λMEDIAN領域とを比較する。ここで、λMEDIAN領域は、
あらかじめ経験的に決めておいた固定領域である。も
し、変数λMEDIANの値が、λMEDIAN領域に入っていれ
ば、空燃比センサが正常動作していることを表示し、ス
テップ162の次にステップ156に進み、空燃比セン
サの監視処理から抜け出す。
【0076】一方、もし、変数λMEDIANの値が、λ
MEDIAN領域に入っていなければ、ステップ162の次に
ステップ164に進み、空燃比センサが故障しているこ
とを表示する。この場合には、図5に示したCPU42
が、適当な表示燈60を点灯させ、空燃比センサの保守
作業が必要なことを自動車の運転手に知らせる。
MEDIAN領域に入っていなければ、ステップ162の次に
ステップ164に進み、空燃比センサが故障しているこ
とを表示する。この場合には、図5に示したCPU42
が、適当な表示燈60を点灯させ、空燃比センサの保守
作業が必要なことを自動車の運転手に知らせる。
【0077】不点火の監視 本発明のシステムはエンジンの不点火の監視にも使用で
きる。以下、図14の(A)から(E)を用いて説明す
る。図14は、エンジンの不点火の間に生じる諸現象を
示したものである。(A)は、ノックセンサにより検出
される震動の模様を示し、各エンジンが燃焼する際にセ
ンサからの出力信号は170と172に示されるような
パルス状である。(A)では、エンジンの不点火が時刻
174で発生した場合を示しており、本来ならば曲線1
76で示されるような震動曲線がセンサにより検出され
るはずだったものが、不点火の直後には失われてしま
う。
きる。以下、図14の(A)から(E)を用いて説明す
る。図14は、エンジンの不点火の間に生じる諸現象を
示したものである。(A)は、ノックセンサにより検出
される震動の模様を示し、各エンジンが燃焼する際にセ
ンサからの出力信号は170と172に示されるような
パルス状である。(A)では、エンジンの不点火が時刻
174で発生した場合を示しており、本来ならば曲線1
76で示されるような震動曲線がセンサにより検出され
るはずだったものが、不点火の直後には失われてしま
う。
【0078】図14の(B)は、ノックインデックスを
示す。178(の信号部分)に示されるように、不点火
が発生すると、ノックインデックスは、予め定められた
NOxTHRESHの値を下回ってしまう。
示す。178(の信号部分)に示されるように、不点火
が発生すると、ノックインデックスは、予め定められた
NOxTHRESHの値を下回ってしまう。
【0079】図14の(C)は、図2の(B)に示され
た回転数センサ12で検出した値をもとに計算されたエ
ンジン回転数を示し、179(の信号部分)に示される
ように、不点火の起こった時刻174の直後、短時間の
間、エンジン回転数が僅かに減少する。
た回転数センサ12で検出した値をもとに計算されたエ
ンジン回転数を示し、179(の信号部分)に示される
ように、不点火の起こった時刻174の直後、短時間の
間、エンジン回転数が僅かに減少する。
【0080】燃焼室内の燃料は、エンジン不点火の間は
燃焼しないので、(不点火の直後)エンジンからの排気
ガス中には燃焼しなかった燃料成分が多く含まれる。従
って、エンジンからの排気ガス流には、燃料濃度が高く
なった部分が生じる。この燃料高濃度部分が空燃比セン
サ16により検出されると、図14の(D)の180に
示されるような、負値のスパイクが発生する。更に、空
燃比センサ16は、燃焼室の下流がわに取り付けられて
いるので、空燃比センサ16からのスパイク状の出力信
号180は、不点火の起こった時刻174より遅れて立
ち上がる。
燃焼しないので、(不点火の直後)エンジンからの排気
ガス中には燃焼しなかった燃料成分が多く含まれる。従
って、エンジンからの排気ガス流には、燃料濃度が高く
なった部分が生じる。この燃料高濃度部分が空燃比セン
サ16により検出されると、図14の(D)の180に
示されるような、負値のスパイクが発生する。更に、空
燃比センサ16は、燃焼室の下流がわに取り付けられて
いるので、空燃比センサ16からのスパイク状の出力信
号180は、不点火の起こった時刻174より遅れて立
ち上がる。
【0081】同様に、燃料は、エンジン不点火の間は燃
焼しないので、不点火174によって窒素酸化物は生成
されない。排気ガス流中に窒素酸化物が含まれなくなる
現象は、(E)に示されるように、第1窒素酸化物セン
サ22からの出力信号N1の負値のスパイク182とし
て現れる。更に、第1窒素酸化物センサ22は空燃比セ
ンサ16よりも物理的に下流側に取り付けられているの
で、この第1窒素酸化物センサ22からのスパイク状信
号182は、空燃比センサで検出したスパイク状信号よ
りも遅れて立ち上がる。
焼しないので、不点火174によって窒素酸化物は生成
されない。排気ガス流中に窒素酸化物が含まれなくなる
現象は、(E)に示されるように、第1窒素酸化物セン
サ22からの出力信号N1の負値のスパイク182とし
て現れる。更に、第1窒素酸化物センサ22は空燃比セ
ンサ16よりも物理的に下流側に取り付けられているの
で、この第1窒素酸化物センサ22からのスパイク状信
号182は、空燃比センサで検出したスパイク状信号よ
りも遅れて立ち上がる。
【0082】図15は、エンジンの不点火を検出するた
めの処理手順を示すものである。ステップ190では、
図14Cに示したようなエンジン回転数の変化を、本発
明の監視システムでは考慮しないように予め定められた
小規模な不点火を検出するためのエンジン回転数のしき
い値と比較する。エンジン回転数が小規模な不点火を検
出するためのしきい値を上回る場合には、エンジンの不
点火は生じていないことを示しており、ステップ190
の次に直接ステップ192に進み、エンジンは正常動作
していることを提示し、ステップ194にて、エンジン
不点火の検出処理手順を完了する。
めの処理手順を示すものである。ステップ190では、
図14Cに示したようなエンジン回転数の変化を、本発
明の監視システムでは考慮しないように予め定められた
小規模な不点火を検出するためのエンジン回転数のしき
い値と比較する。エンジン回転数が小規模な不点火を検
出するためのしきい値を上回る場合には、エンジンの不
点火は生じていないことを示しており、ステップ190
の次に直接ステップ192に進み、エンジンは正常動作
していることを提示し、ステップ194にて、エンジン
不点火の検出処理手順を完了する。
【0083】一方、エンジン回転数の減少幅が、小規模
な不点火を検出するためのしきい値を上回る場合には、
ステップ190の次にステップ192に進み、エンジン
回転数の減少幅と大規模な不点火を検出するためのエン
ジン回転数のしきい値とを比較する。エンジン回転数の
減少幅が、予め定められた大規模な不点火を検出するた
めのエンジン回転数のしきい値を下回る場合には、不点
火は許容される範囲内る程度のものとして判定され、ス
テップ196の次にステップ192に進み、ステップ1
94にて、エンジン不点火の検出処理手順を完了する。
な不点火を検出するためのしきい値を上回る場合には、
ステップ190の次にステップ192に進み、エンジン
回転数の減少幅と大規模な不点火を検出するためのエン
ジン回転数のしきい値とを比較する。エンジン回転数の
減少幅が、予め定められた大規模な不点火を検出するた
めのエンジン回転数のしきい値を下回る場合には、不点
火は許容される範囲内る程度のものとして判定され、ス
テップ196の次にステップ192に進み、ステップ1
94にて、エンジン不点火の検出処理手順を完了する。
【0084】もし、エンジン回転数の減少幅が、大規模
な不点火を検出するためのエンジン回転数のしきい値を
上回る場合には、ステップ196の次にステップ198
に進み、図14の(B)に示したノックインデックス
を、ノックインデックスのしきい値と比較する。ノック
インデックスがそのしきい値を上回る場合には、エンジ
ンは正常動作していることを提示し、ステップ198の
次にステップ192に進む。そうでない場合には、ステ
ップ198の次にステップ200に進み、小規模な不点
火のみが生じたことを示す。ステップ200では、空燃
比センサからの出力信号の変化を、予め定められた空燃
比のしきい値A/FTHRESH(MISFIRE)と比較する。もし、空
燃比センサからの出力信号の変化が、そのしきい値A/F
THRESH(MISF IRE)を下回る場合には、ステップ200の
次にステップ192に進み、ステップ194にて、エン
ジン不点火の検出処理手順を完了する。そうでない場合
には、ステップ200の次にステップ202に進む。
な不点火を検出するためのエンジン回転数のしきい値を
上回る場合には、ステップ196の次にステップ198
に進み、図14の(B)に示したノックインデックス
を、ノックインデックスのしきい値と比較する。ノック
インデックスがそのしきい値を上回る場合には、エンジ
ンは正常動作していることを提示し、ステップ198の
次にステップ192に進む。そうでない場合には、ステ
ップ198の次にステップ200に進み、小規模な不点
火のみが生じたことを示す。ステップ200では、空燃
比センサからの出力信号の変化を、予め定められた空燃
比のしきい値A/FTHRESH(MISFIRE)と比較する。もし、空
燃比センサからの出力信号の変化が、そのしきい値A/F
THRESH(MISF IRE)を下回る場合には、ステップ200の
次にステップ192に進み、ステップ194にて、エン
ジン不点火の検出処理手順を完了する。そうでない場合
には、ステップ200の次にステップ202に進む。
【0085】ステップ202では、図14Eに示した第
1の窒素酸化物センサからの出力信号の変化を、予め定
められたしきい値NOxTHRESH(MISFIRE)と比較する。もし
第1の窒素酸化物センサからの出力信号の変化が、その
しきい値NOxTHRESH(MISFIRE)を下回る場合には、小規模
な不点火のみが生じたことを示し、ステップ202の次
にステップ192に進む。そうでない場合には、ステッ
プ202の次にステップ204に進み、許容できない程
度の不点火が生じたことを示す。同時に、CPU42
が、適当な表示燈60を点灯させ、許容できない程度の
不点火が生じたことを自動車の運転手に知らせる。
1の窒素酸化物センサからの出力信号の変化を、予め定
められたしきい値NOxTHRESH(MISFIRE)と比較する。もし
第1の窒素酸化物センサからの出力信号の変化が、その
しきい値NOxTHRESH(MISFIRE)を下回る場合には、小規模
な不点火のみが生じたことを示し、ステップ202の次
にステップ192に進む。そうでない場合には、ステッ
プ202の次にステップ204に進み、許容できない程
度の不点火が生じたことを示す。同時に、CPU42
が、適当な表示燈60を点灯させ、許容できない程度の
不点火が生じたことを自動車の運転手に知らせる。
【0086】エンジン制御 以上に示した監視方法は、すべて、エンジン状態を検出
する様々なセンサをはじめとする様々なエンジン構成要
素の監視に適用し、構成要素やセンサの故障や劣化を検
出することができた。しかし、センサからの出力信号
は、エンジンの動作を最適化したり、エンジンからの有
害な排気ガスを減らすために、様々なエンジンの運転条
件を制御することにも利用できる。
する様々なセンサをはじめとする様々なエンジン構成要
素の監視に適用し、構成要素やセンサの故障や劣化を検
出することができた。しかし、センサからの出力信号
は、エンジンの動作を最適化したり、エンジンからの有
害な排気ガスを減らすために、様々なエンジンの運転条
件を制御することにも利用できる。
【0087】排気ガスの再循環制御 排気ガスの再循環(EGR)は、エンジンからの排気ガス中
の窒素酸化物濃度を減少させるために、これまで長い間
利用されてきた。排気ガスの再循環では、エンジンから
の廃気ガスの一部が、エンジンの吸気マニフォールドに
再循環される。そうした場合、排気ガスはエンジンの燃
焼室を冷却し、下記の反応式に従う、化学反応が促進さ
れる。
の窒素酸化物濃度を減少させるために、これまで長い間
利用されてきた。排気ガスの再循環では、エンジンから
の廃気ガスの一部が、エンジンの吸気マニフォールドに
再循環される。そうした場合、排気ガスはエンジンの燃
焼室を冷却し、下記の反応式に従う、化学反応が促進さ
れる。
【0088】N2+O2 → 2NO ここで、反応が左に進むほど、無害な排気ガス成分とな
る。更に、燃料消費の経済性のためには、EGRの量は、
例えば、5から6%程度の小さなものの方が、望まし
い。しかし、EGRによる最適な再循環量の割合は、エン
ジンの経年変化により変わる。例えば、長期間使用後の
エンジン内部へのカーボン付着は、燃焼室からの熱伝達
に影響を及ぼし、転じて、窒素酸化物の排出量が増える
ため、窒素酸化物を許容量にまで減少させるためのEGR
の量を増やすことが必要になる。
る。更に、燃料消費の経済性のためには、EGRの量は、
例えば、5から6%程度の小さなものの方が、望まし
い。しかし、EGRによる最適な再循環量の割合は、エン
ジンの経年変化により変わる。例えば、長期間使用後の
エンジン内部へのカーボン付着は、燃焼室からの熱伝達
に影響を及ぼし、転じて、窒素酸化物の排出量が増える
ため、窒素酸化物を許容量にまで減少させるためのEGR
の量を増やすことが必要になる。
【0089】図16は、第1の窒素酸化物センサからの
出力信号N1を、窒素酸化物触媒コンバータ20に流入
する排気ガス中の窒素酸化物濃度の関数として、曲線2
10によって示したものである。また、図16には、第
2の窒素酸化物センサ24からの出力信号N2を、曲線
210によって示してある。更に、点214に示される
ような予め定められた窒素酸化物濃度のレベルでは、窒
素酸化物触媒コンバータ20は基本的にエンジンからの
排気ガス中の窒素酸化物を全て除去し、第2の窒素酸化
物センサからの出力信号N2は実質的にゼロとすること
ができる。窒素酸化物触媒コンバータ20での窒素酸化
物の減少量に比べて、EGRシステムによって窒素酸化
物をより減少させる必要はないので、第1の窒素酸化物
センサからの出力信号がN1opとなるよう、点214で
の最適なEGRの量で、排気ガスを再循環させることが
望ましい。以上に説明したように、N1opは、エンジン
の経年変化に伴って変化するものである。
出力信号N1を、窒素酸化物触媒コンバータ20に流入
する排気ガス中の窒素酸化物濃度の関数として、曲線2
10によって示したものである。また、図16には、第
2の窒素酸化物センサ24からの出力信号N2を、曲線
210によって示してある。更に、点214に示される
ような予め定められた窒素酸化物濃度のレベルでは、窒
素酸化物触媒コンバータ20は基本的にエンジンからの
排気ガス中の窒素酸化物を全て除去し、第2の窒素酸化
物センサからの出力信号N2は実質的にゼロとすること
ができる。窒素酸化物触媒コンバータ20での窒素酸化
物の減少量に比べて、EGRシステムによって窒素酸化
物をより減少させる必要はないので、第1の窒素酸化物
センサからの出力信号がN1opとなるよう、点214で
の最適なEGRの量で、排気ガスを再循環させることが
望ましい。以上に説明したように、N1opは、エンジン
の経年変化に伴って変化するものである。
【0090】図17は、EGR制御の処理手順を示した
ものである。ステップ216で、第1窒素酸化物センサ
22と第2窒素酸化物センサ24から、各々、値N1と
値N2を読み込む。ステップ216の次にステップ21
8に進み、第2窒素酸化物センサ24からの出力信号
が、図16に示した基準レベルN2BASE以下であるか否
かを判定する。もしそうならば、ステップ218の次に
ステップ220に進み、値N1OP(-)を値N1と等しく
設定し、更にN1OPの値を、次式に従って決定する。
ものである。ステップ216で、第1窒素酸化物センサ
22と第2窒素酸化物センサ24から、各々、値N1と
値N2を読み込む。ステップ216の次にステップ21
8に進み、第2窒素酸化物センサ24からの出力信号
が、図16に示した基準レベルN2BASE以下であるか否
かを判定する。もしそうならば、ステップ218の次に
ステップ220に進み、値N1OP(-)を値N1と等しく
設定し、更にN1OPの値を、次式に従って決定する。
【0091】
【数7】
【0092】一方、第2窒素酸化物センサ24からの出
力信号N2が、その基準レベルBASEに達しない場合に
は、ステップ218の次にステップ222に進む。ま
た、ステップ220でN1OPの値を設定した後、ステッ
プ222に進む。
力信号N2が、その基準レベルBASEに達しない場合に
は、ステップ218の次にステップ222に進む。ま
た、ステップ220でN1OPの値を設定した後、ステッ
プ222に進む。
【0093】ステップ222では、第2窒素酸化物セン
サ24からの出力信号N2が、まだ基準レベルN2BASE
にあるか否かを判定する。もしそうでないならば、ステ
ップ222の次にステップ224に進み、排気ガスの再
循環量を増加させ、EGR制御の処理手順を終了する。
サ24からの出力信号N2が、まだ基準レベルN2BASE
にあるか否かを判定する。もしそうでないならば、ステ
ップ222の次にステップ224に進み、排気ガスの再
循環量を増加させ、EGR制御の処理手順を終了する。
【0094】一方、第2窒素酸化物センサ24からの出
力信号N2が、まだ基準レベルN2BASEにある場合に
は、ステップ222の次にステップ226に進み、その
時点で、CPU42はEGR制御システム(排気ガス再
循環システム)26に制御信号を出力し、排気ガスの再
循環量を減少させる。この減少操作によって、第1窒素
酸化物センサ22からの出力信号N1を最適状態である
N1OPに近付ける。
力信号N2が、まだ基準レベルN2BASEにある場合に
は、ステップ222の次にステップ226に進み、その
時点で、CPU42はEGR制御システム(排気ガス再
循環システム)26に制御信号を出力し、排気ガスの再
循環量を減少させる。この減少操作によって、第1窒素
酸化物センサ22からの出力信号N1を最適状態である
N1OPに近付ける。
【0095】ステップ226の次にステップ228に進
み、第2窒素酸化物センサ24からの出力信号N2が増
加してその基準レベルN2BASEを越えたか否かを判定す
る。もし、越えていなければ、ステップ228の次にス
テップ230に進み、EGR制御の処理手順を終了す
る。一方、越えていれば、ステップ228の次にステッ
プ232に進み、第1の窒素酸化物センサからの出力信
号N1の現在の値をN1OP(+)の値に設定し、更に、N
1OPの値を次式に従って決定する。
み、第2窒素酸化物センサ24からの出力信号N2が増
加してその基準レベルN2BASEを越えたか否かを判定す
る。もし、越えていなければ、ステップ228の次にス
テップ230に進み、EGR制御の処理手順を終了す
る。一方、越えていれば、ステップ228の次にステッ
プ232に進み、第1の窒素酸化物センサからの出力信
号N1の現在の値をN1OP(+)の値に設定し、更に、N
1OPの値を次式に従って決定する。
【0096】
【数8】
【0097】ステップ232の次にステップ230に進
み、EGR制御の処理手順を終了する。
み、EGR制御の処理手順を終了する。
【0098】上記のようなEGR処理手順をくりかえし
実行することにより、EGR制御による排気ガスの再循
環量は、図16に示されるような最適値N1OPの近傍に
保たれる。これにより、窒素酸化物触媒コンバータ20
には、それが安全・安定に処理出来るだけの窒素酸化物
の量が供給されるので、第2窒素酸化物センサ24から
の出力信号、すなわち内燃焼型エンジンから排出される
窒素酸化物を、最小の許容量の水準に保つことが可能と
なる。
実行することにより、EGR制御による排気ガスの再循
環量は、図16に示されるような最適値N1OPの近傍に
保たれる。これにより、窒素酸化物触媒コンバータ20
には、それが安全・安定に処理出来るだけの窒素酸化物
の量が供給されるので、第2窒素酸化物センサ24から
の出力信号、すなわち内燃焼型エンジンから排出される
窒素酸化物を、最小の許容量の水準に保つことが可能と
なる。
【0099】二次空気制御 三元触媒コンバータ18の効率的な動作を維持するため
には、三元触媒コンバータ18を予め決められた温度範
囲の中で動作させる必要がある。さもないと、三元触媒
コンバータ18が過熱し、その触媒効果が損なわれるた
め、動作効率が低下し、排気ガス中の有害成分の排出量
を増やしてしまうという不利な結果となる。三元触媒コ
ンバータ18の過熱を防止するために、図2に示した二
次空気システム34をCPU42によって制御し、三元
触媒コンバータ18に冷気を流入させる。二次空気は、
エンジンからの排気孔近傍の排気ガス流の中に、排気バ
ルブに向かって流入させることが望ましい。このような
二次空気の流入は、排気バルブとその関連機構が冷却さ
れるという、有利な結果となる。更に、排気バルブ付近
の排気ガス流は高温を保ったままであるため、下記の化
学式による化学反応が左辺から右辺に向って進み、ある
ていど窒素酸化物の量の減少が見られるようになる。
には、三元触媒コンバータ18を予め決められた温度範
囲の中で動作させる必要がある。さもないと、三元触媒
コンバータ18が過熱し、その触媒効果が損なわれるた
め、動作効率が低下し、排気ガス中の有害成分の排出量
を増やしてしまうという不利な結果となる。三元触媒コ
ンバータ18の過熱を防止するために、図2に示した二
次空気システム34をCPU42によって制御し、三元
触媒コンバータ18に冷気を流入させる。二次空気は、
エンジンからの排気孔近傍の排気ガス流の中に、排気バ
ルブに向かって流入させることが望ましい。このような
二次空気の流入は、排気バルブとその関連機構が冷却さ
れるという、有利な結果となる。更に、排気バルブ付近
の排気ガス流は高温を保ったままであるため、下記の化
学式による化学反応が左辺から右辺に向って進み、ある
ていど窒素酸化物の量の減少が見られるようになる。
【0100】NOx ⇔ N2O2 図18に、三元触媒コンバータ18への二次空気の流入
を制御するための処理手順を示す。ステップ250で
は、はじめに、空燃比センサ16からの空燃比を読み込
み、更に、第1窒素酸化物センサ22からの出力信号N
1を読み込む。ステップ250の次にステップ252に
進む。
を制御するための処理手順を示す。ステップ250で
は、はじめに、空燃比センサ16からの空燃比を読み込
み、更に、第1窒素酸化物センサ22からの出力信号N
1を読み込む。ステップ250の次にステップ252に
進む。
【0101】ステップ252では、まず、エンジンの燃
焼状態が理論空燃比の状態点で、すなわちλが1の状態
で運転されているか否かを判定する。もしそうならば、
ステップ252の次にステップ264に進み、二次空気
流入バルブを閉じ、排気ガス流中への二次空気の流入を
終了する。
焼状態が理論空燃比の状態点で、すなわちλが1の状態
で運転されているか否かを判定する。もしそうならば、
ステップ252の次にステップ264に進み、二次空気
流入バルブを閉じ、排気ガス流中への二次空気の流入を
終了する。
【0102】もし、エンジンの燃焼状態が理論空燃比の
状態点で運転されていれば、ステップ252の次にステ
ップ256に進み、λが1より大きいかどうかを判定す
る。もしそうならば、希薄燃焼状態であることを示し、
ステップ256の次にステップ254に進む。そうでな
い場合、即ち、λが1より小さい場合は、高濃度燃焼状
態を示し、ステップ256の次にステップ258に進
む。
状態点で運転されていれば、ステップ252の次にステ
ップ256に進み、λが1より大きいかどうかを判定す
る。もしそうならば、希薄燃焼状態であることを示し、
ステップ256の次にステップ254に進む。そうでな
い場合、即ち、λが1より小さい場合は、高濃度燃焼状
態を示し、ステップ256の次にステップ258に進
む。
【0103】ステップ258では、二次空気の流入が望
ましい状況にあり、CPU42は3400への制御信号
を生成し、二次空気流入バルブを開き、排気ガス流中へ
の二次空気を流入する。ステップ258の次にステップ
260に進み、二次空気の流入処理を終了する。
ましい状況にあり、CPU42は3400への制御信号
を生成し、二次空気流入バルブを開き、排気ガス流中へ
の二次空気を流入する。ステップ258の次にステップ
260に進み、二次空気の流入処理を終了する。
【0104】一方、理論空燃比状態あるいは希薄燃焼状
態でのエンジン動作時には、ステップ254の次にステ
ップ262に進み、第1窒素酸化物センサ22からの出
力信号N1を予め定められたしきい値λTHRESH、例え
ば、λTHRESH=1.1。もし、第1窒素酸化物センサ22か
らの出力信号N1がしきい値λTHRESHを上回る場合に
は、ステップ262の次にステップ258に進み、二次
空気を上記の手順で、流入する。そうでない場合には、
ステップ264に進み、排気ガス流中への二次空気の流
入を終了する。
態でのエンジン動作時には、ステップ254の次にステ
ップ262に進み、第1窒素酸化物センサ22からの出
力信号N1を予め定められたしきい値λTHRESH、例え
ば、λTHRESH=1.1。もし、第1窒素酸化物センサ22か
らの出力信号N1がしきい値λTHRESHを上回る場合に
は、ステップ262の次にステップ258に進み、二次
空気を上記の手順で、流入する。そうでない場合には、
ステップ264に進み、排気ガス流中への二次空気の流
入を終了する。
【0105】空気補給制御 図2に示した、空気補給システム28は、燃料の気化を
促進し、燃焼効率を向上させるために、エンジンへの燃
料噴射ノズルを通して補給空気を流入するために用いら
れる。空気補給システム28の動作を制御するための処
理手順を図19に示す。
促進し、燃焼効率を向上させるために、エンジンへの燃
料噴射ノズルを通して補給空気を流入するために用いら
れる。空気補給システム28の動作を制御するための処
理手順を図19に示す。
【0106】ステップ280では、スロットル開度セン
サ15、回転数センサ12、空気流量センサ14からの
測定値を読み込み、次にステップ282に進む。ステッ
プ282では、スロットル開度センサ15からの信号値
をアイドリング位置に相当する値と比較し、エンジンが
アイドリング状態にあるか否かを判定する。
サ15、回転数センサ12、空気流量センサ14からの
測定値を読み込み、次にステップ282に進む。ステッ
プ282では、スロットル開度センサ15からの信号値
をアイドリング位置に相当する値と比較し、エンジンが
アイドリング状態にあるか否かを判定する。
【0107】スロットルバルブが開いている場合には、
ステップ282の次にステップ284に進み、スロット
ル開度センサ15からの信号値を予め定められたスロッ
トルバルブ全開位置に相当する値と比較する。もし、ス
ロットルが全開の場合、空気補給が不要なほどエンジン
出力は上がっている。従って、スロットル全開の間は、
ステップ284の次にはステップ286に進み、CPU
42は空気補給システム28に制御信号を送り、補給空
気の流入を中止する。ステップ286の次にステップ2
88に進み、空気補給の制御から抜け出すか、再び、ス
テップ280に戻り、本制御を繰り返すかを選択する。
ステップ282の次にステップ284に進み、スロット
ル開度センサ15からの信号値を予め定められたスロッ
トルバルブ全開位置に相当する値と比較する。もし、ス
ロットルが全開の場合、空気補給が不要なほどエンジン
出力は上がっている。従って、スロットル全開の間は、
ステップ284の次にはステップ286に進み、CPU
42は空気補給システム28に制御信号を送り、補給空
気の流入を中止する。ステップ286の次にステップ2
88に進み、空気補給の制御から抜け出すか、再び、ス
テップ280に戻り、本制御を繰り返すかを選択する。
【0108】一方、スロットルは開いているものの、全
開ではない状況では、ステップ284の次にステップ2
90に進み、燃料噴射パルスFIに関し、空気補給パル
スAAのパルス幅の最適値を決定する。ステップ292
にて、ステップ290で最適値に決定されたパルス幅に
従って、空気補給が行われる。
開ではない状況では、ステップ284の次にステップ2
90に進み、燃料噴射パルスFIに関し、空気補給パル
スAAのパルス幅の最適値を決定する。ステップ292
にて、ステップ290で最適値に決定されたパルス幅に
従って、空気補給が行われる。
【0109】スロットルが閉まっている場合には、ステ
ップ282の次にステップ294に進み、エンジンの冷
却用クーラントの温度をそのしきい値と比較し、エンジ
ンが低温からの始動状態にあるか否かを判定する。もし
そうならば、ステップ294の次にステップ296に進
む。ステップ296では、CPU42は、連続的に空気
を燃焼シリンダに送り込むように、空気補給システム2
8に制御信号を出力する。ステップ296の次にステッ
プ288に進み、空気補給制御から抜け出す。
ップ282の次にステップ294に進み、エンジンの冷
却用クーラントの温度をそのしきい値と比較し、エンジ
ンが低温からの始動状態にあるか否かを判定する。もし
そうならば、ステップ294の次にステップ296に進
む。ステップ296では、CPU42は、連続的に空気
を燃焼シリンダに送り込むように、空気補給システム2
8に制御信号を出力する。ステップ296の次にステッ
プ288に進み、空気補給制御から抜け出す。
【0110】もし、エンジンが暖気運転状態で、スロッ
トルが閉じている場合には、ステップ294の次にステ
ップ298に進む。ステップ298では、エンジンがア
イドリング状態にあるか否かを判定する。この判定は、
例えば、回転数センサ12からの出力信号をそのしきい
値と比較することにより実現できる。もし、エンジンが
アイドリング状態にある場合には、ステップ298の次
にステップ290に進み、前述したようにパルス状の制
御信号に従って、燃料噴射に合わせて空気補給が行われ
る。一方、エンジンがアイドリング状態にない場合に
は、ステップ298の次にステップ300に進み、空気
補給システム28の動作を終了する。
トルが閉じている場合には、ステップ294の次にステ
ップ298に進む。ステップ298では、エンジンがア
イドリング状態にあるか否かを判定する。この判定は、
例えば、回転数センサ12からの出力信号をそのしきい
値と比較することにより実現できる。もし、エンジンが
アイドリング状態にある場合には、ステップ298の次
にステップ290に進み、前述したようにパルス状の制
御信号に従って、燃料噴射に合わせて空気補給が行われ
る。一方、エンジンがアイドリング状態にない場合に
は、ステップ298の次にステップ300に進み、空気
補給システム28の動作を終了する。
【0111】結論 本発明は、エンジンの様々な構成要素を監視し、内燃エ
ンジンのエンジン点火、排気ガス関連機器を制御するた
めの、優れた方法と手段を与える。
ンジンのエンジン点火、排気ガス関連機器を制御するた
めの、優れた方法と手段を与える。
【0112】上記で述べたすべての処理手順は、CPU
42により、繰返し実行されるものである。更に、上記
の処理手順のあるもの、あるいは全ては、エンジンのあ
る定常運転状態が成り立つ時にのみ、CPUにより実行
されるものである。
42により、繰返し実行されるものである。更に、上記
の処理手順のあるもの、あるいは全ては、エンジンのあ
る定常運転状態が成り立つ時にのみ、CPUにより実行
されるものである。
【0113】
【発明の効果】本発明によれば、エンジンの様々な構成
要素を監視し、内燃エンジンのエンジン点火、排気ガス
関連機器を制御するための優れた方法と手段が与えられ
る。
要素を監視し、内燃エンジンのエンジン点火、排気ガス
関連機器を制御するための優れた方法と手段が与えられ
る。
【図1】 窒素酸化物を含むエンジンからの排気ガス成
分を余剰空気比λの関数として描いた図である。
分を余剰空気比λの関数として描いた図である。
【図2】 (A)と(B)は、本発明の一実施例を表す
概略機能図である。
概略機能図である。
【図3】 窒素酸化物センサからの出力信号を、ガス濃
度の関数として示したグラフである。
度の関数として示したグラフである。
【図4】 三元触媒コンバータによる処理を控えた窒素
酸化物を含む排気ガスの成分濃度を示す図である。
酸化物を含む排気ガスの成分濃度を示す図である。
【図5】 本発明の一実施例を表す、概略機能図であ
る。
る。
【図6】 (A)と(B)は、窒素酸化物触媒コンバー
タの監視に伴う窒素酸化物センサからの出力信号を示す
グラフである。
タの監視に伴う窒素酸化物センサからの出力信号を示す
グラフである。
【図7】 窒素酸化物触媒コンバータの監視のための処
理手順である。
理手順である。
【図8】 余剰空気比λと窒素酸化物センサの劣化程度
の関数として表した、窒素酸化物センサからの出力信号
の変化を表す図である。
の関数として表した、窒素酸化物センサからの出力信号
の変化を表す図である。
【図9】 第1窒素酸化物センサを監視するための処理
手順である。
手順である。
【図10】 余剰空気比と第三元触媒コンバータの劣化
程度の関数として表した、第1窒素酸化物センサからの
出力信号の変化を表す図である。
程度の関数として表した、第1窒素酸化物センサからの
出力信号の変化を表す図である。
【図11】 第三元触媒コンバータの動作を監視するた
めの処理手順である。
めの処理手順である。
【図12】 空燃比センサの監視に関連し、余剰空気比
の関数として表した、第1窒素酸化物センサからの出力
信号の変化を表すグラフである。
の関数として表した、第1窒素酸化物センサからの出力
信号の変化を表すグラフである。
【図13】 空燃比センサの監視のための処理手順であ
る。
る。
【図14】 (A)から(F)は、エンジンの不点火の
間に様々なセンサからの出力信号の変化を表すグラフで
ある。
間に様々なセンサからの出力信号の変化を表すグラフで
ある。
【図15】 エンジンの不点火を監視するための処理手
順である。
順である。
【図16】 第1窒素酸化物センサと第2窒素酸化物セ
ンサからの出力信号を、窒素酸化物の濃度の関数として
表したグラフである。
ンサからの出力信号を、窒素酸化物の濃度の関数として
表したグラフである。
【図17】 排気ガスの再循環のための処理手順であ
る。
る。
【図18】 三元触媒コンバータに流入される二次空気
の制御のための処理手順である。
の制御のための処理手順である。
【図19】 燃料噴射に合わせて用いられる空気補給バ
ルブの開閉操作のための処理手順である。
ルブの開閉操作のための処理手順である。
10 内燃型エンジン 12 回転数センサ 14 空気流量センサ 15 スロットル開度センサ 16 空燃比センサ 18 三元触媒コンバータ 20 窒素酸化物触媒コンバータ 22 第1窒素酸化物センサ 24 第2窒素酸化物センサ 26 排気ガス再循環システム 28 空気補給システム 30 燃料噴射システム 32 点火時期進行システム 34 二次空気補給システム 40 入力インターフェース回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) F02D 21/06 F02D 21/06 21/08 21/08 L 41/04 301 41/04 301C 43/00 301 43/00 301G 301M F02M 23/04 F02M 23/04 Z 25/07 530 25/07 530Z (72)発明者 フランク W ハント アメリカ合衆国 48390 ミシガン州 ウ ォールドレイク ベントラ 2352
Claims (5)
- 【請求項1】排気ガスの一部として窒素酸化物を排出す
る内燃エンジンと、エンジンの排気システムと、エンジ
ン排気ガスを浄化させるための前記排気システム中の手
段と、エンジンの動作パラメータを変化させるための複
数の制御手段と結合して用いるエンジン排気ガス浄化シ
ステムであって、 様々なエンジン動作条件を検出し該条件を表す出力信号
を生成するための複数のセンサを備え、 前記センサの少なくとも一つのセンサが、前記排気シス
テムに付属し、前記エンジン排気中の予め指定されたガ
ス成分の濃度を示す出力信号を出力するガスセンサを備
え、 さらに、前記エンジン排気ガス浄化システムは、複数の
前記センサからの出力信号に応答し、予め指定された動
作条件で動作している間にエンジンの動作を最適化する
ように、および/またはエンジン排気ガスを浄化させる
ように、前記予め指定された動作条件で動作している間
に前記制御手段を制御するための手段とを備え、前記予
め指定されたガス成分が、窒素酸化物であることを特徴
とするエンジン排気ガス浄化システム。 - 【請求項2】請求項1記載のエンジン排気ガス浄化シス
テムにおいて、前記制御手段はエンジンからの排気ガス
の一部をエンジンへの吸気部分に再循環させる手段から
なることを特徴とするエンジン排気ガス浄化システム。 - 【請求項3】請求項2記載のエンジン排気ガス浄化シス
テムにおいて、前記排気システムは予め定められた濃度
の窒素酸化物を減少させる能力をもつ窒素酸化物触媒コ
ンバータを含み、前記排気システムは、 排気システムからの窒素酸化物の排出を検出するための
手段と、 排気ガス中の窒素酸化物濃度を前記予め定められた濃度
に低減させるのに充分な排気ガスの再循環量となるよ
う、前記再循環手段を制御するための手段とからなるこ
とを特徴とするエンジン排気ガス浄化システム。 - 【請求項4】排気ガスの一部として窒素酸化物を排出す
る内燃エンジンと、エンジンの排気システムと、エンジ
ン排気ガスを浄化させるための前記排気システム中の手
段と、エンジンの動作パラメータを変化させるための複
数の制御手段と結合して用いるエンジン排気ガス浄化シ
ステムであって、 様々なエンジン動作条件を検出し該条件を表す出力信号
を生成するための複数のセンサを備え、 前記センサの少なくとも一つのセンサが、前記排気シス
テムに付属し、前記エンジン排気中の予め指定されたガ
ス成分の濃度を示す出力信号を出力するガスセンサを備
え、さらに、前記エンジン排気ガス浄化システムは、複
数の前記センサからの出力信号に応答し、予め指定され
た動作条件で動作している間にエンジンの動作を最適化
するように、および/またはエンジン排気ガスを浄化さ
せるように、前記予め指定された動作条件で動作してい
る間に前記制御手段を制御するための手段とを備え、前
記センサはスロットルの位置を示す出力信号を出力する
スロットル位置センサからなり、前記エンジンは、 燃料噴射装置と空気を選択的に燃料噴射装置に導入する
ための手段と、 スロットル位置センサからの出力信号を読み取るための
手段と、 燃料噴射装置の燃料噴射に同期したパルス信号によって
空気を導く手段を起動するために、スロットルが全開以
下の開度条件に対応する手段とからなる空気の燃料噴射
装置への導入の制御するための手段とを備えていること
を特徴とするエンジン排気ガス浄化システム。 - 【請求項5】排気ガスの一部として窒素酸化物を排出す
る内燃エンジンと、エンジンの排気システムと、エンジ
ン排気ガスを浄化させるための前記排気システム中の手
段と、エンジンの動作パラメータを変化させるための複
数の制御手段と結合して用いるエンジン排気ガス浄化シ
ステムであって、 様々なエンジン動作条件を検出し該条件を表す出力信号
を生成するための複数のセンサを備え、 前記センサの少なくとも一つのセンサが、前記排気シス
テムに付属し、前記エンジン排気中の予め指定されたガ
ス成分の濃度を示す出力信号を出力するガスセンサを備
え、さらに、前記エンジン排気ガス浄化システムは、複
数の前記センサからの出力信号に応答し、予め指定され
た動作条件で動作している間にエンジンの動作を最適化
するように、および/またはエンジン排気ガスを浄化さ
せるように、前記予め指定された動作条件で動作してい
る間に前記制御手段を制御するための手段を備え、前記
センサはスロットルの位置を示す出力信号を出力するス
ロットル位置センサからなり、前記エンジンは、 燃料噴射装置と空気を選択的に燃料噴射装置に導入する
ための手段と、 スロットル位置センサからの出力信号を読み取るための
手段と、 燃料噴射装置の燃料噴射に同期したパルス信号によって
空気を導く手段を起動するために、スロットルが全開以
下の開度条件に対応する手段とからなる空気の燃料噴射
装置への導入の制御するための手段とを備え、 前記パルス信号は、該パルス信号に対応する燃料噴射パ
ルスに対して、予め定められた値だけ、先に発せられる
ことを特徴とするエンジン排気ガス浄化システム。
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