JP2001520344A - 内燃機関の現在の燃料−空気比を制御し、検出し、そして決定するためのシステム、センサ組合せおよび方法 - Google Patents

内燃機関の現在の燃料−空気比を制御し、検出し、そして決定するためのシステム、センサ組合せおよび方法

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Abstract

(57)【要約】 本発明は、多気筒内燃機関（７）中の燃料−空気混合比を制御するためのシステム、類似のシステム用のセンサ組合せ（１）、および内燃機関中の燃料および空気の混合比を測定する方法に関する。多気筒内燃機関からの排気ガスが合流した後に、排気ガス配管に配置された単一のセンサだけを使用することにより、この燃料−空気混合比のシリンダーごとの制御を行うことができる。本発明は、二元出力信号（すなわち、これは、２つの信号レベル間で切り換えられる信号を与える）を備えたセンサ（１０）を使用する。ＨＣに感受性である急速に起動するセンサを用いて、各個々の燃焼事象について、この燃焼が、過剰な燃料（すなわち、この排気ガス中の正味還元性混合比）および比較的に過剰な量の燃料で起こったかどうかを決定できる。この比較的に過剰な量の燃料は、この過剰な燃料レベルを表示する信号の状態（すなわち、パルス幅）に比例している。本発明により、各個々のシリンダーへの燃料供給は、さらに厳密に制御できるようになり、その結果、化学量論的な燃焼は、連続操作中にて、この操作が絶え間ない装填下であろうと移行中であろうと、維持できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、請求項１への導入部分で示したさらに詳細な説明に従って、内燃機
関中の燃料−空気混合比を制御するためのシステムに関し、そして特許請求の範
囲の請求項２への導入部分でさらに綿密に記述されたものに従って、類似のシス
テム用のセンサ組合せに関し、そして請求項４の導入部分でさらに詳細に記述し
たものに従って、内燃機関中の燃料−空気混合比を決定するための配列に関する
。
【０００２】 （技術的見解） 触媒コンバーターに対して最適な化学量論的燃焼が起こるように、内燃機関で
の燃焼を制御する目的で、その排気系では、センサで使用されており、これは、
排気ガス中の残留酸素の割合を検出する。この触媒コンバータを最も効率的に作
動させてＮＯX、ＨＣおよびＣＯの排気を最小にするために、化学量論的燃焼が 望ましい。この目的に使用されるセンサは、主に、酸素イオンの輸送に感受性で
あり、一般に、ラムダセンサと呼ばれている。これらのセンサの特徴は、比較的
に作動が遅く、実際には、数回の連続した燃焼事象にまたがる平均化した信号を
与えることである。このようなセンサからの正常なステップ応答では、実際の空
気−燃料混合比が変化した後に、このセンサが新たな安定出力信号レベルに達す
るまでに、２０〜３０回程度の燃焼事象の遅延が存在する。この型のセンサの１
つの欠点は、もし、多気筒エンジンの排気マニホルドの下流（ガス流れの方向に
関して）にある排気系にて、全てのシリンダーからの排気ガスが合流する位置で
設置されている場合、合流したガス流れが化学量論的燃焼を達成したと指示して
も、これは、しばしば、個々のシリンダーが混合比濃厚で作動しているのに対し
て、他のシリンダーが混合比希薄で作動するような制御を生じ得ることがある。
その代替は、各個々のシリンダーからの排気ガス流れにて、別個のセンサを配置
することであるが、これは、非常に高価である。従来の二元ラムダゾンデは、消
費者レベルで、約ＳＥＫ １２００〜１４００（白四角１３５〜１５８）のコス
トがかかり、また、線形ラムダゾンデは、二元センサの１０倍〜２０倍の間のコ
ストがかかる ＳＥ．Ａ．９４０３２１８−２（＝ＰＣＴ／ＳＥ９５／０１０８４）で示され
た種類のセンサを使用することにより、この燃料−空気混合比の任意の変化は、
著しく迅速に検出され得る。このセンサもまた二元型であり、ここで、このセン
サの出力信号は、排気ガス中の水素（Ｈ2）の割合が所定値を超えるかまたはそ れ未満であるかどうかに依存して、１つのレベルから他のレベルへと迅速に変化
する。
【０００３】 （発明の目的） 本発明の目的は、多気筒内燃機関での個々の燃焼事象に対してさえ、化学量論
的な燃焼からの相対的な逸脱を迅速に検出できる二元センサを１個だけ使用する
ことである。これに基づいて、全てのシリンダーを同等に制御することが容易に
可能になり、その結果、全てのシリンダーにおいて、最適で同様の燃焼を起こす
ことができる。一組のシリンダーでの一様でない燃焼により、個々のシリンダー
が混合比濃厚で作動して、それにより、すす堆積物を蓄積し得る。このすすは、
いわゆるホットスポット（ｈｏｔ ｓｐｏｔ）を生じ、ノッキングを誘発し得る
。混合比希薄で作動しているシリンダーでは、希薄な燃焼自体が、ノッキングの
危険性を高め得る。あらゆる種類のアンチノック測定について、このエンジンは
、最適な制御から逸脱し、その燃料消費が高まる。
【０００４】 別の理由は、排気を制限することであり、これは、もし、全てのシリンダーが
化学量論的な燃焼に制御できるなら、得られる。化学量論的な燃焼からの僅かな
逸脱（例えば、Δλ＝０．００１〜０．００２の範囲の過剰空気含量変化）でさ
え、触媒コンバーターの効率を９８％から８０〜８５％へと低下させる。
【０００５】 さらなる他の理由は、燃料噴射器を使用する多気筒内燃機関への燃料供給をさ
らに厳密に制御して、この燃料噴射器構成要素の製造での低い公差要求を許容す
ることである。燃料噴射器に対する製造公差を連続的に厳しくすること、あるい
は、さらに厳格な排気に合わせる目的で、個々の燃料噴射器を類似の動的応答に
合致させることの必要性が低くなる。
【０００６】 さらに別の目的には、特別なセンサ組合せを用いて、化学量論的な燃焼から離
れた混合比の濃厚な方向および希薄な方向への相対的な逸脱を検出することを可
能にすることがある。
【０００７】 （発明の簡単な説明） 本発明によるシステムは、請求項１の特徴部分により区別され、このシステム
を適用するためのセンサ組合せは、請求項２の特徴部分により区別され、そして
本発明の一般的な方法は、請求項４の特徴部分により区別される。
【０００８】 本発明によって、各シリンダーへの燃料供給は、各シリンダー内で化学量論的
な燃焼が起こるような最適な様式で、制御できる。
【０００９】 本発明のセンサ組合せによって、二元型の出力信号を与えるセンサ要素を１個
だけ用いて、混合比濃厚方向および希薄方向の両方での化学量論的な燃焼に対す
る相対的な逸脱が検出できる。
【００１０】 本発明の一般的な方法によって、二元型センサに基づいて、各シリンダー内で
の化学量論的な燃焼からの相対的な逸脱の検出が保証される。
【００１１】 本発明から誘導された他の特に顕著な特徴および利点は、他の請求項の特徴部
分および以下の適用例の説明にて、明らかである。この適用例の説明は、以下の
図面の一覧表で規定される説明図を参照する。
【００１２】 （適用例の説明） 図１は、その燃料供給用の制御システムを備えた内燃機関１を概略的に示す。
従来の様式では、燃料は、それぞれ、燃料噴射器３ａ、３ｂ、３ｃおよび３ｄ（
これらは、吸気マニホルド６に配置されている）の助けを借りて、シリンダー２
ａ、２ｂ、２ｃおよび２ｄへと送達され、そしてこれらのシリンダー用の各々の
吸気弁の方へと向けられる。噴射器３ａ〜３ｄは、燃料分配レールパイプ５に位
置しており、これには、燃料タンク４から、ポンプ４によって、燃料が供給され
る。燃料レールパイプ５の内容物は、主に一定の圧力レベル下にあり、この吸気
弁を通って燃焼室へと噴霧される燃料の量は、エンジン制御ユニットＥＣＭから
伝達されてそれにより制御される電気制御パルスの時間により、決定される。こ
の図は、このポンプが圧力により制御できるシステムを示しているが、その代わ
りに、圧力低下弁を経由してタンク４に過剰の燃料を戻すシステムが使用できる
。この図は、いわゆる低圧型の燃料システムを示しており、それにより、これら
の吸気弁へと向けられている燃料噴射器を通って、これらのシリンダーへの燃料
の間接的な供給が起こる。シリンダーへと直接的に燃料を噴射するエンジンもま
た、使用され得る。
【００１３】 エンジン制御ユニットＥＣＭは、多数のパラメーターに応答して、この制御パ
ルスの実際の時間長を、各々の燃料噴射器３ａ〜３ｄに適合させる。実際のエン
ジン回転速度およびクランクシャフト位置は、パルスセンダ（ｐｕｌｓｅ ｓｅ
ｎｄｅｒ）９により決定されるが、これは、従来の様式では、フライホイール８
の周囲のギア歯の存在を検出する。センサ１４および１５は、それぞれ、アクセ
ルのペダル位置およびエンジン冷却剤の温度を検出する。これらのシリンダーに
入る空気の実際の質量は、空気質量センサ１２により検出され、これは、このエ
ンジンの装填を決定するのに、使用される。これらの特定の検出されたエンジン
パラメータの任意の瞬間での値に依存して、このエンジン制御ユニットは、次い
で、アクセルのペダル位置１４に対する運転者の影響と共に、実験に基づいたエ
ンジン装填、エンジン速度および冷却剤の温度マトリックスにより決定されるよ
うに、適当な量の燃料が送達されることを保証する。
【００１４】 この燃焼プロセスからの排気を減らす目的で、排気配管７ｇには、通常の様式
で、いわゆる三方触媒コンバーターが設置される。この触媒コンバーターは、Ｎ
ＯXおよびＣＯのレベルを減らすことができるのに対して、ＨＣは、空気と燃料 との化学量論的な燃焼関係の存在下にて、約９８％の非常に高い効率で、酸化さ
れる。これらの排気ガス中の残留酸素の割合は、燃料−空気混合比の関数であり
、その結果、これらの排気ガス中の酸素レベルは、過剰空気因子（λ）を決定す
るのに、使用できる。通常、二元型酸素センサ（ラムダゾンデと呼ばれる）が使
用され、これは、過剰空気因子λが１．０を下回るとき、異なる切換点で出力信
号を与える。この型の二元センサは、通常、過剰空気因子λが１．０より大きい
とき、主に低い電圧出力を提供し、また、もし、過剰空気因子λが１．０を下回
るなら、それより高い出力電圧を送達する。これは、このマトリックスにより主
に決定される供給燃料値を補正するのに使用され、その結果、このエンジン制御
ユニットは、燃料供給の変化をできるだけ小さくして、このラムダゾンデからの
出力信号を、低い信号出力と高い信号出力との間で切り換え続けようと試みる。
通常、正しい操作でのこの種の切換を使用する制御は、この出力信号が、１秒間
に１回程度の割合で変わることを意味する。この種のセンサの欠点は、それが比
較的に遅く、この信号が、多すぎる空気から少なすぎる空気までを表示するよう
に変化するまで、１０回以上の燃焼事象の遅延が存在し得ることにあり、これは
、もし、図１で示すように排気配管７ｇに設置されるなら、個々のシリンダーか
らの燃焼生成物を検出するには不適当となる。
【００１５】 図２は、センサおよびそのガス検出原理を、本発明に従って使用されるような
センサ内の化学反応と共に、概略的に示す。このセンサは、水素（Ｈ2）に感受 性であり、この種の半導体感受性の原理は、「Ａ Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｓｅｎｓ
ｉｔｉｖｅ ＭＯＳ−Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．４６（
１９７５） ３８７６〜３８８１，Ｋ．Ｉ．Ｌｕｎｄｓｔｒｏｍ．Ｍ．Ｓ．Ｓｈ
ｉｖａｒａｍａｎ ＆ Ｃ．Ｓｖｅｎｓｓｏｎ」で記述されている。この原理は
、水素Ｈ2が金属膜を通って下に拡散して、絶縁層（ＳｉＯ2）上に、電気的に分
極した層を形成することにある。この分極層は、電圧低下ΔＶを生じる。実際の
高温用途のためには、炭化ケイ素（ＳｉＣ）基板が使用される。このセンサの製
造中にて、このＳｉＣ基板は洗浄され、そしてＳｉＯ2膜が形成されるように、 酸化される。その上には、ＴａＳｉXの２００ｎｍ層およびＰｔの４００ｎｍ層 からなる抵抗接点が堆積される。
【００１６】 図３に従った機能性センサを得るためには、約０．７ｍｍの直径で、上からピ
ットが食刻される。図３は、この物理的センサの側面立面図および平面図の両方
を示す。その接点領域は、ＴａＳｉXの２００ｎｍ層およびＰｔの４００ｎｍ層 からなり、これらは、３５０℃の温度で、ＤＣマグネトロンスパッタリングによ
って、堆積される。その後、同じ方法を使用して、対照電極が堆積され、これは
、ＴｓＳｉＸの１０ｎｍ層およびＰｔの１００ｎｍ層からなり、この接点表面と
部分的に重なり合っている。最後に、この接点表面には、白金（Ｐｔ）リボンが
溶接される。このセンサは、次いで、セラミック接着剤を用いて、従来のラムダ
ゾンデに使用される支持体と同等の温度制御で通常のセラミック支持体（好まし
くは、温度制御したセラミック支持体）に取り付けることができる。
【００１７】 図４は、もし、このセンサを、図１で示したシステムと同等のシステムに設置
したなら、このセンサからどのようにして信号が現れるかを示す。センサ１０は
、排気スタブ７ｅおよび７ｆの接合部のすぐ下流にある排気配管７ｇに設置され
る。排気スタブ７ｅおよび７ｆは、それぞれ、シリンダー２ａおよび２ｃ、およ
び２ｂおよび２ｄからの排気ガスを集める。この種の排気ガス系は、４気筒内燃
機関で使用され、ここで、点火順序は、２ａ−２ｃ−２ｄ−２ｂであり、この場
合、この排気ガス弁開口部で作られる圧力パルスは、予め直ちにその排気弁を開
けたシリンダーからの排気ガス流に影響を与えるべきではない。図１は、かなり
非対称的な排気ガス系を示すが、対称的な排気ガス系が好ましいはずであり、こ
こで、各シリンダーは、センサ１０の下流にある同じ長さの排気ガス配管および
結合を有する。
【００１８】 図４の４本の曲線は、４個のシリンダーの１個のみにおいて、（５回）繰り返
され、同様に混合比が濃厚な燃焼事象に対する、このセンサの応答を示す。これ
らの曲線は、その頂部から見て、２４００ｒｐｍのエンジン速度にて、シリンダ
ー２ａ、２ｃ、２ｄおよび２ｂでの混合比が濃厚な燃焼を示す。この濃厚燃焼に
対するこのセンサの応答は、低下した電圧（ＳｉＣ電圧）として、示されている
。図１の上方の曲線は、もし、シリンダー２ｂ、２ｃおよび２ｄに対するλ値を
１．０の範囲にしつつ、シリンダー２ａへの燃料供給が約０．９２のλ値を達成
するように制御した場合の、このセンサからの信号を示している。図１の上から
２番目の曲線は、もし、シリンダー２ａ、２ｂおよび２ｄに対するλ値を、１．
０３、およびそれぞれ１．０にしつつ、シリンダー２ｃへの燃料供給が約０．８
８のλ値を達成するように制御した場合の、このセンサからの信号を示している
。これらの両方の場合（上から１番目および２番目の曲線）にて、その全体的な
過剰空気因子（すなわち、これらの全てのシリンダーからの合流した排気ガス流
で見られるような）は、約０．９８である。
【００１９】 図５ａは、図４の上方の曲線で示されるエンジン操作期間にて、図１の各個々
のシリンダー排気口、すなわち、７ａ、７ｂ、７ｃおよび７ｄに挿入された従来
のラムダゾンデにより検出されるシリンダー２ａ（曲線１）、シリンダー２ｂ（
曲線２）、シリンダー２ｃ（曲線３）およびシリンダー２ｄ（曲線４）に対する
過剰空気因子（λ）を示す。
【００２０】 図５ｂは、同等の様式で、図４で上から２番目の曲線で示されるエンジン操作
期間にて、これらのシリンダーに対する過剰空気因子（λ）を示す。
【００２１】 個々の濃厚燃焼事象が、それを取り囲む希薄燃焼事象とは容易に区別できるこ
とは、図４から分かる。このセンサからの出力信号レベルは、高い出力信号レベ
ルから低い出力信号レベルへと急速に移動して、これは、典型的な二元信号特徴
を与える。このセンサからの出力信号のパルス幅、またはその低い信号レベル状
態での時間長は、この測定中にて、この時間の予想した４半期とは異なり、これ
は、センサの二元的特徴の結果であるだけでなく、この排気ガス流、エンジン速
度プロファイルおよび排気パイプ内の残留排気ガスの希釈効果の結果でもある。
このセンサは、この時間の名目的および予測割合２５％ではなく、この時間の僅
かに１８％に対してのみ、１．０未満の希薄空気混合比を示していることは、図
４の上方の曲線から分かる。シリンダー３ａ（上から２番目の曲線）については
、これは、ずっと濃厚な燃焼を有するが（また、図６を参照）、そのパルス幅は
、１．０未満の希薄空気混合比が、その全時間の約４０％であることを示してい
る。この事象は、たとえ、このセンサを、数個のシリンダーからの排気ガス流が
特定の順序で通過する配置で設置しても、個々のシリンダーでの相対的な濃厚度
を決定できるようにするために、現存する発明で利用される。
【００２２】 この特定のセンサを用いて、それにより、たとえ、この排気パイプにて、位置
７ｇで、センサ１個だけを使用しても、各個々の燃焼事象について、燃焼が、多
すぎる空気または少なすぎる空気（すなわち、正味酸化性または正味還元性）で
起こっているかどうかに関する情報を得ることができる。同時に、この二元出力
信号パルス幅に基づいて、相対的な空気欠損（ここで、過剰のＨＣの形状である
）が検出できる。
【００２３】 もし、また、この空気欠損側（すなわち、１．０を超える値）からの化学量論
的な燃焼からの相対的な逸脱も同様に検出したいなら、同等の特性を有する酸素
検出センサを用いて、センサ組合せが使用できる。
【００２４】 濃厚度が高まると、この排気ガス中のＨＣの直線的な増加が起こり、また、希
薄度が高まると、酸素の直線的な増加が存在する。それぞれ、ＨＣおよび酸素に
感受性である選択的な二元センサを用いると、この排気混合物中の正味還元また
は正味酸化のいずれかの方向にて、その初期点からの相対的な逸脱は、この各個
のセンサからの二元信号でのパルス幅情報の助けを借りて、検出できる。このよ
うにして、２個の二元センサから得られる情報は、かなり低いコストで、線形セ
ンサからの情報と同等の情報を提供できる。
【００２５】 例えば、「Ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ ｇａｓ ｓｅｎｓｏｒｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ
ｓｅｍｉ−ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅｓ，Ｓｅｎｓｏｒ
ｓ ＆ Ａｃｔｕａｔｏｒｓ Ｂ２３（１９９５）１１９〜１２５，Ｈ．Ｍｅｉ
ｘｎｅｒ，Ｊ．Ｇｅｒｂｌｉｎｉｇｅｒ，Ｕ．Ｌａｍｐｅ ＆ Ｍ．Ｆｌｅｉｓ
ｃｈｅｒ」では、必要な応答を伴う酸素感受性センサが記述されている。このセ
ンサ組合せは、好ましくは、図３で示したセンサと同じＳｉＣ基板上で一体化で
き、それにより、一体化センサマトリックスが得られる。
【００２６】 この二元信号の実際のパルス幅は、非常に簡単な手段により、決定できる。図
１は、いかにして、この実用型のセンサ１０からの信号が比較器Ｋにより受容さ
れるかを示し、この信号が参照電圧Ｕを超えるとすぐに、この比較器は、エンジ
ン制御ユニットＥＣＭに、デジタル出力信号を与える。このエンジン制御ユニッ
ト、次いで、計数器を始動し、これは、この比較器からのデジタル出力信号がサ
インを変えるとき、すなわち、センサ１０からの出力信号が参照電圧レベルＵを
下回る瞬間、この信号の実際の状態を判定する。このデジタル出力信号の存在は
、センサ１０からのパルス幅（これは、このエンジン制御ユニットのメモリー１
１に保存されている）と同等である。この信号の存在は、特定の時間か、または
この内燃機関が回転しようとするクランクシャフトの角度数の、いずれかに関係
し得る。このエンジン制御ユニットは、クランクシャフト角度およびエンジン速
度を常に探知しているので、このパルス幅は、濃厚作動信号を発したシリンダー
に合致できる。センサ１０からの混合比信号は、各個のシリンダー排気ガス弁が
開き始めた瞬間から、一定の遅延後に、常に現れる。
【００２７】 もし、ＣＤSIGNが、この排気弁がクランクシャフト位置ＣＤEOで開き始めた後
、この信号に対するクランクシャフト位置を規定するなら、この信号に対するク
ランクシャフト位置は、大体、以下のように規定される： ＣＤSIGN＝ＣＤEO＋ｆ（ｒｐｍ）、ここで、ｆ（ｒｐｍ）は、このエンジン速度
に依存する関数である。
【００２８】 ｆ（ＲＰＭ）は、それ自体、排気ガス収集装置７ａ〜７ｇの実際の幾何学的配
置に依存し、そして非対称的な排気ガス収集器について、各シリンダーに対して
、異なる。
【００２９】 異なるシリンダーからの排気ガスパルスからのセンサ信号の配列は、その点火
順序と同じである。このエンジン制御ユニットは、次いで、測定したパルス幅を
使用して、相対的な濃厚度を決定でき、そしてこれが濃厚度逸脱の相対的な寸法
と同等であるように、この制御と適応的に相関する。各表示された濃厚度信号の
後に、このセンサパルス幅情報は、例えば、シリンダー１に対して、 ＰＷSIGN CYL1値として、メモリーに保持され、それから、このエンジン制御ユ ニットは、次の燃料噴射注入事象にて、シリンダー１に供給する燃料の量の削減
を開始する。注入する燃料量の低下は、所定の工程ΔＴINJECTにて起こり得、こ
こで、噴射器の次の起動時間ＴINJECT NEXTは、以下の関数により、提供される ： ＴINJECT NEXT CYL.1＝ＴINJECT PREV CYL.1−（ΔＴINJECT＊ＰＷSIGN CYL1） 、ここで、ＴINJECT PREV CYL.1は、シリンダー１での燃焼事象から前出の濃厚 度表示から誘導した噴射器の起動時間と同等である。
【００３０】 もし、シリンダー１からの引き続いた排気ガスパルスが、過剰濃厚混合比を表
示し続けるなら、新たな値、ＰＷSIGN+1が得られる。もし、ＰＷSIGN+1が、例え
ば、たまたま、ＰＷSIGNの５０％であるなら、所定の補正工程ΔＴINJECTは、さ
らなる補正ΔＴINJECT Corrを包含できる。
【００３１】 このようにして、このエンジン制御ユニットは、適応的に、補正工程ΔＴINJE CT のマトリックスを確立でき、ここで、実際の補正工程ΔＴINJECTは、もし、こ
れらの制御尺度が、ある連続数の燃焼事象内で、燃焼を化学量論的なレベルまで
戻さないなら、因子ΔＴINJECT Corrにより、連続的に増加または減少される。 この補正マトリックスは、少なくとも、実際のエンジン回転速度およびシリンダ
ーから蓄積され、それにより、各個々のシリンダーは、各エンジン速度範囲に対
して、最適な様式で、補正できる。
【００３２】 論述した型のセンサでは、数個のシリンダーからの排気ガスが合流する地点に
できるだけ近く配置するのが重要である。最適には、このセンサは、これらの排
気ガススタブが接合した場所から僅かに数センチの所に位置すべきである。この
センサをこの接合点から遠くに位置づける程、このセンサが、個々の過剰濃厚燃
焼を隣接希薄燃焼事象から識別することがより困難となる。この理由のために、
これらの排気ガスに対する輸送距離でさえ最小にすべきであり、全排気ガス収集
システム７ａ〜７ｆは、できるだけ小型にされる。
【００３３】 本発明は、少なくとも、内燃機関操作範囲のさらに大きな部分に利用できる。
シリンダーごとの検出は、例えば、アイドリング中にて、遮断でき、この場合、
この制御は、主として、安定なエンジン作動速度を得てそれを維持するように、
適用される。アイドリング中にて、すなわち、エンジン回転速度が１０００ｒｐ
ｍ未満である間、この排気ガス流れパターンは、非常に不規則であり得る。
【００３４】 本発明は、上述の用途に限定されない。例えば、センサは、Ｖ形エンジンの各
シリンダーバンク用の排気ガス収集システムに設置されるように配置できる。他
の解決法では、センサはまた、２個だけのシリンダーからの排気ガスが合流する
地点で、排気マニホルドにて、設置され得る。重要なことは、個々のシリンダー
の相対的な濃厚度が、数個のシリンダーからの合流したガス流で検出できるとい
うことである。また、検討中のセンサと従来のラムダゾンデとの組合せもまた、
使用され得る。この従来のラムダゾンデは、合流したガス流を管理し、そして触
媒コンバーターに最適な排気ガスブレンドを維持するために、検出した値を保持
できる。もし、例えば、このラムダゾンデが、全排気ガス流が正しいブレンドで
あると表示したなら、１シリンダーでの個々の過剰濃厚燃料−空気混合比は、他
のシリンダーが希薄燃料−空気混合比を受容しつつ、そのシリンダーへの次の注
入事象中に送達される燃料の量の低減を引き起こす。他のシリンダーでの希薄燃
焼は、しかしながら、もし、これらが、濃厚化後に、それらの次の燃焼事象にて
、この二元センサから、過剰濃厚が表示されるなら、限定または逆転できる。検
討中のセンサは、何よりもまず、移行時、すなわち、装填を加えているとき（こ
の場合、エンジン出力の所望の上昇に依存して、さらに多くの燃料を傾斜させる
（ｒａｍｐｅｄ）べきである）従来のラムダゾンデにより補完できる。これに関
連した問題は、その空気質量を急速に高めることが困難なことであり、その結果
、燃料は、装填を増加する初期工程にて、過剰に注入され得る。装填適用中での
いずれかの過剰濃厚状態は、各燃焼事象の直後に検出され、もし、限定量の余分
な濃厚注入が許容されるなら、制御中にて、余分な燃料を異なるシリンダーに連
続的に注入することが許容され得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、燃料−空気混合比を制御するためのシステムを備えた内燃機関を概略
的に示す。
【図２】 図２は、本発明に従って使用されるセンサ内の反応原理を概略的に示す。
【図３】 図３は、センサの設計を示し、これは、存在する水素の実際のレベルに依存し
て、その出力信号にて、異なる切換点を与える。
【図４】 図４は、図１で示したシステムと同等のシステムで排気ガスセンサ（センサ１
０）として使用するとき、図３で示した型のセンサからの出力信号を示す。
【図５ａ】 図５ａは、図４の上から１番目の曲線の４個のシリンダーからの過剰空気因子
を示す。
【図５ｂ】 図５ｂは、図４の上から２番目の曲線の４個のシリンダーからの過剰空気因子
を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ) ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ， ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，Ｄ Ｋ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ， ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，Ｌ Ｖ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ， ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，Ｕ Ｓ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者 マーテンソン， パー スウェーデン国 エス−532 35 リンコ ピン， ジャルムサテスガタン ２エイ (72)発明者 ゴラス， アンダース スウェーデン国 エス−662 30 アマル, アージャングスガタン 23 (72)発明者 サロモンソン， パー スウェーデン国 エス−413 04 エーテ ボリ， ランドスバグスガタン 21 Ｆターム(参考） 3G301 HA08 JA02 KA07 MA01 MA11 NC01 PA01Z PD03A PD08Z PE01Z PE03Z PF03Z 【要約の続き】 中であろうと、維持できる。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 多気筒内燃機関（１）にて空気−燃料混合比を制御するため
    のシステムであって、ここで、実際のエンジンパラメータに基づくエンジン制御
    ユニット（ＥＣＭ）は、該内燃機関の各個々のシリンダー（２ａ〜２ｄ）に送達
    される燃料の量を制御し、ここで、排気システムに配置されたセンサ（１０）に
    依存して、送達された燃料の量の補正が適用され、該センサは、排気ガス中の混
    合比関係が、該内燃機関中の該シリンダーからの化学量論的燃焼後に排気された
    ガスと比較して、正味酸化性であるか正味還元性であるかどうかに主に感受性で
    あり、該システムの特徴は、以下： 排気ガスシステム（７ｇ）内に設置され、そして少なくとも２個のシリンダー
    からの排気ガスが合流する地点に位置される、二元型センサであって、ここで、
    その出力信号が、該排気ガス中の該混合比関係が正味酸化性であるか正味還元性
    であるかどうかに依存して、第一出力信号レベルから第二出力信号レベルまでの
    異なる切換点を示し、ここで、該第一出力信号レベルが、該排気ガス中の該混合
    比関係が正味酸化性である限り安定であり、ここで、該第二出力信号レベルが、
    該排気ガス中の該混合比関係が正味還元性であるときに達成される二元型センサ
    ； 該第二出力信号レベルを選ぶと該二元出力信号を受容し、その値（ＰＷSIGN）
    を実際の燃焼関係値としてメモリー（１１）に保存するような型を検出するため
    の手段（Ｋ、Ｕ、ＥＣＭ）；および 現在絶えず流れているガスがどのシリンダーに由来しているかを合致させる手
    段（ＥＣＭ）； 該エンジンの実際の操作条件に依存して、該操作条件に対して、該内燃機関の
    エンジン回転速度を検出するエンジン回転速度センサ手段（９）によって表示さ
    れる最も重要なパラメータを決定する手段であって、該二元信号の存在に基づい
    て、該排気ガス中の正味還元性レベルの相対寸法を決定する手段；および 合致後に該排気ガス中に正味還元性混合比を有すると表示されたシリンダーに
    対してのみ、送達する燃料の量を減らすための手段、 を包含する、システム。
  2. 【請求項２】 内燃機関中の燃料−空気混合比の検出で使用するためのセン
    サ組合せであって、これによって、該センサ組合せは、該内燃機関の排気系に配
    置されており、該センサ組合せは、少なくとも２個のセンサ要素から構成され、
    ここで、該各個のセンサ要素は、該内燃機関のシリンダー内での化学量論的燃焼
    後に排気されたガスと比較して、正味酸化性であるか正味還元性であるかどうか
    に感受性であり、該センサ組合せの特徴は、以下： 二元型第一センサ要素であって、ここで、出力信号は、該排気ガスがどこで正
    味還元性であるかに依存して、第一出力信号レベルから第二出力信号レベルまで
    の異なる切換点を示し、ここで、該第一出力信号レベルは、該排気ガス中の該混
    合比関係が正味還元性ではない限り安定であり、ここで、該第二出力信号レベル
    は、該排気ガス中の該混合比関係が正味還元性であるときに達成される、二元型
    第一センサ要素； 別の二元型センサ要素であって、ここで、その出力信号は、該排気ガスがどこ
    で正味酸化性であるかに依存して、第一出力信号レベルから第二出力信号レベル
    までの異なる切換点を示し、ここで、該第一出力信号レベルは、該排気ガス中の
    該混合比関係が正味酸化性ではない限り安定であり、ここで、該第二出力信号レ
    ベルは、該排気ガス中の該混合比関係が正味酸化性であるときに達成される、別
    の二元型センサ要素； を包含する、センサ組合せ。
  3. 【請求項３】 前記センサ要素の両方が、同じ半導体基板上、好ましくは、
    炭化ケイ素（ＳｉＣ）の半導体基板上に配置されている、請求項２に記載のセン
    サ組合せ。
  4. 【請求項４】 多気筒内燃機関の各個々のシリンダー中の燃料−空気混合比
    をセンサで測定する方法であって、該センサは、排気ガスシステムにて、排気ガ
    ス流に関して、少なくとも２個のシリンダーからの排気ガスチャンネルの接合部
    からすぐ下流に配置されており、好ましくは、結局、シリンダーの１個および同
    じバンクからの該排気ガスチャンネルは、共通の排気ガスチャンネルへと合流し
    ており、ここで、該排気ガスシステムに配置された該センサは、排気ガス中の混
    合比関係が、該内燃機関中の該シリンダー内の化学量論的燃焼後に排気されたガ
    スと比較して、正味酸化性であるか正味還元性であるかどうかに主に感受性であ
    り、ここで、該センサからの出力信号は、二元型であり、ここで、該出力信号は
    、該排気ガスがどこで正味酸化性であるかに依存して、第一出力信号レベルから
    第二出力信号レベルまでの異なる切換点を示し、ここで、該第一出力信号レベル
    は、該排気ガス中の該混合比関係が正味酸化性ではない限り安定であり、ここで
    、該第二出力信号レベルは、該排気ガス中の該混合比関係が正味還元性であると
    きに達成され、該出力信号の状態により特徴付けられ、該状態は、時間およびク
    ランクシャフト角の点から測定され得、それについて、少なくとも１個の出力信
    号レベルが検出され得、操作の瞬間での該内燃機関の物理的状況は、該センサを
    通過する瞬間的ガスが該内燃機関中のどのシリンダーに由来しているかに関して
    検出され、それにより、シリンダーは、該シリンダーの点火順序に等しい連続し
    た順序で、実際の出力信号に合致でき、該二元出力信号の状態に基づいて、該合
    致シリンダーでの化学量論燃焼からの相対的な逸脱が決定され得る、 方法。
  5. 【請求項５】 前記第二レベルでの前記二元出力信号の状態によって特徴付
    けられる、請求項４に記載の方法であって、該第二レベルが、前記排気ガス中の
    正味還元性混合比を表示し、前記合致しているシリンダーから、該シリンダーに
    送達された過剰の燃料の相対的量を決定するために使用される、方法。
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