JP3355423B2 - ガスセンサを用いたエンジン監視システム - Google Patents

ガスセンサを用いたエンジン監視システム

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Description

【発明の詳細な説明】
【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。
【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。
【０００３】
【数１】
【０００４】ここで、A/Fstは、理論空燃比（ストイ
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。
【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。
【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３成分触媒コンバータすなわち三元
触媒コンバータ（TWC）を設けることがよく知られてい
る。３成分触媒コンバータは、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、３成分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３成
分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
が理論空燃比状態点の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状態点の近傍にあるか
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。
【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。
【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。
【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３成
分触媒センサ、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。
【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３成分触媒コン
バータが設けられた内燃型エンジンに適用できるよう考
案されたものである。３成分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。
【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、３成分触媒コン
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、３成分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。
【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、３成分触媒コンバータ、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がつかせる。
【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３成分触媒コン
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。
【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。
【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。
【００２３】内燃型エンジン１０からの排気ガス流れ
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３成分触媒コンバータ１８を通過する。３成分触媒コ
ンバータ１８から排出されたガスは、３成分触媒コンバ
ータ１８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２０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、３成分触媒コンバータ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、３成分触媒コン
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
として曲線をえがいたものが図３である。
【００２６】更に、図４では、３成分触媒コンバータ１
８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、３成分触媒コンバータ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、３成分触媒コン
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。
【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。
【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。
【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り（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、これらのメモりは、
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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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３成分触媒コンバータ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
５２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Ｎ１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。
【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。
【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
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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
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】ステップ８４で、λが理論空燃比状態点に
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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【００５５】３成分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、３成
分触媒コンバータ（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。ステップ１１０で、λが理論空燃比状態点にな
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１１
４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。
【００５９】ステップ１１８にて、λが、理論空燃比状
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
THRESH(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。
【００６３】このしきい値N1THRESH(TWC)は、図１０に
も示されている。以下に示すように、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、エンジンが理論空燃比状態点
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１
３０に進み、TWCの故障を示すために、図５のＣＰＵ４
２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
MEDIAN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。
【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。
【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。
【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。
【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
N1MEDIAN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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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に進む。小規模な不点
火のみが生じたことを示し、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(MISFIRE)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。
【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。
【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。
【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。
【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新語胃う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２１
４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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【００９９】二次空気制御 ３成分触媒コンバータ１８の効率的な動作を維持するた
めには、３成分触媒コンバータ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、３成
分触媒コンバータ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。３成
分触媒コンバータ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、３成分触媒コンバータ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、３成分触媒コンバータ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。
【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。
【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。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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【図面の簡単な説明】
【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。
【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。
【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。
【図４】 ３成分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。
【図５】 本発明の一実施例を表す、概略機能図であ
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。
【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。
【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。
【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。
【図１０】 余剰空気比と第３成分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。
【図１１】 第３成分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。
【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。
【図１３】 空燃比センサの監視のための処理手順であ
る。
【図１４】 （Ａ）から（Ｅ）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。
【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。
【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。
【図１７】 排気ガスの再循環のための処理手順であ
る。
【図１８】 ３成分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。
【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。
【符号の説明】
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 ３成分触媒コンバータ 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 Ｆ０２Ｄ 43/00 Ｆ０２Ｄ 43/00 ３０１Ｙ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５５０ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５５０Ｒ Ｇ０１Ｍ 15/00 Ｇ０１Ｍ 15/00 Ｚ (56)参考文献 特開 昭60−3421（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−262016（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F01N 3/00 - 3/38 F02B 77/08 F02D 41/00 - 45/00 F02M 25/07 G01M 15/00

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【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、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結合
    して用いるエンジン監視システムであって、 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と、 前記センサからの出力信号に応答し、指定されたエンジ
    ン構成機器の状態と指定されたエンジン運転状態の両方
    または一方を表示する手段とを備え、 前記センサの少なくとも一つのセンサが、排気システム
    と関連付けられた、前記エンジン排気ガス中の予め指定
    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
    ンサからなるエンジン監視システムにおいて、 エンジン排気ガスを浄化させるための手段が、排気ガス
    流中の炭化水素、窒素酸化物及び一酸化炭素を除去する
    ための三元触媒コンバータと、三元触媒コンバータの下
    流側に設けられた窒素酸化物触媒コンバータからなり、 窒素酸化物触媒コンバータの劣化または故障を監視する
    ための手段が、窒素酸化物触媒コンバータの上流に設け
    られ、エンジン排気中の窒素酸化物濃度を示す出力信号
    Ｎ１を出力する第１のガスセンサと、 窒素酸化物触媒コンバータの下流側の排気ガス流中に設
    けられ、排気ガス流中の窒素酸化物濃度の関数として変
    化する出力信号Ｎ２を出力する第２のガスセンサと、 第１のガスセンサからの出力信号Ｎ１と第２のガスセン
    サからの出力信号Ｎ２とを読み取る手段と、 Ｋを予め選択した定数として、（Ｎ１ーＮ２）／Ｋに等
    しい窒素酸化物触媒コンバータの効率係数の値を生成す
    るための手段と、 前記効率係数の値を予め定めたしきい値と比較する手段
    と、 前記効率係数が前記しきい値を越える際に出力表示信号
    を生成するための手段とからなることを特徴とするエン
    ジン監視システム。
  2. 【請求項２】請求項１記載のエンジン監視システムにお
    いて、さらに、エンジン燃焼の余剰空気比を決定するた
    めの手段を備えていると共に、ガスセンサの劣化または
    故障を監視するための手段を含み、該監視手段が、 エンジン動作が実質的に理論空燃比の状態にあるか否か
    を判定するための手段と、エンジン動作が実質的に理論空燃比の状態にあるとき、
    ガスセンサからの出力信号Ｎ１を読み込み、理論値Ｎ１
    STOIC として格納するための手段と、 エンジン動作が予め決められた希薄空燃比の状態にある
    か否かを判定する手段と、エンジン動作が予め決められた希薄空燃比の状態にある
    とき、 ガスセンサからの出力信号Ｎ１を読み込み、希薄
    燃焼状態値Ｎ１LEAN として格納するための手段と、 式SR=N1LEAN/N1STOICに従い、信号比ＳＲを計算する手
    段と、 ＳＲの計算値と予め決められたＳＲのしきい値とを比較
    する手段と、 前記ＳＲの計算値が前記予め決められたＳＲのしきい値
    を下回るときに出力表示信号を生成するための手段とか
    らなることを特徴とするエンジン監視システム。
  3. 【請求項３】請求項１記載のエンジン監視システムにお
    いて、前記センサが余剰空気比を表す信号を出力するセ
    ンサを含み、該システムが三元触媒コンバータの劣化ま
    たは故障を監視する手段を備え、該手段が、 エンジン動作が実質的に予め決められた高濃度空燃比の
    状態にあるか否かを判定する手段と、エンジン動作が実質的に予め決められた高濃度空燃比の
    状態にあるとき、 ガスセンサからの出力信号Ｎ１を読み
    込み、高濃度空燃比値Ｎ１RICH として格納するための手
    段と、 エンジン動作が実質的に予め決められた希薄空燃比の状
    態にあるか否かを判定する手段と、エンジン動作が実質的に予め決められた希薄空燃比の状
    態にあるとき、 ガスセンサからの出力信号Ｎ１を読み込
    み、希薄空燃比値Ｎ１LEAN として格納するための手段
    と、 Ｋを予め選択した定数として、式N1THRESH(TWC) = (N1
    RICH + N1LEAN)/Kに従い、しきい値N1THRESH(TWC)を計
    算する手段と、 エンジン動作が実質的に、理論空燃比の状態にあるか否
    かを判定するための手段と、 前記判定手段により理論空燃比の状態にあると判定した
    ときに、理論空燃比の値Ｎ１STOICを格納するための手
    段と、 前記しきい値 Ｎ１STOICをＮ１THRESH(TWC)の計算値と
    比較し、Ｎ１STOIC がＮ１THRESH(TWC)を上回るときに
    出力表示信号を生成するための手段とからなることを特
    徴とするエンジン監視システム。
  4. 【請求項４】請求項１記載のエンジン監視システムにお
    いて、前記センサがエンジンの空燃比を表す信号を出力
    する空燃比センサを備え、該システムが空燃比センサの
    劣化または故障を監視する手段を備え、該手段が、 エンジン動作が実質的に予め決められた高濃度空燃比の
    状態にあるか否かを判定する手段と、エンジン動作が実質的に予め決められた高濃度空燃比の
    状態にあるとき、 ガスセンサからの出力信号Ｎ１を読み
    込み、高濃度空燃比値Ｎ１RICH として格納するための手
    段と、 エンジン動作が実質的に予め決められた希薄空燃比の状
    態にあるか否かを判定する手段と、エンジン動作が実質的に予め決められた希薄空燃比の状
    態にあるとき、 ガスセンサからの出力信号Ｎ１を読み込
    み、希薄空燃比値Ｎ１LEAN として格納するための手段
    と、 Ｋを予め選択した定数として、式N1MEDIAN = (N1RICH +
    N1LEAN)/Kに従い、中間値N1MEDIAN を計算する手段
    と、 ガスセンサからの現在の出力信号Ｎ１を読み取り、現在
    の出力信号Ｎ１がＮ１ MEDIAN を中間値とした予め定め
    られた範囲内にある時を決定し、その後現在の余剰空気
    比と予め定められた余剰空気比の範囲とを比較するため
    の手段と、 現在の出力信号が予め定められた余剰空気比の範囲の外
    にある時に、空燃比センサの劣化または故障を表す出力
    表示信号を生成するための手段とからなることを特徴と
    するエンジン監視システム。
  5. 【請求項５】請求項１記載のエンジン監視システムにお
    いて、 前記エンジンセンサは、エンジン回転数センサと、エン
    ジンノックセンサと、空燃比センサを含み、 前記監視システムは、さらにエンジンの不点火を検出す
    るための手段を備え、該不点火検出手段が、 ガスセンサ、回転数センサ、ノックセンサ及び空燃比セ
    ンサからの出力信号を読み取る手段と、 前記センサからの各出力信号を予め各々のセンサに対応
    して関連付けられたしきい値と比較するための手段と、 各センサからの出力信号が該出力信号に対応するしきい
    値を上回る時に、エンジンの不点火を示す指示器出力信
    号を生成するための手段とからなることを特徴とするエ
    ンジン監視システム。
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