JP3608809B2 - 内燃機関の燃料／空気混合気を調節する方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、エンジンブレーキ（減速運転）時に燃料供給が遮断される内燃機関の空燃比を調節する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＵＳ５０２２２２５から、特に触媒と触媒の後方に配置された少なくとも１つの排ガスセンサとを備えた内燃機関をエンジンブレーキから通常運転へ移行させる方法が知られている。
【０００３】
この公報によれば、空燃比を閉ループ制御する場合には、少なくとも触媒の後方に配置された排ガスセンサ（以下では後方排ガスセンサとも略称される）が使用されている。その場合、吸気管の混合気形成部と排ガス管に配置された排ガスセンサ間の純粋なガス通過時間に起因するとともに、触媒の酸素貯蔵に起因するむだ時間（遅れ）が発生する。混合気組成が例えば希薄な混合気（酸素が多い）から濃厚な混合気（酸素が少ない）へ変化するとき触媒はまだ所定の期間にわたって排ガスに酸素を供給するので、この混合気変化はむだ時間だけ遅れて後方排ガスセンサにより検出される。このむだ時間は、燃料供給が遮断されるエンジンブレーキ段階の後には特に大きくなる。この状況において後方排ガスセンサの信号に基づく閉ループ制御動作の結果、混合気濃厚化が不本意に強くなり、それに対応して排ガスの質が悪化する。それを回避するために上述のＵＳ公報に示す方法においては、エンジンブレーキ段階に続く後方排ガスセンサによる閉ループ制御動作を所定期間抑圧したり、あるいはまたエンジンブレーキ開始時に記憶された値を用いて制御を続けることが行われている。
【０００４】
エンジンブレーキ後の排ガスの質は上述の閉ループ制御の過剰反応によって悪化するだけでなく、例えばエンジンブレーキ段階後には窒素酸化物の発生が増大し、一方上述の過剰な混合気濃厚化によってそれに続く運転段階では炭化水素および一酸化炭素の放出が増大してしまうことがわかっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、上述の閉ループ制御の過剰反応を防止すると同時にエンジンブレーキ段階後の窒素酸化物放出の増大を防止することのできる方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明によれば、
ラムダ閉ループ制御装置と触媒とを備え、運転パラメータに従って燃料供給を遮断することのできる内燃機関の燃料／空気混合気を調節する方法において、
燃料供給が行なわれない運転から燃料供給が行なわれる運転へ移行するとき、最初理論混合気組成に比較して燃料成分が増大している燃料／空気混合気（濃厚な混合気）で内燃機関が運転され、
該混合気の濃厚化の期間が、その期間内に吸入される空気質量流量に関係する構成を採用した。
【０００７】
本発明の好ましい実施例が、従属請求項に記載されている。
【０００８】
【作用】
エンジンブレーキ段階後に濃厚な混合気（酸欠）を所定に調節することによって、エンジンブレーキ中触媒に過剰に貯蔵された酸素が消耗される。その結果、ごく短時間後には触媒は再びその酸素貯蔵に関して最適な動作点に対応する動作状態に達する。それによって触媒動作が最適化され、動作点のずれによって減少した窒素酸化物に対する変換を向上させることができる。同時に所定の濃厚化によって後方排ガスセンサによる上述の誤った濃厚化が防止される。
【０００９】
【実施例】
本発明の実施例を図面に示し、以下で詳細に説明する。
【００１０】
図１は、内燃機関１、回転数センサ２、燃料計量装置３、吸気管５の吸入空気量ｍを検出する手段４、触媒７の前方に配置された排ガスセンサ８を有する排ガス管６並びに制御装置９を有する（閉ループ）制御回路を示すものである。
【００１１】
この制御回路の基本機能は、制御装置９を用いて回転数ｎ、空気量ｍおよび混合気組成λに関する信号を処理して燃料計量信号ｔｉを形成し、その信号により燃料計量装置３を駆動することにある。そのために空気量と回転数の関数として形成された基本燃料計量信号ｔｐが、混合気組成λの目標値からの偏差を表す補正係数ＦＲと乗算的に結合される。
【００１２】
この基本機能の他に、内燃機関の運転に必要な、あるいは利用できる他の多数の機能を実施することが可能である。それに関して点火、排気ガス再循環およびタンク通気のみを例示しておく。これらの公知の機能は問題なく本発明と組み合せることができるので、繁雑さを避けるためにそれらは図示されていない。
【００１３】
図２には、本発明方法のシーケンス制御に適した制御装置９の基本構成が図示されている。中央演算ユニット１２は、メモリ１３に格納されているプログラムに従って、また同様にメモリ１３にマップ形式で格納されているデータへアクセスして、少なくとも上述の空気量ｍ、回転数ｎおよび混合気組成λに関する信号が供給される入力ブロック１０と、本実施例においては燃料計量信号ｔｉを出力する出力ブロック１１間を制御する。
【００１４】
本発明を実施するのに適したプログラムの例が図３に示されている。それによれば、まず内燃機関の運転間にメインプログラムが実行されて、図示の制御回路の上述の基本機能と上述の他の機能が実施される。時点ｔ０ないしはエンジンブレーキ（減速運転）段階の開始時に燃料供給の遮断が行なわれる。燃料カットの開始ｔ０と終了ｔ２が、ステップＳ１とＳ２で検出される。ステップＳ３において、エンジンブレーキの期間ｔ２−ｔ０が所定の最小時間ｔｍを越えたかどうかが調べられる。この処理には、上述した触媒の動作点のずれは、酸素が過剰に供給されてから初めて現れることが根拠になっている。燃料カットに関連する触媒内への酸素貯蔵が比較的わずかである場合には、混合気を濃厚化させて動作点のずれを元に戻すことは不要である。従って、ステップＳ３の判断が否定された場合には、メインプログラムへ戻る。それに対して燃料カットが所定の期間ｔｍより長く続いた場合には、ステップＳ４で、再び開始された燃料供給において所定の混合気濃厚化、好ましくは５％から１０％程度の混合気濃厚化が行われる。
【００１５】
そのために例えば基本燃料計量信号ｔｐが係数１．０５から１．１で乗算され、あるいはその代わりに上述した程度の濃厚化変位が生じるように、制御パラメータを変化させることもできる。そのためには例えば次のことが考えられる。すなわち、制御目標値を変化させる、混合気組成変化に対する排ガスセンサ信号の反応の遅れを非対称にする、積分勾配を非対称にする、あるいは比例量の大きさを非対称にする等である。
【００１６】
ステップＳ５とＳ６は混合気濃厚化の期間を内燃機関によって吸入される空気量に適合させる。そのためにステップＳ５においては単位時間当たりの空気質量流量（ｍ’）と、燃料／空気混合気の空気過剰率（λ）の値１からのずれとの積の時間積分（Ｉ）が形成される。なお、ｍの（’）の表記は、図中のｍ上の黒丸と同一表記である。この積分は、エンジンブレーキ間に触媒に貯蔵された過剰酸素をいわば消耗させる、上記濃厚化によってもたらされた排ガスの酸欠度を表している。
【００１７】
ステップＳ６では上述の積分が、触媒の酸素貯蔵能力、従っていわばエンジンブレーキ間に触媒内に貯蔵された過剰酸素を表すしきい値Ｉ０と比較される。そのしきい値に関して本実施例では、平均的な老化状態にある使用タイプの触媒を特徴付ける定まった値が設けられる。計算された酸欠量（Ｉ）がしきい値Ｉ０より小さい間は、混合気濃厚化が維持される。それに対してステップＳ６においてしきい値を越えた場合には、ステップＳ７を介して所定の濃厚化が終了され、λ＝１への閉ループ制御が開始され、ステップＳ８を介してメインプログラムへ移行する。
【００１８】
図４（ａ）は燃料カット信号の時間に対する波形を示す。その場合、高い信号レベルが燃料供給の遮断を表す。図４（ｂ）は、補正係数ＦＲを介して濃厚化が制御される場合に発生する本発明を特徴付ける信号波形を示す。例えば、時点ｔ０までは燃料供給が閉ループ制御され補正係数ＦＲは平均値１を中心に振動する。時点ｔ０で燃料供給が時点ｔ２まで遮断され、無効になった補正係数ＦＲが例えばその平均値１に設定される。燃料カットの期間は同様に図示されている最小期間ｔｍを越えているので、時点ｔ２で燃料供給が復帰されるときに本発明による濃厚化が行なわれる。そのために図示の実施例においては乗算的に作用する補正係数ＦＲが１０％増大されて値１．１にされ、この値が時点ｔ３まで保持される。この期間Ｔ＝ｔ３−ｔ２は、図３に関連して説明したように、空気質量流量（ｍ’）、濃厚化の度合（１−λ）および触媒固有のしきい値Ｉ0に従って調節され、従ってこれらのパラメータの関数として可変である。時点ｔ３における濃厚化の終了に続いて再びλ＝１への閉ループ制御が行われる。
【００１９】
図５は内燃機関の混合気制御のための制御回路を示すものであって、この制御回路は図１の実施例に比べて触媒の後方に配置された排ガスセンサ１０の分だけ拡張されている。それによって図１に関連して説明した制御回路の基本機能は、触媒の監視分と、後方排ガスセンサの信号（λＨ）を介しての補足的な制御作用の分だけ拡張されている。このような拡張はすでに公知である。本発明の実施例では、後方排ガスセンサの信号により所定の混合気濃厚化が終了される。
【００２０】
図６に示す対応した処理の流れは、マークＡまでは図３の一連のステップＳ１からＳ４と同様に進行する。ステップＳ９において、触媒の後方にλ＜１に相当する酸素濃度が得られるかが調べられる。これは、代表的には、本発明によりもたらされる酸欠により先行するエンジンブレーキ段階で触媒に貯蔵された過剰酸素が消耗されたときに初めてそうなるものである。後方排ガスセンサがこの状態を検出したときに初めて、ステップＳ７とＳ８を介して再びλ＝１の閉ループ制御が行われ、メインプログラムに復帰する。
【００２１】
図７（ａ）から（ｃ）はこの方法を明らかにするものである。図７（ａ）と（ｂ）はほぼ図４（ａ）と（ｂ）に相当し、従ってここでは説明の必要はない。唯一の差異は濃厚化の期間Ｔに関する式の表現から生じる。本実施例においては期間はもはや一定の値Ｉ０にではなく、後方排ガスセンサの信号に関係する。これが、後方排ガスセンサの信号ＵＳＨを示す図７（ｃ）によって明らかにされている。
【００２２】
この種のセンサの信号は、必ずしも全ての細部において図示の波形と一致する必要はない。すなわち特に触媒が老化している場合には、後方排ガスセンサには制御振動が現れ、従って例えばｔ＝０からｔ０までの領域で振動するようなことが発生する。触媒が著しく老化している場合には、もはや貯蔵容量が存在しないのでエンジンブレーキ後の濃厚化は不要であって、かつ許容されない。本発明にとって重要な信号特性は、後方排ガスセンサが燃料カットとその後の濃厚化期間の開始に遅延して反応することから得られる。触媒に酸素が流れ込んだ後所定の期間後センサの電圧ＵＳＨが希薄な混合気を特徴付ける低い値に低下する。続く濃厚化期間の間信号は最初は変化しない。触媒に貯蔵された過剰酸素が濃厚化と関連する排ガスの酸欠によって使い果されて初めて、後方のセンサの信号が上昇し、時点ｔ３でしきい値を越えたときに濃厚化が終了する。
【００２３】
上述したのと同様に後方排ガスセンサの信号をも使用する他の実施例が図８のフローチャートに記載されている。
【００２４】
この好ましい実施例は上述の２つの実施例の好ましい特徴を合体し、かつその欠点を除去するものである。
【００２５】
第１の実施例におけるのと同様にここでは混合気濃厚化の期間が内燃機関を通過する空気質量流量（ｍ’）に従って調節される。そのためにまずマークＡを通過後にステップＳ１０において空気質量流量（ｍ’）と混合気組成λの値１からの偏差の積の時間積分が形成される。すでに図３に関連して説明したように、この積分は、エンジンブレーキ間に触媒に貯蔵された酸素過剰をいわば消耗させる所定の濃厚化によってもたらされる排ガスの酸欠の程度を表している。
【００２６】
ステップＳ１１は処理に第２の実施例の要素を取り入れるものである。ここで後方排ガスセンサの信号を用いて、所定の混合気濃厚化が触媒の後方ですでに認められるかどうかが調べられる。そうでない場合にはステップＳ１３において積分の値がしきい値Ｉ０と比較される。濃厚化はＩ０を越えるまで続けられる。
【００２７】
値Ｉ0を非常に大きく選択した場合には、しきい値Ｉ0を越える前に後方排ガスセンサの信号により混合気の濃厚化が検出される。その場合には、しきい値Ｉ0に新しいより小さい値ＩーΔＩ0を割り当てるステップＳ１２が設けられている。その場合には次のステップＳ１３における判断は常に否定となり、それによりステップＳ１４でλ＝１への閉ループ制御に移り濃厚化が終了する。ステップＳ１２においてＩ0が減少された場合には、ステップＳ１５の判断は肯定になる。というのはその場合には後方のセンサはすでに濃厚な混合気組成信号を検出しているからである。ステップＳ１７はメインプログラムにつながる。
【００２８】
Ｉ０が正しく選択されている場合でも、すなわち濃厚量として全く正しかった場合でも、後方のセンサはガス通過時間によってｔ３より後になって初めて、すなわち時点ｔ３’で変化を示す。濃厚化終了後にこのガス通過時間（最小移動時間）の間に濃厚へ変化した場合には、適応値も同様に減少される。即ち、濃厚化終了後の所定の待機時間後に触媒の後方に配置された排ガスセンサが、濃厚な混合気を特徴付ける排ガス組成を検出し、連続的に計算される値Ｉがしきい値Ｉ０に達しており、かつガス通過時間だけ延長された待機時間ｔ３’がまだ経過していないときには、しきい値Ｉ０が減少される。このガス通過時間を吸入された空気量に従って設定することも可能である。
【００２９】
それに対して値Ｉ０が余りに小さく選択された場合には、ステップＳ１２を通ることなくステップＳ１０からＳ１３のループを通過する。その場合には時点ｔ３で濃厚化終了後に（ステップＳ１４）、ステップＳ１５とＳ１７からなるループにおいて、濃厚化が時点ｔ４までなお後方排ガスセンサの信号に認められるかどうかが調べられる。Ｉ０が余りに小さく選択されると、これは、エンジンブレーキ時において触媒に貯蔵された酸素の取崩しが不十分であることと同義であって、ステップＳ１５における判断が否定となる。その結果ステップＳ１６へ進み、そこで次のエンジンブレーキ段階に対して値Ｉ０が値ΔＩ０だけ増大される。ステップＳ１８でメインプログラムに戻る。
【００３０】
このようにして好ましい実施例によれば、複数のエンジンブレーキ段階にわたって所定の濃厚化の期間の適応が可能になる。
【００３１】
図９（ａ）から（ｃ）はこの方法を説明するものである。図９（ａ）と（ｂ）はほぼ図７（ａ）と（ｂ）に相当し、従ってこの部分の説明は必要ない。唯一の差異はここでも濃厚化の期間Ｔに関する式の表現に現れている。本実施例においてはＴは値Ｉ０（適応）に関係し、この値は複数のエンジンブレーキ段階にわたって適応（調整）される。図９（ｃ）は、値Ｉ０が良好に適応された場合の後方排ガスセンサの信号波形を示すものである。ここではエンジンブレーキに続く濃厚化が、濃厚化の終了後で待機時間（ｔ３、ｔ４）内に後方排ガスセンサの信号において認められる。
【００３２】
濃厚化をエンジンブレーキ終了後すぐにではなく、負荷／回転数しきい値以上で、特にアイドリング以上になって初めて行なうようにすることが考えられる。
【００３３】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、エンジンブレーキ段階後に濃厚な混合気に調節し、その濃厚化の期間を、その期間内に吸入される空気質量流量に関係させるようにしたので、エンジンブレーキ中触媒に過剰に貯蔵された酸素を効果的に消耗させることができ、混合気組成の閉ループ制御における過剰反応を防止すると同時にエンジンブレーキ段階後の窒素酸化物放出の増大を防止することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】単一の排ガスセンサと制御装置とを有する内燃機関の混合気制御を行う制御回路のブロック回路図である。
【図２】本発明方法を実施するために使用することのできる制御装置の基本構造を示すブロック図である。
【図３】本発明方法を実施するためのフローチャート図である。
【図４】本発明を説明する信号波形図である。
【図５】図１に示す実施例に比較して触媒の後方に配置された排ガスセンサ分だけ拡張された実施例で、内燃機関の混合気制御を行う制御回路のブロック回路図である。
【図６】後方排ガスセンサを有する実施例の制御の流れを示すフローチャート図である。
【図７】図６に示す実施例の信号波形図である。
【図８】後方排ガスセンサを用いる本発明方法の好ましい実施例の制御の流れを示すフローチャート図である。
【図９】図８に示す実施例の信号波形図である。
【符号の説明】
１ 内燃機関
２ 回転数センサ
３ 燃料計量装置
４ 空気流量測定装置
５ 吸気管
６ 排ガス管
７ 触媒
８ 排ガスセンサ
９ 制御装置

Claims (8)

1. ラムダ閉ループ制御装置と触媒とを備え、運転パラメータに従って燃料供給を遮断することのできる内燃機関の燃料／空気混合気を調節する方法において、
   燃料供給が行なわれない運転から燃料供給が行なわれる運転へ移行するとき、最初理論混合気組成に比較して燃料成分が増大している燃料／空気混合気（濃厚な混合気）で内燃機関が運転され、
   該混合気の濃厚化の期間が、その期間内に吸入される空気質量流量に関係することを特徴とする内燃機関の燃料／空気混合気を調節する方法。
2. 前記期間がさらに、前記期間内に吸入される混合気の燃料／空気混合気組成に関係することを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 燃料供給が遮断される先行の運転の期間が最小期間（ｔｍ）を越えたときのみに濃厚化が実施されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 燃料カットの開始と終了が検出され、
   燃料カットの期間が所定の期間ｔｍを越えたときに、内燃機関に供給される混合気が理論混合気組成に比較して濃厚化され、
   吸入された空気質量流量と濃厚化の度合いに関係する値Ｉが連続的に計算されてしきい値Ｉ0と比較され、
   値Ｉがしきい値Ｉ0を越えたときに、濃厚化が終了されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 触媒の後方に配置された排ガスセンサが、濃厚な混合気を特徴づける排ガス組成を検出するまで、濃厚化が実施されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. しきい値Ｉ0が適応的に減少あるいは増大されることを特徴とする請求項４に記載の方法。
7. 触媒の後方に配置された排ガスセンサが、濃厚な混合気を特徴付ける排ガス組成を検出し、かつ連続的に計算される値Ｉがまだしきい値Ｉ0に達してないときには、しきい値Ｉ0が減少されることを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. 濃厚化終了後の所定の待機時間後に触媒後方に配置された排ガスセンサが、希薄な混合気を特徴付ける排ガス組成を検出したときには、しきい値Ｉ0が増大されることを特徴とする請求項６に記載の方法。

Images