JPH01151743A - 空燃比の制御方法および制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、触媒の設けられた内燃機関の空燃比を、制御
器、ラムダ制御器とも称する制御器と前記内燃機関の排
気ガス管に配設されたラムダゾンデ（λゾンデ）により
制御する方法およ制御目標ｋを制御するために処理する
ものである。

従来の技術 この種の装置は、ドイツ連邦共和国特許出願公開第３４
１０９３０号公報から公知である。

この装置では、混合器への燃料供給がλゾンデの信号に
依存したλ制御器により制御される。

λゾンデによシ実際の空燃比（以下λ値と称する）が、
例えば機関の排気ガスと周囲との間の酸素の分圧差が電
圧信号に変換されることにより検出される。この種のゾ
ンデの特性は、ゾンデのさらされる排気ガスの温度に依
存することが知られている。この作用は公知の装置では
次のように考慮される。すなわち、制御器が排気ガス管
に設けられた温度センサの信号を記録し、λ制御の温度
補正のために処理するようにして考慮される。しかし全
システムが他の影響も受けていることがわかった。例え
ば、λゾンデおよび／または触媒が古くなると、理想的
な有害物質処理動作を行うためにはλ制御器の目標値を
後調整しなければならない。

発明が解決しようとする課題 本発明の課題は、制御両過程に影響を与える要因を可能
な限り簡単に、かつ可能な限り一般的に補償できる方法
を提供することである。

課題を解決するための手段 この課題は、触媒の、または触媒の後ろの温度経過を空
燃比に依存して検出し、制御目標値を補正するために使
用することにより解決される。

所望のλ値でのλゾンデの電圧値に相応する制御目標値
は、使用されるλゾンデの特性に従う。本発明により制
御目標値を、単に排気ガス温度ないし触媒温度を測定し
評価することにより、ゾンデの新たな特性を識別するこ
となしに変化したシステム状況に適合させることができ
る。

本発明による方法では、発熱性の変換過程により生じる
触媒の温度上昇が利用される。すなわち測定により、有
害物質の変換と触媒の温度経過との間には固定的関係が
あることがわかっている。

本発明は次のような認識に基づく。すなわちλ値に関す
る触媒の温度経過は顕著な勾配変化を有し、この勾配変
化の折曲点は触媒の最大有害物質変換率の領域にあると
いう認識に基づく。

この温度折曲点によシ制御すべきλ窓の希薄限界が十分
正確に識別され、それにより有害物質の良好な変換動作
をもたらす制御目標値が設定される。

本発明による方法は特に、一定の負荷で動作する、例え
ば電流発生用の定置静止装置等の内燃機関装置に適する
。この場合、内燃機関の動作状態を変更せずに任意の時
点で目標値の較正を行うことができる。

本発明は、良好な有害物質変換作用が狭いλ領域ないし
λ窓内でしか保証されない三元触媒を有する装置におい
て特別の利点を提供する。

制御目標値の較正を規則的に行うことにより、装置の有
害物質の少ない動作が保持１れる。

変化する負荷で作動される装置の場合、較正過程を行う
ためには、後で述べるように排気ガス温度に関して監視
し得るような所定動作が設定されなければならない。

較正過程は有利には、触媒の温度測定に続いて、制御目
標値を段階的に変化して行う。温度を先行する測定の温
度と比較することにより、所属の制御目標値に関連する
温度の折曲点が検出される。この制御目標値は三元触媒
では、λ窓の希薄限界に相応することとなる。新しい制
御目標値として有利には固定量だけ変化されたこの目標
値が設定される。

較正過程に対し、例えば触媒の前の排気ガス温度を基準
温度として取り出すことができる。

それにより、すべての温度情況に影響を与えつる不規則
性が共に検出され、考慮される。較正過程は、基準温度
における不規則性が記録されると終了することができる
。この不規則性は触媒で測定された温度と基準温度との
温度差に作用するものである。それにより制御目標値の
新たな設定が不正確であることが排除される。この不正
確な設定は一般的動作条件が変化するととにより生じる
。

前述の温度差に基づいて較正過程を実行することには次
のような別の利点がある。すなわち検出された温度差を
同時に別の制御関数、つまり触媒に対する制御関数とし
て使用することができるという利点がある。この温度差
は触媒の変換作用により影響を受ける。すなわち、触媒
が老化すると温度差は減少する。

本発明は、本発明による方法を実施するための装置に発
展し、該装置は請求項１１に記載された特徴を有する。

実施例 本発明を以下、図面に示された実施例に基づき詳細に説
明する。

λ制御の目的は、触媒の使用下で可能な限りわずかな有
害物質の放出しか生じないように内燃機関の空燃比を制
御することである。触媒の後のＮＯｘとＣＯの放出は第
１図下部に空燃比λに関して記入されている。２つの曲
線の反対方向の経過により次のことが予想される。すな
わち、機関の動作領域を所定の限界値Ａ、Ｂにより定め
られるいわゆるλ窓１３内に保持することにより、２つ
の有害物質の放出を所定の限界値Ａ、Ｂ内に保持するこ
とができる。このλ窓内に２つの有害物質成分ＣｏとＮ
Ｏｘが同時に低い値に達する動作点がある。この点はク
ロスオーバポイントと呼ばれ、触媒技術では種々の触媒
の判定に用いる。

第１図上部では上の曲線により（発熱性）触媒の温度Ｔ
２が同様に空燃比λに関して記入されている。この温度
Ｔ２はλ窓の希薄限界にある折曲点４１で顕著な変化を
する。このことが本発明では、λ窓１３の希薄限界を見
付は出し、該希薄限界を用いてλ制御器を後調整するの
に利用される。後調整は、内燃機関の空燃比制御に対す
る実際値センサとして用いるλゾンデの老化特性のため
必要である。第２の曲線は触媒の前の排気がス温度Ｔ１
ｔ”樅す。この温度は一定負荷では空燃比λに殆ど依存
しない。

第２図には、新しい状態（曲縁１１）でのλゾンデの信
号電圧と９．０．００時間（曲＃１２）の動作時間後の
信号電圧がλに関して記入されている。λゾンデのこの
老化特性によシ制御量λは、動作点１０がλ窓１３の希
薄限界（動作点１０′）の方向にずらされるような影響
を受ける。このことはＮＯｘＯｘ有害物質限界値上回る
ことになりかねない。

全システムの有害物質還元に影響を与える別の要因は触
媒の老化である。第６図には、どのように三元触媒のλ
窓１３とクロスオーバポイントが、一定動作条件下での
動作運転時間に関し変化するかが示されている。運転時
間の上昇と共にλ窓１３の幅が変化する。その際、λ窓
の希薄限界に、濃厚の方向にずれるような最大の変化が
生じる。同様にクロスオーバポイントもずれる。そのた
め、制？＃器目標値調整が一定の場合、λゾンデの老化
の場合と同じように、条件によってはＮＯｘＯｘ有害物
質限界値上えてしまう。

本発明による方法ないし装置により、この全システムの
変化が考慮されるものである。第４図に実施例が示され
ている。

例えばオツド機関２０である内燃機関には、ガス空気混
合器３３を介して可燃性混合気が供給される。空気対が
スの容積比はガス管路３１内のスロットル弁３０を介し
てλ制御器２５により制御される。機関２０の排気ガス
管路２２には三元触媒２１が設けられている。この三元
触媒は空燃比λの所定の動作領域１３内で、排気ガス中
の有害物ｆＸＮＯｘとＣＯヲ所望のまたは法的規則で定
められた有害物質限界値Ａ、Ｂ内に保持できるように減
少する。この動作領域の保持は、機関２０およびλ制御
器２５の排気ガス系２２に設けられたλゾンデ２３によ
り行われる。λゾンデは空燃比に依存する電気信号２４
（以下ゾンデ電圧と称する）をλ制御器２５に送出する
。このλ制御器２５は目標値発生器４１からその時の目
標値２８を受は収る。

目標値と実際値の比較２６を行った後、λ制御５２５は
相応の調整操作命令２９を、ガス管路３１にあるスロッ
トルバルブ３０に送出する。

λゾンデ２３とλ制御器２５は従来の構成にすることが
できる。

排気ガス系２２には、触媒の前および触媒にそれぞれ温
度センサ５０．４５が設けられている。これらの温度信
号ＴユとＴ２は目標値発生器４７に送出される。目標値
発生器は温度Ｔ工とＴ２を、現在の系状態（例えばλゾ
ンデ、触媒等の）に較正した目標値２８を形成するため
に評価する。

目標値発生器４γの作用を第５図に基づいて以下説明す
る。第５図には目標値４７０作用規範が示されている。

較正過程の開始後、触媒２１の前の温度および触媒の温
度が読み出され、全較正過程に亘って触媒の前の排気ガ
ス温度Ｔ工が一定であることが監視される。較正過程は
誤った較正？回避するために機関の一定負荷状態で行わ
なけれはならない。

２つの温度Ｔ１とＴ２から温度差が形成される。

この温度差に基づいてλ値の変化の際に折曲点が検出さ
れるものである。これに加えて、目標値発生器４７によ
シ目標値２８が段階的に濃厚の方向へ変化され、それぞ
れ引き続き温度差の評価が行われる。

温度の読出しとそれ以前に調整された空燃比との間には
、温度が新しい動作状態で調整されるまでの時間間隔が
ある。

温度差により目標値発生器４Ｔは、まず古い目標値２８
のλ窓１３の希薄限界に対する相対位置を検出する。古
い目標値が濃厚領域にあると、温度差が減少する。目標
値発生器４７はこの状態を検出し、較正過程の第２フエ
ーズを直接開始する。これに対し古い目標値が希薄領域
、すなわち第１図では折曲点の右側にあると、温度差は
上昇する。この場合、目標値は濃厚の方向にジャン７ｃ
′ｇれ、いかなる場合でも第２フエーズは磯厚饋域にあ
る目標値で開始される。第２７エーズでは同様に触媒の
前および触媒の温度ＴｌとＴ２が読み出され、それらの
差が形Ｉｙ、され、評価される。温度差が上昇する限り
、目標値は段階的に希薄方向へ変化される。すなわち温
度差の明らかな減少が腔益されるまで変化される。

この目標値はλ窓１３の希薄限界に配属される。この目
標値から始まり、濃厚方向（経験値）への目標値ジャン
プにより新たな目標値が形成される。

新しい目標値２８により内燃機関２０の通常動作が、新
たな較正過程が開始されるまで続けられる。新たな較正
過程は自動的に相応の動作時間後に行われる。勿論、必
要により較正過程を手動で開始することも可能である。

較正過程は触媒の温度または触媒の後の温度Ｔ２のみを
用いて行うこともできる。この場合動作の一定性に関す
る監視も省略される。

発明の効果 本発明により、制御過程に影響を与える要因を可能な限
シ簡単に、かつ可能な限シ一般的に補償できる、空燃比
の制御方法および装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は触媒の前および後の排気ガス温度、ならびに触
媒の後の空燃比に依存した有害物質放出の線図、第２図
は空燃比に依存したゾンデ電圧の線図、第３図は三元触
媒の老化特性を示す線図、第４図は本発明の実施例のブ
ロック図、第５図は目標値発生器の作用のフローチャー
トである。 ２０・・・内燃機関、２１・・・触媒、２２・・・排気
がス管路、２３・・・λゾンデ、２３．４５・・・温度
センサ、２４・・・電気信号、２５・・・λ制御器、２
ｂ・・・比較器、２８・・・目標値、２９・・・調整操
作命令、３０・・・スロットルバルブ、３１・・・ガス
管路。 ＦＩＧ　Ｆ。 濃厚□ラムダ□希薄 Ｆｌ（３２゜ 濃厚□ラムダ□希薄 Ｆ／（ｉ　３゜ Ｑ９θ５　　　Ｑ９９０　　　　Ｑ９９５　　　１００
０　　　１，００５濃厚□ラムダ　　　　　希薄 Ｆ１６４゜

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、触媒の設けられた内燃機関の排気ガス管路に配設さ
   れたラムダ−ゾンデの信号に依存して該内燃機関の空燃
   比を制御する方法であつて、制御器により付加的に排気
   ガス温度を測定し、制御目標値を制御するために処理す
   る空燃比の制御方法において、 触媒（２１）にて、または触媒の後ろでの 温度（Ｔ＿２）経過を空燃比に依存して検出し、制御目
   標値（２８）の補正のために使用することを特徴とする
   空燃比の制御方法。 ２、較正過程を時間間隔を置いて開始し、該較正過程は
   内燃機関の動作が一定負荷状態であるときに行う請求項
   １記載の方法。 ３、一定負荷状態の動作は、触媒の前の排気ガス温度経
   過により監視される請求項２記載の方法。 ４、較正過程は所定の時間間隔ないし機関作動時間で自
   動的に開始される請求項２または請求項３記載の方法。 ５、目標値（２８）の較正過程のため空燃比を段階的に
   変化し、触媒（２１）における、または触媒の後ろの温
   度（Ｔ＿２）の相応の変化を捕捉し、温度の一番高い領
   域を求め、当該一番高い温度領域の捕捉された際の空燃
   比の値を新しい目標値（２８）とする請求項４記載の方
   法。 ６、較正過程のための空燃比の可変調整を制御目標値（
   ２８）を段階的に変化させることにより行なわせ、触媒
   における、または触媒の後ろの最高温度領域が捕捉され
   た際の制御目標値を新たな目標値とする請求項５記載の
   方法。 ７、各目標値調整の後、所定の時間間隔の経過の待機時
   間を置いてから、触媒（２１）における、または触媒の
   後ろの温度（Ｔ＿２）を検出し、この温度値を先行する
   温度値と、空燃比に依存して温度（Ｔ＿２）経過を定め
   るために比較する請求項５または請求項６記載の方法。 ８、新しい制御目標値（２８）を定めるために当該目標
   値にて温度経過中の曲線折曲点（４１）の捕捉された目
   標値から出発する請求項７記載の方法。 ９　触媒（２１）における、または触媒の後ろの温度（
   Ｔ＿２）と触媒の前の排気ガス温度（Ｔ＿１）との差を
   形成し、この温度差の経過を空燃比に依存して、制御目
   標値の補正のために使用する前記請求項いずれか１記載
   の方法。 １０、触媒における、または触媒の後ろの最高温度領域
   ないし温度折曲点（４１）に基づいて検出した目標値を
   実験的に前以て定めた量だけ変化させ、ひきつづいての
   制御過程に対して新たな目標値（２８）として入力する
   前記請求項いずれか１記載の方法。 １１、λゾンデと、空燃比をλゾンデから送出された電
   圧信号に依存して制御するためのλ制御器と、少なくと
   も１つの排気ガス温度センサを有する、請求項１記載の
   方法を実施するための装置において、制御器（２５）に
   目標値発生器（４７）が設けられており、該目標値発生
   器は触媒（２１）、または触媒の後ろに配設された温度
   センサ（４５）の信号（Ｔ＿２）に対する入力側を有し
   、前記目標値発生器は、触媒における、または触媒の後
   ろの温度（Ｔ＿２）が空燃比の関数として検出および評
   価可能であるように構成されていることを特徴とする空
   燃比の制御装置。