JPH03502952A - 内燃機関のための開ループ制御／閉ループ制御装置 - 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】 内燃機関のための開ループ制御／閉ループ制御装置本発明は内燃機関の空気／燃 料混合気を調整する開ループ制御／閉ループ制御装置に関する。

従来の技術 この形式の装置は、内燃機関の排気ガスに曝されるλセンサを具備し、λセンサ は、空気過剰率λのための尺度を表す出力信号を送出する。特に、特性曲線がλ ＝１の領域において実質的にステップ変化するλセンサ（ネルンストタイプのλ センサ）が用いられる。

更に開ループ制御／閉ループ制御装置は基本メモリ、設定値メモリ及び閉ループ 制御器を具備する。基本メモリには（例えば内燃機関の噴射弁のための噴射時間 ）燃料調量時間が内燃機関の作動特性量に依存して記憶され、設定値メモリには 内燃機関の作動特性量に依存して空気過剰率λの設定値が記憶される。閉ループ 制御器は、λセンサのその都度測定される出力信号と、設定値メモリからその都 度に読出される対応する設定値とに依存して、基本メモリからその都度に読出さ れる燃料調量時間を補正する。

通常は、内燃機関の排気ガスの中に配置されている６元触媒コンバータを有する 有害物質排出量の少ない自動車が運転されている。触媒装置の最適な転化率を保 証するためにλ＝１の空気過剰率をほぼ正確に維持する必要がある、即ち空気過 剰率λは所定の許容値だけしかλ＝１の周りで変動することが許容されない（い わゆる触媒コンバータウィンドウ）。実用的に構成されている閉ループ制御装置 においてはしばしば正確にλ＝１に制御されず、λ＃１（例えばλ−０，９９８ ）に河御される。簡単化のために以降において引続いてλ＝１−閉ループ制御と いう名称を用いるが、この名称はλ＃１への閉ループ制御も含む。

触媒 一コンバータを設置しない場合に、内燃機関の排気ガスの所定の有害成分を低減 する別の１つの方法は、内燃機関を燃料希薄領域（λ〉１）で作動することから 成る。例えばλ＝１．４の空気過剰率において、排気ガスの中に含まれる窒素酸 化物（ＮＯりを強く低減することができる。排気ガスの炭化水素（Ｃ○）の含有 量は、空気過剰率がλ＝１から増加する場合に既に非常に僅かである。しかし、 空気過剰率が（λ＃　１．１から増加し）大きい場合には排気ガスの炭化水素含 有量（ＨＣ）が増加する・。空気過剰率λの増加と、これによシ可能である上記 の有害物質成分の低減とに対してしかし内燃機関の運転特性が悪くなる。内燃機 関の十分な運転特性を各作動フェーズにおいて実現するために（例えば無負荷運 転フェーズ、全負荷等の）、特定の作動フェーズにおいて空気／燃料混合気を、 供給燃料量を増加することによシ燃料濃厚化し、このようにして場合によっては １よシ小さい値に空気過剰率λが調整されることが必要である。

このような広幅の閉ループ制御領域（λ＃０．９ないし１．４）を閉ループ制御 技術的に確実にカバーすることができるように、従来の技術において存在する解 決方法では、多くの閉ループ制御装置を用いるか、又はコスト高の切換技術的手 段によシ個々の閉ループ制御領域の間の切換えを行う。酉独特許出願公開第３２ ３１１２２号公報から、λ−１領域と燃料希薄領域のための切換可能な閉ループ 制御領域を有する内燃機関の混合気組成のための閉ループ制御器が公知であシ、 この場合にはλ＝１−閉ループ制御は２位置点閉ループ制御器を用い、そして燃 料希薄閉ループ制御は、２位置閉ループ制御器の変化された設定値を介してか又 は連続形閉ループ制御器を用いて行われる。

制御のために改善することにある。

発明の効果 本発明の要旨は請求項１に記載の特徴部分に記載されている。本発明の有利な実 施例及び発展形はその他の請求項に記載されている。

本発明の開ループ制御／閉ループ制御装置においては、設定値メモリが空気過剰 率λの逆数を設定値として記憶し、前もって与えられている空気過剰率λの変化 に整合された燃料計量時間を得るために、基本メモリからその都度に読出される 燃料計量時間を、設定値メモリからその都度に読出される、空気過剰率λの逆数 と乗算して結合する。ノイズ量の影響を考慮するために予制御にλ閉ループ制御 が重畳される。このために本発明の開ループ制御／閉ループ制御装置は、λセン サの出力信号上空気過剰率λとの間の少なくとも近似的に既知のセンサ特性関係 を用いてこの出力信号を、実“際値としての空気過剰率λの対応する逆数１／λ に変換する変換装置を具備し、内燃機関の作動特性量に依存して設定値メモリか ら読出される、空気過剰率λの逆数と、変換ユニットからのλセンサの出力信号 に基づいて求められる対応する、実際値としての空気過剰率の逆数との間の差に 基づいて求められる閉ループ制御偏差が供給される。

公知の開ループ制御／閉ループ制御装置に対して本発明の開ループ制御／閉ルー プ制御装置は、例えば燃料の希薄領域（λ＃０．９〜１．４）における閉ループ 制御の際に全領域において閉ループ制御器のみが必要であシ、付加的なコスト高 の回路技術的手段を回避することができる利点を有する。公知のフループ制御装 置は空気過剰率λへ制御し、閉ループ制御偏差に比例して燃料計量時間を制御す る。しかし実際には、空気過剰率λと供給燃料量との間の関係は非線形である。

従って空気過剰率λは燃料量の逆数に比例する、又は逆に供給燃料量は空気過剰 率λの逆数に比例する。λ＝１への閉ループ制御の場合には、制御偏差が十分小 さく保持される限シ比例する燃料計量において誤差は比較的小さい、何故ならば 空気過剰率λはこの領域においてその逆数とほぼ同一であるからである。このよ うな閉ループ制御器を燃料希薄領域の全域に用いることはしかし、燃料希薄領域 における燃料計量において空気過剰率λと燃料量との間の関係が非線形であるた めに著しい誤差を招く。これらの誤差は本発明の開ループ制御／閉ループ制御装 置においては、空気過剰率λの逆数への閉ループ制御によシ回避される。本発明 の開ループ制御／閉ループ制御装置は、閉ループ制御器の変換装置に空気過剰率 λの逆数が供給されるので閉ループ制御が、閉ループ制御すべきλ領域の全域に おいて線形である利点と、通常のようにλセンサの出力信号が直接に閉ループ制 御に用いられることがない利点とを有する。その都度の設定値のレベルの高さと 無関係に、設定値に対する所定の百分率閉ループ制御偏差は同一の操作量に相応 し、従って閉ループ制御器の増幅率は設定値と無関係に選択することができる。

本発明の１つの有利な実施例においてはメモリ（基本メモリ、設定値メモリ）、 閉ループ制御器及び変換ユニットはマイクロコンピュータの機能モジュールであ る。特に有利には、燃料計量時間、空気過剰率λの設定値、及びλセンサの出力 信号と空気過剰率λとの間のセンサ特性関係を、内燃機関の作動特性量によりア ドレス指定することのできる特性曲線にて記憶する。

図　　面 本発明の１つの実施例が図に示され、次に本発明をこの実施例に基づき図を用い て詳しく説明する。図において、燃料噴射時間を１７λ値を基礎にして閉ループ 制御する開ループ制御／閉ループ制御装置の１つの実施例のブロック回路図が示 されている。

実施例 図の開ループ制御／閉ループ制御装置は基本メモリ１０を具備し、基本メモリ１ ０から、内燃機関（ＢＭＷ）１２を予め制御するための燃料計量時間ＴＬＫＦを 読出すことができる。基本メモリ１００入力パラメータとして内燃機関１２の回 転数ｎと負荷特性量りとが用いられる。設けられているセンサ装置に依存して負 荷特性量として内燃機関の絞シ弁位置、内燃機関の吸気管の中の圧力、又は内燃 機関により吸入された空気量を用いることができる。

開ループ制御／閉ループ制御装置は更にλセンサ１４、変換ユニット１６、設定 値メモリ１８及び閉ループ制御器２０を具備する。閉ループ制御器２０は時限素 子２０．１及び補正装置２０．２を具備する。更に変換装置２２及び閉ループ制 御レリーズ装置２４が設けられている。

基本メモリ１０のように内燃機関の回転数及び負荷特性量を介してアドレス指定 可能な設定値メモリ１８は３つの領域、即ち１よシ大きいか−又は小さいλに対 して設定空気過剰率λの逆数が記憶されている領域、触媒コンバータを使用した 閉ループ制御のために空気過剰率λ、＝１の設定値逆数が記憶されている領域、 及び特定の作動フェーズ（例えば暖機運転フェーズ、加速フェーズ、減速フェー ズ）における内燃機関１２の開ループ制御のための空気過剰率λの逆数が記憶さ れている領域に区分されている。これら６つの領域のうちのいずれかからその都 度に空気過剰率λの設定値の逆数が読出されるかは、内燃機関温度Ｔｗ１負荷特 性量ｄＬ／／ｄｔの変化速度、及び触媒コンバータが内燃機関の排気ガスの中に 設けられているかどうかに関する情報が供給され、上記量に基づいてスイッチ２ ２．１を介して、空気過剰率λの逆数が設定値として記憶されている対応する領 域を開ループ制御する切換装置２２が決定す−る。

基本メモリ１０は好適には、λ＝１への開ループ制御／閉ループ制御のための燃 料計量時間のための基本特性曲線装置として構成される。このような基本特性曲 線は多くの自動車に対して測定され試験されている。

これらの燃料計量時間の設定は通常は試験台で行われる。

基本メモリから読出された燃料計量時間′ｒＬＫＦは、設定値メモリから切換装 置２２のスイッチ２２．１の位置に対応して読出され補正係数（ＭＦＫ）を表す 、空気過剰率λの逆数と乗算されて、燃料計量時間Ｔ−ＬＫＦ”が得られる。内 燃機関１２がその作動温度にまだ到達しないか又は内燃機関１２が非定常７エー ズ（加速、減速）にある場合には燃料計量時間ＴＬＫＦ”は内燃機関の予制御に 用いられる。

内燃機関１２がその通常の作動温度に到達し、定常作動で作動している、即ち負 荷特性量の変化速度の値が、前もって与えられている値よシ小さい場合には閉ル ープ制御レリーズ装置２４はスイッチ２４．１を閉成し、燃料計量時間ＴＬＫＦ ＋は、閉ループ制御器２０から出力された補正係数ＦＡＬＫと乗算され、これＫ よシ燃料計量時間ＴＦが得られる。補正係数ＦＡＬＫを求めることについて次に 説明する。

先ず初めに、内燃機関１２の排気ガスの中に配置されているλセンサ１４が出力 信号ＵＢを送出し、この助信号は変換ユニット１６に供給される。変換ユニット １６は、λセンサ１４の出力信号と空気過剰率λとの間の少なくとも近似的に既 知であるセンサ特性関係を用いて、空気過剰率λの対応する逆数を求める。

空気過剰率のこの実際の逆数は実際値として比較器２６に供給される。同時に比 較器２６には、設定値メモリ１８から読出された、空気過剰率λの対応する逆数 が設定値として印加される。空気過剰率λの実際値と設定値との差は閉ループ制 御装置２０の時限素子２０．１に閉ループ制御偏差として供給される。このよう にして、後置接続されている補正装置２０．２は補正係数ＦＡＬＫを求める。

設定値が実際値から比較的大きくずれている場合における空気過剰率λの急激表 ステップ変化と、ひいてツブ変化は内燃機関の運転手にとっては自動車のジャー クと称される自動車が前後に激しく揺れる動揺となって現れる。加速過程におい ては、このジャーク動揺は望ましいものである。しかしこのジャーク動揺は、減 速フェーズにおいて空気過剰率の急激なステップ変化（増大か：燃料希薄領域の 中に入って行われると好ましくなく感じられる。例えば約２０チの空気過剰率の 希薄ステップ変化例えば旧設定値λ＝１．２、新設定値λ＝１．３により約１０ ないし１５％の出力低下が発生する。

この出力低下が突然に土切ないように、本発明の開ループ制御／閉ループ制御装 置の１つの有利な実施例においては下降閉ループ制御ユニット２７により、前も って与えられている下降速度で旧１／λ設定値から新１／λ設定値へ緩慢に低減 される。下降速度は、１秒当り設定値変化の約２〜３チに選択される。

閉ループ制御摺度を高めるために、例えばシリンダからシリンダへの空気−燃料 混合気のばらつき又はその他の障害信号にその原因を有する、センサ信号の高い 周波数成分をフィルタ装置によシろ波して除去してセンサ信号のノイズを抑圧す ると有利である。

子制御装置の中のマイクロコンピュータの機能モジュールである。この場合装、 例えばＰＩＤ特性を有する閉ループ制御器のパラメータを変化させることを可能 にするパラメータ設定装置を付加的に配置すると有利であることが分かった。こ れにより、λ＝１閉ループ制御のためと希薄閉ルー　プ制御のだめの双方に同一 の構造の電子制御装置を使用することが可能となる。即ちネルンストタイプのλ センサの場合、即ちλセンサの出力信号がλ＝、１の領域において急激にステッ プ変化グ制御において閉ループ制御器は高い閉ループ制御速度を有しなければな らず、これによシ場合によっては運転特性の面で快適性が損われることがある、 何故ならば閉ループ制御パラメータは、閉ループ制御器がその振動限界の近傍で 動作するように触媒コンバータウィンドウを維持するように設定されなければな らないからである。希薄閉ループ制御においてはしかしこのような高い閉ループ 制御速度、即ち閉ループ制御器がその安定限界の近傍で動作することは不要であ る、何故ならばセンサ信号は希薄領域においては連続的特性を有するからである 。パラメータ設定装置によシ、その都度の閉ループ制御（λ＝１−閉ループ制御 、希薄閉ループ制御）に最適に閉ループ制御器を設定することが可能となる。

ネルンストタイプのλセンサを用いる場合にはλセンサの出力信号は希薄領域に おいては値が小さい（約１００ないし３０　ｍＶ　）。自動車技術に訃いて現在 通常の測定装置においては従って、出力信号を燃料希薄領域において増幅すべき である（１例えば利得＝７）。

λ＝１の領域においては出力信号は増幅係数４ないし５で増幅され、濃厚領域（ λく１）においては出力信号の増幅は不要である。従って、変換ユニットを６つ の領域に分割すると特に有利である。即ち、λ−１の領域における閉ループ制御 のための領域（例えばλ＝０．９７及びλ−１，０３の間）、燃料濃厚領域（例 えばλ＜　０．９７　）及び燃料希薄領域（λ＞　１．０３　’）にである。こ れによシ、λセンサの測定された出力信号から１／λを求めるために必要な計算 時間が短縮される。

国際調査報告 国際調査報告 ＤＥ　８８００６７９

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. １．内燃機関（１２）の排気ガスに曝される、空気過剰率λの尺度を表す出力信 号を送出するλセンサ（１４）と、 前もって与えられている空気過剰率λへの内燃機関（１２）の予制御のために内 燃機関（１２）の作動特性量に依存して燃料計量時間を記憶する基本メモリ（１ ０）と、 内燃機関（１２）の作動特性量に依存する空気過剰率λの設定値を記憶する設定 値メモリ（１８）ど、λセンサのその都度に測定される出力信号と、設定値メモ リ（１８）から読出される対応する設定値とに依存して、基本メモリ（１０）か らその都度に読出される燃料計量時間を補正する閉ループ制御器（２０）（重量 λ閉ループ制御）とを有する内燃機関（１２）の空気／燃料混合気を調整する開 ループ制御／閉ループ制御装置において、 設定値メモリ（１８）が空気過剰率λの逆数を設定値として記憶し、 前もつて与えられている空気過剰率λの変化に整合された燃料計量時間を得るた めに、基本メモリ（１０）からその都度に読出される燃料計量時間を、設定値メ モリ（１８）からその都度に読出される、空気過剰率λの逆数と乗算して結合し 、 λセンサの出力信号と空気過剰率λとの間の少なくとも近似的に既知のセンサ特 性関係を用いてこの出力信号を、実際値としての空気過剰率λの対応する逆数１ ／λに変換する変換装置（１６）を設けることを特徴とする内燃機関の空気／燃 料混合気を調整整する開ループ制御／閉ループ制御装置。
2. ２．基本メモリ（１０）、設定値メモリ（１８）、閉ループ制御装置及び変換装 置（１６）をマイクロコンピユータにより構成することを特徴とする請求項１に 記載の内燃機関の空気／燃料混合気を調整する開ループ制御／閉ループ制御装置 。
3. ３．基本メモリ（１０）のメモリ値、設定値メモリ（１８）のメモリ値、及びλ センサの出力信号と空気過剰率λとの間のセンサ特性関係を、内燃機関（１２） の作動特性量によりアドレス指定可能な特性曲線群にて記憶することを特徴とす る請求項２に記載の内燃機関の空気／燃料混合気を調整する開ループ制御／閉ル ープ制御装置。