JPH04232356A - 触媒を有する内燃機関のラムダ制御方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、触媒を有する内燃機関
のラムダ制御（空燃比フィードバック制御）方法に関す
るものである。この種の方法を有害物質の減少に用いる
ことができるのは、触媒が十分な変換率を有する間だけ
であり、変換率は触媒の老化と共に劣化する。

【０００２】

【従来の技術】ＤＥ２３０４６２２Ａ１にはオンオフ動
作によるラムダ制御方法が記載されており、同方法にお
いては触媒の前方に設けられた一方のセンサの信号と触
媒の後方に設けられた他方のセンサの信号との差が形成
される。触媒がまだ新しい間は、オンオフ制御により前
方のセンサに振動が見られるにも拘らず、後方のセンサ
から出力される信号は振動しない。従って２つの信号間
の差の値はだんだんと大きくなる。触媒が古くなって変
換率が劣化した場合には、後方のセンサでもラムダ値の
変動が測定される。従って触媒の老化が進むにつれて信
号間の最大差は小さくなる。差がしきい値より低くなっ
た場合には、警告信号が出力される。後方のセンサの信
号は、ラムダ制御を行うためには利用されない。

【０００３】ＤＥ３５００５９４Ａ１及びＵＳ４、６２
２、８０９にはオンオフ動作のラムダ制御方法が記載さ
れており、同方法では触媒の前方の測定センサ装置の測
定信号がラムダ値の制御に用いられ、触媒の後方のテス
ト用ラムダセンサのテスト信号は触媒の変換率の判定に
用いられている。オンオフ制御に用いられる制御パラメ
ータは継続的に調節されて、それによってテスト信号の
振幅が最小になり、テスト信号の平均値が所定の範囲で
移動するように調節される。テスト信号の最低達成可能
な振幅がしきい値を上回ると、あるいはテスト信号の平
均値が所定の範囲外へ移動すると、欠陥信号が出力され
て、触媒が満足に機能を遂行できなくなったことが表示
される。

【０００４】ＵＳ４、８８４、０６６によれば、触媒の
後方に設けられたセンサの信号の振幅が大きくなり過ぎ
た場合に、警告信号を出力することが行なわれている。 従ってこの方法においては、触媒の後方に設けられたセ
ンサの信号振幅が大きいことが、触媒の前方のラムダ値
振幅が大きいことによってもたらされたものであるかど
うかはチェックされない。従ってこの方法は、説明して
来た中で一番簡単な方法であるが、その代わりに最も誤
差が生じやすいものでもある。触媒の後方のセンサの信
号は、開ループあるいは閉ループ制御には使用されず、
上述の警告信号の発生にだけ使用されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ＤＥ３５００５９４Ａ
１とＵＳ４，６２２，８０９に記載されている方法にお
いては、ラムダ制御回路におけるフィードバックと制御
パラメータを介してこの回路に作用するテスト信号回路
のフィードバックによって、支配が難しい制御振動が比
較的生じやすい。このことは特に、外乱によってテスト
信号の振幅が一次的にかなり大きくなった場合に生じる
。その場合には制御パラメータの値を変化させて、触媒
の前方、従って触媒の後方でも振幅が小さくなるように
しなければならない。それによって制御はより緩慢にな
り、従ってこの効果をもたらした障害を除去することが
さらに難しくなる。それによってテスト信号の作用によ
りラムダ制御回路において目標値からのずれが特に大き
くなる危険があり、これは本来は防止しなければならな
いことである。触媒が老化するにつれて制御振動の振幅
を限定することができるという利点には、次のような欠
点が付随する。すなわち、触媒の能力が十分に優れてい
るのでまだ制御パラメータを変化させる必要のない場合
に、処理の流れ全体によって制御偏差が不必要に大きく
なってしまうことがある。

【０００６】従って本発明の課題は、触媒の老化状態を
監視し、触媒の寿命全体にわたって特に有害物質の排出
が少なくなる、触媒を有する内燃機関のラムダ制御方法
を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明によれば、触媒の前方に設けられ測定信号
を出力する測定センサ装置と、触媒の後方に設けられテ
スト信号を出力するテストセンサ装置とを備えた触媒を
有する内燃機関のラムダ制御方法において、所定の運転
状態においてテスト信号と測定信号の比を形成し、その
比を触媒の変換率の判定値とみなし、この判定比のそれ
ぞれの現在値に基づいて、新しい触媒を有する内燃機関
の制御に有効な制御パラメータの初期値を開ループ制御
で補正する構成が採用されている。

【０００８】

【作用】この方法は２つの点で冒頭で挙げた方法と異な
っている。第１に異なるのは、制御パラメータを変化さ
せる量としてテスト用ラムダセンサの信号の振幅を用い
ずに、テストセンサ装置から出力されるテスト信号と測
定センサ装置から出力される測定信号との比、あるいは
その逆の比が形成されることである。このセンサ装置は
好ましくはラムダセンサによって形成される。テスト信
号と測定信号はその振幅値あるいは平均値、あるいは好
ましくは平均値からの平均偏差、例えば線形または平均
自乗偏差が用いられる。

【０００９】テスト信号と測定信号の比を形成すること
によって、変換が悪いことによってではなく大きな測定
信号によってテスト信号が大きくなって制御パラメータ
を補正してしまうことが防止ができる。すなわち、ただ
測定信号が大きいことによってテスト信号が大きくなる
場合には、この効果は補正用に形成される判定比には作
用しない。形成された比が意味を持つものであることを
確認するために、所定の運転状態が存在する場合及び／
あるいは測定信号がしきい値を越えない場合にだけこの
比を形成するようにするとよい。

【００１０】判定比を得るための好ましい運転状態は、
触媒が温まって動作可能な定常的な運転状態である。定
常的な運転においては、測定信号を用いて制御に使用さ
れる操作量の値はほぼ測定信号に比例するので、前記操
作量の値は測定信号とテスト信号との比を形成する際の
測定信号として使用することができる。

【００１１】冒頭で挙げた方法とは異なる第２の点は、
本発明方法によれば制御パラメータが制御回路において
閉ループ制御されるのではなく、開ループ制御で調節さ
れることである。すなわち制御パラメータはテスト信号
が最小になるように補正されるのではなく、上述の判定
比が触媒の老化を示す基準として用いられ、制御パラメ
ータはこの基準を用いて所定の方法で補正される。この
補正では好ましくは、まず新しい触媒によるラムダ制御
の場合に最適であるように制御パラメータが設定される
。続いて、上述した判定比で測定される種々の触媒に対
してそれぞれ最適の制御パラメータが定められる。判定
比の値と制御パラメータの値との関係を再現する補正値
がメモリに格納される。内燃機関を運転する場合、動作
点に従って制御パラメータの初期値がマップ値発生器か
ら読み出され、続いてこの値が判定比の現在値に従って
補正値メモリから読み出される補正値で補正される。

【００１２】本発明の好ましい実施例では、判定比の現
在値が欠陥しきい値を越えた場合に、欠陥信号が出力さ
れる。このしきい値は、劣化した触媒の変換機能に制御
パラメータを合わせることが所定の時間で可能なように
定めるのが好ましい。

【００１３】好ましくは、測定信号及びテスト信号とし
て、それぞれセンサ装置の内部に設けられているセンサ
信号量の平均値との平均偏差が用いられる。センサがラ
ムダセンサであって、ラムダセンサから出力される電圧
信号が電圧／ラムダ値特性曲線を用いてラムダ値に変換
された後に、測定ないしテスト信号の算出が行われる。 これにより動作点が異なっても同一な値を得ることがで
きる。

【００１４】

【実施例】図１に示す方法においては、ステップｓ１に
おいて触媒の老化状態の基準となる判定比が確実に形成
できる検査用の運転状態が存在するかどうかをチェック
する。好ましい検査用の運転状態は、触媒が温まって動
作可能である定常的な負荷と回転数の動作点を有する運
転状態である。定常的な負荷と回転数の動作点はよく知
られているように、負荷及び回転数が所定の時間長さに
わたって所定の限界及び／あるいは所定の変化速度以内
でしか移動しない場合に得られる。検査用の運転状態が
存在しない場合には、処理の流れは直接最後のステップ
ｓ９へ飛び、ステップｓ９によってその時の制御パラメ
ータを用いて制御が行われる。

【００１５】それに対して検査用の運転状態が存在する
場合には、ステップｓ２において触媒の前方の測定用ラ
ムダセンサの電圧振幅がしきい値を越えているかどうか
がチェックされる。越えている場合には、過度に大きい
制御振動を有する特殊状態が存在するものと判断され、
その状態においては判定比を形成することは意味がなく
なる。従って上述のステップｓ９へ進む。そうでない場
合には、２つのマークＡとＢの間にあるステップ３に進
み、そこで測定用ラムダセンサより出力される電圧から
測定信号が求められ、また触媒の後方にあるテスト用ラ
ムダセンサから出力される電圧からテスト信号が求めら
れる。これを具体的にどのように行うことができるかは
、図２のフローを用いて後述する。

【００１６】次に（ステップｓ４）触媒の変換率を判定
するための量としてテスト信号Ｓｈと測定信号Ｓｖの比
の算出が行われる。ステップｓ５においてこの判定比が
欠陥しきい値を越えている場合には、それは触媒が許容
できないほど激しく老化していることを示すものである
。従って欠陥信号が出力される（ステップｓ６）。欠陥
信号が出力されたかどうかに関係なく、ステップｓ７に
進み、補正値メモリから補正値を読みだす。補正値メモ
リにはこの値が上記の判定比を介してアドレス可能に格
納されている。さらに、制御パラメータが動作点に従っ
てマップ値メモリから読みだされる（ステップｓ８）。 このマップ値メモリは例えばそれぞれ回転数と負荷の現
在値を介してアドレス可能である。

【００１７】読みだされた制御パラメータの値は、補正
値を用いて補正される。例えばオンオフ制御の場合には
Ｐ成分は判定比が大きくなるに従って小さくされ、ある
いは積分時定数が増加される。または、操作量に値が１
からずれて小さくなる係数を乗算することも可能である
。連続ラムダ制御の場合には、制御回路へ重畳される外
部振動の振幅を徐々に小さくすることができる。この種
の外部振動を用いると効果的である。というのは、平均
値を中心に排ガス組成が継続的に変わる場合には、排ガ
ス組成が継続的にほぼ平均値を有する場合よりも触媒の
変換率が良いことがわかっているからである。

【００１８】制御パラメータの新しい値が決定された場
合には、すでに説明したステップｓ９へ進んで、その制
御パラメータを用いて制御を行う。

【００１９】すでに述べたように、図２を用いてステッ
プｓ３において測定信号とテスト信号をどのようにして
得ることができるかを説明する。ステップｓ３．１にお
いて触媒の前方の測定用ラムダセンサのセンサ電圧Ｕｖ
と触媒の後方のテスト用ラムダセンサのセンサ電圧Ｕｈ
が測定される。この値は（ステップｓ３．２）電圧／ラ
ムダ値特性曲線を用いてラムダ値λｖないしλｈに換算
される。それによって線形化が行われ、線形化によって
次のステップｓ３．３で行われる平均化の際にすべての
測定値がほぼ同一の重み付けで計算される。線形化を行
なわないと、ラムダセンサの信号特性が著しく非線形で
あるためにこのようなことを行うことができない。さら
にテスト信号と測定信号の比の値はほぼ触媒の変換率の
みに関係し、それぞれのラムダ平均値には関係しない。 上述の測定信号Ｓｖはステップｓ３．３において、λｖ
の平均値からの値λｖのずれの平均値を形成することに
より形成される。同様にして信号λｈを用いてテスト信
号Ｓｈの計算が行われる。このような平均値形成の代わ
りに、例えば平均自乗誤差法に従って計算を行うことも
できる。

【００２０】テスト信号及び測定信号としてセンサ信号
の振幅を用いることも可能である。しかし上述の平均値
を形成するとほとんどノイズのない信号が得られること
がわかっている。

【００２１】図３（ａ）は、触媒の寿命ｔが経過するに
つれて判定比Ｓｈ／Ｓｖがどのように変化するかを示す
ものである。まず、触媒の後ろではテスト信号の振動は
まったく生じないので、平均値からのずれの平均値はほ
ぼゼロである。新しい触媒は、制御される内燃機関の回
転が円滑でなくなるほど大きい振幅の制御振動でラムダ
制御が行われる場合でも、有害ガスをほぼ完全に変換す
る能力を示す。しかし触媒が古くなると、制御振動の振
幅を小さくして、触媒が十分変換できるようにしなけれ
ばならない。触媒が完全に使用不能になった場合には、
その出力の有害ガス濃度には入力と同一の振動が発生す
る。その場合には比Ｓｈ／Ｓｖは値１となる。図３（ａ
）には比の値０．６が用いられている。これは欠陥しき
い値である。上述の比がこのしきい値を越えた場合には
、図１のステップｓ６によって欠陥信号が出力される。 なお、０．６という比の値は触媒の変換率が４０％であ
ることを示すものではないことを断わっておく。変換率
と上述の判定比との関係はきわめて非線形である。

【００２２】図３（ｂ）は、図１のステップｓ７との関
連において述べたメモリから読みだした補正値ＭＷがＳ
ｈ／Ｓｖ比の劣化に伴ってどのように減少するかを示す
ものである。

【００２３】上述の実施例においては、測定センサ装置
とテストセンサ装置がそれぞれラムダセンサを有するも
のとされている。しかしこれらのセンサ装置に直接有害
ガスの濃度を測定するセンサを設けることも可能である
。しかしこの種のセンサは従来の技術では非常に複雑で
、かつ高価である。この種のセンサを使用する場合には
、上述の比の値を形成することによって直接変換率を求
めることができる。その場合にはこの変換率は上述の意
味での判定比として用いることができ、従って制御パラ
メータの補正に使用することができる。

【００２４】すでに説明したように、本発明方法におい
ては冒頭で述べた方法と比較して、望ましくない大きさ
の制御振動振幅が発生する危険が減少する。というのは
、制御パラメータの最適な値はフィードバック制御によ
って調節されるのではなく、この値が触媒の老化に従っ
て決められるからである。その場合、老化は上述の判定
比を用いて定められる。しかしこの方法の場合には、ま
だ望ましくない大きな制御振動が生じる危険が残ってい
る。すなわち、この危険は判定比が小さくなったことが
認められる度に連続して制御パラメータが調節される場
合に生じる。この危険を回避するために、判定比が所定
の比較的大きな変化を示した場合にだけ制御パラメータ
を補正するようにするとよい。

【００２５】

【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、触媒の前後のセンサの測定信号とテスト信号
の比の値を用いて触媒の老化状態を判定し、判定比に従
って制御パラメータの値を開ループ制御で補正している
ので、有害ガスを少なくしてきわめて安定的な制御を行
うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】触媒の老化を判定する量の値を用いてラムダ制
御を行う方法を示すフローチャート図である。

【図２】図１に示す方法において、判定量の値をどのよ
うにして求めるかを示す部分的なフローチャート図であ
る。

【図３】触媒の老化時間が増加するにつれて判定比の値
がどのように増加するか、及びそれに関連して補正値が
どのように低下するかを示す線図である。

【符号の説明】

ｓ１〜ｓ９　　処理ステップ

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　触媒の前方に設けられ測定信号を出力
   する測定センサ装置と、触媒の後方に設けられテスト信
   号を出力するテストセンサ装置とを備えた触媒を有する
   内燃機関のラムダ制御方法において、所定の運転状態に
   おいてテスト信号と測定信号の比を形成し、その比を触
   媒の変換率の判定値とみなし、この判定比のそれぞれの
   現在値に基づいて、新しい触媒を有する内燃機関の制御
   に有効な制御パラメータの初期値を開ループ制御で補正
   することを特徴とする触媒を有する内燃機関のラムダ制
   御方法。
2. 【請求項２】　　判定比が形成される運転状態が、触媒
   が温まった動作可能状態で定常的な負荷と回転数の動作
   点を有する運転状態であることを特徴とする請求項１に
   記載の方法。
3. 【請求項３】　　測定センサ装置からの信号がしきい値
   を上回った場合には判定比が形成されないことを特徴と
   する請求項１あるいは２に記載の方法。
4. 【請求項４】　　新しい触媒において有効な制御パラメ
   ータの初期値が、運転パラメータの値を介してアドレス
   可能にマップ値発生器に格納され、補正値が、判定比の
   値と制御パラメータの値との関係を再現する補正値メモ
   リに格納され、それぞれ運転パラメータの現在値に従っ
   て制御パラメータの値がマップ値発生器から読みだされ
   、この値が判定比のそれぞれの現在値に従って補正値メ
   モリから読みだされた値によって補正されることを特徴
   とする請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
5. 【請求項５】　　判定比の現在値が欠陥しきい値を越え
   た場合に、欠陥信号が出力されることを特徴とする請求
   項１から４のいずれか１項に記載の方法。
6. 【請求項６】　　測定信号及びテスト信号として、それ
   ぞれセンサ装置の内部に設けられているセンサ信号量の
   平均値との平均偏差が用いられることを特徴とする請求
   項１から５のいずれか１項に記載の方法。
7. 【請求項７】　　センサがラムダセンサであって、ラム
   ダセンサから出力される電圧信号が電圧／ラムダ値特性
   曲線を用いてラムダ値に変換された後に、測定ないしテ
   スト信号の算出が行われることを特徴とする請求項６に
   記載の方法。
8. 【請求項８】　　制御パラメータの値は、判定比のそれ
   ぞれ現在値がその前に検出された値から所定の差だけ異
   なっている場合にのみ変化されることを特徴とする請求
   項１から７のいずれか１項に記載の方法。