JPH06200803A - 内燃機関の燃料／空気混合気を調節する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 混合気組成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物の
放出の増大を防止する。 【構成】 ラムダ制御９と触媒７を有し、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に
おいて排ガス放出が減少される。内燃機関が燃料供給の
行なわれない運転（エンジンブレーキ）から燃料供給が
行なわれる運転へ移行する場合、内燃機関はまず濃厚な
燃料／空気混合気で駆動される。濃厚化による排ガスの
酸欠により、燃料供給が遮断された際に触媒に貯蔵され
た過剰酸素が消耗される。エンジンブレーキ終了後の混
合気濃厚化の期間は、過剰酸素が丁度消耗されるよう
に、吸入空気量、濃厚化の程度、触媒の酸素貯蔵能力な
どに従って調節される。

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ｔ
２−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（ｍ’）と混合気組成（λ）の値１からのずれの
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１
０％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（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Ｉ
0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
（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（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の判断も否定になる。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ｔ
３’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
貯蔵された酸素を消耗することができるので、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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 クラウス ヒルシュマン ドイツ連邦共和国 71229 レオンベルク パラツェルズースシュトラーセ 44 (72)発明者 ロタール ラフ ドイツ連邦共和国 71686 レムゼック ヴンネンシュタインシュトラーセ 24 (72)発明者 エーベルハルト シュナイベル ドイツ連邦共和国 71282 ヘミンゲン ホッホシュテッターシュトラーセ １／５

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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. 【請求項２】 濃厚化の期間が、その期間内に吸入され
   る空気量に関係することを特徴とする請求項１に記載の
   方法。
3. 【請求項３】 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２に記載の方法。
4. 【請求項４】 燃料供給が遮断される先行の運転が最小
   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３に記載の方法。
5. 【請求項５】 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。
6. 【請求項６】 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。
7. 【請求項７】 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５に記載の方法。
8. 【請求項８】 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７に記載の方法。
9. 【請求項９】 濃厚化終了後の所定の待機時間ｔ３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、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が減少されることを特徴とする請求項７に
   記載の方法。
10. 【請求項１０】 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７に記載の方法。