JPH06509151A - 触媒コンバータ効率監視 - 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】 触媒コンバータ効率監視 この発明は、内燃機関の排気ガス制御に関する。特に、この発明は、エンジンか らのエミッションを最小化すべく、車輌に搭載された三元触媒コンバータ（ＴＭ Ｃ：　Ｔｈｒｅｅ　Ｗａｙ　Ｃａｔａｌｙｔｉｃ　Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）の効率 のオン・ボード（ｏｎ−ｂｏａｒｄ）監視に関する。

触媒変換か触媒酸素蓄積機能に関連することは、技術上知られている。適切に作 動するＴＷＣか、排気中の排気ガス成分変動を低下させる。１つの提案されたシ ステム（ニス・ニー・イー（ＳＡＥ）論文番号９０００６２、オン・ボード診断 を使用した触媒効率損失の検出（Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｃａｔａｌｙｔｉ ｃ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｌｏｓｓｕｓｉｎｇ　ｏｎ−ｂｏａｒｄ　ｄｉａｇ ｎｏｓｔｉｃ）参照）は、コンバータの前後の酸素含量のこれらの変化を検知す べく、一方かコンバータの上流にあって、他方かコンバータの下流にある２つの 排気ガス酸素（Ｅ　Ｇ　Ｏ：　ｅｘｈａｕｓｔ　ｇａｓ　ｏｘｙｇｅｎ）センサ を採用している。このシステムは更に、燃料制御システム摂動によって引き起こ される所定の割合または頻度で、理論空燃比の両側における空燃比の揺動として 、試験信号を採用している。コンバータＥＧＯセンサの前後間における応答パタ ーンの変化を比較することによって、測定がほぼ触媒効率になり得る。この方法 の欠けている点は、試験の際に、燃料制御システムか、開ループ制御モードで動 作すると共に、空燃比か理論空燃比からソフトしようとすることである。試験結 果はまた、付加的なエラーに結び付き得る製造上の許容誤差またはエージング（ ａｇｉｎｇ）に起因する異なった特性を育する２つのＥＧＯセンサに依存してい る。更に、特別に選択された空燃比振幅及び周波数は、試験の結果に大きく影響 する。以上に述へた問題及び欠点は、この発明によって解消される。

この発明は、コンバータのパラメータを測定することによって、オン・ホード触 媒コンバータ効率監視用のシステムを提供するものである。

コンバータ監視用の方法及び装置は、空燃比閉ループ制御システムを採用してい る。この制御システムは、主要制御入力として、コンバータの下流に位置する１ つのＥＧＯセンサを使用する。制御システムはリミットサイクル（ｌｉｍｉｔｃ ｙｃｌｅ）モードて動作し、リミットサイクルの周波数は、システム制御装置の パラメータを変化させることによって、変化する。コンバータのパラメータは、 こういったリミットサイクル周波数に基づいて定義される。これらのパラメータ は、・　触媒コンバータ効率を推量すべく、実験的に作り出された関数と整合す る。

この発明の１つの特定の態様において、本方法は、触媒コンバータの下流に位置 するＥＧＯセンサを使用する閉ループ空燃比制御システムの開始の段階と、リミ ットサイクルの周波数を測定する段階と、異なるリミットサイクル周波数を発生 すへく、システム制御装置の動作または構造パラメータを、１回以上、変化させ る段階と、各リミットサイクルの周波数を測定する段階と、リミットサイクル周 波数を触媒コンバータパラメータに関連させる体系をなす方程式を解く段階と、 記憶した実験データを使用して触媒コンバータ効率を推量する段階と、を備えて いる。

本発明は、添付した図面を参照して、例示的に、更に説明されよう。

第１図は、この発明の実施例による、コンバータ及び制御システムを有する内燃 機関の略図である。

第２図は、この発明の実施例による、触媒コンバータ効率監視に使用される制御 システムのブロック図である。

第３図は、この発明に述べられているような制御システムのブロック図である。

第４図は、第２図に示された実施例の一部によって行われる、種々のプロセス段 階を図示するフローチャートである。

第５図は、ＴＷＣコンバータパラメータＴ、（輸送時間遅延）及びＴｅ　（時定 数）の関数としての触媒効率に関するグラフ図である。

第６図は、この発明の実施例に従ってリミットサイクル周期を算出すべく、第４ 図に示したフローチャートの一部によって行われる種々のプロセス段階を図示す るフローチャートである。

ここにおいて櫓利主張されたこの発明か役立つへく使用される実施例の一例を、 添付の図を参照して説明する。

先ず、第１図について説明すると、内燃機関１は排気ガスを生成し、該排気ガス は、排気マニホールド及び関連の配管２を通過してＴＷＣコンバータ３１に達し −ｒ、　ｔＪＦ気配管４を介して排気される。コンバータ３の効率は、この発明 に従って測定される。コンバータのそれぞれ上流及び下流の２つのＥＧＯセンサ ５及び６は、エンジン制御コンピュータ（Ｅ　ＣＣ：　ｅｎｇｉｎｅ　ｃｏｎｔ ｒｏｌ　ｃｏｎｐｕｔｅｒ）　７に接続されている。単一の上流ＥＧＯセンサ５ 制御システムまたは双方のＥＧ○センサ５及び６を使用する複式ＥＧＯセンサ制 御システムの何れかを、この発明に従って使用し得ることに留意すべきである。

ＥＣＣ７はまた、燃料制御システムの適切な動作に有益である種々のエンジン動 作パラメータを受信する。これらのパラメータは、これに限定されるものではな いか、エンジン回転数、車輌速度、空気流、クランク軸位置、冷却水温度及び吸 気温度を含んでいる。複数のこの種エンジン動作パラメータに基づいて、ＥＣＣ ７は、燃料噴射弁８に与えられる燃料パルス幅を算出する。燃料パルス幅は、Ｅ ＧＯセンサによってもたらされる入力に従って調整され、この結果、リミットサ イクル動作か開始される。これは、ＥＧＯセンサによる希薄（ｌｅａｎ）空燃比 の指示によって、燃料制御システムが空燃比をより希薄（ｌｅａｎ）にする、Ｅ ＧＯセンサによる濃厚（ｒｉｃｈ）空燃比の指示があるまで、燃料制御システム か空燃比の濃厚度を増加させる（よりｒｉｃｈとする）ようにする動作である。

この提案された発明は、単一または複数の燃料噴射弁の何れかとも具合良くいき 、簡潔化のために、１つの噴射弁のみが示されている。燃料は、燃料ライン９を 介して、燃料噴射弁に供給される。

例えは点火システム等の、適切なエンジン動作に必要な多くの通常型エンジン溝 成要素か示されていなし・ことに留意されたい。当業者はまた、この発明は、異 なる数のシリンダまたは排気バンクを育するエンジンに役立つへく使用し得るこ とを認識する。

以下は、提案された方法の理論的説明である。

入力としての燃料と、出力としての排気ガス酸素濃度を存する車輌排気システム は、エンノンシリンダ、排気マニホールド、接続配管、ＴＷＣコンバータ、及び コンバータＫＺのＥＧＯセンサを備えている。制御システムの観点から、車輛ｆ ＪＦ気システムは、輸送時間遅延Ｔ４及び直列に接続された一次の低域フィルり の組として説明し冴る。輸送時間遅延Ｔ６の物理的性質は、燃料をエンノンシリ ンダに与える時間から、排気ガスかＥＧＯセンサに達する時間までの排気ガス伝 播によるものである。−次の低域フィルタ時定数Ｔｃｌの物理的性質は、排気ガ ス変動の触媒コンバータ酸素蓄積減衰、ＥＧＯセンサの応答速度、及び排気マニ ホールド及び関連する配管２における物理的混合及び化学的反応に起因する小範 囲によるものである。ラプラス変換として、排気システムの伝達関数は次式のよ うに表わされる。

ここで、Ｗ８ア、（Ｓ）は排気システムの伝達関数、Ｔ、（輸送時間遅延）及び Ｔｃ、　（低域フィルタ時定数）は、試験の際に決定されるべき未知のパラメー タである。

通常型燃料制御装置は、ジャンプバック（ｊｕｍｐｂａｃｋ）及びランプ（ｒｕ ｍｐ）として共に既知の、較正可能利得Ｈ及び積分Ｇを有する比例／積分（Ｐ　 Ｉ　：　Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ／Ｉｎｔｅｇｒａｌ）制御装置である。ラプ ラス変換としてのその伝達関数Ｗｅ、、ｌ　（Ｓ）は、次式で表わされる。

Ｗｅｅｍ　＋　（ｓ　）　＝Ｈ十Ｃ／　ｓ　（式２）任意の一層優れた制御装置 、例えば微分項を有する制御装置を、この提案された方法において使用し得ると いうことを言及すべきである。

ＥＧＯセンサ出力は、ＥＧＯセンサか理論空燃比のどの側を検知しているのかに 応じて＋１または−１の出力を有する比較器を介して、制御装置入力に接続され ている。燃料制御システムのブロック図は第２図に示されており、同図において 、参照番号２１は式１に従う排気システムを指し、参照番号２２は比較器を指し 、また参照番号２３は、例えば式２によって述べられた制御装置を指している。

制御システムのリミットサイクル周期Ｔ１．の計算は、技術上、既知であり、次 式に等しい。

間代は（ｎ＋１）個の未知のパラメータＴｍ　、Ｔｃ＋　、　Ｃｏ　＝Ｇ　（制 御装置ランプ）を有しており、またＣ冒よ制御装置ジャンプバックＨ及び時定数 Ｔｅｌの既知の関数である。

（ｎ＋１）個の全ての未知のパラメータを見い出すべ（、式３を解くため、式３ に類似する（ｎ＋１）個の式を発生する必要かある。この目標を達成するため、 ランプＧ、ジャンプバックＨ１またはその双方を、ｎ回同時に変化させる必要か あると共に、各制御装置パラメータ設定に対応する（ｎ＋１）個のリミットサイ クルＴｌｌを測定する必要かある。このとき、系統をなす（ｎ＋１）個の代数方 程式を、任意の既知の数値方法を使用して、解くことかできる。当業者は、演算 環境に最もふされしい一組の式３を解くための既知の方法を使用することかでき るかまたはそのだめの新しい方法を開発することかできる。

提案された方法に関する上述の理論的説明は、制御システムの一般的解説に言及 するものである。実用上、排気マニホールド及び関連の配管２のろ過効果は無視 することかでき、このため、何らの時定数かそれらに割り付けられていない。

触媒コンバータ効率及び下流ＥＧＯセンサ６モニタリングを同時に監視するため 、ＥＧＯセンサ応答速度及びコンバータ酸素蓄積ダンピングを特徴付けるＥＧＯ センサ時定数Ｔｏ１及びＴ、を特徴付けする２つの時定数Ｔｅｌ及びＴ。２か必 要とされる。１つの上流ＥＧＯセンサを存する通常型燃料制御構成の場合、燃料 制御は、下流ＥＧＯセンサに移される。複式ＥＧＯ燃料制御システムの場合、上 流ＥＧＯセンサからの制御信号か無効にされる（例えば、係属中の特許出願第号 を参照）。このとき、全ジャンプバック、即ち１００％ジャンプバック、半ジャ ンプバノ々即ち５０％ジャンプバック、及び０％ジャンプバンク即ちジャンプハ ック無しを達成すへく、例えばジャンプバックＨを変えることによって、３つの リミットサイクル周波数か発生される。

触媒コンバータ効率のみを監視するために、下流ＥＧＯセンサの時定数を、コン バータ時定数と一緒に扱うことかでき、実際、１つの時定数のみか必要とされる 。制御装置の燃料の３つの設定を使用する上述のシーケンスは、２つの設定のみ を使用すへく、簡易化することかできる。場合によっては、輸送時間遅延Ｔ。

は、他の既知の手段によって、推量するか測定することかできる。このような場 合、１つのリミットサイクル周波数のみが式３を解くのに必要とされることによ って、コンバータ効率の監視のときに、更なる簡易化かもたらされる。如何なる 普遍性をも損うことなく、説明を明瞭化するため、触媒コンバータ効率を監視す る制御システムを参照して、以下において、提案された発明を説明する。従って 、輸送時間遅延Ｔ、及び触媒コンバータ時定数Ｔｅのみか決定される。

この制御システムのブロック図か、第３図に示されている。同図において、参照 番号３１はコンバータを指し、参照番号３３は制御装置を指し、また参照番号３ ２は比較器を指している。対応する伝達関数もまた、第３図に示されている。

コンバータの効率を推量するようにして空燃比を制御するときのＥＣＣ７の動作 を、特に、第４図に示すフローチャート及び第５図に示す関連する実験的に作り 出されたＴＷＣコンバータ効率関数を参照して説明する。

ステップ４０１０のプロセスの開始において、エンジンパラメータか読み出され る。これらのパラメータは、これに限定されるものではないか、試験条件及びＥ Ｇ○切換えを定義するパラメータを含む。この説明において、パラメータは、一 定のサンプル速度、例えばｌ０ｍ５ｅＣを使用して読み出される。しかしながら 、割込み駆動式コンピュータシステムにおいて、後に説明する異なるカウンタを 、タイマーによって代用することかできる。このことはまた、フローチャートに 付加的ステップを要求し得る。ステップ４０２０において、試験条件か確かめら れる。触媒コンバータ効率試験を、一定の車輌速度、例えば２０及び５０ＭＰＨ の間の中間負荷で、しかも、エンジン動作か安定した後に開始することは望まし くあり得る。所定の駆動サイクルに対して、１つのコンバータ効率試験のみか望 まれ得る。試験条件か満たされれば、試験を開始することができ、さもなくば、 ステップ４０３０て、試験サブルーチンか抜は出る。ステップ４０３０はまた、 入力条件か試験の際に変化すれば、終了して試験をリセットすることに留意すべ きである。ステップ４０４０は、触媒コンバータ監視試験か既に開始されたかど うかをチェックする。これか試験への最初の入力であれは、ステップ４０５０は 、試験進行中フラグを設定する。ステップ４０６０で、制御システムは、下流Ｅ ＧＯセンサ６によって供給された制御信号に切り換えられる。制御装置ジャンプ ハックは、所望の値、例えば、代表的値である１００％全ジャンプバックに設定 される。ステップ４０７０は、最初のリミットサイクル周期を測定すべきである ことを指示するフラグを設定する。次いて、試験サブルーチンは、ステップ４０ ８０の試験に抜は出す。

続くサンプル間隔において、ステップ４０２０における試験条件か依然として申 し分なく、かつ試験進行中フラグかステップ４０５０て設定されていれば、論理 フローはステップ４０９０に進み、該ステップ４０９０は、これか最初のリミッ トサイクル周期の測定であるかどうかをチェックする。ステップ４１００及び４ １１０は、制御装置入力の変化に関連する可能過渡条件を決定すへく、成る一定 の時間遅延をもたらす。ステップ４１１０は、経過時間に比例した一定のサンプ ル速度カウンタ内容をもたらすべく、各サンプル間隔に増分されるカウンタを表 わしている。ステップ４１００は、この時間か経過したことを確かめる。この入 力遅延か完了した後、ステップ４１２０は、続くサンプル間隔において、最初の リミットサイクル周期Ｔ、の計算を開始する。ステップ４１２ｏの完全な動作は 、１麦に説明する。ステップ４１２０は、最初のリミットサイクル周期の測定の 完了を示す、ステップ４０９０及び４１３０のためのフラグと、触媒コンバータ 監視試験の完了を示す、ステップ４１４０のためのフラグを設定する。ステップ ４１３０または４１４０の条件か満たされなければ、サブルーチンは、ステップ ４０８０におけるリターンへ抜は出る。リミットサイクル周期７１１及びＴ１２ 双方か、ステップ４１４０にδけるフラグによって示されるように測定されると き、ステップ４１５０は、輸送時間遅延Ｔ６及びコンバータ時定数Ｔ、を算出す へく、式３を解く。ステップ４１６０は、第５図に示す実験的ＴＷＣコンバータ 効率関数への入力である関数ｆ（Ｔ、、Ｔ、）を発生する。ステップ４１７０は 、コンバータか効率試験をバスしたかどうかの決定を行う。

最初のりミントサイクル周期か決定された後、ステップ４０９ｏにおける最初の サイクルフラグかりセットされ、論理フローかステップ４Ｉ８０に進む。ステッ プ４１８０における第２のサイクルフラグか設定されず、第２のリミットサイク ル周期の測定か開始されていなけれは、ステップ４１９０において、新たな制御 装置パラメータか設定される。例えば、ジャンプハックは０％に設定される。

このことは、最初のＰＩ制御装置か、この例において、■制御装置に変化すると 共に、ＰＩ制御装置にお（Ｉるリミットサイクルに比して長い別のリミットサイ クルか開始されることを意味している。ステップ４２００は、第２のリミットサ イクル周期測定を開始すへく、第２のサイクルフラグを設定する。ステップ４２ １０及び４２２０は、制御装置パラメータの変化に関連した可能過渡条件を決定 すへく、ステップ４１００及び４１１０で述へたと同様の入力時間遅延をもたら す。

この入力時間遅延か完了した後、ステップ４２１Ｏは、サブルーチン論理フロー を、第２のリミットサイクル周期を測定するステップ４１２０に向ける。

第６図について説明すると、ステップ４１２０は全てのリミットサイクルに共通 である。ステップ５０１０は、これが任意のリミットサイクル周期測定のための 最初の入力であるかどうかをチェックする。これが最初の入力であれば、論理フ ローは、最初のＥＧ○センサの切換わりをチェックすへく、ステップ５０２０に 進む。何らのＥＧＯの切換わりが無ければ、論理フローは、ステップ５０５０に 進む。最初のＥＧＯ切換わりか検知された後、ステップ５０３０は、ステップ５ ０１Ｏのための最初の入力フラグを設定して、試験及び周期カウンタをリセット する。最初の入力フラグか設定された後の各サンプル間隔の際、ステップ５０６ ０において、試験カウンタＮ１か増分される。ＥＧＯセンサの切換わりかステッ プ５０７０て検出されれば、各ＥＧＯセンサの切換わりに対して、周期カウンタ Ｎ、か増分される。周期カウンタＮ、によってカウントされる、予め選択された 多数のリミットサイクル周期か、ステップ５０９０て検出されたとき、ステップ ５１００は、所定のリミットサイクルの間、平均周期Ｔｌｌを算出して、それを 後に使用するためにメモリに記憶する。ステップ５１１０は、ステップ５０１０ て使用する最初のエネルギーフラグをリセットして、別のリミットサイクル周期 を測定するためにステン＝４１２０を準備する。次のステップ５１２０は、ステ ップ４０９０及び４１３０て使用される最初のサイクルフラグをリセットして、 ステップ４１８０て第２のりミントサイクル周期の測定ができるようにする。ス テップ４１８０て設定された第２のサイクルフラグか、第２のリミットサイクル の測定か完了した後、ステップ５１３０てチェックされる。ステップ５１４０は 、前述したように、ステップ４１４０がステップ４１５０に進めるようにする試 験完了フラグを設定する。下流ＥＧＯセンサ時定数計算の場合のように、第３の リミットサイクルか要求されれば、１つ以上の分岐を、ステップ４１８０ないし ４２２０と同様のフローチャートに加える必要かある。制御装置ジャンプバック は、新しい値、例えば５０％ジャンプバックに設定される。

種々の修正及び変更は、疑いもなく、この発明か関係する当業者に生じる。例１ 　えば、周波数を変えるのに使用される特定のフィードバック利得または動作パ ラメータは、ここに開示したものから変更することかできる。この開示か進歩し てきた教示に基本的にたよるこれら及び池の変更は、この発明の範囲内において 適切に思量される。

補正書の写しく翻訳文）提出書く特許法側８４条の８）平成６年１月２１日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．内燃機関オンボード触媒コンバータ効率を監視する方法において、所定の試 験入力条件を確立する段階と、コンバータ（３）の下流に位置するＥＧＯセンサ （６）に、燃料制御システム入力を伝達する段階と、 第１の空燃比リミットサイクルを、第１の組の燃料制御装置パラメータで特徴付 ける段階と、 前記燃料制御装置パラメータを変化させる段階と、第２の空燃比リミットサイク ルを、第２の組の燃料制御装置パラメータで特徴付ける段階と、 前記コンバータの輸送時間遅延及び時定数を、前記第１及び第２のリミットサイ クルの関数として算出する段階と、 前記輸送時間遅延及び前記時定数の関数として特徴付けられる所定の触媒効率か ら、触媒コンバータ効率を決定する段階と、を具備したことを特徴とする前記方 法。 ２．請求項１記載の内燃機関オンボード触媒コンバータ効率を監視する方法にお いて、所定の試験入力条件を確立する前記段階が、比較的安定したエンジン及び 車輌速度を確立する段階と、比較的安定したエンジン負荷を確立する段階と、を 含むことを特徴とする前記方法。 ３．請求項２記載の内燃機関オンボード触媒コンバータ効率を監視する方法にお いて、空燃比リミットサイクルを特徴付ける前記段階が、平均空気／燃料リミッ トサイクル周期を決定することを含むことを特徴とする前記方法。 ４．コンバータ（３２）がエンジンの下流に結合されてなる内燃機関オンボード 触媒コンバータ効率を監視する装置において、前記コンバータ（３）の下流のＥ ＧＯセンサ（６）と、燃料を前記エンジンに供給する燃料噴射管（１８）と、前 記燃料噴射管に結合され、供給される燃料の量を決定する燃料制御装置と、触媒 の下流に位置する前記ＥＧＯセンサ（６）に、燃料制御を移す手段と、平均リミ ットサイクル周期を算出する手段と、前記燃料制御装置の動作パラメータを変化 させる手段と、前記コンバータを特徴付ける輸送時間遅延及び時定数を算出する 手段と、前記輸送時間遅延及び前記時定数の関数として特徴付けられる所定の触 媒効率から、触媒効率を算出する手段と、を具備したことを特徴とする前記装置 。 ５．内燃機関の空燃比を制御する燃料制御装置を有するフイードバックループに おける時定数を監視する方法において、前記方法の動作のための入力条件を確立 する段階と、少なくとも１つの排気ガス酸素センサを使用して、フイードバック 空燃比制御システムを制御する段階と、 第１の組の燃料制御装置パラメータから得られる第１の空燃比リミットサイクル を特徴付ける段階と、 前記燃料制御装置パラメータを変化させる段階と、第２の組の燃料制御装置パラ メータから得られる第２の空燃比リミットサイクルを特徴付ける段階と、 前記第１及び第２のリミットサイクル特性の関数として、前記フイードバックル ープの時定数関数を算出する段階と、前記燃料制御装置パラメータを変化させる 段階と、前記空気／燃料リミットサイクルを、新しい燃料制御装置パラメータで 特徴付ける段階と、付加的時定数パラメータを確立したいと所望する毎に、時定 数関数を算出する段階を繰り返す段階と、を具備したことを特徴とする前記方法 。 ６．請求項５記載の方法において、確立される前記時定数が、前記コンバータの 下流のＥＧＯセンサに関係するか、または前記コンバータの上流のＥＧＯセンサ の動作に関係してなることを特徴とする前記方法。 ７．請求項６記載の方法において、前記時定数関数の関数として、触媒効率を確 立する段階を更に具備したことを特徴とする前記方法。 ８．請求項７記載の方法において、所望する前記時間関数か輸送時間遅延である ことを特徴とする前記方法。 ９．請求項８記載の方法において、前記燃料制御装置パラメータを変化させるこ とが、空燃比リミットサイクルのランプ比を変化させることによってなされるこ とを特徴とする前記方法。 １０．請求項８記載の方法において、前記燃料制御装置パラメータを変化させる ことは、前記燃料制御装置の利得を変化させることによって、空燃比リミットサ イクルにおけるジャンプバックの量を変化させることによりなされることを特徴 とする前記方法。