JPH04501447A - λ制御方法および装置 - 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】 λ制御方法および装置 本発明は、触媒器の前に配設されたλセンサによって測定されるλ実際値を用い て、内燃機関に供給されるべき空気／燃料混合気を閉ループ制御する方法に関す る。本発明は更に、この種の方法を実施するための装置に関する。

従来の技術 触媒器を有する内燃機関から、触媒器の前後にそれぞれ１つのλセンサを配設す ることが公知である。前側のλセンサはλ実際値−前方を測定しかつ後側のλセ ンサはλ実際値−後方を測定する。λ実際値−前方は、制御されるべきである制 御λ目標値から減算される。このようにして形成された制御偏差は、λ制御手段 によって、調整値に換算される。この調整値は、それによって制御偏差が取り除 かれるべく選定されている。λ実際値−後方は、触媒器の作動状態を監視するた めに用いられる。

λ実際値−後方がλ実際値−前方より変動が少なくかつλ実際値−後方の方が実 際のλ値をより正確に表していることが知られている。それは、λセンサによっ て測定されるλ値が、測定された混合気の酸素含有量に依存するのみならず、燃 焼されなかった炭化水素の量にも依存しているからである。触媒器において、− 残余燃焼および変動の補償が行われるので、後側のλセンサは、内燃機関に供給 される空気／燃料混合気の実際のλ値を非常に正確に測定することができる。

λ実際値−後方の高い精度に基づいて、この実際値を用いて制御偏差を形成する ことが望ましい。しかしこのことは、実際に使用できる結果を得ることができな い。その理由は、空気／燃料の容量の供給と、これら容量が実際に燃焼された混 合気として触媒器の後方に到達する時点との間に非常に大きな無駄時間が経過す るからである。このために、効果的な制御が不可能になる。確かにλ実際値−後 方を用いてλ制御手段によって形成される調整値を、λ実際値−前方を用いて第 ２の、比較的迅速な、λ制御手段によって形成される調整値によって補正するこ とができるが、このような装置には安定性に問題がある。

本発明の課題は、安定に動作しかつ所望のλ目標値値を出来るだけ正確に調整す るλ制御方法を提供することである。本発明は更に、この種の方法を実施する装 置を提供することである。

発明の利点 本発明の方法は、請求項１の特徴によって示されておりかつ本発明の装置は、請 求項６の特徴によって示されている。本発明の方法の有利な実施例および構成は 、請求項２ないし４に記載されている。

本発明の方法は、λ実際値−後方と、最終的に制御されるべきであるプリセット −λ目標値とを用いて制御−λ目標値が形成され、該制御−λ目標値値基づいて λ制御手段がλ制御するという特徴を有している。

従って目標値／実際値比較は、信頼できるλ実際値−後方に対して行われ、これ によりλ値の、実際に所望されるプリセット−λ目標値への正確な調整が可能に なる。λ実際値−後方とプリセット−λ目標値との差をλ制御手段に対する制御 偏差として使用せずに、制御−λ目標値とλ実際値−前方との通例の制御偏差を 、上述の差値を用いて形成される積分値によって修正することによって、迅速で あってしかも安定した制御特性が得られる。

この種の方法を実施するための装置は、λ制御手段と、プリセット−λ目標値と λ実際値−後方との差を形成する手段と、この差を積分する手段と、この積分値 を用いて制御−λ目標値を形成する手段とを有している。この装置は有利には、 相応にプログラミングされたマイクロ計算機として形成されている。

図面 次に本発明を図示された実施例を用いて詳細に説明する。その際 第１図は、２つのλセンサを用いて唯一のプリセット−λ目標値にλ制御する装 置の機能ブロック線図であり、 第２図は、作動点に応じて種々異なったプリセット−λ目標値に調整することが できるようにするために、第１図とは異なって構成されている機能群の関係に関 する部分機能ブロック線図であり、 第３図は、第２図に相応するが、付加的な前側−センサ用λ目標値特性メモリな いしマツプが示されている部分機能ブロック線図である。

実施例の説明 以下第１図に基づいて説明するλ制御装置は、触媒器１２と、該触媒器の前方の 前側λセンサ１３．ｖと、触媒器の後方の後側λセンサ１３．ｈとを有する内燃 機関１１に配設されている。この回路は、機能群として、前側の減算手段１４． ｖと、後側の減算手段１４、ｈと、積分手段１５と、λ制御手段１６とを有する 。λ制御手段１６の調整値は、乗算手段１７に導かれ、ここで該調整値は、噴射 時間信号ｔｉを形成するためにその時の噴射時間ｔｉｖと乗算される。噴射時間 信号は噴射装置１８に供給される。

後側のλセンサ１３．ｈによってλ実際値−後方λｌ５ｔ−りが測定される。こ れは後側の減算手段１４、ｈにおいて実際に所望されるλ値、すなわちプリセッ ト−λ目標値λ５ｏｉｌ−Ｖから減算される。この差は積分手段１５において積 分されかつλ制御手段１６における制御に対する制御−λ目標値λＳｏ１．１− Ｒとして用いられる。この制御−λ目標値から、前側の減算手段１４゜■におい て、前側のλセンサ１３．ｖによって測定されるようなλ実際値−前方λｌ５ｔ −ｖが減算される。このように形成された制御偏差は、λ制御手段１６によって 既述の調整値、すなわち制御係数ＦＲに換算される。このシーケンスによって、 次の制御特性が得られる。

プリセット−λ目標値が１でありかつ考察を始める時点において噴射装置１８に よってちょうど、所望のプリセット−λ目標値１を来す空気／燃料混合気が供給 されるものと仮定する。しかし内燃機関１１は、比較的高いパーセンテージの炭 化水素が生じる作動点において動作しているものとする。排気ガス中の炭化水素 により、前側のλセンサ１３．ｖによって、実際に存在するよりも濃厚な混合気 が指示されることになる。測定されるλ実際値−前方は例えば０．９９である。

これに対し２てλ実際値−後方、すなわち実際のλ値は正確に１である。積分手 段１５は値１に対して設定されている。この場合プリセット−λ目標値とλ実際 値−後方との間の差は零であり、このために積分手段１５は設定されている積分 値を変えない。それ故に前側の減算手段１４．ｖに供給される制御−λ目標値は １である。この値から、比較的低いλ実際値−前方が減算される。この制御偏差 に基づいて、λ制御手段１６は混合気を希薄化するように働く。それからλ実際 値−前方は１の方向に高（なりかつλ実際値−後方は１を越えて上昇する。これ により後側の減算手段１４、ｈによって形成される差値は負になり、これにより 積分値、すなわち積分手段１５から出力される制御−λ目標値は低くなる。値０ ．９９までの低下が生じると、次の関係が生じる。噴射装置１８は再び、λ値１ を有する空気／燃料混合気が生じるように作用する。

前側のλセンサ１３．■はλ実際値−前方０．９９を測定する。これは制御−λ 目標値に正確に相応し、このためにλ制御手段１６は調整値を変更せずにおき、 その結果噴射装置はそのままプリセット−λ値１を有する混合気が生じるように 作用する。後側のλセンサ１３、ｈはλ値１を測定する。この値はプリセット− λ目標値と一致するので、積分手段１５の積分値は変わらず０．９９にとどまる 。

このようにして、信号の上述の結合によって、λ制御手段１６は、制御のために 使用されるλ実際値−前方が実際のλ値を誤って測定するにも拘わらず、正確に 所望のプリセット−λ目標値に達するように考慮される。しかし正確な値への制 御は比較的低い速度によって行われる。それは、既述の無駄時間のために、積分 手段１５が積分する速度が非常に高くあってはならないことによる。積分速度は 例えば、λ実際値−後方の、平均値を中心とした振動が、λ制御手段１６を有す る制御回路における制御振動の１１５ないし１／１０であるように選択されてい る。

第１図にはその他、積分手段１５に作用する積分阻止手段２１が示されている。

この手段は、所望のλ値に制御されない特別な状態が生じているとき、例えば推 進力遮断作動または全負荷作動にあるとき、積分過程を遮断するために用いられ る。

実際には持続的に同じλ値に制御されず、種々異なる作動状態に対して種々異な るλ値が所望される。殊に、排気ガス中の一酸化炭素の上昇を抑えるために、負 荷が増大するに従って濃厚化される。これに応じて本発明を実際に使用する際、 第１図において基本原理の説明のために仮定したような唯一のプリセット−λ目 標値を使用せず、種々異なった作動点に対して種々異なったプリセット−λ目標 値を前辺て決める。作動量の値を用いてアドレス値として評価可能であるこの形 式の目標値を特性マツプまたはメモリに格納すると効果的である。この種の特性 マツプまたはメモリを有する装置は第２図に示されている。

第２図の装置は、回転数ｎおよび負荷に依存する量りの値を介してアドレス指定 可能であるプリセット−λ目標値特性メモリまたはマツプ１９を有している。

その都度読み出されたプリセット−λ目標値λＳｏｌ□−７はこの場合も、後側 の減算手段１４．ｈに供給される。それは同時に、積分手段１５からの積分値も 供給される加算手段２０に達する。その他の装置は第１図の装置に大体相応する 。ただ積分阻止手段２１は設けられていない。その理由は以下に説明する。

加算手段２０の目的を、例に基づいて説明する。まず、この加算手段がなくて、 第１図の構成があり、しかもプリセット−λ目標値を後側の減算手段１４．ｈに 送出するプリセット−λ目標値特性メモリまたはマツプを備えているものと仮定 する。まず、出発値は１であるものとする。それから第１図に基づいて説明した 、λ実際値−前方が０．９９である状態が生じる。

作動点が変化し、結果的に０．９８の新しいプリセット−λ目標値が生じたとす る。このλ値において測定されるλ実際値−前方は０．９７であるとする。そこ で積分手段１５は、第１図の実施例においては０．９９から０．９７へ積分しな ければならず、このために若干の時間が要求される。第２図の実施例の場合、プ リセット−λ目標値が１でありかつλ実際値−前方が０．９９であるとき、積分 手段１５は−０，００１に積分する。λ実際値−前方の値が０．９７であって、 プリセット−λ目標値が１から０，９８に急激に変化すると、０．９８の新たな 値が加算手段２０に供給される。積分値は０．０１にとどまる。すなわちプリセ ット−λ目標値の変化は、積分手段１５が作動状態になる必要な（、λ制御手段 １６に直接作用する。その場合積分手段は、新たな作動点に対して、λ実際値− 後方とλ実際値−前方との間に、その前にあった作動点の場合とは異なった差が 生じたときにだけ、作動状態にならなければならない。

種々異なった作動点では、λ実際値−後方とλ実際値−前方とに種々異なった差 が生じるという、上に述べた面倒な条件が存在するときでも、積分手段１５が作 動点の変化の都度、積分によりこのような差を補償調整しなければならないこと は回避することができる。このことは、構造上の適応によって実現される。構造 上の適応に対する方法に関しては、西独特許出願公開第３６０３１３７号公報（ ＵＳ−３ｅｒ、Ｎｒ、６６９６）を参照されたい。この適応方法は第２図におい て、積分手段１５に、作動量の値、すなわち回転数ｎの値および負荷に依存する 量りの値が供給されることによって示されている。積分手段１５は特性曲線群を 格納したメモリとして形成されている。それぞれの特性曲線の特性点に、過去に 学習した積分値が記憶されている。積分値は、当該の作動点に対するλ実際値− 後方とλ実際値−前方との差に相応する。ある作動点から別の作動点への変化が 生じると、加算手段２０には、プリセット−λ目標値特性メモリまたはマツプ１ ９から新たなプリセット−λ目標値と、積分手段１５の対応する特性曲線点から 対応する積分値とが供給される。アドレス指定値の種々の値に対しては特性点が 存在しない。これらの点に対しては積分値は出力されない。このことは、第１図 の実施例における積分阻止手段２１による積分の阻止に相応する。

次に第３図に基づいて、構造上の適応なしにも、作動点変化後の新たなλ値への 非常に迅速な調整を可能にする実施例について説明する。しかしこの場合、全体 の部分および構造上の部分に容易に組み入れることができる適応が付加的に可能 である。

第３図の実施例は第２図の実施例とは、次の点で相異している。すなわち加算手 段２０には、λ目標値としてプリセット−λ目標値特性メモリまたはマツプ１９ からプリセット−λ目標値が供給されるのではな（て、前側センサーλ目標値特 性メモリまたはマツプ２２から前側センサーλ目標値が供給される。この前側セ ンサーλ目標値特性メモリまたはマツプ２２の内容は、従来のλ目標値特性メモ リまたはマツプの内容と一致している。このような従来のものにおいて既に、触 媒器の前に配設されているλセンサは排気ガス中における炭化水素成分が増大す るに従ってますます大きく誤って測定することが考慮されている。所定の作動点 の前で、例えばλ値０．９８が所望されるが、前側のλセンサがこのλ値におい て０．９６を測定することが既知であるとき、当該の作動点に対して従来の特性 メモリまたはマツプ、従って前側センサーλ目標値特性メモリまたはマツプにお いても値０．９６が格納される。実際に、この目標値によってλ値０．９８が調 整される。

前側−λセンサ目標値および予設定−λ目標値は、すべての作動点に対して測定 機構を用いて検出される。これらの値は特性メモリまたはマツプに格納される。

実際に使用される機関が測定の際に使用した機関と一致しかっこのことが使用の λセンサに対しても当てはまるとき、積分手段１５を組み込む必要はない。とい うのはそれぞれの作動点に対して読み出された前側センサーλ目標値を用いて正 確に対応するプリセット−λ目標値が生じるからである。しかし機関またはセン サの特性が、それが製造時に生じるばらつきであれ、老化によるものであれ、特 性曲線の検出の際に使用した部品の特性と異なっていれば、積分手段１５がこの 偏差を補償調整する。最も重大な誤差に対して、殊にセンサ特性の偏差に対して 、すべての作動点に対する補償調整積分値は同じである。積分手段１５はこれに 応じて非常に緩慢な積分速度に設定することができる。作動点に応じた、λ実際 値−前方とλ実際値−後方との間の迅速に変化する差は、２つの特性メモリまた はマツプからの異なったλ目標値によって補償調整される。長時間変化またはば らつき差は、積分手段１５の出力値によって取り除かれる。老化による変化また はばらつきによる差異が作動点に依存する可能性があることを考慮すべきでると き、このことは、前側センサλ目標値−特性メモリまたはマツプ２２における値 を適応変更することによって行うことができる。このことは第３図において、積 分器１５の出力信号の、上述の特性メモリまたはマツプへの作用によって示され ている。特性メモリまたはマツプの値の変更によって、構造上の適応が行われる 。積分手段１５の積分値（７）一部は、全体の適応のために用いられる。使用可 能な適応方法に関しては、上述の特許出願公開公報を今一度参照されたい。

これまでの実施例は、２点特性を有するλ制御手段１６に対して適用されたが、 連続的な特性を有するλ制御手段にも適用可能である。連続的なλ制御手段に対 する考察に特定するとき、既述の方法は更に別の利点が得られる。λセンサのλ 値−電圧特性曲線はすべてのその領域において非直線性的あることが考慮される べきである。しかしそれは種々の領域において、例えばλ値１を中心とした約＋ ／−３％の領域において、まさに申し分ない精度で直線化することができる。

直線化された特性曲線を用いて、比較的簡単な制御方法を実施することができる 。しかし実際の特性曲線と直線化された特性曲線との小さな差に基づいて、実際 のλ値と測定された値との間に僅かな偏差が生じる。

その場合価かだが誤って制御される。このような誤差も、炭化水素誤差に基づい て上述したことに相応して、積分手段１５は調整することが可能である。

その場合この直線化誤差は、直線化を行った際の出発点となった実際の特性曲線 が測定された温度から比較的離れたところにある温度でλセンサが一時的に作動 するとき特に、顕著に不都合に作用する。すなわち特性曲線は温度に依存して変 化する。ところがセンサ温度の変化速度が積分手段１５の積分速度より低いよう なことがある。それ故に特性曲線シフトのために前側のλセンサ１３．ｖにおけ るλ実際値の誤測定を来すとすれば、この誤差も後側のλセンサ１３．ｈおよび 積分手段１５を用いて補償される、このことは、触媒器１２の後側の温度がその 前側の温度より著しく僅かしか変動しないので、可能である。

積分が許容されている限り、λ実際値−後方とλ目標値との差に比例する速度で 積分すると有利である。

これにより積分手段１５はλ制御手段１６に対する制御λ目標値を、λ実際値− 後方がλ目標値から離れれば離れる程、ますます迅速に変更する。しかし積分速 度は高すぎてはならない。その理由は、もし高すぎれば、冒頭に述べた無駄時間 に基づいて、制御振動が生じるおそれがあるからである。従って、積分速度に上 限を設けることが望ましい。積分速度が、上述の差の値に無関係に、持続的に同 じに保持される方法が比較的簡単に実施可能である。この場合の積分速度は出来 るだけ高く選択されるが、極めて不都合な場合にも許容できない程高い振幅を有 する制御振動を来すことのない程度の高さである。

これまで説明してきた実施例はすべて、λ実際値−後方とプリセット−λ目標値 との差の値がこれら２っ特表−平４−５０１４４７　（５） の量の間の差値に相当することから出発していた。しかし、一方の値が他方の値 より大きいかまたはそうでないかだけを検出し、かつ比較結果に依存して一方の 方向または他方の方向に積分することでも十分であるＦｉｇ、Ｉ Ｆｉｇ、２ Ｆｉｇ、３ 国際調査報告 国際調査報告 Ｏε８９００１６４

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. １．内燃機関に供給すべき空気／燃料混合気のλ値を、触媒器の前に配役されて いるλセンサによって測定されるλ実際値−前方を用いて制御−λ目標値を制御 し、かつ第２のλセンサによって前記触媒器の後側のλ実際値−後方を測定する 、λ制御方法において、 前記λ実際値−後方と、実際になされるべきプリセット−λ目標値との間の差値 を形成し、該差値を用いて積分値を形成し、かつ 前記制御−λ目標値を前記積分値を用いて形成することを特徴とするλ制御方法 。
2. ２．制御−λ目標値として積分値を使用する請求項１記載の方法（第１図）。
3. ３．制御−λ目標値を積分値の、プリセット−λ目標値に対する加算によって形 成する請求項１記載の方法（第２図）。
4. ４．制御−λ目標値を、前側センサーλ目標値に積分値を加算することによって 形成し、前記前側センサーλ目標値は、それがその測定の際の条件と一致する作 動条件に対して、プリセット−λ目標値を来すように決定されている請求項１記 載の方法（第３図）。
5. ５．適応のために積分値を使用する請求項１から４までのいずれか１項記載の方 法。
6. ６．実際値として、触媒器（１２）の前方に配役されるλセンサ（１３．ｖ）に よって測定されるようなλ実際値−前方が供給される、制御−λ目標値に基づい てλ制御する手段（１６）を備えたλ制御装置において、 実際になされるべきプリセット−λ目標値と、前記触媒器の後方に配設されるλ センサ（１３，ｈ）によって測定されるようなλ実際値−後方との間の差値を形 成する手段（１４．ｈ）と、 前記差値を積分する手段（１５）と、 前記積分値を用いて制御−λ目標値を形成する手段（１５：２０）と を備えていることを特徴とするλ制御装置。
7. ７．プリセット−λ目標値特性メモリまたはマップ（１９）を備えている請求項 ６記載のλ制御装置。
8. ８．前方センサーλ目標値特性メモリまたはマップ（２２）およびその都度の積 分値とその都度の前方センサーλ目標値とから制御−λ目標値を形成する加算手 段（２０）を備えている請求項６または７記載のλ制御装置。