JP3040411B2 - λ制御方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 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
調整値と、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および請求項４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および
請求項７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、請求項ないし３、５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目標値との差を積分して
制御−λ目票値を形成し、該制御−λ目標値とλ実際値
−前方との偏差に基づいてλ制御手段がλ制御する際
に、作動点の変化に迅速に対応できるように、積分に遅
延作用があることを考慮して、プリセットλ目標値の変
化を積分手段の後にも作用させるようにしている。

この種の方法を実施するための装置は請求項６または
７に記載されているが、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ッ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11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λ_Ist-h
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λ
_Soll-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λ_Soll-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.vにおいて、前側のλセンサ1
3.vによって測定されるようなλ実際値−前方λ_ist-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の方向に高くなりかつ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.v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、信号の上述の結果によって、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1/5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
れてい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に異なったプリ
セット−λ目標値を前以て決める。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
性マップうまたはメモリに格納すると効果的である。こ
の種の特性マッ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Ｌ
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ップ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λ_Soll-Vはこの場合
も、後側の減算手段14.hに供給される。これは同時に、
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ップを備えてい
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−前方から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
状態になる必要なく、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、製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、***特許出願公開第3603137号
公報（US−Ser.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Ｌ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ップ19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ップ19からプリ
セット−λ目標値が供給されるのではなくて、前側セン
サ−λ目標値特性メモリまたはマップ22から前側センサ
−λ目標値が供給される。この前側センサ−λ目標値特
性メモリまたはマップ22の内容は、従来のλ目標値特性
メモリまたはマップの内容と一致している。このような
従来のもおにおいて既に、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ップ、従って前側センサ−λ目標値
特性メモリまたはマップにおいても値0.96が格納され
る。実際に、この目標値によってλ0.98が調整される。

前側−λセンサ目標値およびプリセット−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ップに格納され
る。実際に使用される機関が測定の際に使用した機関と
一致しかつこのことが使用の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−
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ップからの異なった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あるとき、このこと
は、前側センサλ目標値−特性メモリまたはマップ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ップへの作用によって示
されている。特性メモリまたはマッ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の積分値の一
部は、全体の適応のために用いられる。使用可能の一部
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で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。その場合僅かだが誤って制
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の積分速度よりも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1
3.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てある。
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つの量
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ある。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ラフ，ロタール ドイツ連邦共和国 Ｄ―7141 ホーホベ ルク ヴネンシュタインシュトラーセ 24 (72)発明者 プラップ，ギュンター ドイツ連邦共和国 Ｄ―7024 フィルダ ーシュタット １ ギムナジウムシュト ラーセ 26 (72)発明者 ペーター，コルネリウス ドイツ連邦共和国 Ｄ―7583 オッター スヴァイ アー ブルク―ヴィントエッ ク―シュトラーセ 35 (72)発明者 ヴェスタードルフ，ミヒャエル ドイツ連邦共和国 Ｄ―7141 メークリ ンゲン ホーエンシュタウフェンシュト ラーセ 38 (56)参考文献 特開 昭63−295831（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−61944（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−251439（ＪＰ，Ａ) 米国特許4251989（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02D 41/14

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関に供給すべき空気／燃料混合気の
   λ値を、触媒器の前に配設されているλセンサによって
   測定されるλ実際値−前方（λ_Ist-v）を用いて制御−
   λ目標値（λ_Soll-R）に基づいて制御し、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（λ
   _Ist-h）を測定し、前記λ実際値−後方と、実際に実現
   されるべきプリセット−λ目標値（λ_Soll-v）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および別のプリセット−
   λ目標値に依存して形成するλ制御方法であって、前記
   プリセット−λ目標値を作動特性量に依存して変化し、
   一方のプリセット−λ目標値（λ_Soll-v）は他方のプリ
   セット−λ目標値と同一である ことを特徴とするλ制御方法。
2. 【請求項２】前記制御−λ目標値（λ_Soll-R）を前記積
   分値の、前記プリセット−λ目標値（λ_Soll-v）に対す
   る加算によって形成する請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】適応のために積分値を使用する請求項１ま
   たは２記載の方法。
4. 【請求項４】内燃機関に供給すべき空気／燃料混合気の
   λ値を、触媒器の前に配設されているλセンサによって
   測定されるλ実際値−前方（λ_Ist-v）を用いて制御−
   λ目標値（λ_Soll-R）に基づいて制御し、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（λ
   _Ist-h）を測定し、前記λ実際値−後方とプリセット−
   λ目標値（λ_Soll-v）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
   積分値および別のプリセット−λ目標値（λ_Soll-vs）
   に依存して形成するλ制御方法であって、前記プリセッ
   トλ目標値を作動特性量に依存して変化し、かつ前記制
   御−λ目標値（λ_Soll-R）を前記積分値の、前方センサ
   −λ目標値（λ_Soll-vs）に対する加算によって形成す
   ることを特徴とするλ制御方法。
5. 【請求項５】適応のために積分値を使用する請求項４記
   載の方法。
6. 【請求項６】実際値として、触媒器（12）の前方に配設
   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（λ_Ist-v）が供給される、制御−λ目標値
   （λ_Soll-R）に基づいてλ制御する手段（16,14.v）
   と、 実際に実現されるべきプリセット−λ目標値
   （λ_Soll-v）と、前記触媒器の後方に配設すべきλセン
   サ（13.h）によって測定されるようなλ実際値−後方
   （λ_Ist-v）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、 前記積分値および別のプリセット−λ目標値を用いて制
   御−λ目標値を形成する手段（15;20）と を備えたλ制御装置であって、前記プリセット−λ目標
   値（λ_Soll-v）は、出力値が作動特性量に依存している
   プリセット−λ目標値特性メモリまたはマップ（19）か
   ら取出され、かつ当該装置は更に、その都度の積分値と
   のその都度の、前記プリセット−λ目標値特性メモリま
   たはマップ（19）からの出力値とから前記制御−λ目標
   値を形成する加算手段（20）を有していることを特徴と
   するλ制御装置。
7. 【請求項７】実際値として、触媒器（12）の前方に配設
   されているλセンサ（13.v）によって測定されるような
   λ実際値−前方（λ_Ist-v）が供給される、制御−λ目
   標値（λ_Soll-R）に基づいてλ制御する手段（16,14.
   v）と、 実際に実現されるべきプリセット−λ目標値
   （λ_Soll-v）と、前記触媒器の後方に配設すべきセンサ
   （13.h）によって測定されるようなλ実際値−後方（λ
   _Ist-h）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、 前記積分値および別のプリセット−λ目標値を用いて制
   御−λ目標値を形成する手段（15;20）と を備えたλ制御装置であって、前記プリセット−λ目標
   値（λ_Soll-v）は、出力値が作動特性量に依存している
   プリセット−λ目標値特性メモリまたはマップ（19）か
   ら取出され、前記別のプリセット−λ目標値は前方セン
   サ−λ目標特性メモリまたはマップ（22）から取出さ
   れ、かつ該前方センサ−λ目標値特性メモリまたはマッ
   プ（22）および加算手段（20）を用いてその都度の積分
   値およびその都度の前方センサ−λ目標値
   （λ_Soll-vs）から前記制御−λ目標値が形成されるこ
   とを特徴とするうλ制御装置。