(57)【要約】  ラムダ制御式内燃機関（１）の３元触媒（６）のその時点での酸素負荷（ｍＯ２）を求める方法において、触媒前方ラムダセンサ（５）の信号および測定された空気流量から時間積分によりその時点での酸素負荷値が計算され、これにより酸素負荷値は触媒後方ラムダセンサ信号のブレークスルー時に初期化される。
2007534877.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３元触媒（６）と、該触媒の前方に配置されたリニアな触媒前方ラムダセンサ（５）と、該触媒の後方に配置された触媒後方ラムダセンサ（７）と、空気流量測定装置（９）とを備えたラムダ制御式内燃機関（１）の３元触媒のその時点での酸素負荷（ｍＯ２）を求める方法において、
触媒前方ラムダセンサ信号および測定された空気流量から時間積分によりその時点での酸素負荷値（ｍＯ２）を計算し、該酸素負荷値を触媒後方ラムダセンサ信号のリッチ混合気へ向かうブレークスルー時に０へセットする
ことを特徴とする３元触媒のその時点での酸素負荷を求める方法。
【請求項２】
その時点での酸素負荷値（ｍＯ２）を式
【数１】
2007534877.tif 000007
により計算し、ここでｍＯ２はその時点での酸素負荷であり、λは触媒前方ラムダセンサ信号であり、
2007534877.tif 000008
は空気流量であり、［Ｏ２］Luftは空気中の酸素分量である、請求項１記載の方法。
【請求項３】
触媒（６）の酸素吸蔵能力値（ｍＯ２＿ｍａｘ）を、触媒後方ラムダセンサ信号のリーン混合気へ向かうブレークスルー時に、求められた酸素負荷（ｍＯ２）とそれまでに適応化された酸素吸蔵能力値との差により適応化する、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
酸素負荷値を触媒後方ラムダセンサ信号のリーン混合気へ向かうブレークスルー時に酸素吸蔵能力値（ｍＯ２＿ｍａｘ）へセットする、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
触媒（６）のその時点での酸素負荷（ｍＯ２）と酸素吸蔵能力（ｍＯ２＿ｍａｘ）との商からその時点での酸素商（ｑＯ２）を計算する、請求項３または４記載の方法。
【請求項６】
３元触媒（６）と、該触媒の前方に配置されたリニアな触媒前方ラムダセンサ（５）と、該触媒の後方に配置された触媒後方ラムダセンサ（７）と、空気流量測定装置（９）とを備えたラムダ制御式内燃機関（１）の排気ガス後処理の制御および／または監視方法において、
請求項１から５までのいずれか１項記載の方法にしたがって計算された触媒のその時点での酸素負荷値（ｍＯ２）、触媒の酸素吸蔵能力値（ｍＯ２＿ｍａｘ）、および／またはその時点での酸素商（ｑＯ２）を用いる
ことを特徴とするラムダ制御式内燃機関の排気ガス後処理の制御および／または監視方法。
【請求項７】
触媒（６）を診断するために、診断中に通常動作時の最大酸素負荷を上回る振幅で強制振動させることにより触媒の酸素負荷の振動を形成し、触媒後方ラムダセンサ信号の振動特性が目標範囲を外れる場合に触媒（６）の欠陥を診断し、ここで診断開始前に酸素商（ｑＯ２）をあらかじめ定められた値すなわち診断に必要な目標値、有利には５０％へ設定する、請求項６記載の方法。
【請求項８】
触媒（６）の経時劣化を監視するために、適応化された酸素吸蔵能力値とあらかじめ定められた閾値とを比較し、最大酸素吸蔵能力が閾値を下回る場合に前述の診断を実行する、請求項６または７記載の方法。
【請求項９】
減速時フューエルカットオフフェーズ後の触媒（６）の洗浄を制御するために、減速時フューエルカットオフフェーズ後の酸素商（ｑＯ２）の目標値を設定し、内燃機関のラムダ制御により減速時フューエルカットオフフェーズ後の酸素商を該目標値へ向かって制御する、請求項６記載の方法。
【請求項１０】
ラムダ制御式内燃機関の排気ガス後処理を制御するために、酸素商（ｑＯ２）が所定の目標値、例えば５０％へ向かって制御されるようにラムダ制御回路を調整する、請求項６記載の方法。
【請求項１１】
ラムダ制御式内燃機関の排気ガス後処理を制御するために、ラムダ制御回路の介入制御の際にその時点での酸素負荷（ｍＯ２）を考慮し、ここで酸素商（ｑＯ２）があらかじめ定められた第１の閾値を上回る場合に混合気をリーン化する既存の介入制御を行わず、酸素商（ｑＯ２）があらかじめ定められた第２の閾値を下回る場合に混合気をリッチ化する既存の介入制御を行わない、請求項６記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３元触媒と、触媒の前方に配置されたリニアな触媒前方ラムダセンサと、触媒の後方に配置された触媒後方ラムダセンサと、空気流量測定装置とを備えたラムダ制御式内燃機関の３元触媒のその時点での酸素負荷を求める方法に関する。さらに本発明は、本発明の方法によって求められた３元触媒のその時点での酸素負荷を用いたラムダ制御式内燃機関の排気ガス後処理の制御および／または監視方法にも関する。
【０００２】
３元触媒は空燃比がλ≒１の狭い範囲にあるときにのみ、障害物質を最適に変換する。この範囲は触媒窓とも称される。空燃比がこの触媒窓内にあるときにのみ、排気ガス組成から窒素酸化物の還元によって充分に酸素が放出され、排気ガス中のＨＣ成分およびＣＯ成分が迅速かつ完全にＨ２ＯおよびＣＯ２へ酸化される。したがって３元触媒を備えた内燃機関では混合気の形成はいわゆるラムダ制御により目標値λ≒１へ向かって制御される。さらに空燃比における短時間の変動を補償するために、触媒は金属層、例えば三酸化二セリウムＣｅ２Ｏ３から成る層（ウォッシュコート）を含み、この層により短時間だけ酸素を蓄積し、必要に応じて結合させたり放出させたりする。
【０００３】
混合気の形成を制御するために、リニアな触媒前方ラムダセンサが触媒の上流に配置される。このセンサは排気ガス中に含まれる残留酸素成分を測定する。これに対して触媒の下流に配置される触媒後方ラムダセンサは触媒機能の監視に用いられる。酸素吸蔵能力、いわゆるＯＳＣ（oxygen storage capacity）ベースの触媒診断法では、触媒の酸素吸蔵能力が検査される。このためにラムダ制御回路を予調整することにより混合気のリッチ／リーン振動が形成される。障害のない触媒では酸素吸蔵能力によりこの振動が補償され、触媒後方ラムダセンサのセンサ電圧は僅かな振幅で振動するだけであるが、触媒の酸素吸蔵能力が経時劣化により失われていると、触媒の前方と後方とで残留酸素成分が近似し、触媒後方ラムダセンサ信号に強い振動が現れてしまう。
【０００４】
また触媒後方ラムダセンサは触媒前方ラムダセンサ信号における長期的なドリフトの補償に用いられることが多い。この補償はトリミング制御とも称される。
【０００５】
充分な酸素吸蔵能力を有する触媒が機能的にラムダ制御されているかぎり、触媒後方ラムダセンサ信号はほぼ一定である。信号が上昇または下降する場合は、触媒が酸素飽和したか、または触媒の酸素が空になったかであって、空燃比の変動をもはや補償できなくなっている。この状態を触媒後方ラムダセンサ信号のリッチ混合気またはリーン混合気へ向かう"ブレークスルー"と称する。
【０００６】
つまり触媒後方ラムダセンサ信号の"ブレークスルー"とは、触媒の酸素吸蔵能力が限界に達してしまっているか、または酸素が全く蓄積されていないことを表している。この２つの限界値のあいだでは、触媒のその時点の酸素負荷に関する真の情報は得られない。しかしこの情報があれば、酸素負荷を酸素吸蔵能力の約１／２に維持し、リッチ側およびリーン側のどちらにも同じだけバッファ分を取るのにきわめて役立ち、これにより触媒後方ラムダセンサ信号のブレークスルーを予防的に回避し、さらに触媒診断のための最適条件を得ることができるはずである。
【０００７】
したがって本発明の課題は、ラムダ制御式内燃機関の３元触媒のその時点での酸素負荷を求める方法を提供することである。
【０００８】
この課題は、請求項１に記載した本発明の特徴的構成により解決される。
【０００９】
本発明の有利な実施形態は従属請求項の対象となっている。
【００１０】
本発明は３元触媒のその時点での酸素負荷を求める方法に関しており、リニアな触媒前方ラムダセンサの信号、触媒後方ラムダセンサの信号、および空気流量測定装置の信号が用いられる。本発明では、触媒前方ラムダセンサ信号および測定された空気流量から時間積分によりその時点での酸素負荷値が計算され、この酸素負荷値が触媒後方ラムダセンサ信号のリッチ混合気へ向かうブレークスルー時に０へセットされる。なぜなら当該のブレークスルーは触媒に酸素が全く蓄積されていないことを示しているからである。こうしたキャリブレーションにより、誤差、例えば空気流量の測定誤差または触媒前方ラムダセンサ信号の測定誤差の積算がリセットされる。
【００１１】
有利には、その時点での酸素負荷値が式
【数１】
2007534877.tif 000003
により計算される。ここでｍＯ２はその時点での酸素負荷値であり、λは触媒前方ラムダセンサ信号であり、
2007534877.tif 000004
は空気流量であり、［Ｏ２］Luftは空気中の酸素分量である。空気中の酸素分量は約２３％である。触媒前方ラムダセンサ信号および空気流量は時間に依存する。
【００１２】
このようにその時点での酸素負荷がつねに求められれば、触媒の酸素吸蔵能力値を計算することができる。リーン混合気へ向かうブレークスルー時には、積分された酸素負荷とそれまでに適応化された酸素吸蔵能力値との差から、新たな酸素吸蔵能力値が計算される。当該のブレークスルーは触媒が最大酸素吸蔵能力値に達したことを表すからである。酸素吸蔵能力も所定の駆動パラメータに依存するので、適応化値は選択的に、相応の特性マップから取り出された動作点に依存する係数と乗算され、これにより補正される。
また、その時点での酸素負荷値を触媒後方ラムダセンサ信号のリーン混合気へ向かうブレークスルー時に酸素吸蔵能力の適応化値へセットしてもよい。
【００１３】
有利には付加的に、触媒のその時点での酸素負荷と酸素吸蔵能力との商からその時点での酸素商が計算される。この値は、例えば障害物質放出を予防的に回避するために酸素負荷を所定の値にとどめたいとき、特に役立つ。
【００１４】
本発明の有利な別の適用例として、上述の方法にしたがって計算されたその時点での酸素負荷値、酸素吸蔵能力値および／またはその時点での酸素商を、ラムダ制御式内燃機関の排気ガス後処理のクローズドループ制御、オープンループ制御および／または監視の種々の方法に用いることが挙げられる。
【００１５】
その第１の実施形態はＯＳＣベースの触媒診断に関する。ここでは空燃比の強制振動または予調整により、触媒の最大酸素負荷をもたらすリッチ／リーン振動が形成される。最大酸素負荷は、許容可能限度まで劣化した限界触媒が触媒後方ラムダセンサ信号のブレークスルーなしに稼働しうる値として選定される。こうした診断法はオンボード診断ＯＢＤとして電子制御ユニットＥＣＵの制御する時間間隔で行われる。ただし、ＯＳＣベースの診断では、強制振動の開始前に、診断に必要な定義された酸素負荷を設定しておくことが重要である。従来技術での触媒診断の際には、定格酸素負荷から最大酸素負荷への移行は複数の段階に分けて行われている。なぜなら触媒の負荷状態が一貫して未知であり、酸素負荷の付加を大きくすると０％を下回る酸素商または１００％を上回る酸素商へ至って、診断すべき触媒の後方で障害物質放出が生じかねないからである。従来は触媒後方ラムダセンサ信号を介したトリミング制御が移行フェーズにおいて平均酸素負荷を間接的に発生させる役割を果たし、オンボード診断の限界触媒の限界負荷でのみブレークスルーが生じるようにされてきた。ただしこのトリミング制御過程は強制振動の数周期にわたって続行されるので、走行サイクルに対して付加的な時間が必要となる。これによって触媒診断に必要な回数の診断サイクルを一度に行うことができなくなり、妥当な診断値が得られていないのに診断への移行フェーズが中断されてしまいかねず、本来なら回避できるはずの障害物質放出に至るおそれが出てくる。
【００１６】
したがって本発明の有利な実施形態では、診断開始前に酸素商がラムダ制御によりあらかじめ定められた値、すなわち診断に必要な目標値へ調整される。この目標値は触媒診断のための触媒の強制振動を僅かにし、これにより触媒診断による障害物質の放出が可能なかぎり低減されるように選定される。これにより酸素負荷を調整するための触媒の予調整が実現され、オンボード診断の限界触媒の強制振動への切換過程が著しく促進される。
さらに、酸素負荷の度合が正確に既知となることにより、触媒後方ラムダセンサ信号のブレークスルーは触媒の診断中に再現可能に実現され、これにより個々の診断サイクルのばらつきが最小化される。これにより全体として触媒診断の精度が改善される。
【００１７】
本発明の方法によれば触媒の酸素吸蔵能力を求めることができるので、選択的に、ＯＳＣベースの触媒診断を完全に省略することができる。これは酸素吸蔵能力に関する情報から触媒の経時劣化状態に関する記述を直接に得ることができるからである。ただしこれはリニアな触媒前方ラムダセンサ信号および空気流量に関する情報が充分に正確である場合にしか相当せず、そうでないときには充分に確実な酸素吸蔵能力値を求めることができない。ＯＳＣベースの触媒診断の置換は障害物質放出に作用するアクティブな強制振動がもはや必要なくなるという利点を有する。少なくとも求められた最大酸素吸蔵能力により触媒の経時劣化状態に関する前提情報を形成することができる。
【００１８】
従来の触媒診断法とは異なり、ここで提案しているアプローチでは、酸素吸蔵能力がつねに求められる。とはいえ、表面蓄積効果および深部蓄積効果を種々に考慮することにより、種々の酸素吸蔵能力値が発生しうる。
【００１９】
本発明の別の有利な適用例は、減速時フューエルカットオフフェーズ後の触媒洗浄の制御に関する。減速時フューエルカットオフフェーズ後、触媒は酸素飽和しているので、触媒の"洗浄"、つまりできるだけ速く酸素商を約５０％へ調整するには、混合気のリッチ化が必要である。求められた酸素吸蔵能力値および酸素負荷値により負荷モデルが形成され、触媒洗浄のために、触媒特性、例えば経時劣化状態へ適合化された定義された酸素商までのリッチ化が設定され、減速時フューエルカットオフフェーズ後の酸素商はラムダ制御により目標値へ向かって制御される。こうしてＮＯｘ，ＨＣ，ＣＯの放出は著しく低減される。
【００２０】
本発明の別の有利な実施形態では、酸素商が所定の目標値、例えば５０％へ向かうようにラムダ制御が調整される。５０％というのはたいていの駆動状態において最適となる酸素商の設定である。なぜなら触媒の最大のバッファ分すなわち酸素リザーブが空燃比の不安定過程または全般的な障害、すなわちリッチ混合気への偏差およびリーン混合気への偏差の双方に対して設けられるからである。したがってＩ２成分によるローカルな酸素平衡化のためのラムダ制御を大幅に単純化することができ、完全な平衡が保証される。また制御と平衡化との分離も達成される。
【００２１】
有利には、酸素商に対して求められた値がさらにラムダ制御回路またはトリミング制御回路のオープンループ制御およびクローズドループ制御やＯＳＣ診断の強制振動に用いられる。ラムダ制御回路またはトリミング制御回路のオープンループ制御およびクローズドループ制御、およびＯＳＣ診断の強制振動など、全ての制御は、混合気のリッチ化またはリーン化に作用する。制御のために種々の情報源（トリミング制御に対する触媒後方ラムダセンサ信号およびラムダ制御に対する触媒前方ラムダセンサ信号）は時間的にオフセットされた介入制御を受ける。予調整は強制振動に重畳される。その時点での酸素負荷またはその時点での酸素商が既知であれば、負荷の度合に依存して介入制御の重みづけを行うことができる。有利には、酸素商があらかじめ定められた第１の閾値を上回る場合、混合気のリーン化への既存のオープンループ制御およびクローズドループ制御は行われない。また、酸素商があらかじめ定められた第２の閾値を下回る場合には、混合気のリッチ化への既存のオープンループ制御およびクローズドループ制御は行われない。これに代えて、酸素商が第１の閾値を上回る場合に強制振動のリーンフェーズを中止することができる。さらに、時間的に遅延するトリミング制御回路の介入制御を重みづけしてもよい。例えばトリミング制御回路が触媒後方ラムダセンサ信号に基づいて行うはずであった介入制御を取りやめ、他の手段、例えばラムダ制御回路による障害への応働によって補償することができる。
【００２２】
軽度の障害であれば強制振動の周期長さを変化させることによって補償することもできる。例えば、ラムダ制御回路が行うべきリッチ化に代えて、強制振動においてリーン半波への切り換えを行わないことまたはリッチ半波を延長することによりリッチ化を行うことができる。このタイプの制御回路による介入制御はファインチューニングと称される。
【００２３】
以下に本発明の方法の実施例を添付図に則して詳細に説明する。図１には本発明の方法を実施する内燃機関の概略図が示されている。図２にはその時点での酸素負荷および触媒後方ラムダセンサ信号の時間特性が示されている。図３には本発明の方法のフローチャートが示されている。図４にはＯＳＣ診断前またはＯＳＣ診断中の酸素商の時間特性が示されている。図５には触媒洗浄中の酸素商の時間特性が示されている。図６には主触媒洗浄中かつ前触媒過作動中の酸素商の時間特性が示されている。図７にはラムダ制御の際の酸素商の時間特性が示されている。図８には障害に対して介入制御の協調を行った場合および行わなかった場合の酸素商の時間特性が示されている。
【００２４】
図１には燃料供給システム２および制御装置３を備えた内燃機関１が示されている。燃料供給システム２は詳細には図示されていない線路を介して制御装置３によって駆動制御され、内燃機関１の燃料供給を調整する。内燃機関の排気管系４内に３元触媒６が配置されている。ラムダ制御を行うために、触媒６の上流に触媒前方ラムダセンサ５が、触媒６の下流に触媒後方ラムダセンサ７が配置され、ラムダ値が測定される。触媒前方ラムダセンサ５はリニアなラムダセンサである。これに対して触媒後方ラムダセンサ７はいわゆるバイナリラムダセンサ、つまり出力電圧がλ＝１付近で例えばリーン混合気（λ＞１）での１００ｍＶ以下からリッチ混合気（λ＜１）での０．７Ｖ以上へ跳躍的に変化するセンサとして用いられ、これを２点特性と称する。２つのラムダセンサからそれぞれの測定値が詳細には図示されていない線路を介して制御装置３へ送出される。吸気管系８内、例えば吸気管内には空気流量センサ９が配置されており、その測定値が詳細には図示されていない線路を介して制御装置３へ送出される。これに代えて空気流量を相応の他のセンサを用いて間接的にスロットルバルブ位置または吸気管圧および回転数から計算してもよい。制御装置３にはさらに別の各センサから特に回転数や触媒温度などの値が供給される。これらの値を用いて制御装置３は内燃機関１の駆動を制御する。内燃機関１の駆動中、排気管系４内での触媒による排気ガス処理の制御は次のようにして行われる。すなわち、触媒前方ラムダセンサ５の信号がλ≒１付近で軽く振動するように燃料供給システム２の燃料供給を制御するのである。通常のラムダセンサでは例えば電圧レベル４５０ｍＶが値λ≒１に相応する。触媒前方ラムダセンサ５の信号はこの値の付近で振動し、触媒６は平均して値λ≒１の排気ガスを供給されることになる。触媒後方ラムダセンサ７は触媒６の下流で処理された排気ガス中のλ値を測定する。触媒が完全であって良好なラムダ制御が行われていれば、触媒後方ラムダセンサ信号はほぼ一定である。所定の駆動状態、例えば減速時フューエルカットオフフェーズ後またはＯＳＣ診断での強制振動中には、触媒後方ラムダセンサ信号は上方または下方へ跳躍的に変化し、これによって触媒が最大酸素吸蔵能力の限界に達したこと、または吸蔵されていた酸素が消尽されたことが表される。これを触媒後方ラムダセンサ信号のブレークスルーと称する。
【００２５】
図２には触媒６の酸素負荷ｍＯ２の時間特性の例が示されている。この時間特性は、触媒前方ラムダセンサ５の信号および空気流量センサ９の信号の積算から、式
【数２】
2007534877.tif 000005
により計算される。ここでｍＯ２はその時点での酸素負荷量であり、λは触媒前方ラムダセンサ信号であり、
2007534877.tif 000006
は空気流量であり、［Ｏ２］Luftは空気中の酸素分量すなわち約２３％である。時間曲線ｍＯ２は例えば触媒後方ラムダセンサ７の信号λ＿nachを表している。
【００２６】
図示されている時間曲線ｍＯ２はまず低下しており、つまり触媒にリッチ混合気が供給されることになる。時点１２で触媒に吸蔵されていた酸素が消尽され、触媒後方ラムダセンサ信号は上方へ、すなわちリッチ混合気へ向かって動き始める。この"ブレークスルー"によってｍＯ２がその時点で値０ｍｇに達したことがわかる。これにより値ｍＯ２は０ｍｇへ較正される。続いて値ｍＯ２は上昇し、その後ラムダ制御によって時点１３からしばらくのあいだ平均値付近で保持される。さらに続いて酸素負荷は例えば燃料供給の絞られる短い減速時フューエルカットオフフェーズによって再び上昇する。時点１４で触媒の最大の酸素吸蔵能力値が達成され、触媒後方ラムダセンサ７の信号は下方へ動き始める。これは触媒の下流の酸素含有量が増大することからもわかる。この"ブレークスルー"は制御装置３によって記録され、酸素吸蔵能力値ｍＯ２＿ｍａｘの適応化を計算するために用いられる。このためにそれまでの適応化値とその時点での酸素負荷とのあいだの差が計算され、この差から酸素吸蔵能力の新たな適応化値が計算される。その時点での酸素負荷（この実施例では９０ｍｇ）は酸素吸蔵能力ｍＯ２＿ｍａｘに等しくなるように設定される。
【００２７】
図３には、その時点での酸素負荷値ｍＯ２を計算および初期化する方法の実施例のフローチャートが示されている。この方法はステップ１６の第１の初期化によって開始される。つまり触媒後方ラムダセンサ信号のブレークスルー後にこの信号が上方へ向かうか下方へ向かうかが判別される。触媒後方ラムダセンサ信号が上方へ向かって動く場合、ラムダ値は触媒後方できわめて低く、触媒に吸蔵された酸素が完全に空になっている。したがってこの場合にはステップ１８でｍＯ２が０ｍｇへセットされる。続いてステップ２０で時間積分により連続的にその時点でのｍＯ２値が求められる。次にステップ２２で触媒後方ラムダセンサ信号の次のブレークスルーが検出される。こんどは触媒後方ラムダセンサ信号は例えばステップ１６のときとは反対の方向、すなわち下方へ向かっていくものとする。今回のブレークスルーは触媒の酸素吸蔵能力が限界に達したことを表している。こうしてステップ２０で積分により計算された値ｍＯ２と最後に受け取られた酸素吸蔵能力値とを比較することにより、新たな酸素吸蔵能力値ｍＯ２＿ｍａｘが計算される。
【００２８】
ただしこの手法はステップ１６およびステップ２２で検出された２つのブレークスルーのあいだに積分された空気流量値があまり大きくない場合にしか推奨できない。なぜなら空気流量測定値およびラムダ値の双方に測定誤差が付随しているからである。これらの測定誤差はステップ２０で所定の時間にわたって積算される。したがってステップ２４で最後のブレークスルーから積分された空気流量が過度に大きくなっていないかどうかが問い合わされ、空気流量の積分値が所定の閾値を下回っている場合にのみ、ステップ２６で値ｍＯ２＿ｍａｘが適応化される。つまり新たな値が計算され、制御装置に記憶される。その後、ステップ２８で時間積分が続行され、連続的にその時点でのｍＯ２値が求められる。さらに、このようにして新たに求められた最新値は酸素吸蔵能力の適応化値によって除算され、その時点での酸素商ｑＯ２が連続的に取得される。これらのステップは可能なかぎり触媒後方ラムダセンサ信号のブレークスルーのたびに反復され、測定誤差の積算が阻止され、つねに触媒の最大酸素吸蔵能力を表す新たな値が得られる。
【００２９】
図４〜図８には、本発明の方法の実施例を種々に適用した場合の酸素商ｑＯ２の時間特性が示されている。
【００３０】
図４には、ＯＳＣベースの触媒診断の直前および触媒診断中のｑＯ２の時間特性が示されている。時点３０で酸素商は偶然に比較的高い値ｘを有している。強制振動がこの時点で既に開始されているとすれば、短時間の後には、触媒はｑＯ２＝１００％に相応する最大酸素吸蔵能力値に達し、これによりＮＯｘ放出量が高くなるはずである。従来のラムダ制御では、その時点での酸素商の値ｘが既知ではなかったので、このことを回避できなかった。しかし本発明の実施例によればｑＯ２がつねに計算されるので、強制振動の開始前に診断に必要な定義された酸素商を調整することができる。この実施例では当該の値は５０％であり、時点３２で達成される。そこから強制振動が開始され、混合気の形成に対してリッチ／リーン振動が行われる。これにより触媒の酸素負荷、ひいては計算された酸素商が振幅Ｐで振動する。この実施例では最大値である０％および１００％は振動中には達成されない。したがってここでは触媒後方ラムダセンサ信号のブレークスルーは発生せず、触媒はまだ有効に機能できると診断される。
【００３１】
図５，図６には、触媒の洗浄過程中の酸素商の目標特性の例が示されている。減速時フューエルカットオフフェーズは時点ｔPUC-Endeごとに終了する（PUCはプルフューエルカットオフを表す）。この時点で触媒は酸素飽和している。ここで触媒をできるかぎり速やかに再び酸素商約５０％の値へ調整するために、混合気が一時的にリッチ化される。ただしできれば触媒をあまり強く洗浄しないほうがよい。そうでないとCO放出およびHC放出が生じてしまうからである。したがって既知のパラメータすなわち"酸素吸蔵能力値"および"酸素商"を用いて、酸素商の目標値および場合により目標特性を設定するための酸素負荷モデルが形成される。
【００３２】
これにより主触媒については例えば図５に示されている酸素商特性が得られる。
【００３３】
主触媒のほかに前触媒が設けられている場合には、これも同様に"洗浄"される。したがって別の酸素負荷モデルから前触媒の酸素商も定義された状態で設定される。このときにも主触媒の洗浄によって前触媒が"過作動"した後、リーン化が表される。図６には、主触媒の洗浄中すなわち前触媒が時点３４で"過作動"しているときの酸素商特性が示されている。
【００３４】
別の実施例として、触媒後方ラムダセンサ信号が全く応答しなかった短い減速時フューエルカットオフフェーズ後、同様に洗浄過程を導入することもできる。このようなときには真の酸素負荷を用いて適切な洗浄規模を求めることができるからである。また洗浄規模を触媒の劣化状態に適合化させることもできる。
【００３５】
本発明の別の実施例では、酸素商ｑＯ２の目標値として５０％付近の値、図示の実施例では４５％の値でのラムダ制御が開始される。酸素商５０％では、不安定過程または空気燃料混合気の全般的な障害（リッチ混合気への偏差およびリーン混合気への偏差）に対してつねに触媒の最大酸素リザーブが存在することになる。酸素商が４５％になるとリーン混合気に対するバッファ分がいくらか大きくなり、ＮＯｘ放出の回避に有利となる。図７には、ラムダ制御によって酸素商を４５％へ制御するときの酸素商特性の例が示されている。
【００３６】
さらに図８には、その時点での酸素商に関する情報を用いて燃料空気混合気の組成における障害をできるだけ速やかに補償する本発明の別の実施例が示されている。曲線３６は、ラムダ制御回路およびトリミング制御回路のクローズドループ介入制御およびオープンループ介入制御、および強制振動にさほど重点の置かれない今日的手段を示している。制御回路ごとに情報源が異なり、例えばトリミング制御回路で触媒後方ラムダセンサ信号が使用され、ラムダ制御回路で触媒前方ラムダセンサ信号が使用されるため、これらの制御回路の介入制御は部分的に時間オフセットされる。これにより障害の補正も緩慢となる。これに対して曲線３７は介入制御を協調させたときの酸素商の値を示している。この場合、例えば、トリミング制御回路が触媒後方ラムダセンサ信号に基づいて行うべき介入制御が、他の手段によって既に補償されているため、中止される。また例えば、酸素負荷が所定の閾値を上回る場合、強制振動のリーンフェーズを中止することもできる。
【００３７】
本発明の方法により、３元触媒のその時点での酸素負荷および最大酸素負荷を持続的に求め、これらの情報に基づく意図的な介入制御によって障害物質放出を低減することができる。さらに前述の制御および監視方法により、特に第２の触媒を用いないシステムにおいて、障害物質放出の低減、触媒診断の時間短縮および精度の向上が実現される。また触媒の状態に関して連続的な経時劣化情報が得られ、これを減速時フューエルカットオフフェーズ後の触媒洗浄などの機能の適応化に利用可能である。このことも障害物質放出の低減に寄与する。最終的には、酸素負荷の度合に依存してオープンループ介入制御とクローズドループ介入制御とを協調させることにより、さらなる障害物質放出の低減を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の方法を実施する内燃機関の概略図である。
【図２】その時点での酸素負荷および触媒後方ラムダセンサ信号の時間特性を示すグラフである。
【図３】本発明の方法のフローチャートである。
【図４】ＯＳＣ診断前またはＯＳＣ診断中の酸素商の時間特性を示すグラフである。
【図５】触媒洗浄中の酸素商の時間特性を示すグラフである。
【図６】主触媒洗浄中かつ前触媒過作動中の酸素商の時間特性を示すグラフである。
【図７】ラムダ制御の際の酸素商の時間特性を示すグラフである。
【図８】障害に対して介入制御の協調を行った場合および行わなかった場合の酸素商の時間特性を示すグラフである。
【図１】
2007534877.tif 000009
【図２】
2007534877.tif 000010
【図３】
2007534877.tif 000011
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【手続補正書】
【提出日】平成18年8月22日(2006.8.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３元触媒（６）と、該触媒の前方に配置されたリニアな触媒前方ラムダセンサ（５）と、該触媒の後方に配置された触媒後方ラムダセンサ（７）と、空気流量測定装置（９）とを備えたラムダ制御式内燃機関（１）の３元触媒のその時点での酸素負荷（ｍＯ２）を求める方法において、
触媒（６）のその時点での酸素負荷（ｍＯ２）の相対値を触媒前方ラムダセンサ信号および測定された空気流量から時間積分により計算するステップと、
その時点での酸素負荷の絶対値を得るために触媒後方ラムダセンサ信号を用いて所定の時間間隔で相対値を初期化するステップと、触媒（６）の最大酸素吸蔵能力（ｍＯ２＿ｍａｘ）を計算するステップと、
触媒（６）のその時点での酸素負荷（ｍＯ２）と最大酸素吸蔵能力（ｍＯ２＿ｍａｘ）との商からその時点の酸素商（ｑＯ２）を計算し、酸素負荷を予め定められた値に維持して障害物質放出を回避するステップと
を有する
ことを特徴とする３元触媒のその時点での酸素負荷を求める方法。
【請求項２】
その時点での酸素負荷の相対値（ｍＯ２）を式
【数１】
2007534877.tif 000017
により計算し、ここでｍＯ２はその時点での酸素負荷であり、λは触媒前方ラムダセンサ信号であり、
2007534877.tif 000018
は空気流量であり、［Ｏ２］Luftは空気中の酸素分量である、請求項１記載の方法。
【請求項３】
触媒後方ラムダセンサ信号がリッチ混合気またはリーン混合気へ向かうブレークスルーを示したとき、その時点の酸素負荷（ｍＯ２）の相対値を初期化する、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
さらに触媒（６）の最大酸素吸蔵能力（ｍＯ２＿ｍａｘ）を触媒後方ラムダセンサ信号の２つのブレークスルー間の時間積分により求める、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
３元触媒（６）と、該触媒の前方に配置されたリニアな触媒前方ラムダセンサ（５）と、該触媒の後方に配置された触媒後方ラムダセンサ（７）と、空気流量測定装置（９）とを備えたラムダ制御式内燃機関（１）の３元触媒の排気ガス後処理の制御および／または監視方法において、
触媒（６）のその時点での酸素負荷（ｍＯ２）の相対値を触媒前方ラムダセンサ信号および測定された空気流量から時間積分により計算するステップと、
その時点での酸素負荷の絶対値を得るために触媒後方ラムダセンサ信号を用いて所定の時間間隔で相対値を初期化するステップと、
触媒（６）の最大酸素吸蔵能力（ｍＯ２＿ｍａｘ）を計算するステップと、触媒（６）のその時点での酸素負荷（ｍＯ２）と最大酸素吸蔵能力（ｍＯ２＿ｍａｘ）との商からその時点の酸素商（ｑＯ２）を計算し、酸素負荷の度合いに依存して介入制御の評価を行うステップと
を有する
ことを特徴とする３元触媒の排気ガス後処理の制御および／または監視方法。
【請求項６】
触媒（６）を診断するために、内燃機関（１）のラムダ制御における駆動および触媒前方ラムダセンサ信号のλ＝１の周囲での振動、すなわち通常駆動時の酸素負荷を超えて周期的に変化する所定の酸素負荷へラムダ制御を予調整することによる触媒前方ラムダセンサ信号の振動を行い、触媒後方ラムダセンサ信号の振動特性が目標範囲を外れる場合に触媒の欠陥を診断し、ここで診断開始前にラムダ制御により酸素商（ｑＯ２）をあらかじめ定められた値すなわち診断に必要な目標値へ設定する、請求項５記載の方法。
【請求項７】
触媒（６）の経時劣化を監視するために、所定の時間間隔で求められた最大酸素吸蔵能力値とあらかじめ定められた閾値とを比較し、最大酸素吸蔵能力が閾値を下回る場合に当該の診断を実行する、請求項５または６記載の方法。
【請求項８】
減速時フューエルカットオフフェーズ後の触媒（６）の洗浄を制御するために、減速時フューエルカットオフフェーズ後の触媒特性に適合化された酸素商（ｑＯ２）の目標特性を設定し、ラムダ制御により減速時フューエルカットオフフェーズ後の酸素商を該目標特性へ向かって制御する、請求項５記載の方法。
【請求項９】
ラムダ制御式内燃機関の排気ガス後処理を制御するために、酸素商（ｑＯ２）が所定の目標値、例えば５０％の目標値へ向かって制御されるようにラムダ制御回路を調整する、請求項５記載の方法。
【請求項１０】
ラムダ制御式内燃機関の排気ガス後処理を制御するために、ラムダ制御回路の介入制御の際にその時点での酸素負荷（ｍＯ２）を考慮し、ここで酸素商（ｑＯ２）があらかじめ定められた第１の閾値を上回る場合に混合気をリーン化する既存の介入制御を行わず、酸素商（ｑＯ２）があらかじめ定められた第２の閾値を下回る場合に混合気をリッチ化する既存の介入制御を行わない、請求項５記載の方法。
【国際調査報告】
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