(57)【要約】      （修正有）【課題】内燃エンジンをある範囲の動作条件で動作させる方法及びシステムを提供する。【解決手段】エンジンを初期Ｏ２電圧設定値で動作させる方法要素と、排出量を減らすようにＯ２電圧設定値を新たなＯ２電圧設定値に自動的に調節する方法要素とを含んでいる。特定の実施形態では、内燃エンジンの排出量を制御する制御システムが提供される。制御システムは、Ｏ２電圧設定値を制御する少なくとも１つのサブシステムと、エンジン排気中のＮＯｘ排出量を測定する少なくとも１つのサブシステムと、最適なＯ２電圧設定値を決定するためにラムダ掃引を開始する少なくとも１つのサブシステムとを含んでいる。【選択図】図１
2013119858.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのＯ2センサを有する内燃エンジンをある範囲の動作条件で動作させる方法であって、
前記エンジンを初期Ｏ2電圧設定値で動作させる方法要素と、
排出量を減らすように前記Ｏ2電圧設定値を新たなＯ2電圧設定値に自動的に調節する方法要素と
を含む、方法。
【請求項２】
排出量を減らすように前記Ｏ2電圧設定値を自動的に調節する前記方法要素は、ＮＯｘの測定値が不安定になるまで前記Ｏ2電圧設定値を高い設定値から低い設定値に漸進的に低下させる方法要素と、ＮＯｘの測定値が安定するまで前記Ｏ2電圧設定値を漸進的に上昇させる方法要素とを含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記Ｏ2電圧設定値を漸進的に低下させる前記方法要素は、前記Ｏ2電圧設定値を予め決められた掃引速度で低下させる方法要素を含む、請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記Ｏ2電圧設定値を漸進的に上昇させる前記方法要素は、前記Ｏ2電圧設定値を予め決められた掃引速度と、予め決められたＯ2電圧設定値量とのうちの一方で上昇させる方法要素を含む、請求項２記載の方法。
【請求項５】
前記Ｏ2電圧設定値を動作条件の変化及びタイマのうちの１つに応じて調節する方法要素をさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記動作条件の変化は、前記エンジンへの新たな負荷、新たなエンジン速度、新たな周囲条件を含むグループから選択される動作条件の変化、触媒の劣化、及び、動作時間間隔を含む、請求項５記載の方法。
【請求項７】
排気のＯ2含有量を感知する方法要素と、
排気のＮＯｘ含有量を感知する方法要素と
をさらに含み、
前記Ｏ2電圧設定値量を自動的に調節する前記方法要素は、
前記ＮＯｘ含有量が不安定になるまで前記Ｏ2電圧設定値を漸進的に低下させる方法要素と、
前記ＮＯｘ含有量が安定するまで前記Ｏ2電圧設定値を漸進的に上昇させる方法要素とを含む、
請求項１記載の方法。
【請求項８】
ある範囲の動作条件での内燃エンジンの排出量性能を向上させるシステムであって、
前記内燃エンジンからの排気を処理する触媒サブシステムと、
前記触媒サブシステムの上流に配置されたＯ2センサと、
前記排気内に配置されたＮＯｘセンサと
前記Ｏ2センサ及び前記ＮＯｘセンサからデータを受信し、排出量を減らすようにＯ2電圧設定値を新たなＯ2電圧設定値に自動的に調節する制御サブシステムと
を備える、システム。
【請求項９】
前記制御サブシステムは、ＮＯｘの安定性レベルが破られるまで前記Ｏ2電圧設定値を高い設定値から低い設定値に漸進的に調節し、ＮＯｘの測定値が安定するまで前記Ｏ2電圧設定値を漸進的に上昇させる制御サブシステムをさらに備える、請求項８記載のシステム。
【請求項１０】
前記Ｏ2電圧設定値を漸進的に調節する前記制御サブシステムは、前記Ｏ2電圧設定値を予め決められた掃引速度と、予め決められたＯ2電圧設定値量とのうちの一方で調節する制御サブシステムを備える、請求項８記載のシステム。
【請求項１１】
前記制御サブシステムは、前記動作条件の変化に応じてＯ2電圧設定値量を自動的に調節し、前記動作条件の変化は、前記エンジンへの新たな負荷、新たなエンジン速度、新たな周囲条件、新たな燃料品質、及び、動作時間間隔のうち少なくとも１つを含む、請求項８記載のシステム。
【請求項１２】
内燃エンジンの排気中の排出量を制御する制御システムであって、
Ｏ2電圧設定値を制御する少なくとも１つのサブシステムと、
前記エンジン排気中のＮＯｘ排出量を測定する少なくとも１つのサブシステムと、
最適なＯ2電圧設定値を決定するためにラムダ掃引を開始する少なくとも１つのサブシステムと
を備える、制御システム。
【請求項１３】
前記ラムダ掃引を開始する前記サブシステムは、
ＮＯｘの安定性しきい値が破られるまで前記Ｏ2電圧設定値を低下させるサブシステムと、
前記エンジン排気中のＮＯｘ排出量が安定するまで前記Ｏ2電圧設定値を上昇させるサブシステムと
を備える、請求項１２記載の制御システム。
【請求項１４】
前記Ｏ2電圧設定値を前記最適なＯ2電圧設定値に設定する少なくとも１つのサブシステムをさらに備える、請求項１２記載の制御システム。
【請求項１５】
ラムダ掃引を開始する前記サブシステムは、リーンラムダ掃引を開始する少なくとも１つのサブシステムと、リッチラムダ掃引を開始する少なくとも１つのサブシステムとを備える、請求項１２記載の制御システム。
【請求項１６】
リーンラムダ掃引を開始する前記サブシステムは、
前記ＮＯｘ排出量が不安定になるまで前記Ｏ2電圧設定値を漸進的に低下させる少なくとも１つのサブシステムと、
前記ＮＯｘ排出量が安定するまで前記Ｏ2電圧設定値を漸進的に上昇させる少なくとも１つのサブシステムと
を備える、請求項１５記載の制御システム。
【請求項１７】
リッチラムダ掃引を開始する前記サブシステムは、
前記ＮＯｘ排出量が不安定になるまで前記Ｏ2電圧設定値を漸進的に上昇させる少なくとも１つのサブシステムと、
前記ＮＯｘ排出量が安定するまで前記Ｏ2電圧設定値を漸進的に低下させる少なくとも１つのサブシステムと
を備える、請求項１５記載の制御システム。
【請求項１８】
ラムダ掃引を開始する前記サブシステムは、
リーンＯ2電圧設定値を決定するためにリーンラムダ掃引を開始する少なくとも１つのサブシステムと、
リッチＯ2電圧設定値を決定するためにリッチラムダ掃引を開始する少なくとも１つのサブシステムと、
前記リーンＯ2電圧設定値と前記リッチＯ2電圧設定値の間のＯ2電圧設定値を決定する少なくとも１つのサブシステムと
を備える、請求項１２記載の制御システム。
【請求項１９】
内燃エンジンの排気中の排出量を制御する方法であって、
ＮＯｘ排出量を測定する方法要素と、
新たな動作条件でのＮＯｘ排出量がＮＯｘ排出基準を遵守するＯ2電圧設定値を決定するためにラムダ掃引を開始する方法要素と、
前記内燃エンジンを前記新たなＯ2電圧設定値で動作させる方法要素と
を含む、方法。
【請求項２０】
前記新たな動作条件でのＣＯ排出量がＣＯ排出基準を遵守するＯ2電圧設定値を決定するためにラムダ掃引を開始する方法要素をさらに含む、請求項１９記載の方法。
【請求項２１】
ラムダ掃引を開始する前記方法要素は、
前記ＮＯｘ排出量が不安定になるまで前記Ｏ2電圧設定値を漸進的に低下させる方法要素と、
前記ＮＯｘ排出量が安定するまで前記Ｏ2電圧設定値を漸進的に上昇させる方法要素と
を含む、請求項１９記載の方法。
【請求項２２】
ラムダ掃引を開始する前記方法要素は、前記ＮＯｘ排出量が不安定になるまで前記Ｏ2電圧設定値を漸進的に上昇させる方法要素と、前記ＮＯｘ排出量が安定するまで前記Ｏ2電圧設定値を漸進的に低下させる方法要素とを含む、請求項２０記載の方法。
【請求項２３】
内燃エンジンの排気中の排出量を制御する制御モジュールによって実行されると、前記制御モジュールに、
ＮＯｘ排出量を測定させ、
前記新たな動作条件でのＮＯｘ排出量がＮＯｘ排出基準を遵守するＯ2電圧設定値を決定するためにラムダ掃引を開始させ、
前記内燃エンジンを前記新たなＯ2電圧設定値で動作させる
コンピュータ読み取り可能な命令を有する１つ又は複数のコンピュータ読み取り可能な媒体。
【請求項２４】
前記制御モジュールに、前記新たな動作条件でのＣＯ排出量がＣＯ排出基準を遵守するＯ2電圧設定値を決定するためにラムダ掃引をさらに開始させる、請求項２３記載の１つ又は複数のコンピュータ読み取り可能な媒体。
【請求項２５】
前記制御モジュールにラムダ掃引を開始させる前記命令は、前記制御モジュールに、
前記ＮＯｘ排出量が不安定になるまで前記Ｏ2電圧設定値を漸進的に低下させ、
前記ＮＯｘ排出量が安定するまで前記Ｏ2電圧設定値を漸進的に上昇させる
命令を含む、請求項２４記載の１つ又は複数のコンピュータ読み取り可能な媒体。
【請求項２６】
前記制御モジュールにラムダ掃引を開始させる前記命令は、前記制御モジュールに、
前記ＮＯｘ排出量が不安定になるまで前記Ｏ2電圧設定値を漸進的に上昇させ、
前記ＮＯｘ排出量が安定するまで前記Ｏ2電圧設定値を漸進的に低下させる
命令を含む、請求項２４記載の１つ又は複数のコンピュータ読み取り可能な媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示する主題は、内燃エンジンの排出量制御に関し、より具体的には、内燃エンジンのＣＯ及びＮＯｘの排出量の制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃エンジンは、燃焼混合物が化学量論的燃焼反応に必要な正確な相対比率で空気と燃料を含む方法で理想的に動作する。リッチバーンエンジンは化学量論的燃料量で又はわずかに過剰な燃料で動作することができ、リーンバーンエンジンは化学量論的燃焼に必要な量に比べて過剰な酸素（Ｏ2）で動作する。リーンモードでの内燃エンジンの動作は絞り損失を減らすことができ、より高い圧縮比を活用し、これによって性能及び効率を改善することができる。他方では、リッチバーンエンジンは比較的単純で、信頼性があり、安定しており、変化する負荷にうまく適応する。
【０００３】
排出基準を遵守するために、多くのリッチバーン内燃エンジンは、三元触媒としても知られる非選択的触媒還元（ＮＳＣＲ）サブシステムを利用している。これらのサブシステムは、窒素酸化物ＮＯ及びＮＯ2（総称してＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）、及び揮発性有機化合物（ＶＯＣ）の排出量を、他の規制排出量と共に減少させる。三元触媒は、高い還元効率を有し、経済的であるが、排出基準を満たすために、エンジンの空燃比の厳密な制御を必要とする。これらの基準は、時にはブレーキ馬力時当たりの排出量のグラム（ｇ／ｂｈｐ−ｈｒ）によって記述される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第４，４９２，５５９号明細書
【発明の概要】
【０００５】
以前は、触媒によるリッチバーン排出量制御は、触媒サブシステムの入力位置及び出力位置の両方でのＯ2感知を使用することによってのみ可能であった。これらのシステムでは、制御サブシステムは、排気中に一定のＯ2含有量を維持するように連続的に空燃比を調節していた。Ｏ2含有量についての目標値（Ｏ2電圧設定値）は定常的であった。時折、これらの制御システムは、触媒動作ウインドウの変化と同時に、変化する動作条件及び環境条件全体にわたって最適であるよりも大きな排出量の変化を認めていた。理由は、低いＮＯｘ及びＣＯ排出量レベルに達するために、Ｏ2電圧設定値を単純に１つの値に設定することができないからである。排出量遵守のための最適なＯ2電圧設定値は、他の条件のうち、負荷条件、速度条件、周囲条件に応じて変化する。
【０００６】
本発明の一態様によれば、少なくとも１つのＯ2センサを有する内燃エンジンをある範囲の動作条件で動作させる方法が提供される。この態様の方法は、エンジンを初期Ｏ2電圧設定値で動作させる方法要素と、排出量を減らすようにＯ2電圧設定値を新たなＯ2電圧設定値に自動的に調節する方法要素とを含んでいる。
【０００７】
本発明の他の態様によれば、ある範囲の動作条件での内燃エンジンの排出量性能を向上させるシステムが提供される。この態様のシステムは、内燃エンジンからの排気を処理する触媒サブシステムと、触媒サブシステムの上流に配置されたＯ2センサと、排気内に配置されたＮＯｘセンサとを含んでいる。この態様のシステムは、また、Ｏ2センサ及びＮＯｘセンサからデータを受信し、排出量を減らすようにＯ2電圧設定値を新たなＯ2電圧設定値に自動的に調節する制御サブシステムを含んでいる。
【０００８】
本発明の他の態様によれば、内燃エンジンの排気中の排出量を制御する制御システムが提供される。この態様の制御システムは、Ｏ2電圧設定値を制御する少なくとも１つのサブシステムと、エンジン排気中のＮＯｘ排出量を測定する少なくとも１つのサブシステムと、最適なＯ2電圧設定値を決定するためにラムダ掃引を開始する少なくとも１つのサブシステムとを含んでいる。
【０００９】
本発明の他の態様によれば、内燃エンジンの排気中の排出量を制御する方法が提供される。この態様の方法は、ＮＯｘ排出量を測定する方法要素と、新たな動作条件でのＮＯｘ排出量がＮＯｘ排出基準を遵守するＯ2電圧設定値を決定するためにラムダ掃引を開始する方法要素と、内燃エンジンを新たなＯ2電圧設定値で動作させる方法要素とを含んでいる。
【００１０】
本発明の他の態様によれば、コンピュータ読み取り可能な媒体が提供される。この態様のコンピュータ読み取り可能な媒体は、内燃エンジンの排気中の排出量を制御する制御モジュールによって実行されると、制御モジュールに、ＮＯｘ排出量を測定させ、新たな動作条件でのＮＯｘ排出量がＮＯｘ排出基準を遵守するＯ2電圧設定値を決定するためにラムダ掃引を開始させ、内燃エンジンを新たなＯ2電圧設定値で動作させる命令を提供する。
【００１１】
図面の以下の説明は、いかなる形でも限定するものとして意図されておらず、また限定するものとして解釈されるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】一実施形態による内燃エンジンシステムの一例の図である。
【図２】ＮＯｘ遵守ウインドウでの動作条件の影響を例示するグラフである。
【図３】一実施形態の工程を示すフローチャートである。
【図４】一実施形態の動作原理を例示するグラフである。
【図５】一実施形態の工程を示すフローチャートである。
【図６】一実施形態の動作原理を例示するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の一実施形態による改善された排出量制御能力を有する内燃エンジンシステム１を図１に例示する。内燃エンジンシステム１は、左シリンダ列３及び右シリンダ列５を含んでいる。左シリンダ列３は、複数のシリンダ７、９、１１、１３、１５及び１７を含んでいる。右シリンダ列５は、複数のシリンダ１９、２１、２３、２５、２７及び２９を含んでいる。本実施形態の内燃エンジンシステム１を１２のシリンダと共に例示しているが、任意の数（１、２、４、８、１４、１６等）のシリンダを使用することができる。内燃エンジンシステム１は、フライホイール３１も含んでいる。
【００１４】
内燃エンジンシステム１は、右シリンダ列５に関連付けられた右レギュレータ３３と、左シリンダ列３に関連付けられた左レギュレータ３５も含んでいる。右レギュレータ３３は、右シリンダ列５への空気及び燃料の流れを制御し、左レギュレータ３５は、左シリンダ列３への空気及び燃料の流れを制御する。レギュレータは、システムの動作パラメータを、通常は特定の規定された又は予め設定された制限内で決定し、維持する装置である。右レギュレータ３３及び左レギュレータ３５は、それぞれ右シリンダ列５及び左シリンダ列３の空燃比を調節する。図１に例示した実施形態はレギュレータに言及しているが、例えば、電子燃料噴射装置、キャブレータ等のような、空燃比を制御するために使用することができる任意の装置又は装置の組み合わせを含むことができる。
【００１５】
内燃エンジンシステム１からの排気ガスを運ぶマニホールド３７が、右シリンダ列５及び左シリンダ列３に関連付けられている。マニホールド３７は、少なくとも１つの左Ｏ2センサ３９が中に配置された左マニホールド管３８と、少なくとも１つの右Ｏ2センサ４１が中に配置された右マニホールド管４０とを含んでいる。左Ｏ2センサ３９及び右Ｏ2センサ４１（ラムダセンサとしても知られる）は、マニホールド３８、４０内の排気中のＯ2の割合を測定し、燃焼エンジンの空燃比がリッチであるかリーンであるかをリアルタイムで決定する電子装置である。左Ｏ2センサ３９及び右Ｏ2センサ４１からの情報を、空燃比を間接的に決定するために使用することができる。いくつかの実施形態では、１つのＯ2センサのみを使用することができる。利用可能なＯ2センサの形式の中に、濃淡電池（ジルコニアセンサ）、酸化物半導体（ＴｉＯ2センサ）、及び電気化学的Ｏ2センサ（制限電流式センサ）がある。センサは、典型的にはＯ2濃度を直接測定せず、排気ガス中のＯ2の量と基準標本中のＯ2の量との差を測定する。リッチな混合物はＯ2の需要を引き起こす。この需要は、結果として、Ｏ2イオンがセンサ層を通過することによる電圧の上昇を生じさせることになる。リーンな混合物は、過剰なＯ2がないため、結果として低電圧を生じさせる。
【００１６】
内燃エンジンシステム１からの排気ガスは、右マニホールド管４０及び左マニホールド管３８を通って、ＮＯｘ及びＣＯ排出量を減らすための触媒を含む触媒室４３中に運ばれる。好適実施形態では、触媒は、内燃エンジン用途に一般的に使用される三元触媒であってもよい。触媒は、ＣＯ、ＮＯｘ及びＶＯＣの排出量を、還元及び酸化によって変換し、二酸化炭素、窒素及び水を生成する。三元触媒は、エンジンが化学量論に近い狭い帯域の空燃比で動作する場合、有効である。触媒の変換効率は、エンジンがその帯域外の空燃比で動作する場合、大幅に低下する。リーンエンジン動作の下では、過剰なＯ2が存在し、ＮＯｘの削減には不利である。リッチ条件下では、過剰な燃料が触媒前の排気中の利用可能な酸素をすべて消費し、それによって、酸化反応があまり起こらなくなる。
【００１７】
ＮＯｘセンサ４５を、触媒室４３の下流に配置する。代替の実施形態では、ＮＯｘセンサ４５を、（触媒を使用している場合）触媒室４３の上流に配置してもよく、複数のＮＯｘセンサを使用してもよい。ＮＯｘセンサは、内燃エンジンシステム１のような燃焼環境中の窒素酸化物を検出する装置である。内燃エンジンシステム１での使用に適応した種々の異なったセンサが利用可能である。例えば、（電位差測定又は電流測定の）固体電解質と、半導体型とを含む、種々の固体電気化学センサが存在する。
【００１８】
ＮＯｘセンサ４５と、右Ｏ2センサ４１及び左Ｏ2センサ３９と、右レギュレータ３３及び左レギュレータ３５とを、すべて排出量制御モジュール４７に結合する。排出量制御モジュール４７を、マイクロプロセッサ及びメモリとして、又は、ソフトウェアとして設けることができ、さもなければ、内燃エンジンシステム１に関連付けられた他のプロセッサ又は電子システム内に、あるいは任意の他の既知の形態で設ける、又は埋め込むこともできる。排出量制御モジュール４７は、種々の実施形態では、１つ又は複数の計算装置によって実行可能な命令を含んでもよい。このような命令を、Ｊａｖａ（登録商標）、Ｃ、Ｃ＋＋、Ｖｉｓｕａｌ  Ｂａｓｉｃ（登録商標）、ＪａｖａＳｃｒｉｐｔ（登録商標）、Ｐｅｒｌ、等を単独で又は組み合わせにおいて無制限に含む、種々の既知のプログラミング原語及び／又は技術を使用して形成されたコンピュータプログラムからコンパイル又はインタプリタすることができる。一般的には、プロセッサ（例えばマイクロプロセッサ）は、命令を、例えば、メモリ、コンピュータ読み取り可能な媒体、等から受け、これらの命令を実行し、それによって、本明細書に記載した１つ又は複数のプロセスを含む１つ又は複数のプロセスを実行する。このような命令及び他のデータを、種々の既知のコンピュータ読み取り可能な媒体を使用して格納及び伝送することができる。
【００１９】
コンピュータ読み取り可能な媒体は、コンピュータによって読み取ることができるデータ（例えば、命令）を提供することに関与する任意の媒体を含む。このような媒体は、不揮発性媒体、揮発性媒体、及び伝送媒体を含むがこれらに限定されない多くの形態をとることができる。不揮発性媒体は、例えば、光ディスク又は磁気ディスクや、他の永続的メモリを含む。揮発性メモリは、典型的にはメインメモリを構成するダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）を含む。伝送媒体は、プロセッサに結合されるシステムバスを構成するワイヤを含む、同軸ケーブル、銅線、及び光ファイバを含む。伝送媒体は、無線周波数（ＲＦ）及び赤外線（ＩＲ）データ通信中に生成されるような、音波、光波、及び電磁放射を含む又は伝えることができる。コンピュータ読み取り可能な媒体の一般的な形態は、例えば、フロッピーディスク（登録商標）、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気テープ、任意の他の磁気媒体、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、任意の他の光媒体、パンチカード、紙テープ、穴のパターンを有する任意の他の物理媒体、ＲＡＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、フラッシュＥＥＰＲＯＭ、任意の他のメモリチップ又はカートリッジ、以下に説明するような搬送波、又は、コンピュータが読み取ることができる任意の他の媒体を含む。
【００２０】
改善された排出量制御能力を有する内燃エンジンシステム１は、左Ｏ2センサ３０、右Ｏ2センサ４１、又はその両方のような１つ又は複数のＯ2センサの設定値を自動的に調節することによって、ある範囲の動作条件で動作することができる。Ｏ2電圧設定値は、排出量制御モジュール４７が、エンジンに入る燃料の量を空気の量に対して制御することによって達することを目指すＯ2についての目標値である。空気に対するエンジンに入る燃料の量を空燃比（ＡＦＲ）と呼び、時には、化学量論的ＡＦＲに対するエンジンのＡＦＲであるラムダ（λ）として表す。内燃エンジンシステム１は、ＮＯｘ測定値が不安定になる又は急に上昇する（すなわち、安定性レベルのしきい値が破られる）まで、プレ触媒Ｏ2電圧設定値を、調整済みの掃引速度で、調整済みの高い設定値から低いＯ2電圧設定値まで下向きに調節することによって、改善された排出量性能を達成する。一実施形態では、安定性を、所与の期間にわたってＮＯｘ濃度を測定することによって決定することができる。掃引速度は、毎秒ミリボルトであってもよく、具体的にはエンジンごとに調整することができる。安定性のしきい値が破られたら、Ｏ2電圧設定値を、調整された掃引速度で、安定性のレベルに達する（ＮＯｘセンサ４５のＮＯｘ読み取り値が再び安定する）まで、上向きに調節する。
【００２１】
設定値を自動的に調節するための工程の背後にある原理は、図２の参照によって最もよく理解される。図２は、リッチバーンエンジンのＮＯｘ及びＣＯ排出量に関する典型的な触媒ウインドウ特性を例示している。グラフには、ｇ／ｂｈｐ−ｈｒ．ボルトで測定した排出量をラムダに対してプロットしてある。化学量論的混合物ではλ＝１、リッチ混合物ではλ＜１、リーン混合物ではλ＞１である。
【００２２】
図２のグラフの右側には、特定の条件の組Ｃ１についてのＮＯｘ排出量の値を、三角形を重ねた連続二重線によって図示している。このグラフの左側には、条件Ｃ１についてのＣＯ排出量の値を、四角形を重ねた実線として示している。遵守ウインドウを、影を付けた矩形領域によって表している。ラムダが減少するにつれてＣＯ排出量が急速に上昇し始める領域を、Ａとして示す円で強調している。これをラムダ曲線のリッチ屈折部（ｒｉｃｈ  ｋｎｅｅ）と呼ぶ。ラムダ値が増加するにつれてＮＯｘ排出量が急速に上昇し始める領域を、Ｂとして示す円で強調している。これをラムダ曲線のリーン屈折部と呼ぶ。好適な動作ウインドウは、通常、ラムダ曲線のリッチ屈折部とリーン屈折部の間にある。
【００２３】
例えば、エンジン負荷、燃料品質、又はエンジンの周囲条件が変化すると、条件Ｃ１は、Ｃ２、Ｃ３に示すようにシフトする可能性があり、又は、他の方向にシフトする可能性がある。条件が条件Ｃ１から条件Ｃ２に変化すると、（グラフの右側に二重点線として示す）ＮＯｘ曲線と、（グラフの左側に二重実線として示す）ＣＯ曲線の間の領域は狭くなる。条件が条件Ｃ１から条件Ｃ３に変化すると、ＮＯｘ曲線とＣＯ曲線の間の領域は広くなる。加えて、条件が変化すると共に、ＮＯｘ曲線及びＣＯ曲線は左又は右にシフトする可能性がある。この現象は、定常的なＯ2電圧設定値による排出量の制御をきわめて困難にする。
【００２４】
図３は、ＮＯｘ遵守５０のために新たなＯ2電圧設定値を設定する方法の一実施形態を例示している。内燃エンジンシステム１は、開始Ｏ2電圧設定値で動作している（方法要素５１）。例えば、負荷の変化、動作速度の変化、周囲条件の変化、指定された時間増分の経過、等のような条件の変化を検出する（方法要素５３）。この時点で、排出量制御モジュール４７は、予め決められた増分によるＯ2電圧設定値の低下を指示する。Ｏ2電圧設定値の増分低下を、各内燃エンジンシステム１について決定された調整済みの掃引速度から決定することができる。調整済みの掃引速度を、Ｏ2センサ（左Ｏ2センサ３９、右Ｏ2センサ４１、又は両方）及びＮＯｘセンサ４５が安定するのに要した時間に基づいて、エンジンについて決定することができる。次にＮＯｘ排出量及びＯ2濃度を測定することができる（方法要素５７及び５９）。次に、ＮＯｘの安定性のしきい値が破られているかどうかの決定を、方法要素５７からの値に基づいて行う（方法要素６１）。ＮＯｘの安定性のしきい値が破られていない場合、Ｏ2電圧設定値を、再び予め決められた量だけ低下させることができる（方法要素５５）。ＮＯｘの安定性のしきい値が破られているならば、Ｏ2電圧設定値を、予め決められた増分だけ上昇させることができる（方法要素６３）。次に、ＮＯｘ排出量の変化の決定を行うことができ（方法要素６５）、Ｏ2濃度を測定することができる（方法要素６７）、次に、ＮＯｘレベルが安定している（すなわち、０に近いＮＯｘレベルの変化率）かどうかについての決定を行うことができる（方法要素６９）。ＮＯｘレベルが安定していない場合、ＮＯｘレベルが安定するまで、Ｏ2電圧設定値を再び予め決められた量だけ上昇させることができる（方法要素６３）。アルゴリズムの安定性の部分を実行するためには、ＮＯｘ屈折部又はＣＯ屈折部に近づいていることを示すためにフィルタ処理及びデバウンスタイマを使用する計画を実行することが必要である可能性がある。次に、ＮＯｘが安定する新たなＯ2電圧設定値を保存することができる（方法要素７１）。Ｏ2電圧設定値を、ラムダ曲線のＮＯｘ屈折部のちょうどリッチな設定値を維持するために、調整済みの値から上向き又は下向きにずらしてもよい（方法要素７３）。調整済みの値をエンジンごとに決定することができる。この時点で工程を終了してもよく（方法要素７５）、条件の変化の検出に応じて、又は予め決められた期間が経過した後、再開してもよい。方法要素５５〜６９は、リーンラムダ掃引７７を含んでいる。
【００２５】
ＮＯｘ遵守のために新たなＯ2電圧設定値を設定する方法５０の原理を、図４を参照して最良に例示する。図４は、時間と共に変化するＯ2電圧設定値（実線）に対してＮＯｘ濃度の測定値（二重線）をプロットしたグラフである。Ｏ2電圧設定値は、方法の下向きの掃引で、開始Ｏ2電圧設定値から予め決められた割合で低下している。Ｏ2電圧設定値が低下するにつれて、ＮＯｘ濃度が急に上昇すると、安定性のしきい値が破られる。この時点で、Ｏ2電圧設定値は、ＮＯｘレベルが低下し、安定するまで、上向きの掃引で予め決められた速度で上昇する。新たなＯ2電圧設定値は、ＮＯｘ排出量が安定するレベルに設定される。
【００２６】
内燃エンジンシステム１を、ＮＯｘ及びＣＯ遵守のための最適なＯ2電圧設定値でエンジンを動作させるために使用することができる。ＮＯｘセンサ４５を、ラムダ曲線のリッチ屈折部に近づく際のＮＯｘｐｐｍ出力の増加として表されるＣＯ濃度の指標を提供するために使用することができる。リッチ側のＣＯ濃度は、ＮＯｘセンサ４５に安定した干渉を形成するように現れ、結果として、ＮＯｘの読み取り値を生じる。この異常は、ＮＯｘセンサ４５によってＮＯｘ濃度として報告される極端なリッチレベルのアンモニア形成によって引き起こされる。
【００２７】
この異常とリーン及びリッチ安定性検出アルゴリズムの両方を使用して、ＮＯｘ及びＣＯ遵守のための新たなＯ2電圧設定値を設定する方法を開発することができる。これは、ラムダ曲線のリーン屈折部及びリッチ屈折部の両方の位置を確認するためにラムダ掃引を実行する（すなわち、Ｏ2電圧設定値を掃引する）ことによって達成される。次に、Ｏ2電圧設定値を、排出量曲線の最適な部分での触媒からのより少ないＮＯｘ及びＣＯの排出量を達成するために、リーン屈折部とリッチ屈折部の間の値に再調節することができる。
【００２８】
図５は、排出量制御モジュール４７によって実行することができる、ＮＯｘ及びＣＯ遵守８０のために新たなＯ2電圧設定値を設定する方法の一実施形態を例示している。この方法では、内燃エンジンシステム１は、開始Ｏ2電圧設定値で動作している（方法要素８１）と仮定している。条件の変化の検出（方法要素８３）に応じて、排出量制御モジュール４７は、リーンラムダ掃引を開始することができる（方法要素８５）（例えば、エンジンの動作を、図２のリーン屈折部の方向にリーンＯ2電圧設定値まで掃引し、結果としてリーンエンジンラムダを生じる）。リーンラムダ掃引を、図３中に基準７７としてより具体的に記載している。リーンＯ2電圧設定値を方法要素８７で保存し、Ｏ2電圧設定値を予め決められた増分だけ上昇させることによってリッチラムダ掃引を開始する（方法要素８９）（例えば、エンジンの動作を、図２のリッチ屈折部の方向にリッチＯ2電圧設定値まで掃引し、結果としてリッチエンジンラムダを生じる）。ＮＯｘ排出量及びＯ2濃度を、それぞれ方法要素９１及び９３で測定する。次に、ラムダ曲線のリッチ側のＮＯｘ安定性しきい値が破られているかどうかを決定する（方法要素９５）。上述したように、安定性しきい値は、ＮＯｘレベルが急に上昇したときに破られる。ＮＯｘ安定性レベルが破られていない場合、Ｏ2電圧設定値を再び予め決められた増分だけ上昇させる（方法要素８９）。ＮＯｘ安定性レベルが破られている場合、Ｏ2電圧設定値を予め決められた増分だけ低下させることによって、Ｏ2電圧設定値の下向きの掃引を開始する（方法要素９７）。ＮＯｘ排出量及びＯ2濃度を、それぞれ方法要素９９及び１０１で測定する。次に、排出量制御モジュール４７は、ＮＯｘレベルが安定しているかどうかを決定する（方法要素１０３）。ＮＯｘレベルが安定していない場合、排出量制御モジュール４７は、再びＯ2電圧設定値を予め決められた増分だけ低下させるように指示する（方法要素９７）。ＮＯｘが安定している場合、リッチＯ2電圧設定値を保存し（方法要素１０５）、Ｏ2電圧設定値を、保存したリーンＯ2電圧設定値とリッチＯ2電圧設定値の間のレベルに設定する（方法要素１０７）。次に、方法の反復を完了する（方法要素１０９）。方法要素８９から１０５を、リッチラムダ掃引１１１と呼ぶことができる。本明細書に記載したＯ2電圧設定値の増分及び減分を、予め決められた量だけ、又は、予め決められた掃引速度で、あるいは、ＮＯｘセンサが予め決められたしきい値濃度を読み取るまで、又は何か他の方法で変更することができる。
【００２９】
ＮＯｘ及びＣＯ遵守のために新たなＯ2電圧設定値を設定する方法８０の原理を、図６を参照して最良に例示する。図６は、ＮＯｘ濃度の測定値（下の曲線）及びＯ2電圧設定値（上の実線）の測定値をプロットしたグラフである。図６のグラフには、エンジンＲＰＭと、ステッパＲＢ及びステッパＬＢとして示す右レギュレータ３３及び左レギュレータ３５への信号も図示してある。新しい探索を、安定性しきい値が破られる（リーン探索中のＮＯｘの急な増加）までＯ2電圧設定値を低下させ、次に、ＮＯｘの読み取り値が再び安定するまでＯ2電圧設定値を上昇させることによって開始する。Ｏ2電圧設定値を、安定性しきい値が破られるまで上昇させ、次に、ＮＯｘレベルが再び安定するまで低下させる。この時点で、排出量制御モジュールは、リーン探索によって決定されたＯ2電圧設定値と、リッチ探索によって決定されたＯ2電圧設定値とを有している。これらの値は、ラムダ曲線のリッチ屈折部及びリーン屈折部に対応している。内燃エンジンシステム１の動作のための所望のＯ2電圧設定値は、典型的には２つのＯ2電圧設定値の間に入り、適宜に、排出量曲線の最適な部分での触媒からの最も少ないＮＯｘ及びＣＯの排出量を達成するために、これらのＯ2電圧設定値の中間点に設定することができる。
【００３０】
ラムダ掃引ルーチンが曲線の屈折部を検出できないときはいつでも、設定値の最適化を再試行するために新たな掃引を行うことができる。最適な設定値を検出できない理由は、燃料組成の変化、湿度の大きな変化、他の環境条件、又は、触媒性能の低下を含むことができる。適宜、排出量制御モジュール４７を、最適な設定値を屈折部の左に周期的に再確立するようにプログラムすることができる。これらの最適な値は、動作及び／又は環境条件の変化によってシフトするため、これを行う。
【００３１】
内燃エンジンシステム１は、環境及び触媒ウインドウがシフトする状況を含む動作条件のより広い範囲にわたるＮＯｘ及びＣＯ遵守を、Ｏ2設定値の周期的で自動的な再設定を行うことによって提供する。加えて、時間と共に行われる連続的な測定により、排出量制御モジュール４７は、排出量性能と排出量遵守状態を記録することができる。排出量制御モジュール４７に加えることができる他のオプションは、内燃エンジンシステム１が排出量規制を遵守していない場合のシャットダウン命令の追加を含む。
【００３２】
本明細書で上述した及び／又は請求した方法及び装置を、例示的な実施形態を参照して上記で説明したが、本明細書で上述した及び／又は請求した方法及び装置の範囲から逸脱することなく、種々の変更を行うことができ、均等物をそれらの要素の代わりに用いることができることは、当業者によって理解されるであろう。加えて、その範囲から逸脱することなく、特定の状況に適応するため、上記の教示に多くの修正を行うことができる。したがって、本明細書で上述した及び／又は請求した方法及び装置は、本発明を実施するために開示した実施形態に限定されず、本発明は、意図する請求項の範囲内に入るすべての実施形態を含むことを意図している。さらに、用語の第１の、第２の、等の使用は、重要性のどのような順序も示しておらず、むしろ、用語の第１の、第２の、等を、ある要素を他の要素から識別するために使用している。さらに、種々のコンピュータプラットフォーム、制御モジュール、及びオペレーティングシステムが考えられることを強調すべきである。
【符号の説明】
【００３３】
１  内燃エンジンシステム
３  左シリンダ列
５  右シリンダ列
７  左シリンダ
９  左シリンダ
１１  左シリンダ
１３  左シリンダ
１５  左シリンダ
１７  左シリンダ
１９  右シリンダ
２１  右シリンダ
２３  右シリンダ
２５  右シリンダ
２７  右シリンダ
２９  右シリンダ
３１  フライホイール
３３  右レギュレータ
３５  左レギュレータ
３７  マニホールド
３８  左マニホールド管
３９  左Ｏ2センサ
４０  右マニホールド管
４１  右Ｏ2センサ
４３  触媒室
４５  ＮＯｘセンサ
４７  排出量制御モジュール
５０  ＮＯｘ遵守のためにＯ2設定値を設定する方法
５１  開始Ｏ2設定値
５３  条件の変化を検出する
５５  Ｏ2設定値を予め決められた増分だけ低下させる
５７  ＮＯｘ排出量の変化を決定する
５９  Ｏ2濃度を測定する
６１  ＮＯｘ安定性しきい値が破られているか
６３  Ｏ2設定値を予め決められた増分だけ上昇させる
６５  ＮＯｘ排出量を測定する
６７  Ｏ2濃度を測定する
６９  ＮＯｘレベルが安定しているか
７１  新たなＯ2設定値を保存する
７３  新たなＯ2設定値をずらす
７５  終了
７７  リーンラムダ掃引
８０  ＮＯｘ及びＣＯ遵守のためにＯ2設定値を設定する方法
８１  開始Ｏ2設定値
８３  条件の変化を検出する
８５  リーンラムダ掃引を行う
８７  リーンＯ2設定値を保存する
８９  Ｏ2設定値を予め決められた増分だけ上昇させる
９１  ＮＯｘ排出量を測定する
９３  Ｏ2濃度を測定する
９５  ＮＯｘ安定性しきい値が破られているか
９７  Ｏ2設定値を予め決められた増分だけ低下させる
９９  ＮＯｘ排出量を測定する
１０１  Ｏ2濃度を測定する
１０３  ＮＯｘレベルが安定しているか
１０５  リッチＯ2設定値を保存する
１０７  Ｏ2設定値をリーンＯ2設定値とリッチＯ2設定値の間に設定する
１０９  終了
１１１  リッチラムダ掃引
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【外国語明細書】
2013119858000001.pdf