(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関に供給される混合気の空燃比を所定値に制御するために、比例積分（ＰＩ）２点制御器から出力される操作値（ＳＴＷ）を調整するための混合気制御器であって、
前記混合気制御器は、
ａ）内燃機関の排気ガス系の途中に挿入接続されている酸素センサの信号のその都度の実際値を検出し、
ｂ）測定実際値が前の測定値に比して、リッチ（濃厚）側方向へ閾値を横切って移行したか又はリーン（希薄）側方向へ閾値を横切って移行したかを調べ、
ｃ）リーン側方向へ閾値を横切って移行している場合には、
リッチ側方向への比例跳躍変化（Ｐ）によって大きなステップで前記操作値（ＳＴＷ）を調整し、先行のリーン側方向からリッチ側方向への操作値（ＳＴＷ）の積分をスタートし、
ｃ′）リッチ側方向へ閾値を横切って移行している場合には、
リッチ側方向への操作値（ＳＴＷ）の積分を停止し、所定の遅延時間の経過後にリーン側方向への積分をスタートし、
ｄ）前記ステップｃ）又はｃ′）の後でステップｂ）に戻るように構成されている混合気制御器において、
混合気制御器が、前記ステップｄ）でステップｂ）に戻る前のステップｃ）及び／又はステップｃ′）において、比例跳躍変化（Ｐ）の許容されない阻止時間（ｔ＿Ｓｐｅｒｒ）の経過を待つように構成されていることを特徴とする内燃機関の混合気制御器。
【請求項２】
内燃機関に供給される混合気の空燃比を所定値に制御するために、比例積分（ＰＩ）２点制御器から出力される操作値（ＳＴＷ）を調整するための混合気制御器であって、
前記混合気制御器は、
ａ）内燃機関の排気ガス系の途中に挿入接続されている酸素センサの信号のその都度の実際値を検出し、
ｂ）測定実際値が前の測定値に比して、リッチ（濃厚）側方向へ閾値を横切って移行したか又はリーン（希薄）側方向へ閾値を横切って移行したかを調べ、
ｃ）リーン側方向へ閾値を横切って移行している場合には、
リッチ側方向への比例跳躍変化（Ｐ）によって大きなステップで前記操作値（ＳＴＷ）を調整し、先行のリーン側方向からリッチ側方向への操作値（ＳＴＷ）の積分をスタートし、
ｃ′）リッチ側方向へ閾値を横切って移行している場合には、
リッチ側方向への操作値（ＳＴＷ）の積分を停止し、所定の遅延時間の経過後にリーン側方向への積分をスタートし、
ｄ）前記ステップｃ）又はｃ′）の後でステップｂ）に戻るように構成されている混合気制御器において、
測定値が遅延時間経過後に再びリーン領域内にある場合には、
混合気制御器が、ステップｃ′）でリーン方向への比例跳躍変化（Ｐ）を行わないように構成されていることを特徴とする内燃機関の混合気制御器。
【請求項３】
内燃機関に供給される混合気の空燃比を所定値に制御するために、比例積分（ＰＩ）２点制御器から出力される操作値（ＳＴＷ）を調整するための混合気制御器であって、
前記混合気制御器は、
ａ）内燃機関の排気ガス系の途中に挿入接続されている酸素センサの信号のその都度の実際値を検出し、
ｂ）測定実際値が前の測定値に比して、リッチ（濃厚）側方向へ閾値を横切って移行したか又はリーン（希薄）側方向へ閾値を横切って移行したかを調べ、
ｃ）リーン側方向へ閾値を横切って移行している場合には、
リッチ側方向への比例跳躍変化（Ｐ）によって大きなステップで前記操作値（ＳＴＷ）を調整し、先行のリーン側方向からリッチ側方向への操作値（ＳＴＷ）の積分をスタートし、
ｃ′）リッチ側方向へ閾値を横切って移行している場合には、
リッチ側方向への操作値（ＳＴＷ）の積分を停止し、所定の遅延時間の経過後にリーン側方向への積分をスタートし、
ｄ）前記ステップｃ）又はｃ′）の後でステップｂ）に戻るように構成されている混合気制御器において、
測定値が遅延時間中に所定のパーセント値に相応する時間よりも長くリーン領域内にあった場合には、
測定値が遅延時間終了後にリッチ領域内にあっても、ステップｃ′）でリーン方向への比例跳躍変化（Ｐ）を行わないように混合気制御器が構成されていることを特徴とする内燃機関の混合気制御器。
【請求項４】
前記パーセント値は６０％であることを特徴とする請求項３に記載の混合気制御器。
【請求項５】
混合気制御器が、リーンの場合のための前述の機能の代りに、リッチの場合のための前述の機能を実施し、逆にリッチのための前述の機能の代りに、リーンの場合のための前述の機能を実施することを特徴とする請求項１から４いずれか１項記載の混合気制御器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、内燃機関に供給される混合気の空燃比を所定値に制御するために、比例積分（ＰＩ）２点制御器から出力される操作値（ＳＴＷ）を調整するための混合気制御器であって、
前記混合気制御器は、
ａ）内燃機関の排気ガス系の途中に挿入接続されている酸素センサの信号のその都度の実際値を検出し、
ｂ）測定実際値が前の測定値に比して、リッチ（濃厚）側方向へ閾値を横切って移行したか又はリーン（希薄）側方向へ閾値を横切って移行したかを調べ、
ｃ）リーン側方向へ閾値を横切って移行している場合には、
リッチ側方向への比例跳躍変化（Ｐ）によって大きなステップで前記操作値（ＳＴＷ）を調整し、先行のリーン側方向からリッチ側方向への操作値（ＳＴＷ）の積分をスタートし、
ｃ′）リッチ側方向へ閾値を横切って移行している場合には、
リッチ側方向への操作値（ＳＴＷ）の積分を停止し、所定の遅延時間の経過後にリーン側方向への積分をスタートし、
ｄ）前記ステップｃ）又はｃ′）の後でステップｂ）に戻るように構成されている混合気制御器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
空燃比のための前述の所定値に、測定量の閾値が対応する。測定量がネルンストセンサの出力電圧であり、空燃比が値１を有する場合、閾値は、センサ電圧が直接に評価される場合には約４５０ｍＶである。場合に応じてこの閾値は例えば、０ｍＶ又はその他の適切な値に相当するように変換できる。重要な点は、センサ電圧が閾値電圧の一方の側にある場合には混合気制御器により混合気のリッチ化を行い、逆の場合にはリーン化を行うことにある。ネルンストセンサの電圧が直接に評価される場合、閾値電圧より上方の電圧は、絶対的にリッチな混合気に相当し、閾値電圧より下方の電圧は、絶対的にリーンな混合気に相当する。閾値電圧の状態は、ネルンストセンサの場合にはあまり臨界的でない、何故ならばリッチ側からリーン側への移行及び逆の移行は、混合気組成の非常に狭い領域内で非常に大きい電圧変移を示すからである。
【０００３】
内燃機関を平均して理論混合気により作動するのではなく、例えばリーン混合気により作動する場合、これに相応して閾値は、別の測定値領域内でリッチ化とリーン化との間の切換えを得るために変化される。本明細書において使用される”リッチ”及び”リーン”は閾値を基準とした相対値である。ネルンストセンサを使用する場合に閾値が例えば１００ｍＶ等の小さい値に定められている場合、２００ｍＶの測定値は、絶対的に見てすでにリーン混合気であるが、しかし測定値が閾値より下に下降するようにさらにリーン化されなければならず、従ってこの状態は、閾値を基準としてリッチである。
【０００４】
混合気の組成を求めるための測定量は、必ずしも電圧でなくともよく、例えばネルンストセンサの代りに限界電流形センサを使用して電流を測定してもよい。限界電流形酸素センサは、ネルンストセンサのように混合気の中の酸素含量と測定値との間に顕著な非線性を有することもあり、限界電流酸素センサのようにこの関係が顕著に線形であることもある。関係の非線形性が大きければ大きい程、本発明の手段は有利に作用する。
【０００５】
多気筒内燃機関において比例制御特性（いわゆるＰＩ特性）を有する混合気制御器を使用する場合、センサ電圧が、ＰＩ特性と、閉ループ制御回路の例えばガス走行時間に起因するタイムラグとから予測される周波数により高い周波数で振動することが観察される場合がある。米国特許第４９３２３８３号明細書に”化学ノイズ”と呼称されているこの効果は、多気筒内燃機関の異なるシリンダの混合気組成の間のばらつきに起因する。
【０００６】
１つの内燃機関の異なるシリンダが、それぞれ僅かに異なる混合気を供給される場合、１つのシリンダからの排気ガスはすでに僅かにリーンであり、別の１つのシリンダからの排気ガスはまだ僅かにリッチであることがある。この場合、測定値は短い時間間隔の間に複数回閾値を越えて上方又は下方へ急激に変化し、これにより、リッチ側からリーン側への移行が検出されるたびに比例跳躍変化（急激ステップ変化）Ｐがトリガがされる。これにより、操作値が非常に短い時間間隔の間に非常に大幅にリーン側へ移行されるという望ましくない現象が発生することがある。類似の望ましくない現象は、リーン側からリッチ側への移行後に遅延時間が終了すると発生する。いずれの場合にも、望ましくない比例跳躍変化Ｐにより混合気組成の閉ループ制御偏差が望ましくない程に大きくなる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、非常に小さな閉ループ制御偏差で混合気の組成を制御することのできる内燃機関の混合気制御器を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題は本発明により、混合気制御器が、前記ステップｄ）でステップｂ）に戻る前のステップｃ）及び／又はステップｃ′）において、比例跳躍変化Ｐの許容されない阻止時間ｔ＿Ｓｐｅｒｒの経過を待つように構成されたことにより解決され、又は測定値が遅延時間経過後に再びリーン領域内にある場合には、混合気制御器が、ステップｃ′）でリーン方向への比例跳躍変化Ｐを行わないように構成されたことにより解決され、又は、測定値が遅延時間中に所定のパーセント値に相応する時間よりも長くリーン領域内にあった場合には、
測定値が遅延時間終了後にリッチ領域内にあっても、ステップｃ′）でリーン方向への比例跳躍変化Ｐを行わないように混合気制御器が構成されたことにより解決される。これら３つの解決方法は一緒に使用することも可能である。第１の変形実施例では、比例跳躍変化Ｐの後、さらに同一方向での比例跳躍変化Ｐが可能となる前に所定の阻止時間の経過を待つ。第２の変形実施例では、センサ測定値が、冒頭に記載の閾値を所定方向で移行したのでスタートされた遅延時間が終了すると、測定値がまだ、移行の後のように閾値電圧の同一の側にあるかどうかが調べられる。測定値が他方の側にあるある場合、比例跳躍変化Ｐはトリガされない。第３の変形実施例では、前述の遅延時間の終了後に測定値は同一の側にあるが、しかし測定値が遅延時間の大部分にわたり他方の側にある場合には、同様に比例跳躍変化Ｐはトリガされない。
【０００９】
すべての３つの変形実施例に、比例跳躍変化Ｐを許容すべきかどうかを決定するために所定の時間間隔を利用するという技術手法は同一である。
【００１０】
【実施例】
次に本発明を実施例に基づき図を用いて詳細に説明する。
【００１１】
図１は、触媒器１２が途中に挿入接続されている排気系を有する内燃機関１１に配置され本発明の混合気制御器として動作する制御器１０を示す。排気ガスの酸素含量は、出力信号ＳＶを制御器１０に供給する酸素センサ１３により測定される。制御器１０は、受取った測定値を所定アルゴリズムに従って処理し、次いで操作値ＳＴＷを燃料噴射装置１４に出力する。制御器１０の中にはＲＯＭ１５が設けられており、ＲＯＭ１５の中には、図３に関連して詳細に後述するように制御器１０に本発明の混合気制御器の機能を付与するプログラムが記憶されている。
【００１２】
本発明の混合気制御器は、酸素センサ１３としてのネルンストセンサと共働し、理論混合気へ制御する場合にその利点が最も明瞭になる。理論混合気の周辺の領域内ではネルンストセンサの出力電圧は、混合気組成に非常に強く依存する。従って混合気の僅かな変化でも、センサ電圧を短時間の間に閾値ＴＨを複数回横切って移行するのに十分である。本発明の混合気制御器は、このような複数回の移行が不利にその制御特性に作用することを阻止する。混合気組成と、センサから出力される測定値との間に線形の関係を有するセンサが使用される場合、短時間内のこのような測定値が閾値を複数回横切る移行が発生するのは希であるが、しかし皆無ではなく、従って本発明の混合気制御器は、このような場合にも利点を発揮する。
【００１３】
図２のａ及び図２のｂ及び図２のｃではセンサ測定値は、例えば数百ミリ秒等の短時間の間にそれぞれ複数回閾値ＴＨを横切って移行する。図２のａの場合、リッチ側からリーン側へ第１の移行が発生する。この第１の移行は、リッチ側への比例跳躍変化Ｐを発生する。本発明では同時に、更に比例跳躍変化Ｐが許容されない阻止時間ｔ＿Ｓｐｅｒｒが発生される。図示の例ではセンサ測定値は阻止時間の間にリーン側からリッチ側へ移行し、次いでリッチ側からリーン側へ移行している。阻止時間を有しない従来の混合気制御器は、図２のｂに基づいて後に説明するようにリッチ側からリーン側への移行の際に操作値の積分を停止し、そしてリッチ側からリーン側へ再度移行する際に再度比例跳躍変化Ｐをトリガし、これにより操作値は比較的大幅にリーン領域内に導かれる。
【００１４】
センサ測定値が閾値を複数回横切る移行はとりわけ、比較的長い時間間隔の後の第１の移行の後の短い時間間隔内で発生する確率が高い。従って第１の移行の後に前述の阻止時間がトリガされる。この阻止時間が終了すると、センサ測定値は通常は閾値から大幅に離れ、従ってセンサ測定値が更に変動しても閾値を横切る移行が発生する確率は低い。時間特性全体が混合気制御器の制御周波数に依存し、制御周波数が内燃機関１１の回転数及び負荷に依存することに注意されたい。有利には阻止時間は、制御振動の周期期間の約２０〜２５％である。アイドリングにおいてはこの周期期間は例えば数秒である。これに相応して阻止時間は、この場合には数百ミリ秒である。
【００１５】
図２のｂは、センサ測定値が閾値を複数回の順次に横切る移行のうちの最初の移行が、リーン側からリッチ側への移行である場合を示す。移行の時点で、周知のようにリッチ側への比例跳躍変化Ｐが発生しない時間間隔である遅延時間ｔ＿Ｖがトリガがされる。これにより、所定の閾値に相応する混合気組成に比してリッチ側へ僅かにシフトが発生する。本発明の制御器は、２つの従来の制御器に比して２つの付加的な手法を用いる。１つの手法は、図２のｂから分かるように複数回の閾値を横切る移行にもかかわらず比例跳躍変化Ｐが許容されないことにある。第２の手法は、図２のｂと図２のｃとを比較すると分かる。すなわち本発明の混合気調整器は、混合気が遅延時間の終了後にまだリッチ領域内にあるか又は再びリーン領域内にあるかを調べる。混合気がまだリッチ領域内にある場合、リーン側へ向かっての比例跳躍変化Ｐがトリガされ、リーン側へ向かっての積分がスタートされる、すなわち従来の混合気制御器が基本的に遅延時間の終了後に実施する手法がとられる。これに対して混合気が遅延時間の終了後にリーン領域内にある場合、比例跳躍変化Ｐはトリガがされず、リーン側へ向かっての操作値の積分が行われるだけである。
【００１６】
図３は、図２に基づいて前述の説明をフローチャートにまとめて示す。図３に示されているシーケンスがスタートすると、持続的に行われる２つの動作が開始する、すなわちセンサ電圧ＳＶの測定と、時間の測定とである。次いでステップＳ１で、センサ電圧ＳＶが閾値ＴＨを横切って移行したかどうかを調べる。イエスの場合、次いでステップＳ２でリッチ側からリーン側への移行であるかどうかを調べる。リッチ側からリーン側への移行である場合、すなわちイエスの場合、リッチ側への操作値ＳＴＷの比例跳躍変化Ｐが行われ、リーン側へ向かっての閾値の積分がスタートされる、すなわち、前にリーン側へ向かっての積分が行わていた場合には積分の方向が逆転される。同時にステップｓ３で、阻止時間ｔ＿Ｓｐｅｒｒがセットされ、この阻止時間ｔ＿Ｓｐｅｒｒの終了の測定がスタートする。ステップｓ４では阻止時間ｔ＿Ｓｐｅｒｒが終了したかどうかを調べ、イエスの場合に初めて、本方法はステップｓ１に戻る。この間、リッチ側へ向かって開始された積分以外、操作値を制御することは不可能である。
【００１７】
ステップｓ２で、リッチ側への移行が行われたと判断された場合、すなわちノーの場合、リッチ側へ向かっての積分が停止され、比例跳躍変化Ｐが実行されず、遅延時間ｔ＿Ｖがセットされ、ステップｓ５で遅延時間ｔ＿Ｖの測定がスタートされる。ステップ６で遅延時間ｔ＿Ｖが終了したと判断された場合、すなわちイエスの場合、ステップｓ７でセンサ電圧がまだリッチ領域内にあるかどうかを調べる。イエスの場合、ステップｓ８で、センサ電圧が遅延時間の間に６０％より大きいパーセントでリーン領域内にあったかどうかを調べる。ノーの場合、ステップｓ９でリーン側の比例跳躍変化Ｐがトリガされる。次いでステップｓ１０でリーン側へ向かっての積分がスタートされる。ステップ１０でのこの積分のスタートは、ステップｓ７でセンサ電圧が再びリーン側へ移行したと判断された場合、すなわちノーと判断された場合にも実行され、ステップｓ８で混合気が遅延時間の間に６０％より大きい％でリーン領域内にあったと判断された場合、すなわちイエスと判断された場合にも実行される。ステップｓ１０の後、再びステップ１に戻る。
【００１８】
前述の実施例では、測定信号の閾値に直接相当する値に対して僅かにリッチ側にシフトされている値を有する組成の混合気が制御設定される場合が想定されている。このシフトには遅延時間が、リーン側へ向かっての積分のスタート前に用いられる。逆に、リーン側へ向かっての僅かなシフトを行う場合、遅延時間が、リッチ側へ向かっての比例跳躍変化Ｐをトリガする前に選択される。
【００１９】
更に、測定量のための閾値が理論混合気組成に相当すると仮定された。しかし閾値は任意に選択でき、とりわけ、閾値は、いわゆるリーンバーンエンジンを作動するために、絶対的に見てリーン領域の中にあることもある。しかしこの場合、とりわけネルンストセンサを使用する場合、その都度の実際の値が閾値を横切つて前述の複数回の移行が短い時間間隔の間に発生する確率は低下する。これに対して、混合気組成と測定値との間の関係が実質的に線形のセンサが使用される場合、このような複数回の移行の確率は、その都度に選択されたすべての閾値に対してほぼ同一である。
【００２０】
阻止時間ｔ＿Ｓｐｅｒｒ（例えば４００ミリ秒）が遅延時間ｔ＿Ｖ（例えば１００ミリ秒）より長い場合、用途のよっては、（本実施例のステップｓ２で）両方の時間を同時にスタートすると好適であることに注意されたい。この場合、遅延時間の終了後に（ｓ８でノーと判断された場合には）比例跳躍変化Ｐが実行され、次いでステップで積分がスタートされるが、しかし阻止時間の終了までは積分方向の逆転は許容されない。
【００２１】
更に、ステップｓ８での判断の際に使用されるパーセントの値は、５０％より小さいこともあることに注意されたい。どのような大きさのパーセント値が最小の有害ガス量に導くかはその都度の混合気調製／内燃機関／排気ガスの全系統の特性に依存する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の混合気制御器と内燃機関との間の共働を示すブロック回路図である。
【図２】  ネルンストセンサの電圧の時間経過と混合気制御器の閾値の経過と操作信号との経過を示す線図である。
【図３】  本発明の制御器の動作を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
１０  制御器
１１  内燃機関
１２  触媒器
１３  酸素センサ
１４  燃料噴射装置
１５  ＲＯＭ
ＳＴＶ  操作値
ＳＶ  出力信号
ｔ＿Ｓｐｅｒｒ  阻止時間
ｔ＿Ｖ  遅延時間
【図１】
0003842307.tif 000002
【図２】
0003842307.tif 000003
【図３】
0003842307.tif 000004