特許 5959752 内燃機関の制御方法およびその内燃機関

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5959752

(24)【登録日】2016年7月1日

(45)【発行日】2016年8月2日

(54)【発明の名称】内燃機関の制御方法およびその内燃機関

(51)【国際特許分類】

   F02D 45/00 20060101AFI20160719BHJP

   F01N 3/00 20060101ALI20160719BHJP

   F01N 3/24 20060101ALI20160719BHJP

【ＦＩ】

   F02D45/00 368G

   F01N3/00 F

   F01N3/24 U

【請求項の数】6

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2015-536019(P2015-536019)

(86)(22)【出願日】2013年10月12日

(65)【公表番号】特表2015-531452(P2015-531452A)

(43)【公表日】2015年11月2日

(86)【国際出願番号】EP2013003074

(87)【国際公開番号】WO2014056625

(87)【国際公開日】20140417

【審査請求日】2015年6月15日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】591006586

【氏名又は名称】アウディ アクチェンゲゼルシャフト

【氏名又は名称原語表記】ＡＵＤＩ ＡＧ

(74)【代理人】

【識別番号】110001298

【氏名又は名称】特許業務法人森本国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】オーデンダル、ボード

【審査官】 山村 和人

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００３−１４８２０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１０／０８９１８１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２００８／１２５９５２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１２／０９８６４１（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｄ ４１／００ − ４５／００

Ｆ０１Ｎ ３／００ − ３／３８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

排気ガス浄化装置（１）を有する内燃機関（２）の制御方法であって、前記排気ガス浄化装置（１）は、前記内燃機関（２）の排気ガス流が通過可能な触媒装置（４）と、排気ガス流路内で前記触媒装置（４）の上流側に配置された第１のラムダセンサ（５）と、排気ガス流路内で前記触媒装置（４）の下流側に配置された第２のラムダセンサ（６）と、を備えており、前記第１のラムダセンサ（５）として広域ラムダセンサを用い、前記第２のラムダセンサ（６）としてジャンプラムダセンサを用いる制御方法において、
前記触媒装置（４）の酸素貯蔵体の酸素充填状態は、前記第１のラムダセンサ（５）の発する第１のラムダ信号およびオフセット量（Δλ）に基づき求められ、前記第２のラムダセンサ（６）により発せられる第２のラムダ信号が下限ラムダ信号値を下回ったときには、酸素充填状態は空乏状態の酸素貯蔵体に相当する第１の値に設定され、かつ／または、前記第２のラムダ信号が上限ラムダ信号値を上回ったときには、酸素充填状態は満量状態の酸素貯蔵体に相当する第２の値に設定され、そこから引き続いて少なくとも１回の制御期間の間、酸素充填状態は基準充填状態へ向けて制御されて、前記制御期間の終了時点で前記第２のラムダ信号に基づき前記オフセット量（Δλ）が調節され、
制御期間の終了時点で第２のラムダ信号が薄い空燃比に相当する場合はオフセット量（Δλ）を修正値だけ増加させるよう調節し、かつ／または、制御期間の終了時に第２のラムダ信号が濃い空燃比に相当する場合はオフセット量を修正値だけ減少させるように調節し、
前記修正値は、制御期間における第２のラムダ信号の勾配に応じて求められること
を特徴とする内燃機関の制御方法。

【請求項2】

制御期間の長さが一定であるか、または、制御期間の長さが少なくとも１つの内燃機関の動作パラメータに応じて選択されること
を特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御方法。

【請求項3】

酸素充填状態が積算によって、第１のラムダ信号から求められること
を特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御方法。

【請求項4】

酸素充填状態を第１の値または第２の値に設定し、続いて基準充填状態へ向けての制御を複数回行うこと
を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の内燃機関の制御方法。

【請求項5】

基準充填状態が、第１の値と第２の値との間の値に設定されていること
を特徴とする請求項４に記載の内燃機関の制御方法。

【請求項6】

請求項１ないし請求項５の何れか１項に記載の方法を実行するための、排気ガス浄化装置（１）を有する内燃機関（２）であって、前記排気ガス浄化装置（１）は、前記内燃機関（２）の排気ガス流が通過可能な触媒装置（４）と、排気ガス流路内で前記触媒装置（４）の上流側に配置された第１のラムダセンサ（５）と、排気ガス流路内で前記触媒装置（４）の下流側に配置された第２のラムダセンサ（６）と、を備えており、前記第１のラムダセンサ（５）は広域ラムダセンサであり、前記第２のラムダセンサ（６）はジャンプラムダセンサである内燃機関において、
前記内燃機関（１）の制御装置は、前記触媒装置（４）の酸素貯蔵体の酸素充填状態を前記第１のラムダセンサ（５）の発する第１のラムダ信号およびオフセット量（Δλ）に基づいて求め、前記第２のラムダセンサ（６）の発する第２のラムダ信号が下限ラムダ信号値を下回ったときには酸素充填状態を空乏状態の酸素貯蔵体に相当する第１の値に設定し、かつ／または、前記第２のラムダ信号が上限ラムダ信号値を上回ったときには酸素充填状態を満量状態の酸素貯蔵体に相当する第２の値に設定し、そこから引き続いて少なくとも１回の制御期間の間、基準充填状態へ向けて制御して、前記制御期間の終了時点で前記第２のラムダ信号に基づき前記オフセット量が調節されるように構成されており、
制御期間の終了時点で第２のラムダ信号が薄い空燃比に相当する場合はオフセット量（Δλ）を修正値だけ増加させるよう調節し、かつ／または、制御期間の終了時に第２のラムダ信号が濃い空燃比に相当する場合はオフセット量を修正値だけ減少させるように調節し、
前記修正値は、制御期間における第２のラムダ信号の勾配に応じて求められること
を特徴とする内燃機関。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、排気ガス浄化装置を有する内燃機関を制御するための方法であって、排気ガス浄化装置が、内燃機関の排気ガス流が通過可能な触媒装置と、排気ガス流路内で触媒装置の上流側に配置された第１のラムダセンサと、排気ガス流路内で触媒装置の下流側に配置された第２のラムダセンサと、を備えており、第１のラムダセンサ（５）として広域ラムダセンサを用い、第２のラムダセンサ（６）としてジャンプラムダセンサを用いる方法に関するものである。本発明は内燃機関にも関するものである。

【背景技術】

【0002】

本方法は、内燃機関または内燃機関に備えられている排気ガス浄化装置を制御するために用いられるものである。排気ガス浄化装置を用いることにより、燃料の燃焼で発生し内燃機関より排出される排気ガスから少なくとも部分的に有害物質が除去される。この目的のために、排気ガス浄化装置は少なくとも触媒装置を備えており、これは内燃機関の排気ガスが排気ガス流の形態で通過可能なものである。排気ガス浄化装置にはさらに２つのラムダセンサが設けられており、第１のラムダセンサは触媒装置の上流側となるように、第２のラムダセンサは触媒装置の下流側となるように配置されていて、触媒装置の上流側または下流側の各位置での排気ガスの酸素濃度を求めることができるようになっている。そのために、第１のラムダセンサも第２のラムダセンサも、排気ガス流内に突き出るようになっている。第１のラムダセンサは第１のラムダ信号を、第２のラムダセンサは第２のラムダ信号を発するようになっており、前者から第１のラムダ値を、後者から第２のラムダ値を求めることができるようになっている。

【0003】

触媒装置は、酸素貯蔵体あるいはそれと同様に動作するものを備えている。これはつまり、薄い排気ガスの場合―燃焼時に酸素が過剰でλが１より大きい場合―に排気ガスの酸素は酸素貯蔵体へ移されてそこで一時的に貯蔵されるということである。それと逆に、濃い排気ガスの場合―燃料過剰でλが１より小さい状態での燃焼の結果―の場合には先に前もって貯蔵してある酸素が酸素貯蔵体から取り出される。こうして、少なくとも所定の期間にわたって、排気ガスの浄化のため必要な理論空燃比λ＝１に少なくとも近似的に保つことができる。よって、触媒装置の性能は例えば酸素貯蔵体の容量に基づき決定することができる。好ましくは、酸素貯蔵体の容量は定期的に測定される。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特に、触媒装置の前に配置される第１のラムダセンサは大抵、低い精度しか持っていない。例えば、第１のラムダ信号が、第１のラムダセンサの実際の位置での排気ガスの現時点の比率から所定値いわゆるオフセット分ずれてしまう。この誤差のために、内燃機関は、触媒装置の良好な交換効率あるいはより良い交換効率を得るために必要な値からその分ずれた空燃比に調節された内燃機関の燃料／空気混合気を供給されてしまうことがある。したがって、可能な限り速やかに第１のラムダセンサの誤差またはオフセットを調整することが目的となる。これは例えば第２のラムダセンサから発せられる第２のラムダ信号に基づいて所望のラムダ値へと制御することにより実現することができる。しかしこの制御では、高い制御速度で用いると制御の揺り戻しが生じるため極めて低い制御速度でしか実現することができず、結局触媒装置の交換効率は悪いものとなってしまう。

【0005】

そこで本発明の目的は、冒頭に述べた欠点のない内燃機関を作動させるための方法を提供することであり、それだけでなく特に触媒装置の交換効率を高くすることを実現し、さらに、第１のラムダセンサの第１のラムダ信号に誤差がある場合に修正を行うことも目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

この目的は請求項１の特徴を備える本発明に係る方法により達成される。この方法は、触媒装置の酸素貯蔵体の酸素充填状態が、第１のラムダセンサの発する第１のラムダ信号およびオフセット量に基づき求められ、第２のラムダセンサにより発せられる第２のラムダ信号が下限ラムダ信号値を下回ったときには、空乏状態の酸素貯蔵体に相当する第１の値に設定され、かつ／または、第２のラムダ信号が上限ラムダ信号値を上回ったときには、酸素充填状態は満量状態の酸素貯蔵体に相当する第２の値に設定され、そこから引き続いて少なくとも１回の制御期間の間、基準充填状態へ向けて制御されて、制御期間の終了時点で第２のラムダ信号に基づきオフセット量が調節されるようになっている。酸素貯蔵体の酸素充填状態は例えばモデル計算によって求められる。これは好ましくは、触媒装置への酸素流入や触媒装置からの酸素放出を積算した出力値に基づき行われる。

【0007】

よって、酸素充填状態の精度は、第１のラムダ信号の精度に強く依存する。このため、先に述べたようにオフセットが行われることが多く、第１のラムダ信号はオフセット量で補正される。したがって、酸素充填状態は第１のラムダ信号とオフセット量から例えば加算によって求められる量に帰着する。酸素充填状態を積算で求めると、第１のラムダ信号の、排気ガス内で現に生じている実際の比率からのズレも積算されることになるので、酸素充填状態の誤差は時間経過につれて増加していく。これはオフセット量を用いることによって―設定が適切であれば―第１のラムダ信号が現に生じている実際の比率の方へと修正されるので、少なくとも部分的に防止できる。

【0008】

ただしこれを行うためには、第１のラムダ信号を精度よく正確に修正できるようにオフセット量を設定することが必要となる。この設定を行うことにより、第１のラムダ信号がオフセットされており、かつ内燃機関の空燃比が理論空燃比λ＝１からズレていて所望の酸素充填状態の達成のため相応に調節される場合に、第２のラムダセンサは少なくとも所定期間の後に、排気ガス内で空気が欠乏しているか空気が過剰であるかのどちらかを示すという効果が得られる。よって第２のラムダ信号は触媒装置の酸素貯蔵体の充填状態に関して、オフセットのある第１のラムダ信号よりも正確な出力になる。

【0009】

ここで、第２のラムダ信号が下限ラムダ信号値を下回ると、酸素充填状態は空乏状態に相当する第１の値に設定される。これに対し、第２のラムダ信号が上限ラムダ信号値を上回ると、酸素充填状態は第２の値に設定される。この値は満量状態に相当する。下限ラムダ信号値および上限ラムダ信号値は通常様々に選択され、例えば固定値とされる。ただし当然ながら、内燃機関の作動状態に応じて選択することも可能である。こうして、酸素貯蔵体の酸素充填状態は第２のラムダ信号を用いて高信頼性で確かめられた規定値に再設定される。つまり、第２のラムダ信号が下限ラムダ信号値を下回るということからは、酸素貯蔵体が実は空乏状態になっているということがわかる。同様に、上限ラムダ信号値を上回っているということからは、酸素貯蔵体は満量状態であるということがわかる。こうした酸素貯蔵状態の再設定が行われた時刻は、例えば制御装置のような本方法を実行する手段によって一時的に記録される。

【0010】

この酸素充填状態の再設定の後、内燃機関において設定される空燃比は、酸素貯蔵体が基準充填状態となるように制御期間にわたって制御および／または調節されて、例えばモデル計算を用いて算出される酸素充填状態が基準充填状態と一致するようにされる。基準充填状態は好ましくは、第１の値と第２の値との間の、例えば両値のちょうど中間の値、とりわけ５０％の酸素充填状態とされる。この制御は通常、排気ガス内での触媒装置の上流側におけるその時点での比率を示す第１のラムダ信号に基づいて行われる。そうして制御期間の間、酸素充填状態の計算は引き続き先に説明したように行われる、ただしそれは制御期間の開始時に求められた酸素充填状態、すなわち第１の値または第２の値から開始される。なお、このような技術および方法により求められる酸素充填状態は、必ずしも実際の酸素貯蔵体内のその時点での酸素充填状態と必ずしも一致しないことに留意すべきである。

【0011】

そして、制御期間の終了時に、オフセット量は第２のラムダ信号に基づき調節される。第１のラムダ信号とオフセット量から求められる値が排気ガス内の触媒装置手前で生じている空燃比を実質的に正確に示していれば、制御期間の終了時点では実際の酸素充填状態が基準充填状態に相当したものとなる。これはつまり酸素貯蔵体の中に求められた量の酸素が貯蔵されているということである。そして、実質的に第１のラムダ信号には依存しない第２のラムダ信号は、排気ガス内の触媒装置下流側にて理論空燃比を示す。この場合、オフセット量の修正が必要ないので、オフセット量の調節は行われないか、行われたとしてもほんのわずかだけの変更となる。

【0012】

一方、第２のラムダ信号が酸素空乏状態または酸素過剰状態を示していれば、計算で求められる酸素充填状態は確かに基準充填状態であるのに、酸素貯蔵体は実際には完全に満量状態または空乏状態であるということになる。よって、第１のラムダ信号とオフセット量の組み合わせが、排気ガス中に実際に生じている状態を反映していないと結論することができる。そのためオフセット量は、第２のラムダ信号が１より大きいか１より小さいかに応じた値で修正される。この調節は、第２のラムダ信号が下限ラムダ信号値を下回ったときか、上限ラムダ信号値を上回ったときのみに行われるのが好ましく、特に、下回ったときまたは上回ったときから続けて行われるのがよい。

【0013】

本発明の好適な実施形態の一つにおいては、制御期間の終了時点で第２のラムダ信号が薄い空燃比に相当する場合はオフセット量（Δλ）を修正値だけ増加させるよう調節し、かつ／または、制御期間の終了時に第２のラムダ信号が濃い空燃比に相当する場合はオフセット量を修正値だけ減少させるように調節することが行われる。第２のラムダ信号によって空気過剰状態が検出されているならば、オフセット量はその修正値だけ増加させられる。その一方、触媒装置の下流側で酸素欠乏状態が生じているならば、その修正値だけ減少させられる。ここで、この修正値は一定値であってもよく、また内燃機関の動作パラメータや状態パラメータに応じて可変に設定してもよい。

【0014】

ラムダ差分量は、排気ガス内で実際に生じている空燃比に対する第１のラムダ信号とオフセット量の組み合わせの差分を少なくとも近似的に示すものである。ラムダ差分量は例えば、基準充填状態、排気ガス質量流量、制御期間の長さから求められる最小偏差を表すものである。基準充填状態は、触媒装置の酸素貯蔵体が制御期間中に設定または制御される状態である。これはつまり、制御期間後に酸素貯蔵体内で一時的に貯蔵されているべき酸素の量である。

【0015】

排気ガス質量流量は、触媒装置を通り抜けて流れる排気ガスの単位時間当たりの量、特に質量を表す。よって、排気ガス質量流量および制御期間の長さから、制御期間中に触媒装置を通り抜けて流れる排気ガスの量を求めることができる。酸素貯蔵体内に貯蔵される酸素の質量は、少なくとも理論的には数１の関係式となる。

【0016】

【数1】

なお、λはラムダ値に、ｍ’は排気ガス質量流量に、Δｔは制御期間の長さに対応する。ここで、ラムダ差分量は、例えば数２の関係式から算出することができる。

【0017】

【数2】

なお、使用している値は上記にて定義したものと対応している。この算出の基礎として酸素質量差分Δｍ_Ｏ２を用いており、これは制御期間中に酸素貯蔵体内へ入り込んだりそこから出て行ったりした酸素の質量を表すものである。よってこれは基準充填状態に相応するものであるか、少なくともそこから求められるものであるのが好ましい。

【0018】

関係式を見れば明らかなように、ラムダ差分量引く１、つまりΔλ−１は、排気ガス質量流量に対しても制御期間の長さに対しても反比例するものであり、酸素質量差分に対しては比例するものとなっている。後者は、例えば使用される触媒や酸素貯蔵体の酸素貯蔵能力にのみ依存して決定されるので、特に連続した制御期間の間は一定である。そして制御期間の長さも一定であるならば、Δλ−１の値は実質的に排気ガス質量流量に依存する。

【0019】

ラムダ差分量は例えば、制御期間の終了時点で、制御期間にわたっての排気ガス質量流量の時間平均から求めることができる。あるいは当然ながら、時間分解されたラムダ差分量の算出を、排気ガス質量流量に関しての制御期間中の特定時点までの積分または加算によって行うこともできる。これにより、ラムダ差分量の算定精度をさらに向上させることができる。

【0020】

本発明の発展形態の一つにおいては、修正値は、一定であるか、ラムダ差分量に応じて求められ、かつ／または、制御期間における第２のラムダ信号の勾配に応じて求められるようになっている。この修正値は、オフセット量を調節することにより、一定となるように選択することができる。例えば第２のラムダ信号の符号に応じて、前回のオフセット量に加算を行うか、あるいはその量からの減算を行う。ただし、一定の修正値では、例えば第２のラムダ信号およびオフセットから求められる量の、排気ガス内で現に生じている状態に対する差異に応じた調節を行うことはできない。そのため修正値は少なくとも一つのパラメータに応じて可変に求められるようになっていることが好ましい。

【0021】

そうしたパラメータの一例は、修正値に対応するラムダ差分量である。これに加えて、あるいはこれに代えて、修正値を第２のラムダ信号に応じたものとする。排気ガス内における触媒装置の下流側で実際に生じている空燃比が依然として理論空燃比から大きく離れている場合は、基準充填状態へ向けての制御の結果、制御期間中の第２のラムダ信号の勾配は大きなものとなる。そのため酸素貯蔵体が著しく理論空燃比の範囲から外れている場合にはほんのわずかな働きしか得られないことがわかる。しかし実際の空燃比が既に理論空燃比近くであると判定される場合、つまり既にλが近似的に１と等しければ、酸素貯蔵体の作用は顕著に大きなものとなる。このとき第２のラムダ信号は、基準充填状態への制御に係る空燃比の変化に対して小さな勾配でもって反応する。修正値の決定には、例えば制御期間中に生じる勾配の最大値が用いられる。当然ながらこれに代えて、制御期間にかけての時間平均値を用いてもよいことが理解されよう。

【0022】

修正値は例えば、少なくとも比例部、積分部、および／または差分部を有する制御装置を用いて決定されるようにすることができる。修正値のこの決定方法は特に修正値が可変のとき、つまり例えばラムダ差分量および／または第２のラムダ信号の勾配に依存するときに、用いられるものであることが理解されよう。

【0023】

本発明の実施形態の一つにおいては、制御期間の長さが一定であるか、または、少なくとも１つの内燃機関の動作パラメータ、特に第１のラムダ信号および／または第２のラムダ信号、に応じて選択されるようにされる。制御期間の長さは―固定値に選択されている場合―常にゼロよりは大きく、例えば少なくとも１ｓか、少なくとも２ｓか、少なくとも３ｓか、少なくとも４ｓか、少なくとも５ｓか、になるようにされる。あるいは、この長さの選択が、例えば動作パラメータに応じて行われるようにしてもよい。ここで使われるのは２つのラムダ信号のうちの少なくとも１つ、特に触媒装置の下流側に配置された第２のラムダセンサの第２のラムダ信号であるのが好ましい。例えば、制御期間の始めにラムダ信号の初期値が記録され、この時点では、初期値は現在のラムダ信号と等しくなっている。制御期間中には、初期値からの現在ラムダ信号の修正値が連続的にまたは間隔をおいて求められる。制御期間中の修正値の最大値は最大修正値の形で記録される；つまり、酸素充填状態が第１の値であるか第２の値であるかに応じて、ラムダ信号の最小値または最大値が設定される。

【0024】

オフセット量により修正されたラムダ信号が実際の空燃比と一致していなければ、ラムダ信号は、再度最大修正値を超過したら、初期値の方へ変更される。（現在の）修正値が最大修正値を下回った場合、または（現在の）修正値と最大修正値との差異が予め定められた非ゼロの閾値を上回った場合、制御期間は打ち切られ、オフセット量は説明したように調節される。オフセット量を用いたオフセットは修正値の推移に応じて行われるものであって完全な補整とはならないので、好ましくは直ちに動作を繰り返して、酸素充填状態を、第１の値または第２の値に設定するとともに、更新された追加の制御期間の間に基準充填状態へ向けて制御して、追加の制御期間の終了時には、オフセット量を（必要であれば）修正する。

【0025】

さらに、酸素充填状態がモデル計算によって、特に積分演算によって、第１のラムダ信号から求められるようにしてもよい。このような動作方法については既に説明してある。酸素充填状態は第１のラムダ信号のみに基づいて求めて、第２のラムダ信号は考慮しないのが好ましい。これは、酸素貯蔵体への酸素流入と酸素貯蔵体からの酸素放出との収支を確定するのに十分である。ただし酸素充填状態を求めるのに第１のラムダ信号と共に第２のラムダ信号を用いてもよい。この技術および方法によれば、触媒装置を出て行く酸素の量をより正確に求めることができるので、精度がさらに向上する。例えば第２のラムダ信号を線形化する目的で、第２のラムダセンサとしてジャンプラムダセンサを用いることもできる。酸素充填状態の算出は積分で行われるのが特に好ましく、酸素充填状態は第１の値や第２の値といった固定値から前述の条件の下で再設定される。

【0026】

さらに好適な本発明の実施形態の一つにおいては、酸素充填状態を第１の値または第２の値に設定し、続いて基準充填状態への制御を複数回行うようにされる。この技術および方法によれば、オフセット量を徐々に修正することができ、前述の工程を複数回実行した後には、第１のラムダ信号とオフセット量との組み合わせは、排気ガス内で実際に生じている空燃比と正確に、あるいは少なくともほとんど一致する。

【0027】

さらには、基準充填状態が、第１の値と第２の値との間の値に設定されているようにしてもよい。基準充填状態を少なくとも第１の値と第２の値の両方とも異なるようにするということである。制御期間中の制御によって橋渡しされる間隔ができるだけ大きくなるように、この相異はできるだけ大きくするのが好ましい。したがって基準充填状態は正確に第１の値と第２の値との中間に設定するのが好ましく、つまり例えば５０％とされる。

【0028】

また、本発明は内燃機関にも関するものであり、特に上述の方法を実行するものであって、排気ガス浄化装置を有する内燃機関において、排気ガス浄化装置は、内燃機関の排気ガス流が通過可能な触媒装置と、排気ガス流路内で触媒装置の上流側に配置された第１のラムダセンサと、排気ガス流路内で触媒装置の下流側に配置された第２のラムダセンサと、を備えたものに関する。
ここで、第１のラムダセンサとしては広域ラムダセンサが用いられ、かつ／または第２のラムダセンサとしてはジャンプラムダセンサが用いられる。ジャンプラムダセンサは広域ラムダセンサに比べて、ラムダ信号の変化範囲内で比較的小さなラムダ値域のみを有する。ジャンプラムダセンサのラムダ値域は例えば、ラムダセンサから発せられるラムダ信号が変動する範囲が０．９８から１．０２程度となっている。一方、このラムダ値域から外れると、ラムダ信号は一定値に留まる。これに対し、広域ラムダセンサを用いると、ジャンプラムダセンサのラムダ値域に比べて数倍のラムダ値域をカバーできる。広域ラムダセンサのラムダ値域は例えば下限と上限で規定され、下限は例えば０．８から０．９、上限は１．１から１．２である。当然ながら、ラムダセンサを両方とも広域ラムダセンサとして構成してもよいし、ジャンプラムダセンサとして構成してもよい。ただし、特に好ましいのは、第１のラムダセンサを広域ラムダセンサとして構成し、第２のラムダセンサをジャンプラムダセンサとして構成することである。
ここで、内燃機関の制御装置は、触媒装置の酸素貯蔵体の酸素充填状態を第１のラムダセンサの発する第１のラムダ信号およびオフセット量に基づいて求め、第２のラムダセンサの発する第２のラムダ信号が下限ラムダ信号値を下回ったときには酸素充填状態を空乏状態の酸素貯蔵体に相当する第１の値に設定し、かつ／または、第２のラムダ信号が上限ラムダ信号値を上回ったときには酸素充填状態を満量状態の酸素貯蔵体に相当する第２の値に設定し、そこから引き続いて少なくとも制御期間の間、基準充填状態へと制御して、制御期間の終了時点で第２のラムダ信号に基づきオフセット量が調節されるように構成される。こうした制御方法の利点は先に説明した通りである。この内燃機関およびその制御方法は上述したものに係る実施形態をとることができ、上述したように構成することができる。

【0029】

以下、実施形態例を表しており本発明を限定するものではない図面を用いて、本発明をより詳しく説明する。図面が示すものは以下のとおり。

【図面の簡単な説明】

【0030】

【図1】触媒装置と、第１のラムダセンサと、第２のラムダセンサとを有する排気ガス浄化装置の領域の概略図。

【図2】３つのグラフを示すものであり、１つ目のグラフでは第１のラムダセンサから発せられる第１のラムダ信号の推移を示しており、２つ目のグラフでは第２のラムダセンサから発せられる第２のラムダ信号の推移を示しており、３つ目のグラフでは各時刻におけるオフセット量を示している。

【発明を実施するための形態】

【0031】

図１は排気ガス浄化装置１の領域を示しており、これは内燃機関２の構成要素として設けられるものである。この排気ガス浄化装置１は、矢印３の方向に内燃機関２の排気ガスが流れるようになっている。排気ガス浄化装置１は少なくとも１つの触媒装置４を有しており、これは酸素貯蔵体や酸素貯蔵機能を備えている。触媒装置４の上流側には第１のラムダセンサ５が設けられており、下流側には第２のラムダセンサ６が設けられている。そのため内燃機関２からやって来る排気ガスはまず第１のラムダセンサ５を通り、続けて触媒装置４を通り、最後に第２のラムダセンサ６を通る。よって第１のラムダセンサ５によって触媒装置４上流での排気ガスの酸素残留濃度を測ることができ、第２のラムダセンサ６によって触媒装置４下流での酸素残留濃度を測ることができる。

【0032】

ここで、第１のラムダセンサ５が発する第１のラムダ信号に基づき、触媒装置４の酸素貯蔵体の酸素充填状態が求められるべきである。ここで、オフセット量Δλも考慮する、これは理想的には、第１のラムダセンサ５のオフセットまたはオフセット誤差によって完全に相殺される。オフセット量Δλの決定にあたっては、具体的には第２のラムダセンサ６から発せられる第２のラムダ信号が用いられる。これが下限ラムダ信号値を下回った場合には、酸素充填状態は空乏状態の酸素貯蔵体に相当する第１の値に設定される。これに対し、第２のラムダ信号が上限ラムダ信号値を上回った場合には、満量状態の酸素貯蔵体を表す第２の値に設定される。

【0033】

酸素充填状態の再設定のあとで、とりわけその直後に引き続いて、内燃機関を動作させて、第１のラムダ信号に基づき求められる酸素充填状態が制御期間にかけて基準充填状態へ調節または制御されるようにする。遅くとも制御期間の終了時点で、計算により求められる酸素充填状態が基準充填状態と一致するべきである。ただしこれは実際に生じている酸素充填状態が同じく基準充填状態と等しくなっているということではない。制御期間の終了時点でなおも第２のラムダ信号が理論空燃比から相違しているようであれば、第１のラムダ信号とオフセット量Δλの組み合わせは、排気ガス内で実際に生じている空燃比を表せていないということになる。そこで、オフセット量Δλを第２のラムダ信号に基づき調節する。既述の工程は、第２のラムダ信号が制御期間の終了時点で所望の値、特にλ＝１となるまで、あるいは少なくとも所定範囲内に収まる値、例えば下限ラムダ信号値を下回ってもいなければ上限ラムダ信号値を上回ってもいない値となるまで何度か繰り返されるのが好ましい。下限ラムダ信号値は１よりも小さく、上限ラムダ信号値は１よりも大きくて、下限ラムダ信号値も上限ラムダ信号値も１とは異なる値である。

【0034】

図２は３つのグラフを示しており、一番上のグラフでは、第１のラムダセンサ５から発せられる第１のラムダ信号とオフセット量Δλとの組み合わせで構成される、第１のラムダ値の時間的な推移７が表されている。中央のグラフは第２のラムダセンサ６から発せられる第２のラムダ信号の時間的な推移８を表している。一番上のグラフの第１のラムダ値は単位が示されていないが、第２のラムダ信号は時間ベースの電圧で表されており、つまり第２のラムダセンサ６の出力信号を直接示している。一番下のグラフでは２つの推移９，１０が表されており、推移９はオフセット量Δλの時間的推移を、推移１０は制御量の時間的推移を描いている。ここで、各数値、特に時間目盛りはただの例示であり、本発明に係る方法の説明をわかり易くするために記されているに過ぎないことを留意されたい。

【0035】

中央のグラフに示されている第２のラムダ信号にとっての下限ラムダ信号値λ_ｍｉｎまたは対応する電圧Ｕ_ｍａｘは固定値である。下限ラムダ信号値は所望のラムダ値よりも低く、したがって電圧Ｕ_ｍａｘは、対応する所望電圧、ここで示す実施形態においては約６５０ｍＶ、よりも高い。ここで、ラムダ信号がこの所望電圧を上回ると、酸素充填状態は空乏状態の酸素貯蔵体に相当する第１の値に設定される。これは時刻ｔ_１，ｔ_２，ｔ_３，ｔ_４の場合である。そして、内燃機関に供給される燃料空気混合気の空燃比は、後述のモデルにより計算して求められる酸素充填状態が基準充填状態へと調節されるように、例えば満量状態の酸素貯蔵体に相当する第２の値の５０％に設定される。対応する制御量の推移は推移１０に示されている。

【0036】

このように制御が調節されるため、酸素充填状態は基準充填状態の方向へ変化し、ここで示す実施形態においては空乏状態の酸素貯蔵体に酸素が供給され、薄い空燃比に設定される。これは第１のラムダ信号に影響を与え、上記の時刻で急激に上昇し、また、制御量の推移１０に合わせて再び低下する。この制御は予め定められた制御期間にわたって、例えば５秒の長さを有する制御期間にわたって行われる。時刻ｔ_１，ｔ_２，ｔ_３の時間間隔は制御期間の長さΔｔに相当する。各制御期間の終了時に、オフセット量Δλは第２のラムダ信号に応じて調節される。これはつまり、排気ガスの空燃比が依然として理論空燃比から外れた値を示しているかどうかについて、第２のラムダ信号が確認されるということである。特に、第２のラムダ信号が依然として下限ラムダ信号値を下回ったりあるいは対応する電圧上限値Ｕ_ｍａｘを上回ったりしていないかが確認される。

【0037】

このとき、推移９に係るオフセット量Δλが、例えば修正値を加算することで調節される。この修正値は例えばラムダ差分量に応じて求められるものであるとよく、これは基準充填状態、排気ガス質量流量、制御期間の長さを組み合わせて成るものである。オフセット量Δλの推移９をずらすのと同様にして、一番上のグラフにおいて推移７で表されている第１のラムダ値を、第１のラムダ信号とオフセット量Δλとを合わせたものとする。上述したような修正を何度か行った後には、第１のラムダ値は１に近づき、オフセット量Δλが初期値から離れたものとなることが明らかである。

【0038】

上記の実施例においては、制御期間の長さΔｔは一定である。しかしこれに代えて、内燃機関または排気ガス浄化装置の動作パラメータに応じて可変値として決定してもよい。動作パラメータとしては、第２のラムダ信号を用いるのが好ましい。具体的には、制御期間の開始時に生じているラムダ信号を初期値として記録する。ここで、この初期値からの現在のラムダ信号の修正値が継続的に求められる。この修正値の制御期間中の最大値が最大修正値の形で記録される。制御期間の開始時点ではこの最大修正値は小さい値、例えばゼロに設定しておくことが好ましい。現在生じている修正値が最大修正値よりも大きければ、最大修正値はその修正値と等しく設定され、そうでなければ変化しないままにされる。

【0039】

修正値が最大修正値を下回っているか、あるいは修正値と最大修正値との差異が非ゼロの閾値を上回った場合、制御期間は終了されてオフセット量が調節される。修正値にこのような推移が生じている場合、制御期間中にオフセットはオフセット量から完全には補整されていない。よって、第１のラムダ信号のオフセットのオフセット量をさらに調節するために、上述のような方法が繰り返し行われるのが好ましい。

【0040】

上述した方法によれば、第１のラムダセンサの誤差を、制御の揺り戻しのおそれを伴うことなく素早く正確に算定および除去できる。よって内燃機関は、第１のラムダセンサ５のオフセット誤差を調節した上で、その排気ガスの少なくとも大部分は触媒装置４で有害物質が交換されてから放出されるようにその後の動作を行うことができるようになる。

【符号の説明】

【0041】

１ 排気ガス浄化装置
２ 内燃機関
３ 矢印
４ 触媒装置
５ 第１のラムダセンサ
６ 第２のラムダセンサ
７ 推移
８ 推移
９ 推移
１０ 推移

【図1】

【図2】