JPH08296472A - エンジンの空燃比制御装置 - Google Patents

エンジンの空燃比制御装置

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JPH08296472A
JPH08296472A JP7101150A JP10115095A JPH08296472A JP H08296472 A JPH08296472 A JP H08296472A JP 7101150 A JP7101150 A JP 7101150A JP 10115095 A JP10115095 A JP 10115095A JP H08296472 A JPH08296472 A JP H08296472A
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JP
Japan
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fuel ratio
air
nox
speed
catalyst
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JP7101150A
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English (en)
Inventor
Hiroyasu Yoshino
太容 吉野
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Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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Publication date
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    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/0807Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by using absorbents or adsorbents
    • F01N3/0828Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by using absorbents or adsorbents characterised by the absorbed or adsorbed substances
    • F01N3/0842Nitrogen oxides
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/021Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine
    • F02D41/0235Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine in relation with the state of the exhaust gas treating apparatus
    • F02D41/027Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine in relation with the state of the exhaust gas treating apparatus to purge or regenerate the exhaust gas treating apparatus
    • F02D41/0275Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine in relation with the state of the exhaust gas treating apparatus to purge or regenerate the exhaust gas treating apparatus the exhaust gas treating apparatus being a NOx trap or adsorbent
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2200/00Input parameters for engine control
    • F02D2200/02Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
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    • F02D2200/0806NOx storage amount, i.e. amount of NOx stored on NOx trap

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 NOx離脱量が異なるときでも、離脱NOx
を過不足なく還元できるようにする。 【構成】 理論空燃比よりもリーン側の雰囲気で排気中
のNOxを吸着し、理論空燃比の雰囲気ではNOxを離
脱させる機能を有する第一の触媒と、この触媒の下流に
あって理論空燃比付近の雰囲気でO2ストレージ機能を
有する第二の触媒とを排気通路に配置しており、算出手
段23では第一の触媒のNOx吸着量を算出し、このN
Ox吸着量が許容値以上になった場合において理論空燃
比での運転へと切換える際に空燃比制御手段25が空燃
比を所定のリッチ化速度で理論空燃比よりもリッチ化し
たあと直ぐに所定のリカバー速度で理論空燃比に戻す。
この場合に、前記リカバー速度をNOx離脱速度に基づ
いて設定手段26が設定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明はエンジンをリーン(希
薄混合気)運転させる空燃比制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】エンジンの燃費を改善すると同時にNO
xを低減するため、空気と燃料の比率である空燃比を理
論空燃比よりもリーン側の目標値となるように燃料供給
量を制御し、ある程度の出力の要求される運転域になる
と、理論空燃比での運転に戻すようにしたエンジンの運
転方法において、リーン燃焼領域で発生するNOxを触
媒の吸蔵物質に吸着させておき、このNOx吸着量が限
界にきたと判断したら、ごく短時間だけ空燃比を理論空
燃比よりもリッチ側に制御するようにしたものがある
(たとえば特開平6−66185号公報参照)。
【0003】このものでは、吸蔵物質に限界まで吸着さ
れたNOxをいったん離脱させる必要があるときに、排
気中の未燃成分であるHC,COの量がすべてのNOx
(吸蔵物質から離脱されるNOxと排気中のNOxの両
方)を過不足なく還元するための必要量を超えるように
空燃比をリッチ化し、そのあと直ちに一定のリカバー速
度で理論空燃比へと戻している。そして所定時間だけ理
論空燃比での運転を継続した後にはリーン運転に移行
し、空になった吸蔵物質にNOxを再び吸着させるわけ
である。
【0004】このように、NOxが限界まで吸着される
たびに空燃比のリッチ化を行い、吸蔵物質から離脱して
くるNOxを空燃比のリッチ化により増加させた排気中
の未燃成分により還元することで、長時間続けてリーン
運転が続くときでも、触媒の吸蔵物質がNOxを吸着し
きれなくなり浄化不能となることが避けられるのであ
る。
【0005】また、吸蔵物質を有する触媒の下流にはO
2ストレージ効果を有する触媒が設けられており、この
触媒に吸着されているO2によって、上記空燃比のリッ
チ化の際にNOxを還元した後に残る余剰分の未燃成分
が酸化されて浄化される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、空燃比のリ
ッチ化処理を図形的に示すと、これは図11のように一
定のリッチ化速度で目標値までリッチ化したあと、直ち
にリカバー速度で理論空燃比(図ではDML=1.0の
ライン)に戻すのであり、理論空燃比の雰囲気で離脱し
てくるNOxを還元するため、これに見合った量の未燃
成分(特にHC)を空燃比のリッチ化により排気中に供
給する。このときのHC供給量は、同図の斜線部面積に
ほぼ比例するものと考えてさしつかえない。したがっ
て、図示の斜線部面積がNOx離脱量と排気中のNOx
量の合計に見合った大きさになるようにリッチ化度合と
リカバー速度を制御してやらなければならない。
【0007】この場合に、上記装置では、リッチ化度合
をNOx吸着量に比例させて変えているものの、リカバ
ー速度については一定であるため、HC供給量を適切に
与えることが困難となる場合がある。たとえば図14に
示したように、NOxの還元を優先して最大のNOx離
脱量でも還元できるようにリカバー速度を遅く設定して
いる場合に、NOx離脱量が最大値よりも少ない所定値
のときに、リッチ化度合の減少に合わせてHC供給量が
小さくなるものの、そのときの要求リカバー速度(一点
鎖線参照)より設定リカバー速度が遅いと、図示の面積
部分のHC供給量が過剰となるわけである。こうしたH
C供給量の過剰は短時間とはいえ、長時間続けてリーン
運転が続くときのように、何回も空燃比のリッチ化が実
行されるときには、そのつどHC供給量の過剰が生じ、
トータルでみれば排気および燃費の各性能が悪くなる。
【0008】そこで本発明では、空燃比のリッチ化後の
リカバー速度をNOx離脱量に基づいて定めることで、
NOx離脱量が異なるときでも、離脱NOxを過不足な
く還元できるようにすることを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】第1の発明では、理論空
燃比よりもリーン側の雰囲気で排気中のNOxを吸着
し、理論空燃比の雰囲気ではNOxを離脱させる機能を
有する第一の触媒と、この触媒の下流にあって理論空燃
比付近の雰囲気でO2ストレージ機能を有する第二の触
媒とを排気通路に配置する一方で、図15に示すよう
に、予め設定されているリーン運転領域かどうかを運転
条件の検出信号に基づいて判定する手段21と、この判
定結果よりリーン運転領域と判定したとき空燃比を理論
空燃比よりもリーン側の目標値に設定する手段22と、
前記第一の触媒のNOx吸着量を算出する手段23と、
このNOx吸着量が許容値以上になったかどうかを判定
する手段24と、この判定結果よりNOx吸着量が許容
値以上になった場合において理論空燃比での運転へと切
換える際に空燃比を所定のリッチ化速度で理論空燃比よ
りもリッチ化したあと直ぐに所定のリカバー速度で理論
空燃比に戻す手段25とを備えるエンジンの空燃比制御
装置において、前記リカバー速度をNOx離脱速度(単
位時間当たりのNOx離脱量のこと)に基づいて設定す
る手段26を設けた。
【0010】第2の発明では、第1の発明において、前
記NOx離脱速度が前記NOx吸着量が多くなるほど大
きくなる値である。
【0011】第3の発明では、第1の発明において、前
記NOx離脱速度が吸入空気量が多くなるほど大きくな
る値である。
【0012】第4の発明では、第1の発明において、前
記NOx離脱速度がエンジン負荷が大きくなるほど大き
くなる値である。
【0013】第5の発明では、第1から第4までのいず
れか一つの発明において、前記リーン運転領域にあるあ
いだNOx吸着速度(単位時間当たりのNOx吸着量の
こと)を単位時間ごとに加算し、また前記リーン運転領
域以外にあるあいだ前記NOx離脱速度を単位時間ごと
に減算することにより前記NOx吸着量を算出する。
【0014】
【作用】空燃比のリッチ化後のリカバー速度が一定であ
るのでは、NOx離脱量に見合ったHC供給量を適切に
与えることが困難となる場合がある。たとえば、NOx
の還元を優先して最大のNOx離脱量でも還元できるよ
うにリカバー速度を遅めに設定している場合に、NOx
離脱量が最大値よりも少ない所定値のときに、リッチ化
度合の減少に合わせてHC供給量が少なくなるものの、
そのときの要求リカバー速度より設定リカバー速度が遅
いと、その速度差に対応する分がHC供給量の過剰とな
り、この供給HC量の過剰によりリーン運転が長引くと
きには排気および燃費の各性能が悪くなる。
【0015】このとき第1の発明では、リカバー速度を
NOx離脱速度に基づいて設定するので、NOx離脱速
度に見合った大きさのリカバー速度を与えることがで
き、これによって、NOx離脱速度が異なるときでも、
離脱NOxを過不足なく還元することができ、排気や燃
費の各性能が悪化することがない。
【0016】一方、NOx離脱速度は、NOx吸着量、
吸入空気量およびエンジン負荷により相違するので、こ
れらに関係なくNOx離脱速度を与えたのでは、NOx
離脱速度の算出に誤差を生じる。このとき第2の発明で
はNOx離脱速度がNOx吸着量が多くなるほど大きく
なる値、第3の発明ではNOx離脱速度が吸入空気量が
多くなるほど大きくなる値、第4の発明ではNOx離脱
速度がエンジン負荷が大きくなるほど大きくなる値であ
るので、NOx吸着量、吸入空気量、エンジン負荷が異
なるときでも、NOx離脱速度を精度よく求めることが
できる。
【0017】第5の発明では、リーン運転領域にあるあ
いだNOx吸着速度を単位時間ごとに加算し、またリー
ン運転領域以外にあるあいだNOx離脱速度を単位時間
ごとに減算することによりNOx吸着量を算出するの
で、NOx吸着量の算出精度が高まり、NOx吸着量が
許容値以上になったかどうかの判定精度も向上する。
【0018】
【実施例】図1において、1はエンジン本体で、その吸
気通路8には吸気絞り弁5の下流に位置して燃料噴射弁
7が設けられ、コントロールユニット2からの噴射信号
により運転条件に応じて所定の空燃比となるように、吸
気中に燃料を噴射供給する。コントロールユニット2に
はクランク角センサー4からのRef信号とPos信
号、エアフローメーター6からの吸入空気量信号、排気
通路9に設置したO2センサー3からの空燃比(酸素濃
度)信号、さらには水温センサー15からのエンジン冷
却水温信号、トランスミッションのギア位置センサー
(図示しない)からのギア位置信号、車速センサー16
からの車速信号等が入力し、これらに基づいて運転状態
を判断しながら、負荷のそれほど大きくない所定の運転
領域においてはリーン空燃比による運転を行い、それ以
外の運転領域では空燃比を理論空燃比もしくはその近傍
に制御する。
【0019】排気通路9にはO2ストレージ効果を有す
る三元触媒10が設置され、理論空燃比での運転時に最
大の転換効率をもって、排気中のNOxの還元とHC、
COの酸化を行う。しかしながら、三元触媒10はリー
ン空燃比のときにはHC、COを酸化するが、NOxの
還元効率が低い。このため、三元触媒10の上流側にリ
ーンNOx触媒11が設置され、リーン運転領域で発生
するNOxが触媒11の吸蔵物質に吸着される。
【0020】ただし、長時間続けてリーン運転が続くと
きには、触媒11の吸蔵物質がNOxを吸着しきれなく
なり浄化不能となるので、非リーン運転域でNOx吸着
量ABSTCが許容値RSFTAB#以上となったら空
燃比のリッチ化処理を行う。たとえば図2に示すよう
に、非リーン運転域になる前からNOx吸着量ABST
Cが許容値RSFTAB#以上となっている場合には、
理論空燃比での運転へと切換えるタイミングでリッチ化
処理に入り、触媒11の吸蔵物質から離脱してくるNO
xと排気中のNOxとの両方を、空燃比のリッチ化によ
り排気中に増量(供給)されるHCですばやく還元す
る。詳細には、理論空燃比での運転への切換時であるt
1のタイミングでマップ燃空比Mdml(二点鎖線参
照)にリッチ化度合DMLRを加算した値をリッチ化目
標燃空比TDMLR(一点鎖線参照)としてステップ的
に大きくし、このTDMLRに対してリッチ化速度DD
MLR#で燃空比補正係数DMLを大きくする。このD
MLがTDMLRに達したタイミングのt2からはリカ
バー速度DDMLRSでDMLを小さくし、DMLがマ
ップ燃空比Mdml(=1.0)に一致したt3のタイ
ミングでリッチ化処理を終了する。
【0021】なお、HCの供給過多によって一部がNO
xを還元した後に残ることになっても、その余剰分のH
Cは下流側の三元触媒10に吸着されているO2によっ
て酸化されることになる。
【0022】図2に示した制御(空燃比の切換処理なら
びに空燃比のリッチ化処理)はコントロールユニット2
により実行されるものであり、これらの処理内容を、以
下のフローチャートにしたがって説明する。
【0023】図3のフローチャートは燃料噴射パルス幅
を算出して出力する制御動作を示すもので、まずステッ
プA)では目標燃空比Tfbyaを、 Tfbya=DML+KTW+KAS+KHOT …(1) ただし、DML:燃空比補正係数 KTW:水温増量補正係数 KAS:始動後増量補正係数 KHOT:高水温時増量補正係数 の式により算出する。
【0024】(1)式の燃空比補正係数DMLは、図6
または図7の特性のマップ燃空比Mdmlを検索した上
で、空燃比の切換時に所定のダンパー操作を行わせて求
めるのであり、この場合リーン運転条件かどうかにより
いずれかのマップを選択している。
【0025】ここで、リーン運転条件の判定について図
4,図5のフローチャートにしたがって説明する。
【0026】これらの動作はバックグランドジョブとし
て行われるもので、図4のステップA)でリーン条件の
判定を行うが、このための具体的な内容は図5に示す。
リーン条件の判定は図5のステップA)〜F)の内容を
一つづつチェックすることにより行い、各項目のすべて
が満たされたときにリーン運転を許可し、一つでも反す
るときはリーン運転を禁止する。
【0027】すなわち、 ステップA):空燃比センサー(O2センサー)が活性
化している、 ステップB):エンジンの暖機が終了している、 ステップC):負荷(Tp)が所定のリーン領域にあ
る、 ステップD):回転数(N)が所定のリーン領域にあ
る、 ステップE):ギア位置が2速以上にある、 ステップF):車速が所定の範囲にある、 ときに、ステップG)でリーン運転を許可し(FLEA
N=1)、そうでなければステップH)に移行してリー
ン運転を禁止する(FLEAN=0)。上記のステップ
A)〜F)は運転性能を損なわずに安定してリーン運転
を行うための条件である。
【0028】このようにしてリーン条件を判定したら、
図4のステップC),D)に戻り、リーン条件でないと
きは、ステップC)によって理論燃空比あるいはそれよ
りも濃いマップ燃空比Mdmlを、図7に示す特性のマ
ップを回転数Nと負荷Tpとで検索することにより算出
し、これに対してリーン条件のときは、ステップD)で
理論空燃比よりも所定の範囲でだけリーンなマップ燃空
比Mdmlを図6に示す特性のマップにしたがって同じ
ように検索する。
【0029】なお、これらのマップに表した数値は、理
論空燃比のときを1.0とする相対値であるため、これ
よりも数値が大きければリッチ、小さければリーンを示
す。
【0030】次に、図8は空燃比切換時のダンパー操作
を示すフローで、これは基本的には空燃比を緩やかに切
換えることによりトルクの急変を防いで、運転性能の安
定性を確保するためのものである。
【0031】ステップA)ではリッチ化目標燃空比TD
MLR(図2参照)の設定を行う。これについては、図
9のフローチャートによって説明する。
【0032】図9のステップA)ではフラグFLEAN
をみてリーン運転中(FLEAN=1)のときはステッ
プB)でフラグFRSFTRを“0”に、もうひとつの
フラグFRSFTSを“1”にして図9のフローを終了
する。各フラグの内容は、 FRSFTR:“1”でリッチ化実行許可、“0”でリ
ッチ化実行禁止 FRSFTS:“1”でリッチ化実行完了、“0”でリ
ッチ化実行未完 である。
【0033】一方、リーン条件でないときはステップ
C)でフラグFRSFTRをみる。今回初めてリーン条
件でなくなったときは、FRSFTR=0であることよ
りステップC)からD)に進み、NOx吸着量ABST
Cと許容値RSFTAB#を比較する。
【0034】ここで、NOx吸着量ABSTCの算出に
ついては図10に示すフローチャートにより一定周期で
行っている。これについて説明すると、触媒11の最大
NOx吸着量をABSFC#として、触媒11に流入す
る排気中のNOx濃度を一定とした場合に、吸着量AB
STCの応答を一次遅れでモデル化したとき、排気中の
NOx濃度がエンジン負荷にほぼ比例し、NOx吸着速
度が吸着残存割合(=(最大吸着量−吸着量)/最大吸
着量)に比例するものとすれば、リーン運転中のNOx
吸着速度DABSRは、 DABSR=DABSR0#×(Tp/Tp0#)×(Q/Q0#) ×(ABSFC#−ABSTC)/ABSFC# …(2) ただし、Tp0#:基準のTp[msec] Q0#:基準のQ[L/min] DABSR0#:Tp0#、Q0#での吸着速度[%/
Δt] ABSFC#:最大吸着量(=100)[%] ABSTC:吸着量(吸着割合)[%] Δt:図10のフローの実行周期 の式により求めることができる(図10のステップ
A),B))。
【0035】この場合、NOx吸着速度は図10の実行
周期当たりのNOx吸着量のことであり、したがってN
Ox吸着速度DABSRを図10の実行周期ごとに積算
することによって、NOx吸着量ABSTCを求めるこ
とができる(図10のステップC))。
【0036】同様にして、リーン条件でないときはNO
x離脱速度DPRGRを、 DPRGR=DABSR0#×(Tp/Tp0#)×(Q/Q0#) ×(ABSTC/ABSFC#) …(3) の式により求め、これをステップE)において前回のA
BSTCから減算した値を改めてABSTCとする(図
10のステップD),E))。
【0037】このように、リーン運転中には吸蔵物質に
吸着されるNOxを積算しておき、非リーン運転中にな
ると今度は吸蔵物質から離脱するNOxの分を減算して
おくことで、NOx吸着量を精度よく求めている。
【0038】図9のステップD)に戻り、NOx吸着量
ABSTCが許容値RSFTAB#以上であるときはリ
ッチ化処理を行うため、ステップE)、F)に進んでフ
ラグFRSFTRを“1”に、もうひとつのフラグFR
SFTSを“0”にセットする。
【0039】ステップG)、H)では、非リーン運転時
のマップ燃空比Mdmlにリッチ化度合DMLRを加え
た値を目標燃空比TDMLとし、このときのTDMLの
値をリッチ化目標燃空比TDMLRに入れて、図9のフ
ローを終了し、図8のステップB)に戻る。
【0040】上記フラグFRSFTRの“1”へのセッ
トかつフラグFRSFTSの“0”へのセットにより、
次には図9においてステップC)、I)からステップ
J)に進むことになり、そのときの燃空比補正係数DM
L(後述する図8のステップD)またはJ)で設定され
る)と目標燃空比TDMLを比較する。初めてステップ
J)に進んだのであれば、DML<TDMLであるの
で、そのまま図9のフローを終了して図8のステップ
B)に戻る。図8での処理により、DMLがリッチ化速
度DDMLLR#で大きくなる。やがてDML≧TDM
Lとなれば、DMLがリッチ化のピークまで達した(目
標とするリッチ化度合までリッチ化した)ものと判断
し、図9のステップJ)からステップK)に進んでフラ
グFRSFTSを“1”にセットして図9のフローを終
了し、図8のステップB)に戻る。
【0041】このFRSFTSの“1”へのセットによ
り、次には図9においてステップI)からステップ
L)、M)に進むことになり、ここでリッチ化目標燃空
比TDMLRよりリカバー速度DDMLRSを減じた値
を改めてTDMLRとおくとともに、TDMLRの値を
TDMLに移す。ステップL)の操作により、図2に示
すように、TDMLRがDDMLRSずつ小さくなって
いくわけである。なお、リカバー速度DDMLRSも計
算一回当たりの燃空比変化量(つまり燃空比変化速度)
に変わりなく、本発明では通常の空燃比切換時の燃空比
変化速度DDML0#と区別するために用いている。
【0042】図9のステップN)では目標燃空比TDM
Lと非リーン運転時のマップ燃空比Mdmlを比較す
る。初めてステップN)に進んだときは、TDML>M
dmlであるので、そのまま図9のフローを終了して図
8のステップB)に戻る。やがて、TDML≦Mdml
になると、図9のステップN)からステップO)に進
み、MdmlをTDMLに入れて図9のフローを終了
し、図8のステップB)に戻る。
【0043】このようにして、リッチ化目標燃空比TD
MLRの設定を行ったら、図8のステップB)に戻り、
フラグFLEANをみてリーン運転中はステップC)、
D)で計算一回当たりの燃空比変化量ΔDMLに所定値
DDLML0を入れ、燃空比補正係数DMLからこのΔ
DMLを差し引いた値とマップ燃空比Mdmlとを比較
して、いずれか大きいほうをDMLとして設定する。
【0044】ステップE)ではDMLと理論空燃比相当
の値である1.0とを比較して、DML=1.0でない
場合(つまり理論空燃比での運転時でない)は、ステッ
プF)で空燃比フィードバック補正係数αを1.0にク
ランプして図8のフローを終了する。これは、理論空燃
比での運転時でないときには、O2センサーを用いての
空燃比フィードバック制御を実行できないため、および
空燃比のリッチ化中は空燃比フィードバック制御を禁止
するためである。
【0045】一方、非リーン運転時には図8のステップ
G)、H)でFRSFTRとFRSFTSの各フラグを
みて、空燃比のリッチ化を行う間だけ(つまりFRSF
TR=1かつFRSFTS=0のときだけ)、ステップ
I)においてΔDMLにリッチ化速度DDLMLR#を
入れ、それ以外ではステップK)においてΔDMLに所
定値DDLML0を入れる。
【0046】ステップJ)ではDMLにΔDMLを加算
した値と目標燃空比TDMLとを比較し、いずれか小さ
いほうをDMLとして設定する。
【0047】図8において、ステップB),G),
H),I),J)の操作が行われるのは、図2のt1か
らt2の区間であり、この操作によりDMLがTDML
Rに向けて大きくなるわけである。
【0048】このようにして、燃空比補正係数DMLを
求めたら、図3に戻り、ステップB)でエアフローメー
ターの出力をA/D変換し、リニアライズして吸入空気
量Qを算出する。そしてステップC)でこの吸入空気量
Qとエンジン回転数Nとから、燃料噴射弁に与える基本
パルス幅Tpを、Tp=K×Q/Nとして求める。なお
Kは定数である。
【0049】そして、ステップD)でこのTpをもとに
して、一回の燃料噴射パルス幅Tiを、 Ti=Tp×Tfbya×(α+αm−1)×2+Ts …(4) ただし、α;空燃比フィードバック補正係数 αm;空燃比学習補正係数 Ts;無効パルス幅 の式で算出する。
【0050】ただし、リーン条件のときには、これら
α、αmなどは所定の値に固定されている。
【0051】次にステップF)で燃料カットの判定を行
い、ステップG),H)で燃料カット条件ならば無効パ
ルス幅Tsを、そうでなければTiを出力レジスターに
ストアすることでクランク角センサーの出力にしたがっ
て所定の噴射タイミングでの噴射に備える。ここでの噴
射はシーケンシャルであり、各気筒の吸気行程に合わせ
たタイミングで、(4)式のTiに相当する燃料量が噴
射される。
【0052】さて、空燃比のリッチ化処理を取り出して
モデル的に図11に示すと、NOx吸着量が許容値以上
になったときは一定のリッチ化速度DDMLLR#で目
標値までリッチ化したあと、直ちにリカバー速度DDM
LRSで理論空燃比(図ではDML=1.0のライン)
に戻されるのであり、理論空燃比の雰囲気で離脱してく
るNOxを還元するため、これに見合った量のHCを空
燃比のリッチ化により排気中に供給する必要がある。こ
の場合にHC供給量は、同図の斜線部面積にほぼ比例す
るものと考えてさしつかえない。実際には、図13に示
すように、リカバー速度DDMLSを遅くする(立ち下
がりを緩くする)と、それに応じてHC排出濃度がピー
ク後に収束するまでの時間が長くなり、HC排出量が多
くなる。なお、図13(図12においても)において理
論空燃比をストイキで略記している。したがって、図1
1の斜線部面積がNOx離脱量に見合った大きさになる
ようにリッチ化度合とリカバー速度を制御してやらなけ
ればならない。
【0053】この場合に、リッチ化度合をNOx吸着量
に比例させて変えているものの、リカバー速度について
一定である従来例では、HC供給量を適切に与えること
が困難となり、排気および燃費の各性能が悪くなる場合
があるので、本発明ではリカバー速度DDMLRSを単
位時間当たりのNOx離脱量に基づいて設定する。
【0054】図12はリカバー速度DDMLRSを設定
するためのフローチャートで、一定周期で実行する。
【0055】ステップA)ではフラグFLEANをみ
て、リーン運転中はそのまま本フローを終了する。
【0056】非リーン運転時になると、ステップB)で
NOx吸着量ABSTC、基本噴射パルス幅Tpおよび
吸入空気量Qを用いて、NOx離脱速度(図12の実行
周期当たりのNOx離脱量)DPRGRを上記の(3)
式と同様にして求め、ステップC)においてはこのNO
x離脱速度DPRGRに比例させて、つまり DMLR=K1×DPRGR …(5) ただし、K1:比例定数 の式によりリッチ化度合DMLRを求める。NOx離脱
速度が大きいほど、これに対抗してHC供給量を増やす
ためリッチ化度合を大きくするのである。なお、求めた
リッチ化度合DMLRは大きくなり過ぎないように所定
の範囲(0≦DMLR≦DMLRMX#、ただしDML
RMX#は最大値)に制限する。
【0057】ステップD)ではNOx離脱速度DPRG
RからステップD)の枠内左側に示す特性を内容とする
テーブルを参照して、空燃比切換時のNOx排出量TN
OX(空燃比のリッチ化を行わない場合のテールパイプ
エミッション)を求める。TNOXは、ステップD)の
枠内右側に示したように、空燃比の切換によってNOx
排出濃度が許容値NOXLMT以下に収束するまでに排
出されるNOx量のことで、ステップD)の枠内左側に
示すように、DPRGRが大きくなるほどTNOXも大
きくなる。TNOXの値は実際には実験により予め求め
ておく。
【0058】ステップE)では空燃比切換時のNOx排
出量TNOXに比例させて、つまり KTHC=K2×TNOX …(6) ただし、K2:比例定数 の式によりHC供給量係数KTHCを求める。このKT
HCは燃空比×時間の次元になっており、図11の斜線
部面積に相当する値である。
【0059】リーンNOx触媒11からのNOxの離脱
がなければ空燃比のリッチ化によりHCを補給しなくと
も、三元触媒において非リーン時の排気中のHCにより
過不足なくNOxが浄化される。したがって、空燃比の
リッチ化により要求されるHC補給量は離脱してくるN
Oxを過不足なく還元するだけでよく、この分のHCが
供給されるように(6)式のK2の値を定める。
【0060】ステップF)ではこのHC供給量係数KT
HC、(5)式により求めたリッチ化度合DMLRおよ
びリッチ化速度DDMLLR#(本実施例では固定値)
を用いて、リカバー速度DDMLRSを、 DDMLRS=1/(2×KTHC/DMLR2−1/DDMLLR#) …(7) の式により求め、これをメモリーに保存して図12のフ
ローを終了する。
【0061】上記(7)式は図11を用いた図形処理に
より次のようにして求めたものである。図11図示のよ
うに、リッチ化時間をT2、リカバー時間をT1、三角
形の斜線部面積をKTHCとすれば、KTHCは KTHC=DMLR×(T1+T2)/2 …(a) の式により求めることができる。
【0062】またリッチ化速度DDMLLR#とリカバ
ー速度DDMLRSはそれぞれ、 DDMLLR#=DMLR/T2 …(b) DDMLRS=DMLR/T1 …(c) であるから、これらの式および(a)式からT1,T2
を消去すると、 1/DDMLRS=2×KTHC/(DMLR)2−1/DDMLLR# …(d) となり、この式をリカバー速度DDMLRSについて整
理すると、上記(7)式が得られる。
【0063】ここで、(d)式より近似式を求めてみ
る。(d)式において右辺第2項は一定値であるから省
略して考えると、 1/DDMLRS∝KTHC/(DMLR)2 …(e) の式になる。分母、分子をひっくりかえすと、 DDMLRS∝(DMLR)2/KTHC …(f) 一方、KTHCは、NOx離脱速度DPRGRにほぼ比
例し、DPRGRは(3)式よりNOx吸着量、吸入空
気量およびエンジン負荷の積に比例する、つまり、 KTHC∝(NOx吸着量)×(吸入空気量)×(エンジン負荷) …(g) であるので、(g)式を(f)式に代入して、 ∴DDMLRS∝(DMLR)2 /{(NOx吸着量)×(吸入空気量)×(エンジン負荷)} …(h) (h)式を定性的に説明すれば、NOx吸着量、吸入空
気量、エンジン負荷がが大きくなるほど、リカバー速度
DDMLRSが小さくなる(図11においてT1が長く
なる)のである。
【0064】このようにして求めたリカバー速度DDM
LRSは、前述した図9のステップL)においてメモリ
ーより読み出して用いる。
【0065】本発明では、図12で上述したように、リ
カバー速度をNOx離脱速度に基づいて設定するので、
NOx離脱速度に見合った大きさのリカバー速度を与え
ることができ、これによって、NOx離脱速度が異なる
ときでも、離脱NOxを過不足なく還元することがで
き、排気や燃費の各性能が悪化することがないのであ
る。
【0066】また、NOx離脱速度は、NOx吸着量、
触媒11に流入する排気量相当である吸入空気量、エン
ジン負荷によりそれぞれ相違するので、これらに関係な
くNOx離脱速度を求めたのでは、NOx離脱速度に誤
差が生じるのであるが、本発明ではNOx離脱速度を、
NOx吸着量、吸入空気量およびエンジン負荷の積に比
例させて与えているので、NOx吸着量、吸入空気量ま
たはエンジン負荷が異なるときでも、NOx離脱速度を
精度よく求めることができる。
【0067】最後に、実施例では目標燃空比TDMLの
外にリッチ化目標燃空比TDMLRを導入しているが、
TDMLRをなくしてTDMLだけで統一してもかまわ
ない。
【0068】
【発明の効果】第1の発明では、理論空燃比よりもリー
ン側の雰囲気で排気中のNOxを吸着し、理論空燃比の
雰囲気ではNOxを離脱させる機能を有する第一の触媒
と、この触媒の下流にあって理論空燃比付近の雰囲気で
2ストレージ機能を有する第二の触媒とを排気通路に
配置する一方で、予め設定されているリーン運転領域か
どうかを運転条件の検出信号に基づいて判定する手段
と、この判定結果よりリーン運転領域と判定したとき空
燃比を理論空燃比よりもリーン側の目標値に設定する手
段と、前記第一の触媒のNOx吸着量を算出する手段
と、このNOx吸着量が許容値以上になったかどうかを
判定する手段と、この判定結果よりNOx吸着量が許容
値以上になった場合において理論空燃比での運転へと切
換える際に空燃比を所定のリッチ化速度で理論空燃比よ
りもリッチ化したあと直ぐに所定のリカバー速度で理論
空燃比に戻す手段とを備えるエンジンの空燃比制御装置
において、前記リカバー速度をNOx離脱速度に基づい
て設定する手段を設けたので、NOx離脱速度に見合っ
た大きさのリカバー速度を与えることができ、これによ
って、NOx離脱速度が異なるときでも、離脱NOxを
過不足なく還元することができ、排気や燃費の各性能が
悪化することがない。
【0069】第2の発明では、第1の発明において、前
記NOx離脱速度が前記NOx吸着量が多くなるほど大
きくなる値であるので、NOx吸着量が異なるときで
も、NOx離脱速度を精度よく求めることができる。
【0070】第3の発明では、第1の発明において、前
記NOx離脱速度が吸入空気量が多くなるほど大きくな
る値であるので、吸入空気量が異なるときでも、NOx
離脱速度を精度よく求めることができる。
【0071】第4の発明では、第1の発明において、前
記NOx離脱速度がエンジン負荷が大きくなるほど大き
くなる値であるので、エンジン負荷が異なるときでも、
NOx離脱速度を精度よく求めることができる。
【0072】第5の発明では、第1から第4までのいず
れか一つの発明において、前記リーン運転領域にあるあ
いだNOx吸着速度を単位時間ごとに加算し、また前記
リーン運転領域以外にあるあいだ前記NOx離脱速度を
単位時間ごとに減算することにより前記NOx吸着量を
算出するので、NOx吸着量の算出精度が高まり、NO
x吸着量が許容値以上になったかどうかの判定精度も向
上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】一実施例の制御システム図である。
【図2】空燃比切換時の処理を説明するための波形図で
ある。
【図3】10msecジョブのフローチャートである。
【図4】バックグラウンドジョブのフローチャートであ
る。
【図5】リーン条件の判定を説明するためのフローチャ
ートである。
【図6】リーンマップの内容を示す特性図である。
【図7】非リーンマップの内容を示す特性図である。
【図8】180度ジョブのフローチャートである。
【図9】リッチ化目標燃空比TDMLRの設定を説明す
るためのフローチャートである。
【図10】NOx吸着量ABSTCの算出を説明するた
めのフローチャートである。
【図11】理論空燃比への切換時のリッチ化処理を説明
するための波形図である。
【図12】リカバー速度DDMLRSの設定を説明する
ためのフローチャートである。
【図13】燃空比補正係数DML、実空燃比、NOx排
出濃度(テール)およびHC排出濃度(触媒入口)の時
間変化を表す波形図である。
【図14】従来例の作用を説明するための波形図であ
る。
【図15】第1の発明のクレーム対応図である。
【符号の説明】
1 エンジン本体 2 コントロールユニット 3 O2センサー 4 クランク角センサー 6 エアフローメーター 7 燃料噴射弁 10 三元触媒(第二の触媒) 11 リーンNOx触媒(第一の触媒) 21 リーン運転領域判定手段 22 空燃比目標値設定手段 23 NOx吸着量算出手段 24 判定手段 25 空燃比制御手段 26 リカバー速度設定手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 F01N 3/24 F01N 3/24 R ZAB ZABC F02D 41/14 ZAB F02D 41/14 ZAB 310 310D

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】理論空燃比よりもリーン側の雰囲気で排気
    中のNOxを吸着し、理論空燃比の雰囲気ではNOxを
    離脱させる機能を有する第一の触媒と、この触媒の下流
    にあって理論空燃比付近の雰囲気でO2ストレージ機能
    を有する第二の触媒とを排気通路に配置する一方で、 予め設定されているリーン運転領域かどうかを運転条件
    の検出信号に基づいて判定する手段と、 この判定結果よりリーン運転領域と判定したとき空燃比
    を理論空燃比よりもリーン側の目標値に設定する手段
    と、 前記第一の触媒のNOx吸着量を算出する手段と、 このNOx吸着量が許容値以上になったかどうかを判定
    する手段と、 この判定結果よりNOx吸着量が許容値以上になった場
    合において理論空燃比での運転へと切換える際に空燃比
    を所定のリッチ化速度で理論空燃比よりもリッチ化した
    あと直ぐに所定のリカバー速度で理論空燃比に戻す手段
    とを備えるエンジンの空燃比制御装置において、 前記リカバー速度をNOx離脱速度に基づいて設定する
    手段を設けたことを特徴とするエンジンの空燃比制御装
    置。
  2. 【請求項2】前記NOx離脱速度は前記NOx吸着量が
    多くなるほど大きくなる値であることを特徴とする請求
    項1に記載のエンジンの空燃比制御装置。
  3. 【請求項3】前記NOx離脱速度は吸入空気量が多くな
    るほど大きくなる値であることを特徴とする請求項1に
    記載のエンジンの空燃比制御装置。
  4. 【請求項4】前記NOx離脱速度はエンジン負荷が大き
    くなるほど大きくなる値であることを特徴とする請求項
    1に記載のエンジンの空燃比制御装置。
  5. 【請求項5】前記リーン運転領域にあるあいだNOx吸
    着速度を単位時間ごとに加算し、また前記リーン運転領
    域以外にあるあいだ前記NOx離脱速度を単位時間ごと
    に減算することにより前記NOx吸着量を算出すること
    を特徴とする請求項1から4までのいずれか一つに記載
    のエンジンの空燃比制御装置。
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