KR100204831B1 - 내연기관의 공연비 제어방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

배기정화촉매의 상류측과 하류측에 공연비 센서를 설치하여, 하류측 공연비센서의 출력치에 의거하여 학습을 진행함에 있어서, 상기 촉매가 활성상태로 되었느냐 아니냐로 독립한 학습을 진행하고, 제1공연비 센서의 출려과 제2공연비 센서의 출력과 그 학습치에 의거하여 공연비를 제어함으로서, 학습정도를 높이고, 공연비 제어성능을 높이도록 하였다.

Description

내연기관의 공연비 제어방법 및 장치

본 발명은 내연기관의 공연비를 제어하는 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 공연비 센서를 배기정화촉매의 상류측 및 하류측에 배치하고, 이들 두 개의 공연비 센서의 검출치에 의거하여 공연비를 고정밀도로 피드백 제어하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

종래의 일반적인 내연기관의 공연비 제어장치로서는 예컨대 특개소 60-240840호 공보에 보여주는 것같은 것이 있다.

이것의 개요를 설명하면, 기관 흡입공기유량 Q 및 회전수 N을 검출하여 실린더에 흡입되는 공기량에 대응하는 기본연료 공급량 Tp (=K.Q/N; K는 정수)를 연산하고, 이 기본연료 공급량 Tp를 기관온도등에 의거해서 보정한 것에 배기중 산소농도의 검출에 의하여 혼합기의 공연비를 검출하는 공연비 센서(산소 센서)로부터의 신호에 의해 설정되는 공연비 피드백 보정계수(공연비 보정량)을 사용하여 피드백 보정을 하고, 배터리 전압에 의한 보정등도 수행하여 최종적으로 연료공급량 Ti를 설정한다.

그리고, 이와 같이 하여 설정된 연료공급량 Ti에 상당하는 펄스폭의 구동펄스신호를 소정 타이밍으로 연료분사밸브에 출력함으로서, 기관에 소정량의 연료를 분사공급하도록 하고 있다.

상기 공연비 센서로부터의 신호에 의거한 공연비 피드백 보정은 공연비를 목표 공연비(이론 공연비) 부근으로 제어하도록 진행된다. 이것은 배기계에 설치되고, 배기중의 CO, HC(탄화수소)를 산화함과 동시에 NOx를 환원하여 정화하는 배기 정화촉매(삼원촉매)의 전화효율(정화효율)이 이론 공연비 연소시의 배기상태에서 유효하게 가능할 수 있도록 설정되어 있기 때문이다.

상기 공연비 센서의 발생기전력(출력전압)은 이론 공연비 근방에서 급변하는 특성을 가지고 있으며, 이 출력전압 Vo와 이론공연비 상당의 기준전압(슬라이스 레벨)(SL)을 비교하여 혼합기의 공연비가 이론공연비에 대하여 농후한가 희박한가를 판정한다. 그리고, 예컨대, 공연비가 희박(농후)인 경우에는, 상기 기본연료 공급량 Tp를 이용하여 피드백 보정계수 α를 희박(농후)로 바꾼 ch회에 큰 비례정수 P를 증대(감소)해가면서 연료공급량 Ti 를 중량(감량) 보정함으로써 공연비를 이론공연비 근방으로 제어한다.

그런데, 상기와 같은 통상의 공연비 피드백 제어장치에서는, 1개의 공연비 센서를 응답성을 높이기 위해, 될 수 있는 한 연료실에 가까운 배기 매니폴드의 집합부분에 설치하고 있으나, 이 부분은 배기온도가 높으므로 공연비 센서가 열적영향이나 열화에 의해 특성이 변화하기 쉽고, 또 기통마다의 배기의 혼합이 불충분하므로 전기통의 평균적인 공연비를 검출하기 어려우며 공연비의 검출정밀도에 곤란이 있고, 더 나아가서는 공연비 제어정밀도를 나쁘게 하고 있었다.

이점을 감안하여, 배기정화촉매의 하류측에도 공연비 센서를 설치하고, 두 개의 공연비 센서의 검출치를 사용하여 공연비를 피드백 제어하는 것이 제안되고 있다(특개소 58-48756호 공보참조).

즉, 하류측의 공연비 센서는 연소실로부터 떨어져 있으므로 응답성에는 어려움이 있으나, 배기정화촉매의 하류이기 때문에, 배기성분 밸런스의 영향(CO, HC, NOx, CO₂등)을 받기 어렵고, 배기중의 독성성분에 따른 피독량이 적기 때문에 피독에 의한 특성변화도 받기 어렵고, 게다가 배기의 혼합상태가 좋기 때문에 전기통의 평균적인 공연비를 검출할 수 있는등 상류측의 공연비 센서에 비교하여 정밀도가 높고 안정된 검출성능을 얻을 수 있다.

그래서, 두 개의 공연비 센서의 검출치에 의거하여 상기와 같은 연상에 의하여 각각 설정된 두 개의 공연비 피드백 보정계수를 짜맞추거나 혹은 상류측의 공연비 센서에 의해 설정되는 공연비 피드백 보정계수의 제어정수(비례분이나 적분분), 상류측의 공연비 센서의 출력전압의 비교전압이나 지연시간을 보정함으로써 상류측의 공연비 센서의 출력전압의 비교전압이나 지연시간을 보정하는 것들에 의하여, 상류측 공연비 센서의 출력특성의 산포를 하류측의 공연비 센서에 의해 보상하여, 정밀도가 높은 공연비 피드백 제어를 수행하도록 하고 있다.

그러나, 상기와 같이 두개의 공연비 센서에 의한 공연비 제어장치에 있어서는 피드백 제어시의 공연비 보정에 관계되는 요구레벨이 피드백 제어시와 크게 벗어나는 일이 있고, 특히 피드백 제어시로부터 피드백 제어시로 이행할 때의 피드백 제어개시 시점에서는 다음과 같은 문제가 발생한다.

즉, 상기의 경우 통상 하류측의 공연비 센서에 의하 피드백 제어속도는 상류측의 공연비 센서에 의한 피드백 제어속도에 비교하여 작게 설정되어 있으므로 하류측 공연비 센서에 의한 피드백 제어로 제어되는 공연비 보정량(예컨대 상류측 공연비 센서에 의한 공연비 피드백 보정계수의 비례분의 보정량)이 요구치에 달하는데 시간이 걸리게 되고, 더 나아가서는 목표 공연비에 달하는데에 시간을 요하게 되어, 연료비, 운전성, 배기 이미션(emission)의 악화등을 초래한다.

또한, 공연비 피드백 제어중이라도 기관의 운전상태가 같지 않은 영역으로 옮겼을 때에는 역시 공연비가 목표 공연비로부터 크게 어긋나는 일이 생기고, 이 경우에도 연료비, 운전성, 배기 이미션의 악화등을 초래한다.

그래서, 제2공연비 보정량의 평균적인 값을 차례차례 학습 보정치로서 연산하여 운전영역 마다에 기억해 놓고, 그 학습보정치를 이용해서 연료공급량을 보정하여 설정함으로서, 항상 안정된 공연비 제어를 진행하도록 한 것이 제안되고 있다(특개소 63-97851호 공보참조).

여기서, 상기 삼원촉매(上元觸媒)는 소정의 온도에까지 가열되며 활성화하지 않으면, 소기의 정화능력을 발휘안함으로, 그 삼원촉매가 활성화할 때까지의 기간에 있어서는, 삼원촉매로 충분한 정화가 진행하지 않은채 배기가 하류측 공연비 센서에 유입하게 된다.

즉, 삼원촉매가 불활성상태에 있어서는 그 삼원촉매가 활성시에 비하여 HC가 증가되고, NOx가 감소하게 된다.

이 때문에, 삼원촉매가 활성화하기까지의 기간에 있어서는 하류측 공연비 센서의 출력 특성도 희박시의 출력이 높아져 온다.

여기서, 제2공연비 보정량의 평균적인 값을 차례로 학습 보정치로서 연산하고, 그 학습보정치를 이용해서 연료공급량을 보정하여 설정하는 것에 있어서는, 삼원촉매가 불활성상태에 있어서도, 그 삼원촉매가 활성상태와 동일한 학습보정치를 이용해서 연료공급량의 보정하여 설정하면, 하류측 공연비 센서의 출력특성이 달라져 있으므로, 그 학습의 정밀도가 유지되지 못하고, 따라서 배기 이미션 성능을 악화 시켜 버리는 일이 있었다.

본 발명은 이러한 실정을 감안하여 창안된 것으로서 배기정화촉매의 활성상태, 불활성상태를 판단하여 배기정화촉매가 불활성상태에 있어서도 적절한 학습보정치를 설정하도록 하고, 학습의 정밀도를 유지하므로 배기 이미션 성능의 악화등의 불량상태를 최소로 그치게 하는 것을 목적으로 한다.

그 때문에, 배기정화촉매의 활성상태와 불활성상태로 독립하여 기억한 학습보정치를 써서 학습의 정도를 유지하는 것을 목적으로 한다.

또는 배기정화촉매의 활성상태와 불활성상태로 학습에서 사용되는 기준치를 변경하여 얻어진 학습보정치를 써서 학습의 정도를 유지하는 것을 목적으로 한다.

또, 상기 배기정화촉매가 활성상태이냐 아니냐의 판단을 하류측의 공연비 센서의 출력상태에 의거하여 용이하고도 정도좋게 진행하는 것을 목적으로 한다.

제1도는 본 발명의 구성을 보이는 블록도.

제2도는 본 발명의 일실시예를 보이는 시스템 개략도.

제3도는 공연비 피드백 제어를 보이는 흐름도.

제4도는 본 발명의 제1실시예에 관련되는 맵 선택 루틴을 보이는 흐름도.

제5도는 본 발명의 제2실시예에 관련되는 보정치 경신 루틴을 보이는 흐름도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 내연기관 2 : 공기정화기

3 : 흡기 덕트 4 : 스로틀밸브

5 : 흡기 매니폴드 6 : 연료분사밸브

7 : 점화전 8 : 배기 매니폴드

9 : 배기 덕트 10 : 삼원촉매

11 : 머풀러 12 : 제어유니트

이 때문에, 본 발명에 관련되는 제1의 내연기관의 공연비 제어방법 또는 장치는 제1도에 도시한 것처럼 내연기관의 배기통로에 설치된 배기정화 촉매장치의 상류측의 배기통로에서 공연비에 의하여 변화하는 배기중 특정기체성분의 농도에 감응하여 출력치가 변화하는 제1공연비 센서 따라서, 공연비를 검출하는 제1공연비 검출단계 또는 수단과, 상기 배기정화촉매의 하류측의 배기통로에 있어서, 공연비에 의해서 변화하는 배기중 특정 기체성분의 농도에 감응하여 출력치가 변화하는 제2공연비 센서, 따라서 공연비를 검출하는 제2공연비 걸출단계 또는 수단과, 상기 제1공연비 센서로부터의 출력치에 따라서 제1공연비 보정량을 연산하는 제1공연비 보정량 연산단계 또는 수단과, 상기 제2공연비 보정량의 출력치와 기준치의 비교에 의거하여 상기 학습보정치를 경신하는 학습보정치 연산단계 또는 수단과, 상기 제2공연비 센서로부터의 출력치와 학습보정치에 따라서, 제2공연비 보정량을 연산하는 제2공연비 보정량 연산단계 또는 수단과, 상기 제1공연비 보정량과 제2공연비 보정량에 의거하여 최종적인 공연비 보정량을 연산하는 공연비 보정량 연산단계 또는 수단과, 배기정화촉매가 활성상태로 되어 있는가를 판단하는 촉매상태 판단단계 또는 수단과, 상기 촉매상태 판단단계 또는 수단에 의해 상기 배기정화촉매가 활성상태로 되어 있지 않다고 판단되었을 때에는 상기 학습보정치를 촉매 불활성 상태용 기억 수단에 운전영역마다에 기억시켜 상기 촉매상태 판단단계 또는 수단에 의해 상기 배기정화촉매가 활성상태로 되어 있다고 판단되었을 때에는 상기 제2공연비 보정량의 학습보정치를 촉매활성상태용 기억수단에 운전영역마다에 기억시키는 학습보정치 기억제어단계 또는 수단과, 상기 제2공연비 보정량 연산단계 또는 수단으로 사용되는 학습보정치로서 상기 촉매상태 판단단계 또는 수단에 의해 상기 배기정화촉매가 활성상태로 되어 있지 않다고 판단되었을 때에는 상기 촉매 불활성 상태용 기억수단에 기억된 학습 보정치를 선택하고, 상기 촉매상태 판단단계 또는 수단에 의하여 상기 배기정화촉매가 활성상태로 되어 있다고 판단되었을 때에는 촉매 불활성 상태용 기억수단에 기억된 학습보정치를 선택하는 학습보정치 선택단계 또는 수단을 포함하고 있는 것을 특징으로 한다.

상기의 구성에 있어서, 제1공연비 보정량 연산단계 또는 수단은 제1공연비 보정량을 연산하고, 제2공연비 보정량 연산단계 또는 수단은 제2공연비 센서로부터의 출력치와 운전영역마다에 기억된 학습보정치에 의거하여 제2공연비 보정량을 연산한다.

상기 학습보정치는 촉매상태 판단단계 또는 수단에 의해 배기정화촉매가 불활성 상태라고 판단되었을 경우에는 촉매불활성 상태용 기억수단에 기억되고, 활성상태라고 판단되었을 경우에는 촉매활성상태용 기억수단에 기억된다.

그리고, 상기 제2공연비 학습보정량의 설정시에는 촉매의 활성상태, 불활성상태의 판단에 따라 상기 2종류의 기억수단의 어느 것인가를 선택하여 검색된 학습보정치가 사용된다.

이와 같이 하여 설정된 제1공연비 보정량과 제2공연비 보정량에 의거하여 최종적인 공연비 보정량을 연산하고, 내연기관의 공연비를 제어하는 이것에 의해, 배기정화촉매가 활성상태로 되어 있지 않은 경우에도 학습정도가 유지되고, 배기 이미션 성능의 악화를 방지할 수 있다.

또, 본 발명에 관련되는 제2내연기관의 공연비 제어방법 또는 장치는 제1b도에 보이는 것같이, 상기와 같은 제1공연비 검출단계 또는 수단과, 제2공연비 검출단계 또는 수단과, 제1공연비 보정량 연산단계 또는 수단과, 학습보정지 연산단계 또는 수단과, 제2공연비 보정량 연산단계 또는 수단과, 촉매상태 판단단계 또는 수단과, 공연비 보정량 연산단계 또는 수단을 갖추고, 학습보정치 기억제어단계 또는 수단은 학습보정치를 하나의 기억수단으로 운전영역마다에 기억시키고, 또 상기 촉매상태 판단단계 또는 수단에 의하여 상기 배기정화촉매가 활성상태로 되어 있지 않다고 판단되었을 때에는 상기 학습보정치 연산단계 또는 수단으로 사용되는 비교용의 기준치를 공연비 대측으로 변경하는 기준치 변경단계 또는 수단을 포함하고 있는 것을 특징으로 한다.

상기 구성에 있어서, 상기 학습보정치 기억제어 단계 또는 수단에 대응하는 운전영역의 학습보정치를 경신할 때에는 상기 제2공연비 센서의 출력치와 기준치의 비교에 의거하여 경신하지만 기억수단이 대응하는 운전영역의 학습보정치를 경신할 때에, 배기정화촉매가 활성상태로 되어있지 않다고 판단되었을 경우에는 상기 제2 산소센서의 출력치를 판별하기 위한 기준치를 농후쪽으로 변경하고 있다.

따라서, 농후에서 희박으로의 반전이 빨라지게 되고, 배기정화촉매가 불활성상태에 기인하는 희박출력의 변화에 대처하는 것이 가능해지고, 배기정화촉매가 활성상태로 되어 있지 않는 경우에는 학습정밀도가 유지된다.

또, 이상의 발명에 있어서, 상기 촉매상태 판단단계 또는 수단을, 상기 제2공연비 센서의 출력변동범위를 검출하는 단계 또는 수단과, 상기 출력변동범위 검출단계 또는 수단으로 검출되는 상기 제2공연비 센서의 출력에 의거하여 배기정화촉매가 활성상태로 되어 있는가를 판단하는 단계 또는 수단으로부터 되도록 하여도 좋다.

이와 같이 하면, 출력변동범위 검출수단에 의해 검출되는 상기 하류측의 제2 산소센서의 희박쪽 출력에 의거하여 예컨대 그 희박쪽 출력이 소정치 이상인 경우에는 상기 배기정화촉매가 불활성상태라고 판단된다.

또는 상기 촉매상태 판단단계 또는 수단을 상기 제2공연비 센서의 공연비 소쪽 출력치에 의거하여 배기정화촉매가 활성상태로 되어 있는가를 판단하도록 하여도 된다.

이와 같이 하면, 출력변동범위 검출단계 또는 수단에 의해 검출되는 상기 하류측의 제2 산소센서의 출력변동범위에 의거하여 예컨대 그 출력변동범위가 소정범위 이상인 경우에는 상기 배기정화촉매가 불활성상태라고 판단된다.

이하에 본 발명의 실시예를 설명한다.

제1실시예를 나타낸 제2도에 있어서, 내연기관(1)에 공기정화기(2)로부터 흡기덕트(3), 스로틀밸브(4) 및 흡기 매니폴드(5)를 개재시켜 공기가 흡입된다.

흡기 매니폴드(5)의 브랜치부에는 각 기통마다에 연료분사밸브(6)가 설치되어 있다. 상기 연료분사밸브(6)는 솔레노이드에 통전되서 밸브가 열리고, 통전이 정지되므로서 밸브가 닫히는 전자식 연료분사밸브로서, 후술하는 제어뉴니트(12)로부터의 분사 펄스신호에 의해 송전되어 밸브가 열리고, 도시하지 않은 연료펌프로부터 압송되어 프레셔 레귤레이터에 의해 소정의 압력으로 조정된 연료를 흡기 매니폴드(5)내에 분사공급한다.

기관(1)의 연료실에는 각기 점화전(7)이 설치되어 있어서, 이것에 의해 불꽃점화하여 혼합기를 착화연소시킨다.

그리고, 기관(1)으로부터의 배기 매니폴드(8), 배기 덕트(9), 배기 정화용의 삼원촉매(10)(배기정화촉매) 및 머플러(11)를 개재시켜 배기가 배출된다. 상기 삼원촉매(10)는 배기성분중의 CO, HC를 산화하고, 또, NOx를 환원하여 기타 무해한 물질로 전환하는 촉매이며, 기관흡입 혼합기를 이론공연비로 연소시켰을 때에 그들의 전환효율이 가장 양호한 것이다.

제어유니트(12)는 CPU(central processing unit : 중앙처리장치), ROM(readyonly memory : 독해전용 기억소자), RAM(random access memory), A/D(analog digital conversion) 변환기 및 입출력 인터페이스(접속부분)를 포함하여 구성되는 마이크로 컴퓨터를 갖추고 있고, 각종 센서로부터의 검출신호가 입력된 후 후술과 같이 연산처리하여 연료분사밸브(6)의 작동을 제어한다.

상기 각종의 센서로서는, 흡기 덕트(3)중에 열선식 혹은 플랩식등의 에어 플로미터(13)가 설치되어 있고, 기관(1)의 흡입공기량 Q에 응한 전압신호를 출력한다.

또, 크래크각 센서(14)가 설치되어 있어서, 소정 피스톤 위치마다의 기준각도 신호 REF와, 단위각도마다의 단위각도신호 POS를 출력한다. 여기서 상기 기준각도신호 REF의 발생주기, 혹은, 소정시간내에 있어서의 상기 단위각도신호 POS의 발생수를 계측함으로서, 기관회전속도 Ne를 산출할 수 있다.

또한, 기관(1)의 워터 재킷의 냉각수온도 Tw를 검출하는 수온센서(15)가 설치되어 있다.

또, 상기 삼원촉매(10)의 상류측이 되는 배기 매니폴드(8)의 집합부에 제1 산소센서(16)가 설치되어 있고, 또한 상기 삼원촉매(10)의 하류측에서 머플러(11)의 상류측에는 제2 산소센서(17)가 설치되어 있다.

상기 제1 산소센서(16) 및 제2 산소센서(17)는 배기중의 산소농도에 감응하여 출력치가 변화하는 공지의 센서이며, 이론 공연비를 경계로 배기중의 산소농도가 급변하는 것을 이용하여, 이론 공연비에 대한 배기 공연비의 농후.희박을 검출할 수 있는 농후.희박 센서이다.

그래서, 제어유니트(12)에 내장돤 마이크로 컴퓨터의 CPU는 소정의 피드백 제어조건이 성립되어 있을 때에, 제3도의 흐름도에 도시한 것처럼, 상기 제1공연비 센서(16) 및 제2공연비 센서(17)의 출력이 목표 공연비에 상당되는 값에 가까워지는 방향으로 공연비 피드백 보정계수 LMD를 비례.적분 제어한다.

또한, 본 실시예에 있어서, 공연비 보정량 수단으로서의 기능은, 상기 제3도의 흐름도에 보이는 것처럼, 제어유니트(12)가 소프트웨어적으로 비치되어 있다.

제3도의 흐름도에 있어서, 먼저, 제1단계(도면에서는 S1이라 되어 있다. 이하 같음)에서는 상류측의 제1공연비 센서(16)의 출력전압을 철저히 읽어 들인다.

다음 제2단계에서는, 상기 제1단계에서 읽어들인 출력전압과 목표 공연비(이론 공연비)에 상당하는 소정치를 비교함으로서, 목표 공연비에 대한 실제의 공연비의 농후.희박을 판별한다.

출력전압이 소정치 보다도 크고 공연비가 농후라고 판별되었을 때에는, 제3단계로 나아가고, 이러한 농후 판별이 초회냐 아니냐를 판별한다.

농후 판별이 초회일 때에는, 제4단계로 나아가고, 전회까지의 공연비 피드백 보정계수 LMD(초기치 1.0)로부터 후술하는 바와 같이 해서 설정되는 비례분 P_R를 감산하는 비례제어를 행하여, 공연비 피드백 보정계수 LMD를 경신한다.

한편, 농후 판별이 초회가 아니라고 제3단계에서 판별되었을 때에는, 제5단계로 나아가고, 전회까지의 공연비 피드백 보정계수 LMD로부터 소정의 적분분 I를 감산하는 적분제어를 행하여, 공연비 피드백 보정계수 LMD를 경신한다.

상기 공연비 피드백 보정계수 LMD의 감소제어는, 연료분사량 Ti의 감량보정에 상당하므로, 상기 제5단계에서의 적분제어를 반복하므로서, 공연비가 희박으로 반전하게 된다.

그리고, 공연비가 희박으로 반전한 것이 제2단계에서 판별되면, 제6단계로 전진하고, 희박 판별이 초회인가 아닌가를 판별한다.

희박 판별이 초회일 때에는, 제7단계로 전진하고, 전회까지의 공연비 피드백 보정계수 LMD에 대하여, 후술하는 것과 같이해서 설정되는 비례분 P_L를 가산하는 비례제어를 수행하고, 공연비 피드백 보정계수 LMD를 경신한다.

희박 판별이 초회가 아닐 경우에는, 제8단계로 전진하고, 전회까지의 공연비 피드백 보정계수 LMD에 적분분 I를 가산하는 적분제어를 행하여, 공연비 피드백 보정계수 LMD를 경신하다.

즉, 이상 설명한 제2단계-제8단계가 제1공연비 보정량 연산 수단의 기능을 나타내고 있다.

한편, 제9단계에서는, 전술한 제1공연비 센서(16)의 출력전압에 의거한 공연비 피드백 보정계수 LMD의 비례적분제어와 동일하게, 제2공연비 센서(17)의 출력정압에 의거한 비례적분 제어에 의하여, 기본 비례분 P_RB, P_LB를 보정하기 위한 보정치 PHOS(초기치=0)를, 제2공연비 센서(17)에 의한 검출공연비가 목표 공연비(이론 공연비)에 커지는 방향으로 제어한다.

즉, 그 제9단계가 제2공연비 보정량 연산단계 또는 수단의 기능을 나타내고 있다.

여기서, 그 보정치 PHOS는 운전영역마다에 학습보정치 기억수단으로서의 맵에 기억되어 있으나, 그 맵은 기본연료분사량 Tp와 기관회전속도 Ne에 의하여 각각 2분된 계 4개의 운전영역으로 구분되어 있다. 그리고, 본 발명의 청구항 1에 관한 구성으로서, 본 실시예에서는, 삼원촉매(10)가 활성상태일 때의 보정치 PHSO_H를 기억한 삼원촉매 활성상태용 맵과, 삼원촉매(10)가 불활성상태인 때의 보정치 PHOS_L을 기억한 삼원촉매 불활성상태용 맵을 가지고 있고, 후술하는 맵 선택 루틴에 의해 어느 맵을 사용할 것인가를 판단한다.

제10단계에서는, 기본 비례분 P_RB로부터 상기 보정치 PHOS(PHOS_H또는 PHOS_L)를 감산하고, 그 감산결과를 비례분 P_R(←P_RB-PHOS)에 세트함과 동시에, 상기 기본비례분 P_LB에 상기 보정치 PHOS를 가산하여, 그 가산결과를 비례분 PL(←P_LB+PHOS)에 세트한다.

상기 비례분 P_R은 상술한 바와 같이 농후 판별의 초회에 공연비 피드백 보정계수 LMD의 감소제어에 사용되는 비례분이며, 또 상기 비례분 P_L은 상술한 바와 같이 희박 판별의 초회에 공연비 피드백 보정계수 LMD의 증대제어에 사용되는 비례분이며, 또, 보정치 PHOS는, 제2공연비 센서(17)에 의한 농후 검출시에는 감소 설정되어지므로, 제2공연비 센서(17)에서 농후로 검출되어 있을 때에는, 상기 비례분 P_R에 의한 희박방향으로의 제어가 증대되고, 거꾸로, 상기 비례분 P_L에 의한 농후방향으로의 제어가 감소되고, 제2공연비 센서(17)로 검출되는 농후 공연비를 목표 공연비에 가까워지게 하는 방향으로 공연비 피드백 피드백 보정계수 LMD의 비례제어특성이 변경되어진다.

따라서, 제1공연비 센서(16)의 검출결과를 사용한 공연비 피드백 제어에서의 공연비 제어점의 어긋남이, 제2공연비 센서(17)를 사용하여 설정되는 보정치 PHOS에 의해서 보상되어진다.

또한, 제2공연비 센서(17)의 검출결과를 사용한 보정 제어는, 상기의 비례분 P_R, P_L의 보정 제어에 한정되지 않고, 예컨대, 제1공연비 센서(16)의 출력에 의거하여 농후.희박을 판정할 때에 사용되는 스레숄드 레벨의 변경이나, 제1공연비 센서(16)의 농후.희박 검출에 대해서 비례제어의 실행를 강제적으로 늦추는 시간의 변경등에 의하여, 공연비 피드백 제어의 특성을 변경하는 구성으로 해도 상관없다.

상기와 같이 하여, 삼원촉매(10)의 상류측의 제1공연비 센서(16)와 하류측의 제2공연비 센서(17)의 출력치에 의거하여 설정되는 공연비 피드백 보정계수 LMD는, 다음의 제11단계에 있어서의 연료분사량 Ti의 연산에 사용된다.

즉, 공연비 피드백 보정계수 LMD의 연산이 공연비 보정량 연산 수단에 상당한다.

구첵적으로는, 흡입공기량 Q와 기관회전속도 Ne에 의거하여 기본연료분사량 TP(←K x Q/Ne : K는 정수)를 연산하는 한편, 냉각수온도 Tw등의 운전조건에 의거한 각종 보정계수 COEF, 배터리전압에 응한 전압 보정분 Ts등을 연산한다. 그리고 상기 기본연료분사량 T_P를, 상기 공연비 피드백 보정계수 LMD, 각종 보정계수 COEF, 전압 보정분 Ts등으로 보정하고, 그 보정결과를 최종적인 연료분사량 Ti(←Tp x COEF x LMD +Ts)로서 설정한다.

제어유니트(12)는, 최신에 연산된 상기 연료분사량 Ti에 상당하는 펄스폭의 분사펄스신호를 소정의 분사 타이밍으로 연료분사밸브(6)에 출력하여, 연료분사밸브(6)에 의한 분사량을 제어하고, 따라서, 목표 공연비의 혼합기를 형성시킨다.

그런데, 본 실시예에 있어서, 제어유니트(12)는 제4도의 흐름도에 도시한 바와 같이, 삼원촉매(10)의 활성상태, 불활성상태를 판단하고, 그 삼원촉매(10)가 불활성상태에 있어서도, 제9단계에서 읽어들이는 보정치 PHOS를 적절한 것으로 하기 때문에, 삼원촉매 활성상태용 맵과 삼원촉매 불활성 상태용 맵을 선택하는 맵선택 루틴을 가지고 있다.

맵 선택 루틸을 표시한 제4도의 흐름도에 있어서, 우선, 제21단계에서는, 수온센서(15)에 의해 냉각수온도 Tw를 검출한다.

제22단계에서는, 그 냉각수온도 Tw가 소정온도 이하이냐 아니냐를 판단한다. 그리고 소정온도 이하인 경우에는, 삼원촉매(10)가 저온상태에 있는 것으로 해서 제23단계 이하로 나아간다. 한편, 냉각수온도 Tw가 소정온도보다 높은 경우에는 제27단계로 나아가고, 삼원촉매(10)가 저온상태에는 없고, 따라서 삼원촉매(10)는 활성상태에 있으며, 상기 보정치 PHOS로서는 삼원촉매 활성상태용 맵에 기억되는 보정치 PHOS_H를 사용하는 것으로 해서, 삼원촉매 활성상태용 맵을 선택한다.

제23단계에서는, 하류측의 제2공연비 센서(17)의 출력전압을 모니터한다.

제24단계에서는 상기 제23단계에 있어서의 모니터 결과에 의거하여 제2공연비 센서(17)의 농후 출력 RichEs 및 희박 출력 LeanEs를, 예컨대, 5 사이클간에 있어서의 기전력 피크치의 평균으로서 구한다.

제25단계에서는 제24단계에서 구한 희박 출력이 소정치 이상이냐 아니냐를 판단한다.

여기서, 삼원촉매(10)가 저온상태에 있고, 또한 불활성상태인 때에는, 그 삼원촉매(10)가 충분한 정화능력을 발휘하지 않으며 따라서 그 삼원촉매(10)가 활성화할 때까지의 기간에 있어서는, 삼원촉매(10)로 충분한 정화가 진행되지 않는채 배기가 제2공연비 센서(17)에 유입되고 있다는 것을 생각할 수 있다. 즉 삼원촉매(10)가 불활성상태에 있어서는, 그 삼원촉매(10)가 활성시에 비하여 HC의 처리능력이 저하되고, 제2공연비 센서(17)로 유입되는 HC의 양이 늘고, 또한 NOx가 감소되므로, 상기 제2공연비 센서(17)로 유입되는 배기는 농후경향으로 되고, 따라서 제2공연비 센서(17)의 출력특성에서의 희박 시의 출력이 높아져 온다.

그러므로, 상기 희박출력 LeanEs가 소정치 이상인 겨우에는 삼원촉매(10)가 불활성상태에 있다고 판단하는 것이 가능해진다.

따라서, 제25단계에 있어서, 삼원촉매(10)가 불활성상태라고 판단되었을 경우에는, 제26단계로 나아가고, 상기 보정치 PHOS로서는 삼원촉매 불활성 상태용 맵에 기억되는 보정치 PHOS_L을 사용하는 것으로 해서, 삼원촉매 불활성 상태용 맵을 선택한다.

즉, 해당 맵 선택 루틴은 출력변동범위 검출 수단 촉매상태 판단 수단 및 배기정화촉매불활성상태 학습보정치 설정 수단으로서의 기능을 갖추고 있다. 또, 제24단계 및 제25단계는 본 발명의 청구항 3에 관련되는 구성이다.

따라서, 본 실시예에 의하며, 제2공연비 센서(17)의 희박출력 LeanEs에 의거하여 삼원촉매(10)의 활성상태, 불활성상태를 판단하고, 그 삼원촉매(10)가 불활성상태에 있어서도, 삼원촉매 불활성 상태용 맵을 선택하여, 그 맵에 기억되는 보정치 PHOS_L을 공연비 피드백 보정계수 LMD를 경신할 때의 보정치 PHOS로서 설정하고 있으므로 삼원촉매(10)가 불활성상태에 있어서도, 학습의 정밀도가 유지되며, 따라서 배기 이미션 성능이 악화되는 불량상태를 최소로 멈추게 할 수 있는 효과가 있다.

다음에 본 발명에 관계되는 제2실시예를 설명한다.

본 제2실시예에서는, 제어유니트(12)는 제5도의 흐름도에 도시한 것처럼, 삼원촉매(10)의 활성상태, 불활성상태를 판단하여 그 삼원촉매(10)각 활성상태에 있어서도, 제9단계에서 읽어들인 보정치 PHOS를 적절한 것으로 하기 위하여 그 보정치 PHOS를 경신하는 청구항 2에 관한 구성인 보정치 경신 루틴을 가지고 있다.

보정치 경신 루틴을 도시한 제5도의 흐름도에서, 먼저, 제31단계에서는, 하류측의 제2공연비 센서(17)의 출력전압을 모니터한다.

제32단계에서는 상기 제31단계에 있어서의 모니터 결과에 의거하여 제2공연비 센서(17)의 농후출력 RichEs 및 희박출력 LeanEs를, 예컨대 5 사이클간에서의 기전력(起電力) 피크치의 평균으로서 구한다.

제33단계에서는, 제32단계로 구한 농후출력 RichEs 와 희박출력 LeanEs의 편차 V_PP, 즉 제2공연비 센서(17)의 출력변동범위를 산출한다.

여기서, 삼원촉매(10)가 저온상태에 있고, 또한 불활성상태인 때에는 그 삼원촉매(10)가 충분한 정화능력을 발휘하지 않고, 따라서 그 삼원촉매(10)가 활성화할때까지의 기간에 있어서는 삼원촉매(10)로 충분한 정화가 진행되지 않은 채 배기가 제2공연비 센서(17)에 유입하고 있다고 생각할 수 있다. 즉, 삼원촉매(10)가 불활성상태에 있어서는 그 삼원촉매(10)가 활성시에 비하여 HC의 처리능력이 저하되고, 제2공연비 센서(17)에 유입되는 HC의 양이 늘고, 또한 NOx가 감소하므로, 상기 제2공연비 센서(17)에 유입되는 배기는 농후 경향으로 되어, 따라서 제2공연비 센서(17)의 출력특성에서의 회박출력 LeanEs가 높아져 온다.

그런데, 그 삼원촉매(10)가 불활성상태에 있어서도 농후출력 RichEs는 변치 않으므로, 따라서 편차 V_PP는 작아진다.

따라서, 상기 편차 V_PP가 소정치 미만인 경우에는, 삼원촉매(10)가 불활성상태라고 판단할 수 있으며, 상기 편차 V_PP가 소정치 이상인 경우에는, 삼원촉매(10)가 활성상태라고 판단하는 것이 가능해진다.

그러므로 제34단계에서는, 상기 편차 V_PP가 소정치 이상이냐 소정치 미만이냐를 판별하고, 삼원촉매(10)가 불활성상태(편차 V_PP가 소정치 미만)이라고 판단 되었을 경우에는, 제35단계로 나아간다.

제35단계에서는, 상기 제2공연비 센서(17)의 출력치와 비교하여 기준치로서의 슬라이스 레벨 SL을 아래의 식에 의해 변경한다.

SL2=2/3×V_PP+LeanEs

즉, 희박출력 LeanEs만이 높아지고, 농후출력 RichEs가 변하지 않으므로, 기준치로서의 슬라이스 레벨 SL을 통상의 슬라이스 레벨 SL1 그대로 해 두면, 상기 제2공연비 센서(17)에 의해 검출되는 공연비는 농후상태를 검출하는 시간이 길어지며, 따라서, 농후에서 희박으로의 반전이 극단적으로 늦어진다. 그러므로 공연비는 농후 피드백 제어가 이루어지는 상태와 같은 상태로 되어, 삼원촉매(10)의 활성상태를 빠르게 할 수가 없다.

따라서, 슬라이스 레벨 SL을 희박 피드백 제어가 이루어지도록, 높은 SL2로 해서, 농후에서 희박으로의 반전을 촉진하고, 희박 공연비를 설정하여, 촉매활성을 가급적 앞당김과 동시에 경신정밀도의 향상을 꾀할 수 있게 된다.

한편, 제34단계에 있어서, 삼원촉매(10)가 활성상태(편차 V_PP가 소정치이상)라고 판단되었을 경우에는, 제36단계로 전진하고, 상기 제2공연비 센서(17)의 출력치와 비교하는 기준치로서의 슬라이스 레벨 SL을, 통상의 슬라이스 레벨로 한다.

SL1=1/2×V_PP+LeanEs

그리고, 제37단계에서는, 상기 제2공연비 센서(17)의 출력치와 슬라이스레벨 SL1 또는 SL2를 비교하여, 제2공연비 센서(17)의 출력전압에 의거한 비례적 분제어에 의하여 기본 비례분 P_RB, P_LB를 보정하기 위한 보정치 PHOS(초기치=0)를 경신한다.

또한, 해당 보정치 경신루틴에 있어서, 제33단계가 출력변동범위 검출수단의 기능, 제34단계가 촉매상태 판단수단의 기능, 제37단계가 학습보정 경신수단의 기능, 제35, 36단계가 기준치 변경수단의 기능을 나타내고 있다.

또, 제32-34단계는, 본 발명의 청구항 4에 관계되는 구성이다.

따라서, 본 제2실시예에 있어서는 삼원촉매(10)가 불활성상태로서, LeanEs가 상승하여도 상기 보정치 PHOS를 경신할 때의 학습정도가 유지되게 되어, 따라서 배기 이미션 성능의 악화등의 좋지않은 상황을 최소로 멈추는 것이 가능해진다는 효과가 있다.

이상 설명한 바와 같이, 청구항 1 또는 5에 관계되는 발명에 의하면, 배기정화촉매의 상류측 및 하류측에 각기 공연비 센서를 성치하고, 이들의 공연비 센서의 출력에 의거하여 최종적인 공연비 보정량을 연산하여 공연비를 제어하는 내연기관에 있어서, 배기정화촉매가 불활성상태에 있어서도 그 공연비 제어에 관계되는 적절한 학습 보정치가 설정되고, 학습의 정밀도가 유지되고, 따라서 배기 이미션 성능의 악화등의 불량상태를 최소로 머물게 하는 것이 가능해지는 효과가 있다.

또, 청구항 2 또는 6에 관계되는 발명에 의하면, 농후에서 희박으로의 반전이 빨라지게 되어, 배기정화촉매가 불활성상태에 기인하는 희박출력의 변화에 대처할 수 있게 되고, 배기정화촉매가 활성상태로 되어 있지 않는 경우에도 학습정밀도가 유지되며, 배기 이미션 성능의 악화등의 불량상태를 최소로 그치게 할 수 있는 효과가 있다.

또, 청구항 3 또는 7에 관계되는 발명에 의하며, 제2공연비 센서의 희박측 출력에 의거하여, 또 청구항 4 또는 8에 관계되는 발명에 의하면, 제2공연비 센서의 출력 변동범위에 의거하여, 배기정화촉매의 활성상태가 판단됨으로, 확실하게 배기정화촉매의 상태를 판단할 수 있게 된다.

Claims (8)

1. 내연기관의 배기통로에 비치된 배기정화 촉매장치의 상류측의 배기통로에 있어서, 공연비에 의하여 변화하는 배기중 특정기체성분의 농도가 감응하여 출력치가 변화하는 제1공연비 센서, 따라서 공연비를 검출하는 제1공연비 검출단계와 상기 배기정화촉매의 하류측의 배기통로에 있어서, 공연비에 의하여 변화하는 배기중 특정 기체성분의 농도에 감응하여 출력치가 변화하는 제2공연비 센서, 따라서 공연비를 검출하는 제2공연비 검출단계와, 상기 제1공연비 센서로부터 출력치에 응하여 제1공연비 보정량을 연산하는 제1공연비 보정량 연산단계와, 상기 제2공연비 보정량의 출력치와 기준치의 비교에 의거하여 상기 학습보정치를 경신하는 학습보정치 연산단계와, 상기 제2공연비 센서로부터의 출력치와 학습보정치에 따라서 제2공연비 보정량을 연산하는 제2공연비 보정량 연산단계와, 상기 제1공연비 보정량과 제2공연비 보정량에 의거하여, 최종적인 공연비 보정량을 연산하는 공연비 보정량 연산단계와, 배기정화촉매가 활성상태로 되어 있는가를 판단하는 촉매상태 판단단계와, 상기 촉매상태 판단단계에 의하여 상기 배기정화촉매가 활성상태로 되어 있지 않다고 판단되었을 때는 상기 학습보정치를 촉매 불활성 상태용 기억수단에 운전영역마다에 기억시키고, 상기 촉매상태 판단단계에 의하여 상기 배기정화촉매가 활성상태로 되어 있다고 판단되었을 때에는 상기 제2공연비 보정량의 학습보정치를 촉매활성상태용 기억수단에 운전영역마다에 기억시키는 학습보정치 기억제어단계와, 상기 제2공연비 보정량 연산단계에서 사용되는 학습보정치로서, 상기 촉매상태 판단단계에 의해 상기 배기정화촉매가 활성상태로 되어 있지 않다고 판단되었을 때에는 상기 촉매 불활성 상태용 기억수단에 기억된 학습보정치를 선택하고, 상기 촉매상태 판단단계에 의해 상기 배기정화촉매가 활성상태로 되어 있다고 판단되었을 경우에는 상기 촉매 불활성 상태용 기억수단에 기억된 학습보정치를 선택하는 학습보정치 선택단계를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 내연기관의 공연비 제어방법.
2. 내연기관의 배기통로에 비치된 배기정화 촉매장치의 배기통로에 있어서, 공연비에 따라서 변화하는 배기중 특정기체성분의 농도에 감응하여 출력치가 변화하는 제1공연비 센서, 따라서 공연비를 검출하는 제1공연비 검출단계와, 상기 배기정화촉매의 하류측의 배기통로에 있어서, 공연비에 따라서 변화하는 배기중 특정기체성분의 농도에 감응하여 출력치가 변화하는 제2공연비 센서, 따라서 공연비를 검출하는 제2공연비 검출단계와, 상기 제1공연비 센서로부터 출력치에 응하여 제1공연비 보정량을 연산하는 제1공연비 보정량 연산단계와, 상기 제2공연비 보정량의 출력치와 기준치의 비교에 의거하여 상기 학습보정치를 경신하는 학습보정치 연산단계와, 상기 학습보정치를 기억수단에 운전영역마다에 기억시키는 학습보정치 기억제어단계와, 상기 제2공연비 센서로부터의 출력치와 상기 기억수단에 기억된 학습보정치에 따라서 제2공연비 보정량을 연산하는 제2공연비 보정량 연산단계와, 상기 제2공연비 보정량과 제2공연비 보정량에 의거하여 최종적인 공연비 보정량을 연산하는 공연비 보정량 연산단계와, 배기정화촉매가 활성상태로 되어 있는가를 판단하는 촉매상태 판단단계와, 상기 촉매상태 판단단계에 의하여 상기 배기정화촉매가 활성상태로 되어 있지 않다고 판단되었을 때는 상기 학습보정치 연산단계에서 사용되는 비교용의 기준치를 공연비 농후측으로 변경하는 기준치 변경단계를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 내연기관의 공연비 제어방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 촉매상태 판단단계는 상기 제2공연비 센서의 출력변동범위를 검출하는 단계와, 상기 출력변동범위 검출단계에서 검출되는 상기 제2공연비 센서의 출력에 의거하여 배기정화촉매가 활성상태로 되어 있는가를 판단하는 단계로부터 구성된 것을 특징으로 하는 내연기관의 공연비 제어방법.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 촉매상태 판단단계는 상기 제2공연비 센서의 공연비 희박측 출력치에 의거하여 배기정화촉매가 활성상태로 되어 있는가를 판단하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 공연비 제어방법.
5. 내연기관의 배기통로에 설치된 배기정화촉매장치의 상류측의 배기통로에 있어서, 공연비에 따라 변화하는 배기중 특정기체성분의 농도가 감응하여 출력치가 변화하는 제1공연비 센서, 따라서 공연비를 검출하는 제1공연비 검출수단과, 상기 배기정화촉매의 하류측의 배기통로에 있어서, 공연비에 따라 변화하는 배기중 특정기체성분의 농도에 감응하여 출력치가 변화하는 제2공연비 센서, 따라서 공연비를 검출하는 제2공연비 검출수단과, 상기 제1공연비 센서로부터 출력치에 따라서 제1공연비 보정량을 연산하는 제1공연비 보정량 연산수단과, 상기 제2공연비 보정량의 출력치와 기준치의 비교에 의거하여 상기 학습보정치를 경신하는 학습보정치 연산수단과, 상기 제2공연비 센서로부터의 출력치와 학습보정치에 따라서 제2공연비 보정량을 연산하는 제2공연비 보정량 연산수단과, 상기 제1공연비 보정량과 제2공연비 보정량에 의거하여 최종적인 공연비 보정량을 연산하는 공연비 보정량 연산수단과, 배기정화촉매가 활성상태로 되어 있는가를 판단하는 촉매상태 판단수단과, 상기 촉매상태 판단수단에 의해 상기 배기정화촉매가 활성상태로 되어 있지 않다고 판단되었을 때는 상기 학습보정치를 촉매 불활성 상태용 기억수단에 운전영역마다에 기억시키고, 상기 촉매상태 판단단계에 의하여 상기 배기정화촉매가 활성상태로 되어 있다고 판단되었을 때에는 상기 제2공연비 보정량의 학습보정치를 촉매활성상태용 기억수단에 운전영역마다에 기억시키는 학습보정치 기억제어수단과, 상기 제2공연비 보정량 연산단계에서 사용되는 학습보정치로서, 상기 촉매상태 판단단계에 의하여 상기 배기정화촉매가 활성상태로 되어 있지 않다고 판단되었을 때에는 상기 촉매 불활성 상태용 기억수단에 기억된 학습보정치를 선택하고, 상기 촉매상태 판단단계에 의해 상기 배기정화촉매가 활성상태로 되어 있다고 판단되었을 때에는 상기 촉매 불활성 상태용 기억수단에 기억된 학습보정치를 선택하는 학습보정치 선택수단을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 내연기관의 공연비 제어장치.
6. 내연기관의 배기통로에 비치된 배기정화 촉매장치의 상류측의 배기통로에 있어서, 공연비에 따라서 변화하는 배기중 특정기체성분의 농도에 감응하여 출력치가 변화하는 제1공연비 센서, 따라서 공연비를 검출하는 제1공연비 검출수단과, 상기 배기정화촉매의 하류측의 배기통로에 있어서, 공연비에 따라서 변화하는 배기중 특정기체성분의 농도에 감응하여 출력치가 변화하는 제2공연비 센서, 따라서 공연비를 검출하는 제2공연비 검출수단과, 상기 제1공연비 센서로부터 출력치에 따라 제1공연비 보정량을 연산하는 제1공연비 보정량 연산수단과, 상기 제2공연비 보정량의 출력치와 기준치의 비교에 의거하여 상기 학습보정치를 경신하는 학습보정치 연산수단과, 상기 학습보정치를 기억수단에 운전영역마다에 기억시키는 학습보정치 기억제어수단과, 상기 제2공연비 센서로부터의 출력치와 상기 기억수단에 기억된 학습보정치에 따라서 제2공연비 보정량을 연산하는 제2공연비 보정량 연산수단과, 상기 제1공연비 보정량과 제2공연비 보정량에 의거하여 최종적인 공연비 보정량을 연산하는 공연비 보정량 연산수단과, 배기정화촉매가 활성상태로 되어 있는가를 판단하는 촉매상태 판단수단과, 상기 촉매상태 판단단계에 의하여 상기 배기정화촉매가 활성상태로 되어 있지 않다고 판단되었을 때는 상기 학습보정치 연산수단에서 사용되는 비교용의 기준치를 공연비 농후측으로 변경하는 기준치 변경수단을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 내연기관의 공연비 제어장치.
7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 촉매상태 판단수단은 상기 제2공연비 센서의 출력변동범위를 검출하는 수단과, 상기 출력변동범위 검출수단에서 검출되는 상기 제2공연비 센서의 출력에 의거하여 배기정화촉매가 활성상태로 되어 있는가를 판단하는 수단으로부터 구성된 것을 특징으로 하는 내연기관의 공연비 제어장치.
8. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 촉매상태 판단수단은 상기 제2공연비 센서의 공연비 희박측 출력치에 의거하여 배기정화촉매가 활성상태로 되어 있는가를 판단하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 공연비 제어장치.