KR100748416B1 - 내연 기관의 공연비 제어 장치 - Google Patents

내연 기관의 공연비 제어 장치 Download PDF

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도요다 지도샤 가부시끼가이샤
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Abstract

내연 기관의 공연비 제어 장치는 제 1 및 제 2 촉매 (10 및 12), 제 1 촉매의 상류에 제공되고 배기 가스의 공연비를 취득하는 제 1 공연비 취득 수단 (8); 제 2 촉매로 유입되는 배기 가스의 공연비를 취득하기 위한 제 2 공연비 취득 수단 (11), 및 제 1 및 제 2 공연비 취득 수단에 의해 취득된 공연비에 따라 공연비를 제어하는 공연비 제어 수단 (13)을 구비하고, 공연비 제어 수단에는 기관의 연료 증량 운전 종료 후 제 2 촉매가 린이 될 때까지 공연비를 제어하는 린 제어 수단 (13), 및 연료 증량 운전과 린 제어 수단에 의한 공연비 제어 사이에서 제 1 촉매가 린이 되기에 충분하고 제 2 촉매가 린이 되기에 불충분한 범위 내에서 공연비를 린 공연비로 변경하기 위한 제어를 실행하는 중간 린 제어 수단 (13) 이 제공된다.
배기 가스 정화 촉매, 내연 기관의 공연비 제어 장치

Description

내연 기관의 공연비 제어 장치{AIR-FUEL RATIO CONTROL APPARATUS OF INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
기술분야
본 발명은 배기 통로에 배기 가스 정화 촉매를 구비한 내연 기관의 공연비 제어 장치에 관한 것이다.
배경기술
종래에는 촉매 컨버터의 하류측에 위치된 산소 농도 센서로부터의 출력이 리치 (rich) 를 나타내고, 내연 기관의 연료가 증량될 때 공연비가 소정 기간의 시간 동안 린 (lean) 공연비가 되도록 제어되고, 그 후, 공연비가 이론적 공연비로 리턴되도록 제어되는 내연 기관의 공연비 제어 장치가 알려져 있다 (일본 특허 출원 공개 공보 (JP-A) 제 63-117139 호 참조). 또한, 본 발명에 관련된 종래 기술이 JP-A 제 63-134835, 6-307271, 59-173533 또는 2003-148202 호에 개시되어 있다.
배기 가스 방출 제어의 강화에 대응하기 위해서 차량 등에 탑재되는 배기 가스 정화 시스템의 촉매의 용량을 증가시켜왔다. 따라서, 종래의 공연비 제어는 촉매 배기 가스 냄새 (특히, 황화 수소 (H2S) 의 냄새) 의 발생을 억제할 수 없을 가능성이 있으며, 그 이유는 내연 기관 연료 증량 운전 후, 차량의 감속 또는 정지까지 배기 가스 촉매에 흡장된 산소의 양이 적기 때문이다. 내연 기관의 감속 또는 정지 까지 촉매에 대해서 촉매 배기 가스 냄새의 발생을 억제하기에 충분한 양의 산소를 흡장하기 위해서, 예를 들면, 연료를 감소시킴으로써 공연비가 린측으로 크게 변화하거나 또는 내연 기관이 오랜 기간의 시간 동안 린 공연비로 운전된다. 그러나, 공연비가 린측으로 크게 변할 경우 내연 기관에서 오점화가 발생하는 문제점이 있을 수도 있으며, 반면 장시간의 린 공연비의 운전 동안 NOx 발생량의 증가에 기인한 배기 가스 방출의 열화의 문제가 있을 수도 있다. 또한, 고온에서 산소가 과잉 존재하는 분위기에서 촉매의 열화가 촉진된다.
발명의 개시
종래 기술의 상술한 문제점으로부터, 본 발명의 목적은 내연 기관의 운전 상태나 배기 가스 방출을 열화시키지 않고, 내연 기관의 감속 또는 정지까지 촉매 배기 가스 냄새의 발생을 방지하는 데 필요한 양의 산소를 확실하게 배기 가스 정화 촉매에 흡장시킬 수 있는, 내연 기관의 공연비 제어 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 내연 기관의 공연비 제어 장치는 배기 통로에 위치된 제 1 배기 가스 정화 촉매; 제 1 배기 가스 정화 촉매의 하류에 위치한 제 2 배기 가스 정화 촉매; 제 1 배기 가스 정화 촉매의 상류에 위치되어 배기 가스의 공연비를 취득하는 제 1 공연비 취득 수단; 제 2 배기 가스 정화 촉매에 유입되는 배기 가스의 공연비를 취득하는 제 2 공연비 취득 수단; 및 제 1 공연비 취득 수단에 의해 취득한 공연비와 제 2 공연비 취득 수단에 의해 취득한 공연비에 따라 내연 기관의 공연비를 제어하는 공연비 제어 수단을 구비하고, 공연비 제어 수단은, 내연 기관의 연료 증량 운전의 종료 후 제 2 배기 가스 정화 촉매가 린 상태가 될 때까지 내연 기관의 공연비를 제어하는 린 제어 수단; 및 연료 증량 운전과 린 제어 수단에 의한 공연비 제어의 사이에서, 제 1 배기 가스 정화 촉매가 린 상태가 되기에 충분하고, 제 2 배기 가스 정화 촉매가 린 상태가 되기에 불충분한 범위에서 내연 기관의 공연비를 린 공연비로 변화시키는 제어를 1회 이상 실행하는 중간 린 제어 수단을 구비함으로써, 상술한 과제를 해결한다.
본 발명의 공연비 제어 장치에 따르면, 내연 기관 연료 증량 운전 후, 중간 린 제어 수단의 공연비 제어하에서 제 1 배기 가스 정화 촉매를 린 상태 (즉, 촉매에 산소가 충분히 흡장되어 촉매 분위기가 린이 되는 상태) 가 되도록 하므로, 린 제어 수단에 의한 공연비 제어 하에서는 실질적으로 제 2 배기 가스 정화 촉매 만이 린 상태가 된다. 따라서, 린 제어 수단에 의한 공연비 제어 하에서 제 1 및 제 2 배기 가스 정화 촉매를 린 상태로 확실하게 바꿀 수 있다. 또한, 공연비는 중간 린 제어 수단에 의해 공연비 제어 하에서 제 1 배기 가스 정화 촉매가 린 상태가 되기에 충분하고 제 2 배기 가스 정화 촉매가 린 상태가 되기에 불충분한 범위 내에서 린 상태로 변함으로써, 내연 기관의 운전 상태 또는 배기 가스 방출의 열화를 억제한다.
본 발명에 따른 내연 기관의 공연비 제어 장치에서, 공연비 제어 수단은 내연 기관의 아이들 (idle) 운전 동안에 린 제어 수단에 의해 공연비 제어를 수행할 수도 있다. 아이들 운전 동안에는 흡입 공기량이 감소하므로, 내연 기관으로부터 방출되는 배기 가스량이 감소한다. 따라서, 이 기간의 시간 동안 공연비가 린 공연비가 되도록 제어함으로써 배기 가스 방출의 열화를 억제할 수 있다.
본 발명에 따른 내연 기관의 공연비 제어 장치에서, 공연비 제어 수단은 내연 기관이 부분 부하 영역에서 거의 정상 운전하는 동안, 중간 린 제어 수단에 의한 공연비 제어를 실행할 수도 있다. 내연 기관의 풀 (full) 부하 운전 또는 불안정한 운전 동안 내연 기관의 공연비를 린 공연비가 되도록 제어하면, 내연 기관의 운전 상태는 불안정해짐으로써, 운전 용이성이 악화될 것이다. 따라서, 내연 기관의 부분 부하 영역에서 거의 정상 운전을 할 동안 공연비는 중간 린 제어 수단에 의해 제어됨으로써, 내연 기관의 운전 상태의 악화를 억제한다.
본 발명에 따른 내연 기관의 공연비 제어 장치에서, 중간 린 제어 수단은 린 제어 수단 보다 작은 양만큼 내연 기관의 공연비를 린 공연비로 바꿀 수도 있다. 상술한 방법으로 공연비를 변화시킴으로써, 중간 린 제어 수단은 제 1 배기 가스 정화 촉매를 린 상태로 변화시킬 수 있으며, 또한, 제 2 배기 가스 정화 촉매를 린 상태로 바꾸기에 불충분한 범위 내에서 공연비를 바꿀 수 있다.
본 발명에 따른 내연 기관의 공연비 제어 장치에서, 공연비 제어 수단은 제 1 배기 가스 정화 촉매의 온도 또는 제 2 배기 가스 정화 촉매의 온도가 촉매의 열화를 촉진시키는 소정 온도보다 고온이라고 판단했을 때, 린 제어 수단 및 중간 린 제어 수단에 의한 임의의 공연비 제어를 실행하지 않을 수도 있다. 배기 가스 정화 촉매의 열화는 산소량이 고온에서 보다 과잉이 됨에 따라 촉진된다. 따라서, 제 1 배기 가스 정화 촉매 또는 제 2 배기 가스 정화 촉매의 온도가 촉매의 열화를 촉진시키는 소정 온도 (예를 들면, 800℃) 보다도 고온인 경우, 린 제어 수단 및 중간 린 제어 수단에 의한 공연비 제어를 실행하지 않으면 촉매의 열화를 억제할 수 있다.
본 발명에 따른 내연 기관의 공연비 제어 장치에서, 공연비 제어 수단은 린 제어 수단에 의한 공연비 제어 후, 제 1 배기 가스 정화 촉매와 제 2 배기 가스 정화 촉매가 리치 상태가 되기에 불충분한 범위에서 내연 기관의 공연비를 리치로 변화시키는 제어를 실행하는 리치 제어 수단을 구비할 수도 있다. 배기 가스 정화 촉매는 배기 가스 중에 포함된 NOx 등의 산화 성분을 환원한 후, 그 결과로 발생한 산소를 흡장함으로써 NOx 등의 산화 성분을 정화한다. 따라서, 제 1 및 제 2 배기 가스 정화 촉매가 둘 다 린 상태일 때, 산소가 흡장되지 않으며, 따라서 NOx와 같은 산화 성분이 정화될 수 없다. 따라서, 리치 제어 수단은 제 1 배기 가스 정화 촉매와 제 2 배기 가스 정화 촉매가 리치 상태 (즉, 촉매에 흡장되어 있는 산소를 방출함으로써 촉매 분위기가 리치가 되는 상태) 가 되기에 불충분한 범위에서 내연 기관의 공연비를 리치 측으로 변화시킴으로써, 배기 가스 정화 촉매에 흡장되어 있는 산소를 일부 방출시킨다. 이 방법에서, 배기 가스 정화 촉매가 내부에 산소를 흡장하도록 바꿈으로써, 배기 가스 방출의 열화를 억제할 수 있다.
본 발명에 따른 내연 기관의 공연비 제어 장치는 내연 기관의 공연비에 관한 피드백 학습을 제어하는 학습 제어 수단; 및 제 2 공연비 취득 수단에 의해 취득한 공연비에 근거해서 내연 기관의 공연비가 목표 공연비가 되도록 내연 기관에 공급되는 연료량을 피드백 보정하는 보정 수단을 구비하며, 공연비 제어 수단은 린 제 어 수단과 중간 린 제어 수단에 의한 공연비 제어 동안, 학습 제어 수단과 보정 수단의 임의의 운전을 금지시킬 수도 있다. 내연 기관의 공연비에 관한 피드백 학습은, 예를 들면, 목표 공연비와 배기 가스의 검출한 공연비 사이의 차이에 근거해서 내연 기관에 공급되는 연료의 양을 보정하는 학습을 포함한다. 공연비 제어 동안의 그러한 학습은 잘못된 보정의 학습을 야기할 수도 있다. 따라서, 학습 제어 수단의 운전을 금지함으로써 잘못된 학습을 방지할 수 있다. 또한, 보정 수단은 제 2 공연비 취득 수단에 의해 취득된 공연비에 근거해서 내연 기관에서 공연비를 보정하기 때문에, 예를 들면, 취득한 공연비에 기초해서 공연비 제어하에서 공연비를 린 공연비가 되도록 제어할 때, 공연비를 리치 공연비로 보정 할 가능성이 있다. 따라서, 린 제어 수단과 중간 린 제어 수단에 의해 공연비를 제어할 때, 보정 수단의 운전을 금지함으로써 공연비제어 수단에 의해 공연비가 적절하게 제어될 수 있다.
본 발명에 따른 내연 기관의 공연비 제어 장치는 내연 기관의 공연비가 린이고, 제 2 공연비 취득 수단에 의해 취득한 공연비가 린이라고 판단했을 때와, 내연 기관의 공연비가 리치이고, 제 2 공연비 취득 수단에 의해 취득한 공연비가 리치라고 판단했을 때, 내연 기관의 공연비에 근거해서 산출된 배기 중의 산소 과부족량을 적분함으로써, 제 2 배기 가스 정화 촉매에 흡장된 산소량을 취득하는 산소량 취득 수단을 구비할 수도 있으며, 공연비 제어 수단은 산소량 취득 수단에 의해 취득한 산소량에 근거해서 제 2 배기 가스 정화 촉매가 린 상태인지의 여부를 판단할 수도 있다. 내연 기관의 공연비가 린이고 제 2 공연비 취득 수단에 의해 취득 된 공연비가 린일 때, 제 1 배기 가스 정화 촉매가 린이 된다고 생각된다. 따라서, 내연 기관으로부터 방출된 린 공연비를 갖는 배기 가스는 제 2 배기 가스 정화 촉매로 그대로 흐른다. 이 경우, 제 2 배기 가스 정화 촉매는 제 2 배기 가스 정화 촉매의 산소 흡장량이 최대가 될 때까지 내부에 린 공연비를 갖는 배기 가스에 함유된 산소를 흡장한다. 한편, 내연 기관의 공연비가 리치이고, 제 2 공연비 취득 수단에 의해 취득된 공연비가 리치일 때, 제 1 배기 가스 정화 촉매가 그 내부에 산소를 거의 포함하지 않는다고 생각된다. 따라서, 내연 기관으로부터 방출되는 리치 공연비를 갖는 배기 가스는 그대로 제 2 배기 가스 정화 촉매로 흐른다. 이 경우, 제 2 배기 가스 정화 촉매는 배기 가스의 공연비가 화학당량이 되도록 흡장된 산소가 거의 남지 않을 때까지 흡장된 산소를 방출한다. 따라서, 제 2 배기 가스 정화 촉매에 흡장된 산소량은 배기 가스에 함유된 산소량의 과부족을 적분함에 의해 취득할 수 있으며, 이는 내연 기관의 공연비의 상태가 상술한 방법으로 제 2 공연비 취득 수단에 의해 취득한 공연비의 상태와 일치할 때의 내연 기관의 공연비에 기초하여 산출된다. 따라서, 취득한 제 2 배기 가스 정화 촉매에 흡장된 산소의 양을 이용함으로써 린 상태를 더욱 정확하게 판단할 수 있다.
본 발명에 따른 내연 기관의 공연비 제어 장치에서, 산소량 취득 수단은 제 2 배기 가스 정화 촉매의 열화 상태 및 제 2 배기 가스 정화 촉매의 온도에 따른 제 2 배기 가스 정화 촉매의 최대 산소 흡장량을 변경할 수도 있다. 배기 가스 정화 촉매에 흡장된 산소의 최대량은 촉매의 온도가 높아질수록 커진다. 반대 로, 산소의 최대 흡장량은 촉매가 열화될수록 작아진다. 따라서, 촉매의 열화 상태 및 온도에 따른 산소의 최대 흡장량을 변경함으로써 산소 흡장량을 더욱 정확하게 취득할 수 있다.
도면의 간단한 설명
도 1은 본 발명에 따른 공연비 제어 장치가 적용되는 내연 기관의 제 1 실시형태를 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 ECU에 의해 실행되는 공연비 제어 루틴을 도시한 플로우 차트이다.
도 3은 도 2에 도시한 제어 루틴이 실행될 때 3원 촉매의 산소 흡장량과 산소 농도 센서로부터의 출력의 시간 변화의 일 예를 도시한 타이밍 차트이다.
도 4는 내연 기관의 공연비가 변할 때 개시 촉매의 산소 흡장량과 3원 촉매의 시간 변화의 일 예를 도시하는 타이밍 차트이다.
도 5는 도 1에 도시된 ECU에 의해 3원 촉매의 산소 흡장량을 산출하기 위해 실행되는 산출 루틴을 도시한 플로우 차트이다.
도 6은 도 5에 이어지는 플로우 차트이다.
도 7a 및 도 7b는 도 5에 도시된 산출 루틴의 사용을 위한 맵을 도시한 그래프이다.
도 8은 도 1에 도시된 ECU에 의해 실행되는 다른 공연비 제어 루틴을 도시하는 플로우 차트이다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
도 1은 본 발명에 따른 공연비 제어 장치가 적용되는 내연 기관의 제 1 실시형태를 도시한 도면이다. 내연 기관 (1) 에 복수의 실린더 (2) (도 1에서 4개) 가 제공된다. 널리 공지된 바와 같이, 내연 기관 (1) 에는 흡입 통로 (3) 와 배기 통로 (4) 가 연결된다. 공기 흡입 통로 (3) 에서, 흡입 공기를 필터링하는 공기 필터 (5), 흡입 공기량에 대응하는 신호를 출력하는 공기 플로우 센서 (6), 및 흡입 공기량을 조정하는 쓰로틀 (throttle) 밸브 (7) 가 공급된다. 배기 통로 (4) 에서, 내연 기관 (1) 으로부터 방출된 배기 가스의 공연비에 대응하는 신호를 출력하는 제 1 공연비 취득 수단의 역할을 하는 공연비 센서 (8), 배기 가스의 온도에 따른 신호를 출력하는 배기 가스 온도 센서 (9), 제 1 배기 가스 정화 촉매의 역할을 하는 개시 촉매 (10), 배기 가스에 포함된 산소의 농도에 대응하는 신호를 출력하는 제 2 공연비 취득 수단의 역할을 하는 산소 농도 센서 (11), 및 제 2 배기 가스 정화 촉매의 역할을 하는 3원 촉매 (12) 가 제공된다. 개시 촉매 (10) 는 3원 촉매 (12) 가 내연 기관 (1) 의 냉 (cold) 시동시에 활성화될 때까지의 유독 물질의 배기량을 감소시킬 목적으로 제공된다. 개시 촉매 (10) 로서 예를 들면 3원 촉매가 사용된다. 이들 촉매 (10 및 12) 는 내부에 산소를 흡장할 수 있다. 배기 가스에 일산화탄소 (CO) 또는 탄화수소 (HC) 가 함유된 경우에는 흡장된 산소를 사용하여 CO 또는 HC를 산화함으로써 정화된다. 한편, NOx와 같은 산화된 성분이 배기 가스에 함유된 경우, 산화 성분을 환원함으로써 배기 가스를 정화한다. 또한, 이 환원 동안 생성된 산소는 촉매 (10 및 12) 에 흡장 된다.
내연 기관 (1) 의 운전 상태는 기관 제어 유닛 (이하, "ECU"로 약칭; 13) 에 의해 제어된다. ECU (13) 는 마이크로프로세서 및 마이크로 프로세스의 운전에 필요한 ROM 및 RAM 등의 주변 장치를 조합시킨 컴퓨터로 구성되어 있다. ECU (13) 는, 예를 들면, 공연비 센서 (8) 또는 산소 농도 센서 (11) 로부터의 출력을 참조해서 각 실린더 (2) 에 마련된 연료 분사 밸브 (14) 의 동작을 제어하고, 또한, 배기 가스의 공연비가 목표 공연비가 되도록 각 실린더 (2) 에 적정한 연료량을 공급한다. 이 방법으로, ECU (13) 는 연료 분사 밸브 (14) 의 동작을 제어함으로써 공연비 제어 수단의 역할을 한다. 또한, ECU (13) 는 산소 농도 센서 (11) 로부터의 출력을 참조해서 내연 기관 (1) 의 공연비가 목표 공연비가 되도록 연료량을 피드백 보정하는 보정수단으로서의 역할도 한다. 또한, ECU (13) 는 쓰로틀 밸브 (7) 가 아이들링 위치에 위치할 때 ON 신호를 출력하는 아이들 스위치 (이하, "아이들 SW"로 지칭) 및 배기 가스 온도 센서 (9) 등에 연결된다.
또한, ECU (13) 는 공연비 센서 (8) 와 산소 농도 센서 (11) 로부터의 출력을 참조해서 연료 분사 밸브 (14) 의 동작을 제어하는 데 사용할 파라미터 (예를 들면, 밸브 개구 시간) 를 바꾸는 피드백 학습을 수행한다. 여기서, 패드백 학습의 구체적인 절차는 널리 공지된 학습 제어와 동일할 수도 있으며, 따라서 상세한 설명을 생략한다. ECU (13) 는 상술한 방법으로 피드백 학습을 수행함으로써 학습 제어 수단의 역할을 한다.
ECU (13) 는 내연기관 (1) 이 감속 또는 정지할 때까지 개시 촉매 (10) 및 3 원 촉매 (12) 에 충분한 양의 산소를 흡장시켜서 촉매가 린 상태가 되도록 한다. 도 2는 산소가 개시 촉매 (10) 및 3원 촉매 (12) 에 흡장되도록 하기 위해 ECU (13) 에 의해 실행되는 공연비 제어 루틴을 도시하는 플로우차트이다. 도 2에 도시된 제어 루틴은 내연 기관 (1) 의 연료 증량 운전 후 소정 사이클로 반복적으로 수행된다. 또한, 이 제어 루틴 동안, ECU (13) 는 공연비 센서 (8) 와 산소 농도 센서 (11) 로부터의 출력에 기초하여 피드백 학습을 금지한다. 또한, ECU (13) 는 산소 농도 센서 (11) 로부터의 출력을 참조하여 연료 분사량을 제어하기 위해 실행되는 피드백 보정을 금지한다.
도 2에 도시된 공연비 제어 루틴에서, ECU (13) 는 우선 3원 촉매 (12) 에 흡장된 산소량 (osa) 이 3원 촉매 (12) 의 최대 산소 흡장량 (Cmax) 보다 작은지 여부에 대해서 단계 S11에서 판단한다. 여기서, 하술하는 도 5 및 도 6에 도시된 제어 루틴을 실행함으로써 3원 촉매 (12) 에 흡장된 산소량 (osa) 을 획득할 수 있다. 산소량 (osa) 이 최대 산소 흡장량 (Cmax) 보다 작다고 판단되면, 제어 루틴은 단계 S12로 진행하고, 여기서 ECU (13) 는 개시 촉매 (10) 또는 3원 촉매 (12) 의 온도가 촉매의 열화가 촉진되는 소정 온도 (예를 들면, 800℃) 보다 높은지 여부를 판단한다. 개시 촉매 (10) 또는 3원 촉매 (12) 의 온도는, 예를 들면, 배기 가스 온도 센서 (9) 로부터의 출력을 참조하여 추정될 수 있다. 개시 촉매 (10) 와 3원 촉매 (12) 의 온도가 소정 온도보다 높지 않다고 판단되면, 제어 루틴은 단계 13으로 진행하고, 여기서 ECU (13) 는 아이들 SW (15) 가 오프인지 여부를 판단한다. 아이들 SW (15) 가 오프가 아니라고 판단되면, 제어 루틴은 단 계 14로 진행하고, 여기서 ECU (13) 는 목표 공연비를 15.5로 설정한다. 그 후, 본 제어 루틴이 종료된다.
반대로, 아이들 SW (15) 가 오프라고 판단되면, 제어 루틴은 단계 S15로 진행하고, 여기서 ECU (13) 는 3원 촉매 (12) 의 산소량 (osa) 이 린 제어를 위한 기준인 소정 판단 흡장량 (α) 이하일 것인지의 여부를 판단한다. 소정 판단 흡장량 (α) 으로서, 예를 들면, 내연 기관 (1) 의 아이들 운전 동안의 린 제어에 의해서 3원 촉매 (12) 가 린 상태로 변경될 수 있는 산소 흡장량이 사용된다. 산소 흡장량이 판단 흡장량 이하라고 판단되면, 제어 루틴은 단계 S16으로 진행하고, 여기서, ECU (13) 는 내연 기관 (1) 이 가속되는지 여부를 판단한다. 예를 들면, 가속은 쓰로틀 밸브 (7) 의 개구 정도를 참조하여 추정될 수 있다. 한편, 내연 기관 (1) 이 가속되지 않는다고 판단되면, 제어 루틴은 단계 S17로 진행하고, 여기서, ECU (13) 는 산소 농도 센서 (11) 로부터의 출력이 배기 가스에 함유된 산소의 농도가 낮다는 것을 의미하는 리치 측에 있는지 여부를 판단한다. 산소 농도 센서 (11) 로부터의 출력이 리치측이라고 판단되면, 제어 루틴은 단계 S18로 진행하고, 여기서 ECU (13) 는 목표 공연비를 15.0으로 설정한다. 그 후, 본 제어 루틴이 종료된다.
단계 S11에서 3원 촉매 (12) 에 흡장된 산소량이 Cmax보다 작지 않다고 판단되는 경우, 단계 S12에서 하나 이상의 촉매의 온도가 더 높다고 판단되는 경우, 단계 S15에서 산소 흡장량이 판단 흡장량 이하가 아니라고 판단했을 경우, 단계 16에서 내연 기관 (1) 이 가속된다고 판단했을 경우, 또는 단계 S17에서 산소 농도 센 서 (11) 로부터의 출력이 리치측이 아니라고 판단했을 경우에는, 제어 루틴은 단계 S19로 진행하고, 여기서, ECU (13) 는 목표 공연비를 14.6으로 설정한다. 그 후, 본 제어 루틴이 종료된다.
도 3은 도 2의 제어 루틴을 실행함으로써 내연 기관 (1) 의 공연비가 린이 되도록 제어될 때의 3원 촉매 (12) 의 산소 흡장량 및 산소 농도 센서 (11) 로부터의 출력의 시간적 변화의 일 예를 도시한 타이밍 차트이다. 도 3에서, 내연 기관 (1) 은 차량에 탑재되고, 내연 기관 (1) 의 운전 상태가 차량 속도에 의해 표시된다. 또한, 도 3의 촉매 (10 및 12) 의 온도는 촉매의 열화가 촉진되는 소정 온도보다 낮다고 가정된다 (즉, 도 2의 단계 S12의 판단은 부정이다).
도 3의 시간 t1에서, 차량의 운전 상태를 정지로부터 가속으로 변경함으로써 내연 기관 (1) 에 공급될 연료의 양이 증량된다 (도 3의 참조부호 A로표시). 내연 기관 (1) 의 배기 가스의 공연비는 상술한 연료 증량 운전에 의해 리치가 되고, 그 후, 개시 촉매 (10) 에 흡장된 산소가 먼저 방출된다. 따라서, 산소 농도 센서 (11) 로부터의 출력은 연료 증량 운전의 시작 후 개시 촉매 (10) 에 흡장된 산소가 없을 때까지 린 측을 나타낸다. 산소 농도 센서 (11) 로부터의 출력이 린측으로부터 리치측으로 바뀔 때 (도 3의 타이밍 t2에서), 즉, 개시 촉매 (10) 에 흡장된 산소가 거의 없을 때, 리치 공연비를 갖는 배기 가스는 3원 촉매 (12) 로 유입됨으로써 3원 촉매 (12) 에 흡장된 산소를 방출한다. 이런 방법으로, 3원 촉매 (12) 의 산소 흡장량은 0이 된다.
연료 증량 운전 후 (도 3의 시간 t3에서) 내연 기관 (1) 이 부분 부하 영역 에서 거의 정상 운전할 때, 공연비는 도 2의 단계 S18의 프로세싱에 따라 15.0으로 설정되고, 그 후, 린 제어 (즉, 부분 린 제어) 가 시작된다 (도 3의 참조부호 B로표시). 이 산소는 부분 린 제어에 의해 개시 촉매 (10) 에 흡장될 수 있다. 부분 린 제어는 산소 농도 센서 (11) 로부터의 출력이 리치측에 있지 않거나, 또는 단계 S17의 판단이 부정이 될 때까지 (도 3의 시간 t4 까지) 실행된다. 내연 기관 (1) 으로부터 방출된 린 공연비를 갖는 배기 가스는 산소 농도 센서 (11) 로부터의 출력이 린측에 있다면 그대로 개시 촉매를 통과하기 때문에, 산소는 개시 촉매의 최대 산소 흡장량 (SCmax) 에 도달할 때까지 개시 촉매 (10) 에 흡장된다. 또한, 부분 린 제어는 산소 농도 센서 (11) 로부터의 출력이 린측으로 바뀌는 시점에서 종료되므로 산소는 여전히 3원 촉매 (12) 에 흡장되지 않는다. 이 방법으로, 개시 촉매 (10) 는 개시 촉매 (10) 내의 산소를 개시 촉매 (10) 의 최대 산소 흡장량 (SCmax) 에 도달할 때까지 흡장시켜 린 상태가 되게 하고, 한편, 3원 촉매 (12) 에는 산소를 흡장시키지 않도록 공연비를 린 제어한다. 따라서, ECU (13) 는 중간 린 제어수단의 기능을 한다.
도 3의 시간 t5에서 쓰로틀 밸브 (7) 가 아이들링 위치에 있고 아이들 SW (15) 로부터의 출력이 ON이 될 때, 도 2의 단계 S13의 판단이 부정이고, 따라서 목표 공연비가 15.5에 설정되며, 그에 따라 린 제어, 즉 아이들 린 제어를 시작한다 (도 3의 참조 부호 C로 표시). 이 시점에서, 산소는 개시 촉매 (10) 의 최대 산소 흡장량 (SCmax) 에 거의 근접한 양 만큼 흡장되어 있으므로, 내연 기관 (1) 으로부터 방출된 린 배기 가스는 3원 촉매 (12) 로 그대로 유입된다. 따라서, 산소는 아이들 린 제어에 의해 3원 촉매 (12) 에 흡장된다 (도 3의 시간 t6 및 t7). 아이들 린 제어는 3원 촉매 (12) 에 흡장된 산소량이 최대 산소 흡장량 (Cmax) 에 도달하고, 3원 촉매 (12) 가 린이 될 때까지 (즉, 도 2의 단계 S11의 판단이 부정이 될 때까지) 실행된다. 따라서, ECU (13) 는 3원 촉매 (12) 가 린이 될 때까지 린 제어를 실행함으로써 린 제어 수단의 역할을 한다.
상술한 바와 같이, 내연 기관 (1) 의 목표 공연비는 도 2의 제어 루틴을 실행함으로써 내연 기관 (1) 의 정지 까지 린 공연비로 설정되어, 산소가 각각의 개시 촉매 (10) 와 3원 촉매 (12) 에 최대 산소 흡장량까지 확실하게 흡장될 수 있다.
그 다음, 도 2의 단계 S11에 사용되는 3원 촉매 (12) 의 산소 흡장량 (osa) 을 취득하는 방법을 설명한다. 우선, 산소 농도 센서 (11) 로부터의 출력에 기초해서 3원 촉매 (12) 의 상태를 판단하는 개념을 도 4를 참조해서 하기에 설명한다.
도 4의 초기 상태에서 개시 촉매 (10) 와 3원 촉매 (12) 의 각각에는 산소가 흡장되어 있지 않다고 가정한다. 이 상태에서 도 4의 시간 t11에서 내연 기관 (1) 에 공급될 연료가 감소할 때 (이하, 이 연료 감량 운전을 F/C라고 지칭한다), 배기 가스의 공연비는 린이 되고, 따라서, 린 배기 가스에 함유된 산소는 개시 촉매 (10) 에 흡장된다. 산소가 개시 촉매 (10) 의 최대 산소 흡장량 (SCmax) 까지 개시 촉매 (10) 에 흡장될 때, 린 배기 가스는 개시 촉매 (10) 의 하류로 유입된다. 따라서, 산소 농도 센서 (11) 는 린을 나타내는 신호를 출력함으로써, 3 원 촉매 (12) 에 산소의 흡장을 시작한다 (도 4의 시간 t12).
다음으로, 내연 기관 (1) 의 공연비가 리치가 될 때, 리치 제어를 실행함으로써 배기 가스의 공연비가 리치가 되면 (도 4의 시간 t13), 개시 촉매 (10) 는 이 리치 배기 가스가 화학당량이 되도록 산소를 방출한다. 개시 촉매 (10) 에 흡장된 산소가 남아있지 않을 때, 산소 농도 센서 (11) 는 리치를 나타내는 신호를 출력하는데, 그 이유는 개시 촉매 (10) 의 하류로 리치 배기 가스가 그대로 흐름으로써 3원 촉매 (12) 로부터의 산소의 방출을 개시하기 때문이다 (도 4의 시간 t14).
그 후, 내연 기관 (1) 의 공연비가 린이 될 때, 린 제어를 실행함으로써 배기 가스의 공연비가 린이 되면 (도 4의 시간 t15), 린 배기 가스에 함유된 산소는 개시 촉매 (10) 에 흡장된다. 산소가 개시 촉매 (10) 에 최대 산소 흡장량 (SCmax) 까지 흡장될 때, 산소 농도 센서 (11) 는 린을 나타내는 신호를 출력하는 데, 그 이유는 린 배기 가스가 개시 촉매 (10) 의 하류로 흐름으로써, 3원 촉매 (12) 에 산소의 흡장을 시작하기 때문이다 (도 4의 시간 t16).
상술한 바와 같이, 내연 기관 (1) 의 공연비가 린이고 산소 농도 센서 (11) 가 린을 나타내는 신호를 출력할 때, 산소는 3원 촉매 (12) 에 흡장된다. 한편, 내연 기관 (1) 의 공연비가 리치이고 산소 농도 센서 (11) 가 리치를 나타내는 신호를 출력할 때, 산소는 3원 촉매 (12) 로부터 방출된다.
그 결과, 내연 기관 (1) 의 공연비와 산소 농도 센서 (11) 로부터의 출력에 기초하여 3원 촉매 (12) 의 상태를 알 수 있다. 따라서, 3원 촉매 (12) 의 산 소 흡장량 (osa) 은 ECU (13) 에 의해서 도 5 및 도 6에 도시된 산소 흡장량 산출 루틴을 실행함으로써 추정할 수 있다. 도 5 및 도 6의 제어 루틴은 내연 기관 (1) 의 동작 동안 소정 사이클로 반복적으로 실행된다. ECU (13) 는 도 5 및 도 6의 산소 흡장량 산출 루틴을 실행함으로써 산소 흡장량 취득 수단의 기능을 한다.
도 5의 산소 흡장량 산출 루틴에서, ECU (13) 는 3원 촉매 (12) 에 흡입되는 흡입 산소량 (dosa) 에 0을 대입해서, 단계 S21에서 값 (dosa) 을 초기화한다. 그 다음, 단계 S22에서, ECU (13) 는 내연기관 (1) 이 F/C 운전을 하는지 여부에 대해 판단한다. 내연 기관 (1) 이 F/C 운전을 한다고 판단되면, 제어 루틴은 단계 S23으로 진행하고, 여기서, ECU (13) 는 산소 농도 센서 (11) 가 린측을 나타내는지 여부를 판단한다. 산소 농도 센서 (11) 가 린측을 나타내지 않는다고 판단되면, 제어 루틴은 단계 S24로 진행하고, 여기서, ECU (13) 는 흡입 산소량 (dosa) 에 내연 기관 (1) 의 흡입 공기량 (Ga) 을 계수 τ로 승산하고, 이어서 -1로 승산함으로써 얻은 값을 대입한다. 여기서, 계수 τ는 내연 기관 (1) 의 화학당량 운전 동안 산소 농도 센서 (11) 가 리치 또는 린측을 나타낼 때 3원 촉매 (12) 로 흐르는 산소량을 산출하기 위해 설정된 작은 계수 값이다.
한편, 산소 농도 센서 (11) 가 린측을 나타낸다고 판단되면, 제어 루틴은 단계 S25로 진행하고, 여기서, ECU (13) 는 흡입 공기량 (Ga) 에 23%를 곱하여 얻은 값을 흡입 산소량 (dosa) 에 대입한다. 여기서, 퍼센티지 23%는 공기 중의 산소의 중량비를 나타낸다. 다음 단계 S26에서, ECU (13) 는 3원 촉매 (12) 의 산소 흡장량 (osa) 에, 이전의 도 5의 산출 루틴을 실행하여 산출된 3원 촉매 (12) 의 산소 흡장량 (osa(i-1)) 에 이번에 산출된 흡입 산소량 (dosa) 을 첨가한 값을 대입한다. 또한, 제어 루틴은 단계 S24의 프로세싱의 완료 후 단계 S26으로 진행한다. 후속 단계 S27에서, ECU (13) 는 3원 촉매 (12) 의 최대 산소 흡장량 (Cmax) 을 산출한다. Cmax는 촉매 (12) 의 열화 상태 및 촉매 (12) 의 온도에 따라 변한다. 예를 들면, Cmax는 촉매 (12) 의 열화에 기인해서 감소한다. 또는, Cmax는 온도가 상승함에 따라 증가한다. 따라서, 도 7a의 그래프에 도시된 맵을 참조하여 얻어진 Cmax를 도 7b의 그래프에 도시된 맵을 참조하여 얻은 보정 계수로 곱한다. 또한, 촉매 (12) 의 온도는 배기 가스 온도 센서 (9) 로부터의 출력을 참조하여 추정할 수 있다.
도 7a는 개시 촉매 (10) 의 최대 산소 흡장량 (SCmax) 과 3원 촉매 (12) 의 최대 산소 흡장량 (Cmax) 사이의 관계의 일 예를 도시한다. 3원 촉매 (12) 와 개시 촉매 (10) 가 거의 동일한 방식으로 열화된다고 간주되므로, 3원 촉매 (12) 의 열화 상태는 개시 촉매 (10) 의 열화 상태를 참조하여 추정할 수 있다. 도 7a로부터 명확하게 알 수 있듯이, SCmax와 Cmax 사이의 비례 관계가 확립되고, 따라서 Cmax는 개시 촉매 (10) 의 열화에 기인한 SCmax의 변화에 기초하여 확립될 수 있다. 또한, 개시 촉매 (10) 의 열화에 의해 변화된 SCmax는, 예를 들면, 공연비 센서 (8) 및 산소 농도 센서 (11) 로부터의 출력을 참조해서 하술한 방법에 의해 취득할 수 있다.
내연 기관 (1) 이 리치 제어 하에 있고, 산소 농도 센서 (11) 로부터의 출력 이 리치측으로 바뀌는 경우, 도 4를 참조하여 설명한 바와 같이, 개시 촉매 (10) 의 산소 흡장량은 0이라고 판단할 수 있다. 한편, 내연 기관 (1) 이 린 제어 또는 F/C에 있고, 산소 농도 센서 (11) 로부터의 출력이 린측으로 변할 때, 개시 촉매 (10) 에 SCmax까지 산소가 흡장되어 있다고 판단할 수 있다. 따라서, 내연 기관 (1) 이 부분 부하 영역에서 거의 정상 운전될 때, 내연 기관 (1) 에 대해 리치 제어가 실행되어, 개시 촉매 (10) 로부터 산소를 방출함으로써 산소 흡장량이 0이 된다. 그 다음, 린 제어가 내연 기관 (1) 에 대해 실행되고, 그 후, 산소가 개시 촉매 (10) 에 SCmax까지 흡장된다. 상술한 바와 같이, 개시 촉매 (10) 의 산소 흡장량이 0 이 되는지 또는 SCmax가 되는지를 산소 농도 센서 (11) 로부터의 출력에 기초하여 판단할 수 있다. SCmax는 내연 기관 (1) 에 린 제어를 실행한 후 산소 농도 센서 (11) 로부터의 출력이 린이 될 때까지 내연 기관 (1) 에 흡입된 공기량을, 린 제어중에 공연비 센서 (8) 에 의해 검출한 공연비와 화학당량의 공연비 사이의 차이와 곱하여 얻은 값을 적분함으로써 취득할 수 있다.
도 5에 도시된 제어 루틴에 대한 설명으로 돌아가서, 제어 루틴은 Cmax가 단계 S27에서 산출된 후 단계 S28로 진행하고, 그 후, ECU (13) 는 3원 촉매 (12) 의 산소 흡장량 (osa) 이 0 이상 Cmax 이하의 범위에 있는지의 여부에 대한 상한/하한 프로세싱을 실행한다. 산소 흡장량의 비정상값의 산출은 상술한 프로세싱에 의해 방지된다. 그 후, 본 루틴이 종료된다.
단계 S22에서 F/C가 실행되지 않는다고 판단되면, 제어 루틴은 단계 S29로 진행하고, 여기서 ECU (13) 는 내연 기관 (1) 에 대해 린 제어가 실행되는지의 여 부를 판단한다. 린 제어가 실행된다고 판단되면, 제어 루틴은 단계 S30으로 진행하고, 여기서, ECU (13) 는 산소 농도 센서 (11) 가 린 신호를 출력하는지 여부를 판단한다. 산소 농도 센서 (11) 가 린 신호를 출력하지 않으면, 제어 루틴은 단계 S24로 진행한다. 이하, 단계 S26 내지 단계 S28의 프로세싱이 실행되고, 그 후, 본 제어 루틴이 종료된다. 한편, 산소 농도 센서 (11) 가 린 신호를 출력한다고 판단되면, 제어 루틴은 단계 S31로 진행하고, 여기서 ECU (13) 는 흡입 산소량 (dosa) 에, Ga×23%×(AF-14.6)/AF의 식에 따라 산출된 값을 대입한다. 여기서, 14.6은 화학 당량 공연비를 나타내고, AF는 공연비 센서 (8) 에 의해 검출된 공연비를 나타낸다. 그 다음, 단계 S26 내지 단계 S28의 프로세싱이 실행되고, 그 후, 본 루틴이 종료된다.
단계 S29 에서 내연 기관 (1) 에 대한 린 제어가 실행되지 않는다고 판단되면, 제어 루틴은 도 6의 단계 S32로 진행하고, 여기서 ECU (13) 는 내연 기관 (1) 에서 연료 증량 운전이 실행되는지 여부를 판단한다. 연료 증량 운전이 실행된다고 판단되면, 제어 루틴은 단계 S33으로 진행하고, 여기서 ECU (13) 는 산소 농도 센서 (11) 가 리치 신호를 출력하는지 여부를 판단한다. 산소 농도 센서 (11) 가 리치 신호를 출력한다고 판단되면, 제어 루틴은 단계 S34로 진행하고, 여기서 ECU (13) 는 Ga×23%×(AF-14.6)/AF의 식에 따라 산출된 값을 흡입 산소량 (dosa) 에 대입한다. 이 경우, 연료 증량 운전이 내연 기관 (1) 에서 실행되기 때문에, AF 값이 리치값, 즉 14.6보다 작은 값이 된다. 따라서, 단계 S34에서 산출된 흡입 산소량 (dosa) 은 부정값이 되고, 이 부정값은 산소 흡장량 (osa) 에 더해짐으로써 촉매 (12) 로부터의 산소의 방출을 나타낸다. 그 다음, 도 5의 단계 S26 내지 S28의 프로세싱이 실행된 후, 본 루틴이 종료된다. 한편, 산소 농도 센서 (11) 가 리치 신호를 출력하지 않는다면, 제어 루틴은 단계 S36으로 진행하고, 여기서 ECU (13) 는 Ga×τ값을 흡입 산소량 (dosa) 에 대입한다. 그 다음, 도 5의 단계 S26 내지 S28의 프로세싱이 실행되고, 그 후 본 루틴이 종료된다.
단계 S32에서 내연 기관 (1) 에서 연료 증량 운전이 실행되지 않는다고 판단되면, 제어 루틴은 단계 S35로 진행하고, 여기서 ECU (13) 는 산소 농도 센서 (11) 가 린 신호를 출력하는지 여부를 판단한다. 산소 농도 센서 (11) 가 린 신호를 출력한다고 판단되면, 제어 루틴은 단계 S36으로 진행한다. 이하, 도 5의 단계 S26 내지 S28의 프로세싱이 실행되고, 그 후, 본 루틴이 종료된다. 한편, 산소 농도 센서 (1) 가 린 신호를 출력하지 않는다고 판단되면, 제어 루틴은 도 5의 단계 S24로 진행한다. 그 후, 도 5의 단계 S26 내지 S28이 실행되고, 그 후, 본 루틴이 종료된다.
이 방법으로, 도 5 및 도 6에 도시된 제어 루틴을 실행함으로써 배기 가스에 포함된 산소의 과부족량이 적분되고, 따라서 3원 촉매 (12) 의 산소 흡장량 (osa) 이 산출된다. 또한, 단계 S23의 판단이 부정이거나 또는 단계 S30의 판단이 부정일 때, 제어 루틴은 단계 S24의 프로세싱을 스킵하고 단계 S26으로 진행할 수도 있다. 단계 S32의 판단이 부정일 때도, 제어 루틴은 단계 S35의 프로세싱을 스킵하고 단계 S26의 프로세싱으로 진행할 수도 있다. 이런 방법으로 프로세싱을 스킵하여, 루틴의 산출을 단순화할 수 있다.
도 8은 본 발명에 따른 공연비 제어 장치에 의해 실행되는 다른 공연비 제어 루틴을 도시한 플로우 차트이다. 도 8에 도시된 제어 루틴은 산소가 3원 촉매 (12) 에 최대 산소 흡장량까지 흡장된 후 내연 기관 (1) 의 공연비가 리치로 제어된다는 점에서 도 2에 도시된 제어 루틴과 상이하다. 도 8에 도시된 제어 루틴은 내연 기관 (1) 의 연료 증량 운전 후 소정 주기로 반복 실행된다. 여기서, 도 2와 동일한 도 8의 프로세싱에는 동일한 참조 부호를 지정하고, 따라서 반복 설명을 생략한다. 또한, 도 8의 제어 루틴의 실행 동안, 산소 농도 센서 (11) 에 의한 피드백 학습과 피드백 보정이 금지된다.
도 8에 도시된 공연비 제어 루틴에서, ECU (13) 는 osa가 Cmax 보다 작은지를 우선 판단한다. osa가 Cmax보다 작다고 판단되면, 제어 루틴은 단계 S12로 진행하고, 여기서 ECU (13) 는 촉매 (10 또는 12) 의 온도가 높은지를 판단한다. 촉매 (10 및 12) 의 온도가 높지 않다고 판단되면, 제어 루틴은 단계 S13으로 진행하고, 여기서 ECU (13) 는 아이들 SW (15) 가 오프인지 여부를 판단한다. 아이들 SW (15) 가 오프라고 판단되면, 단계 S15 내지 단계 S17의 프로세싱이 실행된다. 단계 S15의 판단이 긍정이고, 단계 S16 의 판단이 부정이고, 단계 S17의 판단이 긍정이면, 단계 S18에서 ECU (13) 는 목표 공연비를 15.0으로 설정한다. 그 후, 본 제어 루틴이 종료된다.
한편, 단계 S13에서 아이들 SW (15) 가 오프가 아니라고 판단되면, 제어 루틴은 단계 S14로 진행하고, 여기서 ECU (13) 는 목표 공연비를 15.5로 설정한다. 다음 단계 S81에서, ECU (13) 는 리치 제어의 실행에 대한 요구를 나타내는 리치 제어 요구 플래그를 턴온한다. 후속 단계 S82에서, ECU (13) 는 내연 기관 (1) 의 흡입 공기량 (Ga) 을 적분하는 적분 Ga 카운터 (Gasum) 에 0을 대입하고, Gasum을 초기화한다. 그 후, 본 제어 루틴이 종료된다. 여기서, Ga는 공연비 제어 루틴 및 산소 흡장량 산출 루틴과는 상이한 산출 루틴에 따라 Gasum에서 적분된다.
단계 S12에서 촉매의 온도가 높다고 판단했을 경우, S15의 판단이 부정일 경우, S16의 판단이 긍정이거나 또는 단계 S17의 판단이 부정일 경우, 제어 루틴은 단계 S19로 진행하고, 여기서, ECU (13) 는 목표 공연비를 14.6으로 설정한다. 다음 단계 S83에서, ECU (13) 는 리치 제어 요구 플래그를 턴오프한다. 그 후, 본 제어 루틴이 종료된다.
단계 S11에서 3원 촉매 (12) 의 산소 흡장량이 Cmax 이상, 즉, 산소가 3원 촉매 (12) 에 Cmax까지 흡장되어 있다고 판단되면, 제어 루틴은 단계 S84로 진행하고, 여기서 ECU (13) 는 리치 제어 요구 플래그가 온인지의 여부를 판단한다. 리치 제어 요구 플래그가 ON이 아니라고 판단되면, 단계 S19 및 S83의 프로세싱이 실행된다. 그 후 본 제어 루틴이 종료된다. 한편, 단계 S84에서 리치 제어 요구 플래그가 온이라고 판단되면, 제어 루틴은 단계 S85로 진행하고, 여기서, ECU (13) 는 리치 제어의 완료를 결정하는 소정 적분 Ga 양인 gasum이 β 이하인지를 판단한다. 또한, β는 개시 촉매 (10) 의 산소 흡장량이 리치 제어의 실행으로 인해 SCmax의 거의 절반이 되는 적분 Ga 양이 설정된다. Gasum이 β 이하가 아 니라고 판단되면, 즉, 개시 촉매 (10) 의 산소 흡장량이 SCmax의 반 이상이라고 판단되면, 제어 루틴은 단계 S86으로 진행하고, 여기서, ECU (13) 는 목표 공연비를 13.5로 설정한다. 그 후, 본 제어 루틴이 종료된다. 한편, Gasum이 β보다 작다고 판단되면, 제어 루틴은 단계 S19로 진행하고, 여기서, ECU (13) 는 목표 공연비를 14.6으로 설정한다. 단계 S83에서, ECU (13) 는 리치 제어 요구 플래그를 턴오프하고, 본 제어 루틴을 종료한다.
이 방법으로, 개시 촉매 (10) 의 산소 흡장량은 3원 촉매 (12) 에 Cmax 까지 산소를 흡장한 후 리치 제어를 실행함으로써 감소할 수 있다. 따라서, 내연 기관 (1) 의 가속 동안 방출되는 NOx와 같은 산화 성분을 환원시킬 수도 있다. ECU (13) 는 도 8에 도시된 제어 루틴의 단계 S85 및 S86의 프로세싱을 실행함으로써 리치 제어 수단의 역할을 할 수 있다.
본 발명은 상술한 실시형태에 한정되지 아니하며, 다양한 형태로 구체화될 수도 있다. 예를 들면, 산소 농도 센서는 개시 촉매의 상류에 위치된 공연비 센서 대신에 위치될 수도 있다. 또는, 공연비 센서는 개시 촉매의 하류에 위치된 산소 농도 센서 대신에 위치될 수도 있다.
연료 탱크에서 발생한 증발 연료를 공급하는 퍼징 수단이 내연 기관 (1) 의 흡입 통로에 연결될 경우, 공연비 제어 실행 동안 퍼징 디바이스의 동작을 금지하여 흡입 통로에 증발연료가 공급되지 않게 할 수도 있다. 이 방법으로, 퍼징 수단의 동작을 금지함으로써 공연비 제어의 교란을 감소시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 내연 기관의 감속이나 정지까지 확실하게 충분한 양의 산소를 배기 가스 정화 촉매에 흡장시킬 수 있으며, 따라서 확실하게 촉매 배기 가스 냄새의 발생을 방지할 수 있다. 또한, 제 1 배기 가스 정화 촉매와 제 2 배기 가스 정화 촉매가 독립적으로 연속으로 린 상태가 되므로, 운전 상태의 열화 또는 내연 기관으로부터의 배기 가스 방출을 억제할 수 있다.

Claims (9)

  1. 배기 통로에 배치되는 제 1 배기 가스 정화 촉매;
    상기 제 1 배기 가스 정화 촉매의 하류에 배치되는 제 2 배기 가스 정화 촉매;
    상기 제 1 배기 가스 정화 촉매의 상류에 배치되고, 배기 가스의 공연비를 취득하는 제 1 공연비 취득 수단;
    상기 제 2 배기 가스 정화 촉매로 유입되는 배기 가스의 공연비를 취득하는 제 2 공연비 취득 수단; 및
    상기 제 1 공연비 취득 수단에 의해 취득한 공연비와 상기 제 2 공연비 취득 수단에 의해 취득한 공연비에 따라 내연 기관의 공연비를 제어하는 공연비 제어 수단을 구비하고,
    상기 공연비 제어 수단은, 상기 내연 기관의 연료 증량 운전의 종료 후에 상기 제 2 배기 가스 정화 촉매가 린 (lean) 상태가 될 때까지 상기 내연 기관의 공연비를 제어하는 린 제어 수단; 및 상기 연료 증량 운전과 상기 린 제어 수단에 의한 공연비 제어 사이에서, 상기 제 1 배기 가스 정화 촉매가 린 상태가 되기에 충분하고, 상기 제 2 배기 가스 정화 촉매가 린 상태가 되기에는 불충분한 범위에서 상기 내연 기관의 공연비를 린으로 변화시키는 제어를 1회 이상 실행하는 중간 린 제어 수단을 구비하고, 상기 내연 기관의 아이들 (idle) 운전 동안 상기 린 제어 수단에 의한 공연비 제어를 실행하며,
    상기 공연비 제어 수단은 상기 내연 기관의 부분 부하 영역에서 거의 정상 운전하고 있는 동안 상기 중간 린 제어 수단에 의해 공연비 제어를 실행하는, 내연 기관의 공연비 제어 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 중간 린 제어 수단은 상기 내연 기관의 공연비가 상기 린 제어 수단보다 작은 양만큼 린 공연비로 변하게 하는, 내연 기관의 공연비 제어 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 공연비 제어 수단은 상기 제 1 배기 가스 정화 촉매의 온도 또는 상기 제 2 배기 가스 정화 촉매의 온도가 촉매의 열화를 촉진시키는 소정 온도보다 높다고 판단한 경우에, 상기 린 제어 수단 및 상기 중간 린 제어 수단에 의해 임의의 공연비 제어를 실행하지 않는, 내연 기관의 공연비 제어 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 공연비 제어 수단은 상기 린 제어 수단에 의한 공연비 제어 후, 상기 제 1 배기 가스 정화 촉매와 상기 제 2 배기 가스 정화 촉매가 둘 다 리치 (rich) 상태가 되기에는 불충분한 범위에서 상기 내연 기관의 공연비를 리치 공연비로 변하게 하는 제어를 실행하는 리치 제어 수단을 구비하는, 내연 기관의 공연비 제어 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 내연 기관의 공연비에 관한 피드백 학습을 제어하는 학습 제어 수단; 및
    상기 제 2 공연비 취득 수단에 의해 취득한 공연비에 근거해서 상기 내연 기관의 공연비가 목표 공연비가 되도록 상기 내연 기관에 공급되는 연료량을 피드백 보정하는 보정 수단을 구비하고,
    상기 공연비 제어 수단은 상기 린 제어 수단과 상기 중간 린 제어 수단에 의한 공연비 제어 동안 상기 학습 제어 수단과 상기 보정 수단과의 동작을 금지시키는, 내연 기관의 공연비 제어 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 내연 기관의 공연비가 린이고 상기 제 2 공연비 취득 수단에 의해 취득한 공연비가 린이라고 판단한 경우와, 상기 내연 기관의 공연비가 리치이고 상기 제 2 공연비 취득 수단에 의해 취득한 공연비가 리치라고 판단한 경우 둘 다 상기 내연 기관의 공연비에 근거해서 산출되는 배기 가스 중의 산소 과부족량을 적분함으로써 상기 제 2 배기 가스 정화 촉매에 흡장되어 있는 산소량을 취득하는 산소량 취득 수단을 구비하고,
    상기 공연비 제어 수단은 상기 산소량 취득 수단에 의해 취득한 산소량에 근거해서 상기 제 2 배기 가스 정화 촉매가 린 상태인지 아닌지를 판단하는, 내연 기관의 공연비 제어 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 산소량 취득 수단은 상기 제 2 배기 가스 정화 촉매의 열화 상태 및 상기 제 2 배기 가스 정화 촉매의 온도에 따라 상기 제 2 배기 가스 정화 촉매의 최대 산소 흡장량을 변화시키는, 내연 기관의 공연비 제어 장치.
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