KR101780878B1 - 내연 기관의 제어 장치 - Google Patents

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šœ타로 오카자키
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Abstract

내연 기관의 제어 장치는, 산소를 흡장 가능한 배기 정화 촉매(20)와, 배기 정화 촉매의 배기 흐름 방향 하류측에 배치된 하류측 공연비 센서(41)와, 배기 정화 촉매에 유입되는 배기 가스의 공연비가 목표 공연비가 되도록 공연비를 제어하는 공연비 제어 장치를 구비한다. 당해 제어 장치는, 하류측 공연비 센서에 의해 검출된 배기 공연비가 농후 공연비가 되었을 때 목표 공연비를 희박 설정 공연비까지 변화시키고, 그 후, 하류측 공연비 센서에 의해 검출되는 배기 공연비가 희박 공연비가 되기 전에 목표 공연비를 약 희박 설정 공연비로 변화시키고, 하류측 공연비 센서에 의해 검출된 배기 공연비가 희박 공연비로 되었을 때 목표 공연비를 농후 설정 공연비까지 변화시키고, 그 후, 하류측 공연비 센서에 의해 검출되는 배기 공연비가 농후 공연비가 되기 전에 목표 공연비를 약 농후 설정 공연비로 변화시킨다.

Description

내연 기관의 제어 장치{CONTROL DEVICE FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 공연비 센서의 출력에 따라서 내연 기관을 제어하는 내연 기관의 제어 장치에 관한 것이다.
종래부터, 내연 기관의 배기 통로에 공연비 센서를 설치하고, 이 공연비 센서의 출력에 기초하여 내연 기관에 공급하는 연료량을 제어하는 내연 기관의 제어 장치가 널리 알려져 있다(예를 들어, 특허문헌 1 내지 9를 참조).
이 중, 특허문헌 1 내지 4에 기재된 내연 기관에서는, 배기 통로 내에 설치된 산소 흡장 능력을 갖는 배기 정화 촉매가 사용된다. 산소 흡장 능력을 갖는 배기 정화 촉매는, 산소 흡장량이 상한 흡장량과 하한 흡장량의 사이의 적당한 양일 때에는, 배기 정화 촉매에 유입되는 배기 가스 중의 미연 가스(HC나 CO 등)나 NOx 등을 정화할 수 있다. 즉, 배기 정화 촉매에 이론 공연비보다도 농후한 측의 공연비(이하, 「농후 공연비」라고도 함)의 배기 가스가 유입되면, 배기 정화 촉매에 흡장되어 있는 산소에 의해 배기 가스 중의 미연 가스가 산화 정화된다. 반대로, 배기 정화 촉매에 이론 공연비보다도 희박측의 공연비(이하, 「희박 공연비」라고도 함)의 배기 가스가 유입되면, 배기 가스 중의 산소가 배기 정화 촉매에 흡장된다. 이에 의해, 배기 정화 촉매 표면 상에서 산소 부족 상태로 되고, 이에 수반하여 배기 가스 중의 NOx가 환원 정화된다. 그 결과, 배기 정화 촉매는, 산소 흡장량이 적당한 양인 한, 배기 정화 촉매에 유입되는 배기 가스의 공연비에 관계없이, 배기 가스를 정화할 수 있다.
따라서, 특허문헌 1 내지 4에 기재된 제어 장치에서는, 배기 정화 촉매에 있어서의 산소 흡장량을 적절한 양으로 유지하기 위해, 배기 정화 촉매의 배기 흐름 방향 상류측에 공연비 센서를 설치하고, 배기 흐름 방향 하류측에 산소 센서를 설치하도록 하고 있다. 이들 센서를 사용하여, 제어 장치는, 상류측의 공연비 센서의 출력에 기초하여 이 공연비 센서의 출력이 목표 공연비에 상당하는 목표값이 되도록 피드백 제어를 행한다. 또한, 하류측의 산소 센서의 출력에 기초하여 상류측의 공연비 센서의 목표값을 보정한다. 또한, 이하의 설명에서는, 배기 흐름 방향 상류측을 단순히 「상류측」이라 칭하고, 배기 흐름 방향 하류측을 단순히 「하류측」이라 칭하는 경우도 있다.
예를 들어, 특허문헌 1에 기재된 제어 장치에서는, 하류측의 산소 센서의 출력 전압이 고측 임계값 이상이며, 배기 정화 촉매의 상태가 산소 부족 상태일 때에는, 배기 정화 촉매에 유입되는 배기 가스의 목표 공연비가 희박 공연비로 된다. 반대로, 하류측의 산소 센서의 출력 전압이 저측 임계값 이하이며, 배기 정화 촉매의 상태가 산소 과잉 상태일 때에는, 목표 공연비가 농후 공연비로 된다. 특허문헌 1에 의하면, 이에 의해, 산소 부족 상태 또는 산소 과잉 상태에 있을 때, 배기 정화 촉매의 상태를 신속하게 이들 양 상태의 중간 상태(즉, 배기 정화 촉매에 적당한 양의 산소가 흡장되어 있는 상태)로 되돌릴 수 있게 되어 있다.
또한, 상기 제어 장치에서는, 하류측의 산소 센서의 출력 전압이 고측 임계값과 저측 임계값의 사이에 있는 경우, 산소 센서의 출력 전압이 증대 경향에 있을 때에는 목표 공연비가 희박 공연비로 된다. 반대로, 산소 센서의 출력 전압이 감소 경향에 있을 때에는 목표 공연비가 농후 공연비로 된다. 특허문헌 1에 의하면, 이에 의해, 배기 정화 촉매의 상태가 산소 부족 상태 또는 산소 과잉 상태로 되는 것을 미연에 방지할 수 있게 되어 있다.
일본 특허공개 제2011-069337호 공보 일본 특허공개 평8-232723호 공보 일본 특허공개 제2009-162139호 공보 일본 특허공개 제2001-234787호 공보 일본 특허공개 평8-312408호 공보 일본 특허공개 평6-129283호 공보 일본 특허공개 제2005-140000호 공보 일본 특허공개 제2003-049681호 공보 일본 특허공개 제2000-356618호 공보
도 2에, 배기 정화 촉매의 산소 흡장량과 배기 정화 촉매로부터 유출되는 배기 가스 중의 NOx 및 미연 가스의 농도의 관계를 나타낸다. 도 2의 (A)는 배기 정화 촉매에 유입되는 배기 가스의 공연비가 희박 공연비일 때의, 산소 흡장량과 배기 정화 촉매로부터 유출되는 배기 가스 중의 NOx 농도의 관계를 나타낸다. 한편, 도 2의 (B)는 배기 정화 촉매에 유입되는 배기 가스의 공연비가 농후 공연비일 때의, 산소 흡장량과 배기 정화 촉매로부터 유출되는 배기 가스 중의 미연 가스의 농도의 관계를 나타낸다.
도 2의 (A)로부터 알 수 있는 바와 같이, 배기 정화 촉매의 산소 흡장량이 적을 때에는, 최대 산소 흡장량까지 여유가 있다. 이로 인해, 배기 정화 촉매에 유입되는 배기 가스의 공연비가 희박 공연비(즉, 배기 정화 촉매에 유입되는 배기 가스가 NOx 및 산소를 포함함)이더라도, 배기 가스 중의 산소는 배기 정화 촉매에 흡장되고, 이에 수반하여 NOx도 환원 정화된다. 이 결과, 배기 정화 촉매로부터 유출되는 배기 가스 중에는 거의 NOx는 포함되지 않는다.
그러나, 배기 정화 촉매의 산소 흡장량이 많아지면, 배기 정화 촉매에 유입되는 배기 가스의 공연비가 희박 공연비인 경우, 배기 정화 촉매에 있어서 배기 가스 중의 산소를 흡장하기 어려워지고, 이에 수반하여 배기 가스 중의 NOx도 환원 정화되기 어려워진다. 이로 인해, 도 2의 (A)로부터 알 수 있는 바와 같이, 산소 흡장량이 어떤 상한 흡장량 Cuplim을 초과해 증대되면 배기 정화 촉매로부터 유출되는 배기 가스 중의 NOx 농도가 급격하게 상승한다.
한편, 배기 정화 촉매의 산소 흡장량이 많을 때에는, 배기 정화 촉매에 유입되는 배기 가스의 공연비가 농후 공연비(즉, 배기 가스가 HC나 CO 등의 미연 가스를 포함함)이면, 배기 정화 촉매에 흡장되어 있는 산소가 방출된다. 이로 인해, 배기 정화 촉매에 유입되는 배기 가스 중의 미연 가스는 산화 정화된다. 이 결과, 도 2의 (B)로부터 알 수 있는 바와 같이, 배기 정화 촉매로부터 유출되는 배기 가스 중에는 거의 미연 가스는 포함되지 않는다.
그러나, 배기 정화 촉매의 산소 흡장량이 적어지면, 배기 정화 촉매에 유입되는 배기 가스의 공연비가 농후 공연비인 경우, 배기 정화 촉매로부터 방출되는 산소가 적어지고, 이에 수반하여 배기 가스 중의 미연 가스도 산화 정화되기 어려워진다. 이로 인해, 도 2의 (B)로부터 알 수 있는 바와 같이, 산소 흡장량이 어떤 하한 흡장량 Clowlim을 초과해 감소하면 배기 정화 촉매로부터 유출되는 배기 가스 중의 미연 가스의 농도가 급격하게 상승한다.
배기 정화 촉매의 산소 흡장량과 배기 정화 촉매로부터 유출되는 배기 가스 중의 미연 가스 농도 및 NOx 농도와는 전술한 바와 같은 관계를 갖는다. 여기서, 특허문헌 1에 기재된 제어 장치에서는, 하류측의 산소 센서의 출력 전압이 고측 임계값 이상인 경우, 즉 하류측 산소 센서에 의해 검출된 배기 가스의 공연비(이하, 「배기 공연비」라고 함)가 고측 임계값에 대응하는 하한 공연비 이하로 되었을 때에는, 목표 공연비가 소정의 희박 공연비(이하, 「설정 희박 공연비」라고 함)로 전환되고, 그 후 그 공연비로 고정된다. 한편, 하류측의 산소 센서의 출력 전압이 저측 임계값 이하인 경우, 즉 하류측 산소 센서에 의해 검출된 배기 공연비가 저측 임계값에 대응하는 상한 공연비 이상으로 되었을 때에는, 목표 공연비가 소정의 농후 공연비(이하, 「설정 농후 공연비」라고 함)로 전환되고, 그 후 그 공연비로 고정된다.
여기서, 하류측 산소 센서에 의해 검출된 배기 공연비가 고측 임계값에 대응하는 하한 공연비 이하로 되었을 때에는, 배기 정화 촉매로부터 어느 정도의 미연 가스가 유출되어 있다. 이로 인해, 설정 희박 공연비의 이론 공연비로부터의 차, 즉 희박 정도를 크게 설정하면, 배기 정화 촉매로부터의 미연 가스의 유출을 신속히 억제할 수 있다. 그러나, 설정 희박 공연비의 희박 정도를 크게 설정하면, 그 후, 배기 정화 촉매의 산소 흡장량이 급격하게 증대해서 배기 정화 촉매로부터 NOx가 유출될 때까지의 기간이 짧아지는 동시에, 배기 정화 촉매로부터 NOx가 유출될 때의 NOx의 유출량이 많아져버린다.
한편, 설정 희박 공연비의 희박 정도를 작게 설정하면, 배기 정화 촉매의 산소 흡장량을 완만하게 증가시킬 수 있고, 따라서 배기 정화 촉매로부터 NOx가 유출될 때까지의 시간을 길게 할 수 있다. 또한, 배기 정화 촉매로부터 NOx가 유출될 때의 NOx의 유출량을 소량으로 할 수 있다. 그러나, 설정 희박 공연비의 희박 정도를 작게 설정한 경우에는, 하류측 산소 센서에 의해 검출된 배기 공연비가 하한 공연비 이하로 되어 목표 공연비를 설정 농후 공연비로부터 설정 희박 공연비로 전환할 때, 배기 정화 촉매로부터의 미연 가스의 유출을 신속하게 억제할 수 없게 된다.
또한, 하류측 산소 센서에 의해 검출된 배기 공연비가 저측 임계값에 대응하는 상한 공연비 이상으로 되었을 때에는, 배기 정화 촉매로부터 어느 정도의 NOx가 유출되어 있다. 이로 인해, 설정 농후 공연비의 이론 공연비로부터의 차, 즉 농후 정도를 크게 설정하면, 배기 정화 촉매로부터의 NOx의 유출을 신속하게 억제할 수 있다. 그러나, 설정 농후 공연비의 농후 정도를 크게 설정하면, 그 후, 배기 정화 촉매의 산소 흡장량이 급격하게 감소하여 배기 정화 촉매로부터 미연 가스가 유출될 때까지의 기간이 짧아지는 동시에, 배기 정화 촉매로부터 미연 가스가 유출될 때의 미연 가스 유출량이 많아져버린다.
한편, 설정 농후 공연비의 농후 정도를 작게 설정하면, 배기 정화 촉매의 산소 흡장량을 완만하게 감소시킬 수 있고, 따라서 배기 정화 촉매로부터 미연 가스가 유출될 때까지의 시간을 길게 할 수 있다. 또한, 배기 정화 촉매로부터 미연 가스가 유출될 때의 미연 가스 유출량을 소량으로 할 수 있다. 그러나, 설정 농후 공연비의 농후 정도를 작게 설정한 경우에는, 하류측 산소 센서에 의해 검출된 배기 공연비가 상한 공연비 이상으로 되어 목표 공연비를 설정 희박 공연비로부터 설정 농후 공연비로 전환할 때, 배기 정화 촉매로부터의 NOx의 유출을 신속하게 억제할 수 없게 된다.
또한, 특허문헌 1에 기재된 제어 장치에서는, 배기 정화 촉매의 배기 흐름 방향 하류측에 산소 센서를 사용하고 있다. 산소 센서에 있어서의 배기 공연비와 출력 전압의 관계는, 기본적으로, 도 3에 파선으로 나타낸 바와 같은 관계로 된다. 즉, 기전력은, 이론 공연비 근방에서 크게 변화되고, 배기 공연비가 농후 공연비가 되면 기전력이 높아지고, 반대로, 배기 공연비가 희박 공연비가 되면 기전력이 낮아진다.
그런데, 산소 센서에서는, 센서의 전극 상에 있어서 미연 가스나 산소 등의 반응성이 낮음으로써, 실제의 배기 공연비가 동일하여도 공연비의 변화 방향에 따라서 기전력이 서로 다른 값으로 된다. 다시 말하자면. 산소 센서는, 배기 공연비의 변화 방향에 따라서 히스테리시스를 갖는다. 도 3은 그 모습을 나타내고 있으며, 실선 A는 공연비를 농후측으로부터 희박측으로 변화시켰을 때의 관계, 실선 B는 공연비를 희박측으로부터 농후측으로 변화시켰을 때의 관계를 각각 나타내고 있다.
이로 인해, 배기 정화 촉매의 배기 흐름 방향 하류측에 산소 센서를 배치한 경우에는, 실제의 배기 공연비가 어느 정도 이론 공연비로부터 농후측으로 변화되고 나서야 비로소 산소 센서에 의해 농후 공연비가 검출된다. 마찬가지로, 실제의 배기 공연비가 어느 정도 이론 공연비로부터 희박측으로 변화되고 나서야 비로소 산소 센서에 의해 희박 공연비가 검출된다. 즉, 하류측에 산소 센서를 배치한 경우에는, 실제의 배기 공연비에 대하여 응답성이 낮다. 이와 같이, 하류측의 산소 센서의 응답성이 낮으면, 배기 정화 촉매로부터 어느 정도 NOx가 유출되고 나서 목표 공연비를 농후 공연비로 전환하게 되고, 또한 배기 정화 촉매로부터 어느 정도 미연 가스가 유출되고 나서 목표 공연비를 희박 공연비로 전환하게 된다.
이와 같이, 특허문헌 1에 기재된 제어 장치에 의하면, 배기 정화 촉매로부터 유출되는 미연 가스나 NOx를 충분히 저감시킬 수는 없었다.
따라서, 상기 과제를 감안하여, 본 발명의 목적은, 배기 정화 촉매로부터 유출되는 미연 가스나 NOx를 충분히 저감할 수 있는, 내연 기관의 제어 장치를 제공하는 데 있다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 제1 발명에서는, 내연 기관의 배기 통로에 배치됨과 함께 산소를 흡장 가능한 배기 정화 촉매와, 상기 배기 정화 촉매의 배기 흐름 방향 하류측에 배치됨과 함께 상기 배기 정화 촉매로부터 유출되는 배기 가스의 공연비를 검출하는 하류측 공연비 검출 장치와, 상기 배기 정화 촉매에 유입되는 배기 가스의 공연비가 목표 공연비가 되도록 상기 배기 가스의 공연비를 제어하는 공연비 제어 장치를 구비하는, 내연 기관의 제어 장치에 있어서, 상기 하류측 공연비 검출 장치에 의해 검출된 배기 공연비가 농후 공연비로 되었을 때, 상기 목표 공연비를 이론 공연비보다도 희박의 희박 설정 공연비까지 변화시키는 공연비 희박 전환 수단과, 상기 공연비 희박 전환 수단에 의해 공연비를 변화시킨 후이더라도 상기 하류측 공연비 검출 장치에 의해 검출되는 배기 공연비가 희박 공연비가 되기 전에 상기 목표 공연비를 상기 희박 설정 공연비보다도 이론 공연비로부터의 차가 작은 희박 공연비로 변화시키는 희박 정도 저하 수단과, 상기 하류측 공연비 검출 장치에 의해 검출된 배기 공연비가 희박 공연비로 되었을 때, 상기 목표 공연비를 이론 공연비보다도 농후의 농후 설정 공연비까지 변화시키는 공연비 농후 전환 수단과, 상기 공연비 농후 전환 수단에 의해 공연비를 변화시킨 후이더라도 상기 하류측 공연비 검출 장치에 의해 검출되는 배기 공연비가 농후 공연비가 되기 전에 상기 목표 상기 농후 설정 공연비보다도 이론 공연비로부터의 차가 작은 농후 공연비로 변화시키는 농후 정도 저하 수단을 구비하는, 내연 기관의 제어 장치가 제공된다.
제2 발명에서는, 제1 발명에 있어서, 상기 희박 정도 저하 수단은, 상기 목표 공연비를 변화시킬 때에는, 상기 목표 공연비를 상기 희박 설정 공연비로부터, 상기 희박 설정 공연비보다도 이론 공연비로부터의 차가 작은 소정의 희박 공연비로, 스텝 형상으로 전환한다.
제3 발명에서는, 제1 또는 제2 발명에 있어서, 상기 농후 정도 저하 수단은, 상기 목표 공연비를 변화시킬 때에는, 상기 목표 공연비를 상기 농후 설정 공연비로부터, 상기 농후 설정 공연비보다도 이론 공연비로부터의 차가 작은 소정의 농후 공연비로, 스텝 형상으로 전환한다.
제4 발명에서는, 제1 내지 제3 중 어느 하나의 발명에 있어서, 상기 희박 정도 저하 수단은, 상기 하류측 공연비 검출 장치에 의해 검출된 배기 공연비가 이론 공연비에 수렴된 후에 상기 목표 공연비를 변화시킨다.
제5 발명에서는, 제1 내지 제5 중 어느 하나의 발명에 있어서, 상기 농후 정도 저하 수단은, 상기 하류측 공연비 검출 장치에 의해 검출된 배기 공연비가 이론 공연비에 수렴된 후에 상기 목표 공연비를 변화시킨다.
제6 발명에서는, 제1 내지 제3 중 어느 하나의 발명에 있어서, 상기 배기 정화 촉매의 산소 흡장량을 추정하는 산소 흡장량 추정 수단을 더 구비하고, 상기 희박 정도 저하 수단은, 상기 산소 흡장량 추정 수단에 의해 추정된 산소 흡장량이 최대 산소 흡장량보다도 적은 미리 정해진 흡장량 이상으로 되었을 때 상기 목표 공연비를 변화시킨다.
제7 발명에서는, 제1 내지 제4 중 어느 하나의 발명에 있어서, 상기 배기 정화 촉매의 산소 흡장량을 추정하는 산소 흡장량 추정 수단을 더 구비하고, 상기 농후 정도 저하 수단은, 상기 산소 흡장량 추정 수단에 의해 추정된 산소 흡장량이 0보다도 많은 미리 정해진 흡장량 이하로 되었을 때 상기 목표 공연비를 변화시킨다.
제8 발명에서는, 제6 또는 제7 발명에 있어서, 상기 배기 정화 촉매의 배기 흐름 방향 상류측에 배치됨과 함께 상기 배기 정화 촉매에 유입되는 배기 가스의 배기 공연비를 검출하는 상류측 공연비 검출 장치를 더 구비하고, 상기 산소 흡장량 추정 수단은, 상기 상류측 공연비 검출 장치에 의해 검출된 공연비 및 상기 내연 기관의 흡입 공기량에 기초하여, 상기 배기 정화 촉매에 유입되는 배기 가스의 공연비가 이론 공연비인 경우에 대하여 과잉으로 되는 미연 가스 또는 부족한 미연 가스의 유량을 산출하는 유입 미연 가스 과부족 유량 산출 수단과, 상기 하류측 공연비 검출 장치에 의해 검출된 공연비 및 상기 내연 기관의 흡입 공기량에 기초하여, 상기 배기 정화 촉매로부터 유출되는 배기 가스의 공연비가 이론 공연비인 경우에 대하여 과잉으로 되는 미연 가스 또는 부족한 미연 가스의 유량을 산출하는 유출 미연 가스 과부족 유량 산출 수단과, 상기 유입 미연 가스 과부족 유량 산출 수단에 의해 산출된 과부족의 미연 가스의 유량과 상기 유출 미연 가스 과부족 유량 산출 수단에 의해 산출된 과부족의 미연 가스의 유량과 기초하여 상기 배기 정화 촉매의 산소 흡장량을 산출하는 흡장량 산출 수단을 구비한다.
제9 발명에서는, 제8 발명에 있어서, 상기 공연비 희박 전환 수단에 의해 목표 공연비를 희박 설정 공연비로 변화시키고 나서 상기 공연비 농후 전환 수단에 의해 목표 공연비를 최대 농후 공연비로 변화시킬 때까지의 동안에 상기 흡장량 산출 수단에 있어서 산출된 상기 적산값과, 상기 공연비 농후 전환 수단에 의해 목표 공연비를 농후 설정 공연비로 변화시키고 나서 상기 공연비 희박 전환 수단에 의해 목표 공연비를 희박 설정 공연비로 변화시킬 때까지의 동안에 상기 흡장량 산출 수단에 있어서 산출된 상기 적산값에 기초하여, 상기 목표 공연비에 대하여 실제로 배기 정화 촉매에 유입되는 배기 가스의 공연비의 어긋남을 보정하기 위한 공연비 어긋남량 학습값을 산출하는 학습값 산출 수단을 더 구비하고, 상기 공연비 제어 장치는, 상기 학습값 산출 수단에 의해 산출된 공연비 어긋남량 학습값에 기초하여, 상기 공연비 희박 전환 수단, 상기 희박 정도 저하 수단, 상기 공연비 농후 전환 수단 및 상기 농후 정도 저하 수단에 의해 설정된 목표 공연비를 보정한다.
제10 발명에서는, 제1 내지 제9 중 어느 하나의 발명에 있어서, 상기 공연비 희박 전환 수단은, 상기 하류측 공연비 검출 장치에 의해 검출된 배기 공연비가 이론 공연비보다도 농후한 농후 판정 공연비로 되었을 때, 상기 하류측 공연비 검출 장치에 의해 검출된 배기 공연비가 농후 공연비로 되었다고 판단하고, 상기 공연비 농후 전환 수단은, 상기 하류측 공연비 검출 장치에 의해 검출된 배기 공연비가 이론 공연비보다도 희박한 희박 판정 공연비로 되었을 때, 상기 하류측 공연비 검출 장치에 의해 검출된 배기 공연비가 희박 공연비가 되었다고 판단한다.
제11 발명에서는, 제10 발명에 있어서, 상기 하류측 공연비 검출 장치는, 배기 공연비에 따라서 출력 전류가 0으로 되는 인가 전압이 변화되는 공연비 센서이며, 상기 공연비 센서에는, 배기 공연비가 상기 농후 판정 공연비일 때 출력 전류가 0으로 되는 인가 전압이 인가되고, 상기 공연비 희박 전환 수단은, 상기 출력 전류가 0 이하로 되었을 때 배기 공연비가 농후 공연비가 되었다고 판단한다.
제12 발명에서는, 제10 발명에 있어서, 상기 하류측 공연비 검출 장치는, 배기 공연비에 따라서 출력 전류가 0으로 되는 인가 전압이 변화되는 공연비 센서이며, 상기 공연비 센서에는, 배기 공연비가 상기 희박 판정 공연비일 때 출력 전류가 0으로 되는 인가 전압이 인가되고, 상기 공연비 농후 전환 수단은, 상기 출력 전류가 0 이하로 되었을 때 배기 공연비가 희박 공연비가 되었다고 판단한다.
제13 발명에서는, 제10 내지 제12 중 어느 하나의 발명에 있어서, 상기 하류측 공연비 검출 장치는, 배기 공연비에 따라서 출력 전류가 0으로 되는 인가 전압이 변화되는 공연비 센서이며, 상기 공연비 센서에는, 배기 공연비가 상기 농후 판정 공연비일 때 출력 전류가 0으로 되는 인가 전압과 배기 공연비가 상기 희박 판정 공연비일 때 출력 전류가 0으로 되는 인가 전압이 교대로 인가된다.
제14 발명에서는, 제1 내지 제10 중 어느 하나의 발명에 있어서, 상기 배기 정화 촉매의 배기 흐름 방향 상류측에 배치됨과 함께 상기 배기 정화 촉매에 유입되는 배기 가스의 배기 공연비를 검출하는 상류측 공연비 검출 장치를 더 구비하고, 상기 공연비 제어 장치는, 상기 상류측 공연비 검출 장치에 의해 검출된 공연비가 상기 목표 공연비가 되도록 상기 내연 기관의 연소실에 공급되는 연료 또는 공기의 양을 제어한다.
제15 발명에서는, 제14 발명에 있어서, 상기 상류측 공연비 검출 장치 및 하류측 공연비 검출 장치는, 배기 공연비에 따라서 출력 전류가 0으로 되는 인가 전압이 변화되는 공연비 센서이며, 상기 상류측 공연비 검출 장치에 있어서의 인가 전압과 상기 하류측 공연비 검출 장치에 있어서의 인가 전압은 다른 값으로 된다.
제16 발명에서는, 제1 내지 제15 중 어느 하나의 발명에 있어서, 상기 하류측 공연비 검출 장치보다도 배기 흐름 방향 하류측에 있어서 배기 통로에 배치됨과 함께 산소를 흡장 가능한 하류측 배기 정화 촉매를 더 구비한다.
본 발명에 따른 내연 기관의 제어 장치에 의하면, 배기 정화 촉매로부터 유출되는 미연 가스나 NOx를 충분히 저감할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 제어 장치가 사용되는 내연 기관을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는, 배기 정화 촉매의 산소 흡장량과 NOx 또는 미연 가스의 유출량의 관계를 나타내는 도면이다.
도 3은, 산소 센서에 있어서의 배기 공연비와 출력 전압의 관계를 나타낸 도면이다.
도 4는, 하류측 공연비 센서의 개략적인 단면도이다.
도 5는, 하류측 공연비 센서의 동작을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6은, 하류측 공연비 센서에 있어서의 센서 인가 전압과 출력 전류의 관계를 나타낸 도면이다.
도 7은, 전압 인가 장치 및 전류 검출 장치를 구성하는 구체적인 회로의 일례를 나타내는 도면이다.
도 8은, 상류측 배기 정화 촉매의 산소 흡장량 등의 타임차트이다.
도 9는, 제어 장치의 기능 블록도이다.
도 10은, 산소 흡장량 추정 제어의 제어 루틴을 나타내는 흐름도이다.
도 11은, 공연비 보정량의 산출 제어의 제어 루틴을 나타내는 흐름도이다.
도 12는, 상류측 배기 정화 촉매의 산소 흡장량 등의 타임차트이다.
도 13은, 각 배기 공연비에 있어서의 센서 인가 전압과 출력 전류의 관계를 나타내는 도면이다.
도 14는, 각 센서 인가 전압에 있어서의 배기 공연비와 출력 전류의 관계를 나타내는 도면이다.
도 15는, 도 13에 X-X로 나타낸 영역을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 16은, 도 14에 Y로 나타낸 영역을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 17은, 공연비 센서의 공연비와 출력 전류의 관계를 나타내는 도면이다.
도 18은, 상류측 배기 정화 촉매의 산소 흡장량 등의 타임차트이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 내연 기관 제어 장치에 대하여 상세히 설명한다. 또한, 이하의 설명에서는, 마찬가지의 구성 요소에는 동일한 참조 번호를 부여한다. 도 1은, 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 제어 장치가 사용되는 내연 기관을 개략적으로 나타내는 도면이다.
<내연 기관 전체의 설명>
도 1을 참조하면, 1은 기관 본체, 2는 실린더 블록, 3은 실린더 블록(2) 내에서 왕복 이동하는 피스톤, 4는 실린더 블록(2) 상에 고정된 실린더 헤드, 5는 피스톤(3)과 실린더 헤드(4)의 사이에 형성된 연소실, 6은 흡기 밸브, 7은 흡기 포트, 8은 배기 밸브, 9는 배기 포트를 각각 나타낸다. 흡기 밸브(6)는 흡기 포트(7)를 개폐하고, 배기 밸브(8)는 배기 포트(9)를 개폐한다.
도 1에 도시한 바와 같이 실린더 헤드(4)의 내벽면의 중앙부에는 점화 플러그(10)가 배치되고, 실린더 헤드(4)의 내벽면 주변부에는 연료 분사 밸브(11)가 배치된다. 점화 플러그(10)는, 점화 신호에 따라서 불꽃을 발생시키도록 구성된다. 또한, 연료 분사 밸브(11)는, 분사 신호에 따라서, 소정량의 연료를 연소실(5) 내에 분사한다. 또한, 연료 분사 밸브(11)는, 흡기 포트(7) 내에 연료를 분사하도록 배치되어도 된다. 또한, 본 실시 형태에서는, 연료로서 배기 정화 촉매에 있어서의 이론 공연비가 14.6인 가솔린이 사용된다. 그러나, 본 발명의 내연 기관은 다른 연료를 사용하여도 된다.
각 기통의 흡기 포트(7)는 각각 대응하는 흡기 지관(13)을 통해 서지 탱크(14)에 연결되고, 서지 탱크(14)는 흡기관(15)을 통해 에어 클리너(16)에 연결된다. 흡기 포트(7), 흡기 지관 (13), 서지 탱크(14), 흡기관(15)은 흡기 통로를 형성한다. 또한, 흡기관(15) 내에는 스로틀 밸브 구동 액추에이터(17)에 의해 구동되는 스로틀 밸브(18)가 배치된다. 스로틀 밸브(18)는, 스로틀 밸브 구동 액추에이터(17)에 의해 회전됨으로써, 흡기 통로의 개구 면적을 변경할 수 있다.
한편, 각 기통의 배기 포트(9)는 배기 매니폴드(19)에 연결된다. 배기 매니폴드(19)는, 각 배기 포트(9)에 연결되는 복수의 지부와 이들 지부가 집합된 집합부를 갖는다. 배기 매니폴드(19)의 집합부는 상류측 배기 정화 촉매(20)를 내장한 상류측 케이싱(21)에 연결된다. 상류측 케이싱(21)은, 배기관(22)을 통해 하류측 배기 정화 촉매(24)를 내장한 하류측 케이싱(23)에 연결된다. 배기 포트(9), 배기 매니폴드(19), 상류측 케이싱(21), 배기관(22) 및 하류측 케이싱(23)은, 배기 통로를 형성한다.
전자 제어 유닛(ECU)(31)은 디지털 컴퓨터로 이루어지고, 쌍 방향성 버스(32)를 통해 상호 접속된 RAM(랜덤 액세스 메모리)(33), ROM(리드 온리 메모리)(34), CPU(마이크로프로세서)(35), 입력 포트(36) 및 출력 포트(37)를 구비한다. 흡기관(15)에는, 흡기관(15) 내를 흐르는 공기 유량을 검출하기 위한 에어 플로우미터(39)가 배치되고, 이 에어 플로우미터(39)의 출력은 대응하는 AD 변환기(38)를 통해 입력 포트(36)에 입력된다. 또한, 배기 매니폴드(19)의 집합부에는 배기 매니폴드(19) 내를 흐르는 배기 가스[즉, 상류측 배기 정화 촉매(20)에 유입되는 배기 가스]의 공연비를 검출하는 상류측 공연비 센서(상류측 공연비 검출 장치)(40)가 배치된다. 또한, 배기관(22) 내에는 배기관(22) 내를 흐르는 배기 가스[즉, 상류측 배기 정화 촉매(20)로부터 유출되어 하류측 배기 정화 촉매(24)에 유입되는 배기 가스]의 공연비를 검출하는 하류측 공연비 센서(하류측 공연비 검출 장치)(41)가 배치된다. 이들 공연비 센서(40, 41)의 출력도 대응하는 AD 변환기(38)를 통해 입력 포트(36)에 입력된다. 또한, 이들 공연비 센서(40, 41)의 구성에 대해서는 후술한다.
또한, 액셀러레이터 페달(42)에는 액셀러레이터 페달(42)의 답입량에 비례한 출력 전압을 발생하는 부하 센서(43)가 접속되고, 부하 센서(43)의 출력 전압은 대응하는 AD 변환기(38)를 통해 입력 포트(36)에 입력된다. 크랭크각 센서(44)는, 예를 들어 크랭크 샤프트가 15°회전할 때마다 출력 펄스를 발생하고, 이 출력 펄스가 입력 포트(36)에 입력된다. CPU(35)에서는 이 크랭크각 센서(44)의 출력 펄스로부터 기관 회전수가 계산된다. 한편, 출력 포트(37)는 대응하는 구동 회로(45)를 통해 점화 플러그(10), 연료 분사 밸브(11) 및 스로틀 밸브 구동 액추에이터(17)에 접속된다. 또한, ECU(31)는, 각종 센서 등의 출력에 기초하여 내연 기관을 제어하는 기관 제어 장치로서 기능한다.
또한, 본 실시 형태에 관한 내연 기관은, 가솔린을 연료로 하는 무과급 내연 기관이지만, 본 발명에 따른 내연 기관의 구성은, 상기 구성에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 본 발명에 따른 내연 기관은, 기통수, 기통 배열, 연료의 분사 형태, 흡기 및 배기계의 구성, 이동 밸브 기구의 구성, 과급기의 유무, 및 과급 형태 등이, 상기 내연 기관과 다른 것이어도 된다.
<배기 정화 촉매의 설명>
상류측 배기 정화 촉매(20) 및 하류측 배기 정화 촉매(24)는, 모두 마찬가지의 구성을 갖는다. 배기 정화 촉매(20, 24)는, 산소 흡장 능력을 갖는 3원 촉매이다. 구체적으로는, 배기 정화 촉매(20, 24)는, 세라믹으로 이루어지는 담체에, 촉매 작용을 갖는 귀금속[예를 들어, 백금(Pt)] 및 산소 흡장 능력을 갖는 물질[예를 들어, 세리아(CeO2)]을 담지시킨 것이다. 배기 정화 촉매(20, 24)는, 소정의 활성 온도에 달하면, 미연 가스(HC나 CO 등)와 질소산화물(NOx)을 동시에 정화하는 촉매 작용에 추가하여, 산소 흡장 능력을 발휘한다.
배기 정화 촉매(20, 24)의 산소 흡장 능력에 의하면, 배기 정화 촉매(20, 24)는, 배기 정화 촉매(20, 24)에 유입되는 배기 가스의 공연비가 이론 공연비보다도 희박(희박 공연비)할 때에는 배기 가스 중의 산소를 흡장한다. 한편, 배기 정화 촉매(20, 24)는, 유입되는 배기 가스의 공연비가 이론 공연비보다도 농후(농후 공연비)할 때에는, 배기 정화 촉매(20, 24)에 흡장되어 있는 산소를 방출한다. 또한, 「배기 가스의 공연비」는, 그 배기 가스가 생성될 때까지 공급된 공기의 질량에 대한 연료의 질량 비율을 의미하는 것이며, 통상은 그 배기 가스가 생성되는 데 있어서 연소실(5) 내에 공급된 공기의 질량에 대한 연료의 질량 비율을 의미한다.
배기 정화 촉매(20, 24)는, 촉매 작용 및 산소 흡장 능력을 가짐으로써, 산소 흡장량에 따라서 NOx 및 미연 가스의 정화 작용을 갖는다. 즉, 도 2의 (A)에 도시한 바와 같이, 배기 정화 촉매(20, 24)에 유입되는 배기 가스의 공연비가 희박 공연비인 경우, 산소 흡장량이 적을 때에는 배기 정화 촉매(20, 24)에 의해 배기 가스 중의 산소가 흡장되고, NOx가 환원 정화된다. 또한, 산소 흡장량이 많아지면, 상한 흡장량 Cuplim을 경계로 배기 정화 촉매(20, 24)로부터 유출되는 배기 가스 중의 산소 및 NOx의 농도가 급격하게 상승한다.
한편, 도 2의 (B)에 도시한 바와 같이, 배기 정화 촉매(20, 24)에 유입되는 배기 가스의 공연비가 농후 공연비인 경우, 산소 흡장량이 많을 때에는 배기 정화 촉매(20, 24)에 흡장되어 있는 산소가 방출되고, 배기 가스 중의 미연 가스는 산화 정화된다. 또한, 산소 흡장량이 적어지면, 하한 흡장량 Clowlim을 경계로 배기 정화 촉매(20, 24)로부터 유출되는 배기 가스 중의 미연 가스의 농도가 급격하게 상승한다.
이상과 같이, 본 실시 형태에 있어서 사용되는 배기 정화 촉매(20, 24)에 의하면, 배기 정화 촉매(20, 24)에 유입되는 배기 가스의 공연비 및 산소 흡장량에 따라서 배기 가스 중의 NOx 및 미연 가스의 정화 특성이 변화된다. 또한, 촉매 작용 및 산소 흡장 능력을 갖고 있으면, 배기 정화 촉매(20, 24)는 3원 촉매와는 다른 촉매이어도 된다.
<공연비 센서의 구성>
다음으로, 도 4를 참조하여, 본 실시 형태에 있어서의 공연비 센서(40, 41)의 구성에 대하여 설명한다. 도 4는, 공연비 센서(40, 41)의 개략적인 단면도이다. 도 4로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 실시 형태에 있어서의 공연비 센서(40, 41)는, 고체 전해질층 및 한 쌍의 전극으로 이루어지는 셀이 1개인 1 셀형의 공연비 센서이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 공연비 센서(40, 41)는, 고체 전해질층(51)과, 고체 전해질층(51)의 한쪽의 측면 상에 배치된 배기측 전극(제1 전극)(52)과, 고체 전해질층(51)의 다른 쪽 측면 상에 배치된 대기측 전극(제2 전극)(53)과, 통과하는 배기 가스의 확산 율속을 행하는 확산 율속층(54)과, 배기 가스 중의 산소 및 미연 가스를 반응시키는 촉매층(55)과, 공연비 센서(40, 41)의 가열을 행하는 히터부(56)를 구비한다.
고체 전해질층(51)의 한쪽의 측면 상에는 확산 율속층(54)이 형성되고, 확산 율속층(54)의 고체 전해질층(51)측의 측면과는 반대측의 측면 상에는 촉매층(55)이 형성된다. 본 실시 형태에서는, 고체 전해질층(51)과 확산 율속층(54)의 사이에는 피측 가스실(57)이 형성된다. 이 피측 가스실(57)에는 확산 율속층(54)을 통해 공연비 센서(40, 41)에 의한 검출 대상인 가스, 즉 배기 가스가 도입된다. 또한, 배기측 전극(52)은 피측 가스실(57) 내에 배치되고, 따라서, 배기측 전극(52)은 확산 율속층(54)을 통해 배기 가스에 노출되게 된다. 또한, 피측 가스실(57)은 반드시 설치할 필요는 없으며, 배기측 전극(52)의 표면 상에 확산 율속층(54)이 직접 접촉하도록 구성되어도 된다.
고체 전해질층(51)의 다른 쪽 측면 상에는 히터부(56)가 설치된다. 고체 전해질층(51)과 히터부(56)의 사이에는 기준 가스실(58)이 형성되고, 이 기준 가스실(58) 내에는 기준 가스가 도입된다. 본 실시 형태에서는, 기준 가스실(58)은 대기에 개방되어 있으며, 따라서 기준 가스실(58) 내에는 기준 가스로서 대기가 도입된다. 대기측 전극(53)은, 기준 가스실(58) 내에 배치되고, 따라서, 대기측 전극(53)은, 기준 가스(기준 분위기)에 노출된다. 본 실시 형태에서는, 기준 가스로서 대기가 사용되고 있기 때문에, 대기측 전극(53)은 대기에 노출되게 된다.
히터부(56)에는 복수의 히터(59)가 설치되어 있으며, 이들 히터(59)에 의해 공연비 센서(40, 41)의 온도, 특히 고체 전해질층(51)의 온도를 제어할 수 있다. 히터부(56)는, 고체 전해질층(51)을 활성화할 때까지 가열하기에 충분한 발열 용량을 갖고 있다.
고체 전해질층(51)은, ZrO2(지르코니아), HfO2, ThO2, Bi2O3 등에 CaO, MgO, Y2O3, Yb2O3 등을 안정제로서 배당한 산소 이온 전도성 산화물의 소결체에 의해 형성되어 있다. 또한, 확산 율속층(54)은, 알루미나, 마그네시아, 규석질, 스피넬, 멀라이트 등의 내열성 무기 물질의 다공질 소결체에 의해 형성되어 있다. 또한, 전극(52, 53)은, 백금 등의 촉매 활성이 높은 귀금속에 의해 형성되어 있다.
또한, 배기측 전극(52)과 대기측 전극(53)의 사이에는, ECU(31)에 탑재된 전압 인가 장치(60)에 의해 센서 인가 전압 Vr이 인가된다. 또한, ECU(31)에는, 전압 인가 장치(60)에 의해 센서 인가 전압 Vr을 인가했을 때 고체 전해질층(51)을 통해 이들 전극(52, 53) 사이에 흐르는 전류(출력 전류)를 검출하는 전류 검출 장치(61)가 설치된다. 이 전류 검출 장치(61)에 의해 검출되는 전류가 공연비 센서(40, 41)의 출력 전류이다.
<공연비 센서의 동작>
다음으로, 도 5를 참조하여, 이와 같이 구성된 공연비 센서(40, 41)의 동작의 기본적인 개념에 대하여 설명한다. 도 5는, 공연비 센서(40, 41)의 동작을 개략적으로 나타낸 도면이다. 사용 시에 있어서, 공연비 센서(40, 41)는, 촉매층(55) 및 확산 율속층(54)의 외주면이 배기 가스에 노출되도록 배치된다. 또한, 공연비 센서(40, 41)의 기준 가스실(58)에는 대기가 도입된다.
전술한 바와 같이, 고체 전해질층(51)은, 산소 이온 전도성 산화물의 소결체로 형성된다. 따라서, 고온에 의해 활성화된 상태에서 고체 전해질층(51)의 양 측면 간에 산소 농도의 차가 발생하면, 농도가 높은 측면측으로부터 농도가 낮은 측면측으로 산소 이온을 이동시키려고 하는 기전력 E가 발생하는 성질(산소 전지 특성)을 갖고 있다.
반대로, 고체 전해질층(51)은, 양 측면 간에 전위차가 부여되면, 이 전위차에 따라서 고체 전해질층의 양 측면 간에서 산소 농도비가 발생하도록, 산소 이온의 이동을 일으키려고 하는 특성(산소 펌프 특성)을 갖는다. 구체적으로는, 양 측면 간에 전위차가 부여된 경우에는, 정극성이 부여된 측면에 있어서의 산소 농도가, 부극성이 부여된 측면에 있어서의 산소 농도에 대하여, 전위차에 따른 비율로 높아지도록, 산소 이온의 이동이 야기된다. 또한, 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 공연비 센서(40, 41)에서는, 대기측 전극(53)이 정극성, 배기측 전극(52)이 부극성이 되도록, 이들 전극(52, 53) 간에 일정한 센서 인가 전압 Vr이 인가되어 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, 공연비 센서(40, 41)에 있어서의 센서 인가 전압 Vr은 동일한 전압으로 되어 있다.
공연비 센서(40, 41) 주위에서의 배기 공연비가 이론 공연비보다도 희박할 때에는, 고체 전해질층(51)의 양 측면 간에서의 산소 농도의 비는 그다지 크지 않다. 이로 인해, 센서 인가 전압 Vr을 적절한 값으로 설정하면, 고체 전해질층(51)의 양 측면 간에서는 센서 인가 전압 Vr에 대응한 산소 농도비보다도 실제의 산소 농도비 쪽이 작아진다. 이로 인해, 고체 전해질층(51)의 양 측면 간의 산소 농도비가 센서 인가 전압 Vr에 대응한 산소 농도비를 향해 커지도록, 도 5의 (A)에 도시한 바와 같이, 배기측 전극(52)으로부터 대기측 전극(53)을 향해 산소 이온의 이동이 일어난다. 그 결과, 센서 인가 전압 Vr을 인가하는 전압 인가 장치(60)의 정극으로부터, 대기측 전극(53), 고체 전해질층(51) 및 배기측 전극(52)을 통해 전압 인가 장치(60)의 부극으로 전류가 흐른다.
이 때 흐르는 전류(출력 전류) Ir의 크기는, 센서 인가 전압 Vr을 적절한 값으로 설정하면, 배기 중으로부터 확산 율속층(54)을 통해 피측 가스실(57)로 확산에 의해 유입되는 산소량에 비례한다. 따라서, 이 전류 Ir의 크기를 전류 검출 장치(61)에 의해 검출함으로써, 산소 농도를 알 수 있고, 나아가서는 희박 영역에서의 공연비를 알 수 있다.
한편, 공연비 센서(40, 41) 주위에서의 배기 공연비가 이론 공연비보다도 농후할 때에는, 배기 중으로부터 확산 율속층(54)을 통해 미연 가스가 피측 가스실(57) 내로 유입되기 때문에, 배기측 전극(52) 상에 산소가 존재하여도, 미연 가스와 반응하여 제거된다. 이로 인해, 피측 가스실(57) 내에서는 산소 농도가 극히 낮아지고, 그 결과, 고체 전해질층(51)의 양 측면 간에서의 산소 농도의 비는 크게 된다. 이로 인해, 센서 인가 전압 Vr을 적절한 값으로 설정하면, 고체 전해질층(51)의 양 측면 간에서는 센서 인가 전압 Vr에 대응한 산소 농도비보다도 실제의 산소 농도비 쪽이 커진다. 이로 인해, 고체 전해질층(51)의 양 측면 간의 산소 농도비가 센서 인가 전압 Vr에 대응한 산소 농도비를 향해 작아지도록, 도 5의 (B)에 도시한 바와 같이, 대기측 전극(53)으로부터 배기측 전극(52)을 향해 산소 이온의 이동이 일어난다. 그 결과, 대기측 전극(53)으로부터, 센서 인가 전압 Vr을 인가하는 전압 인가 장치(60)를 통해 배기측 전극(52)으로 전류가 흐른다.
이 때 흐르는 전류(출력 전류) Ir의 크기는, 센서 인가 전압 Vr을 적절한 값으로 설정하면, 고체 전해질층(51) 중을 대기측 전극(53)으로부터 배기측 전극(52)으로 이동되는 산소 이온의 유량에 의해 결정된다. 그 산소 이온은, 배기 중으로부터 확산 율속층(54)을 통해 피측 가스실(57)에 확산에 의해 유입되는 미연 가스와 배기측 전극(52) 상에서 반응(연소)한다. 따라서, 산소 이온의 이동 유량은 피측 가스실(57) 내에 유입된 배기 가스 중의 미연 가스의 농도에 대응한다. 따라서, 이 전류 Ir의 크기를 전류 검출 장치(61)에 의해 검출함으로써, 미연 가스 농도를 알 수 있고, 나아가서는 농후 영역에서의 공연비를 알 수 있다.
또한, 공연비 센서(40, 41) 주위에서의 배기 공연비가 이론 공연비일 때에는, 피측 가스실(57)에 유입되는 산소 및 미연 가스의 양이 화학당량비로 되어 있다. 이로 인해, 배기측 전극(52)의 촉매 작용에 의해 양자는 완전히 연소하고, 피측 가스실(57) 내의 산소 및 미연 가스의 농도에 변동은 발생하지 않는다. 이 결과, 고체 전해질층(51)의 양 측면 간의 산소 농도비는, 변동하지 않고, 센서 인가 전압 Vr에 대응한 산소 농도비인 채로 유지된다. 이로 인해, 도 5의 (C)에 도시한 바와 같이, 산소 펌프 특성에 의한 산소 이온의 이동은 일어나지 않아, 그 결과, 회로를 흐르는 전류는 발생하지 않는다.
이와 같이 구성되며 또한 동작하는 공연비 센서(40, 41)는, 도 6에 도시한 출력 특성을 갖는다. 즉, 공연비 센서(40, 41)에서는, 배기 공연비가 커질수록 (즉, 희박하게 될수록), 공연비 센서(40, 41)의 출력 전류 Ir이 커진다. 또한, 공연비 센서(40, 41)는, 배기 공연비가 이론 공연비일 때 출력 전류 Ir이 0으로 되도록 구성된다.
<전압 인가 장치 및 전류 검출 장치의 회로>
도 7에, 전압 인가 장치(60) 및 전류 검출 장치(61)를 구성하는 구체적인 회로의 일례를 나타낸다. 도시한 예에서는, 산소 전지 특성에 의해 발생하는 기전력을 E, 고체 전해질층(51)의 내부 저항을 Ri, 양 전극(52, 53) 간의 전위차를 Vs로 나타내고 있다.
도 7로부터 알 수 있는 바와 같이, 전압 인가 장치(60)는, 기본적으로, 산소 전지 특성에 의해 발생하는 기전력 E가 센서 인가 전압 Vr에 일치하도록, 부귀환 제어를 행하고 있다. 다시 말하자면, 전압 인가 장치(60)는, 고체 전해질층(51)의 양 측면 간의 산소 농도비의 변화에 의해 양 전극(52, 53) 간의 전위차 Vs가 변화했을 때에도, 이 전위차 Vs가 센서 인가 전압 Vr이 되도록 부귀환 제어를 행하고 있다.
따라서, 배기 공연비가 이론 공연비로 되어 있어서, 고체 전해질층(51)의 양 측면 간에 산소 농도비의 변화가 발생하지 않는 경우에는, 고체 전해질층(51)의 양 측면 간의 산소 농도비는 센서 인가 전압 Vr에 대응한 산소 농도비로 되어 있다. 이 경우, 기전력 E는 센서 인가 전압 Vr에 일치하고, 양 전극(52, 53) 간의 전위차 Vs도 센서 인가 전압 Vr로 되어 있으며, 그 결과, 전류 Ir은 흐르지 않는다.
한편, 배기 공연비가 이론 공연비와는 다른 공연비로 되어 있으며, 고체 전해질층(51)의 양 측면 간에 산소 농도비의 변화가 발생하는 경우에는, 고체 전해질층(51)의 양 측면 간의 산소 농도비가 센서 인가 전압 Vr에 대응한 산소 농도비로 되어 있지 않다. 이 경우, 기전력 E는 센서 인가 전압 Vr과는 다른 값으로 된다. 이로 인해, 부귀환 제어에 의해, 기전력 E가 센서 인가 전압 Vr과 일치하도록 고체 전해질층(51)의 양 측면 간에서 산소 이온의 이동을 시키기 위해, 양 전극(52, 53) 간에 전위차 Vs가 부여된다. 그리고, 이때의 산소 이온의 이동에 수반하여 전류 Ir이 흐른다. 이 결과, 기전력 E는 센서 인가 전압 Vr에 수렴되고, 기전력 E가 센서 인가 전압 Vr에 수렴되면, 결국 전위차 Vs도 센서 인가 전압 Vr에 수렴되게 된다.
따라서, 전압 인가 장치(60)는, 실질적으로 양 전극(52, 53) 간에 센서 인가 전압 Vr을 인가하고 있다고 할 수 있다. 또한, 전압 인가 장치(60)의 전기 회로는 반드시 도 7에 도시된 바와 같은 것일 필요는 없으며, 양 전극(52, 53) 간에 센서 인가 전압 Vr을 실질적으로 인가할 수 있으면, 어떠한 형태의 장치이어도 된다.
또한, 전류 검출 장치(61)는, 실제로 전류를 검출하는 것이 아니라, 전압 E0을 검출하여 이 전압 E0으로부터 전류를 산출하고 있다. 여기서, E0은, 하기 식 (1)과 같이 나타낼 수 있다.
(식 1)
Figure 112015071092874-pct00001
여기서, V0은 오프셋 전압(E0이 부의 값이 되지 않도록 인가해 두는 전압이며, 예를 들어 3V), R은 도 7에 도시한 저항의 값이다.
식 (1)에 있어서, 센서 인가 전압 Vr, 오프셋 전압 V0 및 저항값 R은 일정하기 때문에, 전압 E0은 전류 Ir에 따라서 변화된다. 이로 인해, 전압 E0을 검출하면, 그 전압 E0으로부터 전류 Ir을 산출하는 것이 가능하다.
따라서, 전류 검출 장치(61)는, 실질적으로 양 전극(52, 53) 사이에 흐르는 전류 Ir을 검출하고 있다고 할 수 있다. 또한, 전류 검출 장치(61)의 전기 회로는 반드시 도 7에 도시된 바와 같은 것일 필요는 없으며, 양 전극(52, 53) 사이를 흐르는 전류 Ir을 검출할 수 있으면, 어떠한 형태의 장치이어도 된다.
<공연비 제어의 개요>
다음으로, 본 발명의 내연 기관 제어 장치에 있어서의 공연비 제어의 개요를 설명한다. 본 실시 형태에서는, 상류측 공연비 센서(40)의 출력 전류 Irup에 기초하여 상류측 공연비 센서(40)의 출력 전류[즉, 상류측 배기 정화 촉매(20)에 유입되는 배기 가스의 공연비에 상당] Irup가 목표 공연비에 상당하는 값으로 되도록 피드백 제어가 행해진다.
본 실시 형태에서는, 상류측 배기 정화 촉매(20)에 유입되는 배기 가스의 목표 공연비는, 하류측 공연비 센서(41)의 출력 전류 Irdwn 및 상류측 배기 정화 촉매(20)의 산소 흡장량 OSAsc에 기초하여 설정된다. 구체적으로는, 하류측 공연비 센서(41)의 출력 전류 Irdwn이 농후 판정 기준값 Irrich 이하로 되었을 때, 하류측 공연비 센서(41)에 의해 검출된 배기 가스의 공연비가 농후 공연비로 되었다고 판단된다. 이 경우, 희박 전환 수단에 의해, 목표 공연비가 희박 설정 공연비로 되고, 그 공연비로 유지된다. 여기서, 농후 판정 기준값 Irrich는, 이론 공연비보다도 약간 농후한 미리 정해진 농후 판정 공연비(예를 들어, 14.55)에 상당하는 값이다. 또한, 희박 설정 공연비는, 이론 공연비보다도 어느 정도 희박한 미리 정해진 공연비이며, 예를 들어 14.65 내지 20, 바람직하게는 14.68 내지 18, 보다 바람직하게는 14.7 내지 16 정도로 된다.
그 후, 목표 공연비를 희박 설정 공연비로 설정한 상태에서 상류측 배기 정화 촉매(20)의 산소 흡장량 OSAsc가 0보다도 많은 소정의 흡장량에 도달하면, 희박 정도 저하 수단에 의해, 목표 공연비가 약 희박 설정 공연비로 전환된다(또한, 이때의 산소 흡장량을 「희박 정도 변경 기준 흡장량」이라고 함). 약 희박 설정 공연비는, 희박 설정 공연비보다도 이론 공연비로부터의 차가 작은 희박 공연비이며, 예를 들어 14.62 내지 15.7, 바람직하게는 14.63 내지 15.2, 보다 바람직하게는 14.65 내지 14.9 정도로 된다. 또한, 희박 정도 변경 기준 흡장량은, 0으로부터의 차가 소정의 변경 기준차 α인 흡장량으로 된다.
한편, 하류측 공연비 센서(41)의 출력 전류 Irdwn이 희박 판정 기준값 Irlean 이상으로 되었을 때, 하류측 공연비 센서(41)에 의해 검출된 배기 가스의 공연비가 희박 공연비가 되었다고 판단된다. 이 경우, 농후 전환 수단에 의해, 목표 공연비가 농후 설정 공연비로 되고, 그 공연비로 유지된다. 여기서, 희박 판정 기준값 Irlean은, 이론 공연비보다도 약간 희박한 미리 정해진 희박 판정 공연비 (예를 들어, 14.65)에 상당하는 값이다. 또한, 농후 설정 공연비는, 이론 공연비보다도 어느 정도 농후한 미리 정해진 공연비이며 , 예를 들어 10 내지 14.55, 바람직하게는 12 내지 14.52, 보다 바람직하게는 13 내지 14.5 정도로 된다.
그 후, 목표 공연비를 농후 설정 공연비로 설정한 상태에서 상류측 배기 정화 촉매(20)의 산소 흡장량 OSAsc가 최대 흡장량보다도 적은 소정의 흡장량에 도달되면, 농후 정도 저하 수단에 의해, 목표 공연비가 약 농후 설정 공연비로 전환된다(또한, 이때의 산소 흡장량을 「농후 정도 변경 기준 흡장량」이라고 함). 약 농후 설정 공연비는, 농후 설정 공연비보다도 이론 공연비로부터의 차가 작은 농후 공연비이며, 예를 들어 13.5 내지 14.58, 바람직하게는 14 내지 14.57, 보다 바람직하게는 14.3 내지 14.55 정도로 된다. 또한, 농후 정도 변경 기준 흡장량은, 최대 산소 흡장량으로부터의 차가 상기 소정의 변경 기준차 α인 흡장량으로 된다.
이 결과, 본 실시 형태에서는, 하류측 공연비 센서(41)의 출력 전류 Irdwn이 농후 판정 기준값 Irrich 이하로 되면, 우선, 목표 공연비가 희박 설정 공연비로 설정되고, 그 후, 산소 흡장량 OSAsc가 어느 정도 많아지면 약 희박 설정 공연비로 설정된다. 그 후, 하류측 공연비 센서(41)의 출력 전류 Irdwn이 희박 판정 기준값 Irlean 이상이 되면, 우선, 목표 공연비가 농후 설정 공연비로 설정되고, 그 후, 산소 흡장량 OSAsc가 어느 정도 적어지면 약 농후 설정 공연비로 설정되고, 마찬가지의 조작이 반복된다.
또한, 농후 판정 공연비 및 희박 판정 공연비는, 이론 공연비의 1% 이내, 바람직하게는 0.5% 이내, 보다 바람직하게는 0.35% 이내의 공연비로 된다. 따라서, 농후 판정 공연비 및 희박 판정 공연비의 이론 공연비로부터의 차는, 이론 공연비가 14.6인 경우에는, 0.15 이하, 바람직하게는 0.073 이하, 보다 바람직하게는 0.051 이하로 된다. 또한, 목표 공연비(예를 들어, 약 농후 설정 공연비나 희박 설정 공연비)의 이론 공연비로부터의 차는, 기준차보다도 커지도록 설정된다.
또한, 본 실시 형태에서는, 상류측 배기 정화 촉매(20)의 산소 흡장량 OSAsc의 추정은, 산소 흡장량 추정 수단에 의해 행해진다. 산소 흡장량 추정 수단은, 상류측 공연비 센서(40)에 의해 검출된 공연비 및 에어 플로우미터(39)의 출력값 등에 기초하여 산출된 내연 기관의 흡입 공기량에 기초하여, 유입 미연 가스 과부족 유량 산출 수단에 의해, 상류측 배기 정화 촉매(20)에 유입되는 배기 가스의 공연비를 이론 공연비로 하고자 했을 때 과잉으로 되는 미연 가스 또는 부족한 미연 가스의 유량(이하, 「유입 미연 가스 과부족 유량 ΔQcor」이라고 함)을 산출한다.
즉, 유입 미연 가스 과부족 유량 산출 수단은, 상류측 배기 정화 촉매(20)에 유입되는 배기 가스 중의 산소 및 미연 가스 등이 완전히 반응했다고 가정했을 때, 이 배기 가스 중에 포함되는 미연 가스의 유량 또는 이 배기 가스 중에 포함되는 산소를 연소시키는 데 필요한 미연 가스의 유량을 산출한다. 구체적으로는, 유입 미연 가스 과부족 유량 산출 수단은, 에어 플로우미터(39) 등에 기초하여 산출된 내연 기관의 흡입 공기량과, 상류측 공연비 센서(40)에 의해 검출된 공연비의 이론 공연비에 대한 차에 기초하여, 유입 미연 가스 과부족 유량 ΔQcor를 산출하고 있다.
마찬가지로, 산소 흡장량 추정 수단은, 하류측 공연비 센서(41)에 의해 검출된 공연비 및 에어 플로우미터(39)의 출력 등에 기초하여 산출된 내연 기관의 흡입 공기량에 기초하여, 유출 미연 가스 과부족 유량 산출 수단에 의해, 상류측 배기 정화 촉매(20)로부터 유출되는 배기 가스의 공연비를 이론 공연비로 하고자 했을 때 과잉으로 되는 미연 가스 또는 부족한 미연 가스의 유량(이하, 「유출 미연 가스 과부족 유량 ΔQsc」라고 함)을 산출한다.
즉, 유출 미연 가스 과부족 유량 산출 수단은, 상류측 배기 정화 촉매(20)로부터 유출되는 배기 가스 중의 산소 및 미연 가스 등이 완전히 반응하고 있다고 가정했을 때, 이 배기 가스 중에 포함되는 미연 가스의 유량 또는 이 배기 가스 중에 포함되는 산소를 연소시키는 데 필요한 미연 가스의 유량을 산출한다. 구체적으로는, 유출 미연 가스 과부족 유량 산출 수단은, 에어 플로우미터(39) 등에 기초하여 산출된 내연 기관의 흡입 공기량과, 하류측 공연비 센서(41)에 의해 검출된 공연비의 이론 공연비에 대한 차에 기초하여, 유출 미연 가스 과부족 유량 ΔQsc를 산출하고 있다.
또한, 산소 흡장량 추정 수단은, 흡장량 산출 수단에 의해, 유입 미연 가스 과부족 유량 ΔQcor로부터 유출 미연 가스 과부족 유량 ΔQsc를 감산한 유량차(ΔQcor-ΔQsc)를 적산한 유량차 적산값 ΣQsc(=Σ(ΔQcor-ΔQsc))에 기초하여, 상류측 배기 정화 촉매(20)의 산소 흡장량 OSAsc를 산출하고 있다. 여기서, 상기 유량차는, 상류측 배기 정화 촉매(20)에 연소 제거된 미연 가스의 유량 또는 상류측 배기 정화 촉매(20)에 흡장된 산소의 유량에 상당한다. 따라서, 유량차 적산값 ΣQsc는 상류측 배기 정화 촉매(20)의 산소 흡장량 OSAsc에 비례하기 때문에, 이 유량차 적산값 ΣQsc에 기초하여 산소 흡장량을 정확하게 추정할 수 있다.
또한, 전술한 산소 흡장량 추정 수단은, 상류측 배기 정화 촉매(20)에 유입되는 배기 가스 또는 상류측 배기 정화 촉매(20)로부터 유출되는 배기 가스에 있어서의 미연 가스의 과부족 유량에 기초하여 상류측 배기 정화 촉매(20)의 산소 흡장량 OSAsc를 추정하고 있다. 그러나, 상류측 배기 정화 촉매(20)에 유입되는 배기 가스 또는 상류측 배기 정화 촉매(20)로부터 유출되는 배기 가스에 있어서의 산소의 과부족 유량에 기초하여 상류측 배기 정화 촉매(20)의 산소 흡장량 OSAsc를 추정하여도 된다. 이 경우, 산소 과부족 유량은, 연료 분사 밸브(11)로부터 연소실(5) 내에 공급된 연료량에 공연비 센서(40, 41)에 의해 검출된 공연비의 이론 공연비에 대한 차를 승산함으로써 산출된다.
또한, 전술한 목표 공연비의 설정이나 산소 흡장량의 추정은, ECU(31)에 의해 행해진다. 따라서, ECU(31)는, 공연비 희박 전환 수단, 희박 정도 저하 수단, 공연비 농후 전환 수단, 농후 정도 저하 수단, 유입 미연 가스 과부족 유량 산출 수단, 유출 미연 가스 과부족 유량 산출 수단 및 흡장량 산출 수단을 갖고 있다고 할 수 있다.
<타임차트를 이용한 제어의 설명>
도 8을 참조하여, 전술한 바와 같은 조작에 대하여 구체적으로 설명한다. 도 8은, 본 실시 형태에 관한 내연 기관의 제어 장치에 있어서의 공연비 제어를 행한 경우의, 상류측 배기 정화 촉매(20)의 산소 흡장량 OSAsc, 하류측 공연비 센서(41)의 출력 전류 Irdwn, 공연비 보정량 AFC, 상류측 공연비 센서(40)의 출력 전류 Irup, 유입 미연 가스 과부족 유량 ΔQcor, 유출 미연 가스 과부족 유량 ΔQsc, 유량차 적산값 ΣQsc 및 공연비 어긋남량 학습값 gk의 타임차트이다.
또한, 전술한 바와 같이, 상류측 공연비 센서(40)의 출력 전류 Irup는, 상류측 배기 정화 촉매(20)에 유입되는 배기 가스의 공연비가 이론 공연비일 때 0으로 되고, 당해 배기 가스의 공연비가 농후 공연비일 때 부의 값으로 되고, 당해 배기 가스의 공연비가 희박 공연비일 때 정의 값으로 된다. 또한, 상류측 배기 정화 촉매(20)에 유입되는 배기 가스의 공연비가 농후 공연비 또는 희박 공연비일 때에는, 이론 공연비로부터의 차가 커질수록, 상류측 공연비 센서(40)의 출력 전류 Irup의 절댓값이 커진다.
하류측 공연비 센서(41)의 출력 전류 Irdwn도, 상류측 배기 정화 촉매(20)로부터 유출되는 배기 가스의 공연비에 따라서, 상류측 공연비 센서(40)의 출력 전류 Irup와 마찬가지로 변화한다. 또한, 공연비 보정량 AFC는, 목표 공연비에 관한 보정량이다. 공연비 보정량 AFC가 0일 때에는 목표 공연비는 이론 공연비로 되고, 공연비 보정량 AFC가 정의 값일 때에는 목표 공연비는 희박 공연비로 되고, 공연비 보정량 AFC가 부의 값일 때에는 목표 공연비는 농후 공연비로 된다.
또한, 공연비 어긋남량 학습값 AFgk는, 상류측 배기 정화 촉매(20)에 유입되는 배기 가스의 목표 공연비에 대하여, 실제로 상류측 배기 정화 촉매(20)에 유입되는 배기 가스의 공연비가 어긋난 경우에, 이 어긋남을 보정하기 위해 사용된다. 구체적으로는, 목표 공연비에 대하여 실제의 배기 공연비가 어긋난 경우에는, 이 어긋남량에 따라서 공연비 어긋남량 학습값 AFgk가 갱신되고, 다음번 이후의 목표 공연비는 갱신된 공연비 어긋남량 학습값 AFgk를 고려하여 설정된다.
도시한 예에서는, 시각 t1 이전의 상태에서는, 목표 공연비의 공연비 보정량 AFC가 약 농후 설정 보정량 AFCsrich로 되어 있다. 약 농후 설정 보정량 AFCsrich는, 약 농후 설정 공연비에 상당하는 값이며, 0보다도 작은 값이다. 따라서, 상류측 배기 정화 촉매(20)에 유입되는 배기 가스의 목표 공연비는 농후 공연비로 되고, 이에 수반하여 상류측 공연비 센서(40)의 출력 전류 Irup가 부의 값으로 된다. 상류측 배기 정화 촉매(20)에 유입되는 배기 가스 중에는 미연 가스가 포함되게 되기 때문에, 상류측 배기 정화 촉매(20)의 산소 흡장량 OSAsc는 서서히 감소해 간다. 그러나, 배기 가스 중에 포함되어 있는 미연 가스는, 상류측 배기 정화 촉매(20)로 정화되기 때문에, 하류측 공연비 센서의 출력 전류 Irdwn은 거의 0(이론 공연비에 상당)으로 된다. 또한, 상류측 배기 정화 촉매(20)에 유입되는 배기 가스 중에는 근소하면서 미연 가스가 포함되어 있기 때문에, 유입 미연 가스 과부족 유량 ΔQcor는 정의 값, 즉 미연 가스 과잉으로 되어 있다.
한편, 상류측 배기 정화 촉매(20)에 유입되는 배기 가스 중의 미연 가스는 상류측 배기 정화 촉매(20)에 흡장되어 있는 산소에 의해 산화, 정화된다. 이로 인해, 상류측 배기 정화 촉매(20)로부터의 산소(및 NOx) 배출량뿐만 아니라 미연 가스 배출량도 억제된다. 따라서, 유출 미연 가스 과부족 유량 ΔQsc는 거의 0으로 되어 있다. 이 결과, 유량차 적산값 ΣQsc는 서서히 증대하고, 이것은, 상류측 배기 정화 촉매(20)의 산소 흡장량 OSAsc가 서서히 감소하고 있음을 나타내고 있다.
또한, 도시한 예에서는, 시각 t1 이전에 있어서, 공연비 어긋남량 학습값 AFgk가 정의 값으로 되어 있다. 따라서, 도시한 예에서는, 시각 t1 이전에 있어서, 공연비 보정량 AFC를 희박하게 어긋나게 한 값(AFC+AFgk)이 목표 공연비로서 설정된다.
상류측 배기 정화 촉매(20)의 산소 흡장량 OSAsc가 서서히 감소되면, 산소 흡장량 OSAsc는 하한 흡장량(도 2의 Clowlim 참조)을 초과해 감소된다. 산소 흡장량 OSAsc가 하한 흡장량보다도 감소하면, 상류측 배기 정화 촉매(20)에 유입된 미연 가스의 일부는 상류측 배기 정화 촉매(20)로 정화되지 않고 유출된다. 이로 인해, 도 8의 시각 t1 직전에 있어서는, 상류측 배기 정화 촉매(20)의 산소 흡장량 OSAsc가 감소하는 데 수반하여, 하류측 공연비 센서(41)의 출력 전류 Irdwn이 서서히 저하된다. 또한, 상류측 배기 정화 촉매(20)로부터 유출된 배기 가스 중에 포함되는 미연 가스는, 하류측 배기 정화 촉매(24)에 의해 산화, 정화된다.
이와 같이 상류측 배기 정화 촉매(20)로부터 유출되는 배기 가스 중에 미연 가스가 포함되어 있어, 하류측 공연비 센서(41)의 출력 전류 Irdwn이 서서히 저하되면, 하류측 공연비 센서(41)의 출력 전류 Irdwn에 기초하여 산출되는 유출 미연 가스 과부족 유량 ΔQsc가 증가한다. 단, 상류측 배기 정화 촉매(20)로부터 유출되는 배기 가스 중의 미연 가스 유량은 소량이기 때문에, 유입 미연 가스 과부족 유량 ΔQcor보다도 유출 미연 가스 과부족 유량 ΔQsc 쪽이 그 절댓값이 작고, 따라서 이때도 유량차 적산값 ΣQsc는 서서히 증대된다. 이것은, 이때도 상류측 배기 정화 촉매(20)의 산소 흡장량 OSAsc는 서서히 감소하고 있음을 나타내고 있다.
그 후, 하류측 공연비 센서(41)의 출력 전류 Irdwn은 서서히 저하되어, 시각 t1에 있어서 농후 판정 공연비에 상당하는 농후 판정 기준값 Irrich에 도달한다. 본 실시 형태에서는, 하류측 공연비 센서(41)의 출력 전류 Irdwn이 농후 판정 기준값 Irrich 이하로 되면, 상류측 배기 정화 촉매(20)의 산소 흡장량 OSAsc의 감소를 억제하기 위해, 공연비 보정량 AFC가 희박 설정 보정량 AFCglean으로 전환된다. 희박 설정 보정량 AFCglean은, 희박 설정 공연비에 상당하는 값이며, 0보다도 큰 값이다.
또한, 본 실시 형태에서는, 하류측 공연비 센서(41)의 출력 전류 Irdwn이 농후 판정 기준값 Irrich에 도달되고 나서, 즉 상류측 배기 정화 촉매(20)로부터 유출되는 배기 가스의 공연비가 농후 판정 공연비에 도달되고 나서, 공연비 보정량 AFC의 전환을 행하고 있다. 이것은, 상류측 배기 정화 촉매(20)의 산소 흡장량이 충분하여도, 상류측 배기 정화 촉매(20)로부터 유출되는 배기 가스의 공연비가 이론 공연비로부터 근소하게 어긋나버리는 경우가 있기 때문이다. 즉, 가령 출력 전류 Irdwn이 이론 공연비에 상당하는 값(즉, 0)으로부터 약간 어긋난 경우에도 상류측 배기 정화 촉매(20)의 산소 흡장량이 하한 흡장량을 초과해 감소하고 있다고 판단해버리면, 실제로는 충분한 산소 흡장량이 있어도, 산소 흡장량 OSAsc가 하한 흡장량을 초과해 감소하였다고 판단될 가능성이 있다. 따라서, 본 실시 형태에서는, 상류측 배기 정화 촉매(20)로부터 유출되는 배기 가스의 공연비가 농후 판정 공연비에 도달되고 나서야 비로소 산소 흡장량이 하한 흡장량을 초과해 감소했다고 판단되도록 하고 있다. 반대로 말하자면, 농후 판정 공연비는, 상류측 배기 정화 촉매(20)의 산소 흡장량이 충분할 때에는 상류측 배기 정화 촉매(20)로부터 유출되는 배기 가스의 공연비가 거의 도달하는 일이 없는 공연비로 된다. 또한, 후술하는 희박 판정 공연비에 대해서도 동일하게 말할 수 있다.
시각 t1에 있어서, 상류측 배기 정화 촉매(20)에 유입되는 배기 가스의 목표 공연비를 희박 설정 공연비로 전환하면, 상류측 배기 정화 촉매(20)에 유입되는 배기 가스의 공연비도 농후 공연비로부터 희박 공연비로 변화된다[실제로는, 목표 공연비를 전환하고 나서 상류측 배기 정화 촉매(20)에 유입되는 배기 가스의 공연비가 변화될 때까지는 지연이 발생하지만, 도시한 예에서는 편의상 동시에 변화되는 것으로 하고 있음].
시각 t1에 있어서 상류측 배기 정화 촉매(20)에 유입되는 배기 가스의 공연비가 희박 공연비로 변화하면, 상류측 공연비 센서(40)의 출력 전류 Irup는 정의 값으로 됨과 함께, 상류측 배기 정화 촉매(20)의 산소 흡장량 OSAsc는 증대하기 시작한다. 또한, 상류측 배기 정화 촉매(20)에 유입되는 배기 가스 중에는 다량의 산소가 포함되어 있기 때문에, 유입 미연 가스 과부족 유량 ΔQcor는 부의 값, 즉 미연 가스 부족으로 되어 있다.
또한, 도시한 예에서는, 목표 공연비를 전환한 직후에는 하류측 공연비 센서(41)의 출력 전류 Irdwn이 저하되어 있다. 이것은, 목표 공연비를 전환하고 나서 그 배기 가스가 상류측 배기 정화 촉매(20)에 도달할 때까지 지연이 발생하여, 상류측 배기 정화 촉매(20)로부터 미연 가스가 유출된 상태로 되기 때문이다. 따라서, 하류측 공연비 센서(41)의 출력 전류 Irdwn에 기초하여 산출되는 유출 미연 가스 과부족 유량 ΔQsc는 정의 값으로 되어 있다. 단, 상류측 배기 정화 촉매(20)로부터 유출되는 배기 가스 중의 미연 가스 유량은 소량이기 때문에, 유입 미연 가스 과부족 유량 ΔQcor의 절댓값보다도 유출 미연 가스 과부족 유량 ΔQsc의 절댓값 쪽이 적고, 따라서 시각 t2 이후에는 유량차 적산값 ΣQsc는 서서히 감소하고 있다. 이것은, 이때에는 상류측 배기 정화 촉매(20)의 산소 흡장량 OSAsc가 서서히 증대되고 있음을 나타내고 있다.
또한, 유량차 적산값 ΣQsc는, 시각 t1에 있어서 0으로 리셋되어 있다. 이것은, 본 실시 형태에 있어서, 유량차 적산값 ΣQsc는, 목표 공연비를 농후 공연비로부터 희박 공연비로 전환했을 때, 또는 희박 공연비로부터 농후 공연비로 전환했을 때를 기준으로 적산을 행하고 있기 때문이다. 동시에, 시각 t1에 있어서는, 공연비 어긋남량 학습값 AFgk의 갱신이 행해진다. 이때, 공연비 어긋남량 학습값 AFgk의 갱신은, 하기 식 (2)에 기초하여, 시각 t1 직전에 있어서의 유량차 적산값 ΣQsc에 소정의 계수 C를 승산한 것을, 그 때까지의 값에 가산함으로써 행해진다[또한, 식 (2)에 있어서의 i는 갱신 횟수를 나타냄].
(식 2)
Figure 112015071092874-pct00002
그 후, 상류측 배기 정화 촉매(20)의 산소 흡장량 OSAsc의 증대에 수반하여, 상류측 배기 정화 촉매(20)로부터 유출되는 배기 가스의 공연비가 이론 공연비로 변화되고, 하류측 공연비 센서(41)의 출력 전류 Irdwn도 0에 수렴된다. 이로 인해, 하류측 공연비 센서(41)의 출력 전류 Irdwn은, 시각 t2 이후에 있어서 농후 판정 기준값 Irrich 이상이 된다. 이 동안에도, 목표 공연비의 공연비 보정량 AFC는, 희박 설정 보정량 AFCglean으로 유지되고, 상류측 공연비 센서(40)의 출력 전류 Irup는 정의 값으로 유지된다.
상류측 배기 정화 촉매(20)의 산소 흡장량 OSAsc의 증대가 계속되면, 시각 t3에 있어서 희박 정도 변경 기준 흡장량 Clean으로 도달되고, 이때, 유량차 적산값 ΣQsc가 희박 정도 변경 기준 적산값 ΣQsclean으로 도달된다. 본 실시 형태에서는, 유량차 적산값 ΣQsc가 희박 정도 변경 기준 적산값 ΣQsclean 이하로 되면, 상류측 배기 정화 촉매(20)의 산소 흡장량 OSAsc의 증가 속도를 늦추기 위해, 공연비 보정량 AFC가 약 희박 설정 보정량 AFCslean으로 전환된다. 약 희박 설정 보정량 AFCslean은, 약 희박 설정 공연비에 상당하는 값이며, AFCglean보다도 작고 또한 0보다도 큰 값이다.
시각 t3에 있어서, 목표 공연비를 약 희박 설정 공연비로 전환하면, 상류측 배기 정화 촉매(20)에 유입되는 배기 가스의 공연비 이론 공연비에 대한 차도 작아진다. 이에 수반하여 상류측 공연비 센서(40)의 출력 전류 Irup의 값은 작아짐과 함께, 상류측 배기 정화 촉매(20)의 산소 흡장량 OSAsc의 증가 속도가 저하된다. 또한, 상류측 배기 정화 촉매(20)에 유입되는 배기 가스 중에 포함되는 산소의 양이 감소하기 때문에, 유입 미연 가스 과부족 유량 ΔQcor의 절댓값은 저하된다.
한편, 상류측 배기 정화 촉매(20)에 유입되는 배기 가스 중의 산소는, 상류측 배기 정화 촉매(20)에 흡장된다. 이로 인해, 상류측 배기 정화 촉매(20)로부터의 미연 가스 배출량뿐만 아니라 산소 배출량도 억제된다. 따라서, 유출 미연 가스 과부족 유량 ΔQsc는 거의 0으로 되어 있다. 이 결과, 유량차 적산값 ΣQsc는 서서히 감소하고, 이것은, 상류측 배기 정화 촉매(20)의 산소 흡장량 OSAsc가 서서히 증가하고 있음을 나타내고 있다. 또한, 이때에는, 상류측 배기 정화 촉매(20)에 유입되는 배기 가스 중의 NOx도 상류측 배기 정화 촉매(20)에 있어서 환원, 정화되기 때문에, 상류측 배기 정화 촉매(20)로부터의 NOx배출량도 억제된다.
시각 t3 이후에 있어서는, 상류측 배기 정화 촉매(20)의 산소 흡장량 OSAsc는, 그 증가 속도가 느리면서도 서서히 증가해 간다. 상류측 배기 정화 촉매(20)의 산소 흡장량 OSAsc가 서서히 증가하면, 산소 흡장량 OSAsc는 상한 흡장량(도 2의 Cuplim 참조)을 초과해 증가한다. 산소 흡장량 OSAsc가 상한 흡장량보다도 증대하면, 상류측 배기 정화 촉매(20)에 유입된 산소의 일부는, 상류측 배기 정화 촉매(20)로 흡장되지 않고 유출된다. 이로 인해, 도 8의 시각 t4 직전에 있어서는, 상류측 배기 정화 촉매(20)의 산소 흡장량 OSAsc가 증가하는 데 수반하여, 하류측 공연비 센서(41)의 출력 전류 Irdwn이 서서히 상승한다. 또한, 상류측 배기 정화 촉매(20)에 있어서 산소의 일부가 흡장되지 않게 되는 데 수반하여 NOx도 환원, 정화되지 않게 되지만, 이 NOx는 하류측 배기 정화 촉매(24)에 의해 환원, 정화된다.
이와 같이 상류측 배기 정화 촉매(20)로부터 유출되는 배기 가스 중에 산소가 포함되어 있어, 하류측 공연비 센서(41)의 출력 전류 Irdwn이 서서히 상승하면, 하류측 공연비 센서(41)의 출력 전류 Irdwn에 기초하여 산출되는 유출 미연 가스 과부족 유량 ΔQsc가 감소한다. 단, 상류측 배기 정화 촉매(20)로부터 유출되는 배기 가스 중의 산소 유량은 소량이기 때문에, 유입 미연 가스 과부족 유량 ΔQcor보다도 유출 미연 가스 과부족 유량 ΔQsc 쪽이 그 절댓값이 작고, 따라서 이때도 유량차 적산값 ΣQsc는 서서히 감소한다. 이것은, 이때도 상류측 배기 정화 촉매(20)의 산소 흡장량 OSAsc가 서서히 증가하고 있음을 나타내고 있다.
그 후, 하류측 공연비 센서(41)의 출력 전류 Irdwn은 서서히 상승하여, 시각 t4에 있어서 희박 판정 공연비에 상당하는 희박 판정 기준값 Irlean에 도달된다. 본 실시 형태에서는, 하류측 공연비 센서(41)의 출력 전류가 희박 판정 기준값 Irlean 이상이 되면 상류측 배기 정화 촉매(20)의 산소 흡장량 OSAsc의 증대를 억제하기 위해, 공연비 보정량 AFC가 농후 설정 보정량 AFCgrich로 전환된다. 농후 설정 보정량 AFCgrich는, 농후 설정 공연비에 상당하는 값이며, 0보다도 작은 값이다.
시각 t4에 있어서, 상류측 배기 정화 촉매(20)에 유입되는 배기 가스의 목표 공연비를 농후 설정 공연비로 전환하면, 상류측 배기 정화 촉매(20)에 유입되는 배기 가스의 공연비도 희박 공연비로부터 농후 공연비로 변화된다[실제로는, 목표 공연비를 전환하고 나서 상류측 배기 정화 촉매(20)에 유입되는 배기 가스의 공연비가 변화될 때까지는 지연이 발생하지만, 도시한 예에서는 편의상 동시에 변화되는 것으로 하고 있음].
시각 t4에 있어서 상류측 배기 정화 촉매(20)에 유입되는 배기 가스의 공연비가 농후 공연비로 변화되면, 상류측 공연비 센서(40)의 출력 전류 Irup는 부의 값으로 됨과 함께, 상류측 배기 정화 촉매(20)의 산소 흡장량 OSAsc는 감소하기 시작한다. 또한, 상류측 배기 정화 촉매(20)에 유입되는 배기 가스 중에는 다량의 미연 가스가 포함되어 있기 때문에, 유입 미연 가스 과부족 유량 ΔQcor는 정의 값, 즉 미연 가스 과잉으로 되어 있다.
또한, 시각 t4에 있어서 유량차 적산값 ΣQsc는 0으로 리셋되고, 동시에, 공연비 어긋남량 학습값 AFgk의 갱신이 행해진다. 이때, 공연비 어긋남량 학습값 AFgk의 갱신은, 상기 식 (2)에 기초하여, 시각 t4 직전에 있어서의 유량차 적산값 ΣQsc에 소정의 계수 C를 승산한 것을, 그 때까지의 값에 가산함으로써 행된다.
그 후, 상류측 배기 정화 촉매(20)의 산소 흡장량 OSAsc의 감소에 수반하여, 상류측 배기 정화 촉매(20)로부터 유출되는 배기 가스의 공연비가 이론 공연비로 변화되고, 하류측 공연비 센서(41)의 출력 전류 Irdwn도 0에 수렴된다. 이로 인해, 하류측 공연비 센서(41)의 출력 전류 Irdwn은, 시각 t5 이후에 있어서 희박 판정 기준값 Irlean 이하로 된다. 이 동안에도, 목표 공연비의 공연비 보정량 AFC는, 농후 설정 보정량 AFCgrich로 유지되고, 상류측 공연비 센서(40)의 출력 전류 Irup는 부의 값으로 유지된다.
상류측 배기 정화 촉매(20)의 산소 흡장량 OSAsc의 감소가 계속되면, 시각 t6에 있어서 농후 정도 변경 기준 흡장량 Crich에 도달되고, 이때, 유량차 적산값 ΣQsc가 농후 정도 변경 기준 적산값 ΣQscrich에 도달된다. 본 실시 형태에서는, 유량차 적산값 ΣQsc가 농후 정도 변경 기준 적산값 ΣQscrich 이상으로 되면, 상류측 배기 정화 촉매(20)의 산소 흡장량 OSAsc의 감소 속도를 늦추기 위해서, 공연비 보정량 AFC가 약 농후 설정 보정량 AFCsrich로 전환된다. 약 농후 설정 보정량 AFCsrich는, 약 농후 설정 공연비에 상당하는 값이며, AFCgrich보다도 크고 또한 0보다도 작은 값이다.
시각 t6에 있어서, 목표 공연비를 약 농후 설정 공연비로 전환하면, 상류측 배기 정화 촉매(20)에 유입되는 배기 가스의 공연비 이론 공연비에 대한 차도 작아진다. 이에 수반하여 상류측 공연비 센서(40)의 출력 전류 Irup의 값은 커짐과 함께, 상류측 배기 정화 촉매(20)의 산소 흡장량 OSAsc의 감소 속도가 저하된다. 또한, 상류측 배기 정화 촉매(20)에 유입되는 배기 가스 중에 포함되는 미연 가스의 양이 감소하기 때문에, 유입 미연 가스 과부족 유량 ΔQcor의 절댓값은 저하된다.
한편, 상류측 배기 정화 촉매(20)에 유입되는 배기 가스 중의 미연 가스는, 상류측 배기 정화 촉매(20)에 있어서 산화, 정화된다. 이로 인해, 상류측 배기 정화 촉매(20)로부터의 산소 및 NOx 배출량뿐만 아니라 미연 가스 배출량도 억제된다. 따라서, 유출 미연 가스 과부족 유량 ΔQsc는 거의 0으로 되어 있다. 이 결과, 유량차 적산값 ΣQsc는 서서히 증가하고, 이것은, 상류측 배기 정화 촉매(20)의 산소 흡장량 OSAsc가 서서히 감소하고 있음을 나타내고 있다.
시각 t5 이후에 있어서는, 상류측 배기 정화 촉매(20)의 산소 흡장량 OSAsc는, 그 감소 속도가 느리면서도 서서히 감소되어 가고, 그 결과, 상류측 배기 정화 촉매(20)로부터 미연 가스가 유출되기 시작해, 그 결과, 시각 t1과 마찬가지로 하류측 공연비 센서(41)의 출력 전류 Irdwn이 농후 판정 기준값 Irrich에 도달된다. 그 후에는 시각 t1∼t6의 조작과 마찬가지의 조작이 반복된다.
<본 실시 형태의 제어에 있어서의 작용 효과>
전술한 본 실시 형태의 공연비 제어에 의하면, 시각 t1에 있어서 목표 공연비가 농후 공연비로부터 희박 공연비로 변경된 직후, 및 시각 t4에 있어서 목표 공연비가 희박 공연비로부터 농후 공연비로 변경된 직후에는, 목표 공연비의 이론 공연비로부터의 차가 크게 된다(즉, 농후 정도 또는 희박 정도가 크게 됨). 이로 인해, 시각 t1에 있어서 상류측 배기 정화 촉매(20)로부터 유출된 미연 가스 및 시각 t4에 있어서 상류측 배기 정화 촉매(20)로부터 유출된 NOx를 신속하게 감소시킬 수 있다. 따라서, 상류측 배기 정화 촉매(20)로부터의 미연 가스 및 NOx의 유출을 억제할 수 있다.
또한, 본 실시 형태의 공연비 제어에 의하면, 시각 t1에 있어서 목표 공연비를 희박 설정 공연비로 설정한 후, 상류측 배기 정화 촉매(20)로부터의 미연 가스의 유출이 멈추고 또한 상류측 배기 정화 촉매(20)의 산소 흡장량 OSAsc가 어느 정도 회복하고 나서, 시각 t3에 있어서 목표 공연비가 약 희박 설정 공연비로 전환된다. 이와 같이 목표 공연비의 이론 공연비로부터의 차를 작게 함으로써, 시각 t3으로부터 시각 t4에 있어서, 상류측 배기 정화 촉매(20)의 산소 흡장량 OSAsc의 증가 속도를 늦출 수 있다. 이에 의해, 시각 t3으로부터 시각 t4까지의 시간 간격을 길게 할 수 있다. 이 결과, 단위 시간당에 있어서의 상류측 배기 정화 촉매(20)로부터의 NOx나 미연 가스의 유출량을 감소시킬 수 있다. 또한, 상기 공연비 제어에 의하면, 시각 t4에 있어서, 상류측 배기 정화 촉매(20)로부터 NOx가 유출될 때에도 그 유출량을 적게 억제할 수 있다. 따라서, 상류측 배기 정화 촉매(20)로부터의 NOx의 유출을 억제할 수 있다.
또한, 본 실시 형태의 공연비 제어에 의하면, 시각 t4에 있어서 목표 공연비를 농후 설정 공연비로 설정한 후, 상류측 배기 정화 촉매(20)로부터의 NOx(산소)의 유출이 멈추고 또한 상류측 배기 정화 촉매(20)의 산소 흡장량 OSAsc가 어느 정도 감소하고 나서, 시각 t6에 있어서 목표 공연비가 약 농후 설정 공연비로 전환된다. 이와 같이 목표 공연비의 이론 공연비로부터의 차를 작게 함으로써, 시각 t6으로부터 시각 t7(시각 t1에 상당하는 제어를 행하는 시각)에 있어서, 상류측 배기 정화 촉매(20)의 산소 흡장량 OSAsc의 감소 속도를 늦출 수 있다. 이에 의해, 시각 t6으로부터 시각 t7까지의 시간 간격을 길게 할 수 있다. 이 결과, 단위 시간당에 있어서의 상류측 배기 정화 촉매(20)로부터의 NOx나 미연 가스의 유출량을 감소시킬 수 있다. 또한, 상기 공연비 제어에 의하면, 시각 t7에 있어서, 상류측 배기 정화 촉매(20)로부터 미연 가스가 유출될 때에도 그 유출량을 적게 억제할 수 있다. 따라서, 상류측 배기 정화 촉매(20)로부터의 미연 가스의 유출을 억제할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 하류측에 있어서 배기 가스의 공연비를 검출하는 센서로서, 도 4에 도시한 구성을 갖는 공연비 센서(41)를 사용하고 있다. 이 공연비 센서(41)에서는, 산소 센서와 달리, 도 3에 도시한 바와 같은 배기 공연비의 변화 방향에 따른 히스테리시스를 갖지 않는다. 이로 인해, 공연비 센서(41)에 의하면 실제의 배기 공연비에 대하여 응답성이 높고, 상류측 배기 정화 촉매(20)로부터의 미연 가스 및 산소(및 NOx)의 유출을 신속하게 검출할 수 있다. 따라서, 이러한 점에 의해서도, 본 실시 형태에 따르면, 상류측 배기 정화 촉매(20)로부터의 미연 가스 및 NOx(및 산소)의 유출을 억제할 수 있다.
또한, 산소를 흡장 가능한 배기 정화 촉매에서는, 그 산소 흡장량을 거의 일정하게 유지하면, 그 산소 흡장 능력의 저하를 초래한다. 따라서, 산소 흡장 능력을 가능한 한 유지하기 위해서는, 배기 정화 촉매의 사용 시에 그 산소 흡장량을 상하로 변화시킬 필요가 있게 된다. 본 실시 형태에 따른 공연비 제어에 의하면, 상류측 배기 정화 촉매(20)의 산소 흡장량 OSAsc는, 0 근방과 최대 산소 흡장량 근방의 사이에서 상하로 반복하여 변화한다. 이로 인해, 상류측 배기 정화 촉매(20)의 산소 흡장 능력을 가능한 한 높게 유지할 수 있다.
<구체적인 제어의 설명>
다음으로, 도 9 내지 도 11을 참조하여, 상기 실시 형태에 있어서의 제어 장치에 대하여 구체적으로 설명한다. 본 실시 형태에 있어서의 제어 장치는, 기능 블록도인 도 9에 도시한 바와 같이, A1 내지 A11의 각 기능 블록을 포함하여 구성되어 있다. 이하, 도 9를 참조하면서 각 기능 블록에 대하여 설명한다.
<연료 분사량의 산출>
우선, 연료 분사량의 산출에 대하여 설명한다. 연료 분사량의 산출에 대응해서는, 통 내 흡입 공기량 산출 수단 A1, 기본 연료 분사량 산출 수단 A2, 및 연료 분사량 산출 수단 A3이 사용된다.
통 내 흡입 공기량 산출 수단 A1은, 에어 플로우미터(39)에 의해 계측되는 흡입 공기 유량 Ga와, 크랭크각 센서(44)의 출력에 기초하여 산출되는 기관 회전 수 NE와, ECU(31)의 ROM(34)에 기억되어 있는 맵 또는 계산식에 기초하여 각 기통으로의 흡입 공기량 Mc를 산출한다.
기본 연료 분사량 산출 수단 A2는, 통 내 흡입 공기량 산출 수단 A1에 의해 산출된 통 내 흡입 공기량 Mc를, 후술하는 목표 공연비 설정 수단 A6에 의해 산출된 목표 공연비 AFT로 제산함으로써, 기본 연료 분사량 Qbase를 산출한다 (Qbase=Mc/AFT).
연료 분사량 산출 수단 A3은, 기본 연료 분사량 산출 수단 A2에 의해 산출된 기본 연료 분사량 Qbase에, 후술하는 F/B 보정량 DQi를 가함으로써 연료 분사량 Qi를 산출한다(Qi=Qbase+DQi). 이와 같이 하여 산출된 연료 분사량 Qi의 연료가 연료 분사 밸브(11)로부터 분사되도록, 연료 분사 밸브(11)에 대하여 분사 지시가 행해진다.
<목표 공연비의 산출>
다음으로, 목표 공연비의 산출에 대하여 설명한다. 목표 공연비의 산출에 대응해서는, 산소 흡장량 산출 수단 A4, 학습값 추정 수단 A5, 기본 목표 공연비 산출 수단 A6, 목표 공연비 보정량 산출 수단 A7, 및 목표 공연비 설정 수단 A8이 사용된다.
산소 흡장량 산출 수단 A4는, 통 내 흡입 공기량 산출 수단 A1에 의해 산출된 통 내 흡입 공기량 Mc, 상류측 공연비 센서(40)의 출력 전류 Irup 및 하류측 공연비 센서(41)의 출력 전류 Irdwn에 기초하여, 상류측 배기 정화 촉매(20)의 산소 흡장량을 나타내는 값으로서 유량차 적산값 ΣQsc를 산출한다. 또한, 학습값 산출 수단 A5는, 산소 흡장량 산출 수단 A4에 있어서 산출된 유량차 적산값 ΣQsc에 기초하여 공연비 어긋남량 학습값 AFgk를 산출한다. 구체적으로는, 산소 흡장량 산출 수단 A4 및 학습값 산출 수단 A5는, 도 10에 도시한 흐름도에 기초하여 유량차 적산값 ΣQsc 및 공연비 어긋남량 학습값 AFgk를 산출한다.
도 10은, 유량차 적산값 ΣQsc 및 공연비 어긋남량 학습값 AFgk의 산출 제어의 제어 루틴을 나타내는 흐름도이다. 도시한 제어 루틴은 일정 시간 간격의 인터럽트에 의해 행해진다.
우선, 스텝 S11에서는, 후술하는 목표 공연비 보정량 산출 수단 A7에 있어서, 공연비 보정량 AFC가 정으로부터 부 또는 부로부터 정으로 변경되었는지 여부가 판정된다. 즉, 스텝 S11에서는, 목표 공연비가 농후로부터 희박으로 또는 희박으로부터 농후로 전환되었는지 여부가 판정된다.
스텝 S11에 있어서, 공연비 보정량 AFC의 정부가 변경되지 않았다고 판정된 경우에는, 스텝 S12로 진행된다. 스텝 S12에서는, 통 내 흡입 공기량 산출 수단 A1에 의해 산출된 통 내 흡입 공기량 Mc, 상류측 공연비 센서(40)의 출력 전류 Irup 및 하류측 공연비 센서(41)의 출력 전류 Irdwn이 취득된다. 또한, 통 내 흡입 공기량 Mc는 현재의 통 내 흡입 공기량 Mc뿐만 아니라, 과거의 복수 사이클에 있어서의 통 내 흡입 공기량 Mc도 취득된다.
계속해서, 스텝 S13에서는, 연소실(5) 내에 흡기 가스가 흡기되고 나서 상류측 공연비 센서(40)에 그 가스가 도달될 때까지의 지연에 상당하는 사이클 수분 전의 통 내 흡입 공기량 Mc 및 상류측 공연비 센서(40)의 출력 전류 Irup에 기초하여 유입 미연 가스 과부족 유량 ΔQcor가 산출된다. 구체적으로는, 소정 사이클 수분 전의 통 내 흡입 공기량 Mc에 상류측 공연비 센서(40)의 출력 전류 Irup 및 소정의 계수 K를 승산함으로써 산출된다(ΔQcor=K·Mc·Irup).
스텝 S14에서는, 연소실(5) 내에 흡기 가스가 흡기되고 나서 하류측 공연비 센서(41)에 그 가스가 도달될 때까지의 지연에 상당하는 사이클 수분 전의 통 내 흡입 공기량 Mc 및 하류측 공연비 센서의 출력 전류 Irdwn에 기초하여 유출 미연 가스 과부족 유량 ΔQsc가 산출된다. 구체적으로는, 소정 사이클 수분 전의 통 내 흡입 공기량 Mc에 하류측 공연비 센서(41)의 출력 전류 Irdwn 및 소정의 계수 K를 승산함으로써 산출된다(ΔQsc=K·Mc·Irdwn).
계속해서, 스텝 S15에서는, 스텝 S13에 있어서 산출된 유입 미연 가스 과부족 유량 ΔQcor 및 스텝 S14에 있어서 산출된 유출 미연 가스 과부족 유량 ΔQsc에 기초하여, 하기 식 (3)에 의해 유량차 적산값 ΣQsc가 산출된다. 또한, 하기 식 (3)에 있어서, k는 계산 횟수를 나타낸다.
(식 3)
Figure 112015071092874-pct00003
한편, 스텝 S11에 있어서, 공연비 보정량 AFC의 정부가 변경되었다고 판정된 경우, 즉, 목표 공연비가 농후로부터 희박으로 또는 희박으로부터 농후로 전환되었다고 판정된 경우에는, 스텝 S16으로 진행된다. 스텝 S16에서는, 상기 식 (2)에 의해, 공연비 어긋남량 학습값 AFgk의 갱신이 행해진다. 계속해서, 스텝 S17에서는, 유량차 적산값 ΣQsc가 0으로 리셋되고, 제어 루틴이 종료된다.
다시 도 9로 되돌아가면, 기본 목표 공연비 산출 수단 A6에서는, 공연비 제어의 중심이 되는 베이스 공연비(본 실시 형태에서는 이론 공연비) AFB에, 공연비 어긋남량 학습값 AFgk를 더한 값이 기본 목표 공연비 AFR로서 산출된다. 기본 목표 공연비 AFB는, 목표 공연비와 실제로 상류측 배기 정화 촉매(20)에 유입되는 배기 가스의 공연비가 항상 일치하고 있는 경우에는, 베이스 공연비와 동일한 값으로 된다.
목표 공연비 보정량 산출 수단 A7에서는, 산소 흡장량 산출 수단 A4에 의해 산출된 유량차 적산값 ΣQsc 및 하류측 공연비 센서(41)의 출력 전류 Irdwn에 기초하여, 목표 공연비의 공연비 보정량 AFC가 산출된다. 구체적으로는, 공연비 보정량 AFC는, 도 11에 도시한 흐름도에 기초하여 설정된다.
도 11은, 공연비 보정량 AFC의 산출 제어의 제어 루틴을 나타내는 흐름도이다. 도시한 제어 루틴은 일정 시간 간격의 인터럽트에 의해 행해진다.
도 11에 도시한 바와 같이, 우선, 스텝 S21에 있어서, 농후 플래그 Fr이 1로 세트되어 있는지 여부가 판정된다. 농후 플래그 Fr은, 목표 공연비가 농후 공연비 (즉, 약 농후 설정 공연비 또는 농후 설정 공연비)로 설정되어 있을 때에는 1, 희박 공연비(즉, 약 희박 설정 공연비 또는 희박 설정 공연비)로 설정되어 있을 때에는 0으로 되는 플래그이다. 스텝 S21에 있어서, 농후 플래그 Fr이 0으로 세트되어 있는 경우, 즉 목표 공연비가 희박 공연비로 설정되어 있다고 판정된 경우에는, 스텝 S22로 진행된다.
스텝 S22에서는, 하류측 공연비 센서(41)의 출력 전류 Irdwn이 희박 판정 기준값 Irlean보다도 작은지 여부가 판정된다. 상류측 배기 정화 촉매(20)의 산소 흡장량 OSAsc가 적고, 상류측 배기 정화 촉매(20)로부터 유출되는 배기 가스 중에 산소가 거의 포함되어 있지 않은 경우에는, 하류측 공연비 센서(41)의 출력 전류 Irdwn은 희박 판정 기준값 Irlean보다도 작다고 판정되어 스텝 S23으로 진행된다.
스텝 S23에서는, 유량차 적산값 ΣQsc가 희박 정도 변경 기준 적산값 ΣQsclean보다도 큰 지 여부가 판정된다. 상류측 배기 정화 촉매(20)의 산소 흡장량 OSAsc가 적고, 유량차 적산값 ΣQsc가 희박 정도 변경 기준 적산값 ΣQsclean보다도 큰 경우(즉, 도 8의 시각 t1∼t3)에는, 스텝 S24로 진행된다. 스텝 S24에서는, 공연비 보정량 AFC가 희박 설정 보정량 AFCglean으로 설정되고, 제어 루틴이 종료된다.
그 후, 상류측 배기 정화 촉매(20)의 산소 흡장량 OSAsc가 증대되어, 유량차 적산값 ΣQsc가 감소하면, 다음 제어 루틴에서는, 스텝 S23에 있어서, 유량차 적산값 ΣQsc가 희박 정도 변경 기준 적산값 ΣQsclean 이하라고 판정되어 스텝 S25로 진행된다(도 8에 있어서의 시각 t3에 상당). 스텝 S25에서는, 공연비 보정량 AFC가 약 희박 설정 보정량 AFCslean으로 설정되고, 제어 루틴이 종료된다.
상류측 배기 정화 촉매(20)의 산소 흡장량 OSAsc가 더 증대되어, 상류측 배기 정화 촉매(20)로부터 산소가 유출되기 시작하면, 다음 제어 루틴에서는 스텝 S22에 있어서, 하류측 공연비 센서(41)의 출력 전류 Irdwn은 희박 판정 기준값 Irlean 이상이라고 판정되어, 스텝 S26으로 진행된다(도 8에 있어서의 시각 t4에 상당). 스텝 S26에서는, 공연비 보정량 AFC가 농후 설정 보정량 AFCgrich에 설정된다. 계속해서, 스텝 S27에서는, 농후 플래그 Fr이 1로 세트되어, 제어 루틴이 종료된다.
농후 플래그 Fr이 1로 세트되면, 다음의 제어 루틴에서는, 스텝 S21로부터 스텝 S28로 진행된다. 스텝 S28에서는, 하류측 공연비 센서(41)의 출력 전류 Irdwn이 농후 판정 기준값 Irrich보다도 큰지의 여부가 판정된다. 상류측 배기 정화 촉매(20)의 산소 흡장량 OSAsc가 많고, 상류측 배기 정화 촉매(20)로부터 유출되는 배기 가스 중에 미연 가스가 거의 포함되지 않는 경우에는, 하류측 공연비 센서(41)의 출력 전류 Irdwn은 농후 판정 기준값 Irrich보다도 크다고 판정되어 스텝 S29로 진행된다.
스텝 S29에서는, 유량차 적산값 ΣQsc가 농후 정도 변경 기준 적산값 ΣQscrich보다도 작은지의 여부가 판정된다. 상류측 배기 정화 촉매(20)의 산소 흡장량 OSAsc가 많고, 유량차 적산값 ΣQsc가 농후 정도 변경 기준 적산값 ΣQscrich보다도 작은 경우(즉, 도 8의 시각 t4∼t6)에는, 스텝 S30으로 진행된다. 스텝 S30에서는, 공연비 보정량 AFC가 농후 설정 보정량 AFCgrich로 설정되고, 제어 루틴이 종료된다.
그 후, 상류측 배기 정화 촉매(20)의 산소 흡장량 OSAsc가 감소하여, 유량차 적산값 ΣQsc가 증가하면, 다음 제어 루틴에서는, 스텝 S29에 있어서, 유량차 적산값 ΣQsc가 농후 정도 변경 기준 적산값 ΣQscrich 이상이라고 판정되어, 스텝 S31로 진행된다(도 8에 있어서의 시각 t6에 상당). 스텝 S31에서는, 공연비 보정량 AFC가 약 농후 설정 보정량 AFCsrich로 설정되고, 제어 루틴이 종료된다.
상류측 배기 정화 촉매(20)의 산소 흡장량 OSAsc가 더 감소하여, 상류측 배기 정화 촉매(20)로부터 미연 가스가 유출되기 시작하면, 다음 제어 루틴에서는 스텝 S28에 있어서, 하류측 공연비 센서(41)의 출력 전류 Irdwn이 농후 판정 기준값 Irrich 이하라고 판정되어, 스텝 S32로 진행된다(도 8에 있어서의 시각 t1에 상당). 스텝 S32에서는, 공연비 보정량 AFC가 희박 설정 보정량 AFCglean으로 설정된다. 계속해서, 스텝 S33에서는, 농후 플래그 Fr이 0으로 세트되고, 제어 루틴이 종료된다.
목표 공연비 설정 수단 A8은, 기본 목표 공연비 산출 수단 A6에 있어서 산출된 기본 목표 공연비 AFR에, 목표 공연비 보정량 산출 수단 A7에 의해 산출된 공연비 보정량 AFC를 가산함으로써, 목표 공연비 AFT를 산출한다. 따라서, 목표 공연비 AFT는, 이론 공연비보다도 약간 농후한 약 농후 설정 공연비(공연비 보정량 AFC가 약 농후 설정 보정량 AFCsrich인 경우), 이론 공연비보다도 꽤 농후한 농후 설정 공연비(공연비 보정량 AFC가 농후 설정 보정량 AFCgrich인 경우), 이론 공연비보다도 약간 희박한 약 희박 설정 공연비(공연비 보정량 AFC가 약 농후 설정 보정량 AFCslean인 경우), 이론 공연비보다도 꽤 농후한 희박 설정 공연비(공연비 보정량 AFC가 희박 설정 보정량 AFCglean인 경우) 중 어느 하나로 된다. 이와 같이 하여 산출된 목표 공연비 AFT는, 기본 연료 분사량 산출 수단 A2 및 후술하는 공연비 차 산출 수단 A8에 입력된다.
<F/B 보정량의 산출>
다음으로, 상류측 공연비 센서(40)의 출력 전류 Irup에 기초한 F/B 보정량의 산출에 대하여 설명한다. F/B 보정량의 산출에 있어서는, 수치 변환 수단 A9, 공연비 차 산출 수단 A10, F/B 보정량 산출 수단 A11이 사용된다.
수치 변환 수단 A9는, 상류측 공연비 센서(40)의 출력 전류 Irup와, 공연비 센서(40)의 출력 전류 Irup와 공연비의 관계를 규정한 맵 또는 계산식(예를 들어, 도 6에 도시한 바와 같은 맵)에 기초하여, 상류측 배기 공연비 AFup를 산출한다. 따라서, 상류측 배기 공연비 AFup는, 상류측 배기 정화 촉매(20)에 유입되는 배기 가스의 공연비에 상당한다.
공연비 차 산출 수단 A10은, 수치 변환 수단 A9에 의해 구해진 상류측 배기 공연비 AFup로부터 목표 공연비 설정 수단 A8에 의해 산출된 목표 공연비 AFT를 감산함으로써 공연비 차 DAF를 산출한다(DAF=AFup-AFT). 이 공연비 차 DAF는, 목표 공연비 AFT에 대한 연료 공급량의 과부족을 나타내는 값이다.
F/B 보정량 산출 수단 A11은, 공연비 차 산출 수단 A10에 의해 산출된 공연비 차 DAF를, 비례·적분·미분 처리(PID 처리)함으로써, 하기 식 (4)에 기초하여 연료 공급량의 과부족을 보상하기 위한 F/B 보정량 DFi를 산출한다. 이와 같이 하여 산출된 F/B 보정량 DFi는, 연료 분사량 산출 수단 A3에 입력된다.
(식 4)
Figure 112015071092874-pct00004
또한, 상기 식 (4)에 있어서, Kp는 미리 설정된 비례 게인(비례 상수), Ki는 미리 설정된 적분 게인(적분 상수), Kd는 미리 설정된 미분 게인(미분 상수)이다. 또한, DDAF는, 공연비 차 DAF의 시간 미분값이며, 금회 갱신된 공연비 차 DAF와 전회 갱신되어 있던 공연비 차 DAF의 차를 갱신 간격에 대응하는 시간으로 제산함으로써 산출된다. 또한, SDAF는, 공연비 차 DAF의 시간 적분값이며, 이 시간 적분값 DDAF는 전회 갱신된 시간 적분값 DDAF에 금회 갱신된 공연비 차 DAF를 가산함으로써 산출된다(SDAF=DDAF+DAF).
또한, 상기 실시 형태에서는, 상류측 배기 정화 촉매(20)에 유입되는 배기 가스의 공연비를 상류측 공연비 센서(40)에 의해 검출하고 있다. 그러나, 상류측 배기 정화 촉매(20)에 유입되는 배기 가스의 공연비 검출 정밀도는 반드시 높을 필요는 없기 때문에, 예를 들어 연료 분사 밸브(11)로부터의 연료 분사량 및 에어 플로우미터(39)의 출력에 기초하여 상류측 배기 정화 촉매(20)에 유입되는 배기 가스의 공연비를 추정하도록 해도 된다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 유량차 적산값 ΣQsc가 희박 정도 변경 기준 적산값 ΣQsclean 이하로 되었을 때, 목표 공연비를 이론 공연비로부터의 차가 작아지도록 변화시키고 있다. 그러나, 목표 공연비를 이론 공연비로부터의 차가 작아지도록 변화시키는 타이밍은, 시각 t1∼t4의 동안 언제이어도 된다. 예를 들어, 도 12에 도시한 바와 같이, 하류측 공연비 센서(41)의 출력 전류 Irdwn이 희박 판정 기준값 Irrich 이상으로 되었을 때, 목표 공연비를 이론 공연비로부터의 차가 작아지도록 변화시켜도 된다.
마찬가지로, 상기 실시 형태에서는, 유량차 적산값 ΣQsc가 농후 정도 변경 기준 적산값 ΣQscrich 이상으로 되었을 때, 목표 공연비를 이론 공연비로부터의 차가 작아지도록 변화시키고 있다. 그러나, 목표 공연비를 이론 공연비로부터의 차가 작아지도록 변화시키는 타이밍은, 시각 t4∼t7(t1)의 동안 언제이어도 된다. 예를 들어, 도 12에 도시한 바와 같이, 하류측 공연비 센서(41)의 출력 전류 Irdwn이 농후 판정 기준값 Irrich 이하로 되었을 때, 목표 공연비를 이론 공연비에서의 차가 작아지도록 변화시켜도 된다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 시각 t3∼t4의 동안 및 시각 t6∼t7(t1)의 동안, 목표 공연비는 약 희박 설정 공연비 또는 약 농후 설정 공연비로 고정되어 있다. 그러나, 이들 기간에 있어서, 목표 공연비는, 그 차가 단계적으로 작아지도록 설정되어도 되며, 그 차가 연속적으로 작아지도록 설정되어도 된다.
이들을 정리하여 표현하자면, 본 발명에 따르면, ECU(31)는, 하류측 공연비 센서(41)에 의해 검출된 배기 공연비가 농후 공연비가 되었을 때, 상류측 배기 정화 촉매(20)에 유입되는 배기 가스의 목표 공연비를 희박 설정 공연비까지 변화시키는 공연비 희박 전환 수단과, 공연비 희박 전환 수단에 의해 목표 공연비를 변화시킨 후이며 하류측 공연비 센서(41)에 의해 검출되는 배기 공연비가 희박 공연비가 되기 전에 목표 공연비를 희박 설정 공연비보다도 이론 공연비로부터의 차가 작은 희박 공연비로 변화시키는 희박 정도 저하 수단과, 하류측 공연비 센서(41)에 의해 검출된 배기 공연비가 희박 공연비가 되었을 때, 목표 공연비를 농후 설정 공연비까지 변화시키는 공연비 농후 전환 수단과, 공연비 농후 전환 수단에 의해 공연비를 변화시킨 후이며 하류측 공연비 센서(41)에 의해 검출되는 배기 공연비가 농후 공연비가 되기 전에 목표 공연비를 농후 설정 공연비보다도 이론 공연비로부터의 차가 작은 농후 공연비로 변화시키는 농후 정도 저하 수단을 구비한다고 할 수 있다.
<제2 실시 형태>
다음으로, 도 13 내지 도 17을 참조하여, 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 내연 기관의 제어 장치에 대하여 설명한다. 제2 실시 형태에 따른 내연 기관의 제어 장치 구성 및 제어는, 기본적으로, 상기 실시 형태에 따른 내연 기관의 제어 장치 구성 및 제어와 마찬가지이다. 그러나, 상기 실시 형태에서는, 하류측 공연비 센서의 센서 인가 전압은 일정한 데 비하여, 본 실시 형태에서는, 상황에 따라서 센서 인가 전압을 변화시키도록 하고 있다.
<공연비 센서의 출력 특성>
본 실시 형태의 상류측 공연비 센서(40) 및 하류측 공연비 센서(41)는, 제1 실시 형태의 공연비 센서(40, 41)와 마찬가지로, 도 4 및 도 5를 이용하여 설명한 양 구성되며 또한 동작한다. 이들 공연비 센서(40, 41)는, 도 13에 도시된 바와 같은 전압-전류(V-I) 특성을 갖는다. 도 13으로부터 알 수 있는 바와 같이, 센서 인가 전압 Vr이 0 이하/및 0 근방의 영역에서는, 배기 공연비가 일정한 경우에는, 센서 인가 전압 Vr을 부의 값으로부터 서서히 증가해 가면, 이에 수반하여 출력 전류 Ir이 증가해 간다.
즉, 이 전압 영역에서는, 센서 인가 전압 Vr이 낮기 때문에, 고체 전해질층(51)을 통해 이동 가능한 산소 이온의 유량이 적다. 이로 인해, 확산 율속층(54)을 통한 배기 가스의 유입 속도보다도 고체 전해질층(51)을 통해 이동 가능한 산소 이온의 유량이 적어지고, 따라서, 출력 전류 Ir은 고체 전해질층(51)을 통해 이동 가능한 산소 이온의 유량에 따라서 변화된다. 고체 전해질층(51)을 통해 이동 가능한 산소 이온의 유량은 센서 인가 전압 Vr에 따라서 변화하기 때문에, 결과적으로 센서 인가 전압 Vr의 증가에 수반하여 출력 전류가 증가한다. 또한, 이와 같이 센서 인가 전압 Vr에 비례하여 출력 전류 Ir이 변화하는 전압 영역은 비례 영역이라 불린다. 또한, 센서 인가 전압 Vr이 0일 때 출력 전류 Ir이 부의 값을 취하는 것은, 산소 전지 특성에 의해 고체 전해질층(51)의 양 측면 간의 산소 농도비에 따른 기전력 E가 발생하기 때문이다.
그 후, 배기 공연비를 일정하게 한 채, 센서 인가 전압 Vr을 서서히 증가해 가면, 이에 대한 출력 전류의 증가 비율은 점차 작아지고, 결국엔 거의 포화 상태로 된다. 그 결과, 센서 인가 전압 Vr을 증가시켜도 출력 전류는 거의 변화하지 않게 된다. 이 거의 포화된 전류를 한계 전류라 부르고, 이하에서는, 이 한계 전류가 발생하는 전압 영역을 한계 전류 영역이라 부른다.
즉, 이 한계 전류 영역에서는, 센서 인가 전압 Vr이 어느 정도 높기 때문에, 고체 전해질층(51)을 통해 이동 가능한 산소 이온의 유량이 많다. 이로 인해, 확산 율속층(54)을 통한 배기 가스의 유입 속도보다도 고체 전해질층(51)을 통해 이동 가능한 산소 이온의 유량 쪽이 많아진다. 따라서, 출력 전류 Ir은 확산 율속층(54)을 통해 피측 가스실(57)에 유입되는 배기 가스 중의 산소 농도나 미연 가스 농도에 따라서 변화된다. 배기 공연비를 일정하게 하여 센서 인가 전압 Vr을 변화시켜도, 기본적으로는 확산 율속층(54)을 통해 피측 가스실(57)에 유입되는 배기 가스 중의 산소 농도나 미연 가스 농도는 변화하지 않기 때문에, 출력 전압 Ir은 변화되지 않는다.
단, 배기 공연비가 서로 다르면, 확산 율속층(54)을 통해 피측 가스실(57)에 유입되는 배기 가스 중의 산소 농도나 미연 가스 농도도 서로 다르기 때문에, 출력 전류 Ir은 배기 공연비에 따라서 변화된다. 도 13으로부터 알 수 있는 바와 같이, 희박 공연비와 농후 공연비는 한계 전류가 흐르는 방향이 반대로 되어 있으며, 희박 공연비일 때에는 공연비가 커질수록, 농후 공연비일 때에는 공연비가 작아질수록, 한계 전류의 절댓값이 커진다.
그 후, 배기 공연비를 일정하게 한 채, 센서 인가 전압 Vr을 더 증가해 가면, 이에 수반하여 다시 출력 전류 Ir이 증가하기 시작한다. 이와 같이 높은 센서 인가 전압 Vr을 인가하면, 배기측 전극(52) 상에서는 배기 가스 중에 포함되는 수분의 분해가 발생하고, 이에 수반하여 전류가 흐른다. 또한, 센서 인가 전압 Vr을 더 증가해 가면, 물의 분해만으로는 전류를 조달할 수 없게 되고, 이번에는 고체 전해질층(51)의 분해가 발생한다. 이하에서는, 이와 같이 물이나 고체 전해질층(51)의 분해가 발생하는 전압 영역을 물 분해 영역이라 부른다.
도 14는, 각 센서 인가 전압 Vr에 있어서의 배기 공연비와 출력 전류 Ir의 관계를 나타내는 도면이다. 도 14로부터 알 수 있는 바와 같이, 센서 인가 전압 Vr이 0.1V 내지 0.9V 정도이면, 적어도 이론 공연비의 근방에 있어서는, 배기 공연비에 따라서 출력 전류 Ir이 변화된다. 또한, 도 14로부터 알 수 있는 바와 같이, 센서 인가 전압 Vr이 0.1V 내지 0.9V 정도이면, 이론 공연비의 근방에 있어서는, 배기 공연비와 출력 전류 Ir의 관계는 센서 인가 전압 Vr에 무관하게 거의 동일하다.
한편, 도 14로부터 알 수 있는 바와 같이, 어떤 일정한 배기 공연비 이하로 배기 공연비가 낮아지면, 배기 공연비가 변화하여도 출력 전류 Ir이 거의 변화되지 않게 된다. 이 일정한 배기 공연비는 센서 인가 전압 Vr에 따라서 변화되고, 센서 인가 전압 Vr이 높을수록 높다. 이로 인해, 센서 인가 전압 Vr을 어떤 특정한 값 이상으로 증대시키면, 도면 중에 일점쇄선으로 나타낸 바와 같이, 배기 공연비가 어떤 값이더라도 출력 전류 Ir이 0으로 되지 않는다.
한편, 어떤 일정한 배기 공연비 이상으로 배기 공연비가 높아지면, 배기 공연비가 변화하여도 출력 전류 Ir이 거의 변화되지 않게 된다. 이 일정한 배기 공연비도 센서 인가 전압 Vr에 따라서 변화되고, 센서 인가 전압 Vr이 낮을수록 낮다. 이로 인해, 센서 인가 전압 Vr을 어떤 특정한 값 이하로 저하시키면, 도면 중에 이점쇄선으로 나타낸 바와 같이, 배기 공연비가 어떠한 값이더라도 출력 전류 Ir이 0으로 되지 않는다(예를 들어, 센서 인가 전압 Vr을 0V로 한 경우에는 배기 공연비에 관계없이 출력 전류 Ir은 0으로 되지 않음).
<이론 공연비 근방에 있어서의 미시적 특성>
그런데, 본 발명자들이 예의 연구를 행한 바, 센서 인가 전압 Vr과 출력 전류 Ir의 관계(도 13)나 배기 공연비와 출력 전류 Ir의 관계(도 14)를 거시적으로 보면 전술한 바와 같은 경향이 되지만, 이들 관계를 이론 공연비 근방에서 미시적으로 보면 이와는 다른 경향이 된다는 사실을 알아내었다. 이하, 이에 대하여 설명한다.
도 15는, 도 13의 전압-전류선도에 대하여, 출력 전류 Ir이 0 근방으로 되는 영역(도 13에 있어서 X-X로 나타낸 영역)을 확대하여 나타낸 도면이다. 도 15로부터 알 수 있는 바와 같이, 한계 전류 영역에서도, 배기 공연비를 일정하게 했을 때, 센서 인가 전압 Vr이 증대하는 데 수반하여 출력 전류 Ir도 매우 근소하지만 증대된다. 예를 들어, 배기 공연비가 이론 공연비(14.6)인 경우를 예로 들어 보면, 센서 인가 전압 Vr이 0.45V 정도일 때에는 출력 전류 Ir은 0으로 된다. 이에 반하여, 센서 인가 전압 Vr을 0.45V보다도 어느 정도 낮게(예를 들어, 0.2V) 하면, 출력 전류는 0보다도 낮은 값으로 된다. 한편, 센서 인가 전압 Vr을 0.45V보다도 어느 정도 높게(예를 들어, 0.7V) 하면, 출력 전류는 0보다도 높은 값으로 된다.
도 16은, 도 14의 공연비-전류선도에 대하여, 배기 공연비가 이론 공연비 근방이며 또한 출력 전류 Ir이 0 근방인 영역(도 14에 있어서 Y로 나타낸 영역)을 확대하여 나타낸 도면이다. 도 16으로부터는, 이론 공연비 근방의 영역에서는, 동일한 배기 공연비에 대한 출력 전류 Ir이 센서 인가 전압 Vr마다 약간 서로 다르다는 점을 알 수 있다. 예를 들어, 도시한 예에서는, 배기 공연비가 이론 공연비인 경우, 센서 인가 전압 Vr을 0.45V로 했을 때 출력 전류 Ir이 0으로 된다. 그리고, 센서 인가 전압 Vr을 0.45V보다도 크게 하면 출력 전류 Ir도 0보다 커지고, 센서 인가 전압 Vr을 0.45V보다도 작게 하면 출력 전류 Ir도 0보다 작아진다.
또한, 도 16으로부터는, 센서 인가 전압 Vr마다, 출력 전류 Ir이 0으로 될 때의 배기 공연비(이하, 「전류 0일 때의 배기 공연비」라고 함)가 서로 다르다는 점을 알 수 있다. 도시한 예에서는, 센서 인가 전압 Vr이 0.45V인 경우에는 배기 공연비가 이론 공연비일 때 출력 전류 Ir이 0으로 된다. 이에 반하여, 센서 인가 전압 Vr이 0.45V보다도 큰 경우에는, 배기 공연비가 이론 공연비보다도 농후할 때 출력 전류 Ir이 0으로 되고, 센서 인가 전압 Vr이 커질수록 전류 0일 때의 배기 공연비는 작아진다. 반대로, 센서 인가 전압 Vr이 0.45V보다도 작은 경우에는, 배기 공연비가 이론 공연비보다도 희박할 때 출력 전류 Ir이 0으로 되고, 센서 인가 전압 Vr이 작아질수록 전류 0일 때의 배기 공연비는 커진다. 즉, 센서 인가 전압 Vr을 변화시킴으로써, 전류 0일 때의 배기 공연비를 변화시킬 수 있다.
여기서, 도 6에 있어서의 기울기, 즉 배기 공연비의 증가량에 대한 출력 전류의 증가량의 비율(이하, 「출력 전류 변화율」이라고 함)은, 마찬가지의 생산 공정을 거쳐도 반드시 동일하게는 되지 않으며, 동일 형식의 공연비 센서이더라도 개체 간에서 편차가 발생해버린다. 또한, 동일한 공연비 센서에 있어서도, 경년열화 등에 의해 출력 전류 변화율은 변화된다. 이 결과, 가령 도 17에 실선 A로 나타낸 출력 특성을 갖도록 구성되어 있는 동일 형식의 센서를 사용하여도, 사용한 센서나 사용 기간 등에 따라, 도 17에 파선 B로 나타낸 바와 같이 출력 전류 변화율이 작아지거나, 일점쇄선 C로 나타낸 바와 같이 출력 전류 변화율이 커지거나 한다.
이로 인해, 동일 형식의 공연비 센서를 사용하여 동일한 공연비의 배기 가스 계측을 행하여도, 사용한 센서나 사용 기간 등에 따라, 공연비 센서의 출력 전류는 서로 다르게 되어버린다. 예를 들어, 공연비 센서가 실선 A로 나타낸 바와 같은 출력 특성을 갖는 경우에는, 공연비가 af1인 배기 가스의 계측을 행했을 때의 출력 전류는, I2가 된다. 그러나, 공연비 센서가 파선 B나 일점쇄선 C로 나타낸 바와 같은 출력 특성을 갖는 경우에는, 공연비가 af1인 배기 가스의 계측을 행했을 때의 출력 전류는, 각각 I1 및 I3으로 되고, 전술한 I2와는 다른 출력 전류가 되어버린다.
그러나, 도 17로부터도 알 수 있는 바와 같이, 공연비 센서의 개체 간에서 편차가 발생하거나, 동일한 공연비 센서에 있어서 경년열화 등에 의해 편차가 발생하거나 했다고 하여도, 전류 0일 때의 배기 공연비(도 17의 예에서는 이론 공연비)는 거의 변화하지 않는다. 즉, 출력 전류 Ir이 0 이외의 값을 취할 때에는, 배기 공연비의 절댓값을 정확하게 검출하는 것은 곤란한 데 비하여, 출력 전류 Ir이 0이 될 때에는, 배기 공연비의 절댓값(도 17의 예에서는 이론 공연비)을 정확하게 검출할 수 있다.
그리고, 도 16을 이용하여 설명한 바와 같이, 공연비 센서(40, 41)에서는, 센서 인가 전압 Vr을 변화시킴으로써, 전류 0일 때의 배기 공연비를 변화시킬 수 있다. 즉, 센서 인가 전압 Vr을 적절하게 설정하면, 이론 공연비 이외의 배기 공연비의 절댓값을 정확하게 검출할 수 있다. 특히, 센서 인가 전압 Vr을 후술하는 「특정 전압 영역」내에서 변화시킨 경우에는, 전류 0일 때의 배기 공연비를 이론 공연비(14.6)에 대하여 약간만으로[예를 들어, ±1%의 범위(약 14.45 내지 약 14.75) 내] 조정할 수 있다. 따라서, 센서 인가 전압 Vr을 적절하게 설정함으로써, 이론 공연비와는 약간 다른 공연비의 절댓값을 정확하게 검출할 수 있도록 된다.
또한, 전술한 바와 같이, 센서 인가 전압 Vr을 변화시킴으로써, 전류 0일 때의 배기 공연비를 변화시킬 수 있다. 그러나, 센서 인가 전압 Vr을 어떤 상한 전압보다도 크게 하거나 또는 어떤 하한 전압보다도 작게 하면, 센서 인가 전압 Vr의 변화량에 대한 전류 0일 때의 배기 공연비의 변화량이 커진다. 따라서, 이러한 전압 영역에서는, 센서 인가 전압 Vr이 약간 어긋나면, 전류 0일 때의 배기 공연비가 크게 변화되어 버린다. 따라서, 이러한 전압 영역에서는, 배기 공연비의 절댓값을 정확하게 검출하기 위해서는, 센서 인가 전압 Vr을 정밀하게 제어할 필요가 있게 되어, 그다지 실용적이지 않다. 이로 인해, 배기 공연비의 절댓값을 정확하게 검출하는 관점에서는, 센서 인가 전압 Vr은 어떤 상한 전압과 어떤 하한 전압 사이의 「특정 전압 영역」내의 값으로 할 필요가 있게 된다.
여기서, 도 15에 도시한 바와 같이, 공연비 센서(40, 41)는, 각 배기 공연비마다, 출력 전류 Ir이 한계 전류가 되는 전압 영역인 한계 전류 영역을 갖는다. 본 실시 형태에서는, 배기 공연비가 이론 공연비일 때의 한계 전류 영역이 「특정 전압 영역」으로 된다.
또한, 도 14를 이용하여 설명한 바와 같이, 센서 인가 전압 Vr을 어떤 특정한 값(최대 전압) 이상으로 증대시키면, 도면 중에 일점쇄선으로 나타낸 바와 같이, 배기 공연비가 어떤 값이어도 출력 전류 Ir이 0으로 되지 않는다. 한편, 센서 인가 전압 Vr을 어떤 특정한 값(최소 전압) 이하로 저하시키면, 도면 중에 이점쇄선으로 나타낸 바와 같이, 배기 공연비가 어떤 값이어도 출력 전류 Ir이 0으로 되지 않는다.
따라서, 센서 인가 전압 Vr이 최대 전압과 최소 전압 사이의 전압이면, 출력 전류가 0으로 되는 배기 공연비가 존재한다. 반대로, 센서 인가 전압 Vr이 최대 전압보다도 높은 전압 혹은 최소 전압보다도 낮은 전압이면, 출력 전류가 0으로 되는 배기 공연비가 존재하지 않는다. 따라서, 센서 인가 전압 Vr은, 적어도, 배기 공연비가 어느 쪽인가의 공연비일 때 출력 전류가 0으로 되는 전압인 것, 즉 최대 전압과 최소 전압 사이의 전압인 것이 필요해진다. 전술한 「특정 전압 영역」은, 최대 전압과 최소 전압 사이의 전압 영역이다.
<각 공연비 센서에 있어서의 인가 전압>
본 실시 형태에서는, 전술한 이론 공연비 근방에서의 미시적 특성을 감안하여, 상류측 공연비 센서(40)에 의해 배기 가스의 공연비를 검출할 때에는, 상류측 공연비 센서(40)에 있어서의 센서 인가 전압 Vrup는, 배기 공연비가 이론 공연비(본 실시 형태에서는 14.6)일 때 출력 전류가 0으로 되는 전압(예를 들어, 0.45V)으로 된다. 다시 말하자면, 상류측 공연비 센서(40)에서는 전류 0일 때의 배기 공연비가 이론 공연비가 되도록 센서 인가 전압 Vrup가 설정된다.
한편, 하류측 공연비 센서(41)에 있어서의 센서 인가 전압 Vr은, 도 18에 도시한 바와 같이, 목표 공연비가 농후 공연비(즉, 농후 설정 공연비 또는 약 농후 설정 공연비)일 때에는, 배기 공연비가 이론 공연비보다도 약간 농후한 미리 정해진 소정 공연비(농후 판정 공연비)일 때 출력 전류가 0으로 되는 전압(예를 들어, 0.7V)으로 된다. 다시 말하자면, 목표 공연비가 농후 공연비일 때에는, 하류측 공연비 센서(41)에서는, 전류 0일 때의 배기 공연비가 이론 공연비보다도 약간 농후한 농후 판정 공연비가 되도록 센서 인가 전압 Vrdwn이 설정된다.
한편, 도 18에 도시한 바와 같이, 목표 공연비가 희박 공연비(즉, 희박 설정 공연비 또는 약 희박 설정 공연비)일 때에는, 하류측 공연비 센서(41)에 있어서의 센서 인가 전압 Vr은, 배기 공연비가 이론 공연비보다도 약간 희박한 미리 정해진 소정 공연비(희박 판정 공연비)일 때 출력 전류가 0으로 되는 전압(예를 들어, 0.2V)으로 된다. 다시 말하자면, 목표 공연비가 희박 공연비일 때에는, 하류측 공연비 센서(41)에서는, 전류 0일 때의 배기 공연비가 이론 공연비보다도 약간 희박한 희박 판정 공연비가 되도록 센서 인가 전압 Vrdwn이 설정된다.
이와 같이, 본 실시 형태에서는, 하류측 공연비 센서(41)에 있어서의 센서 인가 전압 Vrdwn은, 상류측 공연비 센서(40)에 있어서의 센서 인가 전압 Vrup와는 다른 전압으로 됨과 함께, 상류측 공연비 센서(40)에 있어서의 센서 인가 전압 Vrup보다도 높은 전압과 낮은 전압으로 교대로 설정된다.
따라서, 양 공연비 센서(40, 41)에 접속된 ECU(31)는, 상류측 공연비 센서(40)의 출력 전류 Irup가 0으로 되었을 때 상류측 공연비 센서(40) 주위의 배기 공연비는 이론 공연비라고 판단한다. 한편, ECU(31)는, 하류측 공연비 센서(41)의 출력 전류 Irdwn이 0으로 되었을 때에는, 하류측 공연비 센서(41) 주위의 배기 공연비는 농후 판정 공연비 또는 희박 판정 공연비, 즉, 이론 공연비와는 다른 미리 정해진 공연비라고 판단한다. 이에 의해, 하류측 공연비 센서(41)에 의해 농후 판정 공연비 및 희박 판정 공연비를 정확하게 검출할 수 있다.
또한, 도 18에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 하류측 공연비 센서(41)의 센서 인가 전압 Vrdwn을 0.7V로 하고 있는 경우에, 하류측 공연비 센서(41)의 출력 전류 Irdwn이 0 이하로 되었을 때, 하류측 공연비 센서(41)의 센서 인가 전압 Vrdwn이 0.2V로 변경된다. 또한, 하류측 공연비 센서(41)의 센서 인가 전압 Vrdwn을 0.2V로 하고 있는 경우에, 하류측 공연비 센서(41)의 출력 전류 Irdwn이 0 이상으로 되었을 때, 하류측 공연비 센서(41)의 센서 인가 전압 Vrdwn이 0.7V로 변경된다.
또한, 본 명세서에 있어서, 배기 정화 촉매의 산소 흡장량은, 최대 산소 흡장량과 0 사이에서 변화되는 것으로서 설명하고 있다. 이러한 점은, 배기 정화 촉매에 의해 또한 흡장 가능한 산소의 양이, 0(산소 흡장량이 최대 산소 흡장량인 경우)과 최댓값(산소 흡장량이 0인 경우)의 사이에서 변화되는 것을 의미하는 것이다.
5: 연소실
6: 흡기 밸브
8: 배기 밸브
10: 점화 플러그
11: 연료 분사 밸브
13: 흡기 지관
15: 흡기관
18: 스로틀 밸브
19: 배기 매니폴드
20: 상류측 배기 정화 촉매
21: 상류측 케이싱
22: 배기관
23: 하류측 케이싱
24: 하류측 배기 정화 촉매
31: ECU
39: 에어 플로우미터
40: 상류측 공연비 센서
41: 하류측 공연비 센서

Claims (16)

  1. 내연 기관의 배기 통로에 배치됨과 함께 산소를 흡장 가능한 배기 정화 촉매와, 상기 배기 정화 촉매의 배기 흐름 방향 하류측에 배치됨과 함께 상기 배기 정화 촉매로부터 유출되는 배기 가스의 공연비를 검출하는 하류측 공연비 검출 장치와, 상기 배기 정화 촉매에 유입되는 배기 가스의 공연비가 목표 공연비가 되도록 상기 배기 가스의 공연비를 제어하는 공연비 제어 장치를 구비하는, 내연 기관의 제어 장치에 있어서,
    상기 하류측 공연비 검출 장치에 의해 검출된 배기 공연비가 농후 공연비가 되었을 때, 상기 목표 공연비를 이론 공연비보다도 희박한 희박 설정 공연비까지 변화시키는 공연비 희박 전환 수단과,
    상기 공연비 희박 전환 수단에 의해 공연비를 변화시킨 후이며 상기 하류측 공연비 검출 장치에 의해 검출되는 배기 공연비가 희박 공연비가 되기 전에 상기 목표 공연비를 상기 희박 설정 공연비보다도 이론 공연비로부터의 차가 작은 희박 공연비로 변화시키는 희박 정도 저하 수단과,
    상기 하류측 공연비 검출 장치에 의해 검출된 배기 공연비가 희박 공연비가 되었을 때, 상기 목표 공연비를 이론 공연비보다도 농후의 농후 설정 공연비까지 변화시키는 공연비 농후 전환 수단과,
    상기 공연비 농후 전환 수단에 의해 공연비를 변화시킨 후이며 상기 하류측 공연비 검출 장치에 의해 검출되는 배기 공연비가 농후 공연비가 되기 전에 상기 목표 공연비를 상기 농후 설정 공연비보다도 이론 공연비로부터의 차가 작은 농후 공연비로 변화시키는 농후 정도 저하 수단을 구비하는, 내연 기관의 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 희박 정도 저하 수단은, 상기 목표 공연비를 변화시킬 때에는, 상기 목표 공연비를 상기 희박 설정 공연비로부터, 상기 희박 설정 공연비보다도 이론 공연비로부터의 차가 작은 소정의 희박 공연비로, 스텝 형상으로 전환하는, 내연 기관의 제어 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 농후 정도 저하 수단은, 상기 목표 공연비를 변화시킬 때에는, 상기 목표 공연비를 상기 농후 설정 공연비로부터, 상기 농후 설정 공연비보다도 이론 공연비로부터의 차가 작은 소정의 농후 공연비로, 스텝 형상으로 전환하는, 내연 기관의 제어 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 희박 정도 저하 수단은, 상기 하류측 공연비 검출 장치에 의해 검출된 배기 공연비가 이론 공연비에 수렴된 후에 상기 목표 공연비를 변화시키는, 내연 기관의 제어 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 농후 정도 저하 수단은, 상기 하류측 공연비 검출 장치에 의해 검출된 배기 공연비가 이론 공연비에 수렴된 후에 상기 목표 공연비를 변화시키는, 내연 기관의 제어 장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 배기 정화 촉매의 산소 흡장량을 추정하는 산소 흡장량 추정 수단을 더 구비하고,
    상기 희박 정도 저하 수단은, 상기 산소 흡장량 추정 수단에 의해 추정된 산소 흡장량이 최대 산소 흡장량보다도 적은 미리 정해진 흡장량 이상으로 되었을 때 상기 목표 공연비를 변화시키는, 내연 기관의 제어 장치.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 배기 정화 촉매의 산소 흡장량을 추정하는 산소 흡장량 추정 수단을 더 구비하고,
    상기 농후 정도 저하 수단은, 상기 산소 흡장량 추정 수단에 의해 추정된 산소 흡장량이 0보다도 많은 미리 정해진 흡장량 이하로 되었을 때 상기 목표 공연비를 변화시키는, 내연 기관의 제어 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 배기 정화 촉매의 배기 흐름 방향 상류측에 배치됨과 함께 상기 배기 정화 촉매에 유입되는 배기 가스의 배기 공연비를 검출하는 상류측 공연비 검출 장치를 더 구비하고,
    상기 산소 흡장량 추정 수단은, 상기 상류측 공연비 검출 장치에 의해 검출된 공연비 및 상기 내연 기관의 흡입 공기량에 기초하여, 상기 배기 정화 촉매에 유입되는 배기 가스의 공연비가 이론 공연비인 경우에 대하여 과잉으로 되는 미연 가스 또는 부족한 미연 가스의 유량을 산출하는 유입 미연 가스 과부족 유량 산출 수단과,
    상기 하류측 공연비 검출 장치에 의해 검출된 공연비 및 상기 내연 기관의 흡입 공기량에 기초하여, 상기 배기 정화 촉매로부터 유출되는 배기 가스의 공연비가 이론 공연비인 경우에 대하여 과잉으로 되는 미연 가스 또는 부족한 미연 가스의 유량을 산출하는 유출 미연 가스 과부족 유량 산출 수단과,
    상기 유입 미연 가스 과부족 유량 산출 수단에 의해 산출된 과부족의 미연 가스의 유량과 상기 유출 미연 가스 과부족 유량 산출 수단에 의해 산출된 과부족의 미연 가스의 유량과 기초하여 상기 배기 정화 촉매의 산소 흡장량을 산출하는 흡장량 산출 수단을 구비하는, 내연 기관의 제어 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 공연비 희박 전환 수단에 의해 목표 공연비를 희박 설정 공연비로 변화시키고 나서 상기 공연비 농후 전환 수단에 의해 목표 공연비를 최대 농후 공연비로 변화시킬 때까지의 동안에 상기 흡장량 산출 수단에 있어서 산출된 상기 산소 흡장량과, 상기 공연비 농후 전환 수단에 의해 목표 공연비를 농후 설정 공연비로 변화시키고 나서 상기 공연비 희박 전환 수단에 의해 목표 공연비를 희박 설정 공연비로 변화시킬 때까지의 동안에 상기 흡장량 산출 수단에 있어서 산출된 상기 산소 흡장량에 기초하여, 상기 목표 공연비에 대하여 실제로 배기 정화 촉매에 유입되는 배기 가스의 공연비의 어긋남을 보정하기 위한 공연비 어긋남량 학습값을 산출하는 학습값 산출 수단을 더 구비하고,
    상기 공연비 제어 장치는, 상기 학습값 산출 수단에 의해 산출된 공연비 어긋남량 학습값에 기초하여, 상기 공연비 희박 전환 수단, 상기 희박 정도 저하 수단, 상기 공연비 농후 전환 수단 및 상기 농후 정도 저하 수단에 의해 설정된 목표 공연비를 보정하는, 내연 기관의 제어 장치.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 공연비 희박 전환 수단은, 상기 하류측 공연비 검출 장치에 의해 검출된 배기 공연비가 이론 공연비보다도 농후한 농후 판정 공연비가 되었을 때, 상기 하류측 공연비 검출 장치에 의해 검출된 배기 공연비가 농후 공연비가 되었다고 판단하고,
    상기 공연비 농후 전환 수단은, 상기 하류측 공연비 검출 장치에 의해 검출된 배기 공연비가 이론 공연비보다도 희박한 희박 판정 공연비가 되었을 때, 상기 하류측 공연비 검출 장치에 의해 검출된 배기 공연비가 희박 공연비가 되었다고 판단하는, 내연 기관의 제어 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 하류측 공연비 검출 장치는, 배기 공연비에 따라서 출력 전류가 0으로 되는 인가 전압이 변화되는 공연비 센서이며, 상기 공연비 센서에는, 배기 공연비가 상기 농후 판정 공연비일 때 출력 전류가 0으로 되는 인가 전압이 인가되고,
    상기 공연비 희박 전환 수단은, 상기 출력 전류가 0 이하로 되었을 때 배기 공연비가 농후 공연비가 되었다고 판단하는, 내연 기관의 제어 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 하류측 공연비 검출 장치는, 배기 공연비에 따라서 출력 전류가 0으로 되는 인가 전압이 변화되는 공연비 센서이며, 상기 공연비 센서에는, 배기 공연비가 상기 희박 판정 공연비일 때 출력 전류가 0으로 되는 인가 전압이 인가되고,
    상기 공연비 농후 전환 수단은, 상기 출력 전류가 0 이상으로 되었을 때 배기 공연비가 희박 공연비가 되었다고 판단하는, 내연 기관의 제어 장치.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 하류측 공연비 검출 장치는, 배기 공연비에 따라서 출력 전류가 0으로 되는 인가 전압이 변화되는 공연비 센서이며, 상기 공연비 센서에는, 배기 공연비가 상기 농후 판정 공연비일 때 출력 전류가 0으로 되는 인가 전압과 배기 공연비가 상기 희박 판정 공연비일 때 출력 전류가 0으로 되는 인가 전압이 교대로 인가 되는, 내연 기관의 제어 장치.
  14. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 배기 정화 촉매의 배기 흐름 방향 상류측에 배치됨과 함께 상기 배기 정화 촉매에 유입되는 배기 가스의 배기 공연비를 검출하는 상류측 공연비 검출 장치를 더 구비하고,
    상기 공연비 제어 장치는, 상기 상류측 공연비 검출 장치에 의해 검출된 공연비가 상기 목표 공연비가 되도록 상기 내연 기관의 연소실에 공급되는 연료 또는 공기의 양을 제어하는, 내연 기관의 제어 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 상류측 공연비 검출 장치 및 하류측 공연비 검출 장치는, 배기 공연비에 따라서 출력 전류가 0으로 되는 인가 전압이 변화되는 공연비 센서이며, 상기 상류측 공연비 검출 장치에 있어서의 인가 전압과 상기 하류측 공연비 검출 장치에 있어서의 인가 전압은 다른 값으로 되는, 내연 기관의 제어 장치.
  16. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 하류측 공연비 검출 장치보다도 배기 흐름 방향 하류측에 있어서 배기 통로에 배치됨과 함께 산소를 흡장 가능한 하류측 배기 정화 촉매를 더 구비하는, 내연 기관의 제어 장치.
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