KR20130140884A

KR20130140884A - 내연 기관의 공연비 제어 장치

Info

Publication number: KR20130140884A
Application number: KR1020137030290A
Authority: KR
Inventors: 다카히코 후지와라; 고이치 기무라; 마코토 도미마츠; 준이치 스즈키
Original assignee: 도요타 지도샤（주）
Priority date: 2011-05-16
Filing date: 2011-05-16
Publication date: 2013-12-24
Also published as: US20140283504A1; AU2011368598A1; CN103534452B; BR112013029356B1; CN103534452A; JP5664884B2; JPWO2012157059A1; US9212583B2; RU2566093C2; EP2711519A4; EP2711519A1; BR112013029356A2; WO2012157059A1; AU2011368598B2; RU2013150622A

Abstract

본 발명의 일 태양에 관련된 내연 기관의 공연비 제어 장치(본 제어 장치)는, 하류측 공연비 센서(67)의 출력값(Voxs)에 기초하여 촉매(43)의 산소 흡장량이 과잉이 되는 경향이 있다고 판정했을 때 목표 공연비를 목표 리치 공연비로 설정함과 함께, 출력값(Voxs)에 기초하여 촉매(43)의 산소 흡장량이 부족해지는 경향이 있다고 판정했을 때 목표 공연비를 목표 린 공연비로 설정한다. 또한, 본 제어 장치는, 촉매(43)에 다량의 질소 산화물이 유입되는 운전 상태가 도래하는지의 여부를 「소정의 조건이 성립하고 있는지」에 기초하여 판정하고, 소정의 조건이 성립하고 있을 때의 목표 리치 공연비를 상기 소정의 조건이 성립하고 있지 않은 경우의 목표 리치 공연비보다 작게 한다. 이것에 의해, 다량의 NOx가 촉매(43)로 유입되는 시점까지 촉매(43) 내의 환원제의 농도를 높여 둘 수 있으므로, 다량의 NOx가 촉매(43)로 유입되었을 때 그 NOx의 대부분을 정화할 수 있다.

Description

내연 기관의 공연비 제어 장치{AIR-FUEL RATIO CONTROL DEVICE FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

본 발명은, 배기 통로에 배설된 삼원 촉매를 유효하게 활용함으로써 NOx(질소 산화물)의 배출량을 저감시키는 것이 가능한 내연 기관의 공연비 제어 장치에 관한 것이다.

종래부터, 내연 기관으로부터 배출되는 배기 가스를 정화하기 위하여 동(同)기관의 배기 통로에 삼원 촉매가 배설(配設)되어 있다. 삼원 촉매는, 이미 알고 있는 바와 같이, 산소 흡장 기능을 갖는다. 즉, 삼원 촉매는, 그 삼원 촉매에 유입되는 가스(촉매 유입 가스)에 과잉의 산소가 포함되어 있을 때, 그 산소를 흡장함과 함께 NOx를 정화한다. 삼원 촉매는, 촉매 유입 가스에 과잉된 미연물(未燃物)이 포함되어 있을 때, 흡장하고 있는 산소를 방출하여 그 미연물을 정화한다. 이하, 삼원 촉매는 간단히 「촉매」라고도 호칭된다.

종래의 공연비 제어 장치(종래 장치)는, 기관의 배기 통로로서 촉매의 상류 및 하류에 각각 배설된 상류측 공연비 센서 및 하류측 공연비 센서를 구비한다. 종래 장치는, 상류측 공연비 센서의 출력값에 의해 나타내어지는 공연비(검출 상류측 공연비)를 목표 공연비(상류측 목표 공연비, 촉매 유입 가스의 목표 공연비)에 일치시키도록 「기관에 공급되는 혼합기의 공연비(기관의 공연비)」를 제어한다. 이 제어는 「메인 피드백 제어」라고도 호칭된다.

또한, 종래 장치는, 하류측 공연비 센서의 출력값이 「이론 공연비에 대응하는 목표값」에 일치하도록 서브 피드백량을 산출하고, 그 서브 피드백량에 의해 상류측 목표 공연비를 실질적으로 변경함으로써, 기관의 공연비를 제어한다(예를 들면, 특허문헌 1을 참조). 서브 피드백량을 이용한 공연비 제어는 「서브 피드백제어」라고도 호칭된다.

일본 특허 공개 제2009-162139호 공보

그런데, 기관이 「그 흡입 공기량이 어느 정도 큰 상태에서 정상 운전되어 있는 경우」에, 그 기관에 대하여 가속 조작이 이루어지면, 특히, 그 가속 조작의 시점에 있어서의 기관의 공연비(기관에 공급되는 혼합기의 공연비)가 이론 공연비보다 린할 때에는 기관에서 다량의 NOx(질소 산화물)이 배출된다. 이 경우, 촉매의 NOx의 환원 속도(NOx를 정화하기 위한 반응 속도)가 충분히 높지 않으면, 촉매로 유입되는 다량의 NOx가 촉매에서 충분히 정화되지 않고, 촉매 하류로 유출된다. 이러한 상황은, 예를 들면, 기관이 탑재된 차량이 비교적 고속으로 정상 주행되고 있는 경우에 있어서, 전방 차량의 추월 등 때문에 가속된 경우에 생긴다.

본 발명은, 상기 서술한 과제에 대처하기 위하여 이루어진 것이다. 즉, 본 발명의 목적의 하나는, 다량의 NOx가 촉매로 유입되는 것이 예측되는 경우, 촉매의 상태를 미리 「NOx의 환원 속도」가 높은 상태로 변경해 둠으로써, NOx의 배출량을 저감시킬 수 있는 내연 기관의 공연비 제어 장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명에 의한 내연 기관의 제어 장치(본 발명 장치)는,

내연 기관의 배기 통로에 배설된 촉매와,

상기 배기 통로의 상기 촉매의 하류측에 배설된 하류측 공연비 센서와,

상기 하류측 공연비 센서의 출력값에 기초하여 상기 기관에 공급되는 혼합 기의 공연비인 기관의 공연비를 제어하는 공연비 제어 수단을 구비한다.

또한, 상기 공연비 제어 수단은,

상기 촉매에 다량의 질소 산화물이 유입되는 운전 상태가 도래하는 것을 예측하는 소정의 조건(특정 조건)이 성립하고 있는지의 여부를 판정하는 조건 판정 수단을 포함하고,

상기 소정의 조건이 성립한 경우, 상기 소정의 조건이 성립하고 있지 않은 경우와 비교하여, 상기 촉매 내의 환원제(미연물)의 농도 및 상기 촉매의 온도 중 적어도 일방이 상승하도록, 상기 기관의 공연비를 제어한다. 또한, 촉매 내의 환원제의 농도를 상승시키는 것과, 촉매의 산소 흡장량을 저하시키는 것은 동일한 의미이다.

상기 소정의 조건은, 예를 들면,

상기 기관의 흡입 공기량이 클수록 커지는 흡입 공기량 상관값이 저측(低側) 공기량 역치보다 크고 또한 상기 저측 공기량 역치보다 큰 고측(高側) 공기량 역치보다 작은 것, 및, 상기 기관을 탑재한 차량의 속도가 저측 속도 역치보다 크고 또한 상기 저측 속도 역치보다 큰 고측 속도 역치보다 작은 것 중 적어도 어느 일방이 성립하는 경우에 성립하는 조건이다.

또한, 상기 소정의 조건은, 상기 흡입 공기량 상관값의 단위 시간당의 변화량이 소정 변화량 역치보다 작은 것이 성립하는 경우에 성립하는 조건인 것이 바람직하다.

이것에 의하면, 촉매에 다량의 질소 산화물이 유입되는 시점까지, 촉매 내의 환원제의 농도가 상승되어 있거나, 및/또는, 촉매의 온도가 상승되어 있다. 따라서, 촉매에 다량의 질소 산화물이 유입되는 시점에서, 촉매의 NOx의 환원 속도는 이미 높아져 있다. 따라서, 다량의 NOx가 촉매로 유입된 경우에도, 그 대부분을 촉매에 의해 정화(환원)시킬 수 있기 때문에, NOx의 배출량을 저감시킬 수 있다.

또한, 촉매의 환원제의 농도를 항상 높은 값으로 유지해 두는 것은, 미연물이 촉매로 배출될 가능성이 높아지므로 바람직하지 않다. 그러나, 본 발명 장치의 일 태양에 있어서는, 촉매 내의 환원제의 농도를 높은 값으로 유지하는 것은 상기 소정의 조건이 성립하는 경우에 한정되고, 또한 상기 소정의 조건이 성립하는 경우에는 기관의 배기 온도도 어느 정도 높으므로, 촉매의 온도는 어느 정도 높은 온도가 되어 있다. 따라서, 미연물이 배출될 가능성은 작다.

또한, 촉매의 온도를 항상 높은 온도로 유지해 두는 것은 촉매의 열화(소결 등)을 초래하므로 바람직하지 않다. 그러나, 본 발명 장치의 일 태양에 있어서는, 상기 소정의 조건이 성립하는 경우에만 촉매의 온도가 높은 온도로 설정되므로, 그것에 의해서 촉매의 열화가 크게 진행되지는 않는다.

이 경우, 상기 공연비 제어 수단은,

상기 소정의 조건이 성립하고 있는 경우의 상기 기관의 공연비의 평균값이, 상기 소정의 조건이 성립하고 있지 않은 경우의 상기 기관의 공연비의 평균값보다 작아지도록, 상기 기관의 공연비를 제어함으로써, 상기 소정의 조건이 성립하고 있는 경우에 상기 촉매 내의 환원제의 농도를 상승시키도록 구성된다.

더 구체적으로 말하면, 본 발명 장치의 일 태양에 있어서,

상기 공연비 제어 수단은, 목표 공연비 설정 수단과, 연료 공급량 제어 수단을 구비한다.

상기 목표 공연비 설정 수단은, 상기 하류측 공연비 센서의 출력값에 기초하여, 상기 촉매의 산소 흡장량이 과잉이 되는 경향이 있고 상기 촉매에 이론 공연비보다 작은 리치 공연비의 가스를 유입시키는 리치 요구가 발생했다고 판정했을 때, 상기 기관의 공연비의 목표를 이론 공연비보다 작은 목표 리치 공연비로 설정한다.

또한, 상기 목표 공연비 설정 수단은, 상기 하류측 공연비 센서의 출력값에 기초하여, 상기 촉매의 산소 흡장량이 부족한 경향이 있고 상기 촉매에 이론 공연비보다 큰 린 공연비의 가스를 유입시키는 린 요구가 발생했다고 판정했을 때, 상기 기관의 공연비의 목표를 이론 공연비보다 큰 목표 린 공연비로 설정한다.

연료 공급량 제어 수단은, 상기 기관에 공급되는 연료량을 상기 설정된 목표공연비에 기초하여 제어한다.

이 경우, 상기 목표 공연비 설정 수단은, 또한,

상기 소정의 조건이 성립하고 있는 경우의 상기 목표 리치 공연비를, 상기 소정의 조건이 성립하고 있지 않은 경우의 상기 목표 리치 공연비보다 작은 공연비로 설정하도록 구성된다.

또한, 상기 목표 공연비 설정 수단은,

상기 하류측 공연비 센서의 출력값의 단위 시간당의 변화량(ΔVoxs)이 음의 값이며, 또한, 그 크기(|ΔVoxs|)가 린 판정 역치(dLeanth)보다 커졌을 때, 상기 리치 요구가 발생했다고 판정하고,

상기 변화량(ΔVoxs)이 양의 값이며, 또한, 그 크기(|ΔVoxs|)가 리치 판정 역치(dRichth)보다 커졌을 때, 상기 린 요구가 발생했다고 판정하도록 구성된다.

이것에 의하면, 상기 소정의 조건이 성립하고 있는 경우의 목표 리치 공연비가 소정의 조건이 성립하고 있지 않은 경우의 목표 리치 공연비보다 작아진다. 따라서, 상기 소정의 조건이 성립하고 있는 경우, 기관의 공연비의 평균값(따라서, 촉매로 유입되는 가스인 촉매 유입 가스의 공연비의 평균값)이 작아지므로(리치해지므로), 촉매 내의 환원제의 농도가 상승한다. 따라서, 촉매의 상태를 「NOx의 환원 속도를 높여진 상태」로 설정해 둘 수 있다.

본 발명 장치의 다른 태양에 있어서, 상기 공연비 제어 수단은,

상기 하류측 공연비 센서의 출력값의 단위 시간당의 변화량(ΔVoxs)이 음의 값이며, 또한, 그 크기(|ΔVoxs|)가 린 판정 역치(dLeanth)보다 커졌을 때, 상기 촉매의 상태가 상기 산소 과잉 상태가 되었다고 판정함과 함께, 상기 변화량(ΔVoxs)가 양의 값이며, 또한, 그 크기(|ΔVoxs|)가 리치 판정 역치(dRichth)보다 커졌을 때, 상기 촉매의 상태가 산소 부족 상태가 되었다고 판정하는 촉매 상태 판정 수단과,

상기 촉매 상태 판정 수단에 의해 상기 촉매의 상태가 상기 산소 부족 상태로부터 상기 산소 과잉 상태로 변화되었다고 판정된 시점으로부터 0을 포함하는 소정의 지연 시간인 린 지연 시간만큼 경과했을 때 상기 기관의 공연비의 목표를 이론 공연비보다 작은 목표 리치 공연비로 설정함과 함께, 상기 촉매 상태 판정 수단에 의해 상기 촉매의 상태가 상기 산소 과잉 상태로부터 상기 산소 부족 상태로 변화되었다고 판정된 시점으로부터 0을 포함하는 소정의 지연 시간인 리치 지연 시간만큼 경과했을 때에 상기 기관의 공연비의 목표를 이론 공연비보다 큰 목표 린 공연비로 설정하는 목표 공연비 설정 수단과,

상기 기관에 공급되는 연료량을 상기 설정된 목표 공연비에 기초하여 제어하는 연료 공급량 제어 수단을 포함하고,

상기 목표 공연비 설정 수단은, 또한,

상기 소정의 조건이 성립하고 있는 경우의 상기 리치 지연 시간을, 상기 소정의 조건이 성립하고 있지 않은 경우의 상기 리치 지연 시간보다 긴 시간으로 설정하도록 구성된다.

이것에 의하면, 상기 소정의 조건이 성립하고 있는 경우, 상기 소정의 조건이 성립하고 있지 않은 경우와 비교하여, 목표 공연비가 리치 공연비로 설정되어 있는 시간이 「리치 지연 시간이 길어진 시간」만큼 길어진다. 따라서, 기관의 공연비의 평균값(따라서, 촉매로 유입되는 가스인 촉매 유입 가스의 공연비의 평균값)이 이론 공연비보다 작아진다(리치해진다). 따라서, 상기 소정의 조건이 성립했을 때, 촉매의 상태를 「NOx의 환원 속도가 높여진 상태」로 설정해 둘 수 있다.

마찬가지로, 상기 공연비 제어 수단은,

상기 촉매 상태 판정 수단에 의해 상기 촉매의 상태가 상기 산소 부족 상태로부터 상기 산소 과잉 상태로 변화되었다고 판정된 시점으로부터 소정의 지연 시간인 린 지연 시간만큼 경과했을 때 상기 기관의 공연비의 목표 공연비를 이론 공연비보다 작은 목표 리치 공연비로 설정함과 함께, 상기 촉매 상태 판정 수단에 의해 상기 촉매의 상태가 상기 산소 과잉 상태로부터 상기 산소 부족 상태로 변화되었다고 판정된 시점으로부터 소정의 지연 시간인 0을 포함하는 리치 지연 시간만큼 경과했을 때 상기 기관의 공연비의 목표 공연비를 이론 공연비보다 큰 목표 린 공연비로 설정하는 목표 공연비 설정 수단과,

상기 목표 공연비 설정 수단은, 또한,

상기 소정의 조건이 성립하고 있는 경우의 상기 린 지연 시간을, 상기 소정의 조건이 성립하고 있지 않은 경우의 상기 린 지연 시간보다 짧은 시간으로 설정하도록 구성된다.

이것에 의하면, 상기 소정의 조건이 성립하고 있는 경우, 상기 소정의 조건이 성립하고 있지 않은 경우와 비교하여, 목표 공연비가 리치 공연비로 설정되어 있는 시간이 「린 지연 시간이 짧아진 시간」만큼 길어진다. 따라서, 기관의 공연비의 평균값(따라서, 촉매로 유입되는 가스인 촉매 유입 가스의 공연비의 평균값)이 이론 공연비보다 작아진다(리치해진다). 따라서, 상기 소정의 조건이 성립했을 때, 촉매의 상태를 「NOx의 환원 속도가 높여진 상태」로 설정해 둘 수 있다.

본 발명 장치의 다른 태양에 있어서,

상기 공연비 제어 수단은,

상기 하류측 공연비 센서의 출력값의 단위 시간당의 변화량(ΔVoxs)가 음의 값이며, 또한, 그 크기(|ΔVoxs|)가 린 판정 역치(dLeanth)보다 커졌을 때, 상기 기관의 공연비의 목표 공연비를 이론 공연비보다 작은 목표 리치 공연비로 설정하고,

상기 변화량(ΔVoxs)가 양의 값이고, 또한, 그 크기(|ΔVoxs|)가 리치 판정 역치(dRichth)보다 커졌을 때, 상기 기관의 공연비의 목표 공연비를 이론 공연비보다 큰 목표 린 공연비로 설정하는 목표 공연비 설정 수단과,

상기 기관에 공급되는 연료량을 상기 설정된 목표 공연비에 기초하여 제어하는 연료 공급량 제어 수단을 포함한다.

이 경우, 상기 목표 공연비 설정 수단은,

상기 소정의 조건이 성립하고 있는 경우의 상기 리치 판정 역치(dRichth)를, 상기 소정의 조건이 성립하고 있지 않은 경우의 상기 리치 판정 역치(dRichth)보다 큰 값으로 설정하도록 구성된다.

혹은, 상기 목표 공연비 설정 수단은,

상기 소정의 조건이 성립하고 있는 경우의 상기 린 판정 역치(dLeanth)를, 상기 린 지연 시간이 상기 소정의 조건이 성립하고 있지 않은 경우의 상기 린 판정 역치(dLeanth)보다 작은 값으로 설정하도록 구성된다.

이들에 의하면, 상기 소정의 조건이 성립하고 있는 경우, 상기 소정의 조건이 성립하고 있지 않은 경우와 비교하여, 촉매의 상태가 산소 부족 상태로 판정되어 있는 기간이 짧아져, 촉매의 상태가 산소 과잉 상태로 판정되어 있는 기간이 길어진다. 따라서, 상기 소정의 조건이 성립하고 있는 경우, 목표 공연비가 목표 리치 공연비로 설정되어 있는 시간이 상대적으로 길어진다. 따라서, 기관의 공연비의 평균값(따라서, 촉매로 유입되는 가스인 촉매 유입 가스의 공연비의 평균값)이 이론 공연비보다 작아진다(리치해진다). 따라서, 상기 소정의 조건이 성립했을 때, 촉매의 상태를 「NOx의 환원 속도가 높여진 상태」로 설정해 둘 수 있다.

본 발명 장치의 다른 태양에 있어서,

상기 공연비 제어 수단은,

상기 하류측 공연비 센서의 출력값에 기초하여, 상기 촉매의 산소 흡장량이 과잉이 되는 경향이 있고 상기 촉매에 이론 공연비보다 작은 리치 공연비의 가스를 유입시켜야 한다고 판정했을 때 상기 기관의 공연비의 목표를 이론 공연비보다 작은 목표 리치 공연비로 설정함과 함께, 상기 촉매의 산소 흡장량이 부족한 경향이 있고 상기 촉매에 이론 공연비보다 큰 린 공연비의 가스를 유입시켜야 한다고 판정했을 때 상기 기관의 공연비의 목표를 이론 공연비보다 큰 목표 린 공연비로 설정하는 목표 공연비 설정 수단과,

이 경우, 상기 목표 공연 비설정 수단은, 또한,

상기 소정의 조건이 성립하고 있는 경우의 상기 목표 리치 공연비를 상기 소정의 조건이 성립하고 있지 않은 경우의 상기 목표 리치 공연비보다 작은 공연비로 설정함과 함께, 상기 소정의 조건이 성립하고 있는 경우의 상기 목표 린 공연비를 상기 소정의 조건이 성립하고 있지 않은 경우의 상기 목표 린 공연비보다 큰 공연비로 설정함으로써, 상기 촉매 내에 있어서 발생하는 열의 양을 증대시켜서 상기 촉매의 온도를 상승시킨다. 이 경우, 상기 소정의 조건이 성립하는 경우의 상기 목표 리치 공연비와, 상기 소정의 조건이 성립하고 있는 경우의 상기 목표 린 공연비의 평균이 이론 공연비 또는 이론 공연비보다 작은 값이 되도록, 이들의 목표 공연비가 설정되어 있는 것이 바람직하다.

이것에 의하면, 소정의 조건이 성립하고 있는 경우, 촉매로 유입되는 가스의 공연비의 진폭이 커진다. 따라서, 촉매에 있어서의 반응이 활발해지므로, 반응열이 커진다. 그 결과, 상기 소정의 조건이 성립한 경우, 상기 소정의 조건이 성립하고 있지 않은 경우와 비교하여, 촉매의 온도를 상승시킬 수 있으므로, 촉매의 상태를 「NOx의 환원 속도가 높여진 상태」로 설정해 둘 수 있다.

본 발명 장치의 다른 목적, 다른 특징 및 부수되는 이점은, 이하의 도면을 참조하면서 기술되는 본 발명의 각 실시 형태에 관한 설명으로부터 용이하게 이해될 것이다.

도 1은, 본 발명의 각 실시 형태에 관련된 공연비 제어 장치가 적용되는 내연 기관의 개략 평면도이다.
도 2는, 도 1에 나타낸 촉매로 유입되는 가스의 공연비(상류측 공연비)와 도 1에 나타낸 상류측 공연비 센서의 출력값의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 3은, 도 1에 나타낸 촉매로 유출되는 가스의 공연비(하류측 공연비)와 도 1에 나타낸 하류측 공연비 센서의 출력값의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 4는, 본 발명의 제1 실시 형태에 관련된 제어 장치(제1 제어 장치)에 의해 변경되는 목표 공연비를 나타낸 타임 차트이다.
도 5는, 제1 제어 장치의 CPU가 실행하는 루틴을 나타낸 플로우 차트이다.
도 6은, 제1 제어 장치의 CPU가 실행하는 루틴을 나타낸 플로우 차트이다.
도 7은, 제1 제어 장치의 CPU가 실행하는 루틴을 나타낸 플로우 차트이다.
도 8은, 제1 제어 장치의 CPU가 실행하는 루틴을 나타낸 플로우 차트이다.
도 9는, 본 발명의 제2 실시 형태에 관련된 제어 장치(제2 제어 장치)가 사용하는 촉매 린 상태 표시 플래그 및 리치 요구 플래그를 나타낸 타임 차트이다.
도 10은, 제2 제어 장치의 CPU가 실행하는 루틴을 나타낸 플로우 차트이다.
도 11은, 제2 제어 장치의 CPU가 실행하는 루틴을 나타낸 플로우 차트이다.
도 12는, 도 1에 나타낸 하류측 공연비 센서의 출력값과, 본 발명의 제3 실시 형태에 관련된 제어 장치(제3 제어 장치)가 사용하는 촉매 린 상태 표시 플래그 및 리치 요구 플래그를 나타낸 타임 차트이다.
도 13은, 제3 제어 장치의 CPU가 실행하는 루틴을 나타낸 플로우 차트이다.
도 14는, 본 발명의 제4 실시 형태에 관련된 제어 장치(제4 제어 장치)의 CPU가 실행하는 루틴을 나타낸 플로우 차트이다.

이하, 본 발명의 각 실시 형태에 관련된 내연 기관의 공연비 제어 장치 (이하, 간단히 「제어 장치」라고도 호칭한다)에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다. 이 제어 장치는, 내연 기관에 공급되는 혼합기에 포함되는 연료 분사량(연료 공급량)을 제어하는 연료 분사량 제어 장치의 일부이기도 하다.

<제1 실시 형태>

(구성)

도 1은, 제1 실시 형태에 관련된 제어 장치(이하, 「제1 제어 장치」라고도 호칭한다)를, 4 사이클·불꽃 점화식·다기통(직렬 4기통)·내연 기관(10)에 적용한 시스템의 개략 구성을 나타내고 있다. 내연 기관(10)은, 기관 본체부(20)와, 흡기계통(30)과, 배기계통(40)을 포함한다.

기관 본체부(20)는, 실린더 블록부 및 실린더 헤드부를 포함한다. 기관 본체부(20)는, 복수의 기통(연소실)(21)을 구비하고 있다. 각 기통은, 도시 생략한 「흡기 포트 및 배기 포트」와 연통되어 있다. 흡기 포트와 연소실(21)의 연통부는 도시 생략한 흡기 밸브에 의해 개폐된다. 배기 포트와 연소실(21)의 연통부는 도시 생략한 배기 밸브에 의해 개폐된다. 각 연소실(21)에는 도시 생략한 점화 플러그가 배설되어 있다.

흡기계통(30)은, 인테이크 매니폴드(31), 흡기관(32), 복수의 연료 분사 밸브(33), 및, 스로틀 밸브(34)를 구비하고 있다.

인테이크 매니폴드(31)는, 복수의 가지부(31a)와 서지 탱크(31b)를 구비하고 있다. 복수의 가지부(31a)의 각각의 일단은, 복수의 흡기 포트의 각각에 접속되어 있다. 복수의 가지부(31a)의 타단은 서지 탱크(31b)에 접속되어 있다.

흡기관(32)의 일단은 서지 탱크(31b)에 접속되어 있다. 흡기관(32)의 타단에는 도시 생략한 에어필터가 배설되어 있다.

연료 분사 밸브(33)는, 하나의 기통(연소실)(21)에 대하여 하나씩 배설되어 있다. 연료 분사 밸브(33)는 흡기 포트에 설치되어 있다. 연료 분사 밸브(33)에는 연료 배관(50)을 통하여 도시 생략한 연료 탱크로부터 연료가 공급되고 있다. 연료 분사 밸브(33)는, 분사 지시 신호에 응답하여 개방하고, 「그 분사 지시 신호에 포함되는 지시 연료 분사량의 연료」를 흡기 포트[따라서, 연료 분사 밸브(33)에 대응하는 기통(21)] 내에 분사하도록 되어 있다.

스로틀 밸브(34)는, 흡기관(32) 내에 회전 운동 가능하게 배설되어 있다. 스로틀 밸브(34)는, 흡기 통로의 개구 단면적을 가변으로 하도록 되어 있다. 스로틀 밸브(34)는, 도시 생략한 스로틀 밸브 액추에이터에 의해 흡기관(32) 내에서 회전 구동되도록 되어 있다.

배기계통(40)은, 이그져스트 매니폴드(41), 이그져스트 파이프(42), 이그져스트 파이프(42)에 배설된 상류측 촉매(43), 및, 상류측 촉매(43)보다 하류에 있어서 이그져스트 파이프(42)에 배설된 「도시 생략한 하류측 촉매」를 구비하고 있다.

이그져스트 매니폴드(41)는, 복수의 가지부(41a)와 집합부(41b)를 구비하고 있다. 복수의 가지부(41a)의 각각의 일단은, 복수의 배기 포트의 각각에 접속되어 있다. 복수의 가지부(41a)의 각각의 타단은 집합부(41b)에 집합되어 있다. 이 집합부(41b)는, 복수(2 이상이며, 본 예에서는 4개)의 기통으로부터 배출된 배기 가스가 집합하는 부분이기 때문에, 배기 집합부(HK)로도 호칭된다.

이그져스트 파이프(42)는 집합부(41b)에 접속되어 있다. 배기 포트, 이그져스트 매니폴드(41) 및 이그져스트 파이프(42)는, 배기 통로를 구성하고 있다.

상류측 촉매(43) 및 하류측 촉매의 각각은, 소위, 백금, 로듐 및 팔라듐 등의 귀금속(촉매 물질)으로 이루어지는 활성 성분을 담지하는 삼원 촉매 장치(배기 정화용의 촉매)이다. 각 촉매는, 각 촉매로 유입되는 가스의 공연비가 「삼원 촉매의 윈도우 내의 공연비(예를 들면, 이론 공연비)」일 때, HC, CO, H₂ 등의 미연 성분을 산화시킴과 함께 질소 산화물(NOx)을 환원하는 기능을 갖는다. 이 기능은 촉매 기능이라고도 호칭된다.

또한, 각 촉매는, 산소를 흡장(저장)하는 산소 흡장 기능을 갖는다. 즉, 각 촉매는, 그 촉매로 유입되는 가스(촉매 유입 가스)에 과잉의 산소가 포함되어 있을 때, 그 산소를 흡장함과 함께 NOx를 정화한다. 각 촉매는, 촉매 유입 가스에 과잉된 미연물이 포함되어 있을 때, 흡장하고 있는 산소를 방출하여 그 미연물을 정화한다. 각 촉매는, 촉매 유입 가스의 공연비가 작아질수록, 더 많은 산소를 방출한다. 더 많은 산소를 방출한 상태(다시 말하면, 촉매 내의 환원제의 농도가 큰 상태)에 있어서, 촉매는 더 높은 반응 속도로 NOx를 환원할 수 있다.

촉매의 산소 흡장 기능은, 촉매에 담지되어 있는 세리아(CeO₂) 등의 산소 흡장재에 의해 초래된다. 각 촉매는, 산소 흡장 기능에 의해 공연비가 이론 공연비로부터 편이(偏移)하였다고 하여도 미연 성분 및 질소 산화물을 정화할 수 있다. 즉, 산소 흡장 기능에 의해, 윈도우의 폭이 확대된다.

이 시스템은, 열선식 공기 유량계(61), 스로틀 포지션 센서(62), 수온 센서(63), 크랭크 포지션 센서(64), 인테이크 캠 포지션 센서(65), 상류측 공연비 센서(66), 하류측 공연비 센서(67), 및, 액셀러레이터 개도(開度) 센서(68)를 구비하고 있다.

공기 유량계(61)는, 흡기관(32) 안을 흐르는 흡입 공기의 질량 유량(흡입 공기 유량)(Ga)에 따른 신호를 출력하도록 되어 있다. 즉, 흡입 공기량(Ga)은, 단위 시간당 기관(10)에 흡입되는 흡입 공기량을 나타낸다.

스로틀 포지션 센서(62)는, 스로틀 밸브(34)의 개도(스로틀 밸브 개도)를 검출하여, 스로틀 밸브 개도(TA)를 나타내는 신호를 출력하도록 되어 있다.

수온 센서(63)는, 기관(10)의 냉각수의 온도를 검출하고, 냉각 수온(THW)을 나타내는 신호를 출력하도록 되어 있다. 냉각 수온(THW)은, 기관(10)의 난기(暖機) 상태[기관(10)의 온도]를 나타내는 운전 상태 지표량이다.

크랭크 포지션 센서(64)는, 크랭크축이 10°회전할 때마다 폭이 좁은 펄스를 가짐과 함께 동(同)크랭크축이 360°회전할 때마다 폭이 넓은 펄스를 가지는 신호를 출력하도록 되어 있다. 이 신호는, 후술하는 전기 제어 장치(70)에 의해 기관회전 속도(NE)로 변환된다.

인테이크 캠 포지션 센서(65)는, 인테이크 캠 샤프트가 소정 각도로부터 90°, 이어서 90°, 또한 180° 회전할 때마다 하나의 펄스를 출력하도록 되어 있다. 후술하는 전기 제어 장치(70)는, 크랭크 포지션 센서(64) 및 인테이크 캠 포지션 센서(65)로부터의 신호에 기초하여, 기준 기통(예를 들면 제1 기통)의 압축 상사점을 기준으로 한 절대 크랭크 각도(CA)를 취득하도록 되어 있다. 이 절대 크랭크 각도(CA)는, 기준 기통의 압축 상사점에 있어서 「0°크랭크 각도」로 설정되고, 크랭크축의 회전 각도에 따라 720°크랭크 각도까지 증대하고, 그 시점에서 다시 0°크랭크 각도로 설정된다.

상류측 공연비 센서(66)는, 이그져스트 매니폴드(41)의 집합부(41b)[배기 집합부(HK)]와 상류측 촉매(43) 사이의 위치에 있어서 「이그져스트 매니폴드(41) 및 이그져스트 파이프(42) 중 어느 하나」에 배설되어 있다.

상류측 공연비 센서(66)는, 예를 들면, 일본 특허 공개 평11-72473호 공보, 일본 특허 공개 제2000-65782호 공보 및 일본 특허 공개 제2004-69547호 공보 등에 개시된 「확산 저항층을 구비하는 한계 전류식 광역 공연비 센서」이다.

상류측 공연비 센서(66)는, 상류측 공연비 센서(66)의 배설 위치에 흐르는 배기 가스의 공연비[촉매(43)로 유입되는 가스인 「촉매 유입 가스」의 공연비, 상류측 공연비(abyfs)]에 따른 출력값(Vabyfs)을 출력한다. 출력값(Vabyfs)은, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 촉매 유입 가스의 공연비[상류측 공연비(abyfs)]가 커질수록(린 측의 공연비가 될 수록) 증대한다.

전기 제어 장치(70)는, 출력값(Vabyfs)과 상류측 공연비(abyfs)의 도 2에 나타낸 관계를 규정한 공연비 변환 테이블(맵)(Mapabyfs)을 기억하고 있다. 전기 제어 장치(70)는, 출력값(Vabyfs)을 공연비 변환 테이블(Mapabyfs)에 적용함으로써, 실제의 상류측 공연비(abyfs)를 검출[검출 상류측 공연비(abyfs)를 취득]하도록 되어 있다.

다시, 도 1을 참조하면, 하류측 공연비 센서(67)는, 이그져스트 파이프(42) 내에 배설되어 있다. 하류측 공연비 센서(67)의 배설 위치는, 상류측 촉매(43)보다 하류측이며, 또한, 하류측 촉매보다 상류측[즉, 상류측 촉매(43)와 하류측 촉매 사이의 배기 통로]이다. 하류측 공연비 센서(67)는, 주지의 기전력식의 산소 농도 센서(안정화 지르코니아 등의 고체 전해질을 사용한 주지의 농담 전지형의 산소 농도 센서)이다. 하류측 공연비 센서(67)는, 배기 통로로서 하류측 공연비 센서(67)가 배설되어 있는 부위를 통과하는 가스인 피검출 가스의 공연비에 따른 출력값(Voxs)을 발생하도록 되어 있다. 다시 말하면, 출력값(Voxs)은, 상류측 촉매(43)로부터 유출되고 또한 하류측 촉매로 유입되는 가스의 공연비에 따른 값이다.

이 출력값(Voxs)은, 도 3에 나타내는 바와 같이, 피검출 가스의 공연비가 이론 공연비보다 리치할 때 최대 출력값(max)(예를 들면, 약 0.9V∼1.0V)이 된다. 출력값(Voxs)은, 피검출 가스의 공연비가 이론 공연비보다 린할 때 최소 출력값(min)(예를 들면, 약 0.1V∼0V)이 된다. 또한, 출력값(Voxs)은, 피검출 가스의 공연비가 이론 공연비일 때 최대 출력값(max)과 최소 출력값(min)의 대략 중간의 전압(Vst)[중앙값(Vmid), 중간 전압(Vst), 예를 들면, 약 0.5V]이 된다. 출력값(Voxs)은, 피검출 가스의 공연비가 이론 공연비보다 리치한 공연비로부터 린한 공연비로 변화될 때 최대 출력값(max)으로부터 최소 출력값(min)으로 급변한다. 마찬가지로, 출력값(Voxs)은, 피검출 가스의 공연비가 이론 공연비보다 린한 공연비로부터 리치한 공연비로 변화될 때 최소 출력값(min)으로부터 최대 출력값(max)으로 급변한다.

도 1에 나타낸 액셀러레이터 개도 센서(68)는, 운전자에 의해 조작되는 액셀러레이터 페달(AP)의 조작량(Accp)[액셀러레이터 페달 조작량, 액셀러레이터 페달(AP)의 개도]을 나타내는 신호를 출력하도록 되어 있다. 액셀러레이터 페달 조작량(Accp)은, 액셀러레이터 페달(AP)의 조작량이 커짐과 함께 커진다.

전기 제어 장치(70)는, 「CPU, CPU가 실행하는 프로그램, 테이블(맵, 함수) 및 정수 등을 미리 기억한 ROM, CPU가 필요에 따라 데이터를 일시적으로 저장하는 RAM, 백업 RAM(B-RAM), 및, AD 컨버터를 포함하는 인터페이스 등」으로 이루어지는 주지의 마이크로컴퓨터이다.

백업 RAM은, 기관(10)을 탑재한 차량의 도시 생략한 이그니션·키·스위치의 위치(오프 위치, 시동 위치 및 온 위치 등 중의 어느 하나)에 관계없이, 차량에 탑재된 배터리로부터 전력의 공급을 받도록 되어 있다. 백업 RAM은, 배터리로부터 전력의 공급을 받고 있는 경우, CPU의 지시에 따라 데이터를 저장함(데이터가 기록됨)과 함께, 그 데이터를 판독 가능해지도록 유지(기억)한다. 따라서, 백업 RAM은, 기관(10)의 운전 정지 중에 있어서도 데이터를 유지할 수 있다.

백업 RAM은, 배터리가 차량으로부터 분리되는 것 등에 의해 배터리로부터의 전력 공급이 차단되면, 데이터를 유지할 수 없다. 그래서, CPU는, 백업 RAM으로의 전력 공급이 재개되었을 때, 백업 RAM에 유지되어야 할 데이터를 초기화(디폴트 값으로 설정)하도록 되어 있다. 또한, 백업 RAM은, EEPROM 등의 읽고 쓰기 가능한 불휘발성 메모리이어도 된다.

전기 제어 장치(70)는, 상기 서술한 센서 등과 접속되어, CPU에 그들 센서로부터의 신호를 공급하도록 되어 있다. 또한, 전기 제어 장치(70)는, CPU의 지시에 따라, 각 기통에 대응하여 설치된 점화 플러그(실제로는 이그니터), 각 기통에 대응하여 설치된 연료 분사 밸브(33), 및, 스로틀 밸브 액추에이터 등에 구동 신호(지시 신호)를 송출하도록 되어 있다.

또한, 전기 제어 장치(70)는, 취득된 액셀러레이터 페달의 조작량(Accp)이 커질수록 스로틀 밸브 개도(TA)가 커지도록, 스로틀 밸브 액추에이터에 지시 신호를 송출하도록 되어 있다. 즉, 전기 제어 장치(70)는, 운전자에 의해 변경되는 기관(10)의 가속 조작량[액셀러레이터 페달 조작량(Accp)]에 따라 「기관(10)의 흡기 통로에 배설된 스로틀 밸브(34)」의 개도를 변경하는 스로틀 밸브 구동 수단을 구비하고 있다.

(제1 제어 장치의 작동의 개요)

제1 제어 장치는, 하류측 공연비 센서(67)의 출력값(Voxs)에 기초하여, 촉매(43)의 상태(산소 흡장 상태)가, 산소 과잉 상태 및 산소 부족 상태 중 어느 것인지 판정한다.

산소 과잉 상태는, 린 상태라고도 호칭된다. 산소 과잉 상태는, 촉매(43)의 산소 흡장량이 과잉이 되는 경향이 있고 최대 산소 흡장량(Cmax)에 가까운 값이 되고 있는 상태이다.

산소 부족 상태는, 리치 상태라고도 호칭된다. 산소 부족 상태는, 촉매(43)의 산소 흡장량이 부족한 경향이 있고 「0」에 가까운 값이 되고 있는 상태이다.

더 구체적으로 말하면, 제1 제어 장치는, 촉매(43)의 상태가 산소 과잉 상태로 판정되어 있는 경우로서, 출력값(Voxs)의 소정 시간당의 변화량(ΔVoxs)가 양의 값이며, 또한, 그 크기(|ΔVoxs|)가 리치 판정 역치(dRichth)보다 커졌을 때, 촉매(43)의 상태가 산소 부족 상태가 되었다고 판정한다. 이때, 제1 제어 장치는, 촉매 린 상태 표시 플래그(XCCROLean)의 값을 「0」으로 설정한다.

또한, 제1 제어 장치는, 촉매(43)의 상태가 산소 부족 상태로 판정되어 있을 때, 변화량(ΔVoxs)가 음의 값이며, 또한, 그 크기(|ΔVoxs|)가 린 판정 역치(dLeanth)보다 커졌을 때, 촉매(43)의 상태가 산소 과잉 상태가 되었다고 판정한다. 이때, 제1 제어 장치는, 촉매 린 상태 표시 플래그(XCCROLean)의 값을 「1」로 설정한다.

또한, 제1 제어 장치는, 촉매(43)의 상태가 산소 과잉 상태로 판정되어 있는 경우로서, 출력값(Voxs)이 리치 판정 역치(VRichth)보다 커졌을 때, 촉매(43)의 상태가 산소 부족 상태가 되었다고 판정해도 된다. 또한, 제1 제어 장치는, 촉매(43)의 상태가 산소 부족 상태로 판정되어 있을 때, 출력값(Voxs)이 린 판정 역치(VLeanth)보다 작아졌을 때, 촉매(43)의 상태가 산소 과잉 상태가 되었다고 판정 해도 된다.

촉매(43)의 상태가 산소 과잉 상태일 때, 촉매(43)에는 과잉된 미연물을 유입시켜야 한다. 그래서, 제1 제어 장치는, 촉매(43)의 상태가 산소 과잉 상태로 판정했을 때[촉매 린 상태 표시 플래그(XCCROLean)의 값을 「1」로 설정했을 때], 리치 요구 플래그(XRichreq)의 값을 「1」로 설정하고(리치 요구가 발생했다고 판정하고), 「기관에 공급되는 혼합기의 공연비의 목표인 목표 공연비(abyfr)」를 「이론 공연비보다 작은 목표 리치 공연비(afRich)」로 설정한다. 또한, 목표 공연비(abyfr)는, 촉매(43)로 유입하는 배기 가스의 공연비의 목표이기도 한다.

이에 대하여, 촉매(43)의 상태가 산소 부족 상태일 때, 촉매(43)에는 과잉된 산소를 유입시켜야 한다. 그래서, 제1 제어 장치는, 촉매(43)의 상태가 산소 부족 상태로 판정했을 때(촉매 린 상태 표시 플래그(XCCROLean)의 값을 「0」으로 설정했을 때), 리치 요구 플래그(XRichreq)의 값을 「0」으로 설정하고(린 요구가 발생했다고 판정하고), 목표 공연비(abyfr)를 「이론 공연비보다 큰 목표 린 공연비(afLean)」로 설정한다.

또한, 제1 제어 장치는, 촉매(43)에 다량의 질소 산화물이 유입되는 운전 상태가 도래하는 것이 예측되는 상태가 된 것인지의 여부를 판정한다. 구체적으로는, 제1 제어 장치는, 이하에 서술하는 모든 조건(이하, 간단히 「소정의 조건」또는 「특정 조건」이라고 한다)이 성립했을 때, 촉매(43)에 다량의 질소 산화물이 유입되는 운전 상태가 도래한다고 예측한다.

(조건 1) 흡입 공기량(Ga)이, 저측 공기량 역치(GaLoth)보다 크고, 또한, 고측 공기량 역치(GaHith)보다 작다. 또한, 고측 공기량 역치(GaHith)는 저측 공기량 역치(GaLoth)보다 크다.

(조건 2) 흡입 공기량(Ga)의 단위 시간당의 변화량의 크기(|ΔGa|)가 소정 변화량 역치 ΔGath보다 작다.

또한, 조건 1 및 조건 2의 흡입 공기량(Ga)은 부하(KL), 스로틀 밸브 개도(TA) 및 액셀러레이터 페달 조작량(Accp) 등으로 치환될 수 있다. 이들은, 모두, 흡입 공기량(Ga)이 클수록 커지는 파라미터이며, 흡입 공기량 상관값으로도 호칭된다. 부하(KL)는, 본 예에 있어서 부하율(충전율)(KL)이며, 하기의 (1)식에 기초하여 산출된다. 이 (1) 식에 있어서, Mc(k)는 어느 기통이 일 회의 흡기 행정(行程)에 있어서 흡입하는 공기량[단위는 (g)], ρ은 공기 밀도[단위는 (g/l)], L은 기관(10)의 배기량[단위는 (l)], 4는 기관(10)의 기통 수이다.

KL={Mc(k)/(ρ·Ｌ/4)}·100（%）…（1)

또한, 상기 조건 1은, 「기관(10)을 탑재한 차량의 속도가, 「저측 속도역치」보다 크고, 또한, 「상기 저측 속도 역치보다 큰 고측 속도 역치」보다 작다」고 하는 조건으로 치환되어도 된다.

상기 소정의 조건이 성립하고 있지 않을 때(즉, 조건 1 및 조건 2 중 적어도 일방이 성립하고 있지 않을 때), 제1 제어 장치는 도 4의 시각 t1 이전에 나타낸 바와 같이, 목표 린 공연비(afLean)을 기준 목표 린 공연비(afLean0)로 설정하고, 목표 리치 공연비(afRich)를 기준 목표 리치 공연비(afLean0)로 설정한다. 기준 목표 린 공연비(afLean0)는 이론 공연비보다 양의 소정값 A 만큼 큰 공연비이다. 기준 목표 리치 공연비(afLean0)는 이론 공연비보다 양의 소정값 A 만큼 작은 공연비이다. 따라서, 기준 목표 린 공연비(afLean0) 및 기준 목표 리치 공연비(afLean0)의 평균값은 이론 공연비(stoich)이다.

이에 대하여, 제1 제어 장치는, 상기 소정의 조건이 성립했을 때(즉, 상기 조건 1 및 상기 조건 2의 양 조건이 성립했을 때), 도 4의 시각 t1 이후에 나타내는 바와 같이, 목표 린 공연비(afLean)를 「기준 목표 린 공연비(afLean0)보다 양의 소정값 ΔL만큼 작은 값(afLean0-ΔL)」으로 설정하고, 목표 리치 공연비(afRich)를 「기준 목표 리치 공연비(afLean0)보다 양의 소정값 ΔR 만큼 작은 값(afRich0-ΔR)」으로 설정한다. 단, 값(afLean0-ΔL)은 이론 공연비(stoich)보다 크다.

이것에 의해, 촉매(43)로 유입되는 배기 가스의 공연비의 평균이 「이론 공연비(stoich)보다 작아」지므로, 촉매(43) 내의 환원제의 농도는 시각 t1 이전에 비하여 시각 t1 이후에 있어서 상승한다. 따라서, 그 후에 기관(10)이 가속되어 다량의 NOx가 촉매(43)로 유입된 경우, 촉매(43)에 있어서의 NOx의 환원 속도가 충분히 높아져 있기 때문에, 촉매(43)로부터 유출되는 정화되지 않은 NOx의 양을 저감시킬 수 있다.

(실제의 작동)

다음으로, 제1 제어 장치의 실제의 작동에 대하여 설명한다.

<연료 분사 제어>

제1 제어 장치의 CPU는, 도 5에 나타낸 연료 분사 제어 루틴을, 임의의 기통의 크랭크 각도가 흡기 상사점 전의 소정 크랭크 각도가 될 때마다, 그 기통에 대하여 반복 실행하도록 되어 있다. 상기 소정 크랭크 각도는, 예를 들면, BTDC 90°CA(흡기 상사점 전 90°크랭크 각도)이다. 크랭크 각도가 상기 소정 크랭크 각도와 일치한 기통은 「연료 분사 기통」이라고도 호칭된다. CPU는, 이 연료 분사 제어 루틴에 의해, 지시 연료 분사량(최종 연료 분사량)(Fi)의 계산 및 연료 분사의 지시를 행한다.

임의의 기통의 크랭크 각도가 흡기 상사점 전의 소정 크랭크 각도와 일치하면, CPU는 단계 500으로부터 처리를 개시하고, 단계 505로 진행하여 「흡입 공기량(Ga), 기관 회전 속도(NE), 및, 룩업 테이블(MapMc)[(Ga, NE)]」에 기초하여 「연료 분사 기통에 흡입되는 공기량(즉, 통내 흡입 공기량)(Mc)」을 취득한다. 통내 흡입 공기량(Mc)은, 주지의 공기 모델(흡기 통로에 있어서의 공기의 거동을 모방한 물리 법칙에 따라 구축된 모델)에 의해 산출되어도 된다.

다음으로, CPU는 단계 510으로 진행하여, 피드백 제어 플래그(XFB)의 값이 「1」인지의 여부를 판정한다. 이 피드백 제어 플래그(XFB)의 값은, 공연비의 피드백 제어 조건이 성립하고 있을 때 「1」로 설정되고, 피드백 제어 조건이 성립되어 있지 않을 때 「0」으로 설정된다. 또한, 피드백 제어 플래그(XFB)의 값은 이니셜 루틴에 있어서 「0」으로 설정되도록 되어 있다. 이니셜 루틴은, 기관(10)이 탑재된 차량의 이그니션·키·스위치가 오프 위치로부터 온 위치로 변경되었을 때 CPU에 의해 실행되는 루틴이다.

공연비의 피드백 제어 조건은, 예를 들면, 이하의 전부의 조건이 성립했을 때 성립한다.

(A1) 상류측 공연비 센서(66)가 활성화되어 있다.

(A2) 하류측 공연비 센서(67)가 활성화되어 있다.

(A3) 기관의 부하(KL)가 역치 부하(KLfbth) 이하이다.

피드백 제어 플래그(XFB)의 값이 「1」이 아니면, CPU는 단계 510에서 「No」로 판정하여 단계 515로 진행하고, 목표 공연비(abyfr)를 이론 공연비(stoich)(예를 들면, 14.6)로 설정한다.

다음으로, CPU는 이하에 진술하는 단계 520 내지 단계 535의 처리를 순서대로 행하고, 단계 595로 진행하여 본 루틴을 일단 종료한다.

단계 520: CPU는, 통 내 흡입 공기량(Mc)을 목표 공연비(abyfr)로 나눔으로써 기본 연료 분사량(Fbase)을 산출한다. 기본 연료 분사량(Fbase)은, 기관의 공연비를 목표 공연비(abyfr)에 일치시키기 위하여 필요한 연료 분사량의 피드 포워드량이다.

단계 525: CPU는, 도시 생략한 루틴에 의해 별도 계산되어 있는 메인 피드백량(KFmain)을 판독한다. 메인 피드백량(KFmain)은, 검출 상류측 공연비(abyfs)가 목표 공연비(abyfr)에 일치하도록 주지의 PID 제어에 기초하여 산출된다. 따라서, 메인 피드백량(KFmain)은, 검출 상류측 공연비(abyfs)가 목표 공연비(abyfr)보다 클 때 증대되고, 검출 상류측 공연비(abyfs)가 목표 공연비(abyfr)보다 작을 때 감소된다. 또한, 메인 피드백량(KFmain)은, 피드백 제어 플래그(XFB)의 값이 「0」일 때 「1」로 설정된다. 또한, 메인 피드백량(KFmain)은 항상 「1」로 설정되어도 된다. 즉, 메인 피드백량(KFmain)을 사용한 피드백 제어는 본 실시 형태에 있어서 필수적이지 않다.

단계 530: CPU는, 기본 연료 분사량(Fbase)을 메인 피드백량(KFmain)에 의해 보정함으로써 지시 연료 분사량(Fi)을 산출한다. 더 구체적으로 말하면, CPU는, 기본 연료 분사량(Fbase)에 메인 피드백량(KFmain)을 곱함으로써 지시 연료 분사량(Fi)을 산출한다.

단계 535: CPU는, 「지시 연료 분사량(Fi)의 연료」를 「연료 분사 기통에 대응하여 설치되어 있는 연료 분사 밸브(33)」로부터 분사시키기 위한 분사 지시 신호를, 그 연료 분사 밸브(33)로 송출한다.

이 결과, 기관의 공연비를 목표 공연비(abyfr)에 일치시키기 위하여 필요한 양의 연료가 연료 분사 기통의 연료 분사 밸브(33)로부터 분사된다. 즉, 단계 520내지 단계 535는, 「기관의 공연비가 목표 공연비(abyfr)에 일치하도록 지시 연료 분사량(Fi)을 제어」하는 지시 연료 분사량 제어 수단, 또는, 「기관(10)에 공급되는 연료량을 상기 설정된 목표 공연비(abyfr)에 기초하여 제어하는 연료 공급량 제어 수단」을 구성하고 있다.

한편, CPU가 단계 510의 처리를 행하는 시점에 있어서, 피드백 제어 플래그(XFB)의 값이 「1」이면, CPU는 그 단계 510에서 「Yes」로 판정하여 단계 540으로 진행하고, 리치 요구 플래그(XRichreq)의 값이 「1」인지의 여부를 판정한다. 리치 요구 플래그(XRichreq)의 값은 후술하는 도 7에 나타낸 루틴에 의해 설정된다.

리치 요구 플래그(XRichreq)의 값이 「1」이면, CPU는 단계 540에서 「Yes」로 판정하여 단계 545로 진행하고, 목표 리치 공연비(afRich)를 판독한다. 목표 리치 공연비(afRich)는 후술하는 도 8에 나타낸 루틴에 의해 별도 산출되어 있다. 이어서, CPU는 단계 550으로 진행하고, 목표 공연비(abyfr)를 목표 리치 공연비(afRich)로 설정한다. 그 후, CPU는 단계 520 이후로 진행된다. 따라서, 기관의 공연비는 목표 리치 공연비(afRich)에 일치시켜진다.

이에 대하여, CPU가 단계 540의 처리를 실행하는 시점에 있어서, 리치 요구 플래그(XRichreq)의 값이 「0」이면, CPU는 단계 540에서 「No」로 판정하여 단계 555로 진행하고, 목표 린 공연비(afLean)를 판독한다. 목표 린 공연비(afLean)도 후술하는 도 8에 나타낸 루틴에 의해 별도 산출되어 있다. 이어서, CPU는 단계 560으로 진행하고, 목표 공연비(abyfr)를 목표 린 공연비(afLean)로 설정한다. 그 후, CPU는 단계 520 이후로 진행한다. 따라서, 기관의 공연비는 목표 린 공연비(afLean)에 일치시켜진다.

<촉매 상태 판정>

CPU는 도 6에 플로우 차트에 의해 나타낸 「촉매 상태 판정 루틴」을 소정 시간(ts)의 경과마다 반복 실행하고 있다. 따라서, 소정의 타이밍이 되면, CPU는 단계 600로부터 처리를 개시하여 단계 605로 진행하고, 「현시점의 하류측 공연비 센서(67)의 출력값(Voxs)」으로부터 「전회의 하류측 공연비 센서(67)의 출력값Voxsold」을 뺌으로써, 소정 시간(ts)(단위 시간)당의 출력값(Voxs)의 변화량(ΔVoxs)을 산출한다.

다음으로, CPU는 단계 610으로 진행하고, 현시점의 출력값(Voxs)을 「전회의 출력값(Voxsold)」으로서 기억한다. 즉, 전회의 출력값(Voxsold)은, 현시점으로부터 소정 시간(ts)만큼 전의 시점의 출력값(Voxs)[본 루틴이 전회 실행되었을 때의 출력값(Voxs)]이다. 변화량(ΔVoxs)은 변화 속도(ΔVoxs)라고도 호칭된다. 다음으로, CPU는 단계 615로 진행하고, 리치 판정 역치(dRichth)를 판독한다. 리치 판정 역치(dRichth)는 본 예에 있어서 일정값으로 정해져 있다. 다음으로, CPU는 단계 620으로 진행하고, 린 판정 역치(dLeanth)를 판독한다. 린 판정 역치(dLeanth)는 본 예에 있어서 일정값으로 정해져 있다.

다음으로, CPU는 단계 630으로 진행하고, 촉매 린 상태 표시 플래그(XCCROLean)의 값이 「1」인지의 여부를 판정한다. 촉매 린 상태 표시 플래그(XCCROLean)의 값은, 상기 서술한 이니셜 루틴에 있어서 「1」로 설정되도록 되어 있다. 또한, 촉매 린 상태 표시 플래그(XCCROLean)의 값은, 하류측 공연비 센서(67)의 출력값(Voxs)에 기초하여 촉매(43)의 상태가 산소 부족 상태(리치 상태)로 판정되었을 때 「0」으로 설정되고, 하류측 공연비 센서(67)의 출력값(Voxs)에 기초하여 촉매(43)의 상태가 산소 과잉 상태(린 상태)로 판정되었을 때 「1」로 설정된다.

지금, 촉매 린 상태 표시 플래그(XCCROLean)의 값이 「1」이라고 가정한다. 이 경우, CPU는 단계 630에서 「Yes」로 판정하여 단계 640으로 진행하고, 변화 속도(ΔVoxs)가 정인지의 여부를 판정한다. 즉, CPU는, 출력값(Voxs)이 증대되어 있는지의 여부를 판정한다. 이때, 변화 속도(ΔVoxs)가 정이 아니면, CPU는 단계 640에서 「No」로 판정하고, 단계 695로 직접 진행하여 본 루틴을 일단 종료한다.

그런데, 촉매 린 상태 표시 플래그(XCCROLean)의 값이 「1」일 때, 후술하는 도 7에 나타낸 루틴에 의해 리치 요구 플래그(XRichreq)의 값이 「1」로 설정되고, 그것에 의해 목표 공연비(abyfr)는 목표 리치 공연비(afRich)로 설정된다(도 5의 단계 540 내지 단계 550을 참조). 따라서, 촉매(43)의 산소 흡장량은 점차적으로 감소하고, 어느 시점으로부터 미연물이 촉매(43)로부터 유출되기 시작한다.

그 결과, 변화 속도(ΔVoxs)는 양의 값이 된다. 변화 속도(ΔVoxs)가 양의 값이 되면, CPU는 단계 640에서 「Yes」로 판정하여 단계 650으로 진행하고, 변화 속도(ΔVoxs)의 크기(|ΔVoxs|)가 리치 판정 역치(dRichth)보다 큰지의 여부를 판정한다. 이때, 크기(|ΔVoxs|)가 리치 판정 역치(dRichth) 이하이면, CPU는 단계 650에서 「No」로 판정하고, 단계 695로 직접 진행하여 본 루틴을 일단 종료한다.

CPU가 단계 650의 처리를 실행하는 시점에 있어서, 변화 속도(ΔVoxs)의 크기(|ΔVoxs|)가 리치 판정 역치(dRichth)보다 크면, CPU는 그 단계 650에서 「Yes」로 판정하여 단계 660으로 진행하고, 촉매 린 상태 표시 플래그(XCCROLean)의 값을 「0」으로 설정한다. 즉, 출력값(Voxs)이 증대되어 있고 또한 그 변화 속도 ΔVoxs의 크기(|ΔVoxs|)가 리치 판정 역치(dRichth)보다 큰 경우, CPU는 「촉매(43)의 상태는 산소 부족 상태이다」로 판정하고, 촉매 린 상태 표시 플래그(XCCROLean)의 값을 「0」으로 설정한다.

이 상태(즉, 촉매 린 상태 표시 플래그(XCCROLean)의 값이 「0」으로 설정된 상태)에 있어서, CPU가 단계 600에서부터 처리를 다시 개시하면, CPU는 단계 605 내지 단계 620을 경유하여 단계 630으로 진행하고, 그 단계 630에서 「No」로 판정하여 단계 670으로 진행된다.

CPU는, 단계 670에서 변화 속도 ΔVoxs가 부인지의 여부를 판정한다. 즉, CPU는, 출력값(Voxs)가 감소하고 있는지의 여부를 판정한다. 이때, 변화 속도 ΔVoxs가 음이 아니면, CPU는 단계 670에서 「No」로 판정하고, 단계 695로 직접 자진하여 본 루틴을 일단 종료한다.

그런데, 촉매 린 상태 표시 플래그(XCCROLean)의 값이 「0」일 때, 후술하는 도 7에 나타낸 루틴에 의해 리치 요구 플래그(XRichreq)의 값이 「0」으로 설정되고, 그것에 의해 목표 공연비(abyfr)는 목표 린 공연비(afLean)으로 설정된다(도 5의 단계 540, 단계 555 및 단계 560을 참조). 따라서, 촉매(43)의 산소 흡장량은 점차 증대하고, 어떤 시점으로부터 산소가 촉매(43)로부터 유출되기 시작한다.

그 결과, 변화 속도(ΔVoxs)는 음의 값이 된다. 변화 속도(ΔVoxs)가 음의 값이 되면, CPU는 단계 670에서 「Yes」로 판정하여 단계 680으로 진행하고, 변화 속도(ΔVoxs)의 크기(|ΔVoxs|)가 린 판정 역치(dLeanth)보다 큰 것인지의 여부를 판정한다. 이때, 크기(|ΔVoxs|)가 린 판정 역치(dLeanth) 이하이면, CPU는 단계 680에서 「No」로 판정하고, 단계 695로 직접 진행하여 본 루틴을 일단 종료한다.

이에 대하여, 변화 속도(ΔVoxs)의 크기(|ΔVoxs|)가 린 판정 역치(dLeanth)보다 크면, CPU는 단계 680에서 「Yes」로 판정하여 단계 690으로 진행하고, 촉매 린 상태 표시 플래그(XCCROLean)의 값을 「1」로 설정한다. 즉, 출력값(Voxs)이 감소하고 있고 또한 그 변화 속도(ΔVoxs)의 크기(|ΔVoxs|)가 린 판정 역치(dLeanth)보다 큰 경우, CPU는 「촉매(43)의 상태가 산소 과잉 상태이다」라고 판정하고, 촉매 린 상태 표시 플래그(XCCROLean)를 「1」로 설정한다.

또한, CPU는, 촉매 린 상태 표시 플래그(XCCROLean)의 값이 「1」일 때, 출력값(Voxs)이 리치 판정 역치(VRichth)보다 커졌을 때, 촉매 린 상태 표시 플래그(XCCROLean)의 값을 「0」으로 설정해도 된다. 마찬가지로, 촉매 린 상태 표시 플래그(XCCROLean)의 값이 「0」일 때, 출력값(Voxs)가 린 판정 역치(VLeanth)보다 작아졌을 때, 촉매 린 상태 표시 플래그(XCCROLean)의 값을 「1」로 설정해도 된다. 이 경우, 리치 판정 역치(VRichth)는 중앙값(Vmid) 이하의 값이어도 된다. 린 판정 역치(VLeanth)는 중앙값(Vmid) 이상의 값이어도 된다.

이와 같이 촉매 린 상태 표시 플래그(XCCROLean)의 값은, 하류측 공연비 센서(67)의 출력값(Voxs)에 기초하여, 「1」및 「0」 중 어느 하나의 값으로 번갈아 설정된다. 그리고, 촉매 린 상태 표시 플래그(XCCROLean)에 따라 리치 요구 플래그(XRichreq)가 설정되고, 그 리치 요구 플래그(XRichreq)에 따라 목표 공연비(abyfr)가 결정된다.

<리치 요구 플래그 설정(요구 공연비의 결정)>

CPU는 도 7에 나타낸 요구 공연비 결정 루틴을 소정 시간의 경과마다 실행하도록 되어 있다. 따라서, 소정의 타이밍이 되면 CPU는 단계 700으로부터 처리를 개시하여 단계 710으로 진행하고, 촉매 린 상태 표시 플래그(XCCROLean)의 값이 「1」인지의 여부를 판정한다. 이때, 촉매 린 상태 표시 플래그(XCCROLean)의 값이 「1」이면, CPU는 단계 720으로 진행하여 리치 요구 플래그(XRichreq)의 값을 「1」로 설정한다. 즉, CPU는 「요구 공연비」가 리치 공연비이며, 리치 요구가 발생했다고 판정한다. 그 후, CPU는 단계 795로 진행하여 본 루틴을 일단 종료한다.

이에 대하여, CPU가 단계 710의 처리를 실행하는 시점에 있어서, 촉매 린 상태 표시 플래그(XCCROLean)의 값이 「0」이면, CPU는 단계 730으로 진행하여 리치 요구 플래그(XRichreq)의 값을 「0」으로 설정한다. 즉, CPU는 「요구 공연비」가 린 공연비이며, 린 요구가 발생했다고 판정한다. 그 후, CPU는 단계 795로 진행하여 본 루틴을 일단 종료한다.

<목표 공연비 산출>

CPU는 도 8에 나타낸 목표 공연비 산출 루틴을 소정 시간의 경과마다 실행하도록 되어 있다. 따라서, 소정의 타이밍이 되면 CPU는 단계 800으로부터 처리를 개시하여 단계 805로 진행하고, 상기 서술한 조건 1이 성립하고 있는지의 여부를 판정한다. 즉, CPU는, 흡입 공기량(Ga)이, 저측 공기량 역치(GaLoth)보다 크고, 또한, 고측 공기량 역치(GaHith)보다 작은지의 여부를 판정한다.

지금, 단계 805의 판정 조건이 만족되어 있지 않다고 가정한다. 이 경우, CPU는 단계 805에서 「No」로 판정하고, 이하에 진술하는 단계 810 및 단계 815의 처리를 순서대로 행하고, 그 후, 단계 895로 진행하여 본 루틴을 일단 종료한다.

단계 810: CPU는, 목표 리치 공연비(afRich)의 값을 기준 목표 리치 공연비(afRich0)로 설정한다. 기준 목표 리치 공연비(afLean0)는 이론 공연비(stoich)보다 양의 소정값 A 만큼 작은 값(예를 들면 14.2)이다.

단계 815: CPU는, 목표 린 공연비(afLean)의 값을 기준 목표 린 공연비(afLean0)로 설정한다. 기준 목표 린 공연비(afLean0)는 이론 공연비(stoich)보다 양의 소정값 A 만큼 큰 값(예를 들면 15.0)이다.

이것에 대하여, CPU가 단계 805의 처리를 실행하는 시점에 있어서, 흡입 공기량(Ga)이 저측 공기량 역치(GaLoth)보다 크고 또한 고측 공기량 역치(GaHith)보다 작으면, CPU는 그 단계 805에서 「Yes」로 판정하여 단계 820으로 진행하고, 「현시점의 흡입 공기량(Ga)」으로부터 「전회의 흡입 공기량(Gaold)」를 감소시킴으로써, 소정 시간(ts)(단위 시간)당의 흡입 공기량 변화량(ΔGa)을 산출한다.

다음으로, CPU는 단계 825로 진행하고, 현시점의 흡입 공기량(Ga)을 「전회의 흡입 공기량(Gaold)」으로서 기억한다. 즉, 전회의 흡입 공기량(Gaold)은, 현시점으로부터 소정 시간(ts)만큼 전의 시점의 흡입 공기량(Ga)[(본 루틴이 전회 실행되었을 때의 흡입 공기량(Ga)]이다.

다음으로, CPU는 단계 830으로 진행하고, 흡입 공기량 변화량(ΔGa)의 크기(|ΔGa|)가 소정의 변화량 역치(ΔGath)보다 작은지의 여부를 판정한다. 즉, CPU는 상기 조건 2가 성립하는지의 여부를 판정한다. 이때, 크기(|ΔGa|)가 변화량 역치(ΔGath) 이상이면, CPU는 단계 830에서 「No」로 판정하고, 단계 810 및 단계 815의 처리를 실행하여 본 루틴을 일단 종료한다. 따라서, 이 경우, 목표 리치 공연비(afRich)는 기준 목표 리치 공연비(afLean0)로 설정되고, 목표 린 공연비(afLean)는 기준 목표 린 공연비(afLean0)로 설정된다.

이에 대하여, CPU가 단계 830의 처리를 실행하는 시점에 있어서, 흡입 공기량 변화량(ΔGa)의 크기(|ΔGa|)가 소정의 변화량 역치(ΔGath)보다 작으면, CPU는 그 단계 830에서 「Yes」로 판정하고, 이하에 진술하는 단계 835 내지 단계 850의 처리를 순서대로 행하고, 그 후, 단계 895로 진행하여 본 루틴을 일단 종료한다.

단계 835: CPU는 흡입 공기량(Ga)에 기초하여 목표 리치 공연비 보정량(ΔR)을 결정한다. 목표 리치 공연비 보정량(ΔR)은, 흡입 공기량(Ga)이 커질수록 커지도록 결정된다.

단계 840: CPU는, 목표 리치 공연비(afRich)를, 기준 목표 리치 공연비(afRich0)로부터 목표 리치 공연비 보정량(ΔR)을 뺀 값(afRich0-ΔR)으로 설정한다. 이 결과, 목표 리치 공연비(afRich)는, 흡입 공기량(Ga)이 클수록 이론 공연비(stoich)로부터 멀어지도록 작아지는 공연비로서 산출된다.

단계 845: CPU는 흡입 공기량(Ga)에 기초하여 목표 린 공연비 보정량(ΔL)을 결정한다. 목표 린 공연비 보정량(ΔL)은, 흡입 공기량(Ga)이 커질수록 커지도록 결정된다.

단계 850: CPU는, 목표 린 공연비(afLean)를, 기준 목표 린 공연비(afLean0)로부터 목표 린 공연비 보정량(ΔL)을 뺀 값(afLean0-ΔL)으로 설정한다. 이 결과, 목표 린 공연비(afLean)는, 흡입 공기량(Ga)이 클수록 이론 공연비(stoich)에 접근할수록 작아지는 공연비로서 산출된다. 단, 목표 린 공연비 보정량(ΔL)은, 값(afLean0-ΔL)이 이론 공연비(stoich)보다 커지도록 정해져 있다.

이상, 설명한 바와 같이, 제1 제어 장치에 의하면, 상기 소정의 조건(조건 1 및 조건 2)이 성립한 경우(즉, 단계 805 및 단계 830의 양 단계에서 모두 「Yes」로 판정된 경우), 다량의 NOx가 촉매(43)로 유입하도록 예측된다고 결정한다.

그리고, 제1 제어 장치에 의하면, 목표 린 공연비(afLean)이 「상기 소정의 조건이 성립하고 있지 않은 경우」와 비교하여 목표 린 공연비 보정량(ΔL) 만큼 감소되고(도 8의 단계 845 및 단계 850), 목표 리치 공연비(afRich)가 「상기 소정의 조건이 성립하고 있지 않은 경우」와 비교하여 목표 리치 공연비 보정량(ΔR) 만큼 감소된다(도 8의 단계 835 및 단계 840). 그 결과, 촉매(43) 내의 환원제의 농도를 상승시킬 수 있으므로, NOx가 유입된 경우의 NOx의 환원 속도가 커진다. 그 결과, 그 후에 있어서 기관(10)이 가속되어, 다량의 NOx가 촉매(43)로 유입된 경우에도, 촉매(43)로부터 유출하는 정화되지 않은 NOx의 양을 저감시킬 수 있다.

<제2 실시 형태>

다음으로, 본 발명의 제2 실시 형태에 관련된 내연 기관의 제어 장치(이하, 「제2 제어 장치」라고도 호칭한다)에 관하여 설명한다.

제2 제어 장치는, 상기 소정의 조건이 성립했을 때, 목표 리치 공연비(afRich) 및 목표 린 공연비(afLean)를 변경하는 대신, 목표 공연비(abyfr)를 목표 리치 공연비(afRich)로 유지하고 있는 시간을 상대적으로 길게 하는 점에 있어서만, 제1 제어 장치와 차이가 있다.

더 구체적으로 말하면, 제2 제어 장치는, 제1 제어 장치와 같이 리치 요구 플래그(XRichreq)의 값이 「1」일 때 목표 공연비(abyfr)를 목표 리치 공연비(afRich)로 설정하고, 리치 요구 플래그(XRichreq)의 값이 「0」의 때 목표 공연비(abyfr)를 목표 린 공연비(afLean)로 설정한다.

또한, 제2 제어 장치는, 도 9에 나타낸 바와 같이, 촉매 린 상태 표시 플래그(XCCROLean)의 값이 「0」으로부터 「1」로 변화된 시점(시각 t1, t5)으로부터 린 지연 시간(TDL)이 경과한 시점에서 리치 요구 플래그(XRichreq)를 「0」으로부터 「1」로 변경한다. 또한, 제2 제어 장치는, 촉매 린 상태 표시 플래그(XCCROLean)의 값이 「1」로부터 「0」으로 변화한 시점(시각 t3)으로부터 리치 지연 시간(TDR)이 경과한 시점에서 리치 요구 플래그(XRichreq)를 「1」로부터 「0」으로 변경한다. 따라서, 리치 지연 시간(TDR)을 길게 함으로써, 및/또는, 린 지연 시간(TDL)을 짧게 함으로써, 목표 공연비(abyfr)가 목표 리치 공연비(afRich)로 설정되어 있는 시간이 길어지기 때문에, 촉매(43)로 유입되는 배기 가스의 공연비의 평균값을 리치 측으로 이행할 수 있다. 그래서, 제2 제어 장치는, 상기 소정의 조건이 성립한 경우, 리치 지연 시간(TDR)을 길게 하거나, 또는, 린 지연 시간(TDL)을 짧게 한다. 이것에 의해, 제2 제어 장치는, 상기 소정의 조건이 성립하는 경우, 촉매(43) 내의 환원제의 농도를 상승시킨다.

(실제의 작동)

제2 제어 장치의 CPU는, 도 5 및 도 6에 나타낸 루틴을 제1 제어 장치의 CPU 와 동일하게 실행한다. 단, 도 5의 단계 545에서 판독되는 목표 리치 공연비(afRich)는 일정값(예를 들면, 14.2)이며, 도 5의 단계 555에서 판독되는 목표 린 공연비(afLean)는 일정값(15.0)이다.

또한, 제2 제어 장치의 CPU는 도 10에 나타낸 요구 공연비 결정 루틴을 소정 시간의 경과마다 실행하도록 되어 있다. 따라서, 소정의 타이밍이 되면 CPU는 단계 1000으로부터 처리를 개시하여 단계 1010으로 진행하고, 린 지연 시간(TDL)을 판독한다. 린 지연 시간(TDL)은 후술하는 도 11에 나타낸 루틴에 의해 산출되어 있다. 이어서, CPU는 단계 1020으로 진행하고, 리치 지연 시간 TDR을 판독한다. 리치 지연 시간 TDR은 후술하는 도 11에 나타낸 루틴에 의해 산출되어 있다.

다음으로, CPU는 단계 1030으로 진행하고, 촉매 린 상태 표시 플래그(XCCROLean)의 값이 「1」인지의 여부를 판정한다. 이때, 촉매 린 상태 표시 플래그(XCCROLean)의 값이 「1」이면, CPU는 단계 1030에서 「Yes」로 판정하여 단계 1040으로 진행하고, 촉매 린 상태 표시 플래그(XCCROLean)의 값이 「0」으로부터 「1」로 변화된 시점으로부터 린 지연 시간(TDL)이 경과하였는지의 여부를 판정한다.

그리고, 린 지연 시간(TDL)이 경과하지 않으면, CPU는 단계 1040에서 「No」로 판정하고, 단계 1095로 직접 진행하여 본 루틴을 일단 종료한다. 이 경우, 리치 요구 플래그(XRichreq)의 값은 변경되지 않는다.

이것에 대하여, CPU가 단계 1040의 처리를 실행하는 시점에 있어서, 린 지연 시간(TDL)이 경과하고 있으면, CPU는 그 단계 1040에서 「Yes」로 판정하여 단계1050으로 진행하고, 리치 요구 플래그(XRichreq)의 값을 「1」로 설정한다. 이 결과, 촉매 린 상태 표시 플래그(XCCROLean)의 값이 「0」으로부터 「1」로 변화된 시점으로부터 린 지연 시간(TDL)이 경과한 시점 이후에 있어서, 목표 공연비(abyfr)는 목표 린 공연비(afLean)로부터 목표 리치 공연비(afRich)로 변경된다. 그 후, CPU는 단계 1095로 진행하고, 본 루틴을 일단 종료한다.

한편, CPU가 단계 1030의 처리를 실행하는 시점에 있어서, 촉매 린 상태 표시 플래그(XCCROLean)의 값이 「0」인 경우, CPU는 그 단계 1030에서 「No」로 판정하여 단계 1060으로 진행하고, 촉매 린 상태 표시 플래그(XCCROLean)의 값이 「1」로부터 「0」으로 변화된 시점으로부터 리치 지연 시간(TDR)이 경과하였는지의 여부를 판정한다.

그리고, 리치 지연 시간(TDR)이 경과하고 있지 않으면, CPU는 단계 1060에서 「No」로 판정하고, 단계 1095로 직접 진행하여 본 루틴을 일단 종료한다. 이 경우, 리치 요구 플래그(XRichreq)의 값은 변경되지 않는다.

이에 대하여, CPU가 단계 1060의 처리를 실행하는 시점에 있어서, 리치 지연 시간(TDR)이 경과하면, CPU는 그 단계 1060에서 「Yes」로 판정하여 단계 1070으로 진행하고, 리치 요구 플래그(XRichreq)의 값을 「0」으로 설정한다. 이 결과, 촉매 린 상태 표시 플래그(XCCROLean)의 값이 「1」로부터 「0」으로 변화된 시점으로부터 리치 지연 시간(TDR)이 경과한 시점 이후에 있어서, 목표 공연비(abyfr)는 목표 리치 공연비(afRich)로부터 목표 린 공연비(afLean)로 변경된다. 그 후, CPU는 단계 1095로 진행하고, 본 루틴을 일단 종료한다.

또한, CPU는 도 11에 나타낸 지연 시간 산출 루틴을 소정 시간의 경과마다 실행하도록 되어 있다. 또한, 도 11에 나타낸 단계로서 도 8에도 나타낸 단계에는, 도 8에 나타낸 단계와 동일한 부호가 붙여져 있다. 이들 단계의 상세한 설명은 적절히 생략된다.

상기 서술한 소정의 조건이 성립하고 있지 않은 경우, CPU는 단계 1110으로 진행하여 리치 지연 시간(TDR)을 일정한 기준 리치 지연 시간(TDR0)으로 설정한다. 이어서, CPU는 단계 1120으로 진행하고, 린 지연 시간(TDL)을 일정한 기준 린 지연 시간(TDL0)으로 설정하고, 단계 1195로 진행하여 본 루틴을 일단 종료한다.

이것에 대하여, 상기 서술한 소정의 조건이 성립하고 있으면, CPU는 단계1130으로 진행하고, 리치 지연 시간(TDR)을 흡입 공기량(Ga)에 기초하여 결정한다. 더 구체적으로 말하면, 리치 지연 시간(TDR)은 흡입 공기량(Ga)이 커질수록, 기준 리치 지연 시간(TDR0) 이상의 범위에 있어서 커지도록 결정된다.

다음으로, CPU는 단계 1140으로 진행하고, 린 지연 시간(TDL)을 흡입 공기량(Ga)에 기초하여 결정한다. 더 구체적으로 말하면, 린 지연 시간(TDL)은 흡입 공기량(Ga)이 커질수록, 기준 린 지연 시간(TDL0) 이하의 범위에 있어서 작아지도록 결정된다.

이상, 설명한 바와 같이, 제2 제어 장치는,

하류측 공연비 센서(67)의 출력값(Voxs)의 단위 시간당의 변화량(ΔVoxs)이 음의 값이며, 또한, 그 크기(|ΔVoxs|)가 린 판정 역치(dLeanth)보다 커졌을 때, 촉매(43)의 상태가 상기 산소 과잉 상태가 되었다고 판정함과 함께(도 6의 단계 670 내지 단계 690), 상기 변화량(ΔVoxs)이 양의 값이며, 또한, 그 크기(|ΔVoxs|)가 리치 판정 역치(dRichth)보다 커졌을 때, 촉매(43)의 상태가 산소 부족 상태가 되었다고 판정하는(도 6의 단계 640 내지 단계 650) 촉매 상태 판정 수단을 구비한다.

또한, 제2 제어 장치는, 목표 공연비 설정 수단과, 상기 기관에 공급되는 연료량을 상기 목표 공연비 설정 수단에 의해 설정된 목표 공연비에 기초하여 제어하는 연료 공급량 제어 수단을 포함한다.

상기 목표 공연비 설정 수단은,

상기 촉매 상태 판정 수단에 의해 촉매(43)의 상태가 상기 산소 부족 상태로부터 상기 산소 과잉 상태로 변화되었다고 판정된 시점으로부터 「0을 포함하는 소정의 지연 시간인 린 지연 시간(TDL)」만큼 경과했을 때 목표 공연비(abyfr)를 「이론 공연비보다 작은 목표 리치 공연비(afRich)」로 설정함과 함께(도 10의 단계 1040 및 단계 1050, 도 5의 단계 540 내지 단계 550), 상기 촉매 상태 판정 수단에 의해 촉매(43)의 상태가 상기 산소 과잉 상태로부터 상기 산소 부족 상태로 변화되었다고 판정된 시점으로부터 「0을 포함하는 소정의 지연 시간인 리치 지연 시간 (TDR)」만큼 경과했을 때 목표 공연비(abyfr)를 「이론 공연비보다 큰 목표 린 공연비(afLean)」로 설정한다(도 10의 단계 1060 및 단계 1070, 도 5의 단계 540, 단계 555 및 단계 560).

상기 연료 공급량 제어 수단은,

기관(10)에 공급되는 연료량(연료 분사량)을 상기 설정된 목표 공연비(abyfr)에 기초하여 제어한다[도 5의 단계 520 내지 단계 535, 연료 분사 밸브(33)].

또한, 상기 목표 공연비 설정 수단은, 상기 소정의 조건이 성립한 경우(도 11의 단계 805 및 단계 830의 양 단계에 있어서의 「Yes」로의 판정을 참조), 리치 지연 시간(TDR)을, 상기 소정의 조건이 성립하고 있지 않은 경우의 상기 리치 지연 시간(TDR)[=기준 리치 지연 시간(TDR0)]보다 긴 시간으로 설정하도록 구성되어 있다 (도 11의 단계 1130). 또한, 이처럼 리치 지연 시간(TDR)이 설정되는 경우, 상기 린 지연 시간(TDL)은 항상 「0」 또는 일정값이어도 된다.

또한, 상기 목표 공연비 설정 수단은, 상기 소정의 조건이 성립하고 있는 경우(도 11의 단계 805 및 단계 830의 양 단계에 있어서의 「Yes」로의 판정을 참조), 린 지연 시간(TDL)을, 상기 소정의 조건이 성립하고 있지 않은 경우의 상기 린 지연 시간(TDL)[=기준 린 지연 시간(TDL0)]보다 짧은 시간으로 설정하도록 구성되어 있다(도 11의 단계 1140). 또한, 이처럼 린 지연 시간(TDL)이 설정되는 경우, 상기 리치 지연 시간(TDR)은 「0」 또는 일정값이어도 된다.

따라서, 제2 제어 장치에 의하면, 목표 공연비가 리치 공연비로 설정되어 있는 시간이 「리치 지연 시간(TDR)이 길어진 시간」 및/또는 「린 지연 시간(TDL)이 짧아진 시간」만큼 길어진다. 따라서, 기관(10)의 공연비의 평균값(따라서, 촉매로 유입되는 가스인 촉매 유입 가스의 공연비의 평균값)이 이론 공연비보다 작아진다(리치해진다). 따라서, 상기 소정의 조건이 성립했을 때, 촉매(43)의 상태를 「NOx의 환원 속도가 높여진 상태」로 설정해 둘 수 있다.

<제3 실시 형태>

다음으로, 본 발명의 제3 실시 형태에 관련된 내연 기관의 제어 장치(이하, 「제3 제어 장치」라고도 호칭한다)에 대하여 설명한다.

제3 제어 장치는, 상기 소정의 조건이 성립했을 때, 목표 리치 공연비(afRich) 및 목표 린 공연비(afLean)을 변경하는 대신, 리치 판정 역치(dRichth)를 크게 함으로써, 촉매(43)의 상태가 산소 과잉 상태가 되어 있다고 판정되어 있는 기간을 상대적으로 길게 하는 점에 있어서만, 제1 제어 장치와 차이가 있다.

더 구체적으로 말하면, 제3 제어 장치는, 제1 제어 장치와 같이 리치 요구 플래그(XRichreq)의 값이 「1」일 때 목표 공연비(abyfr)을 목표 리치 공연비(afRich)로 설정하고, 리치 요구 플래그(XRichreq)의 값이 「0」일 때 목표 공연비(abyfr)를 목표 린 공연비(afLean)로 설정한다.

또한, 제3 제어 장치는, 도 12에 나타내는 바와 같이, 상기 서술한 소정의 조건이 성립하고 있지 않은 경우, 리치 판정 역치(dRichth)를 기준 리치 판정 역치(dRichth0)로 설정한다. 이 때문에, 도 12에 나타낸 예에 있어서는, 시각(t2)에 있어서 촉매 린 상태 표시 플래그(XCCROLean) 및 리치 요구 플래그(XRichreq)의 값이 「1」로부터 「0」으로 변경된다. 즉, 촉매(43)의 상태가 산소 과잉 상태로 판정된 경우, 하류측 공연비 센서(67)의 출력값(Voxs)가 약간 증대한 시점에서 촉매(43)의 상태가 산소 부족 상태로 변화되었다고 판정되어, 그 시점에서 목표 공연비(abyfr)가 목표 린 공연비(afLean)로 전환된다.

이에 대하여, 상기 서술한 소정의 조건이 성립한 경우, 제3 제어 장치는 리치 판정 역치(dRichth)를 「기준 리치 판정 역치(dRichth0)에 정의 보정량(ΔdRi)을 더한 값(dRichth0+ΔdRi)」으로 설정한다. 이것에 의하면, 하류측 공연비 센서(67)의 출력값(Voxs)의 변화의 태양이 동일했다고 하여도, 촉매 린 상태 표시 플래그(XCCROLean) 및 리치 요구 플래그(XRichreq)의 값이 「1」로부터 「0」으로 변경되는 시점이 시각(t2)보다 느린 시각(t3)이 된다. 즉, 촉매(43)의 상태가 산소 과잉 상태로 판정된 경우, 하류측 공연비 센서(67)의 출력값(Voxs)이 단위 시간당 「기준 리치 판정 역치(dRichth0)보다 큰 량」만큼 증대한 시각(t3)에서 촉매(43)의 상태가 산소 부족 상태로 변화되었다고 판정되어, 그 시점에서 목표 공연비(abyfr)가 목표 린 공연비(afLean)로 전환된다. 이 결과, 목표 공연비(abyfr)는, 시각(t2)으로부터 시각(t3)까지의 기간에 대응하는 시간만큼 길게, 목표 리치 공연비(afRich)로 설정된다. 이것에 의해, 제3 제어 장치는, 상기 서술한 소정의 조건이 성립한 경우, 촉매(43) 내의 환원제의 농도를 상승시킨다.

(실제의 작동)

제3 제어 장치의 CPU는, 도 5 내지 도 7에 나타낸 루틴을 제1 제어 장치의 CPU와 동일하게 실행한다. 단, 도 5의 단계 545에서 판독되는 목표 리치 공연비(afRich)는 일정값(예를 들면, 14.2)이며, 도 5의 단계 555에서 판독되는 목표 린 공연비(afLean)는 일정값(15.0)이다.

또한, 제3 제어 장치의 CPU는 도 13에 나타낸 판정 역치 산출 루틴을 소정 시간의 경과마다 실행하도록 되어 있다. 이 루틴에 의해, 도 6의 단계 615 및 단계 620에서 각각 판독되는 리치 판정 역치(dRichth) 및 린 판정 역치(dLeanth)가 산출된다. 도 13에 나타낸 단계로서 도 8에도 나타낸 단계에는, 도 8에 나타낸 단계와 동일한 부호가 붙여져 있다. 이들 단계의 상세한 설명은 적절히 생략된다.

상기 서술한 소정의 조건이 성립하고 있지 않은 경우, CPU는 도 13의 단계 1310으로 진행하여 리치 판정 역치(dRichth)를 일정한 기준 리치 판정 역치(dRichth0)로 설정한다. 이어서, CPU는 단계 1320으로 진행하여 린 판정 역치(dLeanth)를 일정한 기준 린 판정 역치(dLeanth0)로 설정하고, 단계 1395로 진행하여 본 루틴을 일단 종료한다.

이에 대하여, 상기 서술한 소정의 조건이 성립하면, CPU는 단계 1330으로 진행하고, 리치 판정 역치(dRichth)를 흡입 공기량(Ga)에 기초하여 결정한다. 더 구체적으로 말하면, 리치 판정 역치(dRichth)는 흡입 공기량(Ga)이 커질수록, 기준 리치 판정 역치(dRichth0) 이상의 범위에 있어서 커지도록 결정된다. 다시 말하면, CPU는, 흡입 공기량(Ga)이 클수록 커지는 정의 보정량(ΔdRi)를 구하고, 「기준 리치 판정 역치(dRichth0)에 정의 보정량(ΔdRi)을 가한 값(dRichth0+ΔdRi)」을 리치 판정 역치(dRichth)로서 설정한다.

다음으로, CPU는 단계 1340으로 진행하고, 린 판정 역치(dLeanth)를 흡입 공기량(Ga)에 기초하여 결정한다. 더 구체적으로 말하면, 린 판정 역치(dLeanth)는 흡입 공기량(Ga)가 커질수록, 기준 린 판정 역치(dLeanth0) 이하의 범위에 있어서 작아지도록 결정된다. 다시 말하면, CPU는, 흡입 공기량(Ga)이 클수록 커지는 정의 보정량(ΔdLi)을 구하고, 「기준 린 판정 역치(dLeanth0)로부터 정의 보정량(ΔdLi)을 뺀 값(dLeanth0-ΔdLi)」을 린 판정 역치(dLeanth)로서 설정한다. 또한, 린 판정 역치(dLeanth)는 일정값[기준 린 판정 역치(dLeanth0)]이어도 된다. 또한, 린 판정 역치(dLeanth)가 단계 1340의 처리에 근거하는 바와 같이 가변인 경우, 리치 판정 역치(dRichth)는 일정값[기준 리치 판정 역치(dRichth0)]이어도 된다. 그 후, CPU는 단계 1395로 진행하여 본 루틴을 일단 종료한다.

이상, 설명한 바와 같이, 제3 제어 장치는, 제2 제어 장치의 「목표 공연비 설정 수단 및 연료 공급량 제어 수단」을 갖는다. 또한, 제3 제어 장치의 목표 공연비 설정 수단은, 상기 소정의 조건이 성립하고 있지 않은 경우의 상기 리치 판정 역치(dRichth)를, 상기 소정의 조건이 성립하고 있지 않은 경우의 상기 리치 판정 역치(dRichth)[=기준 리치 판정 역치(dRichth0)]보다 큰 값으로 설정하도록 구성되어 있다(도 13의 단계 1330).

또한, 제3 제어 장치의 목표 공연비 설정 수단은, 또한,

상기 소정의 조건이 성립한 경우의 상기 린 판정 역치(dLeanth)를, 상기 린 지연 시간이 상기 소정의 조건이 성립하고 있지 않은 경우의 상기 린 판정 역치(dLeanth)[=기준 린 판정 역치(dLeanth0)]보다 작은 값으로 설정하도록 구성되어 있다(도 13의 단계 1340).

따라서, 제3 제어 장치에 의하면, 상기 소정의 조건이 성립한 경우, 촉매(43)의 상태가 산소 부족 상태로 판정되어 있는 기간이 짧아지고, 촉매(43)의 상태가 산소 과잉 상태로 판정되어 있는 기간이 길어진다. 따라서, 상기 소정의 조건이 성립한 경우, 목표 공연비가 목표 리치 공연비(afRich)로 설정되어 있는 시간이 상대적으로 길어진다. 따라서, 기관(10)의 공연비의 평균값(따라서, 촉매로 유입되는 가스인 촉매 유입 가스의 공연비의 평균값)이 이론 공연비보다 작아진다(리치해진다).

따라서, 상기 소정의 조건이 성립했을 때, 촉매(43)의 상태를 「NOx의 환원 속도가 높아진 상태」로 설정해 둘 수 있다.

<제4 실시 형태>

다음으로, 본 발명의 제4 실시 형태에 관련된 내연 기관의 제어 장치(이하, 「제4 제어 장치」라고도 호칭한다)에 대하여 설명한다.

제4 제어 장치는, 제1 내지 제3 제어 장치와 달리, 상기 소정의 조건이 성립했을 때, 촉매(43)의 온도가 상승하도록 기관의 공연비를 제어한다. 더 구체적으로 말하면, 제4 제어 장치는, 상기 소정의 조건이 성립했을 때의 목표 리치 공연비(afRich)를 상기 소정의 조건이 성립하고 있지 않을 때의 목표 리치 공연비(afRich)보다 작은 값으로 설정하고, 또한, 상기 소정의 조건이 성립했을 때의 목표 린 공연비(afLean)를 상기 소정의 조건이 성립하고 있지 않을 때의 목표 린 공연비(afLean)보다 큰 값으로 설정한다.

(실제의 작동)

제4 제어 장치의 CPU는, 도 5 내지 도 7에 나타낸 루틴을 제1 제어 장치의 CPU 와 동일하게 실행한다. 또한 제4 제어 장치의 CPU는, 도 14에 나타낸 목표 공연비 산출 루틴을 소정 시간의 경과마다 실행하도록 되어 있다. 또한, 도 14에 나타낸 단계이며 도 8에도 나타낸 단계에는, 도 8에 나타낸 단계와 동일한 부호가 붙여져 있다. 이들 단계의 상세한 설명은 적절히 생략된다.

상기 서술한 소정의 조건이 성립하고 있지 않은 경우, CPU는 도 14의 단계 810으로 진행하여 목표 리치 공연비(afRich)를 일정한 기준 목표 리치 공연비(afLean0)로 설정한다. 이어서, CPU는 단계 815로 진행하여 목표 린 공연비(afLean)를 일정한 기준 목표 린 공연비(afLean0)로 설정한다.

이것에 대하여, 상기 서술한 소정의 조건이 성립하면, CPU는, 이하에 진술하는 단계 835 내지 단계 845, 및, 단계 1410의 처리를 순서대로 행하고, 그 후, 단계 1495로 진행하여 본 루틴을 일단 종료한다.

단계 840: CPU는, 목표 리치 공연비(afRich)를, 기준 목표 리치 공연비(afLean0)로부터 목표 리치 공연비 보정량(ΔR)을 뺀 값(afRich0-ΔR)으로 설정한다. 이 결과, 목표 리치 공연비(afRich)는, 흡입 공기량(Ga)이 클수록 이론 공연비(stoich)로부터 멀어지도록 작아지는 공연비로서 산출된다.

단계 845: CPU는 흡입 공기량(Ga)에 기초하여 목표 린 공연비 보정량(ΔL)을 결정한다. 목표 린 공연비 보정량(ΔL)은, 흡입 공기량(Ga)이 커질수록 커지도록 결정된다. 이 경우, 임의의 흡입 공기량(Ga)에 대한 목표 린 공연비 보정량(ΔL)은, 그 흡입 공기량(Ga)에 대한 목표 리치 공연비 보정량(ΔR)과 동일한 값으로서 결정된다. 단, 임의의 흡입 공기량(Ga)에 대한 목표 린 공연비 보정량(ΔL)은, 그 흡입 공기량(Ga)에 대한 목표 리치 공연비 보정량(ΔR)과 다른 값으로서 결정되어도 된다.

단계 1410: CPU는, 목표 린 공연비(afLean)를, 기준목표 린 공연비(afLean0)에 목표 린 공연비 보정량(ΔL)을 가한 값(afLean0+ΔL)으로 설정한다. 이 결과, 목표 린 공연비(afLean)는, 흡입 공기량(Ga)이 클수록 이론 공연비(stoich)로부터 멀어지도록 커지는 공연비로서 산출된다.

이상, 설명한 바와 같이, 제4 제어 장치에 의하면, 상기 소정의 조건(조건 1 및 조건 2)이 성립한 경우, 다시 말하면, 다량의 NOx가 촉매(43)로 유입하는 것이 예측된 경우, 목표 린 공연비(afLean)가 소정의 조건이 성립하고 있지 않은 경우와 비교하여 목표 린 공연비 보정량(ΔL)만큼 증대되고, 목표 리치 공연비(afRich)가 소정의 조건이 성립하고 있지 않은 경우와 비교하여 목표 리치 공연비 보정량(ΔR)만큼 감소된다. 그 결과, 촉매(43)에는, 통상 시(상기 소정의 조건이 성립하지 않은 때)와 비교하여, 보다 큰 공연비의 배기 가스보다 작은 공연비의 배기 가스가 번갈아 유입된다. 단, 목표 리치 공연비 보정량(ΔR)과 목표 린 공연비 보정량(ΔL)과는 서로 동일한 값이므로, 상기 소정의 조건(조건 1 및 조건 2)이 성립한 경우에 있어서의 「목표 리치 공연비(afRich)와 목표 린 공연비(afLean)의 평균값」은 이론 공연비(stoich)가 된다.

이 결과, 촉매(43)로 유입되는 가스의 공연비의 변동 폭이 커지고, 따라서, 촉매(43) 내에 있어서의 산화 환원 반응이 활발해지므로, 그 반응에 의해 발생하는 열의 양이 커진다. 이것에 의해, 상기 소정의 조건이 성립한 경우, 촉매(43)의 온도를 상승시킬 수 있다. 따라서, 그 후에 있어서 기관(10)이 가속되어, 다량의 NOx가 촉매(43)로 유입된 경우에도, 촉매(43)의 NOx의 환원 속도가 커져 있으므로, 촉매(43)는 많은 NOx를 정화할 수 있다. 그 결과, 촉매(43)로부터 유출되는 정화되지 않은 NOx의 양을 저감시킬 수 있다.

이상, 설명한 바와 같이, 본 발명의 각 실시 형태에 관련된 공연비 제어 장치는, 하류측 공연비 센서(67)의 출력값(Voxs)에 기초하여 기관의 공연비를 제어하는 공연비 제어 수단을 구비한 내연 기관의 공연비 제어 장치이다.

또한, 상기 공연비 제어 수단은,

상기 촉매에 다량의 질소 산화물이 유입되는 운전 상태가 도래하는 것을 예측하는 소정의 조건이 성립하고 있는지의 여부를 판정하는 조건 판정 수단(도 8, 도 11 및 도 13 등의 단계 805 내지 단계 830을 참조)을 포함하고,

상기 소정의 조건이 성립한 경우, 상기 소정의 조건이 성립하고 있지 않은 경우와 비교하여, 상기 촉매(43) 내의 환원제의 농도가 상승하도록 기관(10)의 공연비를 제어한다(제1∼제3 제어 장치).

또한, 제1∼제3 제어 장치는, 상기 소정의 조건이 성립한 경우의 기관(10)의 공연비의 평균값이, 상기 소정의 조건이 성립하고 있지 않은 경우의 기관(10)의 공연비의 평균값보다 작아지도록, 기관(10)의 공연비를 제어함으로써, 상기 소정의 조건이 성립한 경우에 상기 촉매(43) 내의 환원제의 농도를 상승시키도록 구성되어 있다.

혹은, 상기 공연비 제어 수단은,

상기 촉매에 다량의 질소 산화물이 유입되는 운전 상태가 도래하는 것을 예측하는 소정의 조건이 성립하고 있는지의 여부를 판정하는 조건 판정 수단(도 14의 단계 805 내지 단계 830을 참조)을 포함하고,

상기 소정의 조건이 성립한 경우, 상기 소정의 조건이 성립하고 있지 않은 경우와 비교하여, 상기 촉매(43)의 온도가 상승하도록 기관(10)의 공연비를 제어한다(제4 제어 장치).

이와 같이, 상기 공연비 제어 수단은, 촉매(43)에 다량의 질소 산화물이 유입되는 운전 상태가 도래하는지의 여부를 「상기 소정의 조건이 성립되어 있는지」에 기초하여 판정하는 수단을 포함한다.

따라서, 각 제어 장치는, 기관(10)이 가속되어 다량의 NOx가 촉매(43)로 유입되는 경우, 그 시점까지 촉매(43)의 NOx의 환원 속도를 큰 값으로 설정해 둘 수 있으므로, 촉매(43)에 의해 많은 NOx를 정화할 수 있다. 그 결과, 촉매(43)로부터 유출되는 정화되지 않은 NOx의 양을 저감시킬 수 있다.

본 발명은 상기 실시 형태에 한정되지 않으며, 본 발명의 범위 내에 있어서 다양한 변형예를 채용할 수 있다. 예를 들면, 제1 내지 제4 제어 장치는, 모순이 발생하지 않는 범위에 있어서 서로 조합시킬 수 있다. 또, 단계 835, 단계 845, 단계 1130, 단계 1140, 단계 1330 및 단계 1340 등에서 사용되는 흡입 공기량(Ga)은, 상기 서술한 흡입 공기량 상관값이면 된다.

Claims

내연 기관의 배기 통로에 배설된 촉매와,
상기 배기 통로의 상기 촉매의 하류측에 배설된 하류측 공연비 센서와,
상기 하류측 공연비 센서의 출력값에 기초하여 상기 기관에 공급되는 혼합 기의 공연비인 기관의 공연비를 제어하는 공연비 제어 수단을 구비한 내연 기관의 공연비 제어 장치에 있어서,
상기 공연비 제어 수단은,
상기 촉매에 다량의 질소 산화물이 유입되는 운전 상태가 도래하는 것을 예측하는 소정의 조건이 성립하고 있는지의 여부를 판정하는 조건 판정 수단을 포함하고,
상기 소정의 조건이 성립한 경우, 상기 소정의 조건이 성립하고 있지 않은 경우와 비교하여, 상기 촉매 내의 환원제의 농도 및 상기 촉매의 온도 중 적어도 일방이 상승하도록, 상기 기관의 공연비를 제어하는 내연 기관의 공연비 제어 장치.
제1항에 있어서,
상기 소정의 조건은,
상기 기관의 흡입 공기량이 클수록 커지는 흡입 공기량 상관값이 저측(低側) 공기량 역치보다 크고 또한 상기 저측 공기량 역치보다 큰 고측(高側) 공기량 역치보다 작은 것, 및, 상기 기관을 탑재한 차량의 속도가 저측 속도 역치보다 크고 또한 상기 저측 속도 역치보다 큰 고측 속도 역치보다 작은 것 중 적어도 어느 일방이 성립하는 경우에 성립하는 조건인 공연비 제어 장치.
제2항에 있어서,
상기 소정의 조건은, 또한,
상기 흡입 공기량 상관값의 단위 시간당 변화량이 소정 변화량 역치보다 작은 것이 성립하는 경우에 성립하는 조건인 공연비 제어 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 공연비 제어 수단은,
상기 소정의 조건이 성립한 경우의 상기 기관의 공연비의 평균값이, 상기 소정의 조건이 성립하고 있지 않은 경우의 상기 기관의 공연비의 평균값보다 작아지도록, 상기 기관의 공연비를 제어함으로써, 상기 소정의 조건이 성립한 경우에 상기 촉매 내의 환원제의 농도를 상승시키도록 구성된 공연비 제어 장치.
제4항에 있어서,
상기 공연비 제어 수단은,
상기 하류측 공연비 센서의 출력값에 기초하여, 상기 촉매의 산소 흡장량이 과잉이 되는 경향이 있고 상기 촉매에 이론 공연비보다 작은 리치 공연비의 가스를 유입시키는 리치 요구가 발생했다고 판정했을 때 상기 기관의 공연비의 목표를 이론 공연비보다 작은 목표 리치 공연비로 설정함과 함께, 상기 촉매의 산소 흡장량이 부족한 경향이 있고 상기 촉매에 이론 공연비보다 큰 린 공연비의 가스를 유입시키는 린 요구가 발생했다고 판정했을 때 상기 기관의 공연비의 목표를 이론 공연비보다 큰 목표 린 공연비로 설정하는 목표 공연비 설정 수단과,
상기 기관에 공급되는 연료량을 상기 설정된 목표 공연비에 기초하여 제어하는 연료 공급량 제어 수단을 포함하고,
상기 목표 공연비 설정 수단은, 또한,
상기 소정의 조건이 성립하고 있는 경우의 상기 목표 리치 공연비를, 상기 소정의 조건이 성립하고 있지 않은 경우의 상기 목표 리치 공연비보다 작은 공연비로 설정하도록 구성된 공연비 제어 장치.
제5항에 있어서,
상기 목표 공연비 설정 수단은,
상기 하류측 공연비 센서의 출력값의 단위 시간당의 변화량(ΔVoxs)이 음의 값이며, 또한, 그 크기(|ΔVoxs|)가 린 판정 역치(dLeanth)보다 커졌을 때, 상기 리치 요구가 발생했다고 판정하고,
상기 변화량(ΔVoxs)이 양의 값이며, 또한, 그 크기(|ΔVoxs|)가 리치 판정 역치(dRichth)보다 커졌을 때, 상기 린 요구가 발생했다고 판정하도록 구성된 공연비 제어 장치.
제4항에 있어서,
상기 공연비 제어 수단은,
상기 하류측 공연비 센서의 출력값의 단위 시간당의 변화량(ΔVoxs)이 음의 값이며, 또한, 그 크기(|ΔVoxs|)가 린 판정 역치(dLeanth)보다 커졌을 때, 상기 촉매의 상태가 상기 산소 과잉 상태가 되었다고 판정함과 함께, 상기 변화량(ΔVoxs)이 양의 값이며, 또한, 그 크기(|ΔVoxs|)가 리치 판정 역치(dRichth)보다 커졌을 때, 상기 촉매의 상태가 산소 부족 상태가 되었다고 판정하는 촉매 상태 판정 수단과,
상기 촉매 상태 판정 수단에 의해 상기 촉매의 상태가 상기 산소 부족 상태로부터 상기 산소 과잉 상태로 변화되었다고 판정된 시점으로부터 0을 포함하는 소정의 지연 시간인 린 지연 시간만큼 경과했을 때 상기 기관의 공연비의 목표를 이론 공연비보다 작은 목표 리치 공연비로 설정함과 함께, 상기 촉매 상태 판정 수단에 의해 상기 촉매의 상태가 상기 산소 과잉 상태로부터 상기 산소 부족 상태로 변화되었다고 판정된 시점으로부터 0을 포함하는 소정의 지연 시간인 리치 지연 시간만큼 경과했을 때 상기 기관의 공연비의 목표를 이론 공연비보다 큰 목표 린 공연비로 설정하는 목표 공연비 설정 수단과,
상기 기관에 공급되는 연료량을 상기 설정된 목표 공연비에 기초하여 제어하는 연료 공급량 제어 수단을 포함하고,
상기 목표 공연비 설정 수단은, 또한,
상기 소정의 조건이 성립하고 있는 경우의 상기 리치 지연 시간을, 상기 소정의 조건이 성립하고 있지 않은 경우의 상기 리치 지연 시간보다 긴 시간으로 설정하도록 구성된 공연비 제어 장치.
제4항에 있어서,
상기 공연비 제어 수단은,
상기 하류측 공연비 센서의 출력값의 단위 시간당의 변화량(ΔVoxs)이 음의 값이며, 또한, 그 크기(|ΔVoxs|)가 린 판정 역치(dLeanth)보다 커졌을 때, 상기 촉매의 상태가 상기 산소 과잉 상태가 되었다고 판정함과 함께, 상기 변화량(ΔVoxs)이 양의 값이며, 또한, 그 크기(|ΔVoxs|)가 리치 판정 역치(dRichth)보다 커졌을 때, 상기 촉매의 상태가 산소 부족 상태가 되었다고 판정하는 촉매 상태 판정 수단과,
상기 촉매 상태 판정 수단에 의해 상기 촉매의 상태가 상기 산소 부족 상태로부터 상기 산소 과잉 상태로 변화되었다고 판정된 시점으로부터 소정의 지연 시간인 린 지연 시간만큼 경과했을 때 상기 기관의 공연비의 목표 공연비를 이론 공연비보다 작은 목표 리치 공연비로 설정함과 함께, 상기 촉매 상태 판정 수단에 의해 상기 촉매의 상태가 상기 산소 과잉 상태로부터 상기 산소 부족 상태로 변화되었다고 판정된 시점으로부터 소정의 지연 시간인 0을 포함하는 리치 지연 시간만큼 경과했을 때 상기 기관의 공연비의 목표 공연비를 이론 공연비보다 큰 목표 린 공연비로 설정하는 목표 공연비 설정 수단과,
상기 기관에 공급되는 연료량을 상기 설정된 목표 공연비에 기초하여 제어하는 연료 공급량 제어 수단을 포함하고,
상기 목표 공연비 설정 수단은, 또한,
상기 소정의 조건이 성립하고 있는 경우의 상기 린 지연 시간을, 상기 소정의 조건이 성립하고 있지 않은 경우의 상기 린 지연 시간보다 짧은 시간으로 설정하도록 구성된 공연비 제어 장치.
제4항에 있어서,
상기 공연비 제어 수단은,
상기 하류측 공연비 센서의 출력값의 단위 시간당의 변화량(ΔVoxs)이 음의 값이며, 또한, 그 크기(|ΔVoxs|)가 린 판정 역치(dLeanth)보다 커졌을 때, 상기 기관의 공연비의 목표 공연비를 이론 공연비보다 작은 목표 리치 공연비로 설정하고,
상기 변화량(ΔVoxs)이 양의 값이며, 또한, 그 크기(|ΔVoxs|)가 리치 판정 역치(dRichth)보다 커졌을 때, 상기 기관의 공연비의 목표 공연비를 이론 공연비보다 큰 목표 린 공연비로 설정하는 목표 공연비 설정 수단과,
상기 기관에 공급되는 연료량을 상기 설정된 목표 공연비에 기초하여 제어하는 연료 공급량 제어 수단을 포함하고,
상기 목표 공연비 설정 수단은, 또한,
상기 소정의 조건이 성립한 경우의 상기 리치 판정 역치(dRichth)를, 상기 소정의 조건이 성립하고 있지 않은 경우의 상기 리치 판정 역치(dRichth)보다 큰 값으로 설정하도록 구성된 공연비 제어 장치.
제4항에 있어서,
상기 공연비 제어 수단은,
상기 하류측 공연비 센서의 출력값의 단위 시간당의 변화량(ΔVoxs)이 음의 값이며, 또한, 그 크기(|ΔVoxs|)가 린 판정 역치(dLeanth)보다 커졌을 때, 상기 기관의 공연비의 목표 공연비를 이론 공연비보다 작은 목표 리치 공연비로 설정하고,
상기 변화량(ΔVoxs)이 양의 값이며, 또한, 그 크기(|ΔVoxs|)가 리치 판정 역치(dRichth)보다 커졌을 때, 상기 기관의 공연비의 목표 공연비를 이론 공연비보다 큰 목표 린 공연비로 설정하는 목표 공연비 설정 수단과,
상기 기관에 공급되는 연료량을 상기 설정된 목표 공연비에 기초하여 제어하는 연료 공급량 제어 수단을 포함하고,
상기 목표 공연비 설정 수단은, 또한,
상기 소정의 조건이 성립하고 있는 경우의 상기 린 판정 역치(dLeanth)를, 상기 린 지연 시간이 상기 소정의 조건이 성립하고 있지 않은 경우의 상기 린 판정 역치(dLeanth)보다 작은 값으로 설정하도록 구성된 공연비 제어 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 공연비 제어 수단은,
상기 하류측 공연비 센서의 출력값에 기초하여, 상기 촉매의 산소 흡장량이 과잉이 되는 경향이 있고 상기 촉매에 이론 공연비보다 작은 리치 공연비의 가스를 유입시키는 리치 요구가 발생했다고 판정했을 때 상기 기관의 공연비의 목표를 이론 공연비보다 작은 목표 리치 공연비로 설정함과 함께, 상기 촉매의 산소 흡장량이 부족해지는 경향이 있고 상기 촉매에 이론 공연비보다 큰 린 공연비의 가스를 유입시키는 린 요구가 발생했다고 판정했을 때 상기 기관의 공연비의 목표를 이론 공연비보다 큰 목표 린 공연비로 설정하는 목표 공연비 설정 수단과,
상기 기관에 공급되는 연료량을 상기 설정된 목표 공연비에 기초하여 제어하는 연료 공급량 제어 수단을 포함하고,
상기 목표 공연비 설정 수단은, 또한,
상기 소정의 조건이 성립하고 있는 경우의 상기 목표 리치 공연비를 상기 소정의 조건이 성립하고 있지 않은 경우의 상기 목표 리치 공연비보다 작은 공연비로 설정함과 함께, 상기 소정의 조건이 성립하고 있는 경우의 상기 목표 린 공연비를 상기 소정의 조건이 성립하고 있지 않은 경우의 상기 목표 린 공연비보다 큰 공연비로 설정함으로써, 상기 촉매 내에 있어서 발생하는 열의 양을 증대시켜 상기 촉매의 온도를 상승시키는 공연비 제어 장치.