KR20160117177A

KR20160117177A - 내연 기관의 배기 정화 장치

Info

Publication number: KR20160117177A
Application number: KR1020160023103A
Authority: KR
Inventors: 슌타로 오카자키; 타로 오카자키; 겐지 스즈키; 히로시 미야모토; 유지 미요시
Original assignee: 도요타지도샤가부시키가이샤
Priority date: 2015-03-31
Filing date: 2016-02-26
Publication date: 2016-10-10
Also published as: CN106014664A; BR102016007087B1; AU2016201876B2; US20160290269A1; FR3034456A1; DE102016105277A1; AU2016201876A1; US9835104B2; KR101822562B1; BR102016007087A2; DE102016105277B4; FR3034456B1; CN106014664B

Abstract

하류측 공연비 센서에 소자 깨짐의 이상이 발생한 경우에 이 이상을 진단할 수 있는 내연 기관의 배기 정화 장치를 제공한다.
배기 정화 장치는, 배기 정화 촉매(20)와, 하류측 공연비 센서(41)와, 배기 가스의 공연비를 제어하는 공연비 제어 및 하류측 공연비 센서의 이상 진단을 행하는 이상 진단 제어를 행하는 제어 장치를 구비한다. 제어 장치는, 공연비 제어에 있어서 배기 정화 촉매에 유입되는 배기 가스의 공연비를 농후 공연비와 희박 공연비로 교대로 반복하여 전환한다. 또한, 제어 장치는, 이상 진단 제어에 있어서, 공연비 제어에 의해 배기 정화 촉매에 유입되는 배기 가스의 공연비가 농후 공연비로 되었을 때, 하류측 공연비 센서의 출력 공연비가 소정의 희박 판정 공연비보다도 농후한 공연비로부터 희박한 공연비로 변화했을 때에는, 하류측 공연비 센서에 이상이 발생하였다고 판정한다.

Description

내연 기관의 배기 정화 장치{EXHAUST GAS PURIFICATION SYSTEM FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

본 발명은, 내연 기관의 배기 정화 장치에 관한 것이다.

내연 기관의 배기 통로에 설치된 배기 정화 촉매의 배기 흐름 방향 상류측 및 배기 흐름 방향 하류측에 공연비 센서를 설치한 배기 정화 장치가 알려져 있다. 이러한 내연 기관에서는, 상류측의 공연비 센서의 출력에 기초하여 배기 정화 촉매에 유입되는 배기 가스의 공연비가 목표 공연비로 되도록 피드백 제어를 행하고 있다. 또한, 목표 공연비는, 이론 공연비보다도 농후한 공연비(이하, 단순히 「농후 공연비」라고 함)와 이론 공연비보다도 희박한 공연비(이하, 단순히 「희박 공연비」라고 함)로 교대로 설정된다(예를 들어, 특허문헌 1).

특히, 특허문헌 1에 기재된 내연 기관에서는, 하류측 공연비 센서의 출력에 상당하는 공연비(이하, 「출력 공연비」라고도 함)가 이론 공연비보다도 농후한 농후 판정 공연비 이하로 되었을 때 목표 공연비를 희박 공연비로 전환함과 함께, 배기 정화 촉매의 산소 흡장량이 최대 흡장 가능 산소량보다도 적은 소정의 전환 기준 흡장량 이상으로 되었을 때 목표 공연비를 농후 공연비로 전환하도록 하고 있다. 특허문헌 1에 의하면, 이에 의해, 배기 정화 촉매로부터 NOx가 유출되는 것을 억제할 수 있게 되어 있다.

국제 공개 제2014/118892호 일본 특허공개 제2006-343281호 공보

그런데, 공연비 센서를 구성하는 소자에 깨짐이 발생한 경우, 공연비 센서 주위의 배기 가스의 공연비가 거의 이론 공연비 또는 희박 공연비일 때에는, 공연비 센서의 출력 공연비는 실제의 배기 가스의 공연비와 거의 동등하게 된다. 그런데, 공연비 센서 주위의 배기 가스의 공연비가 농후 공연비일 때에는, 공연비 센서의 출력 공연비가 실제의 배기 가스의 공연비와는 상이한 공연비, 특히 희박 공연비로 되는 경우가 있다.

이와 같이, 공연비 센서에 소자 깨짐이 발생하고 있는 경우에는, 공연비 센서 주위의 배기 가스의 공연비를 정확하게 검출할 수 없는 경우가 있다. 이와 같이 소자 깨짐이 발생하여 잘못된 출력을 발생시키는 공연비 센서를 사용하여 전술한 바와 같은 목표 공연비의 제어를 행하면, 배기 정화 촉매로부터의 NOx 등의 유출을 억제할 수 없게 되는 경우가 있다.

따라서, 상기 과제를 감안하여, 본 발명의 목적은, 하류측 공연비 센서에 소자 깨짐의 이상이 발생한 경우에 이 이상을 진단할 수 있는 내연 기관의 배기 정화 장치를 제공하는 데 있다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 제1 발명에서는, 내연 기관의 배기 통로에 설치된 배기 정화 촉매와, 당해 배기 정화 촉매보다도 배기 흐름 방향 하류측에 있어서 상기 배기 통로에 설치된 하류측 공연비 센서와, 상기 배기 정화 촉매에 유입되는 배기 가스의 공연비를 제어하는 공연비 제어 및 상기 하류측 공연비 센서의 출력 공연비에 기초하여 당해 하류측 공연비 센서의 이상 진단을 행하는 이상 진단 제어를 행하는 제어 장치를 구비하고, 상기 제어 장치는, 상기 공연비 제어에 있어서, 상기 배기 정화 촉매에 유입되는 배기 가스의 공연비를, 이론 공연비보다도 농후한 농후 공연비와 이론 공연비보다도 희박한 희박 공연비로 교대로 반복하여 전환하고, 상기 제어 장치는, 상기 이상 진단 제어에 있어서, 상기 공연비 제어에 의해 상기 배기 정화 촉매에 유입되는 배기 가스의 공연비가 농후 공연비로 되어 있을 때, 상기 하류측 공연비 센서의 출력 공연비가 이론 공연비보다도 희박한 소정의 희박 판정 공연비보다도 농후한 공연비로부터 당해 희박 판정 공연비보다도 희박한 공연비로 변화했을 때에는, 상기 하류측 공연비 센서에 이상이 발생하였다고 판정하는, 내연 기관의 배기 정화 장치가 제공된다.

제2 발명에서는, 제1 발명에 있어서, 상기 제어 장치는, 상기 공연비 제어에 있어서 상기 배기 정화 촉매에 유입되는 배기 가스의 공연비가 목표 공연비로 되도록 내연 기관의 연소실에 공급되는 연료 공급량을 피드백 제어함과 함께, 상기 하류측 공연비 센서의 출력 공연비에 기초하여 공연비에 관한 파라미터를 보정하는 학습 제어를 더 행하고, 상기 제어 장치는, 상기 공연비 제어에 있어서 상기 목표 공연비를 농후 공연비와 희박 공연비로 교대로 전환함과 함께, 상기 하류측 공연비 센서의 출력 공연비가 이론 공연비보다도 농후한 소정의 농후 판정 공연비 이하로 되었을 때 상기 목표 공연비의 농후 공연비로부터 희박 공연비로의 전환을 행하고, 상기 제어 장치는, 상기 학습 제어에 있어서, 상기 목표 공연비를 희박 공연비로 전환하고 나서 다시 농후 공연비로 전환할 때까지의 산소 증대 기간에 있어서 상기 배기 정화 촉매에 유입되는 배기 가스의 공연비를 이론 공연비로 하고자 했을 때 과잉이 되는 산소의 양의 적산값인 적산 산소 과잉량과, 상기 목표 공연비를 농후 공연비로 전환하고 나서 다시 희박 공연비로 전환할 때까지의 산소 감소 기간에 있어서 상기 배기 정화 촉매에 유입되는 배기 가스의 공연비를 이론 공연비로 하고자 했을 때 부족한 산소의 양의 적산값인 적산 산소 부족량에 기초하여, 이들 적산 산소 과잉량과 적산 산소 부족량의 차가 작아지도록 상기 공연비에 관한 파라미터를 보정하고, 상기 제어 장치는, 상기 목표 공연비가 농후 공연비로 설정되어 있을 때 상기 하류측 공연비 센서에 이상이 발생하였다고 판정된 경우에는, 그 후에 상기 하류측 공연비 센서의 출력 공연비가 농후 판정 공연비 이하로 되어 상기 목표 공연비가 희박 공연비로 전환되어도, 이때의 적산 산소 부족량에 기초하는 상기 공연비에 관한 파라미터의 보정을 중지한다.

제3 발명에서는, 제2 발명에 있어서, 상기 제어 장치는, 상기 목표 공연비가 농후 공연비로 설정되어 있을 때 상기 하류측 공연비 센서의 출력 공연비가 상기 희박 판정 공연비보다도 농후한 공연비로부터 당해 희박 판정 공연비보다도 희박한 공연비로 변화함으로써 상기 하류측 공연비 센서에 이상이 발생하였다고 판정된 경우에는, 상기 목표 공연비를 전회 농후 공연비로 전환하고 나서 상기 하류측 공연비 센서의 출력 공연비가 상기 희박 판정 공연비보다도 농후한 공연비로부터 희박한 공연비로 변화했을 때까지의 기간에 있어서의 적산 산소 부족량을 산출하고, 당해 적산 산소 부족량과 상기 적산 산소 과잉량의 차가 작아지도록 상기 공연비에 관한 파라미터를 보정한다.

제4 발명에서는, 제2 또는 제3 발명에 있어서, 상기 제어 장치는, 상기 공연비 제어에 있어서, 상기 목표 공연비를 이론 공연비보다도 농후한 일정한 농후 설정 공연비와 이론 공연비보다도 희박한 일정한 희박 설정 공연비로 교대로 전환하고, 상기 제어 장치는, 상기 이상 진단 제어에 의해 상기 하류측 공연비 센서에 이상이 발생하였다고 판정된 경우에는, 상기 농후 설정 공연비의 농후 정도를 작게 한다.

제5 발명에서는, 제4 발명에 있어서, 상기 제어 장치는, 상기 공연비 제어에 있어서 상기 목표 공연비를 농후 공연비와 희박 공연비로 1회씩 설정하는 기간을 1 사이클로 하면, 당해 사이클의 횟수에 대한 상기 하류측 공연비 센서에 이상이 발생하였다고 판정되는 횟수의 비율이 미리 정해진 비율 이상인 경우에는, 상기 농후 설정 공연비의 농후 정도를 작게 한다.

제6 발명에서는, 제1 내지 제5 중 어느 하나의 발명에 있어서, 상기 제어 장치는, 상기 공연비 제어에 있어서, 상기 하류측 공연비 센서의 출력 공연비가 이론 공연비보다도 농후한 소정의 농후 판정 공연비 이하로 되었을 때 상기 배기 정화 촉매에 유입되는 배기 가스의 공연비를 농후 공연비로부터 희박 공연비로 전환하고, 상기 배기 정화 촉매의 산소 흡장량이 최대 흡장 가능 산소량보다도 적은 소정의 전환 기준 산소량 이상이 되었을 때 상기 배기 정화 촉매에 유입되는 배기 가스의 공연비를 희박 공연비로부터 농후 공연비로 전환한다.

본 발명에 의하면, 하류측 공연비 센서에 소자 깨짐의 이상이 발생한 경우에 이 이상을 진단할 수 있는 내연 기관의 배기 정화 장치가 제공된다.

도 1은, 본 발명의 이상 진단 장치가 사용되고 있는 내연 기관을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는, 공연비 센서의 개략적인 단면도이다.
도 3은, 각 배기 공연비 A/F에 있어서의 인가 전압 V와 출력 전류 I의 관계를 나타내는 도면이다.
도 4는, 인가 전압 V를 일정하게 했을 때의 공연비와 출력 전류 I의 관계를 나타내는 도면이다.
도 5는, 내연 기관의 통상 운전 시에 있어서의, 상류측 배기 정화 촉매의 산소 흡장량 등의 변화를 나타내는 타임차트이다.
도 6은, 소자 깨짐이 발생하고 있는 공연비 센서의 개략적인 단면도이다.
도 7은, 공연비 보정량 등의 타임차트이다.
도 8은, 제어 장치의 기능 블록도이다.
도 9는, 공연비 보정량 설정 제어의 제어 루틴을 나타내는 흐름도이다.
도 10은, 하류측 공연비 센서의 이상 진단을 행하는 이상 진단 제어의 제어 루틴을 나타내는 흐름도이다.
도 11은, 농후 설정 공연비 및 희박 설정 공연비의 설정 제어에 있어서의 제어 루틴을 나타내는 흐름도이다.
도 12는, 도 5와 마찬가지의, 상류측 배기 정화 촉매의 산소 흡장량 등의 변화를 나타내는 타임차트이다.
도 13은, 제어 중심 공연비 등의 타임차트이다.
도 14는, 하류측 공연비 센서 주위를 유통하는 배기 가스의 유량과, 하류측 공연비 센서의 출력 공연비와의 관계를 나타낸 도면이다.
도 15는, 하류측 공연비 센서에 소자 깨짐이 발생하고 있을 때의, 공연비 보정량 등의 변화를 나타내는 타임차트이다.
도 16은, 공연비 보정량 등의 변화를 나타내는 도 15와 마찬가지의 타임차트이다.
도 17은, 제어 장치의 기능 블록도이다.
도 18은, 학습 제어의 제어 루틴을 나타내는 흐름도이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태에 대하여 상세히 설명한다. 또한, 이하의 설명에서는, 마찬가지의 구성 요소에는 동일한 참조 번호를 부여한다.

<내연 기관 전체의 설명>

도 1은, 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 배기 정화 장치가 사용되는 내연 기관을 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 1을 참조하면, 1은 기관 본체, 2는 실린더 블록, 3은 실린더 블록(2) 내에서 왕복 이동하는 피스톤, 4는 실린더 블록(2) 위에 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 내벽면 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 이론 공연비가 14.6인 가솔린이 사용된다. 그러나, 본 발명의 배기 정화 장치가 사용되는 내연 기관에서는, 가솔린 이외의 연료, 또는 가솔린과의 혼합 연료를 사용해도 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 회동됨으로써, 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 집합한 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, 쌍방향성 버스(32)를 통해 서로 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 에어플로우 미터(39)가 배치되고, 이 에어플로우 미터(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(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(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 회전 수가 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, 상류측 배기 정화 촉매(20)에 유입되는 배기 가스의 공연비를 제어하는 공연비 제어 및 하류측 공연비 센서(41)의 출력 공연비에 기초하여 하류측 공연비 센서(41)의 이상 진단을 행하는 이상 진단 제어를 행하는 제어 장치로서 기능한다.

상류측 배기 정화 촉매(20) 및 하류측 배기 정화 촉매(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 3원 촉매이다. 3원 촉매는, 3원 촉매에 유입되는 배기 가스의 공연비가 이론 공연비로 유지되고 있으면, 미연 HC, CO 및 NOx를 동시에 정화하는 기능을 갖는다. 또한, 배기 정화 촉매(20, 24)에 어느 정도의 산소가 흡장되어 있는 경우에는, 배기 정화 촉매(20, 24)에 유입되는 배기 가스의 공연비가 이론 공연비에 대하여 농후측 또는 희박측으로 약간 어긋났다고 해도 미연 HC, CO 및 NOx가 동시에 정화된다.

즉, 배기 정화 촉매(20, 24)가 산소 흡장 능력을 갖고 있으면, 즉 배기 정화 촉매(20, 24)의 산소 흡장량이 최대 흡장 가능 산소량보다도 적으면, 배기 정화 촉매(20, 24)에 유입되는 배기 가스의 공연비가 이론 공연비보다도 약간 희박하게 되었을 때에는, 배기 가스 중에 포함되는 과잉 산소가 배기 정화 촉매(20, 24) 내에 흡장된다. 이로 인해, 배기 정화 촉매(20, 24)의 표면 위가 이론 공연비로 유지된다. 그 결과, 배기 정화 촉매(20, 24)의 표면 위에 있어서 미연 HC, CO 및 NOx가 동시에 정화되고, 이때 배기 정화 촉매(20, 24)로부터 유출되는 배기 가스의 공연비는 이론 공연비로 된다.

한편, 배기 정화 촉매(20, 24)가 산소를 방출할 수 있는 상태에 있으면, 즉 배기 정화 촉매(20, 24)의 산소 흡장량이 0보다도 많으면, 배기 정화 촉매(20, 24)에 유입되는 배기 가스의 공연비가 이론 공연비보다도 약간 농후하게 되었을 때에는, 배기 가스 중에 포함되어 있는 미연 HC, CO를 환원시키는데 부족한 산소가 배기 정화 촉매(20, 24)로부터 방출된다. 이로 인해, 이 경우에도 배기 정화 촉매(20, 24)의 표면 위가 이론 공연비로 유지된다. 그 결과, 배기 정화 촉매(20, 24)의 표면 위에 있어서 미연 HC, CO 및 NOx가 동시에 정화되고, 이때 배기 정화 촉매(20, 24)로부터 유출되는 배기 가스의 공연비는 이론 공연비로 된다.

이와 같이, 배기 정화 촉매(20, 24)에 어느 정도의 산소가 흡장되어 있는 경우에는, 배기 정화 촉매(20, 24)에 유입되는 배기 가스의 공연비가 이론 공연비에 대하여 농후측 또는 희박측으로 약간 어긋났다고 해도 미연 HC, CO 및 NOx가 동시에 정화되고, 배기 정화 촉매(20, 24)로부터 유출되는 배기 가스의 공연비는 이론 공연비로 된다.

<공연비 센서의 설명>

본 실시 형태에서는, 공연비 센서(40, 41)로서, 컵형의 한계 전류식 공연비 센서가 사용된다. 도 2를 이용하여, 공연비 센서(40, 41)의 구조에 대하여 간단히 설명한다. 공연비 센서(40, 41)는 고체 전해질층(51)과, 그 한쪽의 측면 위에 배치된 배기측 전극(52)과, 그 다른 쪽의 측면 위에 배치된 대기측 전극(53)과, 통과하는 배기 가스의 확산 율속을 행하는 확산 율속층(54)과, 기준 가스실(55)과, 공연비 센서(40, 41)의 가열, 특히 고체 전해질층(51)의 가열을 행하는 히터부(56)를 구비한다.

특히, 본 실시 형태의 컵형의 공연비 센서(40, 41)에서는, 고체 전해질층(51)은 일단부가 폐쇄된 원통 형상으로 형성된다. 고체 전해질층(51)의 내부에 구획 형성된 기준 가스실(55)에는, 대기 가스(공기)가 도입됨과 함께, 히터부(56)가 배치된다. 고체 전해질층(51)의 내면 위에 대기측 전극(53)이 배치되고, 고체 전해질층(51)의 외면 위에 배기측 전극(52)이 배치된다. 고체 전해질층(51) 및 배기측 전극(52)의 외면 위에는 이들을 덮도록 확산 율속층(54)이 배치된다. 또한, 확산 율속층(54)의 외측에는, 확산 율속층(54)의 표면 위에 액체 등이 부착되는 것을 방지하기 위한 보호층(도시하지 않음)이 설치되어도 된다.

고체 전해질층(51)은 ZrO₂(지르코니아), HfO₂, ThO₂, Bi₂0₃ 등에 CaO, MgO, Y₂0₃, Yb₂0₃ 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, 배기측 전극(52) 및 대기측 전극(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 인가 전압 제어 장치(60)에 의해 센서 인가 전압 V가 인가된다. 또한, ECU(31)에는, 센서 인가 전압 V를 인가했을 때 고체 전해질층(51)을 통해 이들 전극(52, 53) 사이에 흐르는 전류 I를 검출하는 전류 검출부(61)가 설치된다. 이 전류 검출부(61)에 의해 검출되는 전류가 공연비 센서(40, 41)의 출력 전류 I이다.

이와 같이 구성된 공연비 센서(40, 41)는, 도 3에 도시한 바와 같은 전압-전류(V-I) 특성을 갖는다. 도 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 공연비 센서(40, 41)의 출력 전류 I는 배기 가스의 공연비, 즉 배기 공연비 A/F가 높아질수록(희박해질수록), 커진다. 또한, 각 배기 공연비 A/F에 있어서의 V-I선에는, 센서 인가 전압 V축에 평행한 영역, 즉 센서 인가 전압 V가 변화하여도 출력 전류 I가 대부분 변화되지 않는 영역이 존재한다. 이 전압 영역은 한계 전류 영역이라 칭해지고, 이때의 전류는 한계 전류라 칭해진다. 도 3에서는, 배기 공연비가 18일 때의 한계 전류 영역 및 한계 전류를 각각 W₁₈, I₁₈로 나타내고 있다.

도 4는, 인가 전압 V를 0.45V 정도(도 3)로 일정하게 했을 때의, 배기 공연비와 출력 전류 I와의 관계를 나타내고 있다. 도 4로부터 알 수 있는 바와 같이, 공연비 센서(40, 41)에서는, 배기 공연비가 높아질수록(즉 희박해질수록), 공연비 센서(40, 41)로부터의 출력 전류 I가 커지도록, 배기 공연비에 대하여 출력 전류가 리니어하게(비례하도록) 변화한다. 또한, 공연비 센서(40, 41)는 배기 공연비가 이론 공연비일 때 출력 전류 I가 0이 되도록 구성된다.

또한, 공연비 센서(40, 41)로서는, 도 2에 도시한 구조의 한계 전류식 공연비 센서 대신에, 예를 들어 적층형 한계 전류식 공연비 센서 등의 다른 구조의 한계 전류식의 공연비 센서를 사용해도 된다.

<기본적인 제어>

다음으로, 본 실시 형태의 내연 기관 제어 장치에 있어서의 기본적인 공연비 제어의 개요를 설명한다. 본 실시 형태의 공연비 제어에서는, 상류측 공연비 센서(40)의 출력 공연비에 기초하여 상류측 공연비 센서(40)의 출력 공연비가 목표 공연비로 되도록 연료 분사 밸브(11)로부터의 연료 분사량을 제어하는 피드백 제어가 행해진다. 즉, 본 실시 형태의 공연비 제어에서는, 상류측 공연비 센서(40)의 출력 공연비에 기초하여 상류측 배기 정화 촉매(20)에 유입되는 배기 가스의 공연비가 목표 공연비로 되도록 피드백 제어가 행해진다. 또한, 「출력 공연비」는, 공연비 센서의 출력값에 상당하는 공연비를 의미한다.

또한, 본 실시 형태의 공연비 제어에서는, 하류측 공연비 센서(41)의 출력 공연비 등에 기초하여 목표 공연비가 설정된다. 구체적으로는, 하류측 공연비 센서(41)의 출력 공연비가 농후 공연비로 되었을 때, 목표 공연비가 희박 설정 공연비로 설정된다. 이 결과, 상류측 배기 정화 촉매(20)에 유입되는 배기 가스의 공연비도 희박 설정 공연비가 된다. 여기서, 희박 설정 공연비는, 이론 공연비(제어 중심으로 되는 공연비)보다도 어느 정도 희박한 미리 정해진 일정값의 공연비이며, 예를 들어 14.65∼20, 바람직하게는 14.65∼18, 보다 바람직하게는 14.65∼16 정도로 된다. 또한, 희박 설정 공연비는, 제어 중심으로 되는 공연비(본 실시 형태에서는, 이론 공연비)에 정의 공연비 보정량을 가산한 공연비로서 나타낼 수도 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, 하류측 공연비 센서(41)의 출력 공연비가 이론 공연비보다도 약간 농후한 농후 판정 공연비(예를 들어, 14.55) 이하로 되었을 때, 하류측 공연비 센서(41)의 출력 공연비가 농후 공연비가 되었다고 판단된다.

목표 공연비가 희박 설정 공연비로 변경되면, 상류측 배기 정화 촉매(20)에 유입되는 배기 가스의 산소 과부족량이 적산된다. 산소 과부족량은, 상류측 배기 정화 촉매(20)에 유입되는 배기 가스의 공연비를 이론 공연비로 하고자 했을 때 과잉으로 되는 산소의 양 또는 부족한 산소의 양[과잉 미연 HC, CO 등(이하, 「미연 가스」라고 함)의 양]을 의미한다. 특히, 목표 공연비가 희박 설정 공연비로 되어 있을 때에는 상류측 배기 정화 촉매(20)에 유입되는 배기 가스 중의 산소는 과잉으로 되어, 이 과잉 산소는 상류측 배기 정화 촉매(20)에 흡장된다. 따라서, 산소 과부족량의 적산값(이하, 「적산 산소 과부족량」이라고 함)은, 상류측 배기 정화 촉매(20)의 산소 흡장량 OSA의 추정값이라고 할 수 있다.

또한, 산소 과부족량의 산출은, 상류측 공연비 센서(40)의 출력 공연비, 및 에어플로우 미터(39)의 출력 등에 기초하여 산출되는 연소실(5) 내로의 흡입 공기량의 추정값 또는 연료 분사 밸브(11)로부터의 연료 공급량 등에 기초하여 행해진다. 구체적으로는, 산소 과부족량 OED는, 예를 들어 하기 식 (1)에 의해 산출된다.

(식 1)

여기서, 0.23은 공기 중의 산소 농도, Qi는 연료 분사량, AFup는 상류측 공연비 센서(40)의 출력 공연비, AFR은 제어 중심으로 되는 공연비(본 실시 형태에서는, 기본적으로는 이론 공연비)를 각각 나타내고 있다.

이와 같이 하여 산출된 산소 과부족량을 적산한 적산 산소 과부족량이, 미리 정해진 전환 기준값(미리 정해진 전환 기준 흡장량 Cref에 상당) 이상이 되면, 그때까지 희박 설정 공연비이었던 목표 공연비가, 농후 설정 공연비로 설정된다. 농후 설정 공연비는, 이론 공연비(제어 중심으로 되는 공연비)보다도 어느 정도 농후한 미리 정해진 공연비이며, 예를 들어 12∼14.58, 바람직하게는 13∼14.57, 보다 바람직하게는 14∼14.55 정도로 된다. 또한, 농후 설정 공연비는, 제어 중심으로 되는 공연비(본 실시 형태에서는, 이론 공연비)에 부의 공연비 보정량을 가산한 공연비로서 나타낼 수도 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, 농후 설정 공연비의 이론 공연비로부터의 차(농후 정도)는, 희박 설정 공연비의 이론 공연비로부터의 차(희박 정도) 이하로 된다.

그 후, 하류측 공연비 센서(41)의 출력 공연비가 다시 농후 판정 공연비 이하로 되었을 때, 목표 공연비가 다시 희박 설정 공연비로 되고, 그 후, 마찬가지의 조작이 반복된다. 이와 같이 본 실시 형태에서는, 상류측 배기 정화 촉매(20)에 유입되는 배기 가스의 목표 공연비가 희박 설정 공연비와 농후 설정 공연비로 교대로 반복 설정된다. 환언하면, 본 실시 형태에서는, 상류측 배기 정화 촉매(20)에 유입되는 배기 가스의 공연비가 농후 공연비와 희박 공연비로 교대로 전환된다고 할 수 있다.

<타임차트를 사용한 공연비 제어의 설명>

도 5를 참조하여, 전술한 바와 같은 조작에 대하여 구체적으로 설명한다. 도 5는, 본 실시 형태의 공연비 제어를 행한 경우에 있어서의, 공연비 보정량, 상류측 공연비 센서(40)의 출력 공연비 AFup, 상류측 배기 정화 촉매(20)의 산소 흡장량 OSA, 적산 산소 과부족량 ΣOED, 하류측 공연비 센서(41)의 출력 공연비 AFdwn 및 상류측 배기 정화 촉매(20)로부터 유출되는 배기 가스 중의 NOx 농도의 타임차트이다.

또한, 공연비 보정량 AFC는, 상류측 배기 정화 촉매(20)에 유입되는 배기 가스의 목표 공연비에 관한 보정량이다. 공연비 보정량 AFC가 0일 때에는 목표 공연비는 제어 중심으로 되는 공연비(이하, 「제어 중심 공연비」라고 함)와 동등한 공연비(본 실시 형태에서는, 이론 공연비)로 되고, 공연비 보정량 AFC가 정의 값일 때에는 목표 공연비는 제어 중심 공연비보다도 희박한 공연비(본 실시 형태에서는, 희박 공연비)로 되고, 공연비 보정량 AFC가 부의 값일 때에는 목표 공연비는 제어 중심 공연비보다도 농후한 공연비(본 실시 형태에서는, 농후 공연비)로 된다. 또한, 「제어 중심 공연비」는, 기관 운전 상태에 따라서 공연비 보정량 AFC를 가산하는 대상으로 되는 공연비, 즉 공연비 보정량 AFC에 따라서 목표 공연비를 변동시킬 때 기준으로 되는 공연비를 의미한다.

도시한 예에서는, 시각 t₁이전의 상태에서는, 공연비 보정량 AFC가 농후 설정 보정량 AFCrich(농후 설정 공연비에 상당)로 되어 있다. 즉, 목표 공연비는 농후 공연비로 되어 있으며, 이에 수반하여 상류측 공연비 센서(40)의 출력 공연비가 농후 공연비로 된다. 상류측 배기 정화 촉매(20)에 유입되는 배기 가스 중에 포함되어 있는 미연 가스 등은, 상류측 배기 정화 촉매(20)로 정화되고, 이에 수반하여 상류측 배기 정화 촉매(20)의 산소 흡장량 OSA는 서서히 감소해 간다. 상류측 배기 정화 촉매(20)에 있어서의 정화에 의해 상류측 배기 정화 촉매(20)로부터 유출되는 배기 가스 중에는 미연 가스 등은 포함되지 않기 때문에, 하류측 공연비 센서(41)의 출력 공연비 AFdwn은 거의 이론 공연비로 된다. 상류측 배기 정화 촉매(20)에 유입되는 배기 가스의 공연비는 농후 공연비로 되어 있기 때문에, 상류측 배기 정화 촉매(20)로부터의 NOx 배출량은 거의 제로로 된다.

상류측 배기 정화 촉매(20)의 산소 흡장량 OSA가 서서히 감소하면, 산소 흡장량 OSA는 제로에 가까워지고, 이에 수반하여 상류측 배기 정화 촉매(20)에 유입된 미연 가스 등의 일부는 상류측 배기 정화 촉매(20)로 정화되지 않고 유출되기 시작한다. 이에 의해, 하류측 공연비 센서(41)의 출력 공연비 AFdwn이 서서히 저하되고, 시각 t₁에 있어서, 하류측 공연비 센서(41)의 출력 공연비 AFdwn이 농후 판정 공연비 AFrich에 도달한다.

본 실시 형태에서는, 하류측 공연비 센서(41)의 출력 공연비 AFdwn이 농후 판정 공연비 AFrich 이하로 되면, 산소 흡장량 OSA를 증대시키기 위해, 공연비 보정량 AFC가 희박 설정 보정량 AFClean(희박 설정 공연비에 상당)으로 전환된다. 또한, 이때, 적산 산소 과부족량 ΣOED는 0으로 리셋된다.

또한, 본 실시 형태에서는, 하류측 공연비 센서(41)의 출력 공연비 AFdwn이 농후 판정 공연비 AFrich에 도달하고 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 매우 조금 어긋나버리는 경우가 있기 때문이다. 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 도달하는 적이 없는 공연비로 된다.

시각 t₁에 있어서, 목표 공연비를 희박 공연비로 전환하면, 상류측 배기 정화 촉매(20)에 유입되는 배기 가스의 공연비는 농후 공연비로부터 희박 공연비로 변화한다. 시각 t₁에 있어서 상류측 배기 정화 촉매(20)에 유입되는 배기 가스의 공연비가 희박 공연비로 변화하면, 상류측 배기 정화 촉매(20)의 산소 흡장량 OSA는 증대한다. 또한, 이에 수반하여 적산 산소 과부족량 ΣOED도 서서히 증대해 간다.

이에 의해, 상류측 배기 정화 촉매(20)로부터 유출되는 배기 가스의 공연비가 이론 공연비로 변화하고, 하류측 공연비 센서(41)의 출력 공연비 AFdwn도 이론 공연비에 수렴한다. 이때, 상류측 배기 정화 촉매(20)에 유입되는 배기 가스의 공연비는 희박 공연비로 되어 있지만, 상류측 배기 정화 촉매(20)의 산소 흡장 능력에는 충분한 여유가 있기 때문에, 유입되는 배기 가스 중의 산소는 상류측 배기 정화 촉매(20)에 흡장되고, NOx는 환원 정화된다. 이로 인해, 상류측 배기 정화 촉매(20)로부터의 NOx의 배출은 거의 제로로 된다.

그 후, 상류측 배기 정화 촉매(20)의 산소 흡장량 OSA가 증대하면, 시각 t₂에 있어서, 상류측 배기 정화 촉매(20)의 산소 흡장량 OSA가 전환 기준 흡장량 Cref에 도달한다. 이로 인해, 적산 산소 과부족량 ΣOED가, 전환 기준 흡장량 Cref에 상당하는 전환 기준값 OEDref에 도달한다. 본 실시 형태에서는, 적산 산소 과부족량 ΣOED가 전환 기준값 OEDref 이상이 되면 상류측 배기 정화 촉매(20)로의 산소의 흡장을 중지하기 위해, 공연비 보정량 AFC가 농후 설정 보정량 AFCrich로 전환된다. 따라서, 목표 공연비는 농후 공연비로 된다. 또한, 이때, 적산 산소 과부족량 ΣOED가 0으로 리셋된다.

또한, 전환 기준 흡장량 Cref는, 차량의 급가속에 의한 의도하지 않은 공연비의 어긋남 등이 발생하여도, 산소 흡장량 OSA가 최대 흡장 가능 산소량 Cmax에는 도달되지 않도록 충분히 적은 양으로 된다. 예를 들어, 전환 기준 흡장량 Cref는, 상류측 배기 정화 촉매(20)가 미사용일 때의 최대 흡장 가능 산소량 Cmax의 3/4 이하, 바람직하게는 1/2 이하, 보다 바람직하게는 1/5 이하로 된다. 이 결과, 하류측 공연비 센서(41)의 출력 공연비 AFdwn이 이론 공연비보다도 약간 희박한 희박 판정 공연비(예를 들어, 14.65. 이론 공연비로부터의 편차가 농후 판정 공연비와 이론 공연비와의 차와 동일 정도의 희박 공연비)에 도달하기 전에 공연비 보정량 AFC가 농후 설정 보정량 AFCrich로 전환되게 된다.

시각 t₂에 있어서 목표 공연비를 농후 공연비로 전환하면, 상류측 배기 정화 촉매(20)에 유입되는 배기 가스의 공연비는 희박 공연비로부터 농후 공연비로 변화한다. 상류측 배기 정화 촉매(20)에 유입되는 배기 가스 중에는 미연 가스 등이 포함되는 것이기 때문에, 상류측 배기 정화 촉매(20)의 산소 흡장량 OSA는 서서히 감소해 간다. 이때의 상류측 배기 정화 촉매(20)로부터의 NOx의 배출은 거의 제로가 된다.

상류측 배기 정화 촉매(20)의 산소 흡장량 OSA는 서서히 감소해 가면, 시각 t₃에 있어서, 시각 t₁과 마찬가지로, 하류측 공연비 센서(41)의 출력 공연비 AFdwn이 농후 판정 공연비 AFrich에 도달한다. 이에 의해, 공연비 보정량 AFC가 희박 설정 보정량 AFClean으로 전환된다. 그 후, 전술한 시각 t₁∼t₃의 사이클이 반복된다.

이상의 설명으로부터 알 수 있는 바와 같이 본 실시 형태에 의하면, 상류측 배기 정화 촉매(20)로부터의 NOx 배출량을 항상 억제할 수 있다. 즉, 전술한 제어를 행하고 있는 한, 기본적으로는 상류측 배기 정화 촉매(20)로부터의 NOx 배출량을 거의 제로로 할 수 있다. 또한, 적산 산소 과부족량 ΣOED를 산출할 때의 적산 기간이 짧기 때문에, 장기간에 걸쳐 적산하는 경우에 비하여 산출 오차가 발생하기 어렵다. 이로 인해, 적산 산소 과부족량 ΣOED의 산출 오차에 의해 NOx가 배출되어 버리는 것이 억제된다.

또한, 일반적으로, 배기 정화 촉매의 산소 흡장량이 일정하게 유지되면, 그 배기 정화 촉매의 산소 흡장 능력이 저하된다. 즉, 배기 정화 촉매의 산소 흡장 능력을 높게 유지하기 위해서는, 배기 정화 촉매의 산소 흡장량이 변동되는 것이 필요해진다. 이에 반하여, 본 실시 형태에 의하면, 도 5에 도시한 바와 같이, 상류측 배기 정화 촉매(20)의 산소 흡장량 OSA는 항상 상하로 변동하고 있기 때문에, 산소 흡장 능력이 저하되는 것이 억제된다.

또한, 상기 실시 형태에서는, 시각 t₁∼t₂에 있어서, 공연비 보정량 AFC는 희박 설정 보정량 AFClean으로 유지된다. 그러나, 이러한 기간에 있어서, 공연비 보정량 AFC는 반드시 일정하게 유지되어 있을 필요는 없고, 서서히 감소시키는 등, 변동하도록 설정되어도 된다. 또는, 시각 t₁∼t₂의 기간 중에 있어서, 일시적으로 공연비 보정량 AFC를 0보다도 작은 값(예를 들어, 농후 설정 보정량 등)으로 하여도 된다.

마찬가지로, 상기 실시 형태에서는, 시각 t₂∼t₃에 있어서, 공연비 보정량 AFC는 농후 설정 보정량 AFCrich로 유지된다. 그러나, 이러한 기간에 있어서, 공연비 보정량 AFC는 반드시 일정하게 유지되어 있을 필요는 없으며, 서서히 증대시키는 등, 변동하도록 설정되어도 된다. 또는, 시각 t₂∼t₃의 기간 중에 있어서, 일시적으로 공연비 보정량 AFC를 0보다도 큰 값(예를 들어, 희박 설정 보정량 등)으로 하여도 된다.

또한, 이와 같은 본 실시 형태에 있어서의 공연비 보정량 AFC의 설정, 즉 목표 공연비의 설정은, ECU(31)에 의해 행해진다. 따라서, ECU(31)는, 하류측 공연비 센서(41)에 의해 검출된 배기 가스의 공연비가 농후 판정 공연비 이하로 되었을 때, 상류측 배기 정화 촉매(20)의 산소 흡장량 OSA가 전환 기준 흡장량 Cref 이상이 되었다고 추정될 때까지, 상류측 배기 정화 촉매(20)에 유입되는 배기 가스의 목표 공연비를 계속적 또는 단속적으로 희박 공연비로 함과 함께, 상류측 배기 정화 촉매(20)의 산소 흡장량 OSA가 전환 기준 흡장량 Cref 이상이 되었다고 추정되었을 때, 산소 흡장량 OSA가 최대 흡장 가능 산소량 Cmax에 도달되지 않고 하류측 공연비 센서(41)에 의해 검출된 배기 가스의 공연비가 농후 판정 공연비 이하로 될 때까지, 목표 공연비를 계속적 또는 단속적으로 농후 공연비로 하고 있다고 할 수 있다.

보다 간단히 말하자면, 본 실시 형태에서는, ECU(31)는, 하류측 공연비 센서(41)에 의해 검출된 공연비가 농후 판정 공연비 이하로 되었을 때 목표 공연비[즉, 상류측 배기 정화 촉매(20)에 유입되는 배기 가스의 공연비]를 희박 공연비로 전환함과 함께, 상류측 배기 정화 촉매(20)의 산소 흡장량 OSA가 전환 기준 흡장량 Cref 이상으로 되었을 때 목표 공연비[즉, 상류측 배기 정화 촉매(20)에 유입되는 배기 가스의 공연비]를 농후 공연비로 전환하고 있다고 할 수 있다.

<공연비 센서의 소자 깨짐>

그런데, 전술한 바와 같은 공연비 센서(40, 41)에 발생하는 이상으로서, 공연비 센서(40, 41)를 구성하는 소자에 깨짐이 발생하는 소자 깨짐이라고 하는 현상을 들 수 있다. 구체적으로는, 고체 전해질층(51) 및 확산 율속층(54)을 관통하는 깨짐(도 6의 C1)이나, 고체 전해질층(51) 및 확산 율속층(54)에 추가하여 양 전극(52, 53)을 관통하는 깨짐(도 6의 C2)이 발생한다. 이와 같은 소자 깨짐이 발생하면, 도 6에 도시한 바와 같이 깨진 부분을 통해 배기 가스가 기준 가스실(55) 내에 진입된다.

이 결과, 공연비 센서(40, 41) 주위의 배기 가스의 공연비가 농후 공연비인 경우에는, 농후 공연비의 배기 가스가 기준 가스실(55) 내에 진입된다. 이에 의해, 기준 가스실(55) 내에 농후 공연비의 배기 가스가 확산되어, 대기측 전극(53) 주위에 있어서의 산소 농도가 저하된다. 한편, 이 경우에도, 배기측 전극(52)은 확산 율속층(54)을 통해 배기 가스로 노출되게 된다. 이로 인해, 대기측 전극(53) 주위와 배기측 전극(52) 주위의 사이에 있어서의 산소 농도 차가 저하되고, 결과적으로 공연비 센서(40, 41)의 출력 공연비가 희박 공연비로 된다. 즉, 공연비 센서(40, 41)에 소자 깨짐이 발생하면, 공연비 센서(40, 41) 주위의 배기 가스의 공연비가 농후 공연비이더라도, 공연비 센서(40, 41)의 출력 공연비는 희박 공연비로 되어 버린다.

한편, 공연비 센서(40, 41) 주위의 배기 가스의 공연비가 희박 공연비인 경우에는, 이와 같은 출력 공연비의 역전 현상은 발생하지 않는다. 이것은, 배기 가스의 공연비가 희박 공연비인 경우에는, 공연비 센서(40, 41)의 출력 전류는 고체 전해질층(51)의 양측 공연비의 차보다도 확산 율속층(54)을 통해 배기측 전극(52) 표면 위에 도달하는 산소의 양에 의존하기 때문이다.

이와 같이, 공연비 센서(40, 41)에 소자 깨짐이 발생하면, 공연비 센서(40, 41) 주위의 배기 가스의 공연비가 농후 공연비일 때 잘못된 출력을 발생시켜 버린다. 이로 인해, 예를 들어 하류측 공연비 센서(41)에 소자 깨짐이 발생하면, 전술한 바와 같은 공연비 제어를 행하고 있을 때에는, 공연비 제어를 적절하게 행할 수 없게 된다. 이로 인해, 하류측 공연비 센서(41)에 소자 깨짐이 발생한 것을 신속하게 진단하는 것이 필요해진다.

<이상 진단>

따라서, 본 실시 형태에서는, 전술한 바와 같은 하류측 공연비 센서(41)의 소자 깨짐 이상의 성질을 이용하여, 하류측 공연비 센서(41)의 소자 깨짐에 기초하는 이상 진단을 행하도록 하고 있다. 구체적으로는, 이상 진단 제어에 있어서, 전술한 공연비 제어에 의해 상류측 배기 정화 촉매(20)에 유입되는 배기 가스의 공연비가 농후 공연비로 되어 있을 때, 하류측 공연비 센서(41)의 출력 공연비가 희박 판정 공연비보다도 농후한 공연비로부터 희박한 공연비로 변화했을 때에는, 하류측 공연비 센서(41)에 이상이 발생하였다고 판정하도록 하고 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 이상 진단 제어에 의해 하류측 공연비 센서(41)에 이상이 발생하였다고 판정된 경우에는, 농후 설정 보정량의 절댓값을 작게 하도록, 즉 농후 설정 공연비의 농후 정도를 작게 하도록 하고 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, 하류측 공연비 센서(41)에 이상이 발생하였다고 판정된 경우에는, 희박 설정 보정량의 절댓값을 작게, 즉 희박 설정 공연비의 희박 정도를 작게 하도록 하고 있다. 도 7을 참조하여 이 상태를 설명한다.

도 7은, 공연비 보정량 AFC, 상류측 공연비 센서(40)의 출력 공연비 AFup, 상류측 배기 정화 촉매(20)의 산소 흡장량 OSA, 적산 산소 과부족량 ΣOED 및 하류측 공연비 센서(41)의 출력 공연비 AFdwn의 타임차트이다. 도면 중의 파선은 하류측 공연비 센서(41)에 소자 깨짐의 이상이 발생하지 않았을 때의 추이를, 도면 중의 실선은 하류측 공연비 센서(41)에 소자 깨짐의 이상이 발생하였을 때의 추이를 각각 나타내고 있다.

도 7에 도시한 예에서는, 시각 t₁ 이전에 있어서, 공연비 보정량 AFC가 농후 설정 보정량 AFCrich로 설정되어 있으며, 상류측 공연비 센서(40)의 출력 공연비 AFup는 농후 공연비로 되어 있다. 특히, 이때의 농후 설정 보정량 AFCrich는 제1 농후 설정 보정량 AFCrich₁로 되어 있다. 이에 수반하여 상류측 배기 정화 촉매(20)의 산소 흡장량 OSA는 서서히 감소해서 제로에 가까워지고, 이에 의해 상류측 배기 정화 촉매(20)에 유입된 미연 가스 등의 일부가 상류측 배기 정화 촉매(20)로 정화되지 않고 유출되기 시작한다.

상류측 배기 정화 촉매(20)로부터 미연 가스 등이 유출되기 시작하면, 하류측 공연비 센서(41)에 소자 깨짐의 이상이 발생하지 않았을 때에는, 도면 중에 파선으로 나타낸 바와 같이 시각 t₁에 있어서 하류측 공연비 센서(41)의 출력 공연비 AFdwn이 농후 공연비로 된다. 그런데, 하류측 공연비 센서(41)에 소자 깨짐의 이상이 발생하고 있을 때에는, 도면 중에 실선으로 나타낸 바와 같이 시각 t₁에 있어서 하류측 공연비 센서(41)의 출력 공연비 AFdwn이 거의 이론 공연비로부터 희박 공연비로 변화한다.

즉, 하류측 공연비 센서(41)에 소자 깨짐의 이상이 발생하는 경우에는, 공연비 보정량 AFC가 농후 설정 보정량 AFCrich로 설정되어 있을 때, 즉 공연비 보정량 AFC가 부의 값으로 설정되어 있을 때, 하류측 공연비 센서(41)의 출력 공연비 AFdwn이 희박 판정 공연비 AFlean 미만으로부터 희박 판정 공연비 AFlean 이상으로 변화한다. 본 실시 형태에서는, 이와 같은 하류측 공연비 센서(41)의 출력 공연비 AFdwn의 변화가 일어난 시각 t₁에 있어서, 하류측 공연비 센서(41)에 소자 깨짐의 이상이 발생하였다고 판정한다. 이에 의해, 본 실시 형태에서는, 하류측 공연비 센서(41)의 소자 깨짐의 이상을 정확하게 진단할 수 있다.

도 7에 도시한 예에서는, 시각 t₁에 있어서, 하류측 공연비 센서(41)에 이상이 발생했을 때 ON으로 되는 이상 진단 플래그가 ON으로 된다. 또한, 본 실시 형태에서는, 이와 같이 하류측 공연비 센서(41)에 소자 깨짐의 이상이 발생하였다고 판정된 때에는, 예를 들어 내연 기관을 탑재한 차량의 경고등이 점등된다.

또한, 시각 t₁에 있어서, 하류측 공연비 센서(41)에 소자 깨짐의 이상이 발생하였다고 판정된 때에는, 농후 설정 보정량 AFCrich의 절댓값 및 희박 설정 보정량 AFClean의 절댓값이 감소된다. 도 7에 도시한 예에서는, 농후 설정 보정량 AFCrich가 제1 농후 설정 보정량 AFCrich₁로부터 제1 농후 설정 보정량 AFCrich₁보다도 절댓값이 작은 제2 농후 설정 보정량 AFCrich₂로 변경된다(｜AFCrich₁｜>｜AFCrich₂｜). 또한, 희박 설정 보정량 AFClean이 제1 희박 설정 보정량 AFClean₁로부터 제1 희박 설정 보정량 AFClean₁보다도 절댓값이 작은 제2 희박 설정 보정량 AFClean₂로 변경된다(｜AFClean₁｜>｜AFClean₂｜). 따라서, 농후 설정 공연비의 농후 정도 및 희박 설정 공연비의 희박 정도가 저하된다.

이에 의해, 시각 t₁이후, 상류측 배기 정화 촉매(20)로부터 유출되는 배기 가스의 농후 정도가 저하되고, 상류측 공연비 센서(40)의 출력 공연비의 농후 정도가 저하된다. 이로 인해, 상류측 배기 정화 촉매(20)로부터 유출되는 배기 가스 중의 미연 가스 등의 농도가 저하되어, 따라서 배기 에미션의 악화를 억제할 수 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, 농후 설정 보정량 AFCrich의 절댓값 및 희박 설정 보정량 AFClean의 절댓값의 양쪽을 감소시키고 있다. 그러나, 반드시 양쪽을 감소시키지 않아도 되며, 농후 설정 보정량 AFCrich의 절댓값만을 감소시켜도 된다.

도 7에 실선으로 나타낸 예에서는, 하류측 공연비 센서(41)에 소자 깨짐의 이상이 발생하였다고 판정된 후에도, 그대로 전술한 공연비 제어가 속행된다. 이로 인해, 전술한 바와 같이, 공연비 보정량 AFC는, 하류측 공연비 센서(41)의 출력 공연비 AFdwn이 농후 판정 공연비 AFrich 이하로 되었을 때, 농후 설정 보정량 AFCrich로부터 희박 설정 보정량 AFClean으로 전환된다. 이로 인해, 시각 t₁에서는, 공연비 보정량 AFC는 희박 설정 보정량 AFClean으로 전환되지 않고, 농후 설정 보정량 AFCrich인 채로 유지된다. 이로 인해, 상류측 배기 정화 촉매(20)의 산소 흡장량 OSA는 거의 제로인 채로 유지되게 된다.

또한, 전술한 실시 형태에서는, 하류측 공연비 센서(41)에 소자 깨짐의 이상이 발생하고 있다고 1회 판정되면, 차량의 경고등이 점등된다. 그러나, 판정 정밀도를 높이기 위해서, 일정 시간 내에 하류측 공연비 센서(41)에 소자 깨짐의 이상이 발생하였다고 판정된 횟수가 소정 횟수 이상일 때 차량의 경고등을 점등시키도록 해도 된다. 또는, 공연비 보정량 AFC를 농후 설정 보정량 AFCrich 및 희박 설정 보정량 AFClean으로 1회씩 설정하는 기간을 1 사이클로 하면, 이 사이클의 횟수에 대한 하류측 공연비 센서(41)에 소자 깨짐의 이상이 발생하였다고 판정된 횟수의 비율이 미리 정해진 비율 Ra(0<Ra<1) 이상일 때 차량의 경고등을 점등시키도록 해도 된다.

마찬가지로, 전술한 실시 형태에서는, 하류측 공연비 센서(41)에 소자 깨짐의 이상이 발생하고 있다고 1회 판정되면, 농후 설정 보정량 AFCrich의 절댓값 및 희박 설정 보정량 AFClean의 절댓값이 감소된다. 그러나, 이들 설정 보정량이 준비되지 않은 변경을 피하기 위해서, 일정 시간 내에 하류측 공연비 센서(41)에 소자 깨짐의 이상이 발생하였다고 판정된 횟수가 소정 횟수 이상일 때 이들 설정 보정량의 절댓값을 감소시키도록 해도 된다. 또는, 상기 사이클의 횟수에 대한 하류측 공연비 센서에 이상이 발생하였다고 판정되는 횟수의 비율이 미리 정해진 비율 Ra(0<Ra<1) 이상인 경우에는, 이들 설정 보정량의 절댓값을 감소시키도록 해도 된다.

또한, 상기 실시 형태에서는, 공연비 제어에 있어서, 하류측 공연비 센서(41)에 의해 검출된 공연비가 농후 판정 공연비 이하로 되었을 때 목표 공연비가 희박 공연비로 전환된다. 또한, 적산 산소 과부족량 ΣOED가 소정의 전환 기준값 OEDref 이상으로 되었을 때 목표 공연비가 농후 공연비로 전환된다. 그러나, 공연비 제어로서, 다른 제어를 사용해도 된다. 이러한 다른 제어로서는, 예를 들어 하류측 공연비 센서(41)의 출력 공연비가 희박 판정 공연비 이상으로 되었을 때 목표 공연비를 농후 공연비로 전환하고, 하류측 공연비 센서(41)의 출력 공연비가 농후 판정 공연비 이하로 되었을 때 목표 공연비를 희박 공연비로 전환하는 제어가 생각된다. 이와 같은 제어를 행한 경우에도, 마찬가지로 하류측 공연비 센서(41)의 소자 깨짐의 이상을 진단할 수 있다.

<구체적인 제어의 설명>

다음으로, 도 8 내지 도 11을 참조하여, 상기 실시 형태에 있어서의 제어 장치에 대하여 구체적으로 설명한다. 본 실시 형태에 있어서의 제어 장치는, 기능 블록도인 도 8에 도시한 바와 같이, A1∼A8의 각 기능 블록을 포함하여 구성되어 있다. 이하, 도 8을 참조하면서 각 기능 블록에 대하여 설명한다. 이들 각 기능 블록 A1∼A8에 있어서의 조작은, 기본적으로 ECU(31)에 있어서 실행된다.

<연료 분사량의 산출>

우선, 연료 분사량의 산출에 대하여 설명한다. 연료 분사량의 산출에 있어서는, 통내 흡입 공기량 산출 수단 A1, 기본 연료 분사량 산출 수단 A2 및 연료 분사량 산출 수단 A3이 사용된다.

통내 흡입 공기량 산출 수단 A1은, 흡입 공기 유량 Ga와, 기관 회전 수 NE와, ECU(31)의 ROM(34)에 기억된 맵 또는 계산식에 기초하여, 각 기통으로의 흡입 공기량 Mc를 산출한다. 흡입 공기 유량 Ga는 에어플로우 미터(39)에 의해 계측되고, 기관 회전 수 NE는 크랭크각 센서(44)의 출력에 기초하여 산출된다.

기본 연료 분사량 산출 수단 A2는, 통내 흡입 공기량 산출 수단 A1에 의해 산출된 통내 흡입 공기량 Mc를, 목표 공연비 AFT로 제산함으로써, 기본 연료 분사량 Qbase를 산출한다(Qbase=Mc/AFT). 목표 공연비 AFT는, 후술하는 목표 공연비 설정 수단 A6에 의해 산출된다.

연료 분사량 산출 수단 A3은, 기본 연료 분사량 산출 수단 A2에 의해 산출된 기본 연료 분사량 Qbase에, 후술하는 F/B 보정량 DFi를 가산함으로써 연료 분사량 Qi를 산출한다(Qi=Qbase+DFi). 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 있어서는, 산소 과부족량 산출 수단 A4, 공연비 보정량 산출 수단 A5 및 목표 공연비 설정 수단 A6이 사용된다.

산소 과부족량 산출 수단 A4는, 연료 분사량 산출 수단 A3에 의해 산출된 연료 분사량 Qi 및 상류측 공연비 센서(40)의 출력 공연비 AFup에 기초하여 적산 산소 과부족량 ΣOED를 산출한다. 산소 과부족량 산출 수단 A4는, 예를 들어 상류측 공연비 센서(40)의 출력 공연비와 제어 중심 공연비의 차분에 연료 분사량 Qi를 승산함과 함께, 구한 값을 적산함으로써 적산 산소 과부족량 ΣOED를 산출한다.

공연비 보정량 산출 수단 A5에서는, 산소 과부족량 산출 수단 A4에 의해 산출된 적산 산소 과부족량 ΣOED와, 하류측 공연비 센서(41)의 출력 공연비 AFdwn에 기초하여, 목표 공연비의 공연비 보정량 AFC가 산출된다. 구체적으로는, 도 9에 도시한 흐름도에 기초하여 공연비 보정량 AFC가 산출된다.

목표 공연비 설정 수단 A6은, 제어 중심 공연비 AFR(본 실시 형태에서는 이론 공연비)에, 공연비 보정량 산출 수단 A5에 의해 산출된 공연비 보정량 AFC를 가산함으로써, 목표 공연비 AFT를 산출한다. 이와 같이 하여 산출된 목표 공연비 AFT는, 기본 연료 분사량 산출 수단 A2 및 후술하는 공연비 편차 산출 수단 A7에 입력된다.

다음으로, 상류측 공연비 센서(40)의 출력 공연비 AFup에 기초한 F/B 보정량의 산출에 대하여 설명한다. F/B 보정량의 산출에 있어서는, 공연비 편차 산출 수단 A7 및 F/B 보정량 산출 수단 A8이 사용된다.

공연비 편차 산출 수단 A7은, 상류측 공연비 센서(40)의 출력 공연비 AFup로부터 목표 공연비 설정 수단 A6에 의해 산출된 목표 공연비 AFT를 감산함으로써 공연비 편차 DAF를 산출한다(DAF=AFup-AFT). 이 공연비 편차 DAF는, 목표 공연비 AFT에 대한 연료 공급량의 과부족을 나타내는 값이다.

F/B 보정량 산출 수단 A8은, 공연비 편차 산출 수단 A7에 의해 산출된 공연비 편차 DAF를, 비례·적분·미분 처리(PID 처리)함으로써, 하기 식 (2)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 2)

또한, 상기 식 (2)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 편차 DAF의 시간 미분값이며, 금회 갱신된 공연비 편차 DAF와 전회 갱신된 공연비 편차 DAF와의 편차를 갱신 간격에 대응하는 시간으로 제산함으로써 산출된다. 또한, SDAF는, 공연비 편차 DAF의 시간 적분값이며, 이 시간 적분값 SDAF는 전회 갱신된 시간 적분값 SDAF에 금회 갱신된 공연비 편차 DAF를 가산함으로써 산출된다(SDAF=SDAF+DAF).

<공연비 보정량 설정 제어의 흐름도>

도 9는, 공연비 보정량 설정 제어의 제어 루틴을 나타내는 흐름도이다. 도시한 제어 루틴은 일정 시간 간격의 인터럽트에 의해 행해진다.

도 9에 도시한 바와 같이, 우선, 스텝 S11에 있어서 공연비 보정량 AFC의 산출 조건이 성립되어 있는지 여부가 판정된다. 공연비 보정량 AFC의 산출 조건이 성립하고 있는 경우란, 피드백 제어가 행해지는 통상 제어 중인 것, 예를 들어 연료 커트 제어 중 등이 아닌 것 등을 들 수 있다. 스텝 S11에 있어서 목표 공연비의 산출 조건이 성립되었다고 판정된 경우에는, 스텝 S12로 진행된다.

스텝 S12에서는, 희박 설정 플래그 Fl이 OFF로 설정되어 있는지 여부가 판정된다. 희박 설정 플래그 Fl은, 공연비 보정량 AFC가 희박 설정 보정량 AFClean으로 설정되면 ON으로 되고, 그 이외의 경우에는 OFF로 된다. 스텝 S12에 있어서 희박 설정 플래그 Fl이 OFF로 설정되어 있는 경우에는, 스텝 S13으로 진행된다. 스텝 S13에서는, 하류측 공연비 센서(41)의 출력 공연비 AFdwn이 농후 판정 공연비 AFrich 이하인지 여부가 판정된다. 하류측 공연비 센서(41)의 출력 공연비 AFdwn이 농후 판정 공연비 AFrich보다도 크다고 판정된 경우에는 스텝 S14로 진행된다. 스텝 S14에서는, 공연비 보정량 AFC가 농후 설정 보정량 AFCrich로 설정된 채 유지되고, 제어 루틴이 종료된다.

한편, 상류측 배기 정화 촉매(20)의 산소 흡장량 OSA가 감소하여, 상류측 배기 정화 촉매(20)로부터 유출되는 배기 가스의 공연비가 저하되면, 스텝 S13에서 하류측 공연비 센서(41)의 출력 공연비 AFdwn이 농후 판정 공연비 AFrich 이하라고 판정된다. 이 경우에는, 스텝 S15로 진행되고, 공연비 보정량 AFC가 희박 설정 보정량 AFClean으로 전환된다. 계속해서, 스텝 S16에서는, 희박 설정 플래그 Fl이 ON으로 설정되어, 제어 루틴이 종료된다.

희박 설정 플래그 Fl이 ON으로 설정되면, 다음의 제어 루틴에 있어서는, 스텝 S12에 있어서, 희박 설정 플래그 Fl이 OFF로 설정되지 않았다고 판정되어 스텝 S17로 진행된다. 스텝 S17에서는, 공연비 보정량 AFC가 희박 설정 보정량 AFClean으로 전환되고 나서의 적산 산소 과부족량 ΣOED가 전환 기준값 OEDref보다도 적은지 여부가 판정된다. 적산 산소 과부족량 ΣOED가 전환 기준값 OEDref보다도 적다고 판정된 경우에는 스텝 S18로 진행되고, 공연비 보정량 AFC가 계속해서 희박 설정 보정량 AFClean으로 설정된 채 유지되고, 제어 루틴이 종료된다. 한편, 상류측 배기 정화 촉매(20)의 산소 흡장량이 증대되면, 이윽고 스텝 S17에 있어서 적산 산소 과부족량 ΣOED가 전환 기준값 OEDref 이상이라고 판정되어 스텝 S19로 진행된다. 스텝 S19에서는, 공연비 보정량 AFC가 농후 설정 보정량 AFCrich로 전환된다. 계속해서, 스텝 S20에서는, 희박 설정 플래그 Fl이 OFF로 리셋되고, 제어 루틴이 종료된다.

<이상 진단 제어의 흐름도>

도 10은, 하류측 공연비 센서(41)의 이상 진단을 행하는 이상 진단 제어의 제어 루틴을 나타내는 흐름도이다. 도시한 제어 루틴은, 일정 시간 간격의 인터럽트에 의해 행해진다.

도 10에 도시한 바와 같이, 우선, 스텝 S31에 있어서, 이상 진단의 실행 조건이 성립되었는지 여부가 판정된다. 이상 진단의 실행 조건이 성립되어 있는 경우란, 예를 들어 전술한 공연비 제어가 실행되어 있는 것 등을 들 수 있다. 스텝 S31에 있어서, 이상 진단의 실행 조건이 성립되었다고 판정된 경우에는 스텝 S32로 진행된다.

스텝 S32에서는, 전술한 공연비 보정량의 설정 제어에 있어서, 공연비 보정량 AFC가 0 미만으로 설정되었는지 여부, 즉 목표 공연비가 농후 공연비인지 여부가 판정된다. 스텝 S32에 있어서, 공연비 보정량 AFC가 0 미만으로 설정되었다고 판정된 경우, 즉 목표 공연비가 농후 공연비라고 판정된 경우에는, 스텝 S33으로 진행된다.

스텝 S33에서는, 화학양론적 플래그 Fs가 OFF로 설정되어 있는지 여부가 판정된다. 화학양론적 플래그 Fs는, 공연비 보정량 AFC가 농후 설정 보정량 AFCrich로 설정되었을 때, 하류측 공연비 센서(41)의 출력 공연비 AFdwn이 희박 판정 공연비 AFlean보다도 작아서 이론 공연비 근방의 공연비로 되었을 때 ON으로 되고, 그 이외의 경우에 OFF로 되는 플래그이다. 스텝 S33에 있어서 화학양론적 플래그 Fs가 OFF로 설정되었다고 판정된 경우에는, 스텝 S34로 진행된다.

스텝 S34에서는, 하류측 공연비 센서(41)의 출력 공연비 AFdwn이 희박 판정 공연비 AFlean 미만인지 여부가 판정된다. 공연비 보정량 AFC가 농후 설정 보정량 AFCrich로 전환된 직후에는 상류측 배기 정화 촉매(20)로부터 유출되는 배기 가스의 공연비는 거의 이론 공연비로 되어 있기 때문에, 스텝 S34에 있어서 하류측 공연비 센서(41)의 출력 공연비 AFdwn이 희박 판정 공연비 AFlean 미만이라고 판정되어 스텝 S35로 진행된다. 스텝 S35에서는, 화학양론적 플래그 Fs가 ON으로 되어, 제어 루틴이 종료된다.

화학양론적 플래그 Fs가 ON으로 되면, 다음의 제어 루틴에서는 스텝 S33으로부터 스텝 S36으로 진행한다. 스텝 S36에서는, 하류측 공연비 센서(41)의 출력 공연비 AFdwn이 희박 판정 공연비 AFlean 이상으로 되었는지 여부, 즉 출력 공연비 AFdwn이 희박 판정 공연비 AFlean보다도 낮은 공연비로부터 희박 판정 공연비 AFlean 이상으로 변화되었는지 여부가 판정된다. 하류측 공연비 센서(41)의 출력 공연비 AFdwn이 희박 판정 공연비 AFlean 이상으로 되지 않았다고 판정된 경우에는 제어 루틴이 종료된다. 한편, 스텝 S36에 있어서, 하류측 공연비 센서(41)의 출력 공연비 AFdwn이 희박 판정 공연비 AFlean 이상으로 되었다고 판정된 경우에는, 스텝 S37로 진행된다. 스텝 S37에서는, 하류측 공연비 센서(41)에 이상이 있다고 판정되어 스텝 S38로 진행된다. 스텝 S38에서는, 화학양론적 플래그 Fs가 OFF로 되고, 제어 루틴이 종료된다.

한편, 스텝 S32에 있어서, 공연비 보정량 AFC가 0 이상으로 설정되었다고 판정된 경우, 즉 목표 공연비가 희박 공연비라고 판정된 경우에는, 스텝 S39로 진행된다. 스텝 S39에서는, 화학양론적 플래그 Fs가 ON으로 되었는지 여부가 판정된다. 목표 공연비가 희박 공연비로 설정되기 전에 농후 공연비로 설정되었을 때, 스텝 S35에 있어서 화학양론적 플래그 Fs가 ON으로 되어 있는 경우에는, 스텝 S40으로 진행된다. 이 경우, 목표 공연비가 농후 공연비로 전회 설정되었을 때, 하류측 공연비 센서(41)의 출력 공연비 AFdwn은 희박 판정 공연비 AFlean 이상으로는 되지 않았음을 의미하고 있다. 이로 인해, 스텝 S40에 있어서 하류측 공연비 센서(41)는 정상이라고 판정된다. 계속해서, 스텝 S41에서는, 화학양론적 플래그 Fs가 OFF로 리셋되고, 제어 루틴이 종료된다. 화학양론적 플래그 Fs가 OFF로 리셋되면, 다음번의 제어 루틴에서는, 스텝 S39에 있어서 화학양론적 플래그 Fs가 ON으로 되지 않았다고 판정되어, 제어 루틴이 종료된다.

<설정 공연비 변경 제어의 흐름도>

도 11은, 농후 설정 공연비 및 희박 설정 공연비의 설정 제어에 있어서의 제어 루틴을 나타내는 흐름도이다. 도시한 제어 루틴은 일정 시간 간격의 인터럽트에 의해 행해진다.

우선, 스텝 S51에 있어서, 도 10의 스텝 S37에서 하류측 공연비 센서(41)에 이상이 있다고 판정되었는지 여부가 판정된다. 스텝 S37에 있어서, 하류측 공연비 센서(41)의 이상 판정이 이루어지지 않았다고 판정된 경우에는, 스텝 S52로 진행된다. 스텝 S52에서는, 농후 설정 보정량 AFCrich가 제1 농후 설정 보정량 AFCrich₁로 설정된다. 따라서, 도 9에 도시한 흐름도의 스텝 S14, S19에 있어서, 공연비 보정량 AFC는 제1 농후 설정 보정량 AFCrich₁로 설정된다.

계속해서, 스텝 S53에서는, 희박 설정 보정량 AFClean이 제1 희박 설정 보정량 AFClean₁로 설정된다. 따라서, 도 9에 도시한 흐름도의 스텝 S15, S18에 있어서, 공연비 보정량 AFC는 제1 희박 설정 보정량 AFClean₁로 설정된다.

한편, 스텝 S51에 있어서, 하류측 공연비 센서(41)의 이상 판정이 이루어졌다고 판정된 경우에는, 스텝 S54로 진행된다. 스텝 S54에서는, 농후 설정 보정량 AFCrich가 제2 농후 설정 보정량 AFCrich₂(｜AFCrich₂｜<｜AFCrich₁｜)로 설정된다. 따라서, 도 9에 도시한 흐름도의 스텝 S14, S19에 있어서, 공연비 보정량 AFC는 제2 농후 설정 보정량 AFCrich₂로 설정된다.

계속해서, 스텝 S55에서는, 희박 설정 보정량 AFClean이 제2 희박 설정 보정량 AFClean₂(｜AFClean₂｜<｜AFClean₁｜)로 설정된다. 따라서, 도 9에 도시한 흐름도의 스텝 S15, S18에 있어서, 공연비 보정량 AFC는 제2 희박 설정 보정량 AFClean₂로 설정된다.

<제2 실시 형태>

다음으로, 도 12 내지 도 18을 참조하여, 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 배기 정화 장치에 대하여 설명한다. 제2 실시 형태에 관한 배기 정화 장치의 구성 및 제어는, 이하에 설명하는 점을 제외하고, 기본적으로 제1 실시 형태에 관한 배기 정화 장치의 구성 및 제어와 마찬가지이다.

<상류측 공연비 센서에 있어서의 어긋남>

그런데, 기관 본체(1)가 복수의 기통을 갖는 경우, 각 기통으로부터 배출되는 배기 가스의 공연비에는 기통 간에서 어긋남이 발생하는 경우가 있다. 한편, 상류측 공연비 센서(40)는 배기 매니폴드(19)의 집합부에 배치되지만, 그 배치 위치에 따라서 각 기통으로부터 배출된 배기 가스가 상류측 공연비 센서(40)로 노출되는 정도가 기통 간에서 상이하다. 이 결과, 상류측 공연비 센서(40)의 출력 공연비는, 어떤 특정한 기통으로부터 배출된 배기 가스의 공연비 영향을 강하게 받게 된다. 이로 인해, 이 어떤 특정한 기통으로부터 배출된 배기 가스의 공연비가 전체 기통으로부터 배출되는 배기 가스의 평균 공연비와는 상이한 공연비로 되어 있는 경우, 평균 공연비와 상류측 공연비 센서(40)의 출력 공연비의 사이에는 어긋남이 발생한다. 즉, 상류측 공연비 센서(40)의 출력 공연비는 실제의 배기 가스 평균 공연비보다도 농후측 또는 희박측으로 어긋나게 된다.

또한, 미연 가스 등의 그 중 수소는 공연비 센서의 확산 율속층의 통과 속도가 빠르다. 이로 인해, 배기 가스 중의 수소 농도가 높으면, 상류측 공연비 센서(40)의 출력 공연비가 배기 가스의 실제 공연비보다도 낮은 측(즉, 농후측)으로 어긋나 버린다.

이와 같이 상류측 공연비 센서(40)의 출력 공연비에 어긋남이 발생하고 있으면, 전술한 바와 같은 제어를 행하고 있어도, 상류측 배기 정화 촉매(20)로부터 NOx 및 산소가 유출되거나, 미연 가스 등의 유출 빈도가 높아져 버릴 가능성이 커진다. 이하에서는, 도 12를 참조하여 이러한 현상에 대하여 설명한다.

도 12는, 도 5와 마찬가지의, 상류측 배기 정화 촉매(20)의 산소 흡장량 OSA 등의 타임차트이다. 도 12는, 상류측 공연비 센서(40)의 출력 공연비가 농후측으로 어긋나 있는 경우를 나타내고 있다. 도면 중, 상류측 공연비 센서(40)의 출력 공연비 AFup에 있어서의 실선은, 상류측 공연비 센서(40)의 출력 공연비를 나타내고 있다. 한편, 파선은, 상류측 공연비 센서(40) 주위를 유통하는 배기 가스의 실제 공연비를 나타내고 있다.

도 12에 도시한 예에 있어서도, 시각 t₁ 이전의 상태에서는, 공연비 보정량 AFC가 농후 설정 보정량 AFCrich로 되어 있으며, 따라서 목표 공연비가 농후 설정 공연비로 되어 있다. 이에 따라, 상류측 공연비 센서(40)의 출력 공연비 AFup는 농후 설정 공연비와 동등한 공연비로 된다. 그러나, 전술한 바와 같이, 상류측 공연비 센서(40)의 출력 공연비는 농후측으로 어긋나 있기 때문에, 배기 가스의 실제 공연비는 농후 설정 공연비보다도 희박측의 공연비로 되어 있다. 즉, 상류측 공연비 센서(40)의 출력 공연비 AFup는, 실제의 공연비(도면 중의 파선)보다도 낮게(농후측) 되어 있다. 이로 인해, 상류측 배기 정화 촉매(20)의 산소 흡장량 OSA의 감소 속도는 늦게 된다.

또한, 도 12에 도시한 예에서는, 시각 t1에 있어서, 하류측 공연비 센서(41)의 출력 공연비 AFdwn이 농후 판정 공연비 AFrich에 도달된다. 이로 인해, 전술한 바와 같이, 시각 t₁에 있어서, 공연비 보정량 AFC가 희박 설정 보정량 AFClean으로 전환된다. 즉, 목표 공연비가 희박 설정 공연비로 전환된다.

이에 수반하여 상류측 공연비 센서(40)의 출력 공연비 AFup는 희박 설정 공연비와 동등한 공연비로 된다. 그러나, 전술한 바와 같이, 상류측 공연비 센서(40)의 출력 공연비는 농후측으로 어긋나 있기 때문에, 배기 가스의 실제 공연비는 희박 설정 공연비보다도 희박한 공연비로 되어 있다. 즉, 상류측 공연비 센서(40)의 출력 공연비 AFup는, 실제의 공연비(도면 중의 파선)보다도 낮게(농후측) 되어 있다. 이로 인해, 상류측 배기 정화 촉매(20)의 산소 흡장량 OSA의 증가 속도는 빨라짐과 함께, 목표 공연비를 희박 설정 공연비로 하고 있는 동안에 상류측 배기 정화 촉매(20)에 공급되는 실제의 산소량은 전환 기준 흡장량 Cref보다도 많아진다.

이와 같이, 상류측 공연비 센서(40)의 출력 공연비 AFup에 어긋남이 발생하고 있으면, 공연비 보정량 AFC가 희박 설정 보정량 AFClean으로 설정되어 있을 때 상류측 배기 정화 촉매(20)에 유입되는 배기 가스의 공연비 희박 정도가 커진다. 이로 인해, 상류측 배기 정화 촉매(20)의 산소 흡장량 OSA가 최대 흡장 가능 산소량 Cmax에 도달되지 않아도, 상류측 배기 정화 촉매(20)에 유입된 NOx나 산소를 모두 흡장할 수 없어, 상류측 배기 정화 촉매(20)로부터 NOx나 산소가 유출되어 버리는 경우가 있다. 또한, 시각 t₂에 있어서, 상류측 배기 정화 촉매(20)의 산소 흡장량 OSA는 전환 기준 흡장량 Cref 이상으로 되어 있으며, 시각 t₂ 근방에 있어서 전술한 바와 같은 의도하지 않은 공연비의 어긋남 등이 발생하면 상류측 배기 정화 촉매(20)로부터 NOx나 산소가 유출될 가능성이 있다.

이상으로, 상류측 공연비 센서(40)의 출력 공연비에 있어서의 어긋남을 검출하는 것이 필요하게 됨과 함께, 검출된 어긋남에 기초하여 출력 공연비 등의 보정을 행할 필요가 있다.

<학습 제어>

따라서, 본 발명의 실시 형태에서는, 상류측 공연비 센서(40)의 출력 공연비에 있어서의 어긋남을 보상하기 위해, 통상 운전 중(즉, 전술한 바와 같은 목표 공연비에 기초하여 피드백 제어를 행하고 있을 때)에 학습 제어가 행해진다. 이하에서는, 이 학습 제어에 대하여 설명한다.

여기서, 목표 공연비를 희박 공연비로 전환하고 나서, 적산 산소 과부족량 ΣOED가 전환 기준값 OEDref 이상이 될 때까지 즉 목표 공연비를 다시 농후 공연비로 전환할 때까지의 기간을 산소 증대 기간으로 한다. 마찬가지로, 목표 공연비를 농후 공연비로 전환하고 나서, 하류측 공연비 센서(41)의 출력 공연비가 농후 판정 공연비 이하가 될 때까지, 즉 목표 공연비를 다시 희박 공연비로 전환할 때까지의 기간을 산소 감소 기간으로 한다. 본 실시 형태의 학습 제어에서는, 산소 증대 기간에 있어서의 적산 산소 과부족량 ΣODE의 절댓값으로서 적산 산소 과잉량을 산출한다. 또한, 적산 산소 과잉량은, 산소 증대 기간에 있어서, 상류측 배기 정화 촉매(20)에 유입되는 배기 가스의 공연비를 이론 공연비로 하고자 했을 때 과잉이 되는 산소의 양의 적산값을 나타낸다. 또한, 산소 감소 기간에 있어서의 적산 산소 과부족량 ΣOED의 절댓값으로서 적산 산소 부족량을 산출한다. 또한, 적산 산소 부족량은, 산소 감소 기간에 있어서, 상류측 배기 정화 촉매(20)에 유입되는 배기 가스의 공연비를 이론 공연비로 하고자 했을 때 부족한 산소의 양의 적산값을 나타낸다. 그리고, 이들 적산 산소 과잉량과 적산 산소 부족량의 차가 작아지도록 제어 중심 공연비 AFR이 보정된다. 도 13에 이 상태를 나타낸다.

도 13은, 제어 중심 공연비 AFR, 공연비 보정량 AFC, 상류측 공연비 센서(40)의 출력 공연비 AFup, 상류측 배기 정화 촉매(20)의 산소 흡장량 OSA, 적산 산소 과부족량 ΣOED, 하류측 공연비 센서(41)의 출력 공연비 AFdwn 및 학습값 sfbg의 타임차트이다. 도 13은, 도 12와 마찬가지로, 상류측 공연비 센서(40)의 출력 공연비 AFup가 낮은 측(농후측)으로 어긋나 있는 경우를 나타내고 있다. 또한, 학습값 sfbg는, 상류측 공연비 센서(40)의 출력 공연비(출력 전류)의 어긋남에 따라서 변화하는 값이며, 본 실시 형태에서는 제어 중심 공연비 AFR을 보정하는데 사용된다. 또한, 도면 중, 상류측 공연비 센서(40)의 출력 공연비 AFup에 있어서의 실선은, 상류측 공연비 센서(40)에 의해 검출된 출력에 상당하는 공연비를, 파선은, 상류측 공연비 센서(40) 주위를 유통하는 배기 가스의 실제 공연비를 각각 나타내고 있다. 또한, 일점쇄선은 목표 공연비, 즉 이론 공연비에 공연비 보정량 AFC 및 학습값 sfbg를 가산한 공연비를 나타내고 있다.

도 13에 도시한 예에서는, 도 5 및 도 12와 마찬가지로, 시각 t_l 이전의 상태에서는, 제어 중심 공연비가 이론 공연비로 되고, 공연비 보정량 AFC가 농후 설정 보정량 AFCrich로 되어 있다. 이때, 상류측 공연비 센서(40)의 출력 공연비 AFup는 실선으로 나타낸 바와 같이 농후 설정 공연비에 상당하는 공연비로 된다. 그러나, 상류측 공연비 센서(40)의 출력 공연비 AFup에는 어긋남이 발생하였기 때문에, 배기 가스의 실제 공연비는 농후 설정 공연비보다도 희박한 공연비로 되어 있다(도 13의 파선). 단, 도 13에 도시한 예에서는, 도 13의 파선으로부터 알 수 있는 바와 같이, 시각 t₁이전의 실제의 배기 가스의 공연비는 농후 설정 공연비보다도 희박하면서도, 농후 공연비로 되어 있다. 따라서, 상류측 배기 정화 촉매(20)의 산소 흡장량은 서서히 감소해 간다.

시각 t₁에 있어서, 하류측 공연비 센서(41)의 출력 공연비 AFdwn이 농후 판정 공연비 AFrich에 도달된다. 이에 의해, 전술한 바와 같이, 공연비 보정량 AFC가 희박 설정 보정량 AFClean으로 전환된다. 시각 t₁이후에는, 상류측 공연비 센서(40)의 출력 공연비는 희박 설정 공연비에 상당하는 공연비로 된다. 그러나, 상류측 공연비 센서(40)의 출력 공연비의 어긋남에 의해, 배기 가스의 실제 공연비는, 희박 설정 공연비보다도 희박한 공연비, 즉 희박 정도가 큰 공연비로 된다(도 13의 파선을 참조). 이로 인해, 상류측 배기 정화 촉매(20)의 산소 흡장량 OSA는 급속하게 증대한다.

한편, 산소 과부족량 OED는, 상류측 공연비 센서(40)의 출력 공연비 AFup에 기초하여 산출된다. 그러나, 전술한 바와 같이, 상류측 공연비 센서(40)의 출력 공연비 AFup에는 어긋남이 발생하였다. 따라서, 산출된 산소 과부족량 OED는, 실제의 산소 과부족량 OED보다도 적은(즉, 산소량이 적은) 값으로 된다. 그 결과, 산출된 적산 산소 과부족량 ΣOED는, 실제의 값보다도 적어진다.

시각 t₂에서는, 적산 산소 과부족량 ΣOED가 전환 기준값 OEDref에 도달된다. 이로 인해, 공연비 보정량 AFC가 농후 설정 보정량 AFCrich로 전환된다. 따라서, 목표 공연비는 농후 공연비로 된다. 이때, 실제의 산소 흡장량 OSA는 도 13에 도시한 바와 같이 전환 기준 흡장량 Cref보다도 많아진다.

시각 t₂이후에는, 시각 t₁이전의 상태와 마찬가지로, 공연비 보정량 AFC가 농후 설정 보정량 AFCrich로 되어, 따라서 목표 공연비는 농후 공연비로 된다. 이때도, 배기 가스의 실제 공연비는 농후 설정 공연비보다도 희박한 공연비로 되어 있다. 이 결과, 상류측 배기 정화 촉매(20)의 산소 흡장량 OSA의 감소 속도는 느려진다. 또한, 전술한 바와 같이, 시각 t₂에 있어서, 상류측 배기 정화 촉매(20)의 실제 산소 흡장량은 전환 기준 흡장량 Cref보다도 많아진다. 이로 인해, 상류측 배기 정화 촉매(20)의 실제 산소 흡장량 OSA가 제로에 도달할 때까지에는 시간이 걸린다.

시각 t₃에서는, 하류측 공연비 센서(41)의 출력 공연비 AFdwn이 농후 판정 공연비 AFrich에 도달된다. 이에 의해, 전술한 바와 같이, 공연비 보정량 AFC가 희박 설정 보정량 AFClean으로 전환된다. 따라서, 목표 공연비가 농후 설정 공연비로부터 희박 설정 공연비로 전환된다.

그런데, 본 실시 형태에서는, 전술한 바와 같이, 시각 t₁로부터 시각 t₂까지에 있어서, 적산 산소 과부족량 ΣOED가 산출된다. 여기서, 목표 공연비를 희박 공연비로 전환했을 때(시각 t₁)로부터 상류측 배기 정화 촉매(20)의 산소 흡장량 OSA의 추정값이 전환 기준 흡장량 Cref 이상으로 되었을 때(시각 t₂)까지의 기간을 산소 증대 기간 Tinc라고 칭하면, 본 실시 형태에서는 산소 증대 기간 Tinc에 적산 산소 과부족량 ΣOED가 산출된다. 도 13에서는, 시각 t₁∼시각 t₂의 산소 증대 기간 Tinc에 있어서의 적산 산소 과부족량 ΣOED의 절댓값(적산 산소 과잉량)을 R₁로 나타내고 있다.

이 적산 산소 과잉량 R₁은, 시각 t₂에 있어서의 산소 흡장량 OSA에 상당한다. 그러나, 전술한 바와 같이, 산소 과부족량 OED의 추정에는 상류측 공연비 센서(40)의 출력 공연비 AFup가 사용되고, 이 출력 공연비 AFup에는 어긋남이 발생하였다. 이로 인해, 도 13에 도시한 예에서는, 시각 t₁∼시각 t₂의 적산 산소 과잉량 R₁은, 시각 t₂에 있어서의 실제의 산소 흡장량 OSA에 상당하는 값보다도 적게 되어 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 시각 t₂로부터 시각 t₃까지에 있어서도, 적산 산소 과부족량 ΣOED가 산출된다. 여기서, 목표 공연비를 농후 공연비로 전환했을 때(시각 t₂)로부터 하류측 공연비 센서(41)의 출력 공연비 AFdwn이 농후 판정 공연비 AFrich에 도달될 때(시각 t₃)까지의 기간을 산소 감소 기간 Tdec라고 칭하면, 본 실시 형태에서는 산소 감소 기간 Tdec에 적산 산소 과부족량 ΣOED가 산출된다. 도 13에서는, 시각 t₂∼시각 t₃의 산소 감소 기간 Tdec에 있어서의 적산 산소 과부족량 ΣOED의 절댓값(적산 산소 부족량)을 F₁로 나타내고 있다.

이 적산 산소 부족량 F₁은, 시각 t₂로부터 시각 t₃까지 상류측 배기 정화 촉매(20)로부터 방출된 총 산소량에 상당한다. 그러나, 전술한 바와 같이, 상류측 공연비 센서(40)의 출력 공연비 AFup에는 어긋남이 발생하였다. 이로 인해, 도 13에 도시한 예에서는, 시각 t₂∼시각 t₃의 적산 산소 부족량 F₁은, 시각 t₂로부터 시각 t₃까지 상류측 배기 정화 촉매(20)로부터 실제로 방출된 총 산소량에 상당하는 값보다도 많게 되어 있다.

여기서, 산소 증대 기간 Tinc에서는 상류측 배기 정화 촉매(20)에 산소가 흡장됨과 함께, 산소 감소 기간 Tdec에서는 흡장되어 있던 산소가 모두 방출된다. 따라서, 적산 산소 과잉량 R₁과, 적산 산소 부족량 F₁은 기본적으로 동일한 값이 되는 것이 이상적이다. 그런데, 전술한 바와 같이, 상류측 공연비 센서(40)의 출력 공연비 AFup에 어긋남이 발생한 경우, 이 어긋남에 따라서 이들 적산값의 값도 변화한다. 전술한 바와 같이, 상류측 공연비 센서(40)의 출력 공연비가 낮은 측(농후측)으로 어긋나 있는 경우, 적산 산소 과잉량 R₁에 대하여 적산 산소 부족량 F₁쪽이 많아진다. 반대로, 상류측 공연비 센서(40)의 출력 공연비가 높은 측(희박측)으로 어긋나 있는 경우, 적산 산소 과잉량 R₁에 대하여 적산 산소 부족량 F₁쪽이 적어진다. 또한, 적산 산소 과잉량 R₁과 적산 산소 부족량 F₁과의 차 △ΣOED(=R₁-F₁. 이하, 「과부족량 오차」라고 함)는 상류측 공연비 센서(40)의 출력 공연비에 있어서의 어긋남의 정도를 나타내고 있다. 이 과부족량 오차 △ΣOED가 커질수록, 상류측 공연비 센서(40)의 출력 공연비에 있어서의 어긋남이 크다고 할 수 있다.

따라서, 본 실시 형태에서는, 과부족량 오차 △ΣOED에 기초하여, 제어 중심 공연비 AFR을 보정하도록 하고 있다. 특히, 본 실시 형태에서는, 적산 산소 과잉량 R₁과 적산 산소 부족량 F₁과의 차 △ΣOED가 작아지도록 제어 중심 공연비 AFR을 보정하도록 하고 있다.

구체적으로는, 본 실시 형태에서는, 하기 식 (3)에 의해 학습값 sfbg를 산출함과 함께, 하기 식 (4)에 의해 제어 중심 공연비 AFR이 보정된다.

(식 3)

(식 4)

또한, 상기 식 (3)에 있어서, n은 계산 횟수 또는 시간을 나타내고 있다. 따라서, sfbg(n)은 금회의 계산 또는 현재의 학습값이다. 또한, 상기 식 (3)에 있어서의 k₁은, 과부족량 오차 △ΣOED를 제어 중심 공연비 AFR에 반영시키는 정도를 나타내는 게인이다. 게인 k₁의 값이 클수록 제어 중심 공연비 AFR의 보정량이 커진다. 또한, 상기 식 (4)에 있어서, 기본 제어 중심 공연비 AFRbase는, 기본으로 되는 제어 중심 공연비이며, 본 실시 형태에서는 이론 공연비이다.

도 13의 시각 t₃에 있어서는, 전술한 바와 같이, 적산 산소 과잉량 R₁ 및 적산 산소 부족량 F₁에 기초하여 학습값 sfbg가 산출된다. 특히, 도 13에 도시한 예에서는, 적산 산소 과잉량 R₁보다도 적산 산소 부족량 F₁쪽이 많은 점에서, 시각 t₃에 있어서 학습값 sfbg는 감소된다.

여기서, 제어 중심 공연비 AFR은, 상기 식 (4)를 이용하여 학습값 sfbg에 기초하여 보정된다. 도 13에 도시한 예에서는, 학습값 sfbg는 부의 값이 되고 있기 때문에, 제어 중심 공연비 AFR은, 기본 제어 중심 공연비 AFRbase보다도 작은 값, 즉 농후측의 값으로 되어 있다. 이에 의해, 상류측 배기 정화 촉매(20)에 유입되는 배기 가스의 공연비가 농후 측으로 보정되게 된다.

이 결과, 시각 t₃이후, 상류측 배기 정화 촉매(20)에 유입되는 배기 가스의 실제 공연비의 목표 공연비에 대한 어긋남은 시각 t₃이전과 비교해서 작게 된다. 따라서, 시각 t₃이후, 실제의 공연비를 나타내는 파선과 목표 공연비를 나타내는 일점쇄선 사이의 차는, 시각 t₃이전에 있어서의 차보다도 작아져 있다.

또한, 시각 t₃이후에도, 시각 t₁∼시각 t₂에 있어서의 조작과 마찬가지의 조작이 행해진다. 따라서, 시각 t₄에 있어서 적산 산소 과부족량 ΣOED가 전환 기준값 OEDref에 도달하면, 목표 공연비가 희박 설정 공연비로부터 농후 설정 공연비로 전환된다. 그 후, 시각 t₅에 있어서, 하류측 공연비 센서(41)의 출력 공연비 AFdwn이 농후 판정 공연비 AFrich에 도달하면, 다시, 목표 공연비가 희박 설정 공연비로 전환된다.

시각 t₃∼시각 t₄는, 전술한 바와 같이 산소 증대 기간 Tinc에 해당하고, 따라서 이 사이의 적산 산소 과부족량 ΣOED의 절댓값은 도 13의 적산 산소 과잉량 R₂로 나타낸다. 또한, 시각 t₄∼시각 t₅는, 전술한 바와 같이 산소 감소 기간 Tdec에 해당하고, 따라서 이 사이의 적산 산소 과부족량 ΣOED의 절댓값은 도 13의 적산 산소 부족량 F₂로 나타낸다. 그리고, 이들 적산 산소 과잉량 R₂와 적산 산소 부족량 F₂와의 차 △ΣOED(=R₂-F₂)에 기초하여, 상기 식 (3)을 이용하여 학습값 sfbg가 갱신된다. 본 실시 형태에서는, 시각 t₅이후에도 마찬가지의 제어가 반복되어, 이에 의해 학습값 sfbg의 갱신이 반복된다.

학습 제어에 의해 이와 같이 학습값 sfbg의 갱신을 행함으로써, 상류측 공연비 센서(40)의 출력 공연비 AFup는 서서히 목표 공연비로부터 이격되어 가지만, 상류측 배기 정화 촉매(20)에 유입되는 배기 가스의 실제 공연비는 서서히 목표 공연비에 가까이 간다. 이에 의해, 상류측 공연비 센서(40)의 출력 공연비에 있어서의 어긋남을 보상할 수 있다.

또한, 전술한 바와 같이, 학습값 sfbg의 갱신은, 산소 증대 기간 Tinc에 있어서의 적산 산소 과부족량 ΣOED와, 이 산소 증대 기간 Tinc의 직후에 이어지는 산소 감소 기간 Tdec에 있어서의 적산 산소 과부족량 ΣOED에 기초하여 행해지는 것이 바람직하다. 이것은, 전술한 바와 같이, 산소 증대 기간 Tinc에 상류측 배기 정화 촉매(20)에 흡장되는 총 산소량과 이 직후에 이어지는 산소 감소 기간 Tdec에 상류측 배기 정화 촉매(20)로부터 방출되는 총 산소량이 동등해지기 때문이다.

또한, 상기 실시 형태에서는, 1회의 산소 증대 기간 Tinc에 있어서의 적산 산소 과부족량 ΣOED와, 1회의 산소 감소 기간 Tdec에 있어서의 적산 산소 과부족량 ΣOED에 기초하여 학습값 sfbg의 갱신이 행해지고 있다. 그러나, 복수회의 산소 증대 기간 Tinc에 있어서의 적산 산소 과부족량 ΣOED의 합계값 또는 평균값과, 복수회의 산소 감소 기간 Tdec에 있어서의 적산 산소 과부족량 ΣOED의 합계값 또는 평균값에 기초하여 학습값 sfbg의 갱신을 행하여도 된다.

또한, 상기 실시 형태에서는, 학습값 sfbg에 기초하여, 제어 중심 공연비를 보정하도록 하고 있다. 그러나, 학습값 sfbg에 기초하여 보정하는 것은, 공연비에 관한 다른 파라미터이어도 된다. 다른 파라미터로서는, 예를 들어 연소실(5) 내로의 연료 공급량이나, 상류측 공연비 센서(40)의 출력 공연비, 공연비 보정량 등을 들 수 있다.

또한, 본 실시 형태에 있어서도, 공연비 제어로서 전술한 다른 제어를 행할 수 있다. 구체적으로는, 다른 제어로서는, 예를 들어 하류측 공연비 센서(41)의 출력 공연비가 희박 판정 공연비 이상으로 되었을 때 목표 공연비를 농후 공연비로 전환하고, 하류측 공연비 센서(41)의 출력 공연비가 농후 판정 공연비 이하로 되었을 때 목표 공연비를 희박 공연비로 전환하는 제어가 고려된다.

이 경우, 목표 공연비를 농후 공연비로 전환하고 나서 하류측 공연비 센서(41)의 출력 공연비가 농후 판정 공연비 이하로 될 때까지의 산소 감소 기간에 있어서의 적산 산소 과부족량의 절댓값으로서 적산 산소 부족량이 산출된다. 또한, 목표 공연비를 희박 공연비로 전환하고 나서 하류측 공연비 센서(41)의 출력 공연비가 희박 판정 공연비 이상이 될 때까지의 산소 증대 기간에 있어서의 적산 산소 과부족량의 절댓값으로서 적산 산소 과잉량이 산출된다. 그리고, 이들 적산 산소 과잉량과 적산 산소 부족량과의 차가 작아지도록 제어 중심 공연비 등이 보정되게 된다.

따라서, 이상을 통합하면, 본 실시 형태에서는, 학습 제어에 있어서, 목표 공연비를 희박 공연비로 전환하고 나서 다시 농후 공연비로 전환할 때까지의 산소 증대 기간에 있어서의 적산 산소 과잉량과, 목표 공연비를 농후 공연비로 전환하고 나서 다시 희박 공연비로 전환할 때까지의 산소 감소 기간에 있어서의 적산 산소 부족량에 기초하여, 이들 적산 산소 과잉량과 적산 산소 부족량의 차가 작아지도록 공연비에 관한 파라미터가 보정된다고 할 수 있다.

<소자 깨짐 발생 시의 거동>

전술한 바와 같이, 하류측 공연비 센서(41)에 소자 깨짐이 발생하면, 기본적으로는, 하류측 공연비 센서(41) 주위의 배기 가스의 공연비가 농후 공연비일 때 하류측 공연비 센서(41)의 출력 공연비 AFdwn이 희박 공연비로 된다. 그러나, 이와 같은 현상은, 하류측 공연비 센서(41) 주위를 유통하는 배기 가스의 유량에 따라서 발생하지 않는 경우가 있다.

도 14는, 하류측 공연비 센서(41) 주위를 유통하는 배기 가스의 유량과, 하류측 공연비 센서(41)의 출력 공연비 AFdwn과의 관계를 나타낸 도면이다. 도 14는, 하류측 공연비 센서(41) 주위를 유통하는 배기 가스의 공연비가 이론 공연비보다도 약간 농후한 농후 공연비로 되어 있는 경우를 나타내고 있다. 또한, 도면 중의 동그라미 표시는 소자 깨짐이 발생하지 않은 정상적인 센서를 사용한 경우를, 도면 중의 삼각 표시는 소자 깨짐이 발생하고 있는 센서를 사용한 경우를 각각 나타내고 있다.

도 14로부터 알 수 있는 바와 같이, 하류측 공연비 센서(41) 주위를 유통하는 배기 가스의 유량이 많을 때에는, 하류측 공연비 센서(41)에 소자 깨짐이 발생하지 않으면, 그 출력 공연비 AFdwn은 배기 가스의 실제 공연비에 일치한다. 따라서, 도 14에 도시한 예에서는, 출력 공연비 AFdwn은 이론 공연비보다도 약간 농후한 공연비로 되어 있다. 한편, 이때, 하류측 공연비 센서(41)에 소자 깨짐이 발생하고 있으면, 전술한 바와 같이 출력 공연비 AFdwn은 희박 공연비로 된다. 이에 반하여, 하류측 공연비 센서(41) 주위를 유통하는 배기 가스의 유량이 적을 때에는, 하류측 공연비 센서(41)의 소자 깨짐의 유무에 관계없이, 출력 공연비 AFdwn은 배기 가스의 실제 공연비에 일치하고, 이론 공연비보다도 약간 농후한 공연비로 되어 있다.

이와 같이, 하류측 공연비 센서(41)에 전술한 소자 깨짐이 발생하고 있는 경우에도, 배기 가스의 유량이 적을 때에는 전술한 바와 같은 현상이 발생하지 않는 것은, 이하의 이유라고 생각된다. 즉, 하류측 공연비 센서(41) 주위를 유통하는 배기 가스의 유량이 적으면, 깨짐이 발생하고 있는 부분을 통해 기준 가스실(55) 내에 침입해 오는 배기 가스의 유량이 적어진다. 이로 인해, 깨짐을 통해 배기 가스가 기준 가스실(55) 내에 침입하여도, 대기측 전극(53) 주위에 있어서의 산소 농도는 대부분 변화되지 않는다. 이 결과, 하류측 공연비 센서(41)의 출력 공연비 AFdwn도 변화되지 않아, 올바른 공연비를 출력하게 된다.

<소자 깨짐에 의한 오학습>

하류측 공연비 센서(41)에 소자 깨짐이 발생했을 때 그 출력 공연비가 전술한 바와 같은 거동을 나타내기 때문에, 전술한 바와 같은 학습 제어를 행하고 있으면, 잘못해서 학습값을 갱신해 버리는 경우가 있다. 이와 같은 잘못된 학습값의 갱신에 대하여 도 15를 참조하여 설명한다.

도 15는, 하류측 공연비 센서(41)에 소자 깨짐이 발생하고 있을 때의, 흡입 공기량 Mc, 제어 중심 공연비 AFR, 공연비 보정량 AFC, 상류측 배기 정화 촉매(20)의 산소 흡장량 OSA, 적산 산소 과부족량 ΣOED, 하류측 공연비 센서(41)의 출력 공연비 AFdwn 및 학습값 sfbg의 타임차트이다. 도 15에 도시한 예에서는, 상류측 공연비 센서(40)의 출력 공연비 AFup에 오차는 발생하지 않았다.

도 15에 도시한 예에서는, 시각 t₁이전의 상태에서는, 공연비 보정량 AFC가 농후 설정 보정량 AFCrich로 설정되어 있다. 이로 인해, 상류측 배기 정화 촉매(20)의 산소 흡장량 OSA는 서서히 감소해 가고, 시각 t₁ 근방에서 상류측 배기 정화 촉매(20)로부터 미연 가스 등이 유출되기 시작된다. 이때, 내연 기관의 연소실(5)로의 흡입 공기량 Mc는 비교적 적어, 따라서 하류측 공연비 센서(41) 주위를 유통하는 배기 가스의 유량도 비교적 적다. 이로 인해, 하류측 공연비 센서(41) 주위를 유통하는 배기 가스의 공연비가 농후 공연비로 되면, 이에 수반하여 하류측 공연비 센서(41)의 출력 공연비 AFdwn도 농후 공연비로 된다. 이 결과, 도시한 예에서는, 시각 t₁에 있어서, 하류측 공연비 센서(41)의 출력 공연비 AFdwn이 농후 설정 공연비 AFrich 이하로 된다. 이로 인해, 공연비 보정량 AFC가 농후 설정 보정량 AFCrich로부터 희박 설정 보정량 AFClean으로 전환된다.

시각 t₁에 있어서 공연비 보정량 AFC가 희박 설정 보정량 AFClean으로 전환되면, 상류측 배기 정화 촉매(20)의 산소 흡장량 OSA가 서서히 증가한다. 또한, 이에 수반하여 적산 산소 과부족량 ΣOED도 서서히 증대하고, 시각 t₂에 있어서 전환 기준값 OEDref에 도달한다. 이로 인해, 시각 t₂에 있어서 공연비 보정량 AFC가 희박 설정 보정량 AFClean으로부터 농후 설정 보정량 AFCrich로 전환된다.

공연비 보정량 AFC가 농후 설정 보정량 AFCrich로 전환되면, 상류측 배기 정화 촉매(20)의 산소 흡장량 OSA가 서서히 감소하고, 시각 t₃ 근방에서 상류측 배기 정화 촉매(20)의 산소 흡장량 OSA가 거의 제로에 도달한다. 이로 인해, 시각 t3 근방으로 상류측 배기 정화 촉매(20)로부터 미연 가스 등이 유출되기 시작한다.

이때, 도 15에 도시한 예에서는, 내연 기관의 연소실(5)로의 흡입 공기량 Mc가 비교적 많아져 있으며, 따라서 하류측 공연비 센서(41) 주위를 유통하는 배기 가스의 유량도 비교적 많다. 이로 인해, 하류측 공연비 센서(41) 주위를 유통하는 배기 가스의 공연비가 농후 공연비로 되면, 하류측 공연비 센서(41)의 출력 공연비 AFdwn은 희박 공연비로 된다. 따라서, 시각 t₃에 있어서, 하류측 공연비 센서(41)의 출력 공연비 AFdwn은 희박 판정 공연비 AFlean 이상으로 되어, 하류측 공연비 센서(41)에 소자 깨짐의 이상이 발생하였다고 판정한다.

그러나, 하류측 공연비 센서(41)의 출력 공연비 AFdwn은 농후 판정 공연비 AFrich 이하로 되어 있는 것이 아니기 때문에, 공연비 보정량 AFC는 농후 설정 보정량으로 계속해서 유지된다. 이로 인해, 상류측 배기 정화 촉매(20)로부터는 미연 가스 등이 유출되고, 또한 하류측 공연비 센서(41)의 출력 공연비 AFdwn은 희박 판정 공연비 AFlean보다도 큰 공연비로 유지된다.

그 후, 도 15에 도시한 예에서는, 시각 t₄에 있어서 흡입 공기량 Mc가 감소하고, 하류측 공연비 센서(41) 주위를 유통하는 배기 가스의 유량이 비교적 적어진다. 이로 인해, 하류측 공연비 센서(41)의 출력 공연비 AFdwn은 배기 가스의 실제 공연비에 상당하는 올바른 공연비를 향해 변화한다. 이 결과, 시각 t₅에 있어서, 하류측 공연비 센서(41)의 출력 공연비 AFdwn이 농후 판정 공연비 AFrich 이하로 된다. 이로 인해, 공연비 보정량 AFC가 농후 설정 공연비 AFCrich로부터 희박 설정 공연비 AFClean으로 전환된다.

여기서, 전술한 바와 같이, 학습값 sfbg를 산출할 때 사용되는 산소 감소 기간은, 목표 공연비를 농후 공연비로 전환했을 때부터 하류측 공연비 센서(41)의 출력 공연비 AFdwn이 농후 판정 공연비 AFrich에 도달할 때(또는, 목표 공연비를 희박 공연비로 전환할 때)까지의 기간으로 된다. 이로 인해, 산소 감소 기간을 이와 같이 산출하면, 산소 감소 기간이 매우 길어져 버린다. 이 결과, 시각 t₂∼시각 t₅의 적산 산소 부족량 F₁은, 시각 t₁∼시각 t₂의 적산 산소 과잉량 R₁보다도 많아져서, 도 15에 도시한 바와 같이 학습값 sfbg가 크게 감소되게 된다. 이 결과, 상류측 공연비 센서(40)의 출력 공연비에는 오차가 발생하지 않았음에도 불구하고, 학습값 sfbg가 변경되어, 잘못된 학습값의 갱신이 행해져 버린다. 이 결과, 도 15에 도시한 바와 같이, 제어 중심 공연비 AFR이 잘못해서 변경되어 버린다.

<소자 깨짐 이상 시의 학습값 갱신>

따라서, 본 실시 형태에서는, 목표 공연비가 농후 공연비로 설정되어 있을 때 하류측 공연비 센서(41)에 이상이 발생하였다고 판정된 경우에는, 그 후에 하류측 공연비 센서(41)의 출력 공연비 AFdwn이 농후 판정 공연비 AFrich 이하로 되어 목표 공연비가 희박 공연비로 전환되어도, 이때의 적산 산소 부족량에 기초하는 학습값 sfbg의 보정을 중지하도록 하고 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 목표 공연비가 농후 공연비로 설정되어 있을 때 하류측 공연비 센서(41)의 출력 공연비 AFdwn이 희박 판정 공연비 AFlean보다도 농후한 공연비로부터 희박 판정 공연비 AFlean보다도 희박한 공연비로 변화함으로써 하류측 공연비 센서(41)에 이상이 발생하였다고 판정된 경우에는, 목표 공연비를 전회 농후 공연비로 전환하고 나서 하류측 공연비 센서(41)의 출력 공연비 AFdwn이 희박 판정 공연비 AFlean보다도 농후한 공연비로부터 희박한 공연비로 변화했을 때까지의 기간에 있어서의 적산 산소 과부족량 ΣOED의 절댓값을 적산 산소 부족량 F로서 산출하고, 이와 같이 산출된 적산 산소 부족량 F와 적산 산소 과잉량 R과의 차가 작아지도록 학습값 sfbg를 보정하도록 하고 있다. 이하, 도 16을 참조하여, 본 실시 형태에 있어서의 학습값의 갱신 방법에 대하여 설명한다.

도 16은, 공연비 보정량 AFC 등을 나타내는 도 15과 마찬가지의 타임차트이다. 도 16은, 상류측 공연비 센서(40)의 출력 공연비 AFup에 근소한 오차가 발생한 경우를 나타내고 있다. 도 16에 도시한 예에 있어서도, 시각 t₃까지는 도 15에 도시한 예와 마찬가지로 각 파라미터가 추이한다.

또한, 도 16에 도시한 예에 있어서도, 시각 t₃에 있어서 하류측 공연비 센서(41)의 출력 공연비 AFdwn이 희박 판정 공연비 AFlean에 도달하고, 하류측 공연비 센서(41)에 소자 깨짐의 이상이 발생하였다고 판정된다. 이때, 도 16에서 알 수 있는 바와 같이 산소 흡장량 OSA가 거의 제로로 되어 있으며, 따라서 실제로는 상류측 배기 정화 촉매(20)로부터는 농후 공연비의 배기 가스가 유출되고 있다. 따라서, 시각 t₂로부터 시각 t₃에 있어서의 적산 산소 과부족량 ΣOED는, 시각 t₂로부터 시각 t₃의 사이에 상류측 배기 정화 촉매(20)로부터 방출된 산소량을 나타내고 있으며, 시각 t₂에 있어서의 상류측 배기 정화 촉매(20)의 산소 흡장량에 상당한다. 즉, 시각 t₂로부터 시각 t₃은 도 13에 있어서의 산소 감소 기간 Tdec에 상당함과 함께, 시각 t₂로부터 시각 t₃까지의 적산 산소 과부족량 ΣOED는, 도 13에 도시한 적산 산소 부족량 F에 상당한다.

이로 인해, 상류측 공연비 센서(40)의 출력 공연비 AFup에 어긋남이 발생하지 않았으면, 시각 t₁로부터 시각 t₂까지의 산소 증대 기간 Tinc에 있어서의 적산 산소 과잉량 R₁과 시각 t₂로부터 시각 t₃까지의 산소 감소 기간 Tdec에 있어서의 적산 산소 부족량 F₁은 동일한 값으로 된다. 그러나, 상류측 공연비 센서(40)에 어긋남이 발생한 경우에는, 이들 적산 산소 과잉량 R₁과 적산 산소 부족량 F₁이 상이한 값으로 된다.

따라서, 본 실시 형태에서는, 시각 t₁로부터 시각 t₂까지의 산소 증대 기간 Tinc에 있어서의 적산 산소 과잉량 R₁과, 시각 t₂로부터 하류측 공연비 센서(41)의 출력 공연비 AFdwn이 희박 판정 공연비 AFlean 이상이 된 시각 t₃까지의 산소 감소 기간 Tdec에 있어서의 적산 산소 부족량 F₁과의 차인 과부족량 오차 △ΣOED(=R₁-F₁)에 기초하여, 상기 식 (3)에 의해 학습값 sfbg를 산출하도록 하고 있다. 또한, 산출된 학습값 sfbg에 기초하여 상기 식 (4)에 의해 제어 중심 공연비 AFR을 보정하도록 하고 있다.

이 결과, 도 16에 도시한 예에서는, 적산 산소 과잉량 R₁보다도 적산 산소 부족량 F₁쪽이 많기 때문에, 시각 t₃에 있어서 학습값 sfbg가 감소된다. 또한, 이 결과, 제어 중심 공연비 AFR이 감소된다. 이에 의해, 본 실시 형태에 의하면, 하류측 공연비 센서(41)에 소자 깨짐의 이상이 발생하고 있을 때라도, 적절하게 학습값 sfbg의 갱신을 행할 수 있어, 따라서 상류측 공연비 센서(40)의 출력 공연비에 있어서의 어긋남을 적절하게 보상할 수 있다.

또한, 도 16에 도시한 예에서는, 도 15에 도시한 예와 마찬가지로, 시각 t₄에 있어서 흡입 공기량 Mc가 감소하고, 하류측 공연비 센서(41) 주위를 유통하는 배기 가스의 유량이 비교적 적어진다. 이로 인해, 하류측 공연비 센서(41)의 출력 공연비 AFdwn은, 시각 t₄ 이후, 농후 공연비를 향해 변화하고, 시각 t₅에 있어서, 농후 판정 공연비 AFrich 이하로 된다. 이로 인해, 공연비 보정량 AFC가 농후 설정 공연비 AFCrich로부터 희박 설정 공연비 AFClean으로 전환된다.

이때, 본 실시 형태에서는, 시각 t₅에 있어서, 학습값 sfbg의 갱신이 중지되어, 따라서 제어 중심 공연비 AFR의 보정이 중지된다. 도 15를 참조하여 설명한 바와 같이, 시각 t₂로부터 시각 t₅에 있어서의 적산 산소 부족량에 기초하여 학습값 sfbg의 갱신을 행하면 학습값 sfbg가 잘못해서 갱신되어 버린다. 본 실시 형태에서는, 시각 t₅에 있어서, 시각 t₂로부터 시각 t₅에 있어서의 적산 산소 부족량에 기초하는 학습값 sfbg의 갱신이 행해지지 않기 때문에, 학습값 sfbg를 잘못해서 갱신하는 것이 방지된다.

또한, 상기 실시 형태에서는, 시각 t₃에 있어서 학습값 sfbg의 갱신을 행하고 있지만, 이때의 학습값 sfbg의 갱신은 반드시 행하지 않아도 된다. 즉, 하류측 공연비 센서(41)에 소자 깨짐이 발생한 것 이외의 이유에 의해, 공연비 보정량 AFC가 농후 설정 보정량 AFCrich로 설정되어 있을 때, 하류측 공연비 센서(41)의 출력 공연비 AFdwn이 희박 판정 공연비 AFlean 이상이 되는 경우가 있다. 이와 같은 경우로서는, 예를 들어 기관 부하가 급격하게 변화하여 상류측 배기 정화 촉매(20)에 유입되는 배기 가스의 공연비가 급격하게 변화한 경우 등이 생각된다. 시각 t₃에 있어서 학습값 sfbg를 갱신하지 않음으로써, 이와 같은 경우에 학습값을 잘못해서 갱신하는 것이 억제된다.

<제2 실시 형태에 있어서의 제어의 설명>

다음으로, 도 17 및 도 18을 참조하여, 본 실시 형태에 있어서의 제어 장치에 대하여 구체적으로 설명한다. 본 실시 형태에 있어서의 제어 장치는, 도 17에 도시한 바와 같이, A1∼A10의 각 기능 블록을 포함하여 구성되어 있다. 이 중, 기능 블록 A1∼A8은, 제1 실시 형태에 있어서의 기능 블록 A1∼A8과 마찬가지이므로, 기본적으로 설명을 생략한다.

학습값 산출 수단 A9에서는, 하류측 공연비 센서(41)의 출력 공연비 AFdwn, 산소 과부족량 산출 수단 A4에 의해 산출된 적산 산소 과부족량 ΣOED 등에 기초하여 학습값 sfbg가 산출된다. 구체적으로는, 도 18에 도시한 학습 제어의 흐름도에 기초하여 학습값 sfbg가 산출된다. 이와 같이 하여 산출된 학습값 sfbg는, ECU(31)의 RAM(33) 중, 내연 기관을 탑재한 차량의 이그니션 키가 오프로 되어도 소거되지 않는 기억 매체에 보존된다.

제어 중심 공연비 산출 수단 A10에서는, 기본 제어 중심 공연비 AFRbase(예를 들어, 이론 공연비)와, 학습값 산출 수단 A9에 의해 산출된 학습값 sfbg에 기초하여 제어 중심 공연비 AFR이 산출된다. 구체적으로는, 전술한 식 (4)에 도시한 바와 같이, 기본 제어 중심 공연비 AFRbase에 학습값 sfbg를 가산함으로써 제어 중심 공연비 AFR이 산출된다.

목표 공연비 설정 수단 A6은, 제어 중심 공연비 산출 수단 A10에 의해 산출된 제어 중심 공연비 AFR에, 공연비 보정량 산출 수단 A5에 의해 산출된 공연비 보정량 AFC를 가산함으로써, 목표 공연비 AFT를 산출한다.

<학습 제어의 흐름도>

도 18은, 학습 제어의 제어 루틴을 나타내는 흐름도이다. 도시한 제어 루틴은 일정 시간 간격의 인터럽트에 의해 행해진다.

도 18에 도시한 바와 같이, 우선, 스텝 S61에 있어서, 학습값 sfbg의 갱신 조건이 성립되었는지 여부가 판정된다. 갱신 조건이 성립된 경우란, 예를 들어 통상 제어 중인 것 등을 들 수 있다. 스텝 S61에 있어서, 학습값 sfbg의 갱신 조건이 성립되었다고 판정된 경우에는, 스텝 S62로 진행된다. 스텝 S62에서는, 희박 설정 플래그 Fl이 ON으로 설정되어 있는지 여부가 판정된다. 희박 설정 플래그 Fl은, 도 9에 도시한 공연비 보정량 설정 제어의 제어 루틴에 있어서 설정되는 플래그이다. 스텝 S62에 있어서, 희박 설정 플래그 Fl이 ON으로 설정되었다고 판정된 경우, 즉 공연비 보정량 AFC가 희박 설정 보정량 AFClean으로 설정되어 있는 경우에는, 스텝 S63으로 진행된다.

스텝 S63에서는, 공연비 보정량 AFC의 전환 타이밍이었는지 여부가 판정된다. 구체적으로는, 본 제어 루틴이 전회 종료하고 나서 금회 개시될 때까지의 동안에 공연비 보정량 AFC가 농후 설정 보정량 AFCrich로부터 희박 설정 보정량 AFClean으로 전환되었는지 여부가 판정된다. 스텝 S63에 있어서, 공연비 보정량 AFC의 전환 타이밍이 아니었다고 판정된 경우에는, 스텝 S64로 진행한다. 스텝 S64에서는, 적산 산소 과부족량 ΣOED에 현재의 산소 과부족량 OED가 가산된다.

그 후, 목표 공연비가 농후 공연비로 전환되면, 다음 제어 루틴에서는 스텝 S62에 있어서 희박 설정 플래그 Fl이 OFF로 설정되었다고 판정되어, 스텝 S65로 진행된다. 스텝 S65에서는, 공연비 보정량 AFC의 전환 타이밍이었는지 여부가 판정된다. 구체적으로는, 본 제어 루틴이 전회 종료하고 나서 금회 개시될 때까지의 동안에 공연비 보정량 AFC가 희박 설정 보정량 AFClean으로부터 농후 설정 보정량 AFCrich로 전환되었는지 여부가 판정된다. 스텝 S65에 있어서, 공연비 보정량 AFC의 전환 타이밍이었다고 판정된 경우에는, 스텝 S66으로 진행한다. 스텝 S66에서는 적산 산소 과잉량 Rn이 현재의 적산 산소 과부족량 ΣOED의 절댓값으로 된다. 계속해서, 스텝 S67에서는, 적산 산소 과부족량 ΣOED가 0으로 리셋되고, 제어 루틴이 종료된다.

다음 제어 루틴에서는, 통상 스텝 S62에 있어서 희박 설정 플래그 Fl이 OFF로 설정되었다고 판정되고, 스텝 S65에 있어서 공연비 보정량 AFC의 전환 타이밍이 아니었다고 판정된다. 이 경우, 본 제어 루틴은 스텝 S68로 진행된다. 스텝 S68에서는, 적산 산소 과부족량 ΣOED에 현재의 산소 과부족량 OED가 가산된다.

그 후, 목표 공연비가 희박 공연비로 전환되면, 다음 제어 루틴에서는 스텝 S62에 있어서 희박 설정 플래그 Fl이 ON으로 설정되었다고 판정되고, 스텝 S63에 있어서 공연비 보정량 AFC의 전환 타이밍이었다고 판정된다. 이 경우, 본 제어 루틴은 스텝 S69로 진행된다. 스텝 S69에서는, 목표 공연비가 농후 공연비로 설정되어 있던 동안에 하류측 공연비 센서(41)에 이상 판정이 이루어져 있는지 여부가 판정된다. 스텝 S69에 있어서, 하류측 공연비 센서(41)에 이상 판정이 이루어져지지 않았다고 판정된 경우에는, 스텝 S70으로 진행된다.

스텝 S70에서는, 적산 산소 부족량 Fn이 현재의 적산 산소 과부족량 ΣOED의 절댓값으로 된다. 계속해서, 스텝 S71에서는, 적산 산소 과부족량 ΣOED가 0으로 리셋된다. 계속해서, 스텝 S72에서는, 스텝 S66에서 산출된 적산 산소 과잉량 Rn과 스텝 S70에서 산출된 적산 산소 부족량 Fn에 기초하여 학습값 sfbg가 갱신되고, 제어 루틴이 종료된다. 이와 같이 하여 갱신된 학습값 sfbg는, 상기 식 (4)에 의해 제어 중심 공연비 AFR을 보정하는데 사용된다.

한편, 스텝 S69에 있어서, 하류측 공연비 센서(41)에 이상 판정이 이루어졌다고 판정된 경우에는, 스텝 S73으로 진행된다. 스텝 S73에서는, 공연비 보정량 AFC가 농후 설정 보정량 AFCrich로 전환되고 나서 하류측 공연비 센서(41)의 출력 공연비 AFdwn이 희박 판정 공연비 AFlean 이상이 될 때까지의 기간에 적산된 적산 산소 과부족량 ΣOED가 적산 산소 부족량 Fn으로서 산출된다. 계속해서, 스텝 S71에서는, 적산 산소 과부족량 ΣOED가 0으로 리셋된다. 계속해서, 스텝 S72에서는, 스텝 S66에서 산출된 적산 산소 과잉량 Rn과 스텝 S73에서 산출된 적산 산소 부족량 Fn에 기초하여 학습값 sfbg가 갱신되고, 제어 루틴이 종료된다. 이와 같이 하여 갱신된 학습값 sfbg는, 상기 식 (4)에 의해 제어 중심 공연비 AFR을 보정하는데 사용된다. 또한, 학습값을 잘못해서 갱신하는 것을 억제하기 위해서, 스텝 S69에 있어서 하류측 공연비 센서(41)에 이상 판정이 이루어졌다고 판정된 경우에, 스텝 S72에 있어서 학습값 sfbg를 갱신하지 않아도 된다.

또한, 상기 제1 실시 형태 및 제2 실시 형태에서는, 하류측 공연비 센서(41)에 소자 깨짐의 이상이 발생하였다고 판정된 때에는, 농후 설정 보정량 AFCrich의 절댓값 및 희박 설정 보정량 AFClean의 절댓값을 감소시키도록 하고 있다. 이 결과, 제어 중심 공연비에 농후 설정 보정량 AFCrich를 가산한 농후 설정 공연비의 농후 정도가 저하된다. 또한, 제어 중심 공연비에 희박 설정 보정량 AFClean을 가산한 희박 설정 공연비의 희박 정도가 저하된다.

그러나, 하류측 공연비 센서(41)에 소자 깨짐의 이상이 발생하였다고 판정된 때에는, 농후 설정 보정량 AFCrich의 절댓값 및 희박 설정 보정량 AFClean의 절댓값이 아니라, 농후 설정 공연비 및 희박 설정 공연비를 직접 보정하도록 해도 된다. 이 경우, 소자 깨짐의 이상이 발생하였다고 판정된 때에는, 농후 설정 공연비의 농후 정도 및 희박 설정 공연비의 희박 정도가 저하되게 된다.

1: 기관 본체
5: 연소실
7: 흡기 포트
9: 배기 포트
19: 배기 매니폴드
20: 상류측 배기 정화 촉매
24: 하류측 배기 정화 촉매
31: ECU
40: 상류측 공연비 센서
41: 하류측 공연비 센서

Claims

내연 기관의 배기 통로에 설치된 배기 정화 촉매와, 당해 배기 정화 촉매보다도 배기 흐름 방향 하류측에 있어서 상기 배기 통로에 설치된 하류측 공연비 센서와, 상기 배기 정화 촉매에 유입되는 배기 가스의 공연비를 제어하는 공연비 제어 및 상기 하류측 공연비 센서의 출력 공연비에 기초하여 당해 하류측 공연비 센서의 이상 진단을 행하는 이상 진단 제어를 행하는 제어 장치를 구비하고,
상기 제어 장치는, 상기 공연비 제어에 있어서, 상기 배기 정화 촉매에 유입되는 배기 가스의 공연비를, 이론 공연비보다도 농후한 농후 공연비와 이론 공연비보다도 희박한 희박 공연비로 교대로 반복하여 전환하고,
상기 제어 장치는, 상기 이상 진단 제어에 있어서, 상기 공연비 제어에 의해 상기 배기 정화 촉매에 유입되는 배기 가스의 공연비가 농후 공연비로 되어 있을 때, 상기 하류측 공연비 센서의 출력 공연비가 이론 공연비보다도 희박한 소정의 희박 판정 공연비보다도 농후한 공연비로부터 당해 희박 판정 공연비보다도 희박한 공연비로 변화했을 때에는, 상기 하류측 공연비 센서에 이상이 발생하였다고 판정하는, 내연 기관의 배기 정화 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어 장치는, 상기 공연비 제어에 있어서 상기 배기 정화 촉매에 유입되는 배기 가스의 공연비가 목표 공연비로 되도록 내연 기관의 연소실에 공급되는 연료 공급량을 피드백 제어함과 함께, 상기 하류측 공연비 센서의 출력 공연비에 기초하여 공연비에 관한 파라미터를 보정하는 학습 제어를 더 행하고,
상기 제어 장치는, 상기 공연비 제어에 있어서 상기 목표 공연비를 농후 공연비와 희박 공연비로 교대로 전환함과 함께, 상기 하류측 공연비 센서의 출력 공연비가 이론 공연비보다도 농후한 소정의 농후 판정 공연비 이하로 되었을 때 상기 목표 공연비의 농후 공연비로부터 희박 공연비로의 전환을 행하고,
상기 제어 장치는, 상기 학습 제어에 있어서, 상기 목표 공연비를 희박 공연비로 전환하고 나서 다시 농후 공연비로 전환할 때까지의 산소 증대 기간에 있어서 상기 배기 정화 촉매에 유입되는 배기 가스의 공연비를 이론 공연비로 하고자 했을 때 과잉이 되는 산소의 양의 적산값인 적산 산소 과잉량과, 상기 목표 공연비를 농후 공연비로 전환하고 나서 다시 희박 공연비로 전환할 때까지의 산소 감소 기간에 있어서 상기 배기 정화 촉매에 유입되는 배기 가스의 공연비를 이론 공연비로 하고자 했을 때 부족한 산소의 양의 적산값인 적산 산소 부족량에 기초하여, 이들 적산 산소 과잉량과 적산 산소 부족량의 차가 작아지도록 상기 공연비에 관한 파라미터를 보정하고,
상기 제어 장치는, 상기 목표 공연비가 농후 공연비로 설정되어 있을 때 상기 하류측 공연비 센서에 이상이 발생하였다고 판정된 경우에는, 그 후에 상기 하류측 공연비 센서의 출력 공연비가 농후 판정 공연비 이하로 되어 상기 목표 공연비가 희박 공연비로 전환되어도, 이때의 적산 산소 부족량에 기초하는 상기 공연비에 관한 파라미터의 보정을 중지하는, 내연 기관의 배기 정화 장치.
제2항에 있어서,
상기 제어 장치는, 상기 목표 공연비가 농후 공연비로 설정되어 있을 때 상기 하류측 공연비 센서의 출력 공연비가 상기 희박 판정 공연비보다도 농후한 공연비로부터 당해 희박 판정 공연비보다도 희박한 공연비로 변화함으로써 상기 하류측 공연비 센서에 이상이 발생하였다고 판정된 경우에는, 상기 목표 공연비를 전회 농후 공연비로 전환하고 나서 상기 하류측 공연비 센서의 출력 공연비가 상기 희박 판정 공연비보다도 농후한 공연비로부터 희박한 공연비로 변화했을 때까지의 기간에 있어서의 적산 산소 부족량을 산출하고, 당해 적산 산소 부족량과 상기 적산 산소 과잉량과의 차가 작아지도록 상기 공연비에 관한 파라미터를 보정하는, 내연 기관의 배기 정화 장치.
제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 제어 장치는, 상기 공연비 제어에 있어서, 상기 목표 공연비를 이론 공연비보다도 농후한 일정한 농후 설정 공연비와 이론 공연비보다도 희박한 일정한 희박 설정 공연비로 교대로 전환하고,
상기 제어 장치는, 상기 이상 진단 제어에 의해 상기 하류측 공연비 센서에 이상이 발생하였다고 판정된 경우에는, 상기 농후 설정 공연비의 농후 정도를 작게 하는, 내연 기관의 배기 정화 장치.
제4항에 있어서,
상기 제어 장치는, 상기 공연비 제어에 있어서 상기 목표 공연비를 농후 공연비와 희박 공연비로 1회씩 설정하는 기간을 1 사이클로 하면, 당해 사이클의 횟수에 대한 상기 하류측 공연비 센서에 이상이 발생하였다고 판정되는 횟수의 비율이 미리 정해진 비율 이상인 경우에는, 상기 농후 설정 공연비의 농후 정도를 작게 하는, 내연 기관의 배기 정화 장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어 장치는, 상기 공연비 제어에 있어서, 상기 하류측 공연비 센서의 출력 공연비가 이론 공연비보다도 농후한 소정의 농후 판정 공연비 이하로 되었을 때 상기 배기 정화 촉매에 유입되는 배기 가스의 공연비를 농후 공연비로부터 희박 공연비로 전환하고, 상기 배기 정화 촉매의 산소 흡장량이 최대 흡장 가능 산소량보다도 적은 소정의 전환 기준 산소량 이상으로 되었을 때 상기 배기 정화 촉매에 유입되는 배기 가스의 공연비를 희박 공연비로부터 농후 공연비로 전환하는, 내연 기관의 배기 정화 장치.