JPH08296471A - エンジンの空燃比制御装置 - Google Patents

エンジンの空燃比制御装置

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JPH08296471A
JPH08296471A JP7101149A JP10114995A JPH08296471A JP H08296471 A JPH08296471 A JP H08296471A JP 7101149 A JP7101149 A JP 7101149A JP 10114995 A JP10114995 A JP 10114995A JP H08296471 A JPH08296471 A JP H08296471A
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JP
Japan
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fuel ratio
air
nox
speed
enrichment
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JP7101149A
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English (en)
Inventor
Hiroyasu Yoshino
太容 吉野
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Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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Publication date
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    • F01N3/08Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 NOxの還元とトルクショックの低減とを両
立させる。 【構成】 理論空燃比よりもリーン側の雰囲気で排気中
のNOxを吸着し、理論空燃比の雰囲気ではNOxを離
脱させる機能を有する第一の触媒と、この触媒の下流に
あって理論空燃比付近の雰囲気でO2ストレージ機能を
有する第二の触媒とを排気通路に配置しており、算出手
段23では第一の触媒のNOx吸着量を算出し、このN
Ox吸着量が許容値以上になった場合において理論空燃
比での運転へと切換える際に空燃比制御手段25が空燃
比を所定のリッチ化速度で理論空燃比よりもリッチ化し
たあと直ぐに所定のリカバー速度で理論空燃比に戻す。
この場合に、前記リッチ化速度をNOx離脱速度に基づ
いて設定手段26が設定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明はエンジンをリーン(希
薄混合気)運転させる空燃比制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】エンジンの燃費を改善すると同時にNO
xを低減するため、空気と燃料の比率である空燃比を理
論空燃比よりもリーン側の目標値となるように燃料供給
量を制御し、ある程度の出力の要求される運転域になる
と、理論空燃比での運転に戻すようにしたエンジンの運
転方法において、リーン燃焼領域で発生するNOxを触
媒の吸蔵物質に吸着させておき、このNOx吸着量が限
界にきたと判断したら、ごく短時間だけ空燃比を理論空
燃比よりもリッチ側に制御するようにしたものがある
(たとえば特開平6−66185号公報参照)。
【0003】このものでは、吸蔵物質に限界まで吸着さ
れたNOxをいったん離脱させる必要があるときに、排
気中の未燃成分であるHC,COの量がすべてのNOx
(吸蔵物質から離脱されるNOxと排気中のNOxの両
方)を過不足なく還元するための必要量を超えるように
空燃比をリッチ化し、そのあと直ちに一定のリカバー速
度で理論空燃比へと戻している。そして所定時間だけ理
論空燃比での運転を継続した後にはリーン運転に移行
し、空になった吸蔵物質にNOxを再び吸着させるわけ
である。
【0004】このように、NOxが限界まで吸着される
たびに空燃比のリッチ化を行い、吸蔵物質から離脱して
くるNOxを空燃比のリッチ化により増加させた排気中
の未燃成分により還元することで、長時間続けてリーン
運転が続くときでも、触媒の吸蔵物質がNOxを吸着し
きれなくなり浄化不能となることが避けられるのであ
る。
【0005】また、吸蔵物質を有する触媒の下流にはO
2ストレージ効果を有する触媒が設けられており、この
触媒に吸着されているO2によって、上記空燃比のリッ
チ化の際にNOxを還元した後に残る余剰分の未燃成分
が酸化されて浄化される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、空燃比のリ
ッチ化処理を図形的に示すと、これは図12のように所
定のリッチ化速度で目標値までリッチ化したあと、直ち
にリカバー速度で理論空燃比(図ではDML=1.0の
ライン)に戻すのであり、理論空燃比の雰囲気で離脱し
てくるNOxを還元するため、これに見合った量の未燃
成分(特にHC)を空燃比のリッチ化により排気中に供
給する。このときのHC供給量は、同図の斜線部面積に
ほぼ比例するものと考えてさしつかえない。したがっ
て、図示の斜線部面積がNOx離脱量と排気中のNOx
量の合計に見合った大きさになるようリッチ化速度を制
御してやらなければならない。
【0007】一方、理論空燃比とリーン側の目標値との
あいだでの空燃比の切換によってトルクショックが生じ
るので、上記のように空燃比のリッチ化処理を行うとき
は、さらに切換前後の空燃比段差が大きくなり、トルク
ショックが増長されることになる。
【0008】しかしながら、従来装置では、トルクショ
ックのことについては全く考慮されておらず、NOxの
還元を重視しすぎるあまり、リッチ化速度をほぼ無限大
の一定としている。そのため、空燃比がリーン側の目標
値から急激にリッチ化し、その急激な空燃比変化により
トルクショックが増長されて、運転性上好ましくないの
である。
【0009】そこでこの発明は、リッチ化速度をNOx
離脱量に基づいて設定することにより、NOxの還元と
トルクショックの低減とを両立させることを目的とす
る。
【0010】
【課題を解決するための手段】第1の発明では、理論空
燃比よりもリーン側の雰囲気で排気中のNOxを吸着
し、理論空燃比の雰囲気ではNOxを離脱させる機能を
有する第一の触媒と、この触媒の下流にあって理論空燃
比付近の雰囲気でO2ストレージ機能を有する第二の触
媒とを排気通路に配置する一方で、図15に示すよう
に、予め設定されているリーン運転領域かどうかを運転
条件の検出信号に基づいて判定する手段21と、この判
定結果よりリーン運転領域と判定したとき空燃比を理論
空燃比よりもリーン側の目標値に設定する手段22と、
前記第一の触媒のNOx吸着量を算出する手段23と、
このNOx吸着量が許容値以上になったかどうかを判定
する手段24と、この判定結果よりNOx吸着量が許容
値以上になった場合において理論空燃比での運転へと切
換える際に空燃比を所定のリッチ化速度で理論空燃比よ
りもリッチ化したあと直ぐに所定のリカバー速度で理論
空燃比に戻す手段25とを備えるエンジンの空燃比制御
装置において、前記リッチ化速度をNOx離脱速度(単
位時間当たりのNOx離脱量のこと)に基づいて設定す
る手段26を設けた。
【0011】第2の発明では、第1の発明において、前
記リッチ化速度で理論空燃比よりもリッチ化する場合の
リッチ化度合を前記NOx吸着量に応じて大きくする。
【0012】第3の発明では、第1の発明において、前
記リッチ化速度で理論空燃比よりもリッチ化する場合の
リッチ化度合を前記リッチ化速度に応じて大きくする。
【0013】第4の発明では、第1から第3までのいず
れか一つの発明において、前記NOx離脱速度が前記N
Ox吸着量が多くなるほど大きくなる値である。
【0014】第5の発明では、第1から第3までのいず
れか一つの発明において、前記NOx離脱速度が吸入空
気量が多くなるほど大きくなる値である。
【0015】第6の発明では、第1から第3までのいず
れか一つの発明において、前記NOx離脱速度がエンジ
ン負荷が大きくなるほど大きくなる値である。
【0016】第7の発明では、第1から第6までのいず
れか一つの発明において、前記リーン運転領域にあるあ
いだNOx吸着速度(単位時間当たりのNOx吸着量の
こと)を単位時間ごとに加算し、また前記リーン運転領
域以外にあるあいだ前記NOx離脱速度を単位時間ごと
に減算することにより前記NOx吸着量を算出する。
【0017】
【作用】NOxの還元だけを重視するときはリッチ化速
度を大きくすればよいのであるが、その一方で空燃比の
急激な変化によりトルクショックが増長され、トルクシ
ョックに伴う不快感が感じられることになる。このとき
第1の発明では、リッチ化速度をNOx離脱速度に基づ
いて設定するので、NOx離脱速度に見合った大きさの
リッチ化速度を与えることができ、これによって、NO
x離脱速度が異なるときでも、トルクショックを軽減し
つつNOx排出量を許容値内に収めることができる。
【0018】NOx吸着量に関係なくリッチ化度合を一
定としたのでは、たとえばリッチ化度合を適合したとき
のNOx吸着量より実際のNOx吸着量が少ない場合に
HC供給量が要求値より過剰となり、この逆に実際のN
Ox吸着量が適合値より多いときはHC供給量が要求値
より不足することになるが、第2の発明ではリッチ化度
合をNOx吸着量に応じて大きくするので、NOx吸着
量が異なるときでも、HC供給量を要求どおりに過不足
なく与えることができる。
【0019】リッチ化速度に関係なくリッチ化度合を一
定としたのでは、たとえばリッチ化度合を適合したとき
のリッチ化速度より実際のリッチ化速度が大きい場合に
HC供給量が要求値より不足し、この逆に実際のリッチ
化速度が適合値より小さいときはHC供給量が要求値よ
り過剰となるが、第3の発明ではリッチ化度合をリッチ
化速度に応じて大きくするので、リッチ化速度が異なる
ときでも、HC供給量を要求どおりに過不足なく与える
ことができる。
【0020】一方、NOx離脱速度は、NOx吸着量、
吸入空気量およびエンジン負荷により相違するので、こ
れらに関係なくNOx離脱速度を与えたのでは、NOx
離脱速度の算出に誤差を生じる。このとき第2の発明で
はNOx離脱速度がNOx吸着量が多くなるほど大きく
なる値、第3の発明ではNOx離脱速度が吸入空気量が
多くなるほど大きくなる値、第4の発明ではNOx離脱
速度がエンジン負荷が大きくなるほど大きくなる値であ
るので、NOx吸着量、吸入空気量、エンジン負荷が異
なるときでも、NOx離脱速度を精度よく求めることが
できる。
【0021】第5の発明では、リーン運転領域にあるあ
いだNOx吸着速度を単位時間ごとに加算し、またリー
ン運転領域以外にあるあいだNOx離脱速度を単位時間
ごとに減算することによりNOx吸着量を算出するの
で、一次遅れで応答するNOx吸着量の算出精度が高ま
り、NOx吸着量が許容値以上になったかどうかの判定
精度も向上する。
【0022】
【実施例】図1において、1はエンジン本体で、その吸
気通路8には吸気絞り弁5の下流に位置して燃料噴射弁
7が設けられ、コントロールユニット2からの噴射信号
により運転条件に応じて所定の空燃比となるように、吸
気中に燃料を噴射供給する。コントロールユニット2に
はクランク角センサー4からのRef信号とPos信
号、エアフローメーター6からの吸入空気量信号、排気
通路9に設置したO2センサー3からの空燃比(酸素濃
度)信号、さらには水温センサー15からのエンジン冷
却水温信号、トランスミッションのギア位置センサー
(図示しない)からのギア位置信号、車速センサー16
からの車速信号等が入力し、これらに基づいて運転状態
を判断しながら、負荷のそれほど大きくない所定の運転
領域においてはリーン空燃比による運転を行い、それ以
外の運転領域では空燃比を理論空燃比もしくはその近傍
に制御する。
【0023】排気通路9にはO2ストレージ効果を有す
る三元触媒10が設置され、理論空燃比での運転時に最
大の転換効率をもって、排気中のNOxの還元とHC、
COの酸化を行う。しかしながら、三元触媒10はリー
ン空燃比のときにはHC、COを酸化するが、NOxの
還元効率が低い。このため、三元触媒10の上流側にリ
ーンNOx触媒11が設置され、リーン運転領域で発生
するNOxが触媒11の吸蔵物質に吸着される。
【0024】ただし、長時間続けてリーン運転が続くと
きには、触媒11の吸蔵物質がNOxを吸着しきれなく
なり浄化不能となるので、非リーン運転域でNOx吸着
量ABSTCが許容値RSFTAB#以上となったら空
燃比のリッチ化処理を行う。たとえば図2に示すよう
に、非リーン運転域になる前からNOx吸着量ABST
Cが許容値RSFTAB#以上となっている場合には、
理論空燃比での運転へと切換えるタイミングでリッチ化
処理に入り、触媒11の吸蔵物質から離脱してくるNO
xと排気中のNOxとの両方を、空燃比のリッチ化によ
り排気中に増量(供給)されるHCですばやく還元す
る。詳細には、理論空燃比への切換時であるt1のタイ
ミングでマップ燃空比Mdml(二点鎖線参照)にリッ
チ化度合DMLRを加算した値をリッチ化目標燃空比T
DMLR(一点鎖線参照)としてステップ的に大きく
し、このTDMLRに対して所定のリッチ化速度DDM
LRで燃空比補正係数DMLを大きくする。このDML
がTDMLRに達したタイミングのt2からはリカバー
速度DDMLRSでDMLを小さくし、DMLがマップ
燃空比Mdml(=1.0)に一致したt3のタイミン
グでリッチ化処理を終了する。
【0025】なお、HCの供給過多によって一部がNO
xを還元した後に残ることになっても、その余剰分のH
Cは、下流側の三元触媒10に吸着されているO2によ
って酸化されることになる。
【0026】図2に示した制御(空燃比の切換処理なら
びに空燃比のリッチ化処理)はコントロールユニット2
により実行されるものであり、これらの処理内容を、以
下のフローチャートにしたがって説明する。
【0027】図3のフローチャートは燃料噴射パルス幅
を算出して出力する制御動作を示すもので、まずステッ
プA)では目標燃空比Tfbyaを、 Tfbya=DML+KTW+KAS+KHOT …(1) ただし、DML:燃空比補正係数 KTW:水温増量補正係数 KAS:始動後増量補正係数 KHOT:高水温時増量補正係数 の式により算出する。
【0028】(1)式の燃空比補正係数DMLは、図6
または図7の特性のマップ燃空比Mdmlを検索した上
で、空燃比の切換時に所定のダンパー操作を行わせて求
めるのであり、この場合リーン運転条件かどうかにより
いずれかのマップを選択している。
【0029】ここで、リーン運転条件の判定について図
4,図5のフローチャートにしたがって説明する。
【0030】これらの動作はバックグランドジョブとし
て行われるもので、図4のステップA)でリーン条件の
判定を行うが、このための具体的な内容は図5に示す。
リーン条件の判定は図5のステップA)〜F)の内容を
一つづつチェックすることにより行い、各項目のすべて
が満たされたときにリーン運転を許可し、一つでも反す
るときはリーン運転を禁止する。
【0031】すなわち、 ステップA):空燃比センサー(O2センサー)が活性
化している、 ステップB):エンジンの暖機が終了している、 ステップC):負荷(Tp)が所定のリーン領域にあ
る、 ステップD):回転数(N)が所定のリーン領域にあ
る、 ステップE):ギア位置が2速以上にある、 ステップF):車速が所定の範囲にある、 ときに、ステップG)でリーン運転を許可し(FLEA
N=1)、そうでなければステップH)に移行してリー
ン運転を禁止する(FLEAN=0)。上記のステップ
A)〜F)は運転性能を損なわずに安定してリーン運転
を行うための条件である。
【0032】このようにしてリーン条件を判定したら、
図4のステップC),D)に戻り、リーン条件でないと
きは、ステップC)によって理論燃空比あるいはそれよ
りも濃いマップ燃空比Mdmlを、図7に示す特性のマ
ップを回転数Nと負荷Tpとで検索することにより算出
し、これに対してリーン条件のときは、ステップD)で
理論空燃比よりも所定の範囲でだけリーンなマップ燃空
比Mdmlを図6に示す特性のマップにしたがって同じ
ように検索する。
【0033】なお、これらのマップに表した数値は、理
論空燃比のときを1.0とする相対値であるため、これ
よりも数値が大きければリッチ、小さければリーンを示
す。
【0034】次に、図8は空燃比切換時のダンパー操作
を示すフローで、これは基本的には空燃比を緩やかに切
換えることによりトルクの急変を防いで、運転性能の安
定性を確保するためのものである。
【0035】ステップA)ではリッチ化目標燃空比TD
MLR(図2参照)の設定を行う。これについては、図
9のフローチャートによって説明する。
【0036】図9のステップA)ではフラグFLEAN
をみてリーン運転中(FLEAN=1)のときはステッ
プB)でフラグFRSFTRを“0”に、もうひとつの
フラグFRSFTSを“1”にして図9のフローを終了
する。各フラグの内容は、 FRSFTR:“1”でリッチ化実行許可、“0”でリ
ッチ化実行禁止 FRSFTS:“1”でリッチ化実行完了、“0”でリ
ッチ化実行未完 である。
【0037】一方、リーン条件でないときはステップ
C)でフラグFRSFTRをみる。今回初めてリーン条
件でなくなったときは、FRSFTR=0であることよ
りステップC)からD)に進み、NOx吸着量ABST
Cと許容値RSFTAB#を比較する。
【0038】ここで、NOx吸着量ABSTCの算出に
ついては図10に示すフローチャートにより一定周期で
行っている。これについて説明すると、触媒11の最大
NOx吸着量をABSFC#として、触媒11に流入す
る排気中のNOx濃度を一定とした場合に、吸着量AB
STCの応答を図11に示したように一次遅れでモデル
化したとき、排気中のNOx濃度がエンジン負荷にほぼ
比例し、NOx吸着速度が吸着残存割合(=(最大吸着
量−吸着量)/最大吸着量)に比例するものとすれば、
リーン運転中のNOx吸着速度DABSRは、 DABSR=DABSR0#×(Tp/Tp0#)×(Q/Q0#) ×(ABSFC#−ABSTC)/ABSFC# …(2) ただし、Tp0#:基準のTp[msec] Q0#:基準のQ[L/min] DABSR0#:Tp0#、Q0#での吸着速度[%/
Δt] ABSFC#:最大吸着量(=100)[%] ABSTC:吸着量(吸着割合)[%] Δt:図10のフローの実行周期 の式により求めることができる(図10のステップ
A),B))。
【0039】この場合、NOx吸着速度は図10の実行
周期当たりのNOx吸着量のことであり、したがってN
Ox吸着速度DABSRを図10の実行周期ごとに積算
することによって、NOx吸着量ABSTCを求めるこ
とができる(図10のステップC))。
【0040】同様にして、リーン条件でないときはNO
x離脱速度DPRGRを、 DPRGR=DABSR0#×(Tp/Tp0#)×(Q/Q0#) ×(ABSTC/ABSFC#) …(3) の式により求め、これをステップE)において前回のA
BSTCから減算した値を改めてABSTCとする(図
10のステップD),E))。
【0041】このように、リーン運転中には実行周期当
たりのNOx吸着量を実行周期毎に積算していくことに
よってNOx吸着量を求め、非リーン運転中になると今
度はそのNOx吸着量から今度は実行周期当たりのNO
x離脱量を実行周期毎に減算していくことで、図11の
ように一次遅れで応答するNOx吸着量ABSTCを精
度よく求めている。
【0042】図9のステップD)に戻り、NOx吸着量
ABSTCが許容値RSFTAB#以上であるときはリ
ッチ化処理を行うため、ステップE)、F)に進んでフ
ラグFRSFTRを“1”に、もうひとつのフラグFR
SFTSを“0”にセットする。
【0043】ステップG)、H)では、非リーン運転時
のマップ燃空比Mdmlにリッチ化度合DMLRを加え
た値を目標燃空比TDMLとし、このときのTDMLの
値をリッチ化目標燃空比TDMLRに入れて、図9のフ
ローを終了し、図8のステップB)に戻る。
【0044】上記フラグFRSFTRの“1”へのセッ
トかつフラグFRSFTSの“0”へのセットにより、
次には図9においてステップC)、I)からステップ
J)に進むことになり、そのときの燃空比補正係数DM
L(後述する図8のステップD)またはJ)で設定され
る)と目標燃空比TDMLを比較する。初めてステップ
J)に進んだのであれば、DML<TDMLであるの
で、そのまま図9のフローを終了して図8のステップ
B)に戻る。図8での処理により、DMLがリッチ化速
度DDMLLRで大きくなる。やがてDML≧TDML
となれば、DMLがリッチ化のピークまで達した(目標
とするリッチ化度合までリッチ化した)ものと判断し、
図9のステップJ)からステップK)に進んでフラグF
RSFTSを“1”にセットして図9のフローを終了
し、図8のステップB)に戻る。
【0045】このFRSFTSの“1”へのセットによ
り、次には図9においてステップI)からステップ
L)、M)に進むことになり、ここでリッチ化目標燃空
比TDMLRよりリカバー速度DDMLRSを減じた値
を改めてTDMLRとおくとともに、TDMLRの値を
TDMLに移す。ステップL)の操作により、図2に示
すように、TDMLRがDDMLRSずつ小さくなって
いくわけである。
【0046】図9のステップN)では目標燃空比TDM
Lと非リーン運転時のマップ燃空比Mdmlを比較す
る。初めてステップN)に進んだときは、TDML>M
dmlであるので、そのまま図9のフローを終了して図
8のステップB)に戻る。やがて、TDML≦Mdml
になると、図9のステップN)からステップO)に進
み、MdmlをTDMLに入れて図9のフローを終了
し、図8のステップB)に戻る。
【0047】このようにして、リッチ化目標燃空比TD
MLRの設定を行ったら、図8のステップB)に戻り、
フラグFLEANをみてリーン運転中はステップC)、
D)で計算一回当たりの燃空比変化量ΔDMLに所定値
DDLML0を入れ、燃空比補正係数DMLからこのΔ
DMLを差し引いた値とマップ燃空比Mdmlとを比較
して、いずれか大きいほうをDMLとして設定する。
【0048】ステップE)ではDMLと理論空燃比相当
の値である1.0とを比較して、DML=1.0でない
場合(つまり理論空燃比での運転時でない)は、ステッ
プF)で空燃比フィードバック補正係数αを1.0にク
ランプして図8のフローを終了する。これは、理論空燃
比での運転時でないときには、O2センサーを用いての
空燃比フィードバック制御を実行できないため、および
空燃比のリッチ化中は空燃比フィードバック制御を禁止
するためである。
【0049】一方、非リーン運転時には図8のステップ
G)、H)でFRSFTRとFRSFTSの各フラグを
みて、空燃比のリッチ化を行う間だけ(つまりFRSF
TR=1かつFRSFTS=0のときだけ)、ステップ
I)においてΔDMLにリッチ化速度DDLMLRを入
れ、それ以外ではステップK)においてΔDMLに所定
値DDLML0を入れる。
【0050】なお、リッチ化速度DDMLRSも計算一
回当たりの燃空比変化量(つまり燃空比変化速度)に変
わりなく、本発明では通常の空燃比切換時の燃空比変化
速度DDML0と区別するために用いている。
【0051】ステップJ)ではDMLにΔDMLを加算
した値と目標燃空比TDMLとを比較し、いずれか小さ
いほうをDMLとして設定する。
【0052】図8において、ステップB),G),
H),I),J)の操作が行われるのは、図2のt1か
らt2の区間であり、この操作によりDMLがTDML
Rに向けて大きくなるわけである。
【0053】このようにして、燃空比補正係数DMLを
求めたら、図3に戻り、ステップB)でエアフローメー
ターの出力をA/D変換し、リニアライズして吸入空気
量Qを算出する。そしてステップC)でこの吸入空気量
Qとエンジン回転数Nとから、燃料噴射弁に与える基本
パルス幅Tpを、Tp=K×Q/Nとして求める。なお
Kは定数である。
【0054】そして、ステップD)でこのTpをもとに
して、一回の燃料噴射パルス幅Tiを、 Ti=Tp×Tfbya×(α+αm−1)×2+Ts …(4) ただし、α;空燃比フィードバック補正係数 αm;空燃比学習補正係数 Ts;無効パルス幅 の式で算出する。
【0055】ただし、リーン条件のときには、α、αm
などは所定の値に固定されている。
【0056】次にステップF)で燃料カットの判定を行
い、ステップG),H)で燃料カット条件ならば無効パ
ルス幅Tsを、そうでなければTiを出力レジスターに
ストアすることでクランク角センサーの出力にしたがっ
て所定の噴射タイミングでの噴射に備える。ここでの噴
射はシーケンシャルであり、各気筒の吸気行程に合わせ
たタイミングで、(4)式のTiに相当する燃料量が噴
射される。
【0057】さて、空燃比のリッチ化処理を取り出して
モデル的に図12に示すと、NOx吸着量が許容値以上
になったときは所定のリッチ化速度DDMLLRで目標
値までリッチ化したあと、直ちにリカバー速度DDML
RSで理論空燃比(図ではDML=1.0のライン)に
戻されるのであり、理論空燃比の雰囲気で離脱してくる
NOxを還元するため、これに見合った量のHCを空燃
比のリッチ化により排気中に供給する必要がある。この
場合にHC供給量は、同図の斜線部面積にほぼ比例する
ものと考えてさしつかえない。したがって、図11の斜
線部面積がNOx離脱量に見合った大きさになるように
燃空比補正係数DMLを制御してやらなければならな
い。
【0058】この場合に、リッチ化速度に着目すると、
NOxの還元を重視するときにはNOx離脱速度が速い
ほどリッチ化速度を速くする必要がある一方で、このリ
ッチ化速度を速くするほど、リッチ化に伴うトルクショ
ックがドライバーに強く感じられるようになる。詳細に
は、NOxの低減のみを重視するときには、図13の最
上段の破線のようにリッチ化速度を大きくする必要があ
るが、本発明ではトルクショックの軽減をも図るため図
13の最上段の実線のようにリッチ化速度を小さく(遅
く)する。この遅くなったリッチ化速度によりHCの供
給が遅れる分だけNOxが多く排出されるが、それでも
NOx排出濃度が許容値を下回るように、リッチ化速度
を決定することが可能である。図13の下から第2段目
において、破線がHCの供給遅れにより還元されない
分、一点鎖線が空燃比のリッチ化により低減される分で
あり、実線で示した両者の差(つまりリッチ化速度を遅
くしたときのNOx排出濃度)が確かに排出許容濃度以
下に収まっている。つまり、NOxの還元とトルクショ
ックの低減とを両立させるためには、NOx排出濃度が
許容値に収まる範囲内でリッチ化速度をできるだけ遅く
すればよいわけである。なお、図13(図11において
も)において理論空燃比をストイキで略記している。
【0059】そこで本発明では、リッチ化速度をNOx
離脱速度に基づいて設定する。
【0060】図14はリッチ化速度DDMLLRを設定
するためのフローチャートで、一定周期で実行する。
【0061】ステップA)ではフラグFLEANをみ
て、リーン運転中はそのまま本フローを終了する。
【0062】非リーン運転時になると、ステップB)で
NOx吸着量ABSTC、基本噴射パルス幅Tpおよび
吸入空気量Qを用いて、NOx離脱速度(図14の実行
周期当たりのNOx離脱量)DPRGRを上記の(3)
式と同様にして求め、ステップC)においてはこのNO
x離脱速度DPRGRからステップC)の枠内に示す特
性のテーブルを検索して、リッチ化速度DDMLLRを
求め、これをメモリーに格納する。
【0063】ステップC)の枠内に示す特性は次のよう
にして適合したものである。まず、運転性を重視した場
合、DDMLLRはどの程度まで大きくしても快適であ
るかの指標となる値(快適限界)を求めておく。つまり
DDMLLRの値が快適限界以内であれば、トルクショ
ックに伴う不快感が感じられることがなく、この逆に快
適限界を超えるとトルクショックに伴う不快感が感じら
れるわけである。一方、NOx排出濃度が許容値以下に
収まるためのDDMLLRの必要最小値(つまりNOx
要求値)は、DPRGRに比例する直線で表される(図
中の破線参照)。図中の破線より下側のDDMLLRで
あれば、リッチ化速度が遅すぎてNOx排出濃度が許容
値を超えてしまうわけである。
【0064】以上2つの要求より、DDMLLRとして
採用しなければならない領域は、快適限界よりも下側
で、NOx要求値よりも上側の領域となるので、NOx
要求値が快適限界を越えるまではできるだけNOxを低
減しつつ運転性をなるべく良好に保ように、両者の中間
の値に設定し(図中DPRGRがAまでの実線参照)、
DPRGRがAからBまでの領域では快適限界に一致さ
せる。一方、NOx要求値が快適限界を越えるDPRG
Rの領域になるとNOxの還元を優先するためNOx要
求値をたどらせる。
【0065】このようにしてリッチ化速度DDMLLR
を求めたら、図13のステップD)においてこのリッチ
化速度DDMLLRとNOx吸着量ABSTCとに比例
させて、つまり DMLR=K1×DDMLLR×ABSTC/ABSFC# …(5) ただし、K1:比例定数 の式によりリッチ化度合DMLRを求め、これをメモリ
ーに格納しておく。
【0066】リッチ化度合DMLRをNOx吸着量AB
STCおよびリッチ化速度DDMLLRに比例させて求
めるのは次の理由による。まず、HC供給量の要求値は
NOx吸着量に比例し、リッチ化度合は図12に示した
三角形の斜線部面積の高さを表す(斜線部面積がHC供
給量に比例)から、結局リッチ化度合の要求値はNOx
吸着量に比例して大きくなるからである。一方、リッチ
化度合が一定の場合、リッチ化速度DDMLLRが大き
くなるのに反比例して、リッチ化のピークに達するまで
の時間(図12中のT2)が短くなり、HC供給量がそ
れに応じて少なくなってしまう。したがって、HC供給
量を要求値に合わせるためにはリッチ化度合DMLRを
リッチ化速度に比例する値とする必要があるのである。
【0067】なお、求めたリッチ化度合DMLRは大き
くなり過ぎないように所定の範囲(0≦DMLR≦DM
LRMX#、ただしDMLRMX#は最大値)に制限し
て図14のフローを終了する。
【0068】このようにして求めたリッチ化速度DDM
LLRは、前述した図8のステップI)においてメモリ
ーより読み出して、またリッチ化度合DMLRは、前述
した図9のステップG)でメモリーより読み出して用い
る。
【0069】本発明では、図14のステップC)におい
て上述したように、リッチ化速度DDMLLRをNOx
離脱速度DPRGRに基づいて設定するので、NOx離
脱速度に見合った大きさのリッチ化速度を与えることが
でき、これによって、NOx離脱速度が異なるときで
も、トルクショックを軽減しつつNOx排出量を許容値
内に収めることができるのである。
【0070】また、NOx吸着量やリッチ化速度に関係
なく、リッチ化度合を一定としたのでは、たとえばリッ
チ化度合を適合したときのNOx吸着量より実際のNO
x吸着量が少ない場合にHC供給量が過剰となり、また
リッチ化度合を適合したときのリッチ化速度より実際の
リッチ化速度が大きい場合にHC供給量が不足すること
になるが、本発明では、リッチ化度合をNOx吸着量と
リッチ化速度の積に比例させているので、NOx吸着量
やリッチ化速度が異なるときでも、HC供給量の要求値
を過不足なく与えることができる。
【0071】また、NOx吸着量、触媒11に流入する
排気量相当である吸入空気量、エンジン負荷によりそれ
ぞれ相違するので、これらに関係なくNOx離脱速度を
求めたのでは、NOx離脱速度に誤差が生じるのである
が、本発明ではNOx離脱速度を、NOx吸着量、吸入
空気量およびエンジン負荷の積に比例させて与えている
ので、NOx吸着量、吸入空気量またはエンジン負荷が
異なるときでも、NOx離脱速度を精度よく求めること
ができる。
【0072】
【発明の効果】第1の発明では、理論空燃比よりもリー
ン側の雰囲気で排気中のNOxを吸着し、理論空燃比の
雰囲気ではNOxを離脱させる機能を有する第一の触媒
と、この触媒の下流にあって理論空燃比付近の雰囲気で
2ストレージ機能を有する第二の触媒とを排気通路に
配置する一方で、予め設定されているリーン運転領域か
どうかを運転条件の検出信号に基づいて判定する手段
と、この判定結果よりリーン運転領域と判定したとき空
燃比を理論空燃比よりもリーン側の目標値に設定する手
段と、前記第一の触媒のNOx吸着量を算出する手段
と、このNOx吸着量が許容値以上になったかどうかを
判定する手段と、この判定結果よりNOx吸着量が許容
値以上になった場合において理論空燃比での運転へと切
換える際に空燃比を所定のリッチ化速度で理論空燃比よ
りもリッチ化したあと直ぐに所定のリカバー速度で理論
空燃比に戻す手段とを備えるエンジンの空燃比制御装置
において、前記リッチ化速度をNOx離脱速度に基づい
て設定する手段を設けたので、NOx離脱速度が異なる
ときでもトルクショックを軽減しつつNOx排出量を許
容値内に収めることができる。
【0073】第2の発明では、第1の発明において、前
記リッチ化速度で理論空燃比よりもリッチ化する場合の
リッチ化度合を前記NOx吸着量に応じて大きくするの
で、NOx吸着量が異なるときでもHC供給量を要求ど
おりに過不足なく与えることができる。
【0074】第3の発明では、第1の発明において、前
記リッチ化速度で理論空燃比よりもリッチ化する場合の
リッチ化度合を前記リッチ化速度に応じて大きくするの
で、リッチ化速度が異なるときでもHC供給量を要求ど
おりに過不足なく与えることができる。
【0075】第4の発明では、第1から第3までのいず
れか一つの発明において、前記NOx離脱速度が前記N
Ox吸着量が多くなるほど大きくなる値であるので、N
Ox吸着量が異なるときでも、NOx離脱速度を精度よ
く求めることができる。
【0076】第5の発明では、第1から第3までのいず
れか一つの発明において、前記NOx離脱速度が吸入空
気量が多くなるほど大きくなる値であるので、吸入空気
量が異なるときでも、NOx離脱速度を精度よく求める
ことができる。
【0077】第6の発明では、第1から第3までのいず
れか一つの発明において、前記NOx離脱速度がエンジ
ン負荷が大きくなるほど大きくなる値であるので、エン
ジン負荷が異なるときでも、NOx離脱速度を精度よく
求めることができる。
【0078】第7の発明では、第1から第6までのいず
れか一つの発明において、前記リーン運転領域にあるあ
いだNOx吸着速度を単位時間ごとに加算し、また前記
リーン運転領域以外にあるあいだ前記NOx離脱速度を
単位時間ごとに減算することにより前記NOx吸着量を
算出するので、一次遅れで応答するNOx吸着量の算出
精度が高まり、NOx吸着量が許容値以上になったかど
うかの判定精度も向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】一実施例の制御システム図である。
【図2】空燃比切換時の処理を説明するための波形図で
ある。
【図3】10msecジョブのフローチャートである。
【図4】バックグラウンドジョブのフローチャートであ
る。
【図5】リーン条件の判定を説明するためのフローチャ
ートである。
【図6】リーンマップの内容を示す特性図である。
【図7】非リーンマップの内容を示す特性図である。
【図8】180度ジョブのフローチャートである。
【図9】リッチ化目標燃空比TDMLRの設定を説明す
るためのフローチャートである。
【図10】NOx吸着量ABSTCの算出を説明するた
めのフローチャートである。
【図11】NOx吸着量ABSFCの一次遅れの特性を
説明するための波形図である。
【図12】理論空燃比への切換時のリッチ化処理を説明
するための波形図である。
【図13】燃空比補正係数DML、実空燃比、NOx排
出濃度(テール)およびHC排出濃度(触媒入口)の時
間変化を表す波形図である。
【図14】リッチ化速度DDMLLRの設定を説明する
ためのフローチャートである。
【図15】第1の発明のクレーム対応図である。
【符号の説明】
1 エンジン本体 2 コントロールユニット 3 O2センサー 4 クランク角センサー 6 エアフローメーター 7 燃料噴射弁 10 三元触媒(第二の触媒) 11 リーンNOx触媒(第一の触媒) 21 リーン運転領域判定手段 22 空燃比目標値設定手段 23 NOx吸着量算出手段 24 判定手段 25 空燃比制御手段 26 リッチ化速度設定手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 F01N 3/24 F01N 3/24 R ZAB ZABC F02D 41/14 ZAB F02D 41/14 ZAB 310 310D

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】理論空燃比よりもリーン側の雰囲気で排気
    中のNOxを吸着し、理論空燃比の雰囲気ではNOxを
    離脱させる機能を有する第一の触媒と、この触媒の下流
    にあって理論空燃比付近の雰囲気でO2ストレージ機能
    を有する第二の触媒とを排気通路に配置する一方で、 予め設定されているリーン運転領域かどうかを運転条件
    の検出信号に基づいて判定する手段と、 この判定結果よりリーン運転領域と判定したとき空燃比
    を理論空燃比よりもリーン側の目標値に設定する手段
    と、 前記第一の触媒のNOx吸着量を算出する手段と、 このNOx吸着量が許容値以上になったかどうかを判定
    する手段と、 この判定結果よりNOx吸着量が許容値以上になった場
    合において理論空燃比での運転へと切換える際に空燃比
    を所定のリッチ化速度で理論空燃比よりもリッチ化した
    あと直ぐに所定のリカバー速度で理論空燃比に戻す手段
    とを備えるエンジンの空燃比制御装置において、 前記リッチ化速度をNOx離脱速度に基づいて設定する
    手段を設けたことを特徴とするエンジンの空燃比制御装
    置。
  2. 【請求項2】前記リッチ化速度で理論空燃比よりもリッ
    チ化する場合のリッチ化度合を前記NOx吸着量に応じ
    て大きくすることを特徴とする請求項1に記載のエンジ
    ンの空燃比制御装置。
  3. 【請求項3】前記リッチ化速度で理論空燃比よりもリッ
    チ化する場合のリッチ化度合を前記リッチ化速度に応じ
    て大きくすることを特徴とする請求項1に記載のエンジ
    ンの空燃比制御装置。
  4. 【請求項4】前記NOx離脱速度が前記NOx吸着量が
    多くなるほど大きくなる値であることを特徴とする請求
    項1から3までのいずれか一つに記載のエンジンの空燃
    比制御装置。
  5. 【請求項5】前記NOx離脱速度が吸入空気量が多くな
    るほど大きくなる値であることを特徴とする請求項1か
    ら3までのいずれか一つに記載のエンジンの空燃比制御
    装置。
  6. 【請求項6】前記NOx離脱速度がエンジン負荷が大き
    くなるほど大きくなる値であることを特徴とする請求項
    1から3までのいずれか一つに記載のエンジンの空燃比
    制御装置。
  7. 【請求項7】前記リーン運転領域にあるあいだNOx吸
    着速度を単位時間ごとに加算し、また前記リーン運転領
    域以外にあるあいだ前記NOx離脱速度を単位時間ごと
    に減算することにより前記NOx吸着量を算出すること
    を特徴とする請求項1から6までのいずれか一つに記載
    のエンジンの空燃比制御装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0860594A1 (de) * 1997-02-20 1998-08-26 Ford Global Technologies, Inc. Verfahren zur Regeneration einer Stickoxidfalle im Abgassystem eines Verbrennungsmotors sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
US6263668B1 (en) 1997-10-13 2001-07-24 Denso Corporation Engine exhaust gas control system having NOx catalyst
WO2004097200A1 (ja) * 2003-04-30 2004-11-11 Hitachi, Ltd. 内燃機関の制御装置

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