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JP4232524B2 - エンジンの制御装置 - Google Patents

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JP4232524B2
JP4232524B2 JP2003120860A JP2003120860A JP4232524B2 JP 4232524 B2 JP4232524 B2 JP 4232524B2 JP 2003120860 A JP2003120860 A JP 2003120860A JP 2003120860 A JP2003120860 A JP 2003120860A JP 4232524 B2 JP4232524 B2 JP 4232524B2
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はエンジンの排気制御装置に関し、特に広域の空燃比で燃焼可能なリーンバーンエンジンの排気浄化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
低燃費型のエンジンの要求に伴い、リーンバーンエンジンが注目されている。リーンバーンエンジンでは、リーン運転中のＮＯｘ浄化を目的として、排気管にＮＯｘ捕捉触媒を設けるのが一般的である。このＮＯｘ捕捉触媒は、酸化雰囲気下ではＮＯｘを捕捉し、還元雰囲気下ではＮＯｘを放出し、エンジンから供給されるＨＣ，ＣＯを用いて還元する機能をもつものである。
【０００３】
したがって、排気低減を図るには、ＮＯｘ触媒の高効率利用が重要であり、還元雰囲気に切り換えるタイミング（リッチスパイク開始タイミング）と供給する還元剤量（リッチスパイク量）の双方の最適化が重要となる。従来技術として、ＮＯｘ触媒下流にＮＯｘセンサを備え、リッチスパイク終了時間を検出する発明が提案されている（例えば特許文献１）。また、ＮＯｘ触媒下流にＮＯｘセンサを備え、ＮＯｘ触媒の劣化診断を行う発明が提案されている（例えば特許文献２，３）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−２７１６７９号公報
【特許文献２】
特開平１１−２２９８５３号公報
【特許文献３】
特開２０００−３３７１３１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記いずれの従来技術においても、リッチスパイク開始タイミングおよびリッチスパイク量を最適化するものを提供するものではない。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記事情に鑑み、本発明ではリッチスパイク開始タイミングとリッチスパイク量を最適化する装置を提供するものである。
【０００７】
エンジンの排気管に、酸化雰囲気下ではＮＯｘを捕捉し、還元雰囲気下ではＮＯｘを放出するＮＯｘ捕捉材と三元性能を持つＮＯｘ捕捉触媒と、ＮＯｘ捕捉触媒の下流に排気中のＮＯｘ成分を検出するＮＯｘセンサと、ＮＯｘ捕捉触媒のモデルと、ＮＯｘ捕捉触媒モデルとＮＯｘセンサの出力に基づいてエンジンの運転状態を制御する装置とを備えたことを特徴とするエンジンの制御装置を提供する。
【０００８】
すなわち、ＮＯｘ触媒モデルを用いることで、ＮＯｘ触媒の状態、とりわけ、ＮＯｘ捕捉量を精密に演算し、捕捉ＮＯｘが飽和する直前に、リッチスパイクを行うことで燃費および排気の最適化を図るものである。さらに、ＮＯｘ捕捉量に基づいて、最適なリッチスパイク量を供給するものである。また、量産による機差および経時変化によるＮＯｘ捕捉触媒特性のばらつきに起因するモデル誤差に対応するため、ＮＯｘ捕捉触媒下流にＮＯｘセンサを備え、誤差の補正を行う。このようにＮＯｘ捕捉触媒モデルとＮＯｘセンサの双方を備えることで、リッチスパイク開始タイミングおよびリッチスパイク量の双方を最適化し得るものである。
【０００９】
また、ＮＯｘセンサ出力に基づいて、ＮＯｘ捕捉触媒モデルのパラメータをオンラインでチューニングする装置を備えたことを特徴とするエンジンの制御装置を提供する。
【００１０】
すなわち、量産による機差および経時変化によるＮＯｘ捕捉触媒特性のばらつきを原因とするモデル誤差をＮＯｘセンサ出力信号を用いてオンラインチューニングして、精度の良いモデルに基づいた、最適な制御を常時可能とするものである。
【００１１】
また、ＮＯｘ捕捉触媒は、上流排気成分，温度，空気流量などの条件に基づいて、ＮＯｘ捕捉触媒内に捕捉されるＮＯｘ量およびＮＯｘ捕捉触媒下流のＮＯｘ量を推定する装置を備えたことを特徴とするエンジンの制御装置を提供する。
【００１２】
すなわち、リッチスパイクタイミングとリッチスパイク量の最適化に必要な、ＮＯｘ捕捉量および未捕捉分であるＮＯｘ捕捉触媒下流のＮＯｘ量をモデルで演算する。また、精度良く演算するために、モデルの入力情報として、触媒上流排気成分，温度，空気流量などの情報を用いるものである。
【００１３】
また、モデルにより演算されるＮＯｘ触媒内に捕捉されるＮＯｘ量もしくは、ＮＯｘセンサの値が所定値以上となったとき、リッチスパイク制御を開始する装置を備えたことを特徴とするエンジンの制御装置を提供する。
【００１４】
すなわち、ＮＯｘ捕捉触媒モデルにより捕捉ＮＯｘ量を演算し、飽和したことを判断し、リッチスパイク開始タイミングを最適化するものである。これによりリーン運転がＮＯｘ触媒飽和まで行われるので、燃費，排気ともに最適化される。また、モデル誤差を考慮して、ＮＯｘ捕捉触媒下流からのＮＯｘの流出をNOxセンサで検出し、モデルによる捕捉量推定値が所定値以上にならなくてもリッチスパイクを開始することで、精度向上を図るものである。
【００１５】
また、ＮＯｘ捕捉触媒モデルで推定されるＮＯｘ捕捉触媒内の捕捉量に基づいて、リッチスパイク時のリッチ量もしくはリッチ時間を決定する装置を備えたことを特徴とするエンジンの制御装置を提供する。
【００１６】
すなわち、ＮＯｘ捕捉触媒モデルにより捕捉ＮＯｘを精度良く推定し、リッチスパイク時、ＮＯｘを還元するのに必要なＨＣ，ＣＯを過不足なく供給することで、ＮＯｘ，ＨＣ，ＣＯの排出量を最小限にとどめるものである。
【００１７】
また、リッチスパイク中にＮＯｘ捕捉触媒下流で検出されるＮＯｘ量に基づいてＮＯｘ捕捉量を推定する装置を備えたことを特徴とするエンジンの制御装置を提供する。
【００１８】
すなわち、リッチスパイク時、捕捉ＮＯｘはＨＣ，ＣＯによりＮ2 に還元されるが、ＮＯｘの一部は還元されずに排出される。これは、還元剤の不足と反応確率が主な要因と考えられるが、供給還元剤量と反応確率が予めわかっていれば、未還元ＮＯｘを触媒下流のＮＯｘセンサにより検出することで、捕捉ＮＯｘ量を推定することが可能となる。
【００１９】
また、ＮＯｘ捕捉能力を表すパラメータをモデル内に持ち、ＮＯｘ捕捉量推定値に基づいて、モデル内のＮＯｘ捕捉能力を表すパラメータを調整する装置を備えたことを特徴とするエンジンの制御装置を提供する。
【００２０】
すなわち、捕捉ＮＯｘ量をオンラインで精度良く演算することが可能であるので、その情報に基づいて、ＮＯｘ捕捉触媒モデル内のＮＯｘ捕捉能力を調整し、精度の良いモデルに基づいた制御を実現するものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
本実施例では、請求項１，３，４に記載のエンジンの制御装置について述べる。
【００２２】
図８は本実施例を示すシステム図である。多気筒で構成される筒内噴射エンジン９において、外部からの空気はエアクリーナ１を通過し、吸気マニホールド４，コレクタ５を経てシリンダー内に流入する。流入空気量は電子スロットル３により調節される。エアフロセンサ２では流入空気量が検出される。クランク角センサ１５では、クランク軸の回転角１度毎に信号が出力される。水温センサ１４はエンジンの冷却水温度を検出する。またアクセル開度センサ１３は、アクセル６の踏み込み量を検出し、それによって運転者の要求トルクを検出する。アクセル開度センサ１３，エアフロセンサ２，電子スロットル３に取り付けられた開度センサ１７，クランク角センサ１５，水温センサ１４のそれぞれの信号はコントロールユニット１６に送られ、これらセンサ出力からエンジンの運転状態を得て、空気量，燃料噴射量，点火時期のエンジンの主要な操作量が最適に演算される。コントロールユニット１６内で演算された燃料噴射量は開弁パルス信号に変換され、シリンダー内に取り付けられた燃料噴射弁７に送られる。またコントロールユニット１６で演算された点火時期で点火されるよう駆動信号が点火プラグ８に送られる。噴射された燃料は吸気マニホールドからの空気と混合されエンジン９のシリンダー内に流入し混合気を形成する。混合気は所定の点火時期で点火プラグ８から発生される火花により爆発しその燃焼圧によりピストンを押し下げエンジンの動力となる。爆発後の排気は排気マニホールド１０を経てＮＯｘ捕捉触媒１１に送り込まれる。排気還流管１８を通って排気の一部は吸気側に還流される。還流量はバルブ１９によって制御される。Ａ／Ｆセンサ１２はエンジン９とＮＯｘ捕捉触媒１１の間に取り付けられており、排気中に含まれる酸素濃度に対して線形の出力特性を持つ。排気中の酸素濃度と空燃比の関係はほぼ線形になっており、したがって酸素濃度を検出するＡ／Ｆセンサ１２により空燃比を求めることが可能となる。また、ＮＯｘ捕捉触媒１１は、リーン時はＮＯｘを捕捉し、リッチ時はＮＯｘを放出する。ＮＯｘ捕捉触媒１１には、三元性能も有しており、リッチ時に放出されるＮＯｘを還元する機能を持つ。また、ＮＯｘ捕捉触媒１１の下流にはＮＯｘセンサ２８が取り付けられている。コントロールユニット１６ではＡ／Ｆセンサ１２の信号からＮＯｘ捕捉触媒１１上流の空燃比を算出し、エンジンシリンダー内混合気の空燃比が目標空燃比となるよう燃料噴射量もしくは空気量に逐次補正するＦ／Ｂ制御を行う。また、ＮＯｘセンサ２８の信号もコントロールユニット１６に送られ、ＮＯｘ捕捉触媒入口温度に応じてエンジンの各運転パラメータが制御される。
【００２３】
図９はコントロールユニット１６の内部を示したものである。ＥＣＵ１６内にはＡ／Ｆセンサ，ＮＯｘセンサ，スロットル弁開度センサ，エアフロセンサ，エンジン回転数センサ，水温センサの各センサ出力値が入力され、入力回路２３にてノイズ除去等の信号処理を行った後、入出力ポート２４に送られる。入力ポートの値はＲＡＭに保管され、ＣＰＵ２０内で演算処理される。演算処理の内容を記述した制御プログラムはＲＯＭ２１に予め書き込まれている。制御プログラムに従って演算された各アクチュエータ作動量を表す値はＲＡＭ２２に保管された後、出力ポート２４に送られる。火花点火燃焼時に用いられる点火プラグの作動信号は点火出力回路内の一次側コイルの通流時はＯＮとなり、非通流時はＯＦＦとなるＯＮ・ＯＦＦ信号がセットされる。点火時期はＯＮからＯＦＦになる時である。出力ポートにセットされた点火プラグ用の信号は点火出力回路２５で燃焼に必要な十分なエネルギーに増幅され点火プラグに供給される。また燃料噴射弁の駆動信号は開弁時ＯＮ，閉弁時ＯＦＦとなるＯＮ・ＯＦＦ信号がセットされ、燃料噴射弁駆動回路２６で燃料噴射弁を開くに十分なエネルギーに増幅され燃料噴射弁７に送られる。電子スロットル３の目標開度を実現する駆動信号は、電子スロットル駆動回路２７を経て、電子スロットル３に送られる。
【００２４】
以下、ＲＯＭ２１に書き込まれる制御プログラムについて述べる。図１０は制御全体を表したブロック図で、燃料先行型トルクデマンド制御の主要部である。本制御は目標トルク演算部，燃料噴射量演算部，目標当量比演算部，目標空気量演算部，実空気量演算部，目標スロットル開度演算部，スロットル開度制御部からなる。まず、目標トルク演算部でアクセル開度Ａpoとエンジン回転数Ｎｅから目標トルクＴgＴcを演算する。次に目標トルクを実現する燃料噴射量とＴＩ０を演算する。燃料噴射量補正部では、燃料噴射量ＴＩ０がシリンダー内空気の位相に合うように、位相補正を施す。補正後の燃料噴射量をＴＩとする。目標当量比演算部では、目標トルクＴgＴcとエンジン回転数Ｎｅから目標当量比ＴgＦbyaを演算する。燃料と空気の比を当量比であつかうのは演算上都合がよいからであり、空燃比で扱うことも可能である。なお目標当量比演算部では、均質燃焼と成層燃焼のどちらを行うかも決定する（成層許可フラグ：ＦＰＳＴＲ）。目標空気量演算部では燃料噴射量ＴＩ０と目標当量比ＴgＦbyaから目標空気量ＴgＴpを演算する。後述するが、目標空気量ＴgＴpは便宜的に一サイクル当たりに一シリンダー内に流入する空気量に規格化した値としている。実空気量演算部ではエアフロセンサで検出される空気の質量流量であるＱａを、ＴgＴpと同次元である一サイクル当たりに一シリンダー内に流入する実空気量Ｔｐに換算して出力する。目標スロットル開度演算部では、目標空気量Ｔｐと実空気量Ｔｐに基づいて目標スロットル開度ＴgＴvo を演算する。スロットル開度演算部では目標スロットル開度ＴgＴvo と実開度Ｔvoからスロットル操作量Ｔdutyを演算する。Ｔdutyは、スロットルモータ駆動用電流を制御する駆動回路へ入力されるＰＷＭ信号のデューティ比を表す。また点火時期演算部では、各運転条件に応じて最適な点火時期を演算する。また燃料噴射時期演算部では、各運転条件に応じて最適な噴射時期を演算する。以下、各制御ブロックの詳細説明を行う。
【００２５】
１．目標トルク演算部（図１１）
図１１に示されるものであり、ＴgＴcは目標燃焼圧相当トルクを示す。ＴgＴsはアクセル要求分トルク、ＴgＴlはアイドル回転数維持分相当空気流量であり出力と比例関係にあるものである。ここにアクセル要求分はトルク制御，アイドル制御分は出力制御である。アイドル制御の操作量ＴgＴlは出力と比例関係にあるストイキ時の空気流量とする。出力からトルクへ次元変換を行うためのゲインＫ／Ｎｅを設けてある。Ｋはインジェクタの流量特性により決まるものとする。アイドルＦ／Ｆ制御分ＴgＴf0は目標回転数ＴgＮeからテーブルＴblＴgＴfを参照して決まる。アイドルＦ／Ｂ制御はＦ／Ｆ分の誤差を補正するために、アイドル時のみ機能する。アイドル時か否かはアクセル開度Ａpoが所定値ＡplＩdle より小さい場合でアイドル時とする。Ｆ／Ｂ制御のアルゴリズムはここでは特に示さないが、例えばＰＩＤ制御などが考えられる。ＴblＴgＴfの設定値は実機のデータから決定するのが望ましい。
【００２６】
２．燃料噴射量演算部（図１２）
ここでは目標燃焼圧トルクＴgＴcを燃料噴射量に変換する。ここにＴＩ０は一気筒，一サイクルあたりの燃料噴射量であり、したがって、ＴＩ０はトルクと比例する。この比例関係を用いてＴgＴcをＴＩ０に変換する。ゲインでもよいが、多少の誤差があることを考慮してテーブル変換としてもよい。設定値は実機データから決定するのが望ましい。
【００２７】
３．燃料噴射量補正部（図１３）
ここでは燃料噴射量ＴＩ０をシリンダー内空気の位相に合わせるための補正を行う。スロットルからシリンダーまでの空気の伝達特性を無駄時間＋一次遅れ系で近似している。無駄時間を表すパラメータｎ１、一次遅れ系の時定数相当パラメータＫairの設定値は実機データから決定するのが望ましい。またｎ１，Ｋairは種々の運転条件によって変化させてもよい。
【００２８】
Ｔgfbya_fは、リッチスパイク時の目標当量比を表す。Ｔgfbya_f は、Ｔgfgyaが理論空燃比以下のとき、１.０ でホールドされる。後述するように、空燃比制御は、リーン側は空気量で、リッチ側は燃料量で制御するためである。
【００２９】
４．目標空気量演算部（図１４）
ここでは目標空気量を演算する。便宜上、目標空気量は一サイクル当たりに一シリンダー内に流入する空気量に規格化した値として演算する。図２４に示されるように目標空気量ＴgＴpは
ＴgＴp＝ＴＩ０×（１／ＴgＦbya_a）
で演算される。
【００３０】
Ｔgfbya_aは、Ｔgfgyaが理論空燃比以上のとき、１.０ でホールドされる。前述のように、空燃比制御は、リーン側は空気量で、リッチ側は燃料量で制御するためである。
【００３１】
５．実空気量演算部（図１５）
ここでは実空気量を演算する。便宜上、実空気量は図２５に示されるように一サイクル当たりに一シリンダー内に流入する空気量に規格化した値として演算する。ここにＱａはエアフロセンサ２で検出された空気流量である。またＫはＴｐが理論空燃比時の燃料噴射量となるよう決定する。Ｃylはエンジンの気筒数である。
【００３２】
６．目標スロットル開度演算部（図１６）
ここでは目標空気量ＴgＴpと実空気量Ｔｐから目標スロットル開度ＴｇＴＶＯを求める。本ブロックでは目標空気量ＴｇＴＰと実空気量Ｔｐから目標スロットル開度ＴｇＴＶＯを求める。Ｆ／Ｂ制御はＰＩＤ制御としている。各ゲインは
ＴｇＴＰとＴｐの偏差の大きさで与えるようにしているが、具体的な設定値は実機データより求めるのが望ましい。またＤ分には高周波ノイズ除去のためのLPF(Low Pass Filter）を設けている。
【００３３】
７．スロットル開度制御部（図１７）
ここでは、目標スロットル開度ＴｇＴＶＯと実スロットル開度Ｔvoからスロットル駆動用操作量Ｔdutyを演算する。なお、前述したようにＴdutyはスロットルモータ駆動用電流を制御する駆動回路へ入力されるＰＷＭ信号のデューティ比を表す。ここでは、ＴdutyをＰＩＤ制御により求めるものとしている。なお、詳細は特記しないがＰＩＤ制御の各ゲインは実機を用いて最適値にチューニングするのが望ましい。
【００３４】
８．点火時期演算部（図１８）
本ブロックでは、点火時期の演算を行う。図１８に示されるように、点火時期ＡＤＶは、ＦＰＳＴＲ＝１のとき、すなわち成層許可時は、ＴgＴcとＮｅを用いて、点火時期ＭＡＤＶ_sを参照して得られる。ＦＰＳＴＲ＝０のとき、すなわち成層不許可時は、ＴgＴcとＮｅを用いて、点火時期ＭＡＤＶ_hを参照して得られる。
【００３５】
ＭＡＤＶ_hの値は、いわゆるＭＢＴとなるようにエンジンの性能に応じて決める。また、ＭＡＤＶ_sの値は、燃焼の安定性を考慮して、後述の噴射時期と合わせて最適となるよう決めるのが望ましい。
【００３６】
９．燃料噴射時期演算部（図１９）
本ブロックでは、噴射時期の演算を行う。図１８に示されるように、噴射時期ＴＩＴＭは、ＦＰＳＴＲ＝１のとき、すなわち成層許可時は、ＴgＴcとＮｅを用いて、点火時期ＭＴＩＴＭ_sを参照して得られる。ＦＰＳＴＲ＝０のとき、すなわち成層不許可時は、ＴgＴcとＮｅを用いて、点火時期ＭＴＩＴＭ_hを参照して得られる。ＭＴＩＴＭ_hおよびＭＡＤＶ_Ｓ の値は、燃焼の安定性を考慮して、前述の点火時期と合わせて最適となるよう決めるのが望ましい。
【００３７】
１０．目標当量比演算部（図２０）
ここでは、燃焼状態の決定と目標当量比の演算を行う。ＦＰＳＴＲは成層燃焼許可フラグであり、ＦＰＳＴＲ＝１のとき成層燃焼を行うべく、噴射時期，点火時期，噴射量，空気量が制御される。具体的には、ＦＰＳＴＲは、ＴＷＮ＞KTWNかつＴgＴc＜ＫＴgＴcかつＮｅ＜ＫＮｅかつＦＲＳＥＸＥ＝０のとき、成層許可許可フラグＦＰＳＴＲ＝１とする。それ以外のときはＦＰＳＴＲ＝０とする。ここに
ＫＴＷＮ：成層許可水温
ＫＴgＴc：成層許可トルク
ＫＮｅ：成層許可回転数
である。各設定値は、エンジンの性能に合わせて決めるのが望ましい。成層燃焼許可時、すなわちＦＰＳＴＲ＝１のときは成層燃焼用目標当量比マップ
Ｍtgfba_s を目標燃焼圧トルクＴgＴcと回転数Ｎｅから参照される値を目標当量比ＴgＦbyaとする。ＦＰＳＴＲ＝０のときは均質燃焼とし、均質燃焼用目標当量比マップＭtgfba を目標燃焼圧トルクＴgＴcと回転数Ｎｅから参照される値を目標当量比ＴgＦbya とする。成層燃焼用目標当量比マップＭtgfba_sおよび均質燃焼用目標当量比マップＭtgfba の設定値は実機データから決定するのが望ましい。
【００３８】
リッチスパイクフラグＦＲＳＥＸＥは、リッチスパイク中は１、それ以外は０となる。また、リッチスパイクの時間および量はＲＳＨＯＳによって均質時目標当量比を補正することで与えられる。
【００３９】
１１．リッチスパイクフラグ演算部（図２１）
ここでは、リッチスパイクフラグＦＲＳＥＸＥの演算を行う。ＦＲＳＥＸＥは、ＦＰＳＴＲ＝０もしくは、ＮＯｘＡｄｓ＞ＫＮＯｘＡＤＳもしくは、ＶＮＯｘ＞ＫＶＮＯｘのいずれが成立したときＦＲＳＥＸＥ＝１とする。ただし、
ＦＲＳＥＸＥ＝０→１となってＴimeＲＳ経過後は、ＦＲＳＥＸＥ＝０とする。
【００４０】
ここに
ＮＯｘＡＤＳ：モデルで推定されるＮＯｘ捕捉量。
【００４１】
ＫＮＯｘＡＤＳ：リッチスパイク要求ＮＯｘＡＤＳ敷居値。
【００４２】
ＶＮＯｘ：ＮＯｘセンサ出力
ＫＶＮＯＸ：リッチスパイク要求ＶＮＯｘ敷居値
である。
【００４３】
すなわち、モデルによるＮＯｘ捕捉量が所定値以上となった場合、もしくは
ＮＯｘセンサの値が所定値以上となったときは、ＮＯｘ触媒内の捕捉量が飽和したと判断してリッチスパイクを開始するものである。
【００４４】
また、リッチスパイク時間は、図中にあるように、ＴimeＲＳで与えるものとする。
【００４５】
ＫＮＯｘＡＤＳ，ＫＶＮＯｘは、触媒，エンジンの性能を考慮して、目標排気性能から決めるのが望ましい。
【００４６】
１２．エンジンアウト排気モデル（図２２）
図２２は、エンジンアウト排気モデルを表している。図２２に示されるように、エンジンアウトのＨＣ濃度およびＮＯｘ濃度は、ＦＰＳＴＲ＝１のとき、すなわち成層許可時は、ＴgＴcとＮｅを用いて、ＭapＨＣ_sおよびＭapＮＯx_s を参照して得られる。ＦＰＳＴＲ＝０のとき、すなわち成層不許可時は、ＴgＴcと
Ｎｅを用いて、ＭapＨＣ_hおよびＭapＮＯx_h を参照して得られる。各マップの値は、エンジン性能から決めるのが望ましい。
【００４７】
１３．ＮＯｘ捕捉触媒モデル（図２３）
図２３は、ＮＯｘ捕捉触媒モデルを表している。
【００４８】
捕捉状態か脱離状態かを実空燃比ＲＡＢＦで判断する。具体的には、ＲＡＢＦ＜ＫＲＡＢＦのとき、還元雰囲気とし、脱離状態とする。脱離速度ＮＯ２＿Ｄesは実空気量ＱＡとＲＡＢＦからマップを参照して得られる。脱離ＮＯｘにエンジンアウトのＮＯｘを加えたものを還元雰囲気時の触媒下流ＮＯ２としている。また酸化雰囲気時すなわち捕捉状態時の処理は以下の通りである。
【００４９】
すなわち、
（１）エンジンアウトＮＯｘに単位時間当たりの空気量ＱＡを乗じて、単位時間あたりのＮＯ量Ｍass_ＮＯに変換する。
（２）Ｍass_ＮＯにＲat_Ｏxi （ＮＯからＮＯ２への酸化効率）を乗じて単位時間あたりのＮＯ２量Ｍass_ＮＯ２に変換する。
（３）Ｍass_ＮＯ２に捕捉率Ｒat_Ａdsを乗じて、捕捉速度ＮＯ２_Ａdsを演算する。Ｒat_Ａdsは、捕捉容量係数Ｃap_ＡdsとＱＡとＲＡＢＦからマップを参照して得られる値の積として与えるものとした。
（４）捕捉速度ＮＯ２_Ａdsを積算、脱離速度ＮＯ２_Ｄesを減算することで、ｔ時でのＮＯ２の捕捉量としている。さらに、捕捉量係数Ｃap_Ａds は、ｔ時でのＮＯ２の吸着量からマップを参照する仕様としている。
【００５０】
なお、ここでは、ＮＯｘ捕捉および脱離性能のみ表しているが、実際の触媒には三元性能も含まれているので、モデルにそれを追加するのもよい。三元性能モデルは、すでにいくつか提案されているので、ここでは、言及しない。なお、本モデルの各パラメータは触媒の特性に合わせて、決めるのがよい。
【００５１】
１４．ＲＨＯＳ演算部（図２４）
図２４は、ＲＨＯＳ演算部を表している。リッチスパイクフラグＦＲＳＥＸＥ＝１のとき、ＲＳＨＯＳ＝ＤepthＲＳとして、目標当量比をリッチ側に補正する。それ以外のときは、ＲＨＯＳ＝１.０とする。ＤepthＲＳは、触媒の特性に合わせて決めるのがよい。
【００５２】
（実施例２）
本実施例では、請求項５に記載のエンジンの制御装置について述べる。
【００５３】
図８はエンジン制御システム図であり、実施例１におけるシステム図と同じものであるので説明は省略する。図９はコントロールユニット１６の内部を示したものであり、実施例１と同じであるので、説明は省略する。図１０は制御全体を表したブロック図であり、実施例１と同じであるので説明は省略する。以下、各制御ブロックの詳細説明を行う。
【００５４】
１．目標トルク演算部（図１１）
図１１に示されるものであり、実施例１と同じであるので説明は省略する。
【００５５】
２．燃料噴射量演算部（図１２）
図１２に示されるものであり、実施例１と同じであるので説明は省略する。
【００５６】
３．燃料噴射量補正部（図１３）
図１３に示されるものであり、実施例１と同じであるので説明は省略する。
【００５７】
４．目標空気量演算部（図１４）
図１４に示されるものであり、実施例１と同じであるので説明は省略する。
【００５８】
５．実空気量演算部（図１５）
図１５に示されるものであり、実施例１と同じであるので説明は省略する。
【００５９】
６．目標スロットル開度演算部（図１６）
図１６に示されるものであり、実施例１と同じであるので説明は省略する。
【００６０】
７．スロットル開度制御部（図１７）
図１７に示されるものであり、実施例１と同じであるので説明は省略する。
【００６１】
８．点火時期演算部（図１８）
図１７に示されるものであり、実施例１と同じであるので説明は省略する。
【００６２】
９．燃料噴射時期演算部（図１９）
図１８に示されるものであり、実施例１と同じであるので説明は省略する。
【００６３】
１０．目標当量比演算部（図２５）
図２５に示されるものであり、実施例１の目標当量比演算部とは、リッチスパイクフラグ演算から出力されるＮＯ２_Ａds がＲＳＨＯＳ演算部に入力されている点が異なる。
【００６４】
１１．リッチスパイクフラグ演算部（図２１）
図２１に示されるものであり、実施例１と同じであるので説明は省略する。
【００６５】
１２．エンジンアウト排気モデル（図２２）
図２２に示されるものであり、実施例１と同じであるので説明は省略する。
【００６６】
１３．ＮＯｘ捕捉触媒モデル（図２３）
図２３に示されるものであり、実施例１と同じであるので説明は省略する。
【００６７】
１４．ＲＨＯＳ演算部（図２６）
図２６に示されるものであり、実施例１のＲＨＯＳ演算部とは、ＤepthＲＳがＮＯ２_ＡdsからマップＭdepthＲＳを参照して得られる点で異なる。すなわちモデルで演算されるＮＯ２捕捉量ＮＯ２_Ａds に応じてリッチスパイク量ＤepthＲＳを決めるものである。具体的な値は、触媒の性能に応じて決めるのがよい。
【００６８】
（実施例３）
本実施例では、請求項６に記載のエンジンの制御装置について述べる。
【００６９】
図８はエンジン制御システム図であり、実施例１におけるシステム図と同じものであるので説明は省略する。図９はコントロールユニット１６の内部を示したものであり、実施例１と同じであるので、説明は省略する。図１０は制御全体を表したブロック図であり、実施例１と同じであるので説明は省略する。以下、各制御ブロックの詳細説明を行う。
【００７０】
１．目標トルク演算部（図１１）
図１１に示されるものであり、実施例１と同じであるので説明は省略する。
【００７１】
２．燃料噴射量演算部（図１２）
図１２に示されるものであり、実施例１と同じであるので説明は省略する。
【００７２】
３．燃料噴射量補正部（図１３）
図１３に示されるものであり、実施例１と同じであるので説明は省略する。
【００７３】
４．目標空気量演算部（図１４）
図１４に示されるものであり、実施例１と同じであるので説明は省略する。
【００７４】
５．実空気量演算部（図１５）
図１５に示されるものであり、実施例１と同じであるので説明は省略する。
【００７５】
６．目標スロットル開度演算部（図１６）
図１６に示されるものであり、実施例１と同じであるので説明は省略する。
【００７６】
７．スロットル開度制御部（図１７）
図１７に示されるものであり、実施例１と同じであるので説明は省略する。
【００７７】
８．点火時期演算部（図１８）
図１７に示されるものであり、実施例１と同じであるので説明は省略する。
【００７８】
９．燃料噴射時期演算部（図１９）
図１８に示されるものであり、実施例１と同じであるので説明は省略する。
【００７９】
１０．目標当量比演算部（図２０）
図２０に示されるものであり、実施例１と同じであるので説明は省略する。
【００８０】
１１．リッチスパイクフラグ演算部（図２７）
図２７に示されるものであり、実施例１のリッチスパイクフラグ演算部に、捕捉量演算部が追加されている。
【００８１】
１２．エンジンアウト排気モデル（図２２）
図２２に示されるものであり、実施例１と同じであるので説明は省略する。
【００８２】
１３．ＮＯｘ捕捉触媒モデル（図２３）
図２３に示されるものであり、実施例１と同じであるので説明は省略する。
【００８３】
１４．ＲＨＯＳ演算部（図２４）
図２４に示されるものであり、実施例１と同じであるので説明は省略する。
【００８４】
１５．捕捉量演算（図２８）
ここでは、ＮＯｘセンサの出力を利用して、リーン時にＮＯｘ捕捉触媒内に捕捉されているＮＯｘ量を演算する。具体的には、リッチスパイク中、すなわち、ＦＲＳＥＸＥ＝１のときのＮＯｘセンサ出力ＶＮＯｘの値を積算し、マップＭＣapＮＯｘで変換した値をＮＯｘ捕捉容量ＣapＮＯｘ１とするものである。これは、図２９に示されるように、リッチスパイク時、ＮＯｘ触媒下流から排出される未浄化ＮＯｘ量と捕捉ＮＯｘ量との間に相関あることを利用してものである。
【００８５】
（実施例４）
本実施例では、請求項２，７に記載のエンジンの制御装置について述べる。
【００８６】
図８はエンジン制御システム図であり、実施例１におけるシステム図と同じものであるので説明は省略する。図９はコントロールユニット１６の内部を示したものであり、実施例１と同じであるので、説明は省略する。図１０は制御全体を表したブロック図であり、実施例１と同じであるので説明は省略する。以下、各制御ブロックの詳細説明を行う。
【００８７】
１．目標トルク演算部（図１１）
図１１に示されるものであり、実施例１と同じであるので説明は省略する。
【００８８】
２．燃料噴射量演算部（図１２）
図１２に示されるものであり、実施例１と同じであるので説明は省略する。
【００８９】
３．燃料噴射量補正部（図１３）
図１３に示されるものであり、実施例１と同じであるので説明は省略する。
【００９０】
４．目標空気量演算部（図１４）
図１４に示されるものであり、実施例１と同じであるので説明は省略する。
【００９１】
５．実空気量演算部（図１５）
図１５に示されるものであり、実施例１と同じであるので説明は省略する。
【００９２】
６．目標スロットル開度演算部（図１６）
図１６に示されるものであり、実施例１と同じであるので説明は省略する。
【００９３】
７．スロットル開度制御部（図１７）
図１７に示されるものであり、実施例１と同じであるので説明は省略する。
【００９４】
８．点火時期演算部（図１８）
図１７に示されるものであり、実施例１と同じであるので説明は省略する。
【００９５】
９．燃料噴射時期演算部（図１９）
図１８に示されるものであり、実施例１と同じであるので説明は省略する。
【００９６】
１０．目標当量比演算部（図２０）
図２０に示されるものであり、実施例１と同じであるので説明は省略する。
【００９７】
１１．リッチスパイクフラグ演算部（図３０）
図３０に示されるものであり、実施例３のリッチスパイクフラグ演算部に対して、ＮＯｘ捕捉容量ＣapＮＯｘ１が、ＮＯｘ捕捉触媒モデルに入力されている。
【００９８】
１２．エンジンアウト排気モデル（図２２）
図２２に示されるものであり、実施例１と同じであるので説明は省略する。
【００９９】
１３．ＮＯｘ捕捉触媒モデル（図３１）
図３１に表されるものであり、実施例１〜３におけるＮＯｘ捕捉触媒モデルに対して、捕捉容量係数Ｃap_Ａdsが、捕捉容量補正係数Ｃap_Ｈosで補正される機能が追加されている。これは、実施例３で述べた、オンラインでＮＯｘ触媒の捕捉容量を検出した結果を、モデルに反映させてオンラインチューニングを行うようにしたものである。
【０１００】
１４．ＲＨＯＳ演算部（図２４）
図２４に示されるものであり、実施例１と同じであるので説明は省略する。
【０１０１】
１５．吸着量演算（図２８）
図２８に示されるものであり、実施例３と同じであるので説明は省略する。
【０１０２】
（実施例５）
ここでは、請求項２，７に記載のエンジンの制御装置について、もうひとつの実施例について述べる。
【０１０３】
図８はエンジン制御システム図であり、実施例１におけるシステム図と同じものであるので説明は省略する。図９はコントロールユニット１６の内部を示したものであり、実施例１と同じであるので、説明は省略する。図１０は制御全体を表したブロック図であり、実施例１と同じであるので説明は省略する。以下、各制御ブロックの詳細説明を行う。
【０１０４】
１．目標トルク演算部（図１１）
図１１に示されるものであり、実施例１と同じであるので説明は省略する。
【０１０５】
２．燃料噴射量演算部（図１２）
図１２に示されるものであり、実施例１と同じであるので説明は省略する。
【０１０６】
３．燃料噴射量補正部（図１３）
図１３に示されるものであり、実施例１と同じであるので説明は省略する。
【０１０７】
４．目標空気量演算部（図１４）
図１４に示されるものであり、実施例１と同じであるので説明は省略する。
【０１０８】
５．実空気量演算部（図１５）
図１５に示されるものであり、実施例１と同じであるので説明は省略する。
【０１０９】
６．目標スロットル開度演算部（図１６）
図１６に示されるものであり、実施例１と同じであるので説明は省略する。
【０１１０】
７．スロットル開度制御部（図１７）
図１７に示されるものであり、実施例１と同じであるので説明は省略する。
【０１１１】
８．点火時期演算部（図１８）
図１７に示されるものであり、実施例１と同じであるので説明は省略する。
【０１１２】
９．燃料噴射時期演算部（図１９）
図１８に示されるものであり、実施例１と同じであるので説明は省略する。
【０１１３】
１０．目標当量比演算部（図２０）
図２０に示されるものであり、実施例１と同じであるので説明は省略する。
【０１１４】
１１．リッチスパイクフラグ演算部（図３２）
図３２に示されるものであり、実施例３のリッチスパイクフラグ演算部に対して、ＮＯｘ捕捉容量ＣapＮＯｘ２が、ＮＯｘ捕捉触媒モデルに入力されている。ＣapＮＯｘ２の演算方法は、後述する。
【０１１５】
１２．エンジンアウト排気モデル（図２２）
図２２に示されるものであり、実施例１と同じであるので説明は省略する。
【０１１６】
１３．ＮＯｘ捕捉触媒モデル（図３３）
図３３に表されるものであり、実施例４におけるＮＯｘ捕捉触媒モデルに対して、捕捉容量補正係数Ｃap_ＨosがＣap_ＮＯｘ２によりマップを参照して得られる点が異なる。
【０１１７】
１４．ＲＨＯＳ演算部（図２４）
図２４に示されるものであり、実施例１と同じであるので説明は省略する。
【０１１８】
１５．捕捉量演算（図３４）
ここでは、Ｃap_ＮＯｘ２ を演算する。具体的には、モデルにより演算されるＮＯｘ捕捉触媒下流のＮＯｘと、ＮＯｘセンサで検出されるＮＯｘ捕捉触媒下流の値を比較して、その差を持って、捕捉容量Ｃap_ＮＯｘ２ とするものである。たとえば、捕捉容量が低下した場合、モデルにより予想される触媒下流ＮＯｘが敷居値ＫＮＯ２_Ｅｘ を超えるよりも早く、ＮＯｘセンサの出力値が敷居値ＫＶＮＯｘを超える現象が起きる。これにより、触媒の特性変化を検出するものである。
【０１１９】
なお、捕捉容量推定方法として、実施例４と５の二つの方法を挙げたが、双方を同時に用いることで、より精度が高くなることを付言しておく。また、リッチスパイク用補正当量比ＲＨＯＳの演算は、実施例２における方法を実施例３〜５でも適用可能であることも付言しておく。
【０１２０】
【発明の効果】
本発明によれば、ＮＯｘ捕捉触媒を備えるリーンバーンエンジンにおいて、
ＮＯｘ捕捉触媒のリッチスパイク開始タイミングとリッチスパイク量を最適化しうるので、排気が低減される。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１に記載のエンジンの制御装置を表した図。
【図２】請求項２に記載のエンジンの制御装置を表した図。
【図３】請求項３に記載のエンジンの制御装置を表した図。
【図４】請求項４に記載のエンジンの制御装置を表した図。
【図５】請求項５に記載のエンジンの制御装置を表した図。
【図６】請求項６に記載のエンジンの制御装置を表した図。
【図７】請求項７に記載のエンジンの制御装置を表した図。
【図８】実施例１〜５におけるエンジン制御システム図。
【図９】実施例１〜５におけるコントロールユニットの内部を表した図。
【図１０】実施例１〜５における制御全体を表したブロック図。
【図１１】実施例１〜５における目標トルク演算部のブロック図。
【図１２】実施例１〜５における燃料噴射量演算部。
【図１３】実施例１〜５における燃料噴射量補正部。
【図１４】実施例１〜５における目標空気量演算部。
【図１５】実施例１〜５における実空気量演算部。
【図１６】実施例１〜５における目標スロットル開度演算部。
【図１７】実施例１〜５におけるスロットル開度制御部。
【図１８】実施例１〜５における点火時期演算部。
【図１９】実施例１〜５における噴射時期演算部。
【図２０】実施例１，３〜５における目標当量比演算部。
【図２１】実施例１，２におけるリッチスパイクフラグ演算部。
【図２２】実施例１〜５におけるエンジンアウト排気モデル。
【図２３】実施例１〜３におけるＮＯｘ捕捉触媒モデル。
【図２４】実施例１，３〜５におけるＲＨＯＳ演算部。
【図２５】実施例２における目標当量比演算部。
【図２６】実施例２におけるＲＨＯＳ演算部。
【図２７】実施例３におけるリッチスパイクフラグ演算部。
【図２８】実施例３，４における捕捉量演算部。
【図２９】実施例３における捕捉量演算原理を表した図。
【図３０】実施例４におけるリッチスパイクフラグ演算部。
【図３１】実施例４におけるＮＯｘ捕捉触媒モデル。
【図３２】実施例５におけるリッチスパイクフラグ演算部。
【図３３】実施例５におけるＮＯｘ捕捉触媒モデル。
【図３４】実施例５における捕捉量演算部。
【符号の説明】
１…エアクリーナ、２…エアフロセンサ、３…電子スロットル、４…吸気マニホールド、５…コレクタ、６…アクセル、７…筒内噴射用燃料噴射弁、８…点火プラグ、９…エンジン、１０…排気マニホールド、１１…ＮＯｘ捕捉触媒、１２…Ａ／Ｆセンサ、１３…アクセル開度センサ、１４…水温センサ、１５…クランク角センサ、１６…コントロールユニット、１７…スロットル開度センサ、１８…排気還流管、１９…排気還流量調節バルブ、２０…コントロールユニット内に実装されるＣＰＵ、２１…コントロールユニット内に実装されるＲＯＭ、２２…コントロールユニット内に実装されるＲＡＭ、２３…コントロールユニット内に実装される各種センサの入力回路、２４…各種センサ信号の入力，アクチュエータ動作信号を出力するポート、２５…点火プラグに適切なタイミングで駆動信号を出力する点火出力回路、２６…燃料噴射弁に適切なパルスを出力する燃料噴射弁駆動回路、２７…電子スロットル駆動回路、２８…ＮＯｘセンサ。

Claims (2)

  1. エンジンの排気管に配置され、酸化雰囲気下ではＮＯｘを吸着又は吸蔵など捕捉し、還元雰囲気下ではＮＯｘを放出するＮＯｘ捕捉触媒と、
    ＮＯｘ捕捉触媒の下流に排気中のＮＯｘ成分を検出するＮＯｘセンサと、
    ＮＯｘ捕捉触媒のモデルと、
    ＮＯｘ捕捉触媒モデルとＮＯｘセンサの出力に基づいてエンジンの運転状態を制御する装置と
    を備えるエンジンの制御装置であって、
    前記ＮＯｘ触媒モデルは、直接又は間接的に空燃比及び吸入空気量を求める手段と、
    運転状態に基づいて予め定められたＮＯｘ捕捉触媒上流のＮＯｘ濃度を求める手段と、
    前記ＮＯｘ濃度と前記吸入空気量から前記ＮＯｘ捕捉触媒に流入するＮＯｘ量を求める手段と、
    前記空燃比及び吸入空気量に基づいて予め定められたＮＯｘ捕捉率を求める手段と、
    前記ＮＯｘ捕捉触媒に流入するＮＯｘ量と前記ＮＯｘ捕捉率からＮＯｘ捕捉速度をもとめる手段と、
    前記空燃比及び吸入空気量に基づいて予めさだめられたＮＯｘ脱離速度を求める手段と前記ＮＯｘ捕捉速度とＮＯｘ脱離速度の差異に基づいてＮＯｘ捕捉量を推定する手段を有することを特徴とするエンジンの制御装置。
  2. 請求項１に記載のエンジンの制御装置において、前記ＮＯｘ捕捉触媒モデルにより演算されたＮＯｘ捕捉触媒内のＮＯｘ捕捉量もしくは、ＮＯｘセンサの値が所定値以上となったとき、リッチスパイク制御を開始することを特徴とするエンジンの制御装置。
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