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KR100565033B1 - 내연기관의 배기 정화 장치 및 그 제어방법 - Google Patents

내연기관의 배기 정화 장치 및 그 제어방법 Download PDF

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KR100565033B1
KR100565033B1 KR1020050054356A KR20050054356A KR100565033B1 KR 100565033 B1 KR100565033 B1 KR 100565033B1 KR 1020050054356 A KR1020050054356 A KR 1020050054356A KR 20050054356 A KR20050054356 A KR 20050054356A KR 100565033 B1 KR100565033 B1 KR 100565033B1
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나오토 가토
아키히로 가타야마
겐타로 마츠모토
신지 고지마
나오키 바바
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도요타지도샤가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 내연기관(1)의 촉매 배기 정화 장치는 차량 운행 중에 정지되는 기관 정지 모드를 구비한 내연기관(1)의 배기 통로(7) 상에 배치된 배기 정화 촉매(19)의 산소 흡장 작용을 이용하는 것으로, 배기 정화 촉매(l9)의 산소 흡장량을 산출하는 흡장량 산출 수단(18)과, 흡장량 산출 수단(18)에 의해서 산출된 산소 흡장량에 의거하여 내연기관(1)의 공연비 제어를 행하는 공연비 제어 수단(18)을 구비하고, 흡장량 산출 수단(18)은 내연기관(1)의 기관 정지 모드 중에도 산소 흡장량을 산출하고, 공연비 제어 수단(18)은 흡장량 산출 수단(l8)에 의해서 기관 정지 모드 중에 산출된 산소 흡장량에 의거하여, 기관 정지 모드 해제 후의 기관 재시동시의 공연비 제어를 행하는 것을 특징으로 하고 있다.
내연기관, 배기정화장치, 촉매, 공연비제어, 흡장량.

Description

내연기관의 배기 정화 장치 및 그 제어방법{Emission control apparatus of internal combustion engine and control method for the emission control apparatus}
도 1은 본 발명의 배기 정화 장치의 실시예를 갖는 내연기관을 도시하는 단면도(내연 기관 주변부).
도 2는 배기 정화 촉매의 산소 흡장량 O2SUM과, 그 목표치 O2SUMref 및 하류측 공연비 센서 출력의 모양을 도시하는 타임차트.
도 3은 산소 흡장량 O2SUM의 갱신 제어의 플로차트.
도 4는 산소 흡장량 O2SUM의 상한치 O2SUMmax 및 하한치 O2SUMmin의 갱신 제어를 도시하는 플로차트.
도 5는 본 발명의 배기 정화 장치를 구비한 차량(하이브리드차)의 구성도.
도 6은 엔진과 모터 제너레이터와의 관계를 도시하는 설명도.
도 7은 산소 흡장량과 기관 정지 모드 해제 후의 공연비와의 경향을 도시하는 그래프.
도 8은 산소 흡장량과 엔진의 출력 배분율과의 경향을 도시하는 그래프.
본 발명은 배기 정화 촉매를 사용하여 배기 정화를 행하는 촉매 배기 정화 장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
내연기관의 배기 가스 내의 질소 산화물 NOx, 일산화탄소 CO, 탄화수소 HC 등의 물질은 배기 통로 상에 배치된 3원 촉매에 의해서 정화되어 있다. 또한, 디젤 엔진에서는 상술한 물질에 추가하여 입자상 물질도 정화하는 4원 촉매도 사용된다.
배기 정화 촉매는 산소를 흡장하는 성질도 가지고 있어, 상기 산소 흡장 작용에 착안하여 상술한 물질의 정화율을 한층 더 향상시키게 되어 있다. 본 발명자들은 이러한 배기 정화 촉매의 산소 흡장 작용을 이용한 배기 정화를 한층 더 효과적으로 행하기 위해 개량 연구를 거듭 진행하여, 본 발명을 창출하기에 이르렀다. 즉, 본 발명의 목적은 배기 정화 촉매의 산소 흡장 능력을 이용하여 배기 정화 촉매의 배기 정화 성능을 한층 더 향상시킬 수 있는 내연기관의 배기 정화 장치 및 그 제어방법을 제공하는 것에 있다.
또한, 본 발명자들은 하이브리드차에 있어서, 배기 정화 촉매로부터 유출하는 특정 성분량에 주목함으로써, 배기 정화 성능을 한층 더 향상시킬 수 있는 배기 정화 장치도 창출하기에 이르렀다. 즉, 본 발명의 다른 목적은 배기 정화 촉매로부터 유출하는 배기 가스 중의 특정 성분량에 주목하여 배기 정화 촉매의 배기 정 화 성능을 한층 더 향상시킬 수 있는 내연기관의 배기 정화 장치 및 그 제어방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 제 1 양태에서는 내연기관의 배기 정화 장치는 차량 운행 중에 정지되는 기관 정지 모드를 구비한 내연 기관의 배기 통로 상에 배치된 배기 정화 촉매의 산소 흡장 작용을 이용하는 것으로, 배기 정화 촉매의 산소 흡장량을 산출하는 흡장량 산출 수단과, 흡장량 산출 수단에 의해서 산출된 산소 흡장량에 의거하여 내연기관의 공연비 제어를 행하는 공연비 제어 수단을 구비하고, 흡장량 산출 수단은 내연기관의 기관 정지 모드 중에도 산소 흡장량을 산출하고, 공연비 제어 수단은 흡장량 산출 수단에 의해서 기관 정지 모드 중에 산출된 산소 흡장량에 의거하여, 기관 정지 모드 해제 후의 기관 재시동시의 공연비 제어를 행한다.
기관 정지 모드를 갖는 차량으로서는 구동원으로서 내연기관과 전동기를 갖는 소위 하이브리드차 외에, 교차점 등에서의 정지시에도 엔진을 정지(아이들링을 시키지 않음)시키는 소위 아이들 스톱 시스템을 구비한 차량 등이 있다.
상기 제 1 양태에 의하면, 기관 정지 모드 중에도 산소 흡장량을 산출하여, 기관 재시동 후의 공연비 제어를 산소 흡장 능력에 의거하여 행함으로써, 기관 재시동 직후의 배기 정화 성능의 악화를 억제할 수 있어, 배기 정화 성능을 한층 더 향상시킬 수 있다.
상기 제 1 양태에서, 공연비 제어 수단은 기관 재시동시의 공연비 제어시에, 흡장량 산출 수단에 의해서 기관 정지 모드 중에 산출된 산소 흡장량에 의거하여, 재시동 후 소정 시간 내의 공연비 변화를 결정하도록 할 수 있다. 이와 같이 하면, 기관 재시동 직후의 배기 정화 성능의 악화를 억제할 수 있어, 배기 정화 성능을 한층 더 향상시킬 수 있다.
본 발명의 제 2 양태에서는 내연기관의 배기 정화 장치는 내연기관 및 전동기를 사용하여 운행되는 하이브리드 차량의 내연기관의 배기 통로 상에 배치된 배기 정화 촉매를 이용함으로써, 내연기관 및 전동기의 각 출력의 배분을 제어하는 출력 배분 제어 수단을 구비하고, 출력 배분 제어 수단은 내연기관의 배기 시스템의 상태를 나타내는 파라미터에 의거하여, 내연기관 및 전동기의 출력 배분을 제어한다.
상기 제 2 양태에서, 배기 정화 촉매의 산소 흡장량을 산출하는 흡장량 산출 수단을 구비하고, 출력 배분 제어 수단은 흡장량 산출 수단에 의해서 산출되는 산소 흡장량이 소정 범위내가 되도록, 내연기관 및 전동기의 출력 배분을 제어하도록 할 수 있다.
상기 양태에 의하면, 하이브리드차에 있어서, 산소 흡장량이 소정 범위가 되도록 출력 배분을 제어함으로써, 전동기에 의한 구동을 효과적으로 사용하여 차량의 조종성을 악화시키지 않고, 산소 흡장 작용을 사용한 배기 정화 성능을 한층 더 향상시킬 수 있다.
상기의 양태에서, 흡장량 산출 수단에 의해 산출되는 산소 흡장량이 소정 범위내인 경우에는 배기 공연비에 의거한 공연비 피드백 제어를 행하도록 할 수 있다. 이와 같이 하면, 산소 흡장 작용을 이용한 배기 정화와 공연비 피드백 제어에 의한 배기 정화를 고차원적으로 양립시켜, 효과적인 배기 정화를 행할 수 있다.
상기 제 2 양태에서, 출력 배분 제어 수단은 배기 정화 촉매로부터 유출하는 배기 가스 중의 특정 성분량이 소정 범위내가 되도록, 내연기관 및 전동기의 출력 배분을 제어하도록 행할 수 있다.
상기 양태에 의하면, 하이브리드차에서, 배기 정화 촉매로부터 유출하는 배기 가스 중의 특정 성분량이 소정 범위가 되도록 출력 배분을 제어함으로써, 배기 정화 성능을 한층 더 향상시킬 수 있다.
상기의 양태에서, 배기 정화 촉매로부터 유출하는 배기 가스 중의 특정 성분량이 소정 범위내인 경우에는 배기 공연비에 의거한 공연비 피드백 제어를 행하도록 할 수 있다. 여기서, 배기 정화 촉매로부터 유출하는 배기 가스 중의 특정 성분량이 소정범위 내에 있는 경우는 내연기관에 관해서는 통상의 공연비 피드백 제어를 행함으로써, 특정 성분량을 제어하는 것에 의한 배기 정화와 공연비 피드백 제어에 의한 배기 정화를 고차원적으로 양립시켜, 효과적인 배기 정화를 행할 수 있다.
본 발명의 제 3 양태에서는 내연기관의 배기 정화 장치는 내연기관 및 전동기를 사용하여 운행되는 하이브리드 차량의 내연기관의 배기 통로상에 배치된 배기 정화 촉매의 산소 흡장 작용을 이용하는 것으로, 배기 정화 촉매의 산소 흡장 능력을 산출하는 흡장 능력 산출 수단과, 내연기관 및 전동기의 각 출력의 배분을 제어하는 출력 배분 제어 수단을 구비하고 있고, 흡장 능력 산출 수단은 연료 정지와 리치(rich) 운전을 연속하여 행함으로써 산소 흡장 능력을 산출하고, 출력 배분 제 어 수단은 흡장 능력 산출 수단에 의한 산소 흡장 능력 산출시에, 차량에 요구되는 출력을 만족하도록, 내연기관 및 전동기의 출력 배분을 제어한다.
상기 제 3 양태에 의하면, 하이브리드 차에 있어서 연료 정지와 리치 운전을 연속하여 행함으로써, 산소 흡장 능력을 보다 조기에, 또한 정확히 검출할 수 있고, 이로써 산소 흡장 작용을 사용한 배기 정화 성능을 한층 더 향상시킬 수 있다.
본 발명의 제 4 양태에서는 내연기관 및 전동기를 사용하여 운행되는 하이브리드 차량의 내연기관의 배기 통로 상에 배치된 배기 정화 촉매의 산소 흡장 작용을 이용하는 것으로, 배기 정화 촉매의 산소 흡장 능력을 산출하는 흡장 능력 산출 수단과, 내연 기관 및 전동기의 각 출력의 배분을 제어하는 출력 배분 제어 수단을 구비하고, 흡장 능력 산출 수단은 가연 공연비의 최대 범위 내의 한계부근에서 린(lean) 운전과 리치 운전을 연속하여 행함으로써 산소 흡장 능력을 산출하고, 출력 배분 제어 수단은 흡장 능력 산출 수단에 의한 산소 흡장 능력 산출시에, 차량에 요구되는 출력을 만족하도록, 내연 기관 및 전동기의 출력 배분을 제어한다.
상기 제 4 양태에 의하면, 하이브리드차에 있어서, 가연 공연비의 한계 부근에서 린 운전과 리치 운전을 연속하여 행함으로써, 조종성을 악화시키지 않고, 산소 흡장 능력을 보다 조기에, 또한 정확히 검출할 수 있으며, 이로써 산소 흡장 작용을 사용한 배기 정화 성능을 한층 더 향상시킬 수 있다.
본 발명의 배기 정화 장치의 실시예에 관해서, 도면을 참조하면서 이하에 설명한다. 상기 배기 정화 장치는 도 1에 도시되는 엔진(내연기관)(1)의 배기 가스의 정화를 행하는 것이다. 또한, 상기 엔진(1)은 후술하는 모터 제너레이터(전동 기)(32, 33)와 함께 차량(하이브리드차)에 탑재된다. 이하에는 우선 내연기관(및 그 산소 흡장 기능)에 관해서 우선 설명하고, 그 후에, 내연기관과 전동기와의 관계를 포함한 차량 구성에 관해서 설명한다.
도 1에, 이하에 설명하는 각 실시예의 배기 정화 장치를 갖는 내연기관의 구성도를 도시한다. 엔진(1)은 다기통 엔진이지만, 여기서는 그 중의 1기통만이 단면도로서 도시되어 있다. 엔진(1)은 도 1에 도시되는 바와 같이, 점화 플러그(2)에 의해서 각 실린더(3)내의 혼합기를 연소시켜 구동력을 발생한다. 엔진(1)에서의 연소시에서, 외부에서 흡입한 공기는 흡기 통로(4)를 통해, 인젝터(5)로부터 분사된 연료와 혼합되어, 혼합기로서 실린더(3)내에 흡기된다. 실린더(3)의 내부와 흡기 통로(4)와의 사이는 흡기 밸브(6)에 의해서 개폐된다. 실린더(3)의 내부에서 연소된 혼합기는 배기 가스로서 배기 통로(7)에 배기된다. 실린더(3)의 내부와 배기 통로(7)와의 사이는 배기 밸브(8)에 의하여 개폐된다.
흡기 통로(4)상에는 실린더(3)내에 흡입되는 흡입 공기량을 조절하는 스로틀 밸브(9)가 배치되어 있다. 상기 스로틀 밸브(9)에는 그 개방도를 검출하는 스로틀 포지션 센서(10)가 접속되어 있다. 또한, 스로틀 밸브(9)는 스로틀 모터(11)와 연결되어 있고, 스로틀 모터(11)의 구동력에 의해서 개폐된다. 스로틀 밸브(9)의 근방에는 액셀러레이터(이하, '액셀'이라고 함) 페달의 조작량(액셀 개방도)를 검출하는 액셀 포지션 센서(12)도 배치되어 있다. 즉, 여기서는 스로틀 밸브(9)의 개방도를 전자 제어하는 전자 제어 스로틀 방식이 채용되어 있다. 또한, 흡기 통로(4) 상에는 흡입 공기량을 검출하기 위한 에어플로미터(13)도 장착되어 있다.
엔진(1)의 크랭크샤프트 근방에는 크랭크샤프트의 위치를 검출하는 크랭크 포지션 센서(14)가 장착되어 있다. 크랭크 포지션 센서(14)의 출력으로부터는 실린더(3)내의 피스톤(15)의 위치나, 엔진 회전수 NE를 구할 수도 있다. 또한, 엔진(1)에는 엔진(1)의 노킹을 검출하는 노크 센서(16)나 냉각수 온도를 검출하는 수온 센서(17)도 장착되어 있다.
배기 통로(7)상에는 배기 정화 촉매(19)가 배치되어 있다. 배기 정화 촉매는 배기 통로상에 복수개 설치되는 경우도 있고, 이 경우, 직렬적으로 복수개 설치되는 경우나, 분기부분에 병렬적으로 복수개 설치되는 경우 등이 있으면 예를 들면, 4기통의 엔진에 대하여, 그 중, 2기통의 배기관이 1개로 통합된 곳에 배기 정화 촉매가 1개 설치되고, 나머지 2기통의 배기관이 1개로 통합된 곳에 또 1개의 배기 정화 촉매가 설치되는 경우가 있다. 본 실시예에서는 각 실린더(3)마다 배기관이 2개로 통합된 곳보다도 하류측에 1개의 배기 정화 촉매(19)가 배치되어 있다.
이들의 점화 플러그(2), 인젝터(5), 스로틀 포지션 센서(10), 스로틀 모터(11), 액셀 포지션 센서(12), 에어플로미터(13), 크랭크 포지션 센서(14), 노크 센서(16), 수온 센서(17)나 그 밖의 센서류는 엔진(1)을 종합적으로 제어하는 전자 제어 유닛(엔진 ECU(18))과 접속되어 있고, 엔진 ECU(18)로부터의 신호에 의거하여 제어되고, 혹은, 검출 결과를 엔진 ECU(18)에 대하여 송출하고 있다. 배기 통로(7)상에 배치된 배기 정화 촉매(19)의 온도를 측정하는 촉매 온도센서(21), 차콜 캐니스터(charcoal canister:23)에 의해 포집된 연료 탱크내에서의 증발 연료를 흡기 통로(4)상에 퍼지시키는 퍼지 콘트롤 밸브(24)도 엔진 ECU(18)에 접속되어 있 다.
또한, 엔진 ECU(18)에는 배기 정화 촉매(19)의 상류측에 장착된 상류측 공연비 센서(25) 및 배기 정화 촉매(19)의 하류측에 장착된 하류측 공연비 센서(26)도 접속되어 있다. 상류측 공연비 센서(25)는 그 장착 위치에서의 배기 가스 중의 산소 농도로부터 배기 공연비를 검출한다. 하류측 공연비 센서(26)는 그 장착 위치에서의 배기 가스 중의 산소 농도로부터 배기 공연비를 검출한다. 공연비 센서(25, 26)로서는 배기 공연비를 선형으로 검출하는 리니어 공연비 센서(linear air-fuel ratio sensor)가 사용되거나, 배기 공연비를 온-오프(on-off)적으로 검출하는 산소 센서가 사용된다. 또한, 공연비 센서(25, 26)는 소정의 온도(활성화 온도)이상이 되지 않으면 정확한 검출을 행할 수 없기 때문에, 조기에 활성화 온도에 승온되도록, 엔진 ECU(18)를 통해 공급되는 전력에 의해서 승온된다.
엔진 ECU(18)는 내부에 연산을 행하는 CPU나 연산 결과 등의 각종 정보량을 기억하는 RAM, 배터리에 의해서 그 기억 내용이 유지되는 백업 RAM, 각 제어 프로그램을 저장한 ROM 등을 갖고 있다. 엔진 ECU(18)는 공연비에 의거하여 엔진(1)을 제어하거나, 배기 정화 촉매(19)에 흡장되어 있는 산소 흡장량을 연산한다. 또한, 엔진 ECU(18)는 인젝터(5)에 의해서 분사하는 연료 분사량을 연산하거나, 점화 플러그(2)의 점화 시기를 제어하거나, 센서의 진단 등도 행한다. 엔진 ECU(18)는 검출한 배기 공연비나 산출한 산소 흡장량 등에 의거하여 엔진(1)을 제어한다.
다음에, 산소 흡장량 및 산소 흡장 능력의 산출(추정)에 관해서 설명한다.
배기 정화 촉매로서 사용되는 3원 촉매는 세리아(CeO2) 등의 성분을 갖고 있고, 배기 가스 중의 정화해야 할 성분을 산화·환원하는 성질에 추가하여, 배기 가스 중의 산소를 흡장·방출하는 성질을 갖고 있다. 본 실시예에서의 배기 정화 촉매(19)도 상기 산소를 흡장·방출하는 성질을 갖고 있다.
상기 산소 흡장 작용을 이용함으로써, 배기 정화 촉매(19)에 유입하는 배기 가스의 배기 공연비가 린인 때는 배기 가스 중의 산소를 배기 정화 촉매(19)로 흡장하여 환원 분위기 근처의 상태를 형성시키고, 잉여의 질소산화물 NOx의 환원(배기 가스 정화)을 촉진할 수 있다. 한편, 배기 정화 촉매(19)에 유입하는 배기 가스의 배기 공연비가 리치인 때는 흡장해 둔 산소를 방출하여, 잉여의 일산화탄소 CO나 탄화수소 HC를 산화하여 배기 가스 정화를 촉진시킬 수 있다. 이와 같이, 산소를 흡장·방출하는 성질을 이용하여, 배기 가스의 정화율을 향상시킬 수 있다.
이 때, 상술한 바와 같이, 배기 정화 촉매(19)가 그 산소 흡장 능력의 한계까지 산소를 흡장하고 있으면, 유입하는 배기 가스의 배기 공연비가 린이 되었을 때에 산소를 흡장할 수 없게 되어, 배기 가스 중의 질소산화물 NOx를 충분히 정화할 수 없게 된다. 한편, 배기 정화 촉매(19)가 산소를 다 방출하여 산소를 완전히 흡장하고 있지 않으면, 유입하는 배기 가스의 배기 공연비가 리치가 되었을 때에 산소를 방출할 수 없기 때문에, 배기 가스 중의 일산화탄소 CO나 탄화수소 HC를 충분히 정화할 수 없게 된다. 이 때문에, 유입하는 배기 가스의 배기 공연비가 린으로 되어도 리치로 되어도 대응할 수 있도록 산소 흡장량의 목표치를 설정하고, 산 소 흡장량이 목표치가 되도록 제어하고 있다. 상기 제어에서는 배기 정화 촉매(19)가 흡장하고 있는 산소 흡장량을 추정함과 함께, 상기 추정된 산소 흡장량의 이력을 사용하여 산소 흡장 능력(산소 흡장 가능량이나 최대 산소 흡장량 등이라고 일컬어진다)도 추정하고 있다.
배기 정화 촉매(19)의 산소 흡장량의 추정에 관한, 각 제어량의 시간적 변화의 예를 도 2에 도시한다. 산소 흡장량 O2SUM은 배기 정화 촉매(19)의 상류측에 배치된 상류측 공연비 센서(25)에 의해서 검출되는 상류측의 배기 공연비 AF와 이론 연비 AFst와의 차 △AF=(AF-AFst)에서, 배기 정화 촉매(19)에 흡장되는 혹은, 배기 정화 촉매(19)로부터 방출되는 산소의 흡장·방출량 O2AD를 추정하고, 이것을 적산함으로써 얻어진다. 여기서는 흡장·방출량 O2AD가 양의 값인 때는 산소가 배기 정화 촉매(19)에 흡장되고, 음의 값인 때는 산소가 방출되는 것으로 한다.
산소 흡장량 O2SUM의 산출에 관해서, 도 3에 도시되는 플로차트를 참조하여 설명한다. 또한, 본 실시예에서는 산소 흡장량 O2SUM은 어떤 시점(예를 들면 점화스위치가 켜져 있을때)을 기준(O2SUM=0)으로 산출된다. 즉, 산소 흡장량 O2SUM은 배기 정화 촉매(19)에 산소가 흡장되는 경우는 가산되고, 방출되는 경우는 감산된다. 상술한 어떤 시점에서 배기 정화 촉매(19)가 이미 산소를 흡장하고 있는 경우도 있기 때문에, 산소 흡장량 O2SUM은 양의 값 뿐만아니라, 음의 값도 가질 수 있다.
우선, 상류측 공연비 센서(25)에 의해서 배기 정화 촉매(19)에의 유입 가스의 배기 공연비 AF를 검출하고, 상기 배기 공연비 AF와 이론 공연비 AFst와의 차 △AF=(AF-AFst)를 엔진 ECU(18)에서 구한다. 한편, 에어플로미터(13)에 의해서 흡입 공기량 Ga를 검출하고, 상기 흡입 공기량 Ga와 공연비차 △AF에서, 배기 정화 촉매(19)에 흡장. 방출되는 산소의 흡장·방출량 O2AD를 산출한다(스텝 100). 상기흡장·방출량 O2AD의 산출은 엔진 ECU(18)내의 맵에서 구하여도 되고, 엔진 ECU(18)에 기억시킨 계산식을 사용하여 산출하여도 된다.
스텝 100 이후에, 배기 정화 촉매(19)로부터의 유출 가스 배기 공연비에 관하여 린 플래그(lean flag) Xlcan이 온이고, 또한, 산출한 흡장·방출량 O2AD가 양의 값인지 여부를 판정한다(스텝 11O). 린 플래그 Xlean 및 리치 플래그(rich flag) Xrich에 관하여 간단히 설명하면, 배기 정화 촉매(19)의 하류측에 배치된 하류측 공연비 센서(26)에 의해서 검출된 배기 공연비가 린인 때는 린 플래그 Xlean이 온이 되고, 리치인 때는 리치 플래그 Xrich가 온이 된다. 또한, 린 플래그 Xlean 및 리치 플래그 Xrich에 관해서는 추가로 상술한다.
스텝 11O에서, 린플래그 Xlean이 온이라는 것은 배기 정화 촉매(19)로부터의 유출 가스의 배기 공연비가 린으로 산소량이 잉여라고 하는 것이다. 또한, 흡장·방출량 O2AD가 양의 값이라고 하는 것은 배기 정화 촉매(19)에의 유입 가스에는 흡장할 수 있는 산소가 포함되어 있는 상태인 것으로 말할 수 있다. 따라서, 스텝 110이 긍정인 경우는 배기 정화 촉매(19)에의 유입 가스에는 흡장할 수 있는 산소가 포함되어 있음에도 불구하고 배기 정화 촉매(19)는 이미 한계까지 산소를 흡장하고 있고, 그 이상 산소를 흡장할 수 없는 상태이다.
이 때문에, 스텝 110이 긍정인 경우는 그대로 상기 루틴을 종료하고, 배기 정화 촉매(19)의 산소 흡장량 O2SUM을 갱신하지 않는다. 스텝 110이 긍정일 때에 산소 흡장량 O2SUM을 갱신해 버리면, 실제로는 흡장할 수 없는 산소를 흡장한 것으로 되어 버리기 때문에, 이와 같이 산소 흡장량 O2SUM의 갱신을 금지한다. 스텝 110이 부정인 경우는 이번은 리치 플래그 Xrich가 온이고, 또한, 산출한 흡장·방출량 O2AD가 음의 값인지 여부를 판정한다(스텝120).
리치 플래그 Xrich가 온이라고 하는 것은 배기 정화 촉매(19)로부터의 유출 가스의 배기 공연비가 리치로 산소량이 부족한 상태라는 것이다. 또한, 흡장·방출량 O2AD가 음의 값이라는 것은 배기 정화 촉매(19)에의 유입 가스의 배기 공연비가 리치이고 배기 정화 촉매(19)가 흡장하고 있는 산소를 방출시켜 배기 가스를 정화해야 할 상태라고 말할 수 있다. 따라서, 스텝 120이 긍정인 경우는 배기 정화 촉매(19)에의 유입 가스는 배기 정화 촉매(19)로부터 방출되는 산소에 의해서 정화되는 상태임에도 불구하고 배기 정화 촉매(19)는 이미 산소가 완전히 방출되어 있어, 그 이상 산소를 방출할 수 없는 상태이다.
이로 인해, 스텝 120이 긍정인 경우는 그 이상, 배기 정화 촉매(19)의 산소 흡장량 O2SUM을 갱신하지 않는다. 스텝 120이 긍정일 때에 산소 흡장량 O2SUM을 갱신하여 버리면, 실제로는 방출할 수 없는 산소를 방출한 것으로 되어 버리기 때문에, 이와 같이 산소 흡장량 O2SUM의 갱신을 금지한다. 스텝 120도 부정인 경우는 상술한 바와 같이, 유입 가스 중에 흡장 가능한 산소가 있지만 산소를 한계치까지 흡장하고 있는 상태가 아니거나 또는 산소를 방출해야 하지만 산소를 완전히 방출하고 있는 상태가 아니기 때문에, 산출된 흡장·방출량 O2AD를 사용하여 산소 흡 장량 O2SUM을 갱신한다(스텝 130).
이와 같이, 산소 흡장량 O2SUM을 흡장·방출량 O2AD를 사용하여 갱신(스텝 110 또는 스텝 120이 긍정인 경우는 갱신은 금지되지만)함으로써, 배기 정화 촉매(19)에 흡장되어 있는 산소량을 항상 정확히 추정할 수 있다. 이렇게 하여 생성된 산소 흡장량 O2SUM의 이력이, 도 2의 타이밍차트의 상단에 도시되어 있다. 차례로 갱신되는 산소 흡장량 O2SUM은 엔진 ECU(18)내에 차례로 기억된다.
또한, 상술한 설명에서는 상류측 공연비 센서(25)에 의해서 검출한 배기 공연비 AF와 이론 공연비 AFst와의 차 △AF 및 에어플로미터(13)에 의해 검출한 흡입 공기량 Ga에서, 흡장·방출량 O2AD를 산출하였다(스텝 100). 그러나, 배기 정화 촉매(19)에서의 산소의 흡장 및 방출 반응은 엔진(1)이 정지하고 있는 동안(배기 정화 촉매(19)에 배기 가스가 유입하지 않는 상태)에서도 일어날 수 있다. 배기 정화 촉매(19)내에 있는 배기 가스가 거의 이동하지 않는 경우라도 흡장 및 방출 반응은 진행할 수 있고, 배기 정화 촉매(19)내에 있는 배기 가스가 열에 의해서 대류하여 배기 정화 촉매(19)내에서 이동하면서 흡장 및 방출 반응이 진행하는 경우도 있을 수 있다.
본 실시예에서는 이와 같이 배기 정화 촉매(19)에 배기 가스가 적극적으로 유입하지 않는 상황일지라도 흡장·방출량 O2AD를 산출한다. 이때, 흡장·방출량 O2AD는 배기 정화 촉매(19)내의 가스 확산을 고려하여 산출한다. 구체적으로는 가스 확산에 의한 반응 계수와 온도 변화를 고려하여, 흡장·방출량 O2AD를 산출한다. 또한, 엔진(1)을 정지할 때에, 연료 분사 정지 후에 엔진(1)의 회전이 완전히 정지할 때까지는 흡입 공기가 그대로 배기 정화 촉매(19)에 달하여, 많은 산소가 배기 정화 촉매(19)에 흡장될 수 있다. 본 실시예에서는 이러한 상황도 고려해 넣어 흡장·방출량 O2AD를 산출하고 있다.
이어서, 산소 흡장량 O2SUM의 상한치 O2SUMmax·하한치 O2SUMmin 및 산소 흡장 능력의 산출에 대해서, 도 4에 도시하는 플로차트를 참조하여 설명한다.
우선, 하류측 공연비 센서(26)의 출력 전압 VO2가, 미리 정해진 린측 임계치 Vlean(여기서는 구체적으로는 0.3V)미만인지 여부를 판정한다(스텝200). 이것에 관해서는 도 2의 타이밍차트 중의 하단에 도시되어 있다. 출력 전압 VO2가 린측 임계치 Vlean 미만이라는 것은 배기 정화 촉매(19)가 그 산소 흡장 능력의 한계까지 산소를 흡장하고 있기 때문에, 그 이상 흡장할 수 없는 상태인 것으로 생각할 수 있다. 이 때문에, 스텝 200이 긍정인 경우는 산소 흡장량 O2SUM이 상한에 달하고 있는 것으로 하여, 그 시점의 산소 흡장량 O2SUM을 상한치 O2SUMmax로서 엔진 ECU(18)내에 기억한다. 또한, 배기 정화 촉매(19)의 하류측 배기 공연비의 상태를 나타내는 플래그에 관해서는 린 플래그 Xlean을 온으로 설정하고, 리치 플래그 Xrich를 오프로 설정한다(스텝 210).
스텝 200이 부정인 경우는 하류측 공연비 센서(26)의 출력 전압 VO2가, 미리 정해진 리치 측 임계치 Vrich(여기서는 구체적으로는 0.7V)를 초과하고 있는지 여부를 판정한다(스텝220). 출력 전압 V02가 리치 측 임계치 Vrich를 초과하고 있다는 것은 배기 정화 촉매(19)가 산소를 흡장하고 있지 않고, 그 이상 산소를 방출할 수 없는 상태인 것으로 생각할 수 있다. 때문에, 스텝 220이 긍정인 경우는 산소 흡장량 O2SUM이 하한에 달하고 있는 것으로 하여, 그 시점의 산소 흡장량 O2SUM을 하한치 O2SUMmin으로서 엔진 ECU(18)내에 기억한다. 또한, 배기 정화 촉매(19)의 하류측 배기 공연비의 상태를 나타내는 플래그에 관해서는 린 플래그 Xlean을 오프로 설정하고, 리치 플래그 Xrich를 온으로 설정한다(스텝 230).
스텝 220이 부정인 경우는 하류측 공연비 센서(26)의 출력 전압 VO2가, 린측 임계치 Vlean과 리치 측 임계치 Vrich와의 사이에 있으므로(Vlean≤VO2≤Vrich), 배기 정화 촉매(19)로부터의 유출 가스의 배기 공연비는 린도 리치도 아니고, 이론 공연비 근방에 있는 것으로 간주할 수 있다. 이 경우는 린 플래그 Xlean·리치 플래그 Xrich 모두 오프로 한다(스텝 240).
상술한 바와 같이, 산소 흡장량 O2SUM의 이력이 차례로 갱신되고, 상기 이력과 하류측 공연비 센서(26)의 출력으로부터 상한치 O2SUMmax 및 하한치 O2SUMmin이 갱신되어 간다. 이 때문에, 상한치 O2SUMmax와 하한치 O2SUMmin과의 차(O2SUMmax-O2SUMnin)를 초과하면, 배기 정화 촉매(19)의 흡장할 수 있는 최대한의 산소량(산소 흡장 능력)을 얻을 수 있다. 그리고, 배기 정화 촉매(19)의 산소 흡장 능력(O2SUMmax-O2SUMnin)은 배기 정화 촉매(19)의 상태(온도나 열화 상태 등)에 의존하여 변동하지만, 상한치 O2SUMmax 및 하한치 O2SUMmin이 항상 갱신됨으로써 갱신된다.
이렇게 하여 산소 흡장량 O2SUM이나 산소 흡장 능력을 제어함으로써, 양호한 공연비 제어를 행하여, 양호한 배기 정화 성능을 얻을 수 있다. 또한, 상술한 산소 흡장 능력(O2SUMmax-O2SUMnin)을 보다 적극적으로 산출(갱신)하기 위해서, 공연 비를 강제적으로 진동시키는 흡장 능력 검출 모드를 설정하는 것도 생각할 수 있다. 이와 같이 공연비를 강제적으로 진동시키면, 상한치 O2SUMmax 및 하한치 O2SUMmin이 적극적으로 갱신되고, 이 결과, 산소 흡장 능력(O2SUMmax-O2SUMmin)이 갱신된다.
상술한 바와 같이, 엔진(1)이 탑재된 차량은 모터 제너레이터(MG)(32)도 갖는 하이브리드차이다. 도 5에 상기 하이브리드차의 구성을 도시한다. 또한, 상기 차량은 엔진(1)의 출력을 받아 발전을 행하는 모터 제너레이터(MG)(33)도 갖고 있다. 이들의 엔진(1)(MG(32) 및 MG(33))은 동력 분할 기구(34)에 의해서 접속되어 있다. 동력 분할 기구(34)는 엔진(1)의 출력을 MG(33)와 구동륜(35)으로 나누어져있다. 또한, 동력 분할 기구(34)는 MG(32)로부터의 출력을 구동륜(35)에 전달시키는 역할이나, 감속기(37) 및 구동축(36)을 거쳐 구동륜(35)에 전달되는 구동력에 관한 변속기로서의 역할도 구비하고 있다. 동력 분할 기구(34)에 관해서는 추가로자세히 설명한다.
MG(32)는 교류 동기 전동기이고, 교류 전력에 의해서 구동된다. 인버터(39)는 배터리(38)에 축적된 전력을 직류로부터 교류로 변환하여, MG(32)에 공급하는 동시에, MG(33)에 의해서 발전되는 전력을 교류로부터 직류로 변환하여, 배터리(38)에 축적하기 위한 것이다. MG(33)도, 기본적으로는 상술한 MG(32)와 거의 같은 구성을 갖고 있고, 교류 동기 전동기로서의 구성을 갖고 있다. MG(32)가 주로 구동력을 출력하는 데에 반해, MG(33)는 주로 엔진(1)의 출력을 받아 발전한다.
또한, MG(32)는 주로 구동력을 발생시키지만, 구동륜(35)의 회전을 이용하여 발전(회생 발전)하는 것도 가능하고, 발전기로서도 기능할 수 있다. 이 때, 구동륜(35)에는 브레이크(회생 브레이크)가 걸리기 때문에, 이것을 풋 브레이크(오일 브레이크)나 엔진 브레이크와 병용함으로써, 차량을 제동시킬 수 있다. 한편, MG(33)는 주로 엔진(1)의 출력을 받아 발전을 하지만, 인버터(39)를 거쳐 배터리(38)의 전력을 받아 구동하는 전동기로서도 기능할 수 있다.
그리고, 엔진(1)의 크랭크샤프트(45)에는 피스톤 위치 및 엔진(1)의 회전수를 검출하는 크랭크 포지션 센서(14)가 장착되어 있다. 크랭크 포지션 센서(14)는 엔진 ECU(18)에 탑재되어 있다. 또한, MG(32) 및 MG(33)의 각 구동축에는 각각의 회전 위치 및 회전수를 검출하는 회전 센서(resolver)(50, 51)가 장착되어 있다. 회전 센서(50, 51)는 각각 모터 ECU(42)에 접속되어 있다.
상술한 동력 분할 기구(34)를, 엔진(1), MG(32) 및 MG(33)와 함께 도 6에 도시한다. 여기서는 동력 분할 기구(34)가 유성 기어 유닛에 의해 구성되어 있기 때문에, 이하, 동력 분할 기구(34)를 유성 기어 유닛(34)이라고도 하기로 한다. 유성 기어 유닛(34)은 산기어(34a)와, 상기 산기어(34a) 주위에 배치된 유성 기어(34b)와, 상기 유성 기어(34b)의 또한 외측 가장자리에 배치된 링 기어(34c)와, 유성 기어(34b)를 유지하는 기어 캐리어(34d)로 이루어진다.
여기서, 엔진(1)의 크랭크샤프트(45)가 댐퍼(46)를 거쳐 중심축(47)과 결합되어 있고, 상기 중심축(47)이 기어 캐리어(34d)와 결합되어 있다. 즉, 엔진(1)의 출력은 유성 기어 유닛(34)의 기어 캐리어(34d)에 입력된다. 또한, MG(32)는 내부에 고정자(32a)와 회전자(32b)를 갖고 있고, 상기 회전자(32b)가 링 기어(34c)와 결합되고, 회전자(32b) 및 링 기어(34c)는 또한 감속기(37)의 제 1 기어(37a)와 결합되어 있다.
감속기(37)는 제 1 기어(37a), 토크 전달 체인(37b), 제 2 기어(37c), 제 3 기어(37d), 파이널 기어(37c)로 이루어진다. 즉, MG(32)의 출력은 유성 기어 유닛(34)의 링 기어(34c)에 입력되고, 감속기(37) 및 디퍼렌셜 기어(differential gear: 48)를 거쳐, 구동축(36)에 전달된다. 이 결과, MG(32)는 구동축(36)과 항상 접속되어 있는 형태로 되어 있다.
MG(33)는 MG(32)와 마찬가지로, 내부에 고정자(33a)와 회전자(33b)를 갖고 있고, 상기 회전자(33b)가 산기어(34a)와 결합되어 있다. 즉, 엔진(1)의 출력이, 상기 유성 기어 유닛(34)으로 분할되어, 산기어(34a)를 거쳐 MG(33)의 회전자(33b)에 입력된다. 또한, 엔진(1)의 출력은 상기 유성 기어 유닛(34)으로 분할되어, 링 기어(34c) 등을 거쳐 구동축(36)에도 전달될 수 있다.
여기서, MG(33)의 발전량을 제어하여 산기어(34a)의 회전을 제어함으로써, 유성 기어 유닛(34) 전체를 무단 변속기로서 사용할 수 있다. 즉, 엔진(1) 또는(및) MG(32)의 출력은 유성 기어 유닛(34)에 의해서 변속된 후에 구동축(36)에 출력된다. 또한, MG(33)의 발전량(모터로서 기능하는 경우는 전력 소비량)을 제어하고, 엔진(1)의 기관 회전수를 제어할 수도 있다.
MG(32), MG(33)의 회전수를 제어하는 경우는 회전 센서(50, 51)의 출력을 참조하여 모터 ECU(42)가 인버터(39)를 제어함으로써 행하여진다. 이로써 엔진(1)의 회전수도 제어 가능하다.
이들의 제어는 몇개의 전자 제어 유닛(ECU)에 의해 제어된다(도 5 참조). 하이브리드차로서 특징적인, 엔진(1)에 의한 구동과 MG(32) 및 MG(33)에 의한 구동은 메인 ECU(40)에 의해 종합적으로 제어된다. 메인 ECU(40)에 의해서, 엔진(1)의 출력과 MG(32)(MG(33))에 의한 출력의 배분이 결정되어, 엔진(1), MG(32) 및 MG(33)을 제어하기 위해, 각 제어 지령이 엔진 ECU(18) 및 모터 ECU(42)에 출력된다.
또한, 엔진 ECU(18) 및 모터 ECU(42)는 엔진(1), MG(32) 및 MG(33)의 정보를 메인 ECU(40)에 전하고도 있다. 메인 ECU(40)에는 배터리(38)를 제어하는 배터리 ECU(43)나, 브레이크를 제어하는 브레이크 ECU(44)도 접속되어 있다. 배터리 ECU(43)는 배터리(38)의 충전 상태를 감시하여, 충전량이 부족한 경우는 메인 ECU(40)에 대하여, 충전 요구 지령을 출력한다. 충전 요구를 받은 메인 ECU(40)는 배터리(38)에 대하여 충전을 하기 위해, MG(33)를 발전시키는 제어를 행한다. 브레이크 ECU(44)는 차량의 제동을 담당하고 있고, 메인 ECU(40)과 함께 MG(32)에 의한 회생 브레이크를 제어한다.
상술한 바와 같이 구성되어 있기 때문에, 차량을 운행하고 있는 동안에 차량전체에서 요구되는 필요 출력을 엔진(1)과 MG(32)(MG(33))로 배분함으로써, 엔진(1)의 운전 상태를 소망의 운전 상태로 하면서, 차량 전체에서 요구되는 출력도 만족시키는 것이 가능해진다.
본 발명의 제 1 실시예에 관해서 설명한다. 본 실시예의 장치의 구성은 상술한 바와 같다. 이하에 본 실시예에 의한 제어에 관해서 설명한다. 상술한 차량 은 하이브리드차이고, 차량 운행 중에 엔진(1)을 정지시키는 기관 정지 모드가 발생한다. 이 때, 상술한 바와 같이 기관 정지 중에도 배기 정화 촉매(19)에의 산소 흡장 방출량을 산출함으로써, 산소 흡장량 O2SUM을 산출(갱신)하고 있다. 그리고, 기관 정지 모드 종료(해제) 후, 엔진(1)이 재시동되는 때는 상기 기관 정지 모드 중에 산출(갱신)되어 있던 산소 흡장량 O2SUM에 의거하여, 공연비 제어가 행하여진다.
이 때의 공연비 제어는 재시동 후의 소정 시간 내의 공연비 변화가 결정된다. 공연비 변화란, 구체적으로는 어느 정도의 공연비를 어느 만큼의 시간을 유지할 것 인가이다. 기관 정지 모드 중에는 정지시의 공전 등에 의해서 린 가스가 대량으로 배기 정화 촉매(19)에 유입하기 때문에, 기관 정지 모드 중에 배기 정화 촉매(19)는 산소를 흡장한다. 이 때문에, 기관 정지 모드 해제 후의 공연비 제어는 리치가 필요하게 되는 일이 많다. 그래서, 기관 정지 모드 중에 산출된 산소 흡장량에 의거하여, 어느 정도의 리치 운전을 행하는 것이 산소 흡장량의 관점에서 바람직한 것인가가 엔진 ECU(18) 등에 의해서 산출되어, 기관 정지 모드 해제 후의 소정 기간 내의 공연비 변화가 결정된다. 이 때, 배기 정화 촉매(19)의 온도 등이 가미되어도 된다.
기관 정지 모드 중에 산출된 산소 흡장량과 기관 정지 모드 해제 후의 공연비와의 경향을 나타내는 그래프를 도 7에 도시한다. 도 7에서 알 수 있는 바와 같이, 산소 흡장량이 많은 경우는 보다 리치인 공연비로 함으로써, 리치인 배기량 가스가 배기 정화 촉매(19)에 유입하도록 한다. 이와 같이 함으로써, 산소 흡장량을 감소시켜 최적인 상태가 되도록 한다. 또한, 기관 정지 모드 해제 후의 소정 기간내의 공연비 변화가 결정되고, 이것이 실행되고 있는 동안도 산소 흡장량은 산출·갱신된다. 상기 산출된 산소 흡장량에 의거하여, 결정된 소정 기간내의 공연비 변화를 수정하여도 된다.
또한, 본 실시예의 배기 정화 장치에 의하면, 기관 정지 모드 중이 아니고 엔진(1)이 운전되고 있는 동안에 MG(32)를 사용함으로써, 산소 흡장량을 최적인 소정 범위 내에 유지하도록 엔진(1)을 운전하는 것도 가능하다. 이와 같이 함으로써, 산소 흡장 작용을 이용한 배기 정화를 한층 더 효과적으로 행하는 것도 가능해진다.
상술한 바와 같이, 배기 정화 촉매(19)가 산소를 그 산소 흡장 능력의 상한까지 산소를 흡장하고 있으면, 배기 가스가 린 측으로 되었을 때에 충분한 정화를 행할 수 없는 것이 염려된다. 반대로, 배기 정화 촉매(19)가 산소를 거의 흡장하고 있지 않으면, 배기 가스가 리치측으로 되었을 때에 충분한 정화를 행할 수 없는 것이 염려된다. 이러한 것을 고려하면, 산소 흡장량의 목표치 O2SUMref 또는 목표 범위는 산소 흡장 능력의 거의 중앙에 설정되는 것이 바람직하다. 또한, 차량의 운전상황으로부터, 리치 운전이 어느 정도 지속되는 것이 예측되어지면, 미리 산소를 넉넉하게 흡장하고 있어 배기 정화 효율을 향상시키게 하는 제어도 가능하다.
이 때문에, 배기 정화 촉매(19)의 산소 흡장량에는 목표 범위(목표치 O2SUMref이어도 관계없다)가 설정되고, 상기 소정 범위 내가 되도록 엔진(1)이 운전된다. 통상의 차량으로서는 차량에 요구되는 출력 요구를 만족할 필요도 있기 때문에, 항상 산소 흡장량을 우선한 형태에서 엔진(1)의 운전을 계속하는 것은 불가능하다. 그러나, 본 실시예의 차량은 하이브리드차이고, 그 출력원으로서 MG(32)도 갖고 있다. 그래서, 엔진(1)과 MG(32)의 출력 배분을 조정하여, 산소 흡장량이 상술한 소정 범위내가 되도록 제어를 행한다. 이로써, 산소 흡장량에 의한 배기 정화가 한층 더 확실하게 행하여져, 배기 정화 효율이 향상한다. 여기서는 우선, 배터리(38)의 충전량 등에 의거하여 기본적인 배분이 결정되고, 그 후, 여기서 상술한 바와 같은 산소 흡장량을 고려하여, 결정된 기본 배분을 수정한다.
산소 흡장량과 엔진(1)의 출력 배분율과의 경향을 나타내는 그래프를 도 8에 도시한다. 도 8에서 알 수 있는 바와 같이, 산소 흡장량이 적은 경우 혹은 많은 경우에는 엔진에의 배분을 감한다. 산소 흡장량이 적은 경우는 흡장한 산소를 완전히 방출하게 되어 산소 흡장 작용을 사용한 배기 정화가 효과적으로 행할 수 없게 되기 쉬운 상태에 있다고 말할 수 있다. 반대로, 산소 흡장량이 많은 경우는 산소 흡장 능력의 상한까지 산소를 흡장해 버리게 되어 산소 흡장 작용을 사용한 배기 정화가 효과적으로 행할 수 없게 되기 쉬운 상태에 있다고 할 수 있다. 그래서, 이러한 경우는 엔진(1)의 출력 배분을 적게 하여 산소 흡장량의 변화가 급격하게 일어나지 않게 하고 있다.
또한, 본 실시예에서는 산소 흡장량이 소정의 범위내에 있는 경우에는 엔진(1)의 운전에 관해서는 통상의 공연비 피드백 제어가 행하여진다. 산소 흡장량은 소정의 범위 내에 있기 때문에, 산소 흡장 능력에 의한 배기 정화에 관해서는 안정한 상태라고 할 수 있다. 이 때문에, 이러한 경우는 통상의 공연비 피드백 제어를 행하여, 배기 정화율의 향상을 꾀한다. 공연비 피드백 제어는 배기 통로(7)상에 배치된 공연비 센서(본 실시예에서는 상류측 공연비 센서(25)나 하류측 공연비 센서(26))에 의해서 검출되는 배기 공연비에 의거하여, 상기 배기 공연비가 이론 공연비 근방을 유지하도록 행하여지는 피드백 제어이다.
더욱이, 본 실시예에서는 산소 흡장 능력을 검출(갱신)하고 싶을 때는 엔진(1)의 연료 정지 운전과 리치 운전을 연속하여 행하고, 보다 조기에 산소 흡장 능력을 검출하도록 하고 있다. 또한, 연료 정지 운전과 리치 운전은 어느 쪽이 먼저 행하여져도 되고, 2개의 운전이 연속하여 운전되면 그 순서는 어느쪽이라도 가능하다. 상술한 바와 같이, 산소 흡장 능력의 산출에는 산소 흡장 능력의 상한치와 하한치를 검출한다. 연료 정지 운전을 행함으로써, 배기 정화 촉매(19)에는 흡입 공기가 그대로 유입하는, 즉, 다량의 산소를 포함하는 공기가 유입하여, 배기 정화 촉매(19)의 산소 흡장량은 즉시 상한이 된다.
한편, 상기 연료 정지 운전에 연속하여 행하여지는 리치 운전을 행함으로써, 배기 정화 촉매(19)에는 리치인 배기 가스가 유입하여, 배기 정화 촉매(19)에 흡장되어 있는 산소는 곧 이탈하고, 산소 흡장량은 곧 하한으로 된다. 본 실시예의 차량은 하이브리드차이므로, 이와 같이 엔진(1)을 연료 정지 운전·리치 운전하여도, MG(32)에 의해서 차량으로서 요구되고 있는 출력을 만족할 수 있다. 이 때문에, 산소 흡장 능력의 검출을 보다 조기에 행할 수 있다. 또한, 산소 흡장 능력의 검출에 적합한 연료 정지 운전·리치 운전을 행함으로써, 산소 흡장 능력의 검출을 보다 정확히 행할 수 있다.
또한, 상술한 예에서는 엔진(1)은 연소를 행하지 않은 경우(연료 정지)가 생긴다. 이러한 경우는 차량에 요구되는 출력은 모두 MG(32)에 의해서 만족할 필요가 있다. 그래서, 엔진(1)을 가연 공연비의 범위 내에서, 한계 근방에서 린 운전과 리치 운전을 연속하여 행하도록 하여도 된다. 이와 같이 하면, 엔진(1)의 출력을 이용할 수 있다. 그리고, 차량 전체가 요구하고 있는 출력에 대하여 부족한 량이나 변동을 MG(32)의 출력으로 보충하도록 하면 된다. 이렇게 하여도, 보다 조기에 산소 흡장 능력의 검출을 행할 수 있다. 또한, 이 경우도, 산소 흡장 능력의 검출에 적합한 한계 근방에서의 린 운전·리치 운전을 행함으로써, 보다 정확히 산소 흡장 능력을 검출할 수 있다.
종래, 차량 운행 중에 기관 정지 모드를 발생시키는 차량(본 실시예의 하이브리드차 외에, 아이들 스톱 시스템을 구비한 차량 등)에서는 기관 정지 모드 중에 배기 정화 촉매의 산소 흡장량(산소 흡장 능력)이 불명료하게 되어, 재시동 후의 이미션 저하가 염려되고 있었다. 그러나, 본 실시예의 배기 정화 장치를 구비하고 있으면, 기관 정지 모드 중에도 산소 흡장량을 산출하여, 기관 재시동 후의 공연비 제어를 산소 흡장 능력에 의거하여 행함으로써, 배기 정화 성능을 한층 더 향상시킬 수 있다.
또한, 배기 정화 촉매의 산소 흡장량은 소정 범위 내에 유지되는 것이 바람직한 것은 이미 기술한 바와 같다. 본 실시예와 같이, 차량 운행 중에 기관 정지 모드가 발생하고, 또한, 그 사이에 차량을 구동할 수 있는 다른 구동 기구를 갖고 있는 구성(본 실시예에서는 차량이 하이브리드차이고, MG(32)를 갖고 있다)이면, 차량에 요구되는 출력 변동을 다른 구동 기구로 흡수하여, 엔진(1)을 가능한 한 산소 흡장량이 소정 범위 내에 유지되도록 운전하는 것도 가능해진다. 이와 같이 하면, 배기 정화 성능을 한층 더 향상시킬 수 있다.
제 2 실시예에 관해서 설명한다. 제 2 실시예의 배기 정화 장치도, 그 구성은 제 1 실시예와 마찬가지이다. 이 때문에, 여기서는 그 구성에 관해서의 자세한 설명은 생략한다. 이하에 본 실시예에 의한 제어에 관해서 설명한다. 본 실시예에서는 배기 정화 촉매로부터 유출하는 특정 성분량이 소정 범위내가 되도록, 엔진(1)과 MG(32, 33)와의 출력 배분을 제어한다. 여기에 말하는 특정 성분량이란, 산소량이거나, 일산화탄소량, 질소산화물량, 또는 탄화수소량이다. 혹은, 배기 가스가 린인 경우에 배기 가스 중에 포함되는 성분을 린 성분으로서, 배기 가스가 리치인 경우에 배기 가스 중에 포함되는 성분을 리치 성분으로서 파악한 경우에, 특정 성분량이 린 성분량이나 리치 성분량이어도 된다.
산소량에 주목하면, 상술한 산소 흡장 작용에 주목한 제어와 거의 마찬가지의 제어를 행하게 된다. 유출하는 배기 가스 중의 산소량은 하류측 공연비 센서(26)에 의해서 검출 가능하다. 즉, 배기 정화 촉매(19)로부터 유출하는 배기 가스 중에 산소가 포함되어 있으면, 배기 정화 촉매(19)는 이미 산소를 흡장할 수 없는 상태에 있다고 말할 수 있다. 반대로, 배기 정화 촉매(19)로부터 유출하는 배기 가스 중에 산소가 포함되어 있지 않으면, 배기 정화 촉매(19)는 아직 산소를 흡장할 수 있는 상태에 있다고 말할 수 있다. 출력 배분을 제어하여 배기 정화 촉매(19)로부터 배출되는 산소량을 소정 범위 내로 함으로써, 상술한 제 1 실시예와 거 의 같은 제어가 가능해진다.
일산화탄소량, 질소산화물량, 또는 탄화수소량에 주목하면, 그 자체를 감하도록 소정 범위를 설정(제로를 목표 범위로서 설정한다)함으로써, 배기 정화를 행할 수 있다. 이들의 각 성분을 소정 범위로 하도록 출력 배분을 제어하는 것이라도, 역시 배기 정화 성능을 향상시킬 수 있다. 혹은, 리치 성분 및 린 성분에 주목하여, 이들을 소정 범위로 하도록 제어하는 것이라도 마찬가지로 배기 정화 성능을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 배기 정화 장치는 상술한 실시예의 것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 상술한 실시예에서는 어떤 시점에서의 산소 흡장량 O2SUM을 기준(O2SUM=0)에 대하여 산소 흡장량 O2SUM의 이력을 갱신하였다. 이 때문에, 산소 흡장량 O2SUM은 양의 값도 음의 값도 취할 수 있는 것이었다. 그러나, 배기 정화 촉매(19)가 산소를 거듭 방출한 상태를 검출하여, 이 점을 기준(O2SUM=0)으로 하여도 된다. 이 경우는 산소 흡장량 O2SUM은 양의 값만을 갖게 되어, 상한치 O2SUMmax만이 설정되고, 상기 값이 산소 흡장 능력과 일치하게 된다. 이와 같이, 상한치 O2SUMmax와 하한치 O2SUMmin으로 제어하지 않고, 상한치 O2SUMmax 측에서만 제어하는 것도 고려할 수 있다.
또한, 상술한 실시예에서는 상류측 공연비 센서(25)의 출력으로부터 산소 흡장량 O2SUM을 갱신하였지만, 이것에 한정되는 것이 아니다. 예를 들면, 흡입 공기량 Ga와 연료 분사량 TAU로부터 배기 정화 촉매(19)의 산소 흡장량 O2SUM을 갱신하는 등, 다른 수법에 의해서도 가능하다.
본 발명의 실시예에 의하면, 기관 정지 모드 중에도 산소 흡장량을 산출하여, 기관 재시동 후의 공연비 제어를 산소 흡장 능력에 의거하여 행함으로써, 기관 재시동 직후의 배기 정화 성능의 악화를 억제할 수 있어, 배기 정화 성능을 한층 더 향상시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 하이브리드차에 있어서, 산소 흡장량이 소정 범위가 되도록 출력 배분을 제어함으로써, 전동기에 의한 구동을 효과적으로 사용하여 차량의 조종성을 악화시키지 않고, 산소 흡장 작용을 사용한 배기 정화 성능을 한층 더 향상시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 하이브리드 차에 있어서 연료 정지와 리치 운전을 연속하여 행함으로써, 산소 흡장 능력을 보다 조기에, 또한 정확히 검출할 수 있고, 이로써 산소 흡장 작용을 사용한 배기 정화 성능을 한층 더 향상시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 하이브리드차에 있어서, 가연 공연비의 한계 부근에서 린 운전과 리치 운전을 연속하여 행함으로써, 조종성을 악화시키지 않고, 산소 흡장 능력을 보다 조기에, 또한 정확히 검출할 수 있으며, 이로써 산소 흡장 작용을 사용한 배기 정화 성능을 한층 더 향상시킬 수 있다.

Claims (5)

  1. 내연기관(1) 및 전동기(32, 33)를 사용하여 운행되는 하이브리드 차량의 상기 내연기관(1)의 배기 통로(7)상에 배치된 배기 정화 촉매(19)를 이용한 내연기관(1)의 배기 정화 장치에 있어서,
    상기 내연기관(1) 및 상기 전동기(32, 33)의 각 출력의 배분을 제어하는 출력 배분 제어 수단(40)과,
    상기 배기 정화 촉매(19)의 산소 흡장량을 산출하는 흡장량 산출 수단(18)을 구비하고,
    상기 출력 배분 제어 수단(40)은 상기 흡장량 산출 수단(l8)에 의해서 산출되는 산소 흡장량이 소정 범위내가 되도록, 상기 내연기관(1) 및 상기 전동기(32, 33)의 출력 배분을 제어하는 것을 특징으로 하는 배기 정화 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 흡장량 산출 수단(18)에 의해서 산출되는 산소 흡장량이 소정 범위 내인 경우에는 배기 공연비에 의거한 공연비 피드백 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 배기 정화 장치.
  3. 내연기관(1) 및 전동기(32, 33)를 사용하여 운행되는 하이브리드 차량의 상기 내연기관(1)의 배기 통로(7)상에 배치된 배기 정화 촉매(19)를 이용한 내연기관(1)의 배기 정화 장치에 있어서,
    상기 내연기관(1) 및 상기 전동기(32, 33)의 각 출력의 배분을 제어하는 출력 배분 제어 수단(40)을 구비하고,
    상기 출력 배분 제어 수단(40)은 상기 배기 정화 촉매(19)부터 유출하는 배기 가스 중의 특정 성분량이 소정 범위내가 되도록, 상기 내연기관(1) 및 상기 전동기(32, 33)의 출력 배분을 제어하고,
    상기 특정 성분량은 산소량, 일산화탄소량, 질소산화물량, 탄화수소량에서 선택된 적어도 하나의 양인 것을 특징으로 하는 배기 정화 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 배기 정화 촉매(19)부터 유출하는 배기 가스 중의 상기 특정 성분량이 소정범위내인 경우에는 배기 공연비에 의거한 공연비 피드백 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 배기 정화 장치.
  5. 내연기관(1) 및 전동기(32, 33)를 사용하여 운행되는 하이브리드 차량의 상기 내연기관(1)의 배기 통로(7) 상에 배치된 배기 정화 촉매(19)의 산소 흡장 작용을 이용하는 내연기관(1)의 배기 정화 장치의 제어방법에 있어서,
    상기 배기 정화 촉매(19)로부터 유출하는 배기 가스 중의 특정 성분량이 소정 범위로 되도록, 상기 내연기관(1) 및 상기 전동기(32, 33)의 출력 배분을 제어하고,
    상기 특정 성분량은 산소량, 일산화탄소량, 질소산화물량, 탄화수소량에서 선택된 적어도 하나의 양인 것을 특징으로 하는 배기 정화 장치의 제어방법.
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