KR19990023769A

KR19990023769A - 내연 기관의 배기 가스 정화 시스템

Info

Publication number: KR19990023769A
Application number: KR1019980033939A
Authority: KR
Inventors: 야스지 이시즈까; 기미요시 니시자와
Original assignee: 하나와 요시카즈; 닛산 지도샤 가부시키가이샤
Priority date: 1997-08-21
Filing date: 1998-08-21
Publication date: 1999-03-25
Anticipated expiration: 2018-08-21
Also published as: KR100287664B1; EP0898067B1; DE69822382D1; EP0898067A2; EP0898067A3; US6101809A; DE69822382T2

Abstract

내연 기관의 배기 통로에 설치된 NOx 흡수식 촉매 변환기를 최적으로 작동시키기 위하여, 변환기 하류의 배기 가스의 배기 공연비를 검출하기 위한 공연비 센서와, 기관으로 이송된 연소성 혼합기의 공연비를 제어하기 위한 제어 장치가 사용된다. 제어 장치는 연소성 혼합기의 공연비를 농후 및/또는 화학 양론적 공연비로 형성함으로써 변환기의 효과적인 NOx 환원 처리를 야기시키는 제1 부분과 NOx 환원 처리 하에서 센서에 의해 검출된 배기 공연비에 근거하여 NOx 환원 처리의 조건을 학습하고 보정하는 제2 부분으로 구성된다.

Description

내연 기관의 배기 가스 정화 시스템

본 발명은 일반적으로 내연 기관의 배기 가스 정화 시스템에 관한 것이고, 특히 기관으로부터 연장하는 배기 통로 내에 설치된 NOx 흡수식 삼원 촉매 변환기를 갖는 형태의 배기 가스 정화 시스템에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 배기 가스 내의 NOx를 효과적으로 정화시키기 위해 혼합기의 공연비를 적절한 수준까지 제어하기 위해 상술된 형태의 배기 가스 정화 시스템에 사용되는 조절 시스템에 관한 것이다.

배기 통로 내에 설치된 NOx 흡수식 삼원 촉매 변환기를 갖는 내연 기관은 공지되어 있고, 이들 중 하나는 일본 특허 공개 공보 평7-139397호에 개시되어 있다.

공지된 바와 같이, NOx 흡수식 삼원 촉매 변환기는 기관으로부터의 배기 가스가 높은 공연비(즉, 희박; lean)를 나타낼 때, 변환기가 배기 가스 내의 NOx를 흡수하는 반면에, 배기 가스가 화학 양론적(stoichiometric) 또는 낮은 공연비(즉, 농후; rich)를 나타낼 때, 변환기는 NOx를 방출하여 배기 가스 내의 HC와 CO의 도움으로 환원 처리한다.

간단한 설명을 위하여, NOx 흡수식 삼원 촉매 변환기는 하기에서 NOx 흡수 변환기로서 언급될 것이다.

즉, 기관의 희박 연소 하에서, NOx 흡수 변환기는 NOx를 흡수하여 대기 공기에 실질적으로 배출되는 배기 가스 내의 NOx를 감소시킨다. 그러나, 변환기에 의해 흡수된 NOx의 양이 변환기의 최대 흡수 용량에 도달할 때, 기관으로부터의 배기 가스 내의 NOx는 변환기에 의해 흡수됨이 없이 대기 공기로 직접 배출될 것이다. 이러한 바람직하지 않은 현상을 처리하기 위하여, NOx 흡수 변환기에 의해 흡수된 NOx의 양이 최대 흡수 용량에 도달할 때, 기관에 이송된 혼합기의 목표 공연비가 일시적으로 낮은측(즉, 농후측)으로 변하여 NOx의 환원을 위해 변환기가 NOx를 방출시키도록 강제시키는 소위 농후 스파이크 제어(rich spike control)가 제안되었다. 보통, 변환기의 최대 흡수 용량의 추정은 기관 부하, 기관 회전 속도, 및 혼합기의 공연비 등에 근거하여 이루어진다.

그러나, 상술된 농후 스파이크 제어를 사용하는 형식의 배기 가스 정화 시스템에서, 농후 스파이크 작동은 NOx 흡수 변환기의 시간 경과 열화와 기관의 NOx 배기 특성의 시간 경과 및/또는 불규칙한 변화의 엄격한 고려없이 수행된다. 따라서, 이 근거 때문에, 이러한 배기 가스 정화 시스템은 만족스런 농후 스파이크 제어를 나타내지 못한다.

즉, 농후 스파이크 작동 때문에, 농후 배기 가스(즉, 낮은 공연비를 갖는 배기 가스)가 NOx 흡수 변환기에 가해지고, 변환기의 상류부에서 흡수된 NOx는 순간적으로 방출되고, 이 후에 변환기의 하류측에서 흡수된 NOx는 시간 경과와 함께 점진적으로 방출된다. 이 현상에 관심을 가지면, 공지된 정화 시스템에서, 제어는 배기 가스의 농후 수준이 농후 스파이크 제어의 초기 당시에 높게 설정되고 이 후에 농후 수준이 소정 시간동안 점진적으로 낮추어지도록 이루어진다.

그러나, 농후 스파이크 제어의 초기 당시에 농후 수준이 충분히 높지 않고 따라서 배기 가스 내의 HC 및 CO(NOx용 환원제로서 작용함)의 양이 충분하지 않으면, 변환기로부터 방출된 NOx는 충분히 환원되지 못하여 NOx의 소정량이 대기 중으로 배출되는 결과를 나타낸다. 반면에, 초기 당시에 농후 수준이 너무 높고, 따라서 배기 가스 내의 HC 및 CO의 양이 너무 많으면, 비록 제어의 초기 당시에 방출된 NOx가 충분히 환원되어도 과도한 양의 HC 및 CO가 대기 중으로 배출될 것이다.

또한, 기관으로부터의 배기 가스의 농후 조건이 유지되는 기간이 너무 짧으면, NOx는 충분히 환원되지 않고 변환기 내에 잔류하려는 경향을 나타내고, 따라서 기관의 후속 희박 연소용으로 마련된 변환기의 NOx 흡수 용량은 낮아진다. 즉, 이 경우에, 변환기의 NOx 흡수 용량은 실질적으로 낮추어진다. 반면에, 배기 가스의 농후 조건 유지 시간(또는 기간)이 너무 길면, 과도한 양의 HC 및 CO는 변환기에 의해 흡수된 NOx가 전체적으로 방출되고 환원되면 대기 공기로 필수불가결하게 배출될 것이다. 이러한 조건 하에서, 변환기에 의해 흡수된 NOx의 양이 작을 때, HC 및 CO의 막대한 양이 대기 공기로 배출될 것이다.

도1은 본 발명이 실제적으로 적용되는 내연 기관의 개략도.

도2는 본 발명의 제1 실시예에 사용된 제어 유닛에서 실행되는 프로그램화된 작동 단계를 나타내는 흐름도.

도3a, 도3b, 도3c 및 도3d는 본 발명의 제1 실시예에 사용되는 농후 스파이크 제어의 특성을 나타내는 시간 도표.

도4a는 농후 수준 기본량의 특성을 나타내는 그래프.

도4b는 농후 조건 유지 시간 기본량의 특성을 나타내는 그래프.

도5는 기관으로부터의 배기 가스의 특성을 화학 양론적 공연비 또는 화학 양론적 공연비 근방에 유지하기 위한 화학 양론적 및 근사 조건 유지 시간 t1에 관하여 나타내는 그래프.

도6은 농후 수준에 적합한 보정 학습량의 특성을 화학 양론적 및 근사 조건 유지 시간 t1에 관하여 나타내는 그래프.

도7은 기관으로부터의 배기 가스의 특성을 농후 조건을 유지하기 위한 농후 조건 유지 시간 t2에 관하여 나타내는 그래프.

도8은 농후 수준에 적합한 보정 학습량의 특성을 농후 조건 유지 시간 t2에 관하여 나타내는 그래프.

도9a, 도9b, 도9c 및 도9d는 제1 실시예에 의해 제공되고 종래 배기 가스 정화 시스템에 의해 제공된 배기 가스의 특성을 나타내는 시간 도표.

도10 및 도11은 제1 실시예의 농후 스파이크 제어에 사용가능한 농후 스파이크 작동에 적합한 개별적인 모드를 도시한 도면.

도12는 본 발명의 제2 실시예에 사용된 제어 유닛에서 실행되는 프로그램화된 작동 단계를 나타내는 흐름도.

도13a, 도13b, 도13c 및 도13d는 본 발명의 제2 실시예에 사용되는 농후 스파이크 제어의 특성을 나타내는 시간 도표.

도14는 제2 실시예에서, 엔진으로부터 배기 가스의 특성을 농후 피크치 RP에 관하여 나타내는 그래프.

도15는 제2 실시예에서, 농후 수준에 적합한 보정 학습량의 특성을 농후 피크치 RP에 관하여 나타내는 그래프.

도16은 제2 실시예에서, 엔진으로부터 배기 가스의 특성을 농후 조건 유지 시간 TR에 관하여 나타내는 그래프.

도17은 제2 실시예에서, 농후 수준에 적합한 보정 학습량의 특성을 농후 조건 유지 시간 TR에 관하여 나타내는 그래프.

도18은 본 발명의 제3 실시예에 사용된 제어 유닛에서 실행되는 프로그램화된 작동 단계를 나타내는 흐름도.

도19는 제3 실시예에서, 기관으로부터의 배기 가스의 특성을 농후 조건 유지 시간 T1에 관하여 나타내는 그래프.

도20은 농후 수준에 적합한 보정 학습량의 특성을 농후 조건 유지 시간 T1에 관하여 나타내는 그래프.

도21은 농후 조건 유지 시간에 적합한 보정 학습량의 특성을 농후 조건 유지 시간 T1에 관하여 나타내는 그래프.

도22a, 도22b, 도22c 및 도22d는 본 발명의 제3 실시예에 사용된 농후 스파이크 제어의 특성을 나타내는 시간 도표.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 기관

2 : 드로틀 밸브

3 : 연료 인젝터

4 : 점화 플러그

5 : NOx 흡수 변환기

8 : 드로틀 센서

9 : 배기 통로

10 : 제1 공연비 센서

11 : 제2 공연비 센서

12 : 냉각수 온도 센서

13 : 크랭크 각도 센서

본 발명은 상술된 다양한 사실을 고려하여 제공된다.

본 발명의 목적은 내연 기관의 배기 통로에 설치된 NOx 흡수식 촉매 변환기를 갖는 배기 가스 정화 시스템을 제공하는 것이고, 시스템은 NOx 흡수 변환기의 특성과 기관의 배출 배기 특성이 변하는 때에도 NOx의 정화와 HC 및 CO의 방출의 억제가 동시에 효과적으로 달성되도록 배기 가스 내의 NOx의 정화에 적합한 농후 스파이크 작동을 최적으로 제어할 수 있다.

본 발명에 따르면, 내연 기관의 배기 가스 정화 시스템이 제공된다. 기관은 기관에 이송된 연소성 혼합기가 제공되는 공기/연료 혼합기 공급 장치를 갖는다. 배기 가스 정화 시스템은 기관으로부터의 배기 가스가 통과하는 배기 통로에 설치된 NOx 흡수식 촉매 변환기를 갖는다. 변환기는 배기 가스 내의 NOx를 흡수하여 배기 가스가 희박 공연비를 나타낼 때 방출하고 배기 가스가 농후 및/또는 화학 양론적 공연비를 나타낼 때 배기 가스 내의 HC와 CO의 도움으로 NOx를 환원시킨다. 공연비 센서는 변환기의 배기 가스 하류의 배기 공연비를 검출하기 위해 제공된다. 제어 장치는 연소성 혼합기의 공연비를 제어하기 위해 제공된다. 제어 장치는 연소성 혼합기의 공연비를 농후 및/또는 화학 양론적 공연비로 형성함으로써 흡수된 또는 흡착된 NOx 상에서 변환기의 효과적인 NOx 환원 처리를 야기시키는 제1 부분과 NOx 환원 처리 하에서 센서에 의해 검출된 배기 공연비에 근거하여 NOx 환원 처리의 조건을 학습(learning)하고 보정하는 제2 부분으로 구성된다.

도1 내지 도9d를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예가 도시되어 있다.

도1에는 본 발명이 실제적으로 적용된 내연 기관(1)이 도시되어 있다. 드로틀 밸브(2)는 계량된 공기가 기관(1)의 연소실로 이송되는 흡기 통로 내에 설치된다. 연료 인젝터(3)는 흡기 통로 내에 돌출되어 계량된 연료를 흡기 통로로 분사시킨다. 따라서, 연소실로 유입되기 전에, 계량된 연료 및 계량된 공기는 혼합되어 연소성 공기/연료 혼합기를 형성한다. 연소실로 안내된 공기/연료 혼합기는 점화 플러그(4)에 의해 점화되고 연소되어 배기 가스를 형성한다. 배기 가스는 배기 통로(9)로 안내되고 대기 공기로 배출되기 전에 NOx 흡수 변환기(5; 즉, NOx 흡수식 삼원 촉매 변환기)에 의해 처리되거나 또는 정화된다. 상술된 바와 같이, NOx 흡수 변환기(5)는 기관으로부터의 배기 가스가 높은 공연비(즉, 희박)를 나타낼 때, 배기 가스 내의 NOx를 흡수하는 반면에, 배기 가스가 화학 양론적 또는 낮은 공연비(즉, 농후)를 나타낼 때, 배기 가스 내의 HC와 CO의 도움으로 NOx가 환원하도록 NOx를 방출시킨다.

소용량 삼원 촉매 변환기(21)는 변환기(5)의 배기 통로 상류에 설치된다. 즉, 기관(1)의 시동 조건 하에서, 변환기(21)는 배기 가스를 정화시키도록 작용한다.

마이크로컴퓨터가 내장되어 있는 제어 유닛(6)은 연료 인젝터(3)와 점화 플러그(4)의 작동을 제어하기 위하여 사용된다. 즉, 연료 인젝터(3)에 의한 연료 분사 시기 및 연료 분사량과 점화 플러그(4)의 점화 시기는 제어 유닛(6)에 의해 제어된다. 특히, 다양한 센서로부터 출력된 공정 진행 정보 신호에 의해, 제어 유닛(6)은 연료 인젝터(3)에 대한 연료 분사 신호(즉, 분사 펄스 신호)와 점화 플러그(4)즉, 플러그(4)용 동력 트랜지스터에 대한 점화 신호를 출력시킨다.

연료 분사 신호의 연산에 있어서는, 연소성 혼합기의 대상 공연비는 기관의 운전 조건에 따라 결정되고 연료 분사량(즉, 분사 펄스 폭)은 대상 공연비의 연소성 혼합기를 제공하기 위하여 연산된다.

본 발명에서, 연소성 혼합기의 대상 공연비는 화학 양론비보다 높게(즉 희박) 설정된다.

센서로서는 흡기 공기량을 측정하기 위한 공기 유동 미터(7)와, 드로틀 밸브(2)의 개도를 검출하기 위한 드로틀 센서(8)와, NOx 흡수 변환기(5)의 상류부에서 배기 공연비를 검출하기 위한 제1 공연비 센서(10)와, NOx 흡수 변환기(5)의 하류부에서 배기 공연비를 검출하기 위한 제2 공연비 센서(11)와, 기관(1)의 회전 속도를 검출하기 위한 크랭크 각도 센서(13)와, 기관 냉각수의 온도를 검출하기 위한 냉각수 온도 센서(12)가 사용된다. 이들 센서의 정보 신호는 제어 유닛(6)으로 입력된다.

제1 공연비 센서(10)는 배기 가스 내의 산소 농도에 근거하여 배기 공연비를 검출하는 센서이다. 이 센서(10)는 화학 양론적 공연비만을 검출하는 화학 양론비 센서(즉, 산소 센서)이거나 또는 광범위에 걸쳐 배기 공연비를 검출하는 광역 공연비 센서일 수 있다.

제2 공연비 센서(11)는 광역 공연비 센서이다.

보통, 제어 유닛(6)은 제1 공연비 센서(10)에 의해 검출된 배기 공연비를 대상 공연비에 근접시키는 방식으로 연료 인젝터(3)의 작동을 제어한다. 이 제어를 위해, 연료 분사량을 보정하기 위해 사용된 공연비 피드백 보상 계수(α)는 비례 미분 제어(Proportional-plus-Integral Control; 즉, PI 제어)에 의해 결정된다.

반면에, 하기에 상세히 설명되는 바와 같이, 배기 가스 내의 NOx가 HC와 CO의 도움으로 NOx 흡수 변환기(5)에 의해 환원되는 NOx 환원 처리 하에서는, 소위 학습 보정(correction-by-learning)이 제2 공연비 센서(11)를 사용함으로써 NOx 흡수 변환기(5) 하류의 배기 가스의 공연비를 검출하는 동안 제어기에 실제적으로 적용된다.

학습 보정이 학습에 근거하는 효과적인 보정을 의미한다는 것을 인식하게 될 것이다.

제1 실시예의 농후 스파이크 학습 제어는 도2의 흐름도에 의해 표시되고 제어의 특성은 도3a 내지 도3d의 시간 도표에 의해 표시된다.

도2의 흐름도에 있어서, S1 단계에서, NOx 환원 처리를 수행하기 위한 조건이 설정되었는 지 여부를 판별한다. 즉, 플랙 FRS의 상태를 판별함으로써, NOx 환원 처리용 조건의 설정이 판별된다.

상술된 바와 같이, NOx 흡수 변환기(5)는 기관으로부터의 배기 가스가 높은 공연비(즉, 희박)를 가질 때, 변환기는 배기 가스 내의 NOx를 흡수하고, 배기 가스가 화학 양론적 또는 낮은 공연비(즉, 농후)를 나타낼 때, 변환기(5)가 NOx를 환원시키도록 방출시키는 특성을 갖는다. 이러한 사실을 고려할 때, 대상 배기 공연비가 높은측(즉, 희박측)으로부터 화학 양론적 및/또는 낮은측(즉, 농후측)으로 변경할 때 연소성 혼합기를 농후하게 만드는 것이 바람직하다. 따라서, 대상 공연비가 희박측으로부터 화학 양론적 및/또는 농후측으로 변경될 때, 플랙 FRS는 NOx 환원 처리용 조건의 설정을 나타내는 1(일)에 세트(set)된다. 이 혼합기 농후화 조건이 종료되면, 플랙(FRS)는 0(영)으로 리세트(reset)된다.

본 발명에서, 높은측(즉, 희박측)으로부터 화학 양론적 및/또는 낮은측(즉, 농후측)으로 대상 공연비의 절환은 기관의 운전 조건(즉, 가속, 부하 및 회전 속도의 변경)에 의존해서 이루어진다. 기관 운전 조건에 부가하여, 높은(즉, 희박) 공연비가 대상 공연비로서 세트되는 조건 하에서도, NOx 흡수 변환기(5)가 NOx에 적합한 최대 흡수 용량에 도달한 것을 판별한 때에는 혼합기 농후화 제어가 일시적으로 수행된다.

희박측으로부터 화학 양론적 및/또는 농후측으로 대상 공연비의 절환의 설정에 기인하여 플랙 FRS가 1(일)을 지시할 때, 작동 흐름은 S2 단계로 진행한다. 이 S2 단계에서, 제어에 사용된 변수는 초기화된다. 예를 들어, 제2 공연비 센서(11)에 의해 검출된 화학 양론적 및 근사 조건 유지 시간(stoichiometric and neighboring condition keeping time)의 측정의 종료를 판별하기 위한 후술하는 측정 종료 판별 플랙 FS1과, 센서(11)에 의해 연속적으로 검출되는 농후 조건 유지 시간(rich condition keeping time)의 측정의 개시를 판별하기 위한 후술되는 측정 개시 판별 플랙 FS2는 모두 0(영)에 리세트된다.

S3 단계에서, 제어 유닛(6)의 마이크로컴퓨터의 RAM에 저장된 농후 수준 학습치 LRsk(i); rich level learnt value와 농후 조건 유지 시간 학습치 LIα(i); rich condition keeping time learnt value를 참조한다. 농후 수준 학습치 LRsk(i)는 농후 스파이크 학습 제어의 개시에 제공된 최대치이다. 농후 조건 유지 시간 학습치 LIα(i)는 농후 조건이 유지되는 기간을 학습하기 위한 값이다. 본 실시예에서, 농후 조건 유지 시간 학습치 LIα(i)는 상술된 최대 농후치를 미분함으로써 제공되는 값(즉, 미분값)을 학습함으로써 제공된다. 즉, 학습치 LIα(i)를 제공하기 위하여, 미분 제어는 최대 농후치를 감소시키기 위해 수행된다. 농후 조건 유지 시간은 최대 농후 수준의 감소비, 즉 그의 미분치에 의해 결정된다. 따라서, 미분치를 학습시킴으로서, 학습치 LIα(i)가 제공된다.

학습은 학습의 개시 시에 NOx 흡수 변환기(5)에 흡수되는 NOx의 양에 따라 수행된다. 특히, 학습은 흡수된 NOx의 양의 영역에 따라 수행된다. 예를 들어, 희박 조건 유지 시간은 학습을 개시하기 전에 측정되고, 학습은 유지 시간의 각각의 영역 i마다 실행된다. 이와 함께, 학습 정확도가 증가된다. 필요하다면, 하기 측정이 사용될 수 있다. 즉, 배기된 NOx의 적산치는 흡수된 NOx의 양을 추정하기 위해 학습 전에 기관의 작동 조건으로부터 추정되고, 이 후에 학습은 흡수된 NOx의 추정량의 각각의 영역마다 수행된다.

S4 단계에서, 제어 유닛(6)의 마이크로컴퓨터의 ROM에 저장된 농후 수준 기본량 KNa(i); rich level basic amount와 농후 조건 유지 시간 기본량 Iα(i); rich condition keeping time basic amount를 참조한다. 농후 수준 기본량 KNa(i)과 농후 조건 유지 시간 기본량 Iα(i)은 상술된 희박 조건 유지 시간(lean condition keeping time) 또는 흡수된 NOx의 추정량의 각각의 영역마다 설정된다.

이들 기본량 KNa(i) 및 Iα(i)의 특징은 도4a 및 도4b의 그래프에 의해 도시된다. 농후 수준 기본량 KNa(i)에 있어서는 희박 조건 유지 시간 또는 흡수된 NOx의 추정량(i)의 증가(즉, 흡수된 NOx의 양의 증가)와 함께 변환기(5)로부터 방출된 NOx의 양은 초기 단계에서 증가된다. 따라서, 큰 값이 기본량 KNa(i)으로서 세트된다. 그러나, 불연소의 가능성을 고려하면, 상한치는 기본량 KNa(i)에 의해 한정된다. 농후 조건 유지 시간 기본량Iα(i)에 있어서는 희박 조건 유지 시간 또는 흡수된 NOx의 추정량(i)의 증가(즉, 흡수된 NOx의 양의 증가)와 함께, 흡수된 NOx의 환원을 완전히 설정하려는 농후 조건 유지 시간을 증가시키는 것이 더 필요하다. 따라서, 작은 값이 감소 방향에서 미분치인 기본량 Iα(i)에 세트된다.

S5 단계에서, 상술된 기본량과 학습치로부터, 농후 수준 제어량 αsK과 농후 조건 유지 시간 제어량 Iαsk은 하기 수학식 1, 수학식 2를 사용함으로써 유도된다.

이들 양αsk, Iαsk은 상한치와 하한치로 처리된다. 이 처리와 함께, NOx 환원 제어는 불연소와 토크 변경에 의해 영향을 받음이 없이 수행된다.

S6 단계에서, S5 단계에서 최종적으로 연산된 농후 수준 제어량 αsK은 출력된다. 농후 수준 제어량 αsK은 기본 연료 분사량 Tp에 곱해지는 공연비 제어 계수로서 세트된다. S5 단계로부터 S6 단계까지 작동 단계들의 초기 흐름에서는 S5 단계에서 연산된 농후 수준 제어량 αsK이 최대 초기치로서 출력된다는 것을 인식해야 한다.

S7 단계에서, 현재의 농후 수준 제어량 αsK이 제어가 화학 양론적 공연비 하에서 수행될 때 제공된 농후 수준 제어량에 대응하는 100 %를 초과하는 지 여부를 판별한다. 농후 수준 제어량 αsK이 100 %를 초과할 때, 작동 흐름은 하기 수학식 3을 실행하도록 S8 단계로 진행하여, 농후 수준 제어량 αsK은 갱신되고 작동 흐름은 S9 단계로 진행한다.

S7 단계에서 농후 수준 제어량 αsK이 100 % 미만인 것을 판별하면, 작동 흐름은 S8 단계를 우회하여 S9 단계로 진행한다.

S9 단계에서, 플랙 FS1가 0(영)인지 여부, 즉 제2 공연비 센서(11)에 의해 검출된 배기 공연비가 화학 양론적치 근방에 있는 조건이 유지되는 지 여부를 판별한다.

플랙 FS1가 0(영)일 때, 즉 상술된 화학 양론적 근방 조건이 여전히 유지되는 것이 판별될 때, 작동 흐름은 S10 단계로 진행한다. 이 S10 단계에서는 제2 공연비 센서(11)의 출력치 VR02가 제1 슬라이스 수준 S1보다 작은지 여부가 판별된다. 제1 슬라이스 수준 S1이 화학 양론적 수준에 대해 약간 희박측 수준에 세트된다는 것을 인식해야 한다.

S10 단계에서 출력치 VR02가 제1 슬라이스 수준 S1보다 크다는 것을 판별할 때, 즉 NOx 흡수 변환기(5) 하류의 배기 가스의 공연비가 화학 양론적치 근방의 수준까지 아직 농후화되지 않을 때, 작동 흐름은 후술되는 화학 양론적 및 근사 조건 유지 시간을 측정함이 없이 S6 단계로 진행한다.

반면에, S10 단계에서 출력치 VR02가 제1 슬라이스 수준 S1보다 작다는 것을 판별할 때 작동 흐름은 S11 단계로 진행한다. 이 단계에서, 화학 양론적 및 근사 조건 유지 시간을 측정하기 위한 카운터의 값 CT1이 소정량 Td 정도까지 산출된다. 즉, 이 S11 단계에서, NOx 흡수 변환기(5)의 배기 가스 하류의 공연비가 화학 양론적치 근방에 유지되는 기간이 측정된다.

이 후에, S12 단계에서는 제2 공연비 센서(11)의 출력치 VR02가 제2 슬라이스 수준 S2보다 작은지 여부가 판별된다. 제2 슬라이스 수준 S2이 화학 양론적 수준에 대해 약간의 농후 수준에 세트된다. S12 단계에서 출력치 VR02가 제2 슬라이스 수준 S2을 초과한 것을 판별할 때, 즉 화학 양론적 및 근사 조건이 유지될 때, 작동 흐름은 S6 단계로 진행한다.

반면에, S12 단계에서 출력치 VR02가 제2 슬라이스 수준 S2보다 작은 것을 판별할 때, 즉 NOx 흡수 변환기(5)의 배기 가스 하류의 공연비가 낮은측(즉, 농후측)으로 변위될 때, 작동 흐름은 S13 단계로 진행한다. 이 단계에서, 플랙 FS1는 1로 세트되어 화학 양론적 및 근사 조건 유지 시간의 측정을 종료한다.

S14 단계에서, NOx 흡수 변환기(5)의 배기 가스 하류의 농후 조건 유지 시간의 측정의 개시를 판별하기 위한 플랙 FS2는 1로 세트되고, 동시에, 상술된 화학 양론적 및 근사 조건 유지 시간을 산출하기 위한 카운터의 현재값 CT1은 화학 양론적 및 근사 유지 시간 T1으로 세트된다.

S15 단계에서, 상술된 농후 조건 유지 시간을 측정하기 위한 카운터의 값 CT2은 소정량 Td 정도로 산출된다. 즉, 이 단계에 의해 NOx 흡수 변환기(5)의 배기 가스 하류의 공연비가 농후하게 유지되는 기간이 측정된다.

S16 단계에서는 1(일)을 지시하는 플랙 FS2로 측정된 농후 조건이 유지되는 기간 동안, 제2 공연비 센서(11)의 출력치 VR02가 제2 슬라이스 수준 S2을 초과하는 지 여부를 판별, 즉 NOx 흡수 변환기(5) 하류의 배기 가스의 공연비가 농후 조건으로부터 벗어나는 지 여부를 판별한다.

배기 공연비가 농후하게 유지되는 동안, 작동 흐름은 S6 단계로 다시 진행하여 공연비가 희박측에 점차적으로 접근하도록 상술된 단계들을 반복한다. 이러한 반복된 작동의 단계 하에서, S9 단계로부터 S15 단계로 점핑(jumping)은 화학 양론적 및 근사 조건 유지 시간의 측정이 종료{즉, 플랙 FS1가 1(일)에 세트됨}되기 때문에 이루어진다.

공연비를 희박측으로 점진적으로 접근시킴으로써, 제2 공연비 센서(11)의 출력치 VR02가 제2 슬라이스 수준 S2보다 작아질 때, 즉 NOx 흡수 변환기(5) 하류의 배기 가스의 공연비가 농후 조건으로부터 벗어나는 지 여부를 판별할 때, 작동 흐름은 S17 단계로 진행한다. 이 단계에서는 농후 조건 유지 시간을 측정하기 위한 카운터의 현재 값 CT2은 농후 조건 유지 시간 T2으로서 세트된다.

S18 단계에서, 현재의 화학 양론적 및 근사 조건 유지 시간 T1과 현재의 농후 조건 유지 시간 T2에 근거하여, 농후 수준 상에서 학습과 농후 조건 유지 시간 상에서 학습이 수행된다. 즉, 하기 기술을 사용함으로써, 상술된 농후 수준 학습치 LRsk(i)와 농후 조건 유지 시간 학습치 LIα(i)는 연산되고 갱신된다.

먼저, 농후 수준 학습치 LRsk(i)에 대한 설명이 도5의 그래프를 참조하여 논의될 것이다.

그래프로부터 알 수 있는 바와 같이, 화학 양론적 및 근사 조건 유지 시간 t1이 증가함에 따라, 배기된 NOx의 양도 증가한다. 반면에, 시간 t1이 감소함에 따라 배기된 HC(및 CO)의 양은 증가한다. 이 사실의 관점에서, 배기된 NOx의 양과 배기된 HC(및 CO)의 양이 그들 각각의 기준 양보다 작은 화학 양론적 및 근사 조건 유지 시간 t1의 소정 시간 영역을 세트한다. 화학 양론적 및 근사 조건 유지 시간 t1이 시간 영역 내에 있을 때, 학습치 LRsk(i)는 변경되지 않고 유지된다. 반면에, 화학 양론적 및 근사 조건 유지 시간 t1이 소정 시간 영역보다 클 때, 학습치 LRsk(i)는 유지 시간 t1을 감소시키기 위해 농후 수준을 증가시키도록 증가된다. 반면에, 화학 양론적 및 근사 조건 유지 시간 t1이 소정 시간 영역보다 작을 때, 학습치 LRsk(i)는 유지 시간 t1을 증가시키기 위해 농후 수준을 감소시키도록 감소된다.

상술된 바와 같이, 화학 양론적 및 근사 조건 유지 시간 t1이 소정 시간 영역보다 클 때, 농후 수준이 증가되고, 화학 양론적 및 근사 조건 유지 시간 t1은 감소된다. 이것은 유지 시간 t1의 큰 값이 NOx 흡수 변환기(5)의 촉매 구역의 내부가 완전 환원 분위기를 갖는 데 아직 불충분하다는 것을 의미한다. 따라서, HC 및 CO(즉, 환원제)의 양을 증가시키기 위하여, 농후 수준은 증가되고, 공연비가 화학 양론적 근방에 유지되는 기간은 짧아진다.

하기 수학식 4의 사용과 함께, 상술된 학습은 도6의 그래프에 의해 표시된 바와 같은 방식으로 세트된 학습 보정치 HLRsk(i)를 사용함으로써 수행된다.

하기에서, 농후 조건 유지 시간 학습치 LIα(i)에 대한 설명은 도7의 그래프를 참조하여 논의될 것이다.

그래프로부터 알 수 있는 바와 같이, 농후 조건 유지 시간 t2가 증가함에 따라, 배기된 HC(및 CO)의 양은 증가한다. 반면에, 유지 시간 t2가 감소함에 따라, 배기된 NOx의 양은 증가한다. 이러한 사실의 관점에서, 배기된 HC(및 CO)의 양과 배기된 NOx의 양이 그들 각각의 기준 양보다 작은 농후 조건 유지 시간 t2의 소정 시간 영역을 세트한다. 농후 조건 유지 시간 t2이 시간 영역 내에 있을 때, 학습치 LIα(i)는 변경되지 않고 유지된다. 반면에, 농후 조건 유지 시간 t2이 소정 시간 영역보다 클 때, 학습치 LIα(i)는 유지 시간 t2을 감소시키기 위해 농후 수준의 감소 비율을 증가시키도록 증가된다. 반면에, 농후 조건 유지 시간 t2이 소정 시간 영역보다 작을 때, 학습치 LIα(i)는 유지 시간 t2을 증가시키기 위해 농후 수준의 감소 비율을 감소시키도록 감소된다.

하기 수학식 5의 사용과 함께, 상술된 학습은 도8의 그래프에 의해 표시된 바와 같은 방식으로 세트된 학습 보정치 HLIα(i)를 사용함으로써 수행된다.

학습치 갱신의 완료 후에, 작동 흐름은 S19 단계로 진행한다. 이 단계에서, 플랙 FRS는 현재의 NOx 환원 제어가 종료되었기 때문에 0으로 리세트된다.

상술된 바와 같이, 농후 수준과 농후 조건 유지 시간을 학습함으로써, 배기된 NOx의 양과 배기된 HC(및 CO)의 양은 도9a 내지 도9d의 그래프에 의해 표시되는 바와 같이 각각의 기준 양보다 작은 수준으로 감소될 수 있다.

상술된 실시예에서, 농후 스파이크 작동은 농후 스파이크 제어의 개시에서의 농후 수준이 최대를 나타내고 이 후에 농후 수준이 점진적으로 감소되는 모드를 취한다. 원한다면, 농후 스파이크 작동은 도10 및 도11에 도시된 바와 같은 다른 모드를 취할 수 있다. 도10의 모드에서, 농후 스파이크 제어의 개시에서 최대를 나타내는 농후 수준은 소정 수준까지 순간적으로 감소되고 소정 시간동안 이 소정 수준을 유지한다. 이 모드가 제1 실시예에 실제적으로 사용될 때, 초기 당시의 농후 수준 상에서의 학습은 상술된 것과 실질적으로 동일한 방식으로 이루어지고, 농후 조건 유지 시간 상에서의 학습은 소정 농후 수준이 유지되는 소정 기간이 농후 조건 유지 시간에 따라 제어되도록 이루어진다. 도11의 모드에서, 초기 농후 수준은 소정 시간 동안 유지되고, 이 후에 농후 수준은 소정 수준까지 급격하게 감소되고 이 후에 점차적으로 감소된다. 이 모드가 제1 실시예에 실제적으로 사용될 때, 화학 양론적 및 근사 조건 유지 시간을 측정함으로써, 초기 농후 수준은 학습되고 보정되며, 농후 조건 유지 시간을 측정함으로써, 소정 시간 후의 농후 수준 감소 속도는 학습되고 보정된다.

상술된 제1 실시예에서, 광역 형태의 공연비 센서는 제2 공연비 센서(11)로서 사용된다. 그러나, 필요하다면, 센서(11)는 온/오프 방식으로 배기 공연비의 농후 또는 희박 조건을 검출하는 화학 양론식(즉, 산소 센서)일 수 있다.

화학 양론 센서가 사용될 때, 배기 가스의 화학 양론적 및 근사 조건을 직접 검출하는 것이 불가능하다. 그러나, 이 변형에서, 농후 스파이크 제어의 개시 후에, 센서의 출력이 희박측으로부터 농후측으로 변경할 때 요구되는 기간은 화학 양론적 및 근사 조건 유지 시간으로서 사용되거나 또는 추정될 수 있다. 대안으로, 센서의 출력이 희박측으로부터 농후측으로 변경할 때의 시간으로부터 출력이 농후 피크를 나타낼 때의 시간까지 기간은 유지 시간으로서 사용될 수 있다. 이 경우에, 농후 스파이크 작동을 받는 연소성 혼합기가 NOx 흡수 변환기(5)에 도달할 때 요구되는 시간에 의해 야기된 필수불가결한 시간 지연을 고려하는 것이 필요하다. 즉, 이들 경우에서 시간 지연에 상응하는 정도로 실제 측정된 시간을 감소시키거나 또는 보정하는 것이 필요하다. 또한, 시간 지연의 보정이 기관의 작동 조건(즉, 회전 속도)에 따라 세트된다면, 더욱 정확한 제어가 달성된다. 농후 조건 유지 시간 상에서의 학습에 있어서는 희박측으로부터 농후측으로 출력의 전환 후에 센서의 출력이 농후측을 유지하는 기간은 농후 조건 유지 시간으로서 사용되거나 또는 추정될 수 있다.

도12 내지 도17을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예가 도시된다.

제2 실시예의 농후 스파이크 학습 제어는 도12의 흐름도에 의해 표시되고 제어의 특성은 도13a 내지 도13d의 시간 도표에 의해 표시된다.

도12의 흐름도에 있어서, 상술된 제1 실시예의 제1 단계(S1)와 유사하게 S101 단계에서는 NOx 환원 처리를 달성하기 위한 조건이 설정되었는 지 여부가 판별된다. 즉, NOx 환원 처리용 조건이 설정되었다면, 즉, 플랙 FRS가 1(일)에 세트되었을 때, 작동 흐름은 제어에 사용된 변수가 초기화되는 S102 단계로 진행한다. 예를 들어, 제2 공연비 센서(11)에 의해 검출된 배기 가스의 농후 조건을 판별하기 위한 후술되는 농후 조건 판별 플랙 FS와, 후술되는 최소치 VRmin 및 카운터의 값 CTR은 0(영)으로 리세트된다.

이 후에, 작동 흐름은 S103 단계, S104 단계, S105 단계, S106 단계, S107 단계 및 S108 단계로 진행한다. 이들 단계들의 내용은 도2의 상술된 제1 실시예의 S3 단계, S4 단계, S5 단계, S6 단계, S7 단계 및 S8 단계의 내용과 실질적으로 동일하므로, 이들의 설명은 생략될 것이다.

S109 단계에서는 상술된 플랙 FS가 0인지 여부, 즉 제2 공연비 센서(11)에 의해 검출된 배기 공연비가 농후 수준인지 여부를 판별한다.

플랙 FS가 0일 때, 즉 배기 공연비가 농후측을 나타내는 것을 판별할 때, 작동 흐름은 S110 단계로 진행한다. 이 단계에서는 제2 공연비 센서(11)의 출력치 VR02가 슬라이스 수준 SR보다 낮은 지 여부가 판별된다. 슬라이스 수준 SR이 화학 양론적 수준에 대해 약간 농후측에 세트된다는 것을 인식해야 한다.

S110 단계에서 출력치 VR02가 슬라이스 수준 SR보다 높은 것을 판별할 때, 즉 NOx 흡수 변환기(5) 하류의 배기 가스의 공연비가 아직 농후측으로 변경되지 않을 때, 작동 흐름은 후술되는 농후 조건 유지 시간을 측정함이 없이 S106 단계로 다시 진행한다.

반면에, S110 단계에서 출력치 VR02가 슬라이스 수준 SR보다 작아졌을 때, 즉 NOx 흡수 변환기(5) 하류의 배기 가스 공연비가 농후측으로 변경되었을 때, 작동 흐름은 S111 단계로 진행한다. 이 단계에서, 농후 조건 판별 플러그 FS는 1(일)로 세트된다. 이 후에, 작동 흐름은 S112 단계로 진행한다. 이 단계에서, 농후 조건 유지 시간을 측정하기 위한 카운터의 값 CTR은 소정 정도Td까지 산출된다. 즉, 이 S112 단계에서는 NOx 흡수 변환기(5) 하류의 배기 가스의 공연비가 유지되는 기간이 측정된다.

이 후에, S113 단계에서는 제2 공연비 센서(11)의 출력치 VR02가 최소치 VRmin보다 작은 지 여부를 판별한다. 초기값이 최소치 VRmin에 세트된다. 그러나, S113 단계의 결과에 의존하여, 최소치는 다시 기재(write over)되거나 또는 갱신된다. 즉, S113 단계에서 판별 VR02 〈 VRmin이 설정될 때, 작동 흐름은 S114 단계로 진행한다. 이 단계에서, 최소치 VRmin는 출력치 VR02에 의해 다시 기재되거나 또는 갱신된다. 즉, 출력치 VR02의 최소치는 지속적으로 갱신된다.

따라서, 작동 흐름은 S115 단계로 진행한다. 이 단계에서는 제2 공연비 센서(11)의 출력치 VR02가 슬라이스 수준 SR보다 높은 지 여부를 판별한다. 아니면, 즉 변환기(5) 하류의 배기 가스의 공연비가 농후 조건을 유지하면, 작동 흐름은 S106 단계로 다시 진행하여 상술된 작동 단계들을 반복한다. 단계들의 이러한 반복된 작동 하에서, S109 단계로부터 S112 단계로 점핑은 농후 조건 판별이 여전히 유지{즉, 플랙 FS가 1(일)에 세트됨}되기 때문에 이루어진다. 이들 단계들과 함께, 공연비는 점차적으로 희박측으로 접근한다.

공연비를 점차적으로 희박측으로 접근시킴으로써, 제2 공연비 센서(11)의 출력치 VR02는 슬라이스 수준 SR보다 높아질 때, 즉 NOx 흡수 변환기(5) 하류의 배기 가스의 공연비가 농후 조건으로부터 멀어질 때, 작동 흐름은 S116 단계로 진행한다. 이 단계에서는 S114 단계에서 최종적으로 다시 기재된 최소치 VRmin가 농후 조건의 피크치 RP로서 세트된다. 따라서, 작동 흐름은 S117 단계로 진행한다. 이 단계에서, 농후 조건 유지 시간을 측정하기 위한 카운터의 현재 값 CTR은 농후 조건 유지 시간 TR으로서 세트된다.

S118 단계에서는 농후 조건의 피크치 RP와 농후 조건 유지 시간 TR에 근거하여, 농후 수준 상에서의 학습과 농후 조건 유지 시간 상에서의 학습이 수행된다. 즉, 하기 기술을 사용함으로써, 상술된 농후 수준 학습치 LRsk(i)와 농후 조건 유지 시간 학습치 LIα(i)는 연산되고 갱신된다.

먼저, 농후 수준 학습치 LRsk(i)에 대한 설명은 도14의 그래프를 참조하여 논의될 것이다.

그래프로부터 알 수 있는 바와 같이, 농후 피크치 RP가 증가함에 따라, 배기된 NOx의 양이 증가한다. 반면에, 농후 피크치 RP가 증가함에 따라, 배기된 HC(및 CO)의 양이 증가한다. 이들 사실의 관점에서, 배기된 NOx의 양과 배기된 HC(및 CO)의 양이 그들 각각의 기준 양보다 작은 농후 피크치 RP의 소정 영역을 세트한다. 농후 피크치 RP가 시간 영역 내에 있을 때, 학습치 LRsk(i)는 변경되지 않고 유지된다. 반면에, 농후 피크치 RP이 소정 영역보다 작을 때, 학습치 LRsk(i)는 농후 피크치 RP를 증가시키기 위해 농후 수준을 증가시키도록 증가된다. 반면에, 농후 피크치 RP가 소정 영역보다 클 때, 학습치 LRsk(i)는 농후 피크치 RP를 감소시키기 위해 농후 수준을 감소시키도록 감소된다.

상술된 식(4)의 사용과 함께, 상술된 학습은 도15의 그래프에 의해 표시된 바와 같은 방식으로 세트된 학습 보정치 HLRsk(i)를 사용함으로써 수행된다.

하기에서, 농후 조건 유지 시간 학습치 LIα(i)에 대한 설명은 도16의 그래프를 참조하여 논의될 것이다.

그래프로부터 알 수 있는 바와 같이, 농후 조건 유지 시간 TR이 증가함에 따라, 배기된 HC(및 CO)의 양은 증가한다. 반면에, 유지 시간 TR이 감소함에 따라, 배기된 NOx의 양은 증가한다. 이러한 사실의 관점에서, 배기된 HC(및 CO)의 양과 배기된 NOx의 양이 그들 각각의 기준 양보다 작은 농후 조건 유지 시간 TR의 소정 시간 영역을 세트한다. 농후 조건 유지 시간 TR이 시간 영역 내에 있을 때, 학습치 LIα(i)는 변경되지 않고 유지된다. 반면에, 농후 조건 유지 시간 TR이 소정 시간 영역보다 클 때, 학습치 LIα(i)는 유지 시간 TR을 감소시키기 위해 농후 수준의 감소 비율을 증가시키도록 증가된다. 반면에, 농후 조건 유지 시간 TR이 소정 시간 영역보다 작을 때, 학습치 LIα(i)는 유지 시간 TR을 증가시키기 위해 농후 수준의 감소 비율을 감소시키도록 감소된다.

상술된 식(5)의 사용과 함께, 상술된 학습은 도17의 그래프에 의해 표시된 바와 같은 방식으로 세트된 학습 보정치 HLIα(i)를 사용함으로써 수행된다.

상술된 학습치 갱신의 완료 후에, 작동 흐름은 S119 단계로 진행한다. 이 단계에서, 플랙 FRS는 현재의 NOx 환원 제어가 종료되었기 때문에 0(영)으로 리세트된다.

상술된 바와 같이, 제2 실시예에서도, 농후 수준과 농후 조건 유지 시간을 학습함으로써, 배기된 NOx의 양과 배기된 HC(및 CO)의 양은 각각의 기준 양보다 작은 수준으로 감소될 수 있다.

제2 실시예에 있어서, 농후 스파이크 제어의 개시에서의 농후 수준이 최대를 나타내고 이 후에 농후 수준이 점진적으로 감소되는 모드가 사용된다.

원한다면, 농후 스파이크 작동은 농후 스파이크 제어의 개시에서 최대를 나타내는 농후 수준이 소정 수준까지는 일정한 감소 비율로 감소되고 소정 시간동안 이 소정 수준을 유지하는 모드를 취할 수 있다.

하기에서, 이러한 모드가 실제적으로 적용된 본 발명의 제3 실시예가 설명될 것이다.

도18 내지 도21을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예가 도시된다.

제3 실시예의 농후 스파이크 학습 제어는 도18의 흐름도에 의해 표시되고 제어의 특성은 도22a 내지 도22d의 시간 도표에 의해 표시된다.

도18의 흐름도에서, S201 단계 및 S202 단계는 상술된 제1 실시예의 S1 단계 및 S2 단계(도2 참조)와 실질적으로 동일하다. 즉, S201 단계에서는 NOx 환원 처리용 조건의 설정에 기인하여 플랙 FRS가 1(일)에 세트되면, 작동 흐름은 제어에 사용된 변수를 초기화시키는 S202 단계로 진행한다.

S203 단계에서는 제어 유닛(6)의 마이크로컴퓨터의 RAM에 내장된 농후 수준 학습치 LRsk(i)와 농후 유지 시간 학습치 LIα(i)를 참조한다. 도2의 제1 실시예의 경우에 유사하게, 농후 수준 학습치 LRsk(i)는 농후 스파이크 학습 제어의 개시에 제공된 최대치이다. 농후 조건 유지 시간 학습치 LIα(i)는 농후 조건이 유지되는 기간을 학습하기 위한 값이다.

상술된 바와 같이, 제3 실시예에서는 농후 스파이크 제어의 개시에서 최대를 나타내는 농후 수준이 소정 수준까지는 일정한 감소 비율로 감소되고 소정 시간동안 이 소정 수준을 유지하는 모드를 사용한다. 즉, 농후 조건 유지 시간은 소정 수준이 유지되는 소정 기간에 따라 결정된다. 따라서, 값 LTR(i)은 소정 시간을 학습함으로써 제공된다.

S204 단계에서는, 제어 유닛(6)의 마이크로컴퓨터의 ROM에 내장된 농후 수준 기본량 Kna(i)와 농후 조건 유지 시간 기본량 TR(i)를 참조한다. 농후 조건 유지 시간 기본량 TR(i)은 매 영역(i) 마다 세트된다. 변환기(5)에 의해 흡수된 NOx의 양은 희박 조건 유지 시간이 증가함에 따라 증가한다. 따라서, 희박 조건 유지 시간이 증가함에 따라 농후 조건 유지 시간을 증가시키는 것이 필요해지고, 따라서, 농후 조건 유지 시간 기본량 LR(i)은 점차적으로 증가하도록 세트된다.

S205 단계에서는, 상술된 기본량과 학습치로부터, 농후 수준 제어량 αsK과 농후 조건 유지 시간 제어량 Iαsk이 하기 수학식 6, 수학식 7을 사용함으로써 유도된다.

이들 양αsk, Iαsk은, 상술된 제1 실시예의 경우에서와 유사하게, 상한치와 하한치로 처리된다.

S206 단계에서는, 농후 수준 제어량 αsk이 소정 수준 α0sk(즉, 평균 농후화에 일치하는 수준) 이상인지 여부를 판별한다. 하기에 상세히 설명되는 바와 같이, 농후 수준 제어량 αsk은 최대 농후 수준을 소정 감소 비율로 감소시킴으로써 제공된다. 최대 농후 수준은 제어의 개시 시에 제공된다. S206 단계에서 예(YES)이면 작동 흐름은 S208 단계로 진행한다. 반면에, S206 단계에서 아니오(NO)이면, 즉 농후 수준 제어량 αsk이 소정 수준 α0sk보다 작을 때 작동 흐름은 S207 단계로 진행한다. 이 단계에서, 평균 농후화 조건 판별 플랙 FTR이 1(일)로 세트되고 농후 수준 제어량 αsk은 소정 수준 α0sk에 고정된다. 따라서, 작동 흐름은 S208 단계로 진행한다.

S208 단계에서는, 후술되는 평균 농후화 조건 유지 시간의 산출치 CTR1가 S205 단계에서 유도된 농후 조건 유지 시간 Iαsk보다 작은 지 여부를 판별한다. 예이면, 즉 산출치 CTR1가 유지 시간 Iαsk보다 작으면, 작동 흐름은 S209 단계로 진행한다.

S209 단계에서는 최종적으로 연산된 현재의 농후 수준 제어량 αsk이 출력된다. S205 단계로부터 S206 단계까지 작동 단계들의 초기 유동에서는 S205 단계에서 연산된 농후 수준 제어량 αsk이 최대 초기치로서 출력된다는 것을 인식해야 한다.

S210 단계에서는 농후 수준 제어량 αsk이 프로그램화된 작동 단계들의 연속 흐름에서 출력될 갱신된 농후 수준 제어량 αsk을 제공하도록 평균 감소 비율에 상응하는 소정량 IαC에 의해 감해진다.

S211 단계에서는 평균 농후화 조건이 S207 단계의 평균 농후환 조건 판별 플랙 FTR을 사용함으로써 설정되는 지 여부를 판별한다. 만약 예이면, 즉 이러한 조건이 설정될 때, 작동 흐름은 S212 단계로 진행한다. 이 단계에서, 평균 농후화 조건 유지 시간을 측정하기 위한 카운터의 값 CTR1은 소정 정도Td에 의해 산출된다. 이 후에, 작동 흐름은 S213 단계로 진행한다.

S213 단계에서, 플랙 FS2의 점검과 함께, NOx 흡수 변환기(5) 하류의 배기 가스의 공연비가 농후측으로 변경되었는 지 여부를 판별한다. 즉, 공연비가 농후 조건을 나타낼 때, 플랙 FS2는 1로 세트되는 반면에, 공연비가 농후 조건과 다른 조건을 나타낼 때, 플랙 FS2는 0으로 세트된다. 만약 S213 단계에서 예이면, 즉 플랙 FS2가 0(영)을 지시할 때, 작동 흐름은 S214 단계로 진행한다. 이 단계에서는 제2 공연비 센서(11)의 출력이 슬라이스 수준 S2보다 작은 지 여부를 판별한다. 슬라이스 수준 S2은 농후 조건을 판별하도록 세트된다. 만약 예이면, 즉 배기 공연비가 농후 조건을 나타내는 것으로 판별되면, 작동 흐름은 S215 단계로 진행한다. 이 단계에서는 상술된 플랙 FS2는 1로 세트된다. 따라서, 작동 흐름은 S216 단계로 진행한다. 이 단계에서, 농후 조건 유지 시간을 측정하기 위한 카운터의 값 CT2은 소정 정도Td에 의해 산출된다. 즉, S216 단계는 농후 조건 유지 시간을 측정하는 기능을 갖는다.

S217 단계에서는 제2 공연비 센서(11)의 출력치 VR02이 슬라이스 수준 S2보다 큰 지 여부, 즉 배기 공연비가 농후 조건으로부터 멀어지는 지 여부를 판별한다.

만약 S217 단계에서 아니오이면, 즉 배기 공연비가 농후 조건으로부터 아직 멀어지지 않을 때, 작동 흐름은 S206 단계로 진행하여 상술된 단계들을 반복한다. 단계들의 이러한 반복 작동 하에서, S208 단계는 평균 농후화 조건 유지 시간 CTR1이 학습에 의해 보정이 이루어진 농후 조건 유지 시간 Iαsk에 도달하는 것을 나타내고, 작동 흐름은 S218 단계로 진행하여 농후 스파이크 작동을 종료시키기 위한 농후 수준 제어량 αsk을 0으로 만든다. 이 후에, 작동 흐름은 학습하도록 농후 조건 유지 시간을 측정하기 위해 S213 단계 내지 S216 단계로 진행한다.

만약 S217 단계에서 예이면, 즉, 배기 공연비가 농후 조건으로부터 멀어질 때, 작동 흐름은 S219 단계로 진행한다. 이 단계에서, 카운터의 값 CT2은 농후 조건 유지 시간 T1으로서 세트된다.

S220 단계에서는 농후 조건 유지 시간 T1에 근거하여, 농후 수준 상에서 학습과 농후 조건 유지 시간 상에서 학습이 수행된다. 즉, 하기 기술을 사용함으로써, 상술된 농후 수준 학습치 LRsk(i)와 농후 조건 유지 시간 학습치 LTR(i)는 연산되고 갱신된다.

먼저, 농후 수준 학습치 LRsk(i)에 대한 설명은 도19의 그래프를 참조하여 논의될 것이다.

그래프로부터 알 수 있는 바와 같이, 농후 조건 유지 시간 T1이 증가함에 따라 배기된 NOx의 양은 증가한다. 반면에, 농후 조건 유지 시간 T1이 감소함에 따라 배기된 HC(및 CO)의 양은 증가한다. 이 사실의 관점에서, 배기된 NOx의 양과 배기된 HC(및 CO)의 양이 그들 각각의 기준 양보다 작은 농후 조건 유지 시간 T1의 소정 시간 영역을 세트한다. 농후 조건 유지 시간 T1이 소정 시간 영역 내에 있을 때, 학습치 LRsk(i)는 변경되지 않고 유지된다. 반면에, 농후 조건 유지 시간 T1이 소정 시간 영역보다 작을 때, 학습치 LRsk(i)는 시간 T1을 증가시키기 위해 농후 수준을 증가시키도록 증가된다. 반면에, 농후 조건 유지 시간 T1이 소정 시간 영역보다 클 때, 학습치 LRsk(i)는 시간 T1을 감소시키기 위해 농후 수준을 감소시키도록 감소된다.

상술된 수학식 4의 사용과 함께, 상술된 학습은 도20의 그래프에 의해 표시된 바와 같은 방식으로 세트된 학습 보정치 HLRsk(i)를 사용함으로써 수행된다.

하기에서, 농후 조건 유지 시간 학습치 LTR(i)에 대해 설명하기로 한다.

상술된 농후 수준 학습치 LRsk(i)의 경우와 유사하게, 농후 조건 유지 시간 T1이 소정 시간 영역 내에 있을 때, 학습치 LTR(i)는 변경되지 않고 유지된다. 반면에, 농후 조건 유지 시간 T1이 소정 시간 영역보다 클 때, 학습치 LTR(i)는 시간 T1을 감소시키기 위해 평균 농후화 조건 유지 시간을 감소시키도록 감소된다. 반면에, 농후 조건 유지 시간 T1이 소정 시간 영역보다 작을 때, 학습치 LTR(i)는 시간 T1을 증가시키기 위해 평균 농후화 조건 유지 시간을 증가시키도록 증가된다.

하기 수학식 8의 사용과 함께, 상술된 학습은 도21의 그래프에 의해 표시된 바와 같은 방식으로 세트된 학습 보정치 HLTR(i)를 사용함으로써 수행된다.

학습치 갱신의 완료 후에, 작동 흐름은 S221 단계로 진행한다. 이 단계에서, 플랙 FRS는 현재의 NOx 환원 제어가 종료되었기 때문에 0으로 리세트된다.

상술된 바와 같이, 제3 실시예에서도, 농후 수준과 농후 조건 유지 시간을 학습함으로써, 배기된 NOx의 양과 배기된 HC(및 CO)의 양은 각각의 기준 양보다 작은 수준으로 감소될 수 있다.

상술된 제2 및 제3 실시예에서, 광역 형태의 공연비 센서는 제2 공연비 센서(11)로서 사용된다. 그러나, 필요하다면, 센서(11)는 화학 양론식(즉, 산소 센서)일 수 있다.

화학 양론 센서가 사용될 때, 농후 스파이크 제어의 개시 시에 제공된 농후 수준이 필수불가결하고 농후 수준은 고정 감소 비율로 감소된다. 이 제어에서, 농후 수준이 변경될 때, 농후 조건 유지 시간은 비례적으로 변경된다. 따라서, 농후 수준에 대한 학습 보정을 이룸으로써, 농후 조건 유지 시간에 대한 학습 보정은 동시에 이루어진다.

화학 양론 센서가 배기 가스의 농후 조건을 지시하는 기간을 측정함으로써, 농후 조건 유지 시간은 검출되고 동시에 배기 공연 혼합기의 농후 조건 피크치의 추정은 제공된다. 즉, 농후 조건 유지 시간의 증가와 함께 농후 조건 피크치가 증가되는 것으로 추정된다.

따라서, 농후 조건 유지 시간은 화학 양론 센서에 의해 측정되고, 학습 보정은 농후 조건 유지 시간이 증가함에 따라 농후 수준 및 농후 조건 유지 시간을 감소시키도록 이루어진다. 이 기술과 함께, NOx 환원 제어는 배기된 NOx의 양과 배기된 HC(및 CO)의 양을 개별적인 기준 양보다 작게 유지하면서 수행된다.

1997년 8월 21일에 출원된 일본 특허 출원 평9-225327호와 평9-225328호의 내용은 여기에 참조 문헌으로 합체된다.

Claims

연소성 혼합기를 기관으로 이송시키는 공기/연료 혼합기 공급 장치를 갖는 내연 기관 내에 제공된 배기 가스 정화 시스템에 있어서,

기관으로부터의 배기 가스가 통과하는 배기 통로에 제공되고 배기 가스가 희박 공연비를 나타낼 때 배기 가스 내의 NOx를 흡수하고 배기 가스가 농후 및/또는 화학 양론적 공연비를 나타낼 때 NOx를 방출하고 배기 가스 내의 HC 및 CO의 도움으로 NOx를 환원시키는 NOx 흡수식 촉매 변환기와,

상기 변환기 하류의 배기 가스의 배기 공연비를 검출하기 위해 상기 변환기의 하류에 배치된 공연비 센서와,

상기 연소성 혼합기의 공연비를 제어하기 위한 제어 장치로 이루어지고,

상기 제어 장치는 흡수된 또는 흡착된 NOx 상에서 상기 변환기의 효과적인 NOx 환원 처리를 야기시키도록 연소성 혼합기의 공연비를 농후 및/또는 화학 양론적 공연비로 형성하는 제1 부분과, NOx 환원 처리 하에서 상기 센서에 의해 검출된 배기 공연비에 근거하여 NOx 환원 처리의 조건을 학습하고 보정하는 제2 부분으로 구성되는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 시스템.
제1항에 있어서, 상기 제2 부분은 상기 센서에 의해 검출된 공연비가 농후하게 유지되는 농후 조건 유지 시간에 근거하여 NOx 환원 처리의 조건을 학습하고 보정하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 시스템.
제1항에 있어서, 상기 제2 부분은 상기 변환기 하류의 배기 가스에 의해 제한된 농후 수준에 근거하여 NOx 환원 처리의 조건을 학습하고 보정하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 시스템.
제1항에 있어서, 상기 제2 부분은 상기 센서에 의해 검출된 배기 가스의 공연비가 화학 양론적 근방에 있는 제1 기간에 근거하여 NOx 환원 처리 하에서 연소성 혼합기의 농후 수준을 학습하고 보정하는 농후 수준 학습 수단과, 상기 센서에 의해 검출된 공연비가 농후하게 유지되고 상기 제1 기간 이후에 나타나는 제2 기간에 근거하여 NOx 환원 처리 하에서 연소성 혼합기의 공연비를 농후하게 유지하기 위한 농후 조건 유지 시간을 학습하고 보정하는 농후 조건 유지 시간 학습 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 시스템.
제4항에 있어서, 상기 NOx 환원 처리를 수행하기 위한 농후 스파이크 제어는 제어의 개시 시에 상기 농후 수준이 최대치를 나타내고 이 후에 점차적으로 감소하도록 이루어지고, 상기 농후 수준 학습 수단은 제어의 개시 시에 제공된 최대 농후 수준을 학습하고 보정하며, 상기 농후 조건 유지 시간 학습 수단은 상기 농후 수준이 감소되는 감소 비율로 학습하고 보정하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 시스템.
제4항에 있어서, 상기 NOx 환원 처리를 수행하기 위한 농후 스파이크 제어는 제어의 개시 시에 상기 농후 수준이 최대치를 나타내고 이 후에 소정 수준까지 감소한 후 상기 소정 수준을 소정 시간 동안 유지하도록 이루어지고, 상기 농후 수준 학습 수단은 제어의 개시 시에 제공된 최대 농후 수준을 학습하고 보정하며, 상기 농후 조건 유지 시간 학습 수단은 상기 소정 시간을 학습하고 보정하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 시스템.
제4항에 있어서, 상기 공연비 센서는 배기 공연비를 계속적으로 검출하는 형식이고, 상기 제1 및 제2 기간은 대응하는 슬라이스 수준을 상기 센서에 의해 검출된 배기 공연비와 개별적으로 비교함으로써 유인되는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 시스템.
제4항에 있어서, 상기 공연비 센서는 온/오프 방식으로 배기 공연비의 농후 또는 희박 조건을 검출하는 화학 양론식이고, 상기 제1 기간은 상기 센서의 출력이 희박측으로부터 농후측으로 변경할 때 요구되는 기간 또는 센서의 출력이 희박측으로부터 농후측으로 변경하는 때의 시간으로부터 출력이 농후 피크를 나타낼 때의 시간 까지의 기간을 검출함으로써 유인되고, 상기 제2 기간은 상기 센서에 의해 검출된 배기 공연비가 농후하게 유지되는 기간으로부터 유인되는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 시스템.
제4항에 있어서, 상기 농후 수준 학습 수단의 작동과 상기 농후 조건 유지 시간 학습 수단의 작동은 기관의 회전 조건의 영역마다 수행되는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 시스템.
제9항에 있어서, 영역들은 학습에 의한 보정 전에 상기 센서에 의해 검출된 배기 공연비가 희박으로 유지되는 희박 조건 유지 시간에 의해 유인되는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 시스템.
제9항에 있어서, 영역들은 학습에 의한 보정 전에 기관의 회전 조건마다 상기 변환기에 의해 흡수되는 것으로 추정되는 NOx의 양에 의해 유인되는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 시스템.
제4항에 있어서, 상기 농후 수준과 상기 농후 조건 유지 시간은 각각 상한치와 하한치를 갖도록 처리되는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 시스템.
제1항에 있어서, 상기 제2 부분은 상기 센서에 의해 검출된 배기 공연비의 농후 지시 피크치와 상기 센서에 의해 검출된 배기 공연비를 농후하게 유지하기 위한 기간 중 적어도 하나에 근거하여 NOx 환원 처리 하에서 상기 연소성 혼합기의 농후 수준과 상기 연소성 혼합기의 공연비가 NOx 환원 처리 하에서 농후하게 유지되는 농후 조건 유지 시간을 학습하고 보정하는 NOx 환원 처리 제어량 학습 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 시스템.
제13항에 있어서, 상기 NOx 환원 처리를 수행하기 위한 농후 스파이크 제어는 제어의 개시 시에 농후 수준이 최대치를 나타내고 이 후에 점차적으로 감소하도록 이루어지고, 상기 NOx 환원 처리 제어량 학습 수단에 의한 농후 수준의 학습 보정은 제어의 개시 시에 제공된 최대 농후 수준을 학습하고 보정하며, 상기 NOx 환원 처리 제어량 학습 수단에 의한 농후 조건 유지 시간의 학습 보정은 상기 농후 수준이 감소되는 감소 비율로 학습하고 보정하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 시스템.
제14항에 있어서, 상기 공연비 센서는 배기 공연비를 연속적으로 검출하는 형식이고, 상기 NOx 환원 처리 제어량 학습 수단은 상기 센서에 의해 검출된 배기 공연비의 농후 지시 피크치에 근거된 상기 농후 수준을 학습하고 보정하며, 상기 NOx 환원 처리 제어량 학습 수단은 상기 센서에 의해 검출된 배기 공연비를 소정의 슬라이스 수준으로 비교함으로써 유인되는 농후 조건 유지 기간에 근거된 상기 농후 조건 유지 시간을 학습하고 보정하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 시스템.
제13항에 있어서, 상기 NOx 환원 처리를 수행하기 위한 농후 스파이크 제어는 제어의 개시 시에 상기 농후 수준이 최대치를 나타내고 이 후에 소정 수준까지 감소한 후 상기 소정 수준을 소정 시간 동안 유지하도록 이루어지고, 상기 NOx 환원 처리 제어량 학습 수단에 의한 상기 농후 수준의 학습 보정은 제어의 개시 시에 제공된 최대 농후 수준을 학습하고 보정하는 것이며, 상기 농후 조건 유지 시간의 학습 보정은 상기 소정 수준이 유지되는 상기 소정 시간을 학습하고 보정하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 시스템.
제16항에 있어서, 상기 공연비 센서는 배기 공연비를 연속적으로 검출하는 형식이고, 상기 NOx 환원 처리 제어량 학습 수단은 상기 농후 수준과 센서에 의해 검출된 배기 공연비를 소정의 슬라이스 수준과 비교함으로써 유인되는 농후 조건 유지 기간에 근거된 상기 농후 조건 유지 시간을 학습하고 보정하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 시스템.
제13항에 있어서, 상기 공연비 센서는 온/오프 방식으로 배기 공연비의 농후 또는 희박 조건을 검출하는 화학 양론식이고, 상기 NOx 환원 처리 제어량 학습 수단은 상기 농후 수준과 센서에 의해 검출된 배기 공연비가 농후하게 유지되는 농후 조건 유지 기간에 근거된 상기 농후 조건 유지 시간을 학습하고 보정하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 시스템.
제13항에 있어서, 상기 농후 수준의 학습 보정과 상기 농후 조건 유지 시간의 학습 보정은 기관의 회전 조건의 영역마다 수행되는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 시스템.
제19항에 있어서, 영역들은 학습 보정 전에 상기 센서에 의해 검출된 배기 공연비가 희박으로 유지되는 희박 조건 유지 시간에 의해 유인되는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 시스템.
제19항에 있어서, 영역들은 학습 보정 전에 기관의 회전 조건마다 상기 변환기에 의해 흡수되는 것으로 추정되는 NOx의 양에 의해 유인되는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 시스템.
제13항에 있어서, 농후 수준과 상기 농후 조건 유지 시간은 각각 상한치와 하한치를 갖도록 처리되는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 시스템.
연소성 혼합기를 기관으로 이송시키는 공기/연료 혼합기 공급 장치를 갖고; 기관으로부터의 배기 가스가 통과하는 배기 통로에 제공되고 배기 가스가 희박 공연비를 나타낼 때 배기 가스 내의 NOx를 흡수하고 배기 가스가 농후 및/또는 화학 양론적 공연비를 나타낼 때 NOx를 방출하고 배기 가스 내의 HC 및 CO의 도움으로 NOx를 환원시키는 NOx 흡수식 촉매 변환기와, 상기 변환기 하류의 배기 가스의 배기 공연비를 검출하기 위한 공연비 센서가 제공된 내연 기관에서, 기관으로부터의 배기 가스를 정화시키기 위한 방법에 있어서,

연소성 혼합기의 공연비를 농후 및/또는 화학 양론적으로 형성함으로써 흡수된 또는 흡착된 NOx 상에서 상기 변환기가 NOx 환원 처리를 수행하도록 야기시키는 단계와,

NOx 환원 처리 하에서 상기 센서에 의해 검출된 배기 공연비에 근거하여 NOx 환원 처리의 조건을 학습하고 보정하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 방법.