(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気系にＮＯｘを還元する機能を有した触媒を装着した内燃機関の制御装置であって、エンジンへの供給空燃比をリーン状態とストイキオ及びそれよりリッチ状態とに制御し、前記リーン状態と前記ストイキオ及びそれよりリッチ状態との時間比（Ｋ）を、リーン状態が所定時間継続したときのエンジンから排出されるＮＯｘ排出値と排気ガスの規制値及び触媒の浄化率に基づいて定めることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
請求項１において、上記リーンとストイキオとの時間比（Ｋ）はエンジンの運転条件によって可変的に設定することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、内燃機関の燃料噴射制御方法及び装置に係り、特に複数の触媒を装着することなく排気排出ＮＯｘを最少に抑制することの出来る内燃機関の燃料噴射制御方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のＮＯｘ還元触媒の発明では、たとえば特開昭６３−１００９１９号公報に記載されているように、リーン状態（酸素過多状態）でその浄化性能が発揮され、例えばストイキオの様な酸素が少量しか存在しない条件でのＮＯｘの浄化は期待できなかった。尚、同様な技術として、特開平５−１３３２６０  号公報が挙げられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術では、ＮＯｘの浄化還元及びＣＯ，ＨＣの燃焼浄化の二つの目的のために、それぞれＮＯｘ還元触媒と酸化あるいは三元触媒とを最低でも２個装着使用せざるを得ない状況であった。また、三元触媒は従来より使用された実績のあるところであるが、ＮＯｘ還元触媒についての開発が望まれていた。
【０００４】
本発明では多硬質の担体にＲｈ，Ｐｔ（ａｎｄ／ｏｒ  Ｐｄ）及びＬａを担持した三元触媒がリーン領域状態に於いてＮＯｘ還元触媒の性能を有することに注目、更にリーン条件でのＮＯｘ還元性能はリーン状態が継続しその時間が長くなるに伴い変化する。
【０００５】
本発明は、この性能を十二分に引き出す制御方法及び装置を供給するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題即ちリーン状態に於けるＮＯｘ還元率を高い儘に保持するためにはリーン状態の継続時間を計測し、ある時間割合で触媒の雰囲気をストイキオあるいはそれよりリッチにすることが有効である。本発明はこの部分に関するものである。
【０００７】
例えば、ＬＡ４モードに於けるＮＯｘの還元浄化率は、この（リーン／ストイキオ）比（ＬＳ比と言う）に依って左右されるため、ＬＳ比の制御が重要になる。
【０００８】
そこで、本発明はエンジンへの供給空燃比をエンジンの運転状態を表すパラメータ及びまたは所定運転の経過時間に関する因子に依って制御することを特徴とする。
具体的には、排気系にＮＯｘを還元する機能を有した触媒を装着した内燃機関の制御装置であって、エンジンへの供給空燃比をリーン状態とストイキオ及びそれよりリッチ状態とに制御し、前記リーン状態と前記ストイキオ及びそれよりリッチ状態との時間比（Ｋ）を、リーン状態が所定時間継続したときのエンジンから排出されるＮＯｘ排出値と排気ガスの規制値及び触媒の浄化率に基づいて定めることを特徴とする内燃機関の制御装置により上記課題を達成するようにしたものである。
【０００９】
【作用】
多孔質の担体にＲｈ，Ｐｔ（ａｎｄ／ｏｒ  Ｐｄ）及びＬａを担持した三元触媒がリーン領域状態に於いてＮＯｘ還元性能を有することに注目、更にリーン条件でのＮＯｘ還元性能はリーン状態が継続しその時間が長くなるに伴い減少する。また、そのＮＯｘ還元性能はストイキオ状態に曝すことで復活する。従って、リーン状態で有効にＮＯｘ還元性能を引き出すために、有効にＬＳ比を制御することが必要となる。
【００１０】
そこで、本発明は、エンジンへの供給空燃比をエンジンの運転状態を表すパラメータ及び／または所定運転の経過時間に関する因子に依って制御することで  ＮＯｘの排出量を最少にするように補正，機能することで、前述の課題を解決するものである。
【００１１】
【実施例】
以下、本発明による内燃機関の燃料噴射制御方法及び装置について、図示の実施例により詳細に説明する。
【００１２】
図１は本発明で適用されたエンジンシステムの一例を示したもので、図においてエンジンが吸入すべき空気はエアクリーナ１の入口部２から取り入れられ、吸気流量を制御する絞弁が収容された絞弁ボディ５を通り、コレクタ６に入る。そして、ここで吸気はエンジン７の各シリンダに接続された各吸気管８に分配され、シリンダ内に導かれる。
【００１３】
他方、ガソリンなどの燃料は、燃料タンク９から燃料ポンプ１０により吸引，加圧された上で、燃料ダンパ１１，燃料フィルタ１２，燃料噴射弁（インジェクタ）１３、それに燃圧レギュレータ１４が配管されている燃料系に供給される。そして、この燃料は上記した燃圧レギュレータ１４により一定の圧力に調圧され、それぞれのシリンダの吸気管８に設けられている燃料噴射弁１３から吸気管８の中に噴射される。
【００１４】
又、上記空気流量計３からは吸気流量を表す信号が出力され、コントロールユニット１５に入力されるようになっている。
【００１５】
更に、上記絞弁ボディ５には絞弁の開度を検出するスロットルセンサ１８が取付けてあり、その出力もコントロールユニット１５に入力されるようになっている。次に、１６はディスト（ディストリビュータ）で、このディストにはクランク角センサが内蔵されており、クランク軸の回転位置を表す基準角信号ＲＥＦと回転速度（回転数）検出用の角度信号ＰＯＳとが出力され、これらの信号もコントロールユニット１５に入力されるようになっている。
【００１６】
２１は排気管に設けられた酸素センサで、実運転空燃比を検出する。酸素センサの出力はストイキオを境にしてリッチ側で約１Ｖの出力を発生し、リーン側では０．２Ｖ  程度となる。従ってこのセンサでは直接的には空燃比は測定できないが、本発明を実行するための障害にはならない。しかし、リッチリーンではなく真の空燃比を測定できる空燃比センサがもし用意出来るならばそれに越したことはない。何れにしろこの出力信号もコントロールユニット１５に入力されるようになっている。また、排気管にはエンジンから排出された排気ガス中の有害成分（ＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ）を無害化する三元触媒２０（後で説明するがＮＯｘ還元性能も有している）が取り付けられている。
【００１７】
コントロールユニット１５の主要部は、図２に示すようにＭＰＵ，ＲＯＭとＡ／Ｄ変換器エンジンの運転状態を検出するエンジン回転数やエンジン負荷などの各種のセンサなどからの信号を入力として取り込み、所定の演算処理を実行し、この演算結果として、例えば運転状態により目標となる空燃比になるように燃料噴射弁１３に供給するパルスの幅を出力する。また点火コイル１７にも所定の制御信号を供給し、燃料供給量制御と点火時期制御とを遂行するのである。
【００１８】
図３は排気管に装着された触媒２０の「ＮＯｘ還元浄化性能」を測定した一例を示したもので、縦軸にＮＯｘ浄化率を示し、横軸は時間軸でリーン（Ｌ）、ストイキオ（Ｓ）と所定時間で切り替えた状態での浄化性能を示している。図から判るようにストイキオ状態では浄化率は１００％に近い値を示している。一方、リーン状態に於いてはＮＯｘ浄化率は徐々に低下しており、図では明示していないが約５０％程度以下の浄化率まで低下する。このリーン状態の浄化率は触媒自体により決まるが、例として示したものは多孔質の担体にＲｈ，Ｐｔ（ａｎｄ／    ｏｒ  Ｐｄ）及びＬａを担持したものであり、これらの担持量や他の金属の添加によって浄化性能は向上する。しかし、リーン状態での浄化率が時間と共に減少するのは一般的な傾向であり、これをなくすことは理論的に不可能であるといえる。これらの性能を図４，図５を用いて、更に分かりやすく説明する。
【００１９】
図４は安定した状態に於ける空燃比とＮＯｘの浄化率関係を示したもので、空燃比が１４．７  のストイキオよりもリッチの状態ではＮＯｘの浄化率はほぼ１００  ％である。空燃比がストイキオから次第にリーン側に移行するに伴って、浄化率は減少しており空燃比が２２近辺では浄化率は殆どなくなっている。しかし、この触媒はＮＯｘの吸着性能を有しているため、ストイキオよりもリッチな状態からリーン状態に戻した場合は、図５に示したように初期にはＮＯｘの浄化率は非常に高い値を示している。この浄化率は時間の経過と共に減少し、約２分程度で実質的には浄化性能を失う。この性質は再現性があり、再びリッチにしてリーンに戻した場合に同じ性能を発揮する。
【００２０】
図６ではＮＯｘ浄化率の観点から考えてみる。リーン状態にする時間はＮＯｘの浄化性能から例えば２分と設定する。その状態に於いてリーン／ストイキオの比（ＬＳ比）を変化させる（ストイキオの時間を変えると同じ意味）と、ＬＳ比によってＮＯｘ浄化率が設定できることが判かる。例えば、ＬＡ４モードに於いてＮＯｘの排出量を規制値以内に抑える場合、元々のエンジンのＮＯｘ排出値が判っているために目標の浄化率が算出できる。図７の例では約８０％必要である。この８０％は図６に戻って考えると、ＬＳ比＝５０％と言うことになる。即ちＬＡ４モードテストに於いてＬＳ比を５０％に設定すれば規制値はクリア出来ることになる。
【００２１】
図８は本発明による実施例を説明するための元になるエンジンの空燃比の要求特性を説明する為のものである。通常エンジンの空燃比の設定は図８に示されるようになっており、領域Ａがリーン領域（λ≫１，空燃比では２２以上）、領域Ｂはλ＝１領域、それ以外の領域Ｃは出力やエンジン保護の目的でのリッチ領域となっている。これら領域ＡＢＣは同一マップ上の値の場合もあるが、それぞれが別のマップと考えた方が分かりやすいかも知れない。ＬＡ４の排気ガステストモードは一般的に言って領域のＡとＢとが運転の範囲となっている。また、領域Ａの広さはエンジンの出力余裕度に依存する。
【００２２】
次に、本発明による空燃比の制御の実施例を図９に示すフローチャートを用いて説明する。フローチャートはエンジン制御システムの制御関係の内の本発明に関係する部分のみを抜き出してある。
【００２３】
ステップ１０１はエンジン運転条件を測定するステップであり、具体的にはエンジン回転数Ｎｅ、エンジン負荷Ｌが計測され、図８で示した領域が決定され  １０２に於いて目標空燃比が設定される。次に、１０３は領域Ａ（λ≫１）を判定するステップであり、そうでない場合はＮＯとなり本制御は終了する。一方、ＹＥＳの場合はステップ１０４において領域Ａに滞在した時間を示すタイマー  ｛Ｔ（λ＞１）｝がカウントを開始する。次に、１０５ではタイマー｛Ｔ（λ＞１）｝が所定時間｛Ｘ｝に達したかを判定する。即ち、図５で説明した時間（先に、仮に２分と定めたが）になったか否かを判定する。｛Ｘ｝迄達していない場合は領域Ａの制御を継続することになる。一方、｛Ｘ｝を越えた場合はステップ１０６  にて空燃比をストイキオ（λ≦１）に設定する。この場合の運転条件は当然ではあるが、何の変化もさせない。また、各種の制御手段を使用して運転者には感知させないことが理想である。ストイキオに設定された時間はステップ１０７によりタイマー｛Ｔ（λ＜１）｝としてカウントされる。このストイキオの時間｛Ｔ（λ＜１）｝はステップ１０８においてＫ＊｛Ｔ（λ＞１）｝と比較され、Ｋ＊｛Ｔ（λ＞１）｝を越えない場合はステップ１０６に戻り制御を継続する。一方、越えた場合はこの制御は終了すると共に、カウンタ｛Ｔ（λ＞１）｝｛Ｔ（λ＜１）｝はクリアされる。ここで、Ｋは先に述べたＬＳ比であり、エンジン運転条件に於けるＮＯｘの排出量と規制値に対する余裕度に依って選定可能な値である。図１０は運転領域に依ってＫ＝ＬＳ比をマップ化した例を示したものであるが、自由に設定可能である。
【００２４】
また、本実施例はリーン時の空燃比を２２として説明したが、ＬＳ比との組み合わせで自由に設定できる。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、三元触媒を使用して空燃比の制御を適切に行うことで、リーン空燃比設定条件でのＮＯｘを還元浄化することができる。従って、従来三元触媒とＮＯｘ還元触媒の２個の触媒コンバータが必要であったシステムの簡素化，コスト低減等が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す図。
【図２】本発明の一実施例を示す図。
【図３】本発明で使用する触媒の空燃比と触媒浄化性能の関係を示す図。
【図４】本発明で使用する触媒の空燃比とＮＯｘ還元性能を示す図。
【図５】本発明で使用する触媒のＮＯｘ還元性能の時間に対する特性を示す図。
【図６】本発明で使用する触媒のエンジン運転条件中のリーン／ストイキオ比に対する性能の説明の図。
【図７】本発明で使用する触媒の目標浄化率の説明図。
【図８】本発明でのエンジン運転条件に対する空燃比の設定とその領域の説明図。
【図９】本発明の実施例の説明のためのフローチャート。
【図１０】本発明の制御領域の追加説明図。
【符号の説明】
３…空気流量計、５…絞弁ボディ、７…エンジン、１３…燃料噴射弁、２０…三元触媒。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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