内燃发动机的控制系统的制作方法
【专利摘要】提供了一种内燃发动机的控制系统，其能抑制排气净化催化剂的净化性能的下降。该内燃发动机的控制系统设置有排气净化催化剂(20)和下游侧空燃比传感器(41)，执行反馈控制以使得流入排气净化催化剂中的排气的空燃比变成目标空燃比，并执行将所述目标空燃比交替地切换为比理论空燃比稀的稀设定空燃比和比理论空燃比浓的浓设定空燃比的目标空燃比设定控制。在该控制系统中，当发动机运转状态是稳定运转状态时，与发动机运转状态不是稳定运转状态时相比，使浓设定空燃比的浓程度和稀设定空燃比的稀程度中的至少一者增大。
【专利说明】
内燃发动机的控制系统
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种内燃发动机的控制系统。
【背景技术】
[0002]过去，普遍公知一种内燃发动机的控制系统，该控制系统在内燃发动机的排气通路中设置有空燃比传感器并基于该空燃比传感器的输出来控制供给到内燃发动机的燃料量。特别地，作为这种控制系统，已知一种在设置于发动机排气通路中的排气净化催化剂的上游侧设置有空燃比传感器并在其下游侧设置有氧传感器的控制系统(例如，专利文献I至2)0
[0003]特别地，在专利文献I中记载的控制系统中，根据由上游侧空燃比传感器检测出的空燃比来控制供给到内燃发动机的燃料量以使得该空燃比变成目标空燃比。另外，根据由下游侧氧传感器检测出的氧浓度来修正目标空燃比。根据专利文献I，由此，即使上游侧空燃比传感器由于老化而劣化或存在个体差异，流入排气净化催化剂中的排气的空燃比也能与目标值一致。
[0004]引用清单
[0005]专利文献
[0006]专利文献I:日本专利公报N0.232723A
[0007]专利文献2:日本专利公报N0.2004-285948A
[0008]专利文献3:日本专利公报N0.2004-251123A
[0009]专利文献4:日本专利公报Νο.2012-127305Α
【发明内容】
[0010]技术问题
[0011]在这方面，本申请的发明人提出了一种执行与上述专利文献I中记载的控制系统不同的控制的控制系统。在该控制系统中，当由下游侧空燃比传感器检测出的空燃比变成浓判定空燃比(比理论空燃比略稀的空燃比)以下时，目标空燃比被设定为比理论空燃比稀的空燃比(以下称为“稀空燃比”)。另一方面，在目标空燃比被设定为稀空燃比的状态下，当排气净化催化剂的氧储存量变成切换基准储存量以上时，目标空燃比被设定为比理论空燃比浓的空燃比(以下称为“浓空燃比”)。切换基准储存量被设定为比在新产品状态下的最大可储存氧量小的量。
[0012]如果这种控制系统被用于控制，则在排气净化催化剂的氧储存量达到最大可储存氧量之前，目标空燃比从稀空燃比切换为浓空燃比。因此，根据该控制，稀空燃比排气几乎始终不会从排气净化催化剂流出。结果，能抑制NOx从排气净化催化剂流出。
[0013]在这方面，通过重复地储存和放出氧来维持排气净化催化剂的氧储存量。因此，如果排气净化催化剂长时间维持在氧被储存的状态下或长时间维持在氧被放出的状态下，则氧储存能力将下降，并且将招致排气净化催化剂的净化性能的下降。具体地，例如，排气净化催化剂的最大可储存氧量将下降。
[0014]此外，为了维持排气净化催化剂的氧储存能力高，如上所述，有效的是将流入排气净化催化剂中的排气的目标空燃比交替地设定为稀空燃比和浓空燃比以使得排气净化催化剂能储存和放出氧。这里，排气净化催化剂的氧储存能力维持得越高，则目标空燃比为稀空燃比时的稀程度(与理论空燃比之差)和目标空燃比为浓空燃比时的浓程度(与理论空燃比之差)越大。
[0015]另一方面，如果增大目标空燃比的浓程度和稀程度，则当包含未燃气体或NOx等的排气在排气净化催化剂处流出时，排气中包含的未燃气体或NOx等越多。
[0016]鉴于上述问题，本发明的一个目的是提供一种内燃发动机的控制系统，其保持从排气净化催化剂流出的未燃气体或NOx低，同时维持排气净化催化剂的净化性能高。
[0017]问题的解决方案
[0018]为了解决此问题，在本发明的第一方面中，提供了一种内燃发动机的控制系统，所述内燃发动机包括配置在所述内燃发动机的排气通路中并且能储存氧的排气净化催化剂，所述内燃发动机的控制系统执行反馈控制以使得流入所述排气净化催化剂中的排气的空燃比变成目标空燃比，并执行将所述目标空燃比交替地切换为比理论空燃比稀的稀设定空燃比和比理论空燃比浓的浓设定空燃比的目标空燃比设定控制，其中，当发动机运转状态是稳定运转状态时，与发动机运转状态不是稳定运转状态时相比，所述浓设定空燃比的浓程度和所述稀设定空燃比的稀程度中的至少一者增大。
[0019]在本发明的第二方面中，提供了本发明的第一方面，其中，所述内燃发动机包括在排气流动方向上配置在所述排气净化催化剂的下游侧并检测从所述排气净化催化剂流出的排气的空燃比的下游侧空燃比传感器，其中，在所述目标空燃比设定控制中，所述目标空燃比在由所述下游侧空燃比传感器检测出的空燃比变成所述浓判定空燃比以下时被切换为所述稀设定空燃比，而在所述排气净化催化剂的氧储存量变成比最大可储存氧量小的预定的切换基准储存量时被切换为所述浓设定空燃比，并且其中，在所述反馈控制和所述目标空燃比设定控制的执行期间，当基准储存量的增大条件成立时，所述切换基准储存量增大超过此前的量。
[0020]为了解决此问题，在本发明的第三方面中，提供了一种内燃发动机的控制系统，所述内燃发动机包括配置在所述内燃发动机的排气通路中并且能储存氧的排气净化催化剂，和在排气流动方向上配置在所述排气净化催化剂的下游侧并且检测从所述排气净化催化剂流出的排气的空燃比的下游侧空燃比传感器，所述内燃发动机的控制系统执行反馈控制以使得流入所述排气净化催化剂中的排气的空燃比变成目标空燃比，并执行目标空燃比设定控制，所述目标空燃比设定控制在由所述下游侧空燃比传感器检测出的空燃比变成浓判定空燃比以下时将所述目标空燃比切换为比理论空燃比稀的稀设定空燃比，而在所述排气净化催化剂的氧储存量变成比最大可储存氧量小的预定的切换基准储存量以上时将所述目标空燃比切换为比理论空燃比浓的浓设定空燃比，其中在所述反馈控制和所述目标空燃比设定控制的执行期间，当所述基准储存量的增大条件成立时，所述切换基准量增大超过此前的量。
[0021]在本发明的第四方面中，提供了本发明的第二或第三方面，其中，当自从最后执行的燃料切断控制结束时到所述下游侧空燃比传感器的输出空燃比达到所述浓判定空燃比时的期间中的一个时点起累加的累计排气量变成预定的基准累计排气量以上时，所述基准储存量的增大条件成立。
[0022]在本发明的第五方面中，提供了本发明的第二或第三方面，其中，当自从最后执行的燃料切断控制结束时到所述下游侧空燃比传感器的输出空燃比达到理论空燃比时的期间中的一个时点起经过的时间变成预定的经过时间以上时，所述基准储存量的增大条件成立。
[0023]在本发明的第六方面中，提供了本发明的第二或第三方面，其中，当自所述下游侧空燃比传感器的输出空燃比最后达到比理论空燃比稀的稀判定空燃比以上并然后变成比所述稀判定空燃比小时起累加的累计排气量变成预定的基准累计排气量以上时，所述基准储存量的增大条件成立。
[0024]在本发明的第七方面中，提供了本发明的第二或第三方面，其中，当从最后执行的燃料切断控制结束时起到所述下游侧空燃比传感器的输出空燃比达到理论空燃比时累加的累计排气量在预定的基准累计排气量以上并且流入所述排气净化催化剂中的排气的流量在上限流量以下时，所述基准储存量的增大条件成立。
[0025]在本发明的第八方面中，提供了本发明的第二或第三方面，当自从最后执行的燃料切断控制结束时到所述下游侧空燃比传感器的输出空燃比达到理论空燃比时的期间中的一个时点起经过的时间在预定的经过时间以上且流入所述排气净化催化剂中的排气的流量在上限流量以下时，所述基准储存量的增大条件成立。
[0026]本发明的有利效果
[0027]根据本发明，提供了一种内燃发动机的控制系统，其在维持排气净化催化剂的净化性能高的同时保持从排气净化催化剂流出的未燃气体或NOx的量低。
【附图说明】
[0028][图1]图1是示意性地示出使用了本发明的控制装置的内燃发动机的视图。
[0029][图2]图2是示出排气净化催化剂的氧储存量与从排气净化催化剂流出的排气中的NOx的浓度或者HC或CO的浓度之间的关系的视图。
[0030][图3]图3是空燃比传感器的示意性截面图。
[0031][图4]图4是示出在不同的排气空燃比下施加至传感器的电压与输出电流之间的关系的视图。
[0032][图5]图5是示出使供给至传感器的电压恒定时排气空燃比与输出电流之间的关系的视图。
[0033][图6]图6是执行空燃比控制时的目标空燃比等的时间图。
[0034][图7]图7是执行空燃比设定控制时的目标空燃比等的时间图。
[0035][图8]图8是示出目标空燃比设定控制中的控制例程的流程图。
[0036][图9]图9是示出用于设定浓设定空燃比和稀设定空燃比的控制中的控制例程的流程图。
[0037][图10]图10是示出上游侧排气净化催化剂中的氧的储存状态的概念图。
[0038][图11]图11是执行用于改变切换基准储存量的控制时的目标空燃比等的时间图。
[0039][图12]图12是图11的时刻t3附近的目标空燃比等的时间图。
[0040][图13]图13是示出上游侧排气净化催化剂中的氧的储存状态的概念图。
[0041][图14]图14是示出用于改变切换基准值的控制的控制例程的流程图。
[0042][图15]图15是第二实施例中执行用于改变切换基准储存量的控制时的目标空燃比等的与图11相似的时间图。
[0043][图16]图16是示出第二实施例中用于改变切换基准值的控制的控制例程的流程图。
【具体实施方式】
[0044]以下将参照附图详细说明本发明的实施方式。注意，在以下说明中，相似的构成要素被赋予相同的附图标记。
[0045]〈内燃发动机整体的说明〉
[0046]图1是示意性地示出使用了根据本发明的第一实施例的控制系统的内燃发动机的视图。在图1中，I表示发动机机体，2表示气缸体，3表示在气缸体2内往复运动的活塞，4表示紧固在气缸体2上的气缸盖，5表不形成在活塞3与气缸盖4之间的燃烧室，6表不进气门，7表示进气口，8表示排气门，9表示排气口。进气门6开闭进气口 7，而排气门8开闭排气口 9。
[0047]如图1所示，火花塞10配置在气缸盖4的内壁面的中央部，而燃料喷射器11配置在气缸盖4的内壁面的周边部。火花塞10构造成根据点火信号而产生火花。此外，燃料喷射器11根据喷射信号而将预定量的燃料喷射到燃烧室5内。注意，燃料喷射器11也可配置成将燃料喷射到进气口 7中。此外，在本实施例中，使用理论空燃比为14.6的汽油作为燃料。然而，本发明的内燃发动机也可以使用另一种燃料。
[0048]各气缸的进气口7经对应的进气支管13与稳压罐14连接，而稳压罐14经进气管15与空气滤清器16连接。进气口 7、进气支管13、稳压罐14和进气管15构成进气通路。此外，在进气管15内配置有由节气门驱动致动器17驱动的节气门18。节气门18可以由节气门驱动致动器17操作以由此改变进气通路的开口面积。
[0049]另一方面，各气缸的排气口9与排气歧管19连接。排气歧管19具有与排气口 9连接的多个支管和供这些支管集中的集中部。排气歧管19的集中部与收纳上游侧排气净化催化剂20的上游侧外壳21连接。上游侧外壳21经排气管22与收纳下游侧排气净化催化剂24的下游侧外壳23连接。排气口 9、排气歧管19、上游侧外壳21、排气管22和下游侧外壳23形成排气通路。
[0050]电子控制单元(E⑶)31由设置有经双向总线32连接在一起的部件如RAM(随机存取存储器)33、R0M(只读存储器)34、CPU(微处理器)35、输入端口 36和输出端口 37的数字计算机构成。在进气管15中，配置有用于检测流经进气管15的空气的流量的空气流量计39。该空气流量计39的输出经对应的AD变换器38输入到输入端口 36。此外，在排气歧管19的集中部处，配置有检测流经排气歧管19内的排气(S卩，流入上游侧排气净化催化剂20中的排气)的空燃比的上游侧空燃比传感器40。另外，在排气管22中，配置有检测流经排气管22内的排气(即，从上游侧排气净化催化剂20流出并流入下游侧排气净化催化剂24中的排气)的空燃比的下游侧空燃比传感器41。这些空燃比传感器40和41的输出也经对应的AD变换器38输入到输入端口 36。注意，稍后将说明这些空燃比传感器40和41的构型。
[0051 ]此外，加速器踏板42与产生与加速器踏板42的踏压量成比例的输出电压的负荷传感器43连接。负荷传感器43的输出电压经对应的AD变换器38输入到输入端口 36。曲柄角传感器44例如每当曲轴旋转15度时产生输出脉冲。该输出脉冲输入到输入端口 36。CPU 35由该曲柄角传感器44的输出脉冲计算发动机转速。另一方面，输出端口 37经对应的驱动电路45与火花塞10、燃料喷射器11和节气门驱动致动器17连接。注意，ECU 31用作用于控制内燃发动机的控制系统。
[0052]注意，根据本实施例的内燃发动机是以汽油为燃料的非增压式内燃发动机，但根据本发明的内燃发动机不限于上述构型。例如，根据本发明的内燃发动机可以具有与上述内燃发动机不同的气缸数量、气缸排列、燃料喷射方式、进排气系统的构型、气门机构的构型、增压器的有无和/或增压方式等。
[0053]〈排气净化催化剂的说明〉
[0054]上游侧排气净化催化剂20和下游侧排气净化催化剂24具有相似的构型。排气净化催化剂20和24是具有氧储存能力的三元催化剂。具体地，排气净化催化剂20和24形成为使得在由陶瓷构成的基材上载置有具有催化作用的贵金属(例如，铂(Pt))和具有氧储存能力的物质(例如，二氧化铈(CeO2))。排气净化催化剂20和24发挥在达到预定的活化温度时同时除去未燃气体(HC、C0等)和氮氧化物(NOx)的催化作用并且还发挥氧储存能力。
[0055]根据排气净化催化剂20和24的氧储存能力，排气净化催化剂20和24在流入排气净化催化剂20和24中的排气的空燃比比理论空燃比稀(稀空燃比)时储存排气中的氧。另一方面，排气净化催化剂20和24在流入的排气比理论空燃比浓(浓空燃比)时放出储存在排气净化催化剂20和24中的氧。
[0056]排气净化催化剂20和24具有催化作用和氧储存能力并由此具有根据氧储存量来净化NOx和未燃气体的作用。即，如图2A中的实线所示，在流入排气净化催化剂20和24中的排气的空燃比是稀空燃比的情况下，当氧储存量小时，排气净化催化剂20和24将氧储存在排气中。此外，与此同时，排气中的NOx被还原并净化。另一方面，如果氧储存量变大超过接近最大可储存氧量Cmax(图中，Cuplim)的一定储存量，则从排气净化催化剂20和24流出的排气的氧和NOx的浓度上升。
[0057]另一方面，如图2B中的实线所示，在流入排气净化催化剂20和24中的排气的空燃比是浓空燃比的情况下，当氧储存量大时，储存在排气净化催化剂20和24中的氧放出，并且排气中的未燃气体被氧化并净化。另一方面，如果氧储存量变小，则在接近零的特定储存量(图中的Cdwml im)下，从排气净化催化剂20和24流出的排气的未燃气体的浓度迅速上升。
[0058]以上述方式，根据用于本实施例中的排气净化催化剂20和24，排气中的NOx和未燃气体的净化特性根据流入排气净化催化剂20和24中的排气的空燃比和氧储存量而改变。注意，如果具有催化作用和氧储存能力，则排气净化催化剂20和24也可以是不同于三元催化剂的催化剂。
[0059]〈空燃比传感器的构型〉
[0060]接下来将参照图3说明本实施例中的空燃比传感器40和41的构型。图3是空燃比传感器40和41的示意性截面图。如从图3将理解的，本实施例中的空燃比传感器40和41都是具有包括固体电解质层和一对电极的单个元件的单元件型空燃比传感器。注意，在本实施例中，使用具有相同构型的空燃比传感器作为两个空燃比传感器40和41。
[0061 ]如图3所示，各空燃比传感器40和41包括固体电解质层51、配置在固体电解质层51的一个侧面上的排气侧电极52、配置在固体电解质层51的另一侧面上的大气侧电极53、对通过的排气的扩散进行调节的扩散调节层54、用于保护扩散调节层54的保护层55、和用于加热空燃比传感器40或41的加热器部56。
[0062]在固体电解质层51的一个侧面上，设置有扩散调节层54。在扩散调节层54的位于固体电解质层51侧的侧面的相反侧的侧面上，设置有保护层55 ο在本实施例中，在固体电解质层51与扩散调节层54之间形成有被测气室57。排气侧电极52配置在被测气室57内，并且排气经扩散调节层54导入被测气室57内。在固体电解质层51的另一侧面上，设置有具有加热器59的加热器部56。在固体电解质层51与加热器部56之间，设置有基准气室58。基准气体(例如，大气)被导入该基准气室58内。大气侧电极53配置在基准气室58内。
[0063]固体电解质层51由Ca0、Mg0、Y203、Yb203等作为稳定剂混入其中的Zr02(氧化锆)、Hf02、Th02、Bi203或其它氧离子传导性氧化物的烧结体形成。此外，扩散调节层54由氧化铝、氧化镁、二氧化硅、尖晶石、莫来石或另一种耐热无机物质的多孔质烧结体形成。此外，排气侧电极52和大气侧电极53由具有高催化活性的铂或其它贵金属形成。
[0064]此外，在排气侧电极52与大气侧电极53之间，传感器电压Vr由搭载在ECU31上的电压供给装置60施加。此外，ECU 31设置有在电压施加装置60施加传感器电压Vr时检测在这些电极52和53之间流经固体电解质层51的电流的电流检测装置61。由该电流检测装置61检测的电流是空燃比传感器40和41的输出电流。
[0065]这样构成的空燃比传感器40和41具有例如图4所示的电压-电流(V-1)特性。如从图4将理解的，在本实施例的空燃比传感器40和41中，输出电流I越大，排气空燃比越高(越稀)。此外，在各排气空燃比的线V-1处，存在与V轴平行的区域，也就是即使传感器电压变化输出电流也根本不发生很大变化的区域。该电压区域称为“极限电流区域”。此时的电流称为“极限电流”。在图3中，排气空燃比为18时的极限电流区域和极限电流用W18和I18表示。
[0066]图5是示出在使供给电压恒定在约0.45V时排气空燃比与输出电流I之间的关系的视图。如从图5将理解的，在空燃比传感器40和41中，输出电流关于排气空燃比线性地改变，排气空燃比越高(即，越稀)则来自空燃比传感器40和41的输出电流I越大。此外，空燃比传感器40和41构造成使得输出电流I在排气空燃比为理论空燃比时变成零。此外，当排气空燃比以一定程度以上变大时或当它以一定程度以上变小时，输出电流的变化与排气空燃比的变化的比率变小。
[0067]注意，在以上示例中，使用图3所示的结构的极限电流型空燃比传感器作为空燃比传感器40和41。然而，作为空燃比传感器40、41，例如，也可以使用杯式极限电流型空燃比传感器或其它结构的极限电流型空燃比传感器，或者并非极限电流型的空燃比传感器或任何其它空燃比传感器，只要输出电流关于排气空燃比线性地改变即可。此外，空燃比传感器40和41可以具有彼此不同的结构。
[0068]〈基本空燃比控制〉
[0069]接下来将说明本发明的内燃发动机的控制装置中的基本空燃比控制的概要。在本实施例中的空燃比控制中，基于上游侧空燃比传感器40的输出空燃比来执行反馈控制以使得上游侧空燃比传感器40的输出空燃比(对应于流入上游侧排气净化催化剂20中的排气的空燃比)变成对应于目标空燃比的值。注意，“输出空燃比”指对应于空燃比传感器的输出值的空燃比。
[0070]另一方面，在本实施例的空燃比控制中，基于下游侧空燃比传感器41的输出空燃比等来执行用于设定目标空燃比的目标空燃比设定控制。在目标空燃比设定控制中，当下游侧空燃比传感器41的输出空燃比变成浓空燃比时，使目标空燃比成为稀设定空燃比。此后，目标空燃比被维持在该空燃比。注意，稀设定空燃比是比理论空燃比(控制中心的空燃比)稀一定程度的预定空燃比。例如，使其为14.65至20、优选14.68至18、更优选约14.7至16左右。另外，可以将稀设定空燃比表达为通过将控制中心的空燃比(在本实施例中，理论空燃比)加上稀修正量而获得的空燃比。
[0071 ]如果目标空燃比变更为稀设定空燃比，则流入上游侧排气净化催化剂20中的排气的氧过量/不足累计地增加。“氧过量/不足”指当试图使流入上游侧排气净化催化剂20的排气的空燃比成为理论空燃比时变得过量的氧的量或变得不足的氧的量(过剩的未燃气体等的量)。特别地，当目标空燃比为稀设定空燃比时，流入上游侧排气净化催化剂20中的排气变成氧过量。该过量氧储存在上游侧排气净化催化剂20中。因此，可以说氧过量/不足的累计值(下文也称为“累计氧过量/不足”)表达了上游侧排气净化催化剂20的氧储存量0SA。
[0072]注意，基于上游侧空燃比传感器40的输出空燃比和基于空气流量计39等计算出的燃烧室5内的进气量的推定值或燃料喷射器11的燃料供给量等来计算氧过量/不足。具体地，例如，通过下式(I)来计算氧过量/FMOED:
[0073]ODE = 0.23.Qi/(AFup-14.6)---(1)
[0074]其中0.23表示空气中的氧的浓度，Qi表示燃料喷射量，且AFup表示与上游侧空燃比传感器40的输出电流Irup对应的空燃比。
[0075]如果这样计算出的氧过量/不足变成预定的切换基准值(对应于预定的切换基准储存量Cref)以上，则使此时已成为稀设定空燃比的目标空燃比变成浓设定空燃比，然后维持在该空燃比。浓设定空燃比是比理论空燃比(控制中心的空燃比)浓一定程度的预定空燃比。例如，其为12至14.58、优选13至14.57、更优选14至14.55左右。另外，可以将浓设定空燃比表达为通过将控制中心的空燃比(在本实施例中，理论空燃比)减去浓修正量而获得的空燃比。注意，浓设定空燃比与理论空燃比之差(浓程度)在稀设定空燃比与理论空燃比之差(稀程度)以下。此后，当下游侧空燃比传感器41的输出空燃比再次变成浓判定空燃比以下时，使目标空燃比再次成为稀设定空燃比。此后，重复类似的操作。
[0076]这样，在本实施例中，流入上游侧排气净化催化剂20中的排气的目标空燃比被交替地设定为稀设定空燃比和浓设定空燃比。特别地，在本实施例中，稀设定空燃比与理论空燃比之差在浓设定空燃比与理论空燃比之差以上。因此，在本实施例中，目标空燃比被交替地设定为短时间稀设定空燃比和长时间浓设定空燃比。
[0077]然而，即使执行上述控制，上游侧排气净化催化剂20的实际氧储存量可能在累计氧过量/不足达到切换基准值之前达到最大可储存氧量。其原因可能在于，上游侧排气净化催化剂20的最大可储存氧量下降，或流入上游侧排气净化催化剂20中的排气的空燃比随时间变化。如果氧储存量因此达到最大可储存氧量，则稀空燃比的排气从上游侧排气净化催化剂20流出。因此，在本实施例中，当下游侧空燃比传感器41的输出空燃比变成稀空燃比时，将目标空燃比切换为浓设定空燃比。特别地，在本实施例中，当下游侧空燃比传感器41的输出空燃比变成比理论空燃比略稀的稀判定空燃比时，判定为下游侧空燃比传感器41的输出空燃比变成稀空燃比。
[0078]〈利用时间图对空燃比控制的说明>
[0079]参照图6，将详细说明如上所述的操作。图6是执行本实施例的空燃比控制时的目标空燃比AFT、上游侧空燃比传感器40的输出空燃比AFup、上游侧排气净化催化剂20的氧储存量0SA、累计氧过量/不足ΣΟΕ?、下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn和从上游侧排气净化催化剂20流出的排气中的NOx的浓度的时间图。
[0080]在图示的示例中，在时刻。之前的状态下，目标空燃比AFT被设定为浓设定空燃比AFTr。与此同时，上游侧空燃比传感器40的输出空燃比变成浓空燃比。流入上游侧排气净化催化剂20中的排气中包含的未燃气体由上游侧排气净化催化剂20净化，并且与此同时，上游侧排气净化催化剂20的氧储存量OSA逐渐减少。因此，累计氧过量/不足Σ OED也逐渐减少。从上游侧排气净化催化剂20流出的排气中由于上游侧排气净化催化剂20处的净化而不包含未燃气体，且因此下游侧空燃比传感器41的输出空燃比基本上变成理论空燃比。此外，由于流入上游侧排气净化催化剂20中的排气的空燃比变成浓空燃比，所以从上游侧排气净化催化剂20排出的NOx的量变成大致为零。
[0081 ]如果上游侧排气净化催化剂20的氧储存量OSA逐渐减少，则氧储存量OSA在时刻接近零。与此同时，流入上游侧排气净化催化剂20中的未燃气体的一部分开始在未由上游侧排气净化催化剂20净化的情况下流出。由此，从时刻^开始，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn逐渐下降。结果，在时刻t2，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn达到浓判定空燃比AFrich。
[0082]在本实施例中，当下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn变成浓判定空燃比AFrich以下时，为了增大氧储存量0SA，将目标空燃比AFT切换为稀设定空燃比AFTl。此外，此时，累计氧过量/不足Σ OED被重置为零。
[0083]当目标空燃比AFT在时刻t2切换为稀设定空燃比AFTl时，流入上游侧排气净化催化剂20中的排气的空燃比从浓空燃比变成稀空燃比。此外，与此同时，上游侧空燃比传感器40的输出空燃比AFup变成稀空燃比(实际上，从目标空燃比切换到流入上游侧排气净化催化剂20中的排气的空燃比改变存在延迟，但在图示的示例中，为了方便认为该变化是同时的)。如果在时刻t2流入上游侧排气净化催化剂20中的排气的空燃比变成稀空燃比，则上游侧排气净化催化剂20的氧储存量OSA增大。此外，与此同时，累计氧过量/不足Σ OED也逐渐增大。
[0084]由此，从上游侧排气净化催化剂20流出的排气的空燃比向理论空燃比变化，并且下游侧空燃比传感器41的输出空燃比向理论空燃比收敛。此时，流入上游侧排气净化催化剂20中的排气的空燃比成为稀空燃比，但上游侧排气净化催化剂20的氧储存能力存在充分余地，且因此流入的排气中的氧储存在上游侧排气净化催化剂20中并且NOx被还原并净化。因此，来自上游侧排气净化催化剂20的NOx的排气量大致为零。
[0085]此后，如果上游侧排气净化催化剂20的氧储存量OSA增大，则在时刻t3，上游侧排气净化催化剂20的氧储存量OSA达到切换基准储存量Cref。由此，累计氧过量/不足Σ OED达到与切换基准储存量Cref对应的切换基准值OEDref。在本实施例中，如果累计氧过量/不足Σ OED变成切换基准值OEDref以上，则上游侧排气净化催化剂20中的氧的储存由于将目标空燃比AFT切换为浓设定空燃比AFTr而中止。此外，此时，累计氧过量/不足Σ OED被重置为零。
[0086]这里，在图6所示的示例中，氧储存量OSA在目标空燃比在时刻t3被切换的同时下降，但实际上，从目标空燃比被切换到氧储存量OSA下降存在延迟。此外，例如，在发动机负荷由于设置有内燃发动机的车辆加速而变高且因而进气量瞬时显著偏移的情况下，流入上游侧排气净化催化剂20中的排气的空燃比有时非故意地显著偏移。与此相反，当上游排气净化催化剂20是新的时，切换基准储存量Cref被设定为充分低于最大可储存氧量Cmax。因此，即使发生这种延迟，或即使空燃比从目标空燃比有意地并瞬时地偏移，氧储存量OSA也基本上不会达到最大可储存氧量Cmax。相反地，切换基准储存量Cref被设定为足够小的量，使得即使发生延迟或空燃比的非故意偏移，氧储存量OSA也不会达到最大可储存氧量Cmax。例如，切换基准储存量Cref在上游侧排气净化催化剂20是新的时在最大可储存氧量Cmax的3/4以下，优选地I /2以下，更优选地I /5以下。
[0087]如果目标空燃比AFT在时刻t3切换为浓设定空燃比AFTr，则流入上游侧排气净化催化剂20中的排气的空燃比从稀空燃比变成浓空燃比。与此同时，上游侧空燃比传感器40的输出空燃比AFup变成浓空燃比(实际上，从目标空燃比切换到流入上游侧排气净化催化剂20中的排气的空燃比改变存在延迟，但在图示的示例中，为了方便认为该变化是同时的)。流入上游侧排气净化催化剂20中的排气包含未燃气体，且因此上游侧排气净化催化剂20的氧储存量OSA逐渐减少。在时刻t4，以与时刻t相同的方式，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn开始下降。此时，同样，流入上游侧排气净化催化剂20中的排气的空燃比是浓空燃比，且因此从上游侧排气净化催化剂20排出的NOx的量大致为零。
[0088]接下来，在时刻化，以与时刻t2相同的方式，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn达到浓判定空燃比AFrich。由此，目标空燃比AFT被切换为稀设定空燃比AFTl。此后，重复上述时刻。至〖5的循环。
[0089]如从以上说明将理解的，根据本实施例，可以恒定地抑制从上游侧排气净化催化剂20排出的NOx的量。即，只要执行上述控制，来自上游侧排气净化催化剂20的NOx的排气量就会基本上为零。此外，由于用于计算累计氧过量/不足SOED的累计期间短，与该累计期间长的情况相比，发生误差的可能性低。因此，抑制了NOx由于累计氧过量/不足XOED的计算误差而从上游侧排气净化催化剂20排出。
[0090]此外，一般而言，如果排气净化催化剂的氧储存量维持恒定，则排气净化催化剂的氧储存能力下降。即，有必要改变排气净化催化剂的氧储存量以维持排气净化催化剂的氧储存能力高。与此相反，根据本实施例，如图6所示，上游侧排气净化催化剂20的氧储存量OSA恒定地上下变动，且因此抑制了氧储存能力在一定程度上下降。
[0091]注意，在上述实施例中，目标空燃比AFT在时刻丨2至丨3维持为稀设定空燃比AFTl13S而，在此期间中，目标空燃比AFT不必维持恒定，并且能被设定成是可变的，例如逐渐减小。或者，在从时刻t2至时刻t3的期间中，目标空燃比可暂时被设定为浓空燃比。
[0092]类似地，在上述实施例中，目标空燃比AFT在时刻^至化维持为浓设定空燃比AFTr。然而，在此期间中，目标空燃比AFT不必维持恒定，并且能被设定成可变的，例如逐渐增大。或者，在从时刻t3至时刻七的期间中，目标空燃比可暂时被设定为稀空燃比。
[0093]然而，即使在这种情况下，时刻^至^中的目标空燃比被设定为使得此期间中的目标空燃比的平均值与理论空燃比之差大于时刻t3至化中的目标空燃比的平均值与理论空燃比之差。
[0094]注意，在本实施例中，目标空燃比的设定由ECU31执行。因此，可以说当由下游侧空燃比传感器41检测出的排气的空燃比变成浓判定空燃比以下时，E⑶31连续地或间歇地使流入上游侧排气净化催化剂20中的排气的目标空燃比成为稀空燃比，直至上游侧排气净化催化剂20的氧储存量OSA变成切换基准储存量Cref，而当上游侧排气净化催化剂20的氧储存量OSA变成切换基准储存量Cref以上时，ECU 31连续地或间歇地使目标空燃比成为浓空燃比，直至由下游侧空燃比传感器41检测出的排气的空燃比在氧储存量OSA未达到最大可储存氧量Cmaxn的情况下变成浓判定空燃比以下。
[0095]更简单而言，在本实施例中，可以说ECU31在由下游侧空燃比传感器41检测出的空燃比变成浓判定空燃比以下时将目标空燃比切换为稀空燃比并且在上游侧排气净化催化剂20的氧储存量OSA变成切换基准储存量Cref以上时将目标空燃比切换为浓空燃比。
[0096]此外，在上述实施例中，基于上游空燃比传感器40的输出空燃比AFup和到达燃烧室6的进气量的推定值等来计算累计氧过量/不足ΣΟΕ?。然而，氧储存量OSA也可基于这些参数以外的参数来计算，并且可基于与这些参数不同的参数来推定。
[0097]〈空燃比控制中的问题1>
[0098]在这方面，在上述空燃比控制中，目标空燃比在浓设定空燃比与稀设定空燃比之间被交替地切换。此外，浓设定空燃比的浓度差(与理论空燃比之差)保持比较小。这是为了在装设该内燃发动机的车辆的快速加速等引起流入上游侧排气净化催化剂20中的排气的空燃比被暂时扰乱时，或者在上游侧排气净化催化剂20的氧储存量OSA变成大致为零且因此浓空燃比排气从上游侧排气净化催化剂20流出时，保持排气中的未燃气体的浓度尽可能低。
[0099]类似地，稀设定空燃比的稀程度(与理论空燃比之差)也保持比较小。这是为了在装设该内燃发动机的车辆的快速加速减速等引起流入上游侧排气净化催化剂20中的排气的空燃比被暂时扰乱时，或者在其它原因致使上游侧排气净化催化剂20的氧储存量OSA达到最大可储存氧量Cmax且因此稀空燃比排气从上游侧排气净化催化剂20流出时，保持排气中的NOx的浓度尽可能低。
[0100]另一方面，排气净化催化剂的氧储存量根据流入排气净化催化剂中的排气的空燃比的浓程度和稀程度而改变。具体地，流入排气净化催化剂中的排气的空燃比的大的浓程度和稀程度使得排气净化催化剂的氧储存量能保持高。然而，如上所述，从自上游侧排气净化催化剂20流出的排气中的未燃气体的浓度或NOx的浓度的观点看，浓设定空燃比的浓程度和稀设定空燃比的稀程度保持比较小。因此，如果执行这种控制，则不可能维持上游侧排气净化催化剂20的氧储存量足够高。
[0101]这里，流入上游侧排气净化催化剂20中的排气在发动机运转状态不是稳定运转状态时变成暂时被扰乱(外部扰乱)。相比而言，当发动机运转状态变成稳定运转状态时，不易发生外部扰乱。因此，当发动机运转状态是稳定运转状态时，即使增大浓设定空燃比的浓程度或稀设定空燃比的稀程度，NOx或未燃气体从上游侧排气净化催化剂20流出的可能性也很小。此外，即使NOx或未燃气体从上游侧排气净化催化剂20流出，量也会保持低。注意，“当发动机运转状态是稳定运转状态时”是当例如内燃发动机的发动机负荷的单位时间变化量在预定变化量以下时或当内燃发动机的进气量的单位时间变化量在预定变化量以下时。
[0102]〈浓设定空燃比和稀设定空燃比设定控制〉
[0103]因此，在本实施例中，当发动机运转状态是稳定运转状态时，与发动机运转状态不是稳定运转状态时相比，将目标空燃比设定为浓空燃比时的浓程度和将目标空燃比设定为稀空燃比时的稀程度被设定为较大。
[0104]图7是执行浓设定空燃比和稀设定空燃比设定控制时的目标空燃比等的与图6相似的时间图。在图7所示的示例中，在时刻〖5之前，执行与图6所示的情形相似的控制。因此，当在时刻tjPt3时下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn变成浓判定空燃比AFrich以下时，目标空燃比AFT被切换为比理论空燃比略稀的稀设定空燃比AFTl1 (以下称为“通常稀设定空燃比”)。另一方面，当在时刻t#Pt4上游侧排气净化催化剂20的氧储存量OSA变成通常切换基准储存量Cref1以上时，具体而言当累计氧过量/不足变成通常切换基准量OEDref1以上时，目标空燃比AFT被切换为浓设定空燃比AFTr1 (以下称为“通常浓判定空燃比”)。注意，在时刻t5之前，发动机运转状态不是稳定运转状态。因此，在发动机运转状态变成稳定运转状态时被设定为ON的稳定标记被设定为OFF。
[0105]另一方面，如果在时刻t5发动机运转状态变成稳定运转状态且因此稳定标记被设定为0N，则目标空燃比AFT改变为低于通常浓设定空燃比AFTr1(浓程度较大)的增大的浓设定空燃比AFTr2。因此，从时刻丨5开始，上游侧排气净化催化剂20的氧储存量OSA的减少速度变快。
[0106]此后，如果在时刻U下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn变成在浓判定空燃比AFrich以下，则目标空燃比AFT被切换为高于通常稀设定空燃比(稀程度较大)的增大的稀设定空燃比AFTl2。因此，上游侧排气净化催化剂20的氧储存量OSA的增加速度自时刻t6开始变成比在时刻tl至t2、t3至t4的增加速度快。
[0107]当在时刻t7上游侧排气净化催化剂20的氧储存量OSA变成切换基准储存量Cref以上时，具体地，当累计氧过量/不足变成切换基准值OEDref以上时，目标空燃比AFT被切换为增大的浓设定空燃比AFTr2。此后，只要发动机运转状态是稳定运转状态，就重复地执行相似的控制。另一方面，如果此后发动机运转状态从稳定运转状态切换为过渡运转状态(即，不是稳定运转状态的运转状态)，则浓设定空燃比从增大的浓设定空燃比AFTr2被切换为通常浓设定空燃比AFTn。另外，稀设定空燃比AFTl也从增大的稀设定空燃比AFTl2变成通常稀设定空燃比AFTlu
[0108]根据本实施例，当发动机运转状态是稳定运转状态时，浓设定空燃比的浓程度和稀设定空燃比的稀程度被设定为较大。因此，能保持NOx或未燃气体从上游侧排气净化催化剂20的流出尽可能小，同时能维持上游侧排气净化催化剂20的氧储存量较高。
[0109]注意，在上述实施例中，当发动机运转状态是稳定运转状态时，浓设定空燃比的浓程度和稀设定空燃比的稀程度被设定为较大。然而，不一定需要将浓程度和稀程度两者都设定为较大。也可以增大浓设定空燃比的浓程度和稀空燃比的稀程度中的仅一者。这种情况下，从尽可能减少从上游侧排气净化催化剂20流出的NOx的观点看，优选而言不增大稀空燃比的稀程度并且仅增大浓设定空燃比的浓程度。
[0110]〈流程图〉
[0111]图8是示出目标空燃比设定控制中的控制例程的流程图。图示的控制例程通过每隔一定时间间隔的中断来执行。
[0112]如图8所示，首先，在步骤S11，判定设定目标空燃比AFT的条件是否成立。作为设定目标空燃比AFT的条件成立的情形，可以提及普通控制中的发动机运转，例如，未处于燃料切断控制等中的发动机运转。当在步骤Sll判定为设定目标空燃比的条件成立时，该例程转入步骤S12。在步骤S12，基于上游侧空燃比传感器40的输出电流Irup和燃料喷射量Qi来计算累计氧过量/不足SOED。
[0113]接下来，在步骤S13，判定稀设定标记Fl是否被设定为O。稀设定标记Fl是在目标空燃比AFT被设定为稀设定空燃比AFTl时被设定为I而在其它时间被设定为O的标记。当在步骤S13判定为稀设定标记Fl被设定为O时，该例程进行至步骤S14。在步骤S14，判定下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn是否在浓判定空燃比AFrich以下。当判定下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn大于浓判定空燃比AFrich时，该控制例程结束。
[0114]另一方面，如果上游侧排气净化催化剂20的氧储存量OSA减少并且从上游侧排气净化催化剂20流出的排气的空燃比下降，则在下一个控制例程，在步骤S14判定为下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn在浓判定空燃比AFrich以下。这种情况下，该例程进行至步骤S15，其中将目标空燃比AFT设定为稀设定空燃比AFTl。接下来，在步骤S16，将稀设定标记Fl设定为I并且结束该控制例程。
[0115]在下一个控制例程，在步骤S13，判定为稀设定标记Fl尚未被设定为O并且该例程转入步骤S17。在步骤S17，判定在步骤S12计算出的累计氧过量/不足Σ OED是否小于判定基准值OEDref。当判定为累计氧过量/不足Σ OED小于判定基准值OEDref时，该例程转入步骤S18。在步骤S18，判定下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn是否在稀判定空燃比AFlean以上，即，氧储存量OSA是否已达到最大可储存氧量Cmax附近。当在步骤S18判定为输出空燃比AFdwn小于稀判定空燃比AFlean时，该例程转入步骤S19。在步骤S19，继续将目标空燃比AFT设定为稀设定空燃比AFTl。
[0116]另一方面，如果上游侧排气净化催化剂20的氧储存量增加，则最终在步骤S17判定为累计氧过量/不足Σ OED在判定基准值OEDref以上且该例程转入步骤S20。或者，当氧储存量OSA达到最大可储存氧量Cmax附近时，则在步骤S18判定为下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn是在稀判定空燃比AFlean以上，并且该例程转入步骤S20。在步骤S20，将目标空燃比AFT设定为浓设定空燃比AFTr，然后，在步骤S21，将稀设定标记Fl重置为O并且结束该控制例程。
[0117]图9是示出用于设定浓设定空燃比和稀设定空燃比的控制中的控制例程的流程图。图示的控制例程通过每隔一定时间间隔的中断来执行。
[0118]首先，在步骤S31，判定发动机运转状态是否为稳定运转状态。具体地，例如，当通过负荷传感器43检测出的内燃发动机的发动机负荷的单位时间变化量在预定变化量以下时，或当通过空气流量计39检测出的内燃发动机的进气量的单位时间变化量在预定变化量以下时，判定为发动机运转状态为稳定运转状态，而在其它时间则判定为发动机运转状态为过渡运转状态(不是稳定运转状态)。
[0119]当在步骤S31判定为发动机运转状态不是稳定运转状态时，该例程转入步骤S32。在步骤S32，将浓设定空燃比AFTr设定为通常浓设定空燃比AFTr1。因此，在图8所示的流程图的步骤S20，目标空燃比被设定为通常浓设定空燃比AFTr1。接下来，在步骤S33，稀设定空燃比AFTl被设定为通常稀设定空燃比AFTl1。因此，在图8所示的流程图的步骤S15和S19，目标空燃比被设定为通常稀设定空燃比AFTlu
[0120]另一方面，当在步骤S31判定为发动机运转状态是稳定运转状态时，该例程转入步骤S34。在步骤S34，浓设定空燃比AFTr被设定为增大的浓设定空燃比AFTr2。因此，在图8所示的流程图的步骤S20，目标空燃比被设定为增大的浓设定空燃比AFTr2。接下来，在步骤S35，稀设定空燃比AFTl被设定为增大的稀设定空燃比AFT12。因此，在图8所示的流程图的步骤S15和S19，目标空燃比被设定为增大的稀设定空燃比AFT12。
[0121]〈第二实施例〉
[0122]接下来，参照图10和图14，将说明根据本发明的第二实施例的控制系统。第二实施例的控制系统中的构型和控制与第一实施例的控制系统的构型和控制基本上相似。然而，在第二实施例中，不改变浓设定空燃比和稀设定空燃比，而是改变切换基准储存量。
[0123]〈空燃比控制中的问题2>
[0124]在这方面，在上述空燃比控制中，当上游侧排气净化催化剂20的氧储存量OSA达到切换基准储存量Cref时，目标空燃比AFT从稀设定空燃比AFTl切换为浓设定空燃比AFTr。因此，在上游侧排气净化催化剂20的上游侧部分，氧被反复地储存和放出，但在下游侧部分，几乎不储存和放出氧。将参照图10说明这一点。
[0125]图10是示出上游侧排气净化催化剂20中的氧储存状态的概念图。在图中所示的上游侧排气净化催化剂20中，阴影线部分示出储存氧的区域(S卩，稀气氛区域)，而非阴影线部分示出未储存氧的区域(即，浓气氛区域)。
[0126]首先，当目标空燃比AFT被设定为稀设定空燃比AFTl时，如图10(A)所示，排气中包含的氧被储存在上游侧排气净化催化剂20中。此时，排气中的氧从上游侧排气净化催化剂20的上游侧依次被储存。图10(B)示出上游侧排气净化催化剂20的氧储存量OSA变成切换基准储存量Cref (在图示的示例中，新催化剂时的最大可储存氧量Cmax的约1/3)时上游侧排气净化催化剂20的状态。此时，如从图10(B)将理解的，上游侧排气净化催化剂20仅在上游侧部分储存氧。
[0127]此后，如果目标空燃比AFT被切换为浓设定空燃比AFTr，如图10(C)所示，为了使排气中包含的未燃气体氧化，储存在上游侧排气净化催化剂20中的氧逐渐放出。此时，氧依次从上游侧排气净化催化剂20的上游侧放出。此后，如果在将目标空燃比AFT切换为浓设定空燃比AFTr之后一定程度的时间经过，则如图10(D)所示，上游侧排气净化催化剂20的氧储存量OSA变成大致为零并且目标空燃比AFT再次切换为稀设定空燃比AFTl。
[0128]如从图10(A)至10(D)将理解的，在执行上述空燃比控制的情况下，基本上氧仅在上游侧排气净化催化剂20的上游侧部分(图10(B)中以“储存和放出”示出的部分)储存和放出。因此，在上游侧排气净化催化剂20的下游侧部分(图10(B)中以“无储存和放出”示出的部分)，氧未被储存和放出。
[0129]这里，如上所述，如果排气净化催化剂的氧储存量维持恒定，则排气净化催化剂的氧储存能力将下降。换言之，通过重复地储存和放出氧来维持排气净化催化剂的氧储存能力。当执行上述空燃比控制时，氧在上游侧排气净化催化剂20的上游侧部分反复地被储存和放出，且因此上游侧排气净化催化剂20的氧储存能力维持高。然而，在上游侧排气净化催化剂20的下游侧部分氧几乎不会被储存和放出。因此，氧储存能力在上游侧排气净化催化剂20的下游侧部分下降，并且结果引起上游侧排气净化催化剂20的净化性能的下降。
[0130]在这方面，一般而言，在装设在车辆中的内燃发动机中，在车辆减速时执行在内燃发动机的运转期间停止向燃烧室5的燃料供给的燃料切断控制。在这种燃料切断控制中，不供给燃料，且因此大气气体一一即包含大量氧的气体一一从燃烧室5流出。结果，大气气体被导入上游侧排气净化催化剂20中，并且如图1O(E)所示，上游侧排气净化催化剂20总体上储存氧。另一方面，在燃料切断控制结束之后，目标空燃比AFT被设定为浓设定空燃比AFTr(或比其浓的空燃比)，直至下游侧空燃比传感器41的输出空燃比达到浓判定空燃比AFr i ch。因此，如图1O (D)所示，上游侧排气净化催化剂20的氧储存量OSA变成大致为零。
[0131]因此，如果以一定间隔执行燃料切断控制，则氧不仅在上游侧排气净化催化剂20的上游侧部分而且在其下游侧部分被储存和放出。因此，在上游侧排气净化催化剂20的下游侧部分，同样能维持氧储存能力高。然而，燃料切断控制根据装设了内燃发动机的车辆的运转状态而执行，且因此难以控制燃料切断控制的执行时点。因此，根据车辆的运转状态，有时燃料切断控制长时间未执行。这种情况下，连续执行上述空燃比控制，且因此在上游侧排气净化催化剂20的下游侧部分引起氧储存能力的下降。
[0132]〈用于改变切换基准储存量的控制〉
[0133]因此，在本实施例中，为了在上述空燃比控制的执行期间维持上游侧排气净化催化剂20的净化性能，切换基准储存量Cref增大超过此前的量。然而，增大的切换基准储存量也被设定为比在新催化剂时的最大可储存氧量Cmax小的量。
[0134]特别地，在本实施例中，从下游侧空燃比传感器41的输出空燃比最后由于燃料切换控制等而变成稀判定空燃比AFlean以上且然后变成小于稀判定空燃比AFlean时起，计算流入上游侧排气净化催化剂20中的排气的流量的累计值(以下称为“累计排气量”)。此外，如果这样计算出的累计排气量达到预定上限累计量，则增大切换基准储存量Cref。
[0135]注意，在本实施例中，基于空气流量计39的输出来计算流入上游侧排气净化催化剂20中的排气的流量。然而，也可以基于不同于空气流量计39的输出的另一参数来计算排气的流量。或者，也可以使用通过空气流量计39检测出的流量作为排气的流量。此外，通过将这样计算出的流入上游侧排气净化催化剂20中的排气的流量累加来计算流向上游侧排气净化催化剂20的排气的累计流量。
[0136]图11是执行用于改变切换基准储存量的控制时的目标空燃比等的时间图。此外，图12是图11的时刻t3附近的目标空燃比等的时间图。在图11所示的示例中，当FC标记为ON时，执行燃料切断控制，而当FC标记为OFF时，执行上述空燃比控制。
[0137]在图11所示的示例中，在时刻^之前，执行上述空燃比控制。因此，执行控制以使得当下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn变成浓判定空燃比AFrich以下时，目标空燃比AFT被切换为稀空燃比，而当上游侧排气净化催化剂20的氧储存量OSA变成切换基准储存量Cref以上时，目标空燃比被切换为浓空燃比。
[0138]然后，在时刻^，如果装设了该内燃发动机的车辆减速等，则开始燃料切断控制。如果开始燃料切断控制，则停止向燃烧室5供给燃料，且因此停止上述空燃比控制。即，停止反馈控制和目标空燃比设定控制。此外，如果开始燃料切断控制，则大气气体从燃烧室5流出。因此，上游侧排气净化催化剂20的氧储存量OSA立即达到最大可储存氧量Cmax。此后，大气气体也从上游侧排气净化催化剂20流出。结果，紧接在时刻t之后，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn迅速增大超过稀判定空燃比AFlean。注意，在本实施例中，如果下游侦控燃比传感器41的输出空燃比AFdwn变成稀判定空燃比AFlean以上，则将累计排气量ΣGa重置为零。
[0139]此后，在图11所示的示例中，在时刻t2，燃料切断控制结束。如果燃料切断控制结束，则恢复上述空燃比控制。特别地，在时刻t2的时点，上游侧排气净化催化剂20的氧储存量OSA达到最大可储存氧量Cmax，且因此刚好在燃料切断控制结束之后，将目标空燃比AFT设定为浓设定空燃比AFTr。此后，如果下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn变成浓判定空燃比AFrich以下，则目标空燃比AFT切换为稀设定空燃比AFTl。此后，其在稀设定空燃比AFTl与浓设定空燃比AFTr之间交替地切换。
[0140]另外，如果在时刻丨2燃料切断控制结束并且下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn变成比稀判定空燃比AFlean小，贝Ij开始累加排气的流量。因此，从时刻t2起，如果在输出空燃比AFdwn不变成稀判定空燃比AFlean以上的情况下连续执行空燃比控制，贝Ij累计排气量Σ Ga也将随同其一起逐渐增大。
[0141 ]在图11所示的示例中，在时刻t3，累计排气量Σ Ga达到基准累计排气量Σ Garef。在本实施例中，如果累计排气量Σ Ga变成基准累计排气量Σ Garef以上，则将增加标记设定为0N。如果增大标记变成0N，则切换基准储存量Cref增大超过此前的量。此状态在图12中示出。
[0142]在图12所示的示例中，同样，在时刻t3，增大标记被设定为0N。因此，在时刻t3之前，执行图5所示的空燃比控制。所以，当在时刻ti’下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn变成浓判定空燃比AFrich以下时，则目标空燃比AFT切换为稀设定空燃比AFTl。此后，当在时刻t2’上游侧排气净化催化剂20的氧储存量OSA变成切换基准储存量Cref1(以下称为“通常切换基准量”)以上时，目标空燃比AFT切换为浓设定空燃比AFTr。
[0143]如果在时刻t3增大标记变成0N，则切换基准储存量Cref增大至比此前的量Cref^的量Cref2(以下称为“增大的切换基准储存量”)。此后，当在时刻t4’下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn变成浓判定空燃比AFrich以下时，目标空燃比AFT切换为稀设定空燃比AFTl。此后，在上游侧排气净化催化剂20的氧储存量OSA在时刻t5’达到切换基准储存量Cref2之前，目标空燃比AFT被维持在稀设定空燃比AFTl。
[0144]如果在时刻t5’上游侧排气净化催化剂20的氧储存量OSA达到增大的切换基准储存量Cref2,则目标空燃比AFT从稀设定空燃比AFTl切换为浓设定空燃比AFTr。此后，在下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn在时刻t6’变成浓判定空燃比AFrich以下之前，目标空燃比AFT维持在浓设定空燃比AFTr。此后，重复时刻t4’至t6’的操作。
[0145]返回图11，如果自t3起在切换基准储存量增大至增大的切换基准储存量Cref2的状态下继续空燃比控制，则最终燃料切断控制由于车辆的减速等而在时刻t4再次开始。如果燃料切断控制开始并且下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn超过稀判定空燃比，则停止空燃比控制，并且此外将增大标记设定为OFF。另外，此时，将累计排气量SGa重置为零。因此，此后，即使燃料切断控制结束，也将切换基准储存量设定为通常切换基准储存量Cref1，直至累计排气量XGa达到基准累计排气量XGaref。
[0146]在本实施例中，如上所述，如果在燃料切断控制之间的间隔中上游侧排气净化催化剂20的下游侧部分长时间不储存和放出氧，则增大切换基准储存量。在使切换基准储存量从通常切换基准储存量Cref^f大至增大的切换基准储存量Cref2之前，在上游侧排气净化催化剂20中，图13(A)所示的状态(与图10(B)相同的状态)和图13(B)所示的状态(与图10(D)所示相同的状态)交替地重复。与此相反，在使切换基准储存量增大至增大的切换基准储存量Cref2之后，在上游侧排气净化催化剂20中，图13(C)所示的状态和图13(D)所示的状态交替地重复。因此，在使切换基准储存量增大至增大的切换基准储存量Cref2之后，上游侧排气净化催化剂20中储存和放出氧的区域增大。结果，可以抑制上游侧排气净化催化剂20的下游部分中的氧储存能力下降，S卩，抑制净化性能下降，并维持氧储存能力高。
[0147]注意，在上述实施例中，作为下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn变成稀判定空燃比AFlean以上时的一个示例，可提到执行燃料切断控制的情形。然而，即使在未执行燃料切断控制时，有时下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn也例如由于上游侧排气净化催化剂20的劣化而非故意地变成稀判定空燃比AFlean以上。在本实施例中，即使这样的情形也以与执行燃料切断控制时相同的方式处理，且因此例如将累计排气量重置为零。
[0148]此外，在上述实施例中，从下游侧空燃比传感器41的输出空燃比变成小于稀判定空燃比时起开始累加排气的流量。然而，排气的流量不必在此时开始累加，只要在输出空燃比变成小于稀判定空燃比时附近开始即可。因此，例如，可以在燃料切断控制结束时、在下游侧空燃比传感器41的输出空燃比从稀空燃比向理论空燃比收敛时、或在下游侧空燃比传感器41的输出空燃比在变成稀空燃比之后第一次达到浓判定空燃比时，开始累加排气的流量。因此，如果归纳这些，则在从最后执行的燃料切断控制结束时到下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn达到浓判定空燃比AFrich时的期间中的一个时间点开始累加排气的流量。或者，在从下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn最后从稀判定空燃比AFlean以上变成在其以下时到它达到浓判定空燃比AF r i c h时的期间中的一个时间点开始累加排气的流量。
[0149]另外，在上述实施例中，当排气的累计流量达到预定基准累计排气量时，增大切换基准储存量Cref。然而，也可以基于另一参数来增大切换基准储存量Cref，只要它是与上游侧排气净化催化剂20的下游侧部分中的氧储存能量有关的参数即可。例如，也可以在自上述时间点起经过了预定基准时间时或在图6的时刻t2至时刻t5的循环的重复次数变成预定次数时使切换基准储存量Cref增大。
[0150]综上所述，在本实施例中，可以表述为当应当抑制上游侧排气净化催化剂20的净化性能的下降时、也就是当预定的切换基准量增大条件成立时，切换基准储存量Cref增大超过此前的量。此外，“当应当抑制上游侧排气净化催化剂20的净化性能的下降时，也就是当预定的切换基准容量增大条件成立时”指当排气的累计流量从上述时间点变成在基准累计排气量以上时、当经过的时间变成在基准时间以上时、或当所述循环的重复次数变成预定次数时。更本质地，在本实施例中，可以表述为存在这样的特征，即为了在空燃比控制的执行期间抑制上游侧排气净化催化剂20的净化性能的下降，切换基准储存量Cref增大超过此前的量。
[0151]此外，在上述实施例中，从图11和图12的时刻t3起，切换基准储存量Cref维持在恒定的增大的切换基准储存量Cref2。然而，也可以将增大的切换基准储存量Cref设定为从时刻t3起逐渐增大或其它方式改变。
[0152]〈流程图〉
[0153]图14是示出用于改变切换基准值的控制的控制例程的流程图。图示的控制例程通过每隔一定时间间隔的中断来执行。
[0154]如图14所示，首先，在步骤S41，判定下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn是否小于稀判定空燃比AFlean。当在步骤S41判定为输出空燃比AFdwn小于稀判定空燃比AFlean时，该例程转入步骤S42。在步骤S42，使累计排气量Σ Ga增大当前排气流量Ga以获得新累计排气量Σ Ga。
[0155]接下来，在步骤S43，判定累计排气量ΣGa是否小于基准累计排气量Σ Garef。当在步骤S43判定为累计排气量Σ Ga小于基准累计排气量Σ Garef时，该例程转入步骤S44。在步骤S44，将增大标记设定为0FF，将切换基准值OEFref设定为通常切换基准值OEDref1 (对应于图12中的切换基准储存量Cref1),并且结束该控制例程。另一方面，当在步骤S43判定为累计排气量Σ Ga在基准累计排气量Σ Garef以上时，该例程转入步骤S45。在步骤S45，将增大标记设定为0N，将切换基准值OEDref设定为增大的切换基准值0EDref2(对应于图12的切换基准储存量Cref2) (OEDref2X)EDref1),并且结束该控制例程。另一方面，当在步骤S41判定为下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AF dwn在稀判定空燃比AFI ean以上时，该例程转入步骤S46。在步骤S46，将累计排气量Σ Ga重置为零，并且该控制例程结束。
[0156]〈第三实施例〉
[0157]接下来将参照图15和图16说明根据本发明的第三实施例的控制系统。第三实施例的控制系统中的构型和控制与第二实施例的控制系统的构型和控制基本上相似。然而，在第三实施例中，基于流入上游侧排气净化催化剂20中的排气的流量来改变切换基准储存量。
[0158]在这方面，如图13(C)所示，如果使切换基准储存量Cref增大，即，如果使切换基准值OEDref增大，则在空燃比控制期间上游侧排气净化催化剂20的氧储存量OSA的最大值增大。因此，当累计氧过量/不足OED等的计算存在误差时，上游侧排气净化催化剂20的氧储存量OSA容易达到最大可储存氧量Cmax。特别地，该倾向在流入上游侧排气净化催化剂20中的排气的流量大时变得更强。另外，如果上游侧排气净化催化剂20的氧储存量达到最大可储存氧量Cmax，则流入上游侧排气净化催化剂20中的排气的流量越大，从上游侧排气净化催化剂20流出的NOx的流量就越大。
[0159]因此，在本实施例的控制系统中，即使累计排气量SGa变成基准累计排气量ΣGaref以上，当流入上游侧排气净化催化剂20中的排气的流量大于预定上限流量时，切换基准储存量Cref也不允许增大。
[0160]图15是执行用于改变切换基准储存量的控制时的目标空燃比等的与图11相似的时间图。在图15所示的示例中，同样，以与图11所示的示例相同的方式，当FC标记变成ON时，执行燃料切断控制，而当FC标记变成OFF时，执行上述空燃比控制。
[0161]在图15所示的示例中，在时刻13之前，执行与图11所示的示例相似的控制。因此，在时刻燃料切断控制开始并且在时刻^燃料切断控制结束。此外，如果在时刻^燃料切断控制结束并且下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn变成比稀判定空燃比AFlean小，则开始累加排气的流量。此后，在时刻t3，累计排气量Σ Ga达到基准排气量Σ Garef并且将增大标记设定为0N。因此，在时刻t3，使切换基准储存量Cref从通常切换基准储存量Cref !增大至增大的切换基准储存量Cref2。特别地，在图15所示的示例中，在时刻t3，流入上游侧排气净化催化剂20中的排气的流量Ga在上限流量Ga I im以下。
[0162]此后，在图15所示的示例中，排气的流量Ga增大，并在时刻t4达到上限流量GaIim0因此，在本实施例中，在时刻t4，将增大标记设定为OFF。与此同时，使切换基准储存量Cref从增大的切换基准储存量Cref2减小至通常切换基准储存量Crefu此后，在排气的流量Ga是大于上限流量Ga I im的量的情况下将增大标记维持在OFF状态。
[0?63] 在图15所示的示例中，此后，排气的流量Ga减少，并在时刻t5达到上限流量Galim。因此，在本实施例中，在时刻t5，将增大标记设定为ON，并且与此同时，再次使切换基准储存量Cref从通常切换基准储存量Cref^f大至增大的切换基准储存量Cref2。
[0164]在图15所示的示例中，此后，由于车辆的减速等，在时刻t6，以与图11的时刻t4相似的方式，燃料切断控制再次开始。如果燃料切断控制开始并且下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn超过稀判定空燃比，则停止空燃比控制，并且此外将增大标记设定为OFF。
[0165]根据本实施例，当累计排气量ΣGa变成基准累计排气量Σ Garef以上并且流入上游侧排气净化催化剂20中的排气的流量大于上限流量Galim时，使切换基准储存量增大。因此，可以抑制NOx从上游侧排气净化催化剂20流出。
[0166]图16是示出本实施例中用于改变切换基准值的控制的控制例程的流程图。图示的控制例程通过每隔预定时间间隔的中断来执行。注意，图16的步骤S51至S53和S55至S57分别与图14的步骤S41至S46相同，且因此将省略说明。
[0167]当在步骤S53判定为累计排气量XGa在基准累计排气量XGaref以上时，该例程转入步骤S54。在步骤S54，判定排气Ga的当前流量是否在预定上限流量Galim以下。当在步骤S54判定为当前的排气流量Ga在上限流量Galim以下时，该例程转入步骤S56，在此将切换基准值OEDref设定为增大的切换基准值OEDref2t3另一方面，当在步骤S54判定为当前的排气流量Ga大于上限流量Gal im时，该例程转入步骤S55，在此将切换基准值OEDref设定为通常切换基准值OEDrefu
[0168]注意，第一实施例的控制系统和第二实施例或第三实施例的控制系统也可以相结合地使用。例如，如果将第一实施例的控制系统和第二实施例的控制系统组合，则当发动机运转状态为稳定运转状态时，与它不是稳定运转状态时相比，浓设定空燃比的浓程度和稀设定空燃比的稀程度中的至少一者增大，并且当基准储存量的增大条件成立时，切换基准储存量从此前的量增大。
[0169]附图标记列表
[0170]I 发动机机体
[0171]5 燃烧室
[0172]7 进气口
[0173]9 排气口
[0174]19排气歧管
[0175]20上游侧排气净化催化剂
[0176]24下游侧排气净化催化剂
[0177]31 ECU
[0178]40上游侧空燃比传感器
[0179]41下游侧空燃比传感器
【主权项】
1.一种内燃发动机的控制系统，所述内燃发动机包括配置在所述内燃发动机的排气通路中并且能储存氧的排气净化催化剂， 所述内燃发动机的控制系统执行反馈控制以使得流入所述排气净化催化剂中的排气的空燃比变成目标空燃比，并执行将所述目标空燃比交替地切换为比理论空燃比稀的稀设定空燃比和比理论空燃比浓的浓设定空燃比的目标空燃比设定控制， 其中，当发动机运转状态是稳定运转状态时，与发动机运转状态不是稳定运转状态时相比，所述浓设定空燃比的浓程度和所述稀设定空燃比的稀程度中的至少一者增大。2.根据权利要求1所述的内燃发动机的控制系统，包括在排气流动方向上配置在所述排气净化催化剂的下游侧并检测从所述排气净化催化剂流出的排气的空燃比的下游侧空燃比传感器， 其中，在所述目标空燃比设定控制中，所述目标空燃比在由所述下游侧空燃比传感器检测出的空燃比变成浓判定空燃比以下时被切换为所述稀设定空燃比，而在所述排气净化催化剂的氧储存量变成比最大可储存氧量小的预定的切换基准储存量时被切换为所述浓设定空燃比，并且 其中，在所述反馈控制和所述目标空燃比设定控制的执行期间，当基准储存量的增大条件成立时，所述切换基准储存量增大超过此前的量。3.—种内燃发动机的控制系统，所述内燃发动机包括配置在所述内燃发动机的排气通路中并且能储存氧的排气净化催化剂，和在排气流动方向上配置在所述排气净化催化剂的下游侧并且检测从所述排气净化催化剂流出的排气的空燃比的下游侧空燃比传感器， 所述内燃发动机的控制系统执行反馈控制以使得流入所述排气净化催化剂中的排气的空燃比变成目标空燃比，并执行目标空燃比设定控制，所述目标空燃比设定控制在由所述下游侧空燃比传感器检测出的空燃比变成浓判定空燃比以下时将所述目标空燃比切换为比理论空燃比稀的稀设定空燃比，而在所述排气净化催化剂的氧储存量变成比最大可储存氧量小的预定的切换基准储存量以上时将所述目标空燃比切换为比理论空燃比浓的浓设定空燃比， 其中在所述反馈控制和所述目标空燃比设定控制的执行期间，当所述基准储存量的增大条件成立时，所述切换基准量增大超过此前的量。4.根据权利要求2或3所述的内燃发动机的控制系统，其中，当自从最后执行的燃料切断控制结束时到所述下游侧空燃比传感器的输出空燃比达到所述浓判定空燃比时的期间中的一个时点起累加的累计排气量变成预定的基准累计排气量以上时，所述基准储存量的增大条件成立。5.根据权利要求2或3所述的内燃发动机的控制系统，其中，当自从最后执行的燃料切断控制结束时到所述下游侧空燃比传感器的输出空燃比达到理论空燃比时的期间中的一个时点起经过的时间变成预定的经过时间以上时，所述基准储存量的增大条件成立。6.根据权利要求2或3所述的内燃发动机的控制系统，其中，当自所述下游侧空燃比传感器的输出空燃比最后达到比理论空燃比稀的稀判定空燃比以上且然后变成比所述稀判定空燃比小时起累加的累计排气量变成预定的基准累计排气量以上时，所述基准储存量的增大条件成立。7.根据权利要求2或3所述的内燃发动机的控制系统，其中，当从最后执行的燃料切断控制结束时起到所述下游侧空燃比传感器的输出空燃比达到理论空燃比时累加的累计排气量在预定的基准累计排气量以上并且流入所述排气净化催化剂中的排气的流量在上限流量以下时，所述基准储存量的增大条件成立。8.根据权利要求2或3所述的内燃发动机的控制系统，其中，当自从最后执行的燃料切断控制结束时到所述下游侧空燃比传感器的输出空燃比达到理论空燃比时的期间中的一个时点起经过的时间在预定的经过时间以上并且流入所述排气净化催化剂中的排气的流量在上限流量以下时，所述基准储存量的增大条件成立。
【文档编号】F02D41/14GK105899789SQ201480072748
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2014年12月18日
【发明人】中川德久, 冈崎俊太郎, 山口雄士
【申请人】丰田自动车株式会社