发动机废气净化设备的制作方法

专利名称：发动机废气净化设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种装有催化剂的发动机废气净化设备。
背景技术：
日本专利局于1997年公开的专利JP-A-H9-228873公开了一种技术，该技术根据发动机吸入的空气量和流入催化剂的废气的空气-燃料比率，估计存储于三元催化剂中的氧量(下文叫作“氧存储量”)；并且进行发动机空气-燃料比率的控制，使催化剂的氧存储量保持恒定。
为了使三元催化剂的NOx(氮氧化物)、CO和HC(碳氢化合物)的转换效率保持最大，催化剂的气氛必须保持在化学计量的空气-燃料比率。如果把催化剂的氧存储量保持恒定，则即使流入催化剂的废气的空气-燃料比率暂时为贫油(lean)，也会把废气中的氧存入催化剂中；反之，即使流入催化剂的废气的空气-燃料比率暂时富油(rich)，也会放出存于催化剂中的氧，从而催化剂的气氛能够保持在化学计量的空气-燃料比率。
因此，在进行此类控制的废气净化设备中，需要准确地计算氧存储量，以便把催化剂的转换效率保持在高水平上；且已提出各种计算氧存储量的方法。

发明内容
然而，在现有技术中，当不考虑在发动机运行状态下催化剂特征的变化而计算氧存储量时，氧存储量的计算结果会例如由于催化剂温度的变化而发生误差。结果，有一种风险空气-燃料比率控制的准确度会降低，且废气排出物会恶化。此外，当催化剂变坏时，由于最大氧存储量降低而带来一种风险目标量会相对地偏离其合理值，催化剂的转换效率会下降，从而废气质量会随时间而下降。
因此，本发明之目的在于解决上述问题，且提一种可使催化剂保持高转换效率的发动机废气净化设备。
为了达到上述目的，本发明提供一种发动机净化设备，该设备包括一个装于发动机废气通道内的催化剂；一个检测流入催化剂中的废气的特征的传感器；和一个微处理器，其程序被设计成根据发动机的运行状态设置一个催化剂氧存储/释放率，以便利用所检测废气特征和氧存储/释放率来计算催化剂氧存储量，和计算发动机的目标空气-燃料比率，从而催化剂氧存储量是一个基于计算后氧存储量的预定目标值。
附图简要

图1是根据本发明的废气净化设备的示意图；图2是说明催化剂的氧释放特征的图解；图3是流程图，说明用于计算催化剂氧存储量的程序；图4是流程图，说明用于计算流入催化剂的废气中的氧超过/不足量的子程序；图5是流程图，说明用于计算高速分量的氧释放率的子程序；图6是流程图，说明用于计算氧存储量的高速分量的子程序；图7是流程图，说明用于计算氧存储量的低速分量的子程序；图8是流程图，说明用于确定复位条件的程序；图9是流程图，说明用于进行所计算氧存储量复位的程序；图10是流程图，说明用于根据氧存储量计算目标空气-燃料比率的程序；图11是曲线图，说明当把氧存储量控制成恒定时，后侧氧传感器输出和高速分量如何变化；图12是流程图，说明根据运行状态设置催化剂存储/释放率的程序的细节；图13是特征曲线图，说明在催化剂温度与氧存储/释放率之间的关系；图14是特征曲线图，说明在催化剂氧存储量与氧吸收率之间的关系；图15是特征曲线图，说明在催化剂氧存储量与氧排出率之间的关系；图16是曲线图，说明当认为存储/释放率随催化剂温度而变时氧存储量的计算结果与当认为存储/释放率是恒定时的情况的比较。
图17是曲线图，说明当认为存储/释放率随氧存储量而变时，氧存储量的计算结果与当认为存储/释放率是恒定时的情况的比较。
图18是流程图，说明确定催化剂恶化的程序的细节；和图19是曲线图，说明由于上述恶化确定程序而得到的处理结果。
优选实施例的描述参照图1，发动机1的废气通道2装有催化剂3，前侧宽量程的空气-燃料比率传感器4(下文叫作前侧A/F传感器)，后侧氧传感器5，和控制器6。
在发动机1的吸入通道7中装有阀8，和检测由阀8调节的吸入空气量的空气流量计9。此外，还装有曲柄角传感器12，它检测发动机1的发动机转速。
催化剂3是具有三元催化功能的催化剂。当催化剂气氛处于化学计量的空气-燃料比率的情况时，催化剂3以最大效率净化NOx，HC和CO。用铈氧化物之类的氧存储材料涂覆催化剂3的催化载体，催化剂3具有根据流入废气的空气-燃料比率存储或释放氧的功能(下文中叫作氧存储功能)。
在此，可把催化剂3的氧存储量分成高速分量HO2和低速分量LO2，前者由催化剂3中的贵金属(Pt，Rh，Pd)存储和释放，而后者由催化剂3中的氧存储材料存储和释放。低速分量LO2的氧存储和释放量大于高速分量HO2的相应量，而其存储/释放率慢于高速分量HO2的相应值。
此外，这种高速分量HO2和低速分量LO2具有如下特征——当氧被存储时，氧优先地作为高速分量HO2而存储；并且当高速分量HO2已达到最大容量HO2MAX且不能再存储时，就作为低速分量而存储。
——当氧被释放，且低速分量LO2对高速分量HO2的比率(LO2/HO2)小于预定值，即当高速分量比较大时，氧优先地从高速分量释放；并且当低速分量LO2对高速分量HO2的比率大于预定值时，氧即从高速分量HO2又从低速分量LO2释放，从而低速分量LO2对高速分量HO2的比率不变。
图2说明这些特征的实验结果。
其纵轴表示来自高速分量HO2的释放量，横轴表示来自低速分量LO2的释放量。如果在实验中从实际上相同的释放起始点(X1、X2、X3)释放三个不同的量，则释放结束点是X′1、X′2、X′3，且在释放完成时低速分量对高速分量的比率是恒定的。
结果，似乎是当氧释放开始时，从高速分量释放氧，从而高速分量变小；并且当低速分量对高速分量的比率达到一个预定的比率时，就基本上保持这个比率，即，在图中所示的直线L上移动时释放氧。在此，若高速分量是1，则低速分量是从5至15，最好是接近10。甚至当释放起始点位于直线L下方的区域时，也可得出同样的特征。
当释放起始点(图中的Y点)位于直线左边的区域时，就实际上沿着连接起始点Y和结束点Y′的直线释放氧。
回到图1，装在催化剂3上游的前侧A/F传感器4，根据流入催化剂3的废气的空气-燃料比率，输出一个电压。装在催化剂3下游的后侧氧传感器5，在以化学计量的空气-燃料比率作为阈值的情况下，检测催化剂3下游的废气中空气-燃料比率是大(富油)还是小(贫油)。在此，虽然在催化剂3的下游安装一个经济的氧传感器，但可安装一个能够连续地检测空气-燃料比率的A/F传感器来取代它。
在发动机1上装有一个检测冷却水温度的冷却水温度传感器10。所检测的冷却水温度用于确定发动机1的运行状态，还用于估计催化剂3的催化剂温度。
控制器6包括微处理器，RAM，ROM和I/O接口。它根据空气流量计9、前侧A/F传感器4、和冷却水温度传感器10的输出，计算催化剂3的氧存储量(高速分量HO2和低速分量LO2)。
当所计算的氧存储量的高速分量HO2大于预定值(例如高速分量的最大容量的一半)时，控制器6就使发动机1的空气-燃料比率变大，使流入催化剂3的废气的空气-燃料比率变大，且减小高速分量HO2。反之，当它小于预定值时，控制器6就使发动机1的空气-燃料比率变小，使流入催化剂3的废气的空气-燃料比率变小，增大高速分量HO2，且保持氧存储量的高速分量HO2恒定。
在计算的氧存储量与实际的氧存储量之间可能由于计算误差而出现差异，因此控制器6根据催化剂3下游的废气的空气-燃料比率以预定的计时复位氧存储量的计算值，并且根据实际的氧存储量校正这一差异。
尤其是，当根据后侧氧传感器5的输出而确定催化剂3下游的空气-燃料比率是小时，就确定至少高速分量HO2是最大的，且把高速分量HO2复位到最大容量。当由后侧氧传感器确定催化剂3下游的空气-燃料比率是大时，就不但不再从高速分量HO2还不再从低速分量LO2释放氧，因此把高速分量HO2和低速分量LO2复位到最小容量。
下面描述由控制器6进行的控制。
首先，描述氧存储量的计算，随后描述氧存储量计算值的复位，和基于氧存储量的发动机1的空气-燃料比率的控制。
根据图3所示的程序，首先，在步骤S1，读出冷却水温度传感器10、曲柄角传感器12和空气流量计9的输出，作为发动机1的运行参数。在步骤S2，根据这些参数估计催化剂3的温度TCAT。在步骤S3，通过比较估计的催化剂温度TCAT和催化剂活化温度TACTO(例如300℃)，确定催化剂3是否已经活化。
当确定已经达到催化剂活化温度TACTO时，程序转到步骤S4，计算催化剂3的氧存储量。当确定尚未达到催化剂活化温度TACTO时，就终止处理，认为催化剂3没有存储或释放氧。
在步骤S4，执行一个子程序(图4)，以计算氧超过/不足量O2IN；并且计算流入催化剂3的废气的氧超过/不足量。在步骤S5，执行一个子程序(图5)，以计算氧存储量的高速分量的氧释放率A；并且计算高速分量的氧释放率A。
此外，在步骤S6，执行一个子程序(图6)以计算氧存储量的高速分量HO2；并且根据氧超过/不足量O2IN和高速分量的氧释放率A，计算高速分量HO2和没有作为高速分量HO2而存储的溢出到低速分量LO2的氧量OVERFLOW。
在步骤7，根据溢出氧量OVERFLOW，确定流入催化剂3的全部氧超过/不足量O2IN是否已经作为高速分量HO2而存储。当全部氧超过/不足量O2IN已经作为高速分量而存储时(OVERFLOW＝0)，终止处理。在其他情况下，程序转到步骤S8，执行一个子程序(图7)，以计算低速分量LO2；并且根据从高速分量HO2溢出的溢出氧量OVERFLOW，计算低速分量LO2。
在此，根据发动机1的冷却水温度、发动机负载和发动机转速，估计催化剂温度TCAT；而也可把温度传感器11连接到催化剂3上，以便直接测量催化剂3的温度，如图1所示。
当催化剂温度TCAT低于活化温度TACTO时，就不计算氧存储量，而可删去步骤S3。这时可在高速分量的氧释放率A或低速分量的氧存储/释放率B方面，反映催化剂温度TCT的影响。如稍后所述。
下面描述在从步骤S4至S6和在步骤S8执行的子程序。
图4示出一个子程序，用于计算流入催化剂3的废气的氧超过/不足量O2IN。在这个子程序中，根据催化剂3上游的废气的空气-燃料比率和发动机1的吸入空气量，计算流入催化剂3的废气的氧超过/不足量O2IN。
首先，在步骤S11，读出前侧A/F传感器4的输出和空气流量计9的输出。
然后，在步骤S12，用预定的转换表把前侧A/F传感器4的输出转换成流入催化剂3的废气的超过/不足氧浓度FO2。在此，超过/不足氧浓度FO2是一个在化学计量空气-燃料比率的情况下基于氧浓度的相对浓度。若废气的空气-燃料比率等于化学计量的空气-燃料比率，则它为零；若它大于化学计量的空气-燃料比率(富油)，则它为负；且若它小于化学计量的空气-燃料比率(贫油)，则它为正。
在步骤S13，用预定的转换表，把空气流量计9的输出转换成吸入空气量Q。在步骤S14，把吸入空气量Q乘以超过/不足氧浓度FO2，以计算流入催化剂3的废气的超过/不足氧量O2IN。
因为超过/不足氧浓度FO2具有上述特征，所以当流入催化剂3的废气处于化学计量的空气-燃料比率时，超过/不足氧量O2IN是零；当它是富油时，是负值；和当它是贫油时，是正值。
图5示出一个子程序，用于计算氧存储量的高速分量的氧释放率A。在这个子程序中，因为低速分量LO2会影响高速分量HO2的氧释放率，所以根据低速分量LO2计算高速分量的氧释放率A。
首先，在步骤S21，确定低速分量对高速分量的比率LO2/HO2是否小于预定值AR(例如AR＝10)。当确定比率LO2/HO2小于预定值A12，即高速分量HO2大于低速分量LO2时，程序就转到步骤S22，且把高速分量的氧释放率A设置为1.0，以表示首先从高速分量HO2释放氧。
另一方面，当确定比率LO2/HO2不小于预定值AR时，就从高速分量HO2和低速分量LO2释放氧，从而低速分量LO2对高速分量HO2的比率不变。然后程序转到步骤S23，计算不使比率LO2/HO2改变的高速分量的氧释放率A的值。
图6示出一个子程序，用于计算氧存储量的高速分量HO2。在该子程序中，根据流入催化剂3的废气的氧超过/不足量O2IN和高速分量的氧释放率A，计算高速分量HO2。
首先，在S31确定，是否正在根据氧超过/不足量O2IN存储或释放高速分量HO2。
当流入催化剂3的废气的空气-燃料比率是小的(贫油)，并且氧超过/不足量O2IN大于零时，就确定，正在存储高速分量HO2，于是把程序转到步骤S32，并且从下述方程(1)计算高速分量HO2HO2＝HO2z+O2IN (1)其中HO2z＝前述情况的高速分量HO2的值。
另一方面，当确定，氧超过/不足量O2IN小于零，且释放高速分量时，程序就转到步骤S33，并且从下述方程(2)计算高速分量HO2HO2＝HO2z+O2IN×A (2)其中A＝高速分量HO2的氧释放率。
在步骤S34、S35中，确定是否计算的HO2大于高速分量的最大容量HO2MAX，或是否它不小于最小容量HO2MIN(＝0)
当高速分量HO2大于最大容量HO2MAX时，程序转到步骤S36，没有作为高速分量HO2存储的流出的溢出氧量(过量)OVERFLOW是从下述方程(3)计算的OVERFLOW＝HO2-HO2MAX (3)并且高速分量HO2受限于最大容量HO2MAX。
当高速分量HO2小于最小容量HO2MIN时，程序转到步骤S37，用下述方程(4)计算没有作为高速分量HO2存储的溢出氧量(不足量)OVERFLOWOVERFLOW＝HO2-HO2MIN (4)并且高速分量受限于最小容量HO2MIN。在此，以零作为最小容量HO2MIN，从而当已释放全部高速分量时，不足的氧量可按照负溢出氧量来计算。
当高速分量HO2处于最大容量HO2MAX与最小容量HO2MIN之间时，流入催化剂3的废气的氧超过/不足量O2IN就全部作为高速分量HO2而存储，并且对溢出氧量OVERFLOW置零。
在此，当高速分量HO2大于最大容量HO2MAX或小于最小容量HO2MIN时，已从高速分量HO2溢出的溢出氧量OVERFLOW是作为低速分量LO2而存储的。
图7示出一个子程序，用于计算氧存储量的低速分量LO2。在这个子程序中，根据从高速分量HO2溢出的溢出氧量OVERFLOW，计算低速分量LO2。
据此，在步骤S41，由下述方程(5)计算低速分量LO2。
LO2＝LO2z+OVERFLOW×B(5)其中LO2z＝低速分量LO2的上述值；和B＝低速分量的氧存储/释放率。
在此，把低速分量的氧存储/释放率B设置成小于1的正值，但B实际上具有不同的存储和释放特征。此外，实际存储/释放率受到催化剂温度TCAT和低速分量LO2的影响。从而可把存储率和释放率设置成是独立地变化的。在这种情况下，当溢出氧量OVERFLOW是正值时，氧是过剩的，并且把这时的氧存储率设置成例如这样一个值催化剂温度TCAT愈高或低速分量愈小，则它愈大。此外，当溢出氧量OVERFLOW是负值时，氧是不足的，可把这时的氧释放率设置成例如这样一个值催化剂温度TCAT愈高或低速分量愈大，则它愈大。
在步骤S42，S43，按照与在计算高速分量HO2时相同的方法，确定是否计算的低速分量LO2已经大于最大容量LO2MAX或小于最小容量LO2MIN(＝0)。
当大于最大容量LO2MAX时，程序就转到步骤S44，从下述方程(6)计算已经从低速分量LO2溢出的氧超过/不足量LO2OUTLO2OUT＝LO2-LO2MAX (6)并且低速分量LO2受限于最大容量LO2MAX。氧超过/不足量LO2OUT流出催化剂3的下游。
当低速分量LO2小于最小容量时，程序转到步骤S45，并且低速分量LO2受限于最小容量LO2MIN。
下面描述由控制器6进行的氧存储量的计算值的复位。通过在预定条件下复位氧存储量的计算值，前一段累积的计算误差被消除，并可改善氧存储量的计算精度。
图8说明用于确定复位条件的程序的细节。该程序确定是否对催化剂3下游的废气的空气-燃料比率保持一个用于复位氧存储量(高速分量HO2和低速分量LO2)的条件，并且设置标志Frich和标志Flean。
首先，在步骤S51，读取后侧氧传感器5的输出，检测器5检测催化剂3下游的废气的空气-燃料比率。然后在步骤S52，把后侧氧传感器的输出RO2同一个贫油确定阈值LDT进行比较，且在步骤S53，把后侧氧传感器的输出RO2同一个富油确定阈值RDT进行比较。
由于这些比较的结果，当后侧氧传感器输出RO2小于贫油确定阈值LDT时，程序就转到步骤S54，且把标志Flean设置成“1”，说明用于氧存储量的贫油复位条件保持。当后侧氧传感器输出RO2大于富油确定阈值RDT时，程序就转到S55，且把标志Frich设置成“1”，说明用于氧存储量的富油复位条件保持。
当后侧氧传感输出RO2处于贫油确定阈值LDT与富油确定阈值RDT之间时，程序就转到步骤S56，且把标志Flean和Frinch设置成“0”，说明贫油复位条件和富油复位条件都不保持。
图9说明用于复位氧存储量的程序。
据此，在步骤S61、S62，确定是否根据标志Flean和Frinch值的变化，保持贫油复位条件或富油复位条件。
当标志Flean从“0”变到“1”，且确定贫油复位条件被保持时，程序转到步骤S63，把氧存储量的高速分量HO2复位到最大容量HO2MAX，这时，不进行低速分量LO2的复位。另一方面，当标志Frinch，从“0”变到“1”，且确定富油的复位条件被保持，程序就转到步骤S64，把氧存储量的高速分量HO2和低速分量LO2分别复位到最小容量HO2MIN；LO2MIN。
为什么在这些条件下进行复位的理由是因为低速分量LO2的氧存储率慢，所以当高速分量HO2达到最大容量时，即使低速分量LO2尚未达到最大容量，氧也会溢出催化剂下游；并且当催化剂下游的废气的空气-燃料比率变小时，可以认为至少高速分量HO2已经达到最大容量。
当催化剂下游的废气的空气-燃料比率变大时，不从缓慢地释放的低速分量LO2释放氧。因此，可以认为，高速分量HO2和低速分量LO2都不存储，且都处于最小容量。
下面描述由控制器6进行的空气-燃料比率控制(氧存储量恒定控制)。
图10示出一个程序，用于根据氧存储量计算目标空气-燃料比率。
据此，在步骤S7l，读出当前氧存储量的高速分量HO2。在步骤S72，计算在当前高速分量HO2与高速分量目标值之间的偏差DHO2(＝催化剂3所需的氧超过/不足量)。把高速分量的目标值TGHO2设置成，例如是高速分量的最大容量HO2MAX的一半。
在步骤S73，把计算的偏差DHO2转换成空气-燃料比率等效值，且设置发动机1的目标空气-燃料比率T-A/F。
因此，根据这个程序，当氧存储量的高速分量HO2没有达到目标量时，就把发动机1的目标空气-燃料比率设置成小(贫油)，并且增大氧存储量(高速分量HO2)。另一方面，当高速分量HO2大于目标量时，就把发动机1的目标空气-燃料比率设置成大(富油)，且减小氧存储量(高速分量HO2)。
下面描述由上述控制进行的全部动作。
在根据本发明的废气净化设备中，当发动机1启动时，催化剂3的氧存储量的计算开始，且进行发动机1的空气-燃料比率控制，使催化剂3的氧存储量恒定，从而使催化剂3的转换效率维持最大。
根据流入催化剂3的废气的空气-燃料比率和吸入的空气量，估计催化剂3的氧存储量；并且根据实际的特征把氧存储量的计算分成高速分量HO2和低速分量LO2。
特别是，进行计算时假设当存储氧时，优先存储高速分量HO2；而当不能再存储高速分量HO2时，开始存储低速分量LO2。计算时还假设在释放氧的情况下，当低速分量LO2和高速分量HO2的比率(LO2/HO2)小于预定值AR时，就从高速分量HO2优先地释放氧；而当比率LO2/HO2达到预定值AR时，就既从低速分量LO2又从高速分量HO2释放氧，以维持这个比率LO2/HO2。
当计算的氧存储量的高速分量HO2大于目标值时，控制器6通过把发动机1的空气-燃料比率控制成大，减小高速分量HO2；而当它小于目标值时，就通过把空气-燃料比率控制成小，增大高速分量HO2。
结果，把氧存储量的高速分量HO2维持在目标值，并且即使流入催化剂3的废气的空气-燃料比率偏离化学计量的空气-燃料比率，氧也会立即作为高速分量HO2而存储或作为具有高响应性的高速分量HO2而释放，把催化剂气氛校正成化学计量的空气-燃料比率，且以把催化剂3的转换效率维持在最大值。
此外，如果计算的误差累积，则计算的氧存储量偏离实际的氧存储量，而在一段催化剂3下游废气变富或贫油的时期复位氧存储量(高速分量HO2和低速分量LO2)，且校正在计算值与实际氧存储量之间的任何偏差。
图11说明当进行上述氧存储量恒定控制时高速分量HO2是怎样变化的。
在这种情况下，在时间t1，后侧氧传感器的输出变成小于贫油确定阈值，且贫油复位条件被维持，从而高速分量HO2被复位到最大容量HO2MAX。然而，此时低速分量LO2不一定是最大，从而不进行低速分量的复位(图中未示出)。
在时间t2、t3，后侧氧传感器5的输出变成大于富油确定阈值，且富油复位条件被维持，从而氧存储量的高速分量HO2被复位到最小容量(＝0)。此时，低速分量LO2也被复位到最小容量(图中未示出)。
这样。在催化剂3下游废气的空气-燃料比率变大(富油)或小时(贫油)，进行氧存储量的计算值的复位；并且由于来自实际氧存储量的偏差被修正的结果，就进一步改善催化剂的氧存储量的计算精度，增大用于维持氧存储量恒定的空气-燃料比率控制的精度，并且以高水平维持催化剂的转换效率。
以上是本发明采用的空气-燃料比率控制的实例。此外，根据本发明，通过依靠催化剂温度适当地设置催化剂的存储/释放率和查明最大氧存储量，可进一步改善废气的净化性能，且可准确地检测催化剂的恶化。下面参照图12和其后各图，描述这一点。
在图12所示的过程中，首先在步骤S81中检测催化剂3的温度。可以使用上述的在图3处理中估计的催化剂温度TCAT作为这个催化剂温度，或它可由温度传感器11直接检测。然后，在步骤S82进行处理，以便根据这个催化剂温度校正用于计算氧存储量的存储/释放率。氧存储/释放率具有随催化剂温度上升而增大的特征，例如如图13所示。因此，查表可设置新的存储/释放率，该表以催化剂温度为基准用图13所示的特征给出存储/释放率。
随后，在步骤S83，根据当前的氧存储量(计算值)进一步校正存储/释放率。存储率随氧存储量增加而降低，如图14的实例所示；释放率随氧存储量增加而增加，如图15所示。因此，查表可确定最终的存储/释放率，该表被设置成根据氧存储量给出具有图14和15所示特征的吸收或释放率。
这样，在步骤S84中，如上所述，根据最终的存储/释放率，计算氧存储量。这就是图3和5所示的计算处理。图16是曲线图，该图根据摧化剂温度，考虑存储/释放率变化，比较氧存储量的计算结果；这是一种假定存储/释放率保持恒定而进行计算的情况。图17是类似的曲线图，该图根据催化剂温度，考虑存储/释放率变化，比较氧存储量的计算结果；这是一种假定存储/释放率保持恒定而进行计算的情况。通过进行这种相应于存储/释放率变化的计算，可用较高的精度估计氧存储量。
然后在步骤S85执行一个子程序，以确定催化剂3的恶化，且查明催化剂3的最大氧存储量。图18示出这个子程序的细节，图19示出进行这个处理时的曲线图。
在这个处理中，先在步骤S91确定一个恶化确定的容许条件。这是一种例如根据水温度或催化剂温度确定催化剂3是否处于激活状态的处理。当催化剂处于激活状态时，允许在步骤S92进行恶化确定，并且存在一种下一个恶化确定区条件的确定移位。恶化确定区条件例如可以是发动机转速、燃料注入量、车辆速度和空气、燃料比率控制状态，并且确定是否从这些因素确定的运行状态处于预定的条件内。因此，排除那些不适合于恶化确定的运行条件，例如车辆减速时切断燃料供应；且能进行适当的恶化确定。当满足恶化确定容许条件和恶化确定区条件时，程序开始进行下一步骤S93和随后步骤的恶化确定，且进行查明处理。当这些条件都不满足时，就终止当前的处理。
在确定催化剂恶化时，首先计算最大氧存储量。计算技术可以是任何一种理想的技术。例如，当把催化剂3置于一种富油气氛中时，氧存储量是零，且使目标空气-燃料比率变小(贫油)；在催化剂3的废气的空气-燃料比率从富油变贫油以前，利用来目前侧A/F传感器4和后侧O2传感器5的信号来累积流入催化剂3的氧量，以使计算实际的最大氧存储量。也可利用图8和9所示的氧存储量的复位处理来进行这种处理。
然后在步骤S94、S95中，在这种最大氧存储量饱和的计算结果之前的等待以后，把按上述方法计算的最大氧存储量HO2MAX1与它的确定基准值进行比较。在这种比较中，当最大氧存储量HO2MAX1大于确定基准值时，假定几乎没有恶化，并且在步骤S96中把这时的HO2MAX1值修正到一直到这时的最大值HO2MAX。因此，通过用这种方式修正最大氧存储量HO2MAX，总是适当地设置所依据的氧存储量的控制目标量，并且得出好的废气净化性能。
另一方面，在步骤S95的确定中，当确定最大氧存储量HO2MAX小于确定基准值时，假定催化剂3已经恶化，且在步骤S97中存储恶化确定的结果。例如在车辆的自诊断设备中存储这种恶化确定结果。另一方面，可用监视灯或类似方式实时地警告司机。
根据上述发明，根据流入催化剂3的废气特征(例如废气空气-燃料比率或氧浓度)和存储/释放率，计算催化剂3的氧存储量；根据一个特征单独地计算实际的氧存储量，靠这个特征用催化剂3中的贵金属以高速存储/释放氧，和用二氧化饰之类的催化剂3中的氧存储材料以低速吸收/排放氧。然后根据这种计算结果，计算发动机的目标空气-燃料比率，从而例如氧存储量的高速分量就是目标值(例如高速分量的最大容量的一半)，并且进行发动机的空气-燃料比率控制。
另一方面，在计算上述的氧存储量时，由于考虑到受催化剂温度或氧存储量影响的存储/释放率，所以能够准确地估计氧存储量而与存储/释放率的波动无关，提高用空气-燃料比率控制氧存储量的精确度，且进一步改进废气的净化性能。
此外，由于查明氧存储量的最大值，所以可根据连续地修正的精确的最大氧存储量，把氧存储量适当地设置成目标量。通过监测废气的空气-燃料比率的预定变化，例如流入催化剂3的氧量从预定的富油确定值到贫油确定值，和流出催化剂3的氧量从预定富油确定值到贫油确定值，可了解废气的空气-燃料比率。因为对废气的空气-燃料比率变化敏感的高速分量的最大值被查明，所以甚至当空气-燃料比率控制的幅度小时也能以高的精确充确定催化剂3的恶化；并且因为除了用于这种废气净化设备的最大氧存储量以外，不需要处理检测参数去确定恶化，所以能简化确定恶化的程序。
要求专有性或特权的本发明的实施例是确定的。
在此收录2000年2月24日申请的日本专利申请No.2000-47943的内容，供参考。
工业应用如上所述，根据本发明的废气净化设备可用于解决由催化剂恶化引起的催化剂转换效率下降的问题。
权利要求
1.一种发动机净化设备，包括一个装于发动机废气通道(2)内的催化剂(3)；一个传感器(4)，它检测流入催化剂的废气的特征；和一个微处理器(6)，其程序被设计成根据发动机的运行状态，设置催化剂(3)的氧存储/释放率；用所检测的废气特征和氧存储/释放率，计算催化剂(3)的氧存储/释放率；和根据所计算的氧存储量，计算发动机的目标空气-燃料比率，从而催化剂(3)的氧存储量被预定为一个预定的目标值。
2.根据权利要求1的发动机废气净化设备，其中微处理器(6)的程序被设计成检测作为发动机运行状态的催化剂(3)的温度；和根据该检测温度设置氧存储/释放率。
3.根据权利要求1的发动机废气净化设备，其中微处理器(6)的程序被设计成根据用作发动机运行状态的催化剂(3)的氧存储量，设置氧存储/释放率。
4.根据权利要求1至3中任何一项的发动机废气净化设备，其中微处理器(6)的程序被设计成分别针对具有高的氧存储/释放率的高速分量和具有比高速分量慢的氧存储/释放率的低速分量，计算催化剂(3)的氧存储量。
5.根据权利要求4的发动机废气净化设备，其中微处理器(6)的程序被设计成查明至少高速分量的最大氧存储量；并且当查明的最大氧存储量低于基准值时，就确定催化剂(3)是恶化的。
6.根据权利要求5的发动机废气净化设备，其中微处理器(6)的程序被设计成当来自催化剂(3)的废气的空气-燃料比率已经进行预定的变化时，根据流入催化剂(3)的氧量和流出催化剂(3)的氧量，计算最大氧存储量。
7.根据权利要求1的发动机废气净化设备，其中传感器(4)检测作为废气特征的废气的空气-燃料比率或氧浓度。
8.一种发动机净化设备，包括装于发动机废气通道(2)内的催化剂(3)；用于检测流入催化剂的废气的特征的装置(4)；用于根据发动机的运行状态设置催化剂(3)的氧存储/释放率的装置(6)；用于使用检测的废气特征和氧存储/释放率计算催化剂(3)的氧存储量的装置(6)；和用于根据计算的氧存储量计算发动机的目标空气-燃料比率，使催化剂(3)的氧存储量为预定目标值的装置(6)。
9.一种用于计算发动机的目标空气-燃料比率的方法，该发动机在其发动机废气通道中具有催化剂，该方法包括根据发动机的运行状态，设置催化剂(3)的氧存储/释放率；使用检测的废气特征和氧存储/释放率，计算催化剂(3)的氧存储量；和根据计算的氧存储量，计算发动机的目标空气-燃料比率，使催化剂(3)的氧存储量是一个预定的目标值。
全文摘要
控制器(6)按照实际的特征,计算催化剂(3)的氧存储量,以分别用作高速分量和低速分量。计算发动机(1)的目标空气－燃料比率,使氧存储量是预定的目标量;并且进行发动机(1)的空气－燃料比率控制。用根据废气的空气－燃料比率和催化剂温度等设置的存储/释放率,计算氧存储量。这样,能够准确地计算催化剂的氧存储量,而与随着催化剂温度变化而产生的存储/释放率的变化无关,从而能够以较高的精确度水平控制实际的氧存储量。
文档编号F02D41/02GK1363014SQ01800321
公开日2002年8月7日 申请日期2001年2月23日 优先权日2000年2月24日
发明者角山雅智, 柿崎成章, 松野修 申请人:日产自动车株式会社