专利名称：内燃机的空燃比控制装置以及空燃比控制方法
技术领域：
本发明涉及一种内燃机(发动机，engine)的空燃比控制装置以及空燃比控制方法，特别是一种根据具有三效尾气净化催化剂(three waycatalyst)的内燃机中的空燃比反馈控制，进行燃料控制的内燃机的空燃比控制装置以及空燃比控制方法。
背景技术：
内燃机的空燃比控制装置的现有技术，公知的有考虑发动机过渡时的空燃比控制性，使用设置在催化剂的上游的空燃比传感器，进行向目标空燃比的集中性快的主反馈控制，使用设置在催化剂的下游的氧气传感器(或O2传感器)，进行辅反馈控制的方法(例如专利文献1)。
主反馈控制，在流入到催化剂中的尾气的空燃比相对目标空燃比低(lean)的情况下，将燃料喷射量设为充足(rich)，在尾气的空燃比相对目标空燃比高(rich)的情况下，将燃料喷射量设为缺乏(lean)。
辅反馈控制，在从催化剂流出的尾气的空燃比相对理论空燃比低的情况下，将燃料喷射量设为充足，在从催化剂流出的尾气的空燃比相对理论空燃比高的情况下，将燃料喷射量设为缺乏。
但是，相对催化剂前的空燃比传感器所检测出的空燃比，催化剂后的氧气传感器所检测出的空燃比，存在尾气流过催化剂所需要的时间份量的延迟。因此，在判断催化剂后的空燃比高/低的情况下，催化剂前的空燃比已经超调(overshoot)，导致排放的恶化。此外，在催化剂后为氧气传感器的情况下，由于无法判断催化剂后的尾气的空燃比相对理论空燃比偏差多少，因此助长了超调。
另外，空燃比传感器的信号处理电路，处理电路自身较为复杂，并且需要传感器内置的加热器的驱动电路。关于V6发动机等具有两个区(bank)的发动机，由于催化剂前需要两个空燃比传感器，因此复杂的信号处理电路也需要两个系统，成本增高。
进而，在空燃比传感器耐水性能较弱，并且空燃比传感器设置在催化剂前的情况下，如果发动机起动时到加热器的驱动开始时间不够，则起动时发动机所排出的水分，有可能会导致器件破裂等。因此，从发动机起动后将水分完全去除，到能够进行加热器控制，与氧气传感器的相比需要相当长的时间。因此，在发动机起动后，到空燃比传感器的激活，需要花费时间，导致发动机起动后的排放的恶化。
专利文献1特开2005-48711号公报发明内容本发明鉴于以上问题，目的在于提供一种适当进行空燃比反馈控制，不会产生排放恶化的内燃机的空燃比控制装置以及空燃比控制方法。
为了实现上述目的，本发明的内燃机的空燃比控制装置，上述内燃机具备在排气通道中设置了具有三重功能的催化剂；从尾气流量看设置在上述催化剂的上游侧并对空燃比产生高/低的开关信号的氧气传感器；以及从尾气流量看设置在上述催化剂的下游侧并对空燃比产生线性的信号的空燃比传感器，所述空燃比控制装置具有偏差计算机构，其计算上述空燃比传感器所测量的空燃比与目标空燃比之间的偏差；以及空燃比反馈控制机构，其根据上述偏差计算机构所计算出的偏差和上述氧气传感器的输出信号，进行空燃比反馈控制。
本发明的内燃机的空燃比控制装置，最好让上述空燃比反馈控制机构，对应于上述氧气传感器的输出信号与根据上述偏差计算机构所计算出的偏差所设定的阈值间的差分值，进行空燃比反馈控制。
本发明的内燃机的空燃比控制装置，最好让上述空燃比反馈控制机构具有控制变量计算机构，其通过上述偏差计算机构所计算出的偏差来计算空燃比反馈控制变量；比较机构，其比较上述氧气传感器的输出电压是否大于根据上述偏差计算机构所计算出的偏差所设定的阈值；以及反映判断机构，其根据上述比较机构的比较结果和由上述控制变量计算机构所得到的控制变量，判断由上述控制变量计算机构所得到的控制变量是否反映在空燃比反馈控制中。
本发明的内燃机的空燃比控制装置，最好让上述空燃比传感器是带有加热器的线性空燃比传感器，从内燃机的起动时开始经过了给定时间后，开始上述加热器的驱动，加热器温度变为给定值以上之后，便采用上述空燃比传感器的输出。
本发明的内燃机的空燃比控制装置，最好让上述空燃比传感器是带有加热器的线性空燃比传感器，从判断能够采用上述氧气传感器的输出时开始经过了给定时间后，开始上述加热器的驱动，加热器温度变为给定值以上之后，便采用上述空燃比传感器的输出。
本发明的内燃机的空燃比控制装置，最好还具有检测出上述催化剂的恶化程度的催化剂恶化检测机构，对应于上述催化剂恶化检测机构所检测出的上述催化剂的恶化程度，切换设定空燃比反馈控制的增益。
本发明的内燃机的空燃比控制方法，上述内燃机具备在排气通道中设置了具有三重功能的催化剂；从尾气流量看设置在上述催化剂的上游侧并对空燃比产生高/低的开关信号的氧气传感器；以及从尾气流量看设置在上述催化剂的下游侧并对空燃比产生线性的信号的空燃比传感器，该方法计算通过上述空燃比传感器所测量的空燃比与目标空燃比之间的偏差，根据该偏差和上述氧气传感器的输出信号进行空燃比反馈控制。
本发明的空燃比控制装置，催化剂前设定氧气传感器，催化剂后设定空燃比传感器，根据空燃比传感器所测量的空燃比与目标空燃比间的偏差与氧气传感器的输出信号，进行空燃比反馈控制，因此能够防止催化剂前的空燃比的超调，防止排放的恶化。
图1为使用本发明的内燃机的空燃比控制装置的一实施方式的内燃机的全体结构图。
图2为表示使用本发明的内燃机的空燃比控制装置的控制装置之内部结构的控制框图。
图3为使用本发明的内燃机的空燃比控制装置的一实施方式的内燃机的控制装置的框图。
图4为表示本实施方式中的发动机的空燃比与排放以及空燃比传感器的输出信号的动作之一例的曲线图。
图5为表示进行本实施方式的空燃比控制的发动机的空燃比传感器输出、O2传感器输出以及空燃比反馈控制系数的动作之一例的时间图。
图6为表示与本发明不同的方式(以往例)的发动机的空燃比传感器输出、O2传感器输出以及空燃比反馈控制系数的动作之一例的时间图。
图7为表示本发明的空燃比控制装置中的空燃比反馈控制之一的实施方式的框图。
图8为表示本发明的空燃比控制装置中的空燃比反馈控制部的详细构成之一实施方式的框图。
图9为表示一实施方式的空燃比反馈控制部的P分计算部的详细构成的框图。
图10为表示一实施方式的空燃比反馈控制部的D分计算部的详细构成的框图。
图11为表示一实施方式的空燃比反馈控制部的I分计算部的详细构成的框图。
图12为表示本发明的空燃比控制装置中的空燃比反馈控制部的详细构成之另一实施方式的框图。
图13为表示一实施方式的空燃比反馈控制部的滤波处理部的详细构成的方框图。
图14为表示另一实施方式的空燃比反馈控制部的P分计算部的详细构成的方框图。
图15为表示另一实施方式的空燃比反馈控制部的D分计算部的详细构成的框图。
图16为表示另一实施方式的空燃比反馈控制部的I分计算部的详细构成的框图。
图17为表示通过另一实施方式的空燃比反馈控制部所实施的空燃比反馈控制的各个传感器输出以及各个变量的动作之一例的时间图。
图18为表示进行本实施方式的空燃比控制的发动机控制装置的发动机起动时的催化剂前O2传感器输出电压动作与催化剂后的空燃比传感器的起动动作之一例的时间图。
图19为表示进行本实施方式的空燃比控制的发动机控制装置的发动机起动时的催化剂前的O2传感器输出电压动作与催化剂后的空燃比传感器的起动动作之另一例的时间图。
图20为表示进行本实施方式的空燃比控制的发动机控制装置的控制处理流程的流程图。
图21为详细示出本实施方式的空燃比反馈控制的处理流程的流程图。
图22为表示本实施方式的空燃比反馈控制部的处理流程的流程图。
图23为表示本实施方式的空燃比反馈控制部的P分计算处理流程的流程图。
图24为表示本实施方式的空燃比反馈控制部的D分计算处理流程的流程图。
图25为表示本实施方式的空燃比反馈控制部的I分计算处理流程的流程图。
图26为表示另一实施方式的空燃比反馈控制部的处理流程的流程图。
图27为表示另一实施方式的空燃比反馈控制部的三元点差分空燃比的滤波处理的处理流程的流程图。
图28为表示另一实施方式的空燃比反馈控制部的P分计算处理流程的流程图。
图29为表示另一实施方式的空燃比反馈控制部的D分计算处理流程的流程图。
图30为表示另一实施方式的空燃比反馈控制部的I分计算处理流程的流程图。
图中101-发动机转数计算机构，102-基本燃料计算机构，103-基本燃料校准系数计算机构，104-基本点火时期计算机构，105-催化剂化学计量(ストイキ、stoichio)检测机构，106-O2传感器控制变量计算机构，107-空燃比反馈控制系数计算机构，108-ISC控制机构，109-加减速判定机构，110-基本燃料校准机构，111-点火时期校准机构，112-催化剂恶化检测机构，201-发动机，202-节流调节阀，203-空载速度控制阀(ISC阀)，205-吸气管压力传感器，206-燃料喷射阀，210-凸轮角度传感器，208-火花塞，209-点火线圈，211-水温传感器，212-催化剂，213-O2传感器，214-线性空燃比传感器(LAF传感器)，215-曲柄角传感器，216-节流阀开度传感器，250-发动机控制装置，701-三元点A/F图存储器，702-空燃比变换部，703-加法器，704-滤波处理部，705-空燃比反馈控制部。
具体实施例方式
对照附图，对本发明的相关内燃机的空燃比控制装置的实施方式进行详细说明。
图1为使用本发明的内燃机的空燃比控制装置的一实施方式的内燃机(发动机)的全体结构图。
图1中，发动机201，在吸气系统中设有计量吸入空气量的节流调节阀202；对节流调节阀202旁路并控制与吸气管204相连接的通道的通道面积，并控制发动机201的空载(idle)时的转数的空载速度控制阀(ISC阀)203；检测出吸气管204内的压力的吸气管压力传感器205；以及喷射供给发动机201所要求的燃料的燃料喷射阀206。
发动机201中，设有对供给气缸(燃烧室)内的空气与燃料的混合气体进行点火的火花塞208、与根据发动机控制装置205的点火信号供给点火能量的点火线圈(点火模块)209。
另外，发动机201中设有检测出凸轮角度的凸轮角度传感器210，以及检测出冷却水温的水温传感器211。
排气管219中连接有催化剂212。在尾气流量中看催化剂212的上游侧，设有检测尾气中的氧浓度并输出2值信号的根据氧化锆氧(Zirconiaoxygen，ジリコニア酸素)传感器类的O2传感器213。O2传感器213产生相对空燃比高/低的开关信号。
在尾气流量中看催化剂212的下游侧，设置了输出与通过了催化剂212的尾气中的氧浓度成正比的线性信号的带加热器的线性空燃比传感器(LAF传感器)214。
发动机201的运转、停止，通过作为主开关的点火键开关220进行。包括发动机201的空燃比控制的燃料控制、点火时期控制、空载控制等，由发动机控制装置250进行。发动机控制装置250发挥空燃比控制装置的功能。
本实施方式中，发动机201的空载转数，由空载速度控制阀203控制，但在通过电动机等控制节流调节阀202的情况下，能够通过节流调节阀202来控制空载转数，从而不采用空载速度控制阀203。
发动机控制装置250，是基于微计算机的电子控制式的，由下述部分构成将设置在发动机201中的各个传感器的电气信号变换成数字运算处理用信号，以及将数字运算用控制信号变换成实际的执行器的驱动信号的I/OLSI301；通过来自I/OLSI301的数字运算处理用信号判断发动机201的状态，根据允许设定的顺序来运算处理发动机201所要求的燃料量、点火时期等，并将该所计算出的值发送给I/OLSI301的运算装置302；保存有运算装置302的控制顺序以及控制常数的非易失性存储器(EP-ROM)303；以及保存运算装置302的计算结果等的易失性存储器(RAM)304。易失性存储器304中，连接有用来即使在点火开关220关闭，不通过电池电源给发动机控制装置250供电的情况下，也保存存储器内容的备用电源。
本实施方式中，发动机控制装置250由水温传感器211、曲柄角传感器215、O2传感器213、线性空燃比传感器214、吸气管压力传感器205、节流开度传感器216、以及点火开关220分别输入信号，将燃料喷射指令信号输出给燃料喷射阀206，将点火指令信号输出给点火线圈209、将开度指令信号输出给空载速度控制阀203，将加热器控制信号输出给空燃比传感器214。
另外，线性空燃比传感器214具有线性空燃比信号处理电路214A和加热器控制电路214B。在V型发动机等有两个区的发动机中，设置在催化剂212下游侧的O2传感器213，在每一个区中分别设置，但设置在催化剂212下游侧的线性空燃比传感器214，即使在V型发动机等有两个区的发动机中，也只有1个。
另外，本实施方式中，检测出吸气管压力并实现燃料控制，但检测出发动机201的吸入空气量也可以实现燃料控制。
接下来，对照图3，对执行本发明的空燃比控制方法的发动机控制装置250的控制模块的一实施方式进行说明。
发动机控制装置250，通过执行计算机程序，来软件实现发动机转数计算机构101、基本燃料计算机构102、基本燃料校准系数计算机构103、基本点火时期计算机构104、催化剂化学计量检测机构105、催化剂恶化检测机构112、O2传感器控制变量计算机构106、空燃比反馈控制系数计算机构107、ISC控制机构108、加减速判断机构109、基本燃料校准机构110、以及点火时期校准机构111。
发动机转数计算机构101，对设置在发动机201的给定曲柄角度位置的曲柄角传感器215的电气信号，主要计数脉冲信号变化的每单位时间的输入数，通过进行运算处理，计算出发动机201每单位时间的转数。
基本燃料计算机构102，根据发动机转数计算机构101所计算出的发动机转数，与设置在发动机201的吸气管204中的吸气管压力传感器205所检测出的吸气管压力(发动机负荷)，计算出发动机201所要求的基本燃料。
基本燃料校准系数计算机构103，根据发动机转数计算机构101所计算出的发动机转数与吸气管压力(发动机负荷)，计算出基本燃料计算机构102所计算出的基本燃料的发动机201的各个运转区域中的校准系数。
点火时期计算机构104，对应于发动机转数与吸气管压力(发动机负荷)，通过图(map)检索等，决定发动机201的最佳点火时期。
催化剂化学计量检测机构105，根据设置在发动机201的排气管219的催化剂212后的空燃比传感器214的输出(后LAF传感器输出)，检测出催化剂212的化学计量点。输入给催化剂化学计量检测机构105的空燃比传感器214的输出，是对催化剂212后的尾气空燃比表示线性特性的电压信号。
催化剂恶化检测机构112，根据催化剂212前的O2传感器213的输出，和催化剂212后的空燃比传感器214的输出，计算催化剂212的恶化程度。
O2传感器控制变量计算机构106，根据催化剂化学计量检测机构105所检测出的催化剂212的化学计量点，和催化剂化学计量检测机构105所检测出的催化剂212的的恶化程度，决定用于催化剂212前的O2传感器213的空燃比反馈控制的反馈控制目标值以及反馈控制增益。
空燃比反馈控制系数计算机构107，根据O2传感器控制变量计算机构106所决定的空燃比反馈控制变量，和催化剂212前的O2传感器信号(前O2传感器输出)、发动机转数、吸气管压力、以及发动机水温，进行空燃比反馈控制。
ISC控制机构108，为了将发动机201的空载转数保持为给定值，而设定空载时的目标转数，计算对ISC阀203的目标流量以及ISC点火时期校准量。ISC控制机构108输出基于对ISC阀203的目标流量的ISC阀信号。通过这样，驱动ISC阀203，使其变为空载时的目标流量。
加减速判定机构109，对节流阀开度传感器216所输出的电气信号进行处理，判断发动机201处于加速还是减速状态，计算加减速时点火时期校准量。
基本燃料校准机构110，对通过基本燃料计算机构102所计算出的基本燃料，使用基本燃料校准系数计算机构103的校准系数和空燃比反馈控制系数计算机构107的空燃比反馈控制系数等，对基本燃料实施校准，将基于校准后的燃料量的燃料喷射指令信号，输出给各个气缸的燃料喷射阀206。通过这样，对各个气缸喷射供给燃料喷射阀206所需要的燃料量的燃料。
点火时期校准机构111，对基本点火时期计算机构104所决定的基本点火时期，使用ISC控制机构108的ISC点火时期校准量和加减速判断机构109的加减速时点火时期校准量等，对基本点火时期进行校准，将校准后的点火时期指令信号输出给各个气缸的点火线圈209。通过这样，各个气缸的火花塞208在所需要的点火时期进行火花放电，进行流入到气缸207内的混合气体的点火。
另外，本实施方式中，可以通过吸气管压力来代表发动机负荷，发动机所吸入的空气量，通过发动机负荷来代表。
图4中示出了本实施方式中的发动机的空燃比与排放以及空燃比传感器214的输出信号的动作之一例。
特性线401表示相对空燃比的排出HC，特性线402表示排出NOx。区域403表示本实施方式的发动机201中所设定的催化剂212的三元点区域。
特性线404、405以及406，表示催化剂212后的空燃比传感器214的输出信号(后LAF传感器输出)的偏差。空燃比传感器214的输出信号的偏差，将化学计量区域中的电压VS设为固定点，则各自的斜率偏差。
与本实施方式不同，在催化剂212前设定空燃比传感器的情况下，空燃比的绝对值很重要，为了校准偏差，需要在空燃比传感器的处理电路或传感器内部设定调整用(识别用)电阻。
但是，本实施方式中，由于只需要判断出距离催化剂212后的三元点区域的偏差，因此不需要调整用(识别用)电阻。
图5中示出了进行本实施方式的空燃比控制的发动机的空燃比传感器输出、O2传感器输出以及空燃比反馈控制系数的动作之一例。
特性线501表示催化剂后的空燃比传感器214的输出信号，如区域502所示偏离了催化剂212的三元点区域506。为了校准该偏差，将特性线503所示的O2传感器输出的反转阈值O2s，如特性线504所示进行校准。
其结果是，空燃比校准系数如特性线505所示进行变化，催化剂后的空燃比落到三元点区域。
如上所述，催化剂后设定空燃比传感器214，判断尾气的空燃比如何偏离理论空燃比(化学计量区域)。空燃比传感器214因生产偏差，定量的输出以当量点为中心偏差，但本实施方式中，由于定量的量并不重要，因此不需要校准该偏差的机构。催化剂前设有O2传感器213，将反馈反映方法在其输出状态与空燃比反馈控制的各个变量状态中切换，通过这样，防止催化剂前的空燃比的超调。例如，即使在根据催化剂后的空燃比传感器214的反馈将燃料校准到充足侧，在催化剂前的氧气传感器213表示出缺乏侧的情况下，也不进行反馈的反映。
另外，如果在催化剂前设置O2传感器213，向目标空燃比的集中性便多少有些恶化，排放物相对发动机起动后的较多，由于近年的O2传感器从发动机起动后的激活时间非常短，因此实现了发动机起动后的排放的改善。
以上，如果对本实施方式的效果进行总结，则是在催化剂前设置O2传感器213，将反馈反映方法在其输出状态与空燃比反馈控制的各个变量状态间切换，通过这样，能够防止催化剂前的空燃比的过调，防止排放的恶化。通过将催化剂前设为O2传感器213，与催化剂前为空燃比传感器的情况相比，发动机起动后能够尽快开始空燃比反馈，提高排放性能。O2传感器213的处理电路，由于比空燃比传感器的处理电路低价，因此即使在V6等两区的发动机中，也能够将成本控制的较低。
图6中示出了与本实施方式不同的，在催化剂前设置空燃比传感器，催化剂后设置O2传感器，并实施空燃比控制的情况(以往例)下的空燃比传感器输出、O2传感器输出以及排出HC的动作之一例。
特性线601表示催化剂后的O2传感器的输出信号，特性线602表示催化剂前的空燃比传感器的输出信号。
在为了让催化剂后的空燃比变为三元点区域，而在催化剂前的空燃比中实施了反馈控制的情况下，由于催化剂后是O2传感器，因此横切了催化剂前的三元点区域603。这种情况下，由于包括O2传感器延迟时间、催化剂内部的反应延迟等，因此催化剂前的空燃比产生了如区域604所示的超调。所以，特性线605所示的排出HC，如区域606所示大量增加。
接下来，参照图7对根据发动机控制装置250的空燃比反馈控制的一实施方式进行说明。
该空燃比反馈控制中，使用存储有通过发动机转数与吸气管压力设定了催化剂后的三元点的空燃比的三元点A/F图的三元点A/F图存储器701，图检索进行与所输入的发动机转数以及吸气管压力的测量值相对应的三元点空燃比。
催化剂后的空燃比传感器(后LAF传感器)214所输出的电压信号(传感器信号)，被空燃比变换部702变换成表示空燃比的信号。
图检索的三元点空燃比与空燃比变换部702所变换的空燃比，输入给加法器703。
加法器(偏差计算机构)703，计算图检索的三元点空燃比(控制目标值)与根据空燃比传感器214的输出信号的空燃比(测量值)的差分空燃比(控制偏差)。以下将该差分空燃比称作三元点差分空燃比。
催化剂前的O2传感器(前O2传感器)213的输出电压，由滤波(filtering)处理部704实施基于加权平均等的滤波。
空燃比反馈控制部705，根据发动机转数、吸气管压力、差分空燃比、O2传感器电压滤波值以及催化剂的恶化程度，进行空燃比反馈控制运算，输出空燃比反馈控制系数。该空燃比反馈控制机构，基本上对应于O2传感器213的输出信号与根据加法器703所计算出的三元点差分空燃比(偏差)所设定的阈值之间的差分值，进行空燃比反馈控制。
参照图8对空燃比反馈控制部705的一详细实施方式进行说明。
空燃比反馈控制部705具有数据表存储器801、加法器802、P分(比例操作变量)计算部803、D分(微分操作变量)计算部804、I分(积分操作变量)计算部805、比较器806、加法器807、计时器808、开关809、以及常数设定器810。
数据表存储器801，存储有定义了三元点差分空燃比与前O2传感器阈值之间的关系的前O2传感器阈值数据表，使用该数据表存储器801，从差分空燃比对前O2传感器阈值进行表检索。
加法器802计算出根据表检索的前O2传感器阈值与前O2传感器输出电压滤波值的差分值。
P分计算部803与D分计算部804以及I分计算部805，是控制变量计算机构，分别被输入发动机转数、吸气管压力、前O2传感器电压差分值以及催化剂212的恶化程度，进行PDI动作的运算。
加法器807，将常数设定器810所赋予的空燃比反馈控制系数中心值(1.0)与P分、D分、I分相加，输出空燃比反馈控制系数。
另外，P分是通过比较器806与计时器808以及开关809，将前O2传感器输出在横切前O2传感器阈值之后给定时间中相加而构成的。
P分计算部803如图9所示，根据催化剂212的恶化程度，切换基础(base)P分值数据表901、901a、901b，对应于前O2传感器电压差分值，对基础P分值进行表检索，根据P分增益图903来图检索对应发动机转数与吸气管压力的P分增益KP，通过运算器902将基础P分值与P分增益KP相乘，输出P分。
另外，本实施方式中，对前O2传感器电压差分值，检索无插补值的值。
D分计算部804，如图10所示，通过延迟器1001与加法器1002，计算前O2传感器电压差分值的时间变化量，根据催化剂212的恶化程度，切换基础D分值数据表1003、1003a、1003b，根据前O2传感器电压差分值的时间变化量，无插补地对基础D分值进行表检索。
之后，通过D分增益图1004对应于发动机转数与吸气管压力对D分增益KD进行图检索，由运算器1005将基础D分值与D分增益KD相乘，输出D分。
I分(积分操作变量)计算部805，如图11所示，根据催化剂212的恶化程度，切换基础I分值数据表1101、1101a、1101b，根据前O2传感器电压差分值，无插补地表检索基础I分，通过延迟器1102加法器1103将所检索出的基础I分累加。之后，通过I分增益图1104，对应于发动机转数与吸气管压力对I分增益KI进行图检索，由运算器1105将所累加的基础I分值与I分增益KI相乘，输出I分。
对照图12，对空燃比反馈控制部705的另一实施方式进行详细说明。
空燃比反馈控制部705，具有滤波处理部1201、P分(比例操作变量)计算部1202、D分(微分操作变量)计算部1203、I分(积分操作变量)计算部1204、常数设定器1205、以及加法器1206。
滤波处理部1201，根据发动机转数与吸气管压力，对三元点差分空燃比实施滤波。
P分(比例操作变量)计算部1202、D分(微分操作变量)计算部1203、以及I分(积分操作变量)计算部1204是控制变量计算机构，分别被输入发动机转数、吸气管压力、前O2传感器电压差分值以及催化剂212的恶化程度，进行PDI动作的运算。
加法器1206将常数设定器1205所赋予的空燃比反馈控制系数中心值(1.0)与P分、D分、以及I分相加，输出空燃比反馈控制系数。
滤波处理部1201，如图13所示，通过加权平均权重图1301，对应于发动机转数与吸气管压力，对加权平均权重(加权平均权重≤1.0)进行图检索。加法器1303计算出常数设定器1302的设置值(1.0)与根据图检索的加权平均权重之间的差分值。
运算器1304将该差分值与三元点差分空燃比相乘。之后，通过延迟器1305与乘法器1306，给三元点差分空燃比的滤波值的上一次值乘以加权平均，通过加法器1307将分别乘以了权重之后的值相加，输出三元点差分空燃比的滤波值。
P分计算部1202如图14所示，根据催化剂212的恶化程度，切换P分增益图1401、1401a、1401b，根据发动机转数与吸气管压力，图检索P分增益KP。之后，通过运算器1402将三元点差分空燃比的滤波值与P分增益KP相乘，作为P分。
通过差分空燃比的滤波值，从数据表1403中表检索前O2传感器输出电压阈值，由比较器1404判断前O2传感器输出电压是否大于表检索的阈值。
判断处理部(反映判断机构)1405、1406，是判断是否输出了根据运算器1402的P分，是否输出(反映给空燃比反馈控制)了根据常数设定器1408的设定值(0)的判断模块，输出切换根据该判断处理1405、1406的判断，由开关1407进行。
没有输出P分的判断，是P分大于0且前O2传感器电压大于阈值的情况，与P分小于0且前O2传感器电压小于阈值的情况。
D分计算部1203，如图15所示，通过延迟器1501与加法器1502，计算三元点差分空燃比的滤波值的时间变化量。
通过限制器(limiter)值表1503检索对应于三元点差分空燃比滤波值的如图所示的非线性限制器值，通过D分限制器1504对滤波值的时间变化量实施限制。
根据催化剂212的恶化程度，切换D分增益图1505、1505a、1505b，对应于发动机转数与吸气管压力对D分增益KD进行图检索。之后，由运算器1506将实施了限制的三元点差分空燃比的滤波值时间变化量与D分增益KD相乘，作为D分。
通过差分空燃比的滤波值，从数据表1507中表检索前O2传感器输出电压阈值，由比较器1508判断前O2传感器输出电压是否大于表检索的阈值。
判断处理部(反映判断机构)1509、1510，是判断是否输出了根据运算器1506的D分，是否输出(反映给空燃比反馈控制)了根据常数设定器1512的设定值(0)的判断模块，输出切换根据该判断处理1509、1510的判断，由开关1511进行。
没有输出D分的判断，是三元点差分空燃比的滤波值大于0且前O2传感器电压大于阈值的情况，与三元点差分空燃比的滤波值小于0且前O2传感器电压小于阈值的情况。
I分计算部1204如图16所示，通过延迟器1601、开关1602、常数设定器1603以及加法器1604，选择是给三元点差分空燃比的滤波值加上上一次的滤波值的累加值，还是加上常数。
另外，本实施方式中，常数设定器1603的常数为(0)，因此在开关1602切换到了常数选择的情况下，停止滤波值的累加。
根据催化剂的恶化程度，切换I分增益图1605、1605a、1605b，对应于发动机转数与吸气管压力对I分增益KI进行图检索。之后，由运算器1606将三元点差分空燃比的滤波值累加值与I分增益KI相乘，作为I分。
通过差分空燃比的滤波值，从数据表1607中表检索前O2传感器输出电压阈值，由比较器1608判断前O2传感器输出电压是否大于表检索的阈值。
判断处理部(反映判断机构)1609、1610，进行开关1602的切换判断。选择对滤波值的累加不是上一次的滤波值累加值，而是常数(由于设为0，因此停止累加)的判断，是三元点差分空燃比的滤波值大于0且前O2传感器电压大于阈值的情况，与三元点差分空燃比的滤波值小于0且前O2传感器电压小于阈值的情况。
此外的情况下，进行将上一次的滤波值累加值加上新的滤波值(反映给空燃比反馈控制)。
本实施方式中，例如即使在催化剂后的空燃比传感器214的反馈将燃料校准到充足侧时，在催化剂前的氧气传感器213显示出缺乏侧的情况下，也不进行反馈的反映，因此能够防止催化剂前的空燃比的超调。
图17中示出了通过图12的实施方式的空燃比反馈控制部705所实施的空燃比反馈控制的各个传感器输出以及各个变量的动作之一例。
特性线1701是催化剂前的O2传感器213的输出电压动作，特性线1702是催化剂后的空燃比传感器204所示的空燃比动作，特性线1703是空燃比反馈控制的P分动作，特性线1704是空燃比反馈控制的D分动作，特性线1705是空燃比反馈控制的I分动作。
图18中示出了进行本实施方式的空燃比控制的发动机控制装置250的发动机起动时的催化剂前O2传感器输出电压动作与催化剂后的空燃比传感器的起动动作之一例。
特性线1801表示从发动机起动时开始的催化剂前的O2传感器213的输出动作。前O2传感器输出，在起动后反转的振幅较小，但随着发动机预热，而逐渐变为正规的反转振幅。
特性线1802表示催化剂212的温度动作。催化剂温度随着发动机预热而升高。
特性线1804表示空燃比传感器214的加热器控制状态。该加热器控制中，在通过特性线1802所示的催化剂温度经过了给定时间后，变为空燃比传感器附近的水分消失的给定温度时，驱动加热器，也即开始加热器控制。特性线1805表示加热器温度，从加热器温度变为给定值(激活温度)时开始，如特性线1806所示，空燃比传感器输出变为Ready状态，从而能够进行采用空燃比传感器214的输出的反馈控制。
通过这样，得到了空燃比传感器214也不会发生器件损坏等情况，使用空燃比传感器214的输出的反馈控制能够迅速开始的效果。
图19中示出了进行本实施方式的空燃比控制的发动机控制装置250的发动机起动时的催化剂前O2传感器输出电压动作与催化剂后的空燃比传感器的起动动作之另一例。
与上述图18所示的时间图不同的点在于，在特性线1801的催化剂前的O2传感器输出的延伸宽度，超出了给定范围(线1801max与1801min)时，判断催化剂前的O2传感器被激活。催化剂后的空燃比传感器214的加热器驱动(加热器控制开始)，从判断O2传感器213被激活时(判断能够采用O2传感器213的输出时)开始，经过了给定的延迟时间DT后进行。这样，这种情况下也一样，从加热器温度变为给定值(激活温度)时开始，空燃比传感器输出变为Ready状态，从而能够进行采用空燃比传感器214的输出的反馈控制。
这种情况下，也得到了空燃比传感器214也不会发生器件损坏等情况，使用空燃比传感器214的输出的反馈控制能够迅速开始的效果。
对照图20，对进行本实施方式的空燃比控制的发动机控制装置250所进行的控制处理流程进行说明。
首先，对曲柄角传感器215所输出的电气信号，主要计数脉冲信号变化的每单位时间的输入数，通过运算处理计算出发动机转数(步骤S1901)。接下来，通过吸气管传感器205的输出信号，读取吸气管压力(步骤S1902)。
接下来，根据所读取的发动机转数与吸气管压力进行基本燃料量的计算(步骤S1903)。之后，以所读取的发动机转数与吸气管压力为检索键检索基本燃料校准系数(步骤S1904)。
接下来，读取催化剂后的空燃比传感器214的输出，进行空燃比变换(步骤S1905)。之后，以所读取的发动机转数与吸气管压力为检索键检索催化剂212的三元点空燃比(步骤S1906)。
接下来，作为空燃比反馈控制，首先决定催化剂前的O2传感器213的电压阈值(步骤S1907)，读取催化剂前的传感器输出电压(步骤S1908)，计算空燃比反馈控制系数(步骤S1909)。
接下来，通过基本燃料校准系数与空燃比反馈控制系数，对基本燃料量进行校准(步骤S1910)，将校准后的燃料量设为喷射燃料量(步骤S1911)。
接下来，计算空载时的目标发动机转数(步骤S1912)，根据目标转数计算ISC脉冲230的目标流量(步骤S1913)。接下来，为了抑制空载时的发动机旋转变动，计算ISC点火时期校准量(步骤S1914)。之后，将ISC阀230的目标流量输出给ISC阀230(步骤S1915)，控制ISC阀。
接下来，从节流阀开度传感器216读取节流阀开度(步骤S1916)，求出所读取的节流阀开度的时间变化量，进行加减速的判断(步骤S1917)。之后，根据加减速判定，计算加减速时的点火时期校准量(步骤S1918)。
接下来，计算基本点火时期(步骤S1919)，在基本点火时期实施空载时以及加减速时的点火时期校准，作为最终点火时期(步骤S1920)。之后，设置该最终点火时期(步骤S1921)，通过所要求的点火时期进行点火。
接下来，对照图21对本实施方式的空燃比反馈控制的详细处理流程进行说明。
首先，读取发动机转数(步骤S2001)，接下来读取吸气管压力(步骤S2002)。
接下来，通过所读取的发动机转数与吸气管压力，图检索催化剂三元点空燃比(步骤S2003)。
接下来，读取催化剂前的O2传感器213的输出电压(步骤S2004)，进行所读取的O2传感器输出电压的滤波处理(步骤S2005)。
接下来，读取催化剂后的空燃比传感器214的输出电压(步骤S2006)，将所读取的空燃比传感器输出电压变换成空燃比(步骤S2007)。
接下来，计算图检索出的催化剂三元点空燃比与根据空燃比传感器214的空燃比(测量值)之间的差分值(催化剂三元点空燃比差分值)(步骤S2008)，通过空燃比反馈控制计算空燃比反馈控制系数(步骤S2009)，输出空燃比反馈系数(步骤S2010)。
图22中示出了图8所示的实施方式的空燃比反馈控制部705的处理流程。
首先，读取前述的催化剂三元点空燃比差分值(步骤S2011)，通过催化剂三元点空燃比差分值，表检索催化剂前的O2传感器电压阈值(步骤S2102)。
接下来，读取催化剂前的O2传感器213的输出电压(步骤S2013)，计算表检索出的阈值与所读取的O2传感器输出电压的差分值(步骤S2104)。
接下来，读取发动机转数、吸气管压力以及催化剂恶化程度(步骤S2105)，进行P分、D分、I分的计算(步骤S2106～S2108)。
接下来，给空燃比反馈控制系数中心值1.0，相加I分与D分(步骤S2109)。
接下来，判断是否在从催化剂前O2传感器213的输出横切阈值的值开始的给定时间内(步骤S2111，步骤S2112)，如果在给定时间内，便给上述相加值进一步加上P分，作为空燃比反馈控制系数(步骤S2113)。
图23中示出了根据步骤S2106(P分计算部803)的P分计算处理流程的详细内容。
首先，读取催化剂前的O2传感器输出电压与阈值之间的差分值(步骤S2201)，根据该差分值，通过无插补的表检索设定基础P分值(步骤S2202)。
接下来，读取发动机转数、吸气管压力以及催化剂恶化程度(步骤S2203)，选择对应所读取的催化剂恶化程度的图，根据所读取的发动机转数与吸气管压力，图检索P分增益KP(步骤S2204)。之后，给基础P分值乘以图检索出的增益KP(步骤S2205)，将其作为P分输出。
图24中示出了根据步骤S2107(D分计算部804)的D分计算处理流程的详细内容。
首先，读取催化剂前的O2传感器213的输出电压与阈值间的差分值(步骤S2301)，计算该差分值的时间变化量(步骤S2302)。
接下来，根据差分值的时间变化量，通过无插补的表检索设定基础D分值(步骤S2303)。
接下来，读取发动机转数、吸气管压力以及催化剂恶化程度(步骤S2304)，选择对应所读取的催化剂恶化程度的图，根据所读取的发动机转数与吸气管压力图检索D分增益KD(步骤S2305)。之后，给基础D分值乘以图检索出的增益KD(步骤S2306)，将其作为D分值输出(步骤S2307)。
图25中示出了根据步骤S2108(I分计算部805)的I分计算处理流程的详细内容。
首先，读取催化剂前的O2传感器213的输出电压与阈值间的差分值(步骤S2401)，根据差分值，通过无插补的表检索设定基础I分值(步骤S2402)，并将其与上一次的I分值累加(步骤S2403)。
接下来，读取发动机转数、吸气管压力以及催化剂恶化程度(步骤S2404)，选择对应所读取的催化剂恶化程度的图，根据所读取的发动机转数与吸气管压力，图检索I分增益KI(步骤S2405)。之后，给基础I分累加值乘以I分增益KI(步骤S2406)，将其作为I分值输出(步骤S2407)。
图26中示出了根据图12所示的实施方式的空燃比反馈控制部705的处理流程。
首先，读取三元点差分空燃比(步骤S2501)，接下来，读取发动机转数、吸气管压力以及催化剂恶化程度(步骤S2502)。接下来进行三元点差分空燃比的滤波处理(步骤S2503)。之后读取催化剂前的O2传感器213的输出电压(步骤S2504)。
接下来，进行空燃比反馈控制的P分、D分、I分的计算(步骤S2505～S2507)。
接下来，将P分、D分、I分的计算值相加给空燃比反馈控制系数中心值1.0(步骤S2508)，将其作为空燃比反馈控制系数输出(步骤S2509)。
图27中示出了根据步骤S2503(滤波处理部1201)的三元点差分空燃比的滤波处理的详细内容。
首先，读取发动机转数与吸气管压力(步骤S2601)，通过所读取的发动机转数与吸气管压力，图检索加权平均权重(步骤S2602)。
接下来，读取三元点差分空燃比(步骤S2603)，给所读取的三元点差分空燃比乘以(1.0-加权平均权重)(步骤S2604)。
接下来，将通过本处理流出所计算出的上一次的滤波值乘以加权平均权重(步骤S2605)。之后，将上述两个相乘结果相加，作为新的滤波值输出(步骤S2606)。
图28中示出了根据步骤S2505(P分计算部1202)的P分计算处理流程的详细内容。
首先，读取发动机转数、吸气管压力以及催化剂恶化程度(步骤S2701)，选择对应所读取的催化剂恶化程度的图，根据所读取的发动机转数与吸气管压力，图检索P分增益KP(步骤S2702)。
接下来，读取上述三元点差分空燃比的滤波值(步骤S2703)，给所读取的滤波值乘以图检索出的增益KP，计算出P分(步骤S2704)。
接下来，通过滤波值来表检索前O2传感器213的输出电压阈值(步骤S2705)。之后，读取前O2传感器输出电压(步骤S2706)。
接下来，判断是否所计算出的P分大于0且所读取的前O2传感器输出电压大于阈值，或所计算出的P分小于0且所读取的前O2传感器输出电压小于阈值(步骤S2707、步骤S2708)。
在不符合该判断的情况下，输出所计算出的P分(步骤S2709)。与此相对，在符合上述判断的情况下，输出0(步骤S2710)。
图29中示出了根据步骤S2506(D分计算部1203)的D分计算处理流程的详细内容。
首先，读取发动机转数、吸气管压力以及催化剂恶化程度(步骤S2801)，选择对应所读取的催化剂恶化程度的图，根据所读取的发动机转数与吸气管压力，图检索D分增益KD(步骤S2802)。
接下来，读取上述三元点差分空燃比的滤波值(步骤S2803)，计算所读取的滤波值的时间变化量(步骤S2804)。
接下来，根据所读取的滤波值决定D分限制器值(步骤S2805)，通过限制器值来限制滤波值的时间变化量(步骤S2806)。
接下来，给限制器处理过的滤波值的时间变化量乘以D分增益KD，作为D分(步骤S2807)。
接下来，通过滤波值来表检索催化剂前O2传感器213的输出电压的阈值(步骤S2808)。之后，读取催化剂前的O2传感器输出电压(步骤S2809)。
接下来，判断是否滤波值大于0且所读取的前O2传感器输出电压大于阈值，或滤波值小于0且所读取的前O2传感器输出电压小于阈值(步骤S2810、步骤S2811)。
在不符合该判断的情况下，输出所计算出的D分(步骤S2812)。与此相对，在符合判断的情况下，输出0(步骤S2813)。
图30中示出了根据步骤S2507(I分计算部1204)的I分计算处理流程的详细内容。
首先，读取发动机转数、吸气管压力以及催化剂恶化程度(步骤S2901)，选择对应所读取的催化剂恶化程度的图，根据所读取的发动机转数与吸气管压力，图检索I分增益KI(步骤S2902)。
接下来，读取上述三元点差分空燃比的滤波值(步骤S2903)，通过所读取的滤波值来表检索前O2传感器213的输出电压阈值(步骤S2904)。之后，读取前O2传感器输出电压(步骤S2905)。
接下来，判断是否滤波值大于0且所读取的前O2传感器输出电压大于阈值，或滤波值小于0且所读取的前O2传感器输出电压小于所述阈值(步骤S2906、步骤S2907)。
在不符合该判断的情况下，将累加对象值设为到上一次为止的累加值(步骤S2909)，与此相对，在符合该判断的情况下，将累加对象值设为0(步骤S2908)，也即中断累加。
之后，将累加对象值与滤波值累加(步骤S2910)，给该累加值乘以I分增益KI，作为I分输出(步骤S2911)。
权利要求
1.一种内燃机的空燃比控制装置，上述内燃机具备在排气通道中设置了具有三重功能的催化剂；从尾气流量看设置在上述催化剂的上游侧并对空燃比产生高/低的开关信号的氧气传感器；以及从尾气流量看设置在上述催化剂的下游侧并对空燃比产生线性的信号的空燃比传感器，其特征在于，上述空燃比控制装置具有偏差计算机构，其计算上述空燃比传感器所测量的空燃比与目标空燃比之间的偏差；以及空燃比反馈控制机构，其根据上述偏差计算机构所计算出的偏差和上述氧气传感器的输出信号，进行空燃比反馈控制。
2.如权利要求1所述的内燃机的空燃比控制装置，其特征在于，上述空燃比反馈控制机构，对应于上述氧气传感器的输出信号和根据上述偏差计算机构所计算出的偏差所设定的阈值之间的差分值，进行空燃比反馈控制。
3.如权利要求1所述的内燃机的空燃比控制装置，其特征在于，上述空燃比反馈控制机构具有控制变量计算机构，其通过上述偏差计算机构所计算出的偏差来计算空燃比反馈控制变量；比较机构，其比较上述氧气传感器的输出电压是否大于根据上述偏差计算机构所计算出的偏差所设定的阈值；以及反映判断机构，其根据上述比较机构的比较结果和由上述控制变量计算机构所得到的控制变量，判断由上述控制变量计算机构所得到的控制变量是否反映在空燃比反馈控制中。
4.如权利要求1～3中任一项所述的内燃机的空燃比控制装置，其特征在于，上述空燃比传感器是带有加热器的线性空燃比传感器，从内燃机的起动时开始经过了给定时间后，开始上述加热器的驱动，加热器温度变为给定值以上之后，采用上述空燃比传感器的输出。
5.如权利要求1～3中任一项所述的内燃机的空燃比控制装置，其特征在于，上述空燃比传感器是带有加热器的线性空燃比传感器，从判断能够采用上述氧气传感器的输出的时刻开始经过了给定时间后，开始上述加热器的驱动，加热器温度变为给定值以上之后，采用上述空燃比传感器的输出。
6.如权利要求1～3中任一项所述的内燃机的空燃比控制装置，其特征在于，具有检测出上述催化剂的恶化程度的催化剂恶化检测机构，对应于上述催化剂恶化检测机构所检测出的上述催化剂的恶化程度，切换设定空燃比反馈控制的增益。
7.一种内燃机的空燃比控制方法，上述内燃机具备在排气通道中设置了具有三重功能的催化剂；从尾气流量看设置在上述催化剂的上游侧并对空燃比产生高/低的开关信号的氧气传感器；以及从尾气流量看设置在上述催化剂的下游侧并对空燃比产生线性的信号的空燃比传感器，其特征在于，计算通过上述空燃比传感器所测量的空燃比与目标空燃比之间的偏差，根据该偏差和上述氧气传感器的输出信号进行空燃比反馈控制。
全文摘要
本发明的目的在于适当进行空燃比反馈控制，从而不产生排放的恶化。催化剂(212)前设置产生开关信号的O
文档编号F02D41/14GK1944989SQ20061014211
公开日2007年4月11日 申请日期2006年9月30日 优先权日2005年10月6日
发明者浅野诚二 申请人:株式会社日立制作所