专利名称：内燃机的排放控制系统的制作方法
技术领域：
本公开内容涉及内燃机的排放控制系统，其包括用于净化排出气体的催化剂和设置在排出气体的流动方向上的催化剂下游的排出气体传感器。
背景技术：
通常来说，为了提高用于净化排出气体的催化剂的催化转化效率，内燃机的排放控制系统包括分别设置在排出气体的流动方向上的催化剂上游和下游的排出气体传感器(例如，空气/燃料传感器和氧传感器)。排出气体传感器检测排出气体的空燃比(air-fuelratio),或者检测排出气体是否为富油(rich)或贫油(lean)。当排出气体的空燃比从富油变为贫油或从贫油变为富油时，诸如氧传感器等排出气体传感器的输出变化可能会滞后于排出气体的实际空燃比的变化。因而，排出气体传感器可以有提闻检测响应性的余地。例如，正如在专利文献I (JP8-20414，对应于USP4，741，817)中所述，将至少一个辅助电化学电池合并入诸如氧传感器等气体传感器内部，以提高检测响应性。正如在专利文献2 (JP2000-054826A)中所述，在停止内燃机的燃料喷射的加燃料停止(fuelling-stop)控制之后 (S卩，在重新开始燃料喷射之后)，用于净化排出气体的催化齐IJ(诸如三元催化剂等)还有可能处于催化剂内所储存的氧量(即，催化剂内所吸附的氧量)相对较大的贫油状态。因而，在专利文献2中的排放控制设备中的加燃料停止控制之后，执行控制排出气体的空燃比使其更加富油的富油方向控制。因此，可以限制催化剂变成贫油状态，换言之，可以减小催化剂内所储存的氧量。在专利文献I中，必须将辅助电化学电池合并入气体传感器内部。因而，在将辅助电化学电池合并入不具备辅助电化学电池的通用气体传感器时，通用气体传感器可能必须在结构上有极大的变化。为了实际使用，气体传感器可能需要在设计上作出改变，可能会增大气体传感器的制造成本。本发明人研究了一种改变位于催化剂下游的排出气体传感器的输出特性从而增大排出气体传感器关于贫油气体的响应性(贫油响应性)的系统，以便检测到催化剂的NOx转化效率降低。在专利文献2的排放控制设备中，当位于催化剂下游的排出气体传感器的输出超出富油阈值时，终止富油方向控制。在此情况下，如果在富油方向控制期间执行用于增大排出气体传感器的贫油响应性的控制，则排出气体传感器的输出超出富油阈值的时间点可能会滞后，这是因为在对增大贫油响应性的控制期间，排出气体传感器相对于富油气体的响应性(富油响应性)相对较低。因此，富油方向控制的终止可能会滞后，由此可能会增大CO、HC的排放率。结果，会使排放气体恶化。本公开内容的目的是提供一种内燃机的排放控制系统，其能够改变排出气体传感器的输出特性而无需在设计上进行大的改变和增加成本，而且能够限制由于在加燃料停止控制之后执行富油方向控制所致的排放气体恶化。
发明内容
根据本公开内容的一种方案，内燃机的排放控制系统包括催化剂、排出气体传感器、恒定电流供应部分、富油方向控制部分和特性控制部分。催化剂用于净化从内燃机排放的排出气体。排出气体传感器设置在排出气体的流动方向上的催化剂下游以检测排出气体的空燃比，或者检测排出气体为富油或是贫油。排出气体传感器包括传感器元件，该传感器元件包括一对电极和位于该对电极之间的固体电解质体。恒定电流供应部分通过在该对电极之间施加恒定电流来改变排出气体传感器的输出特性。富油方向控制部分在停止内燃机的燃料喷射的加燃料停止控制终止之后执行富油方向控制，在该富油方向控制中，使流入催化剂的排出气体的空燃比比基于正常操作条件而设定的目标空燃比更富油。特性控制部分在富油方向控制期间执行富油响应性控制，在该富油响应性控制中，控制恒定电流供应部分以增大排出气体传感器相对于富油气体的检测响应性。因此，可以通过在该对电极之间施加恒定电流来改变排出气体传感器的输出特性。在此情况下，无需将辅助电化学电池等合并入排出气体传感器内部。因此，可以改变排出气体传感器的输出特性而无需极大的设计变化和增加成本。此外，可以减小在加燃料停止控制之后的富油方向控制中产生的CO或HC (富油成分)的排放率，而且可以限制排放气体的恶化。
根据以下描述、所附权利要求和附图，将最好地理解本公开内容及其其它目的、特征和优点，在附图中:图1是示出根据本公开内容的第一实施例的排放控制系统的示意图；图2是示出根据第一实施例的排放控制系统的传感器元件、恒定电流电路和微型计算机的截面图的图示；图3是示出根据第一 实施例的排出气体的空燃比(空燃当量比λ )与传感器元件的电动势之间的关系的图示；图4Α是示出根据第一实施例的、当实际空燃比从富油变为贫油时，传感器元件周围的排出气体成分状态的示意图；图4Β是示出根据第一实施例的、当实际空燃比从贫油变为富油时，传感器元件周围的排出气体成分状态的示意图；图5是示出根据第一实施例的、在未向传感器元件施加恒定电流的情况下，根据实际空燃比变化的传感器输出的特性的时序图；图6Α是示出根据第一实施例的、当实际空燃比从富油变为贫油时传感器元件周围的排出气体成分的状态，以及当传感器元件的贫油响应性增大时传感器元件中的电流方向的不意图；图6Β是示出根据第一实施例的、当实际空燃比从贫油变为富油时传感器元件周围的排出气体成分的状态，以及当传感器元件的富油响应性增大时传感器元件中的电流方向的不意图；图7是示出根据第一实施例的排出气体的空燃比(空燃当量比λ )与传感器元件的电动势之间的关系的图示；
图8是示出在根据第一实施例的排放减小控制中，车速、加燃料停止标记的状态、O2传感器输出、上游空燃比、所储存的O2量、条件标记的状态、执行标记的状态、恒定电流以及HC和CO的排放率的变化的时序图；图9是示出根据第一实施例的排放减小控制的例程的流程图；图10是示出根据本公开内容的第二实施例的排放减小控制的例程的流程图；图11是示出在根据本公开内容的第三实施例的用于排放控制系统的排放减小控制中，车速、加燃料停止标记的状态、上游空燃比、所储存的O2量、条件标记的状态、执行标记的状态、恒定电流以及HC和CO的排放率的变化的时序图；图12是示出根据第三实施例的用于估计排放控制系统的上游催化剂中所储存的氧量的方法的示例的图示；以及图13是示出根据第三实施例的排放减小控制的例程的流程图。
具体实施例方式在下文中将参照附图来描述本公开内容的实施例。在实施例中，与前述实施例中描述的内容相对应的部分可以被赋予相同的附图标记，并忽略对此部分冗余说明。当在实施例中仅仅描述了配置的一部分时，可以将另一个前述实施例应用到该配置的其它部分。这些部分可以被组合，即使未明确说明可以组合该部分。假设组合中不存在损害，则实施例可以被部分地组合，即使未明确说明可以组合该实施例。(第一实施例)将参照图1到图9来描述本公开内容的第一实施例。首先，将基于图1描述本实施例的排放控制系统I。排放 控制系统I包括发动机11 (内燃机)、进气流从中通过并吸入发动机11的进气管12、设置在进气管12中的节流阀13和设置进气管12中的节流传感器14。通过使用电机等来调节节流阀13的开度(节流开度),节流传感器14检测节流阀13的节流开度。发动机11包括燃料喷射阀15和火花塞16，其中燃料喷射阀15分别附接到发动机11的汽缸以将燃料喷射到汽缸中或是汽缸的进气部分中，火花塞16分别设置在邻近汽缸的发动机11的汽缸头部。火花塞16产生电火花，以点燃汽缸中的空气/燃料混合物。排放控制系统I还包括:从发动机11排放的排出气体从中通过的排气管17、设置在排气管17中的上游催化剂18、设置在排气管17中的排出气体流动方向上的上游催化剂18下游的下游催化剂19、设置在排气管17中的排出气体流动方向上的上游催化剂18上游的A/F传感器20 (线性A/F传感器、上游气体传感器)、设置在排气管17中的排出气体流动方向上的上游催化剂18下游(即，上游催化剂18与下游催化剂19之间)的氧传感器21 (O2传感器、下游气体传感器)。例如，上游催化剂18和下游催化剂19是三元催化剂，用于净化排出气体中含有的物质，诸如一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)、一氧化氮(NOx)等。A/F传感器20输出取决于排出气体的空燃比的线性信号。氧传感器21输出的电压取决于排出气体的空燃比是否高于或低于化学计量空燃比而变化，换言之，取决于空燃比为贫油还是富油。当空燃比高于化学计量空燃比时，可以说空燃比为贫油。当空燃比低于化学计量空燃比时，可以说空燃比为富油。氧气传感器21可以用作排出气体传感器的示例，其检测排出气体的空燃比，或者检测排出气体为富油还是贫油。
另外，排放控制系统I包括各种传感器，其包括:曲轴传感器22，其在发动机11的曲轴的每个预定旋转角度(即，曲轴角)处输出脉冲信号；进气传感器23，其检测被吸入发动机11中的进气量；冷却剂温度传感器24，其检测发动机11的冷却剂的温度。根据从曲轴传感器22输出的信号来确定曲轴的旋转角度和发动机11的旋转速度。将上述各个传感器的输出输入到电子控制单元(EOT) 25。E⑶25包括图2中所示的微型计算机26，并执行存储在微型计算机中嵌入的只读存储器(ROM)中的各种发动机控制程序，以便E⑶25基于发动机11的运行状态来控制例如燃料喷射量、点火正时(ignitiontiming)和节流度(进气量)。当满足预定反馈条件时，ECU25执行主反馈控制和子反馈控制。在主反馈控制中，基于A/F传感器20 (上游气体传感器)的输出来校正空燃比(燃料喷射量)，以使得上游催化剂18的排出气体流上游的空燃比变为目标空燃比。在子反馈控制中，ECU25基于来自氧传感器21 (下游气体传感器)的输出来校正目标空燃比，以使得上游催化剂18的排出气体流下游的空燃比变为控制目标值(例如，化学计量空燃比)，或者，ECU25校正主反馈控制中的校正量或燃料喷射量。接下来，将基于图2来描述氧传感器21。氧传感器21包括具有杯形形状的传感器兀件31。传感器兀件31容纳在外壳或兀件壳内，并设置在与发动机11相连的排气管17内。如图2所示，传感器元件31的截面表面为杯形形状，并包括固态电解质层32 (固态电解质体)、设置在固态电解质层32外周上的排气电极层33、和设置在固态电解质层32内周上的大气电极层34。例如，固态电解质层32由具有氧离子传导性的氧化物烧结体制成，该氧化物烧结体是一种固溶体，其中，溶质(诸如CaO、MgO、Y2O3或Yb2O3等)被溶解为溶剂(诸如ZrO2、HfO2、ThO2或Bi2O3等)中的稳定剂。电极层33和34由诸如钼等催化活性优越的贵金属制成，并经由化学镀覆处理而覆盖有多孔材料。这些电极层33和34用作彼此相对的一对电极(传感器电极)的示例。固态电解质层32具有被固态电解质层32围绕的大气空间35，加热器36容纳在大气空`间35中。加热器36具有足以激活传感器元件31的热容量，传感器元件31因而整体被加热器36产生的热能加热。例如，氧传感器21的激活温度约为从350°C到400°C。大气空间35从大气往其中引入空气，以使大气空间35中的氧浓度保持在预定程度。排出气体在传感器元件31的固态电解质层32的外侧流动，换言之，排气电极层33暴露于排出气体。从大气引入到传感器元件31中的空气被捕获在固体电解质层32的内侧上，换言之，大气电极层34暴露于引入的空气。因此，取决于排出气体与引入空气之间的氧浓度(氧分压)差，在电极层33和34之间产生电动势。传感器元件31产生取决于排出气体的空燃比为富油或是贫油而变化的电动势。因此，氧传感器21输出取决于排出气体的氧浓度(即，空燃比)的电动势信号。如图3中所示，传感器元件31产生的电动势取决于排出气体的空燃比大于还是小于化学计量空燃比(即，排出气体的空燃比为贫油还是富油)而变化。在这里，当排出气体的空燃比等于化学计量空燃比时，空燃当量比λ等于I。传感器元件31具有使得由传感器元件31产生的电动势在空燃当量比λ等于I的化学计量空燃比附近快速变化的特性。当空燃比为富油时，传感器元件31产生富油电动势，当空燃比为贫油时，传感器元件31产生电压值与富油电动势不同的贫油电动势。例如，富油电动势约为0.9伏(V)，贫油电动势约为O 伏(V)。如图2中所示，传感器元件31的排气电极层33接地，大气电极层34连接到微型计算机26。当传感器元件31产生取决于排出气体的空燃比(B卩，氧浓度)的电磁力时，将与所产生的电磁力相对应的检测信号输出到微型计算机26。例如，微型计算机26设置在ECU25内，并基于该检测信号来计算排出气体的空燃比。微型计算机26可以基于上述各个传感器的检测结果来计算发动机11的旋转速度或进气量。当发动机11运行时，排出气体的实际空燃比可以在富油与贫油之间重复交替。在此情况下，如果氧传感器21的检测响应性较低，则可能会影响发动机11的性能。例如，排出气体中NOx量可以变得比发动机11的高负荷运行中所预期的更大。将会描述在排出气体的实际空燃比从富油变为贫油或是从贫油变为富油的情况下氧传感器21的检测响应性。当从发动机11排放的排出气体的实际空燃比(即，上游催化剂18的排出气体流下游的实际空燃比)从富油变为贫油或是从贫油变为富油时，排出气体的成分组合发生变化。紧接着实际空燃比变化之前在氧传感器21周围流动的排出气体的成分在紧接着实际空燃比变化之后可以残留在氧传感器21的附近。在这里，氧传感器21的输出根据实际空燃比的变化而变化。因此，氧传感器21附近残留的成分可以导致氧传感器21的输出变化延迟。换言之，氧传感器21的检测响应性会降低。具体来说，如图4A中所示，紧接着实际空燃比从 富油变为贫油之后，诸如HC等富油成分残留在排气电极层33的附近，并干扰诸如NOx等贫油成分的反应。结果，当实际空燃比从富油变为贫油时，氧传感器21的检测响应性会降低。如图4B中所示，紧接着实际空燃比从贫油变为富油之后，诸如NOx等贫油成分残留在排气电极层33附近，并干扰诸如HC等富油成分的反应。而且，在此情况下，当实际空燃比从贫油到富油时，氧传感器21的检测响应性会降低。将参照图5描述在未向传感器元件31施加稍后描述的恒定电流Ics时，氧传感器21的输出变化。当实际空燃比在富油和贫油之间交替时，氧传感器21的输出(传感器输出)根据实际空燃比的交替而在富油电动势(例如，0.9V)与贫油电动势(例如，0V)之间交替。在此情况下，传感器输出的变化滞后于实际空燃比的变化。如图5中所示，当实际空燃比从富油变为贫油时，在实际空燃比变化一段时间TDl后，氧传感器21的传感器输出变化。当实际空燃比从贫油变为富油时，在实际空燃比变化一段时间TD2后，氧传感器21的传感器输出变化。在第一实施例中，如图2中所示，恒定电流电路27连接到大气电极层34，以用作向电极层33和34供应恒定电流的恒定电流供应部分的示例。恒定电流电路27向一对传感器电极(即，排气电极层33和大气电极层34)供应受微型计算机26控制的恒定电流Ics，以使得恒定电流Ics在该对传感器电极之间按预定方向流动。因此，恒定电流电路27改变氧传感器21的输出特性，以使得氧传感器21的检测响应性变化。微型计算机26确定在该对传感器电极之间流动的恒定电流Ics的流向和流量，并且微型计算机26控制恒定电流电路27，以使得恒定电流Ics按预定方向和量流动。恒定电流电路27以正值或负值向大气电极层34供应恒定电流Ics，而且能够可变地调节恒定电流Ics。换言之,微型计算机26通过脉宽调制控制(PMW控制)可变地控制恒定电流Ics。在恒定电流电路27中，根据从微型计算机26输出的占空比信号来调节恒定电流Ics，并将调节的恒定电流Ics供应到该对传感器电极，以使其在该对传感器电极(即，排气电极层33和大气电极层34)之间流动。在本实施例中，将从排气电极层33流向大气电极层34的恒定电流Ics定义为负恒定电流(-1cs),将从大气电极层34流向排气电极层33的恒定电流Ics定义为正恒定电流(+Ics)。如图6A中所示，当实际空燃比从富油变为贫油的情况下氧传感器21的检测响应性增大时，换言之，当氧传感器21的贫油灵敏度增大时，从恒定电流电路27输出负恒定电流(-1cs)，以使得氧通过固态电解质层32从大气电极层34供应到排气电极层33。从大气电极层34到排气电极层33供氧促进了存在于(残留在)排气电极层33周围的富油成分(例如，HC)的氧化反应。从而，迅速地从排气电极层33周围去除富油成分。因此，贫油成分(例如，NOx)变得易于在排气电极层处起反应，当实际空燃比从富油变为贫油时，可以增大氧传感器21的检测响应性。如图6B中所示，当实际空燃比从贫油变为富油的情况下氧传感器21的检测响应性增大时，换言之，当氧传感器21的富油灵敏度增大时，从恒定电流电路27输出正恒定电流(+Ics)，以使得氧通过固态电解质层32从排气电极层33供应到大气电极层34。从排气电极层33到大气电极层34的供氧促进了存在于(残留在)排气电极层33周围的贫油成分(例如，NOx)的还原反应。从而，迅速地从排气电极层33周围去除贫油成分。因此，富油成分(例如，HC)变得易于在排气电极层33处起反应，当实际空燃比从贫油变为富油时，可以增大氧传感器21的检测响应性。图7示出了氧传感器21的输出特性(电动势特性)。图7中所示的曲线(a)是当实际空燃比从富油变为贫油的情况下检测响应性(贫油灵敏度)增大时氧传感器21的输出特性线。图7中所示的曲线(b) 是当实际空燃比从贫油变为富油的情况下检测响应性(富油灵敏度)增大时氧传感器21的输出特性线。图7中所示的曲线(c)与图3中所示的输出特性线相同。如上所述，如图6A中所示，当实际空燃比从富油变为贫油的情况下检测响应性(贫油灵敏度)增大时，负恒定电流(-1cs)在电极层33与34之间流动，以使得氧通过固态电解质层32从大气电极层34供应到排气电极层33。具体来说，如图7中所示，输出特性线(a)在实际空燃比方面位于输出特性线(c)的更富油侧，在电动势方面位于输出特性线(c)的更低侧。因而，即使当实际空燃比在低于化学计量空燃比的富油区域内时，氧传感器21也输出在实际空燃比接近化学计量空燃比时的贫油电动势。因此，相对于氧传感器21的输出特性，当实际空燃比从富油变为贫油时，氧传感器21的检测响应性(贫油灵敏度)增大。如图6B中所示，当实际空燃比从贫油变为富油的情况下检测响应性(富油灵敏度)增大时，正恒定电流(+Ics)在电极层33与34之间流动，以使得氧通过固态电解质层32从排气电极层33供应到大气电极层34。具体来说，如图7中所示，输出特性线(b)在实际空燃比方面位于输出特性线(c)的更贫油侧，并且在电动势方面位于输出特性线(c)的更高侧。因而，即使当实际空燃比在高于化学计量空燃比的贫油区域内时，氧传感器21也输出在实际空燃比接近化学计量空燃比时的富油电动势。因此，相对于氧传感器21的输出特性，当实际空燃比从贫油变为富油时，氧传感器21的检测响应性(富油灵敏度)增大。在第一实施例中，为了迅速地检测到上游催化剂18的NOx净化率的降低，在正常操作中，执行贫油响应性控制(贫油RSP控制)，其中控制恒定电流电路27，以便增大氧传感器21的贫油灵敏度，即，增大氧传感器21的贫油响应性。具体来说，控制恒定电流电路27输出负恒定电流(-1cs),以使得大气电极层34向排气电极层33供氧。氧传感器21的贫油响应性是氧传感器21相对于贫油气体的检测响应性，贫油气体是具有比化学计量空燃比更贫油(即，更高)的实际空燃比的排出气体。在第一实施例中，E⑶25 (或微型计算机26)执行图9中所示的排放减小控制的例程。在排放减小控制中，如图8中所示，在加燃料停止控制之后，执行富油方向控制(NOx减小控制)。在富油方向控制中，控制上游催化剂18的排出气体流上游的空燃比(上游空燃比)，使其变为比基于正常操作条件而设定的目标空燃比更富油(即，更低)。在加燃料停止控制中，停止发动机11的燃料喷射。当氧传感器21的输出在开始富油方向控制之后变得高于预定富油阈值时，终止富油方向控制。另外，在排放减小控制中，执行富油响应性控制(富油RSP控制)，其中控制恒定电流电路27，以便在富油方向控制期间增大氧传感器21的富油响应性。氧传感器21的富油响应性是氧传感器21相对于富油气体的检测响应性，富油气体是具有比化学计量空燃比更富油(即，更低)的实际空燃比的排出气体。具体来说，在富油RSP控制中，控制恒定电流电路27输出正恒定电流(+Ics)，以使得排气电极层33向大气电极层34供氧。如图8中所示，在发动机11的运行期间，当满足了加燃料停止控制的预定执行条件之后，在时间tl时开启加燃料停止标记。当开启加燃料停止标记时，执行加燃料停止控制，以停止发动机的燃料喷射。随后，在时间t3时，不满足加燃料停止控制的执行条件，并且关闭加燃料停止标记，以便终止加燃料停止控制。换言之，在时间t3时重新开始发动机11的燃料喷射。在加燃料停止控制终止之后(B卩，在重新开始燃料喷射之后)，上游催化剂18有可能变为处于贫油状态，在贫油状态中储存的氧量(储存的O2量)，即，上游催化剂18中所吸附的氧量相对较大。在上游催化剂18的贫油状态中，上游催化剂18的NOx转化效率会降低。为了限制由于上游催化剂18的贫油状态所致的催化剂转化效率降低，换言之，为了减小上游催化剂18中所吸附的氧量，执行富油方向控制。具体来说，确定在加燃料停止控制期间是否满足富油方向控制的执行条件(富油方向条件)。当满足富油方向条件时，如图8中所示，在时间t2时开启条件标记。然后，当完成加燃料停止控制时，在时间t3时开启执行标记，以便执行富油方向控制。在富油方向控制中，控制上游催化剂18的排出气体流上游的空燃比，使其变得比基于正常操作条件而设定的目标空燃比更富油(即，更低)。因为可以使流入上游催化剂18的排出气体的空燃比在富油方向控制中更富油(即，更低)，所以可以限制上游催化剂18变为处于贫油状态。换言之，可以减小上游催化剂18中所储存的氧量。在开始富油方向控制之后，在时间t4时氧传感器21的输出超出预定富油阈值。例如，预定富油阈值与化学计量空燃比相对应或更富油一点。在时间t4时，确定对上游催化剂18的贫油状态的限制结束，以便终止富油方向控制。在另一方面，在图8中用粗虚线示出比较示例中，在富油方向控制期间继续执行贫油RSP控制而没有执行富油RSP控制。因为在贫油RSP控制中氧传感器21的富油响应性相对较低，所以在比较示例中氧传感器21的输出超过预定富油阈值时的时间点(即，结束对上游催化剂18 的贫油状态的限制的时间点)延迟。因此，富油方向控制的终止时间点延迟，从而在富油方向控制中产生的CO或HC (富油成分)的排放率会增大。结果，在比较示例中，会使排放气体恶化。在第一实施例中，如图8中的粗实线所示，在加燃料停止控制期间满足富油方向条件，在时间t2开启条件标记。因此，在时间t2执行富油RSP控制以控制恒定电流电路27，以便增大氧传感器21的富油响应性。例如，可以控制恒定电流电路27来停止施加恒定电流Ics，换言之，可以将恒定电流Ics设定为O。或者，可以控制恒定电流电路27来改变恒定电流Ics的流向，以便增大氧传感器21的富油灵敏度，从而提高氧传感器21的富油响应性。换言之，在开始富油RSP控制之前执行贫油RSP控制的情况下，在富油RSP控制中可以增大氧传感器21的富油响应性，例如，通过停止施加恒定电流Ics (即，将恒定电流Ics设定为O)或改变恒定电流Ics的流向，以便增大氧传感器21的富油响应性。因此，可以防止氧传感器21的输出在开始富油方向控制之后超出预定富油阈值时的时间点延迟。换言之，可以防止确定对上游催化剂18的贫油状态的限制结束的时间点延迟。因而，可以相对较早地终止富油方向控制。结果，与图8中所示的比较示例相比，在本实施例中可以更加减小在加燃料停止控制之后在富油方向控制中产生的CO或HC (富油成分)的排放率，并且可以限制排放气体的恶化。将参照图9来描述由ECU25 (或微型计算机26)执行的排放减小控制的例程。在ECU25开启的状态下，在预定周期内反复执行图9中所示的排放减小控制的例程，并且该例程可以用作富油方向控制部分和特性控制部分的示例。当开始排放减小控制时，首先在步骤101中确定是否执行加燃料停止控制。当在步骤101中确定不执行加燃料停止控制时，终止排放减小控制的例程，而无需执行其它任何控制操作。当在步骤101中确定要执行加燃料停止控制时，在步骤102中判断是否满足富油方向条件。在这里，富油方向条件包括如下所示的条件(I)到(3):
(I)上游催化剂18的预热(warm-up)结束。(2)上游催化剂18中所储存的氧量(检测值或估计值)等于或高于预定值，或执行加燃料停止控制预定时间段或更长时间。(3)未提供停止发动机11的请求。当满足上述所有条件(I)到(3)时，满足所述富油方向条件。然而，当上述条件(I)至IJ(3)中任何一个未得到满足时，不满足富油方向条件。当在步骤102中确定不满足富油方向条件时，终止排放减小控制的例程，而无需执行任何控制操作。当在步骤102中确定满足富油方向条件时，开启条件标记，并执行步骤103的控制操作。在步骤103中，执行富油RSP控制来控制恒定电流电路27，以便增大氧传感器21的富油响应性。例如，控制恒定电流电路27停止施加恒定电流Ics (即，控制恒定电流电路27以将恒定电流Ics设定成O)。或者，可以控制恒定电流电路27来改变恒定电流Ics的流向，以便增大氧传感器21的富油响应性。在此情况下，控制恒定电流电路27来施加恒定电流(正恒定电流+Ics)，以使得氧从排气电极层33供应到大气电极层34。在步骤103的控制操作之后，在步骤104中确定是否终止加燃料停止控制。当在步骤104中确定不终止加燃料停止控制时，执行步骤102的控制操作。当在步骤104中确定终止加燃料停止控制时(即，当重新开始燃料喷射时)，执行步骤105的控制操作。在步骤105中，开启执行标记，并执行富油方向控制，其中控制上游催化剂18的排出气体流上游的空燃比(上游空燃比)，使其变得比基于正常操作条件而设定的目标空燃比更富油(即，更低)。因为可以使流入上游催化剂18的排出气体的空燃比在富油方向控制中更富油(即，更低)，所以可以限制上游催化剂18变为处于贫油状态。换言之，可以减小上游催化剂18中所储存的氧量。在下一步骤106中，确定氧传感器21的输出是否超出预定富油阈值(例如，与化学计量空燃比相对应或更富油一点的值)。当在步骤106中确定氧传感器21的输出等于或低于预定富油阈值时，执行步骤104的控制操作。当在步骤106中确定氧传感器21高于预定富油阈值时，执行步骤107的控制操作。在步骤107中，终止富油方向控制和富油RSP控制。换言之，执行贫油RSP控制，其中控制恒定电流电路27来改变恒定电流Ics的流向，以便增大氧传感器21的贫油响应性。执行步骤105的控制操作的ECU25 (微型计算机26)的控制部分可以被用作在终止加燃料停止控制之后执行富油方向控制的富油方向控制部分的示例。执行步骤103的控制操作的ECU25 (微型计算机26)的控制部分可以被用作在富油方向控制期间执行富油RSP控制的特性控制部分的示例。在上述第一实施例中，设置在氧传感器21外部的恒定电流电路27在一对传感器电极33和34之间施加恒定电流。因此，可以改变氧传感器21的输出特性，并且可以增大氧传感器的富油响应性或贫油响应性。此外，无需将辅助电化学电池等合并入氧传感器21内部。因此，可以改变氧传感器21的输出特性而无需极大的设计变化和增加成本。在排放控制系统I中，如上所述，在终止加燃料停止控制之后，继续执行富油方向控制，直至氧传感器21的输出超出预定富油阈值。可以在排放控制系统I中执行富油RSP控制，并在富油RSP控制中控制恒定电流电路27以在富油方向控制期间增大氧传感器21的富油响应性。因此，可以防止氧传感器21的输出在开始富油方向控制之后超出预定富油阈值时的时间点(即，确定对上游催化剂18的贫油状态的限制结束时的时间点)延迟。因此，可以使终止富油方向控制的时间点相对提早。结果，可以减小加燃料停止控制之后在富油方向控制中产生的CO或HC (富油成分)的排放率，并且可以限制排放气体的恶化。在第一实施例中，在加燃料停止控制期间满足富油方向条件时的时间点开始富油RSP控制。因此，可以在开始富油方向控制之前开始富油RSP控制。(第二实施例)将参照图10来描述第二实施例。将忽略或简化第二实施例中与第一实施例实质上相同的部分的说明，并且在第二实施例中将主要描述与第一实施例不同的部分。在第一实施例中，当加燃料停止控制期间满足富油方向控制的执行条件(富油方向条件)时，开始富油RSP控制。在第二实施例中，E⑶25 (或微型计算机26)执行图10所示的排放减小控制的例程，并且在开始富油方向控制之后的早期开始富油RSP控制。在图10中所示的排放减小控制的例程中，首先在步骤201中确定是否执行加燃料停止控制。当在步骤201中确定要执行加燃料停止控制时，在步骤202中确定是否终止加燃料停止控制。当在步骤202中确定要终止加燃料停止控制时，换言之，当确定重新开始发动机11的燃料喷射时，在步骤203中确定是否满足富油方向控制的执行条件(富油方向条件)。第二实施例的富油方向条件与对图9所示的步骤102的说明中所描述的第一实施例的富油方向条件相同 。
当在步骤203中确定满足富油方向条件时，在步骤204中执行富油方向控制。在富油方向控制中，使流入上游催化剂18中的排出气体的空燃比变为更富油(更低)。因此，可以限制上游催化剂18变为处于贫油状态，换言之，可以减小上游催化剂18中所储存的氧量。在下一步骤205中，确定是否执行了富油方向控制预定时间段或更长时间。当确定尚未执行富油方向控制预定时间段或更长时间时，执行步骤203的控制操作。当确定执行了富油方向控制预定时间段或更长时间时，在步骤206中执行富油RSP控制。具体来说，在富油RSP控制中，控制恒定电流电路27停止施加恒定电流Ics。或者，可以控制恒定电流电路27来改变恒定电流Ics的流向，以便增大氧传感器21的富油响应性。在下一步骤207中，确定氧传感器21的输出是否超出预定富油阈值。当确定氧传感器21的输出等于或低于预定富油阈值时，执行步骤206的控制操作。当在步骤206中确定氧传感器21的输出高于预定富油阈值时，在步骤208中终止富油方向控制和富油RSP控制。执行步骤204的控制操作的ECU25 (微型计算机26)的控制部分可以被用作在终止加燃料停止控制之后执行富油方向控制的富油方向控制部分的示例。执行步骤206的控制操作的ECU25 (微型计算机26)的控制部分可以被用作在富油方向控制期间执行富油RSP控制的特性控制部分的示例。在上述第二实施例中，在开始富油方向控制之后的早期开始富油RSP控制，换言之，在执行富油方向控制预定时间段或更长时间之后开始富油RSP控制。因此，在识别出将要实际上开始富油方向控制之后，可以开始富油RSP控制。(第三实施例)将参照图1 1至13来描述第三实施例。将忽略或简化第三实施例中与第一实施例实质上相同的部分的说明，在第三实施例中将主要说明与第一实施例不同的部分。在第一实施例中，当氧传感器21的输出在开始富油方向控制之后超出预定富油阈值时，终止富油方向控制。在第三实施例中，排放控制系统I的ECU25(或微型计算机26)执行图13中所示的排放减小控制的例程，并且当上游催化剂18中所储存的氧的估计量(估计储存氧量)变为等于预定参考阈值(ref.threshold)时,终止富油方向控制。具体来说，如图11所示，在时间tl时执行加燃料停止控制，在此时由于满足发动机11的运行状态中的预定的加燃料停止条件所致而开启加燃料停止标记。随后，终止加燃料停止控制，并且在时间t3时重新开始发动机11的燃料喷射，在此时由于不满足预定的加燃料停止条件，关闭加燃料停止标记。在终止加燃料停止控制之后，上游催化剂18有可能变为处于上游催化剂18中所储存的氧量相对较大的贫油状态。在上游催化剂18的贫油状态中，上游催化剂18相对于NOx的催化转化效率会降低。因而，通过执行富油方向控制，可以限制上游催化剂18变为处于贫油状态，换言之，可以减小储存的氧量。具体来说，确定在加燃料停止控制期间是否满足富油方向控制的执行条件(富油方向条件)。当满足富油方向条件时，在图11中的时间t2时开启条件标记。然后，当加燃料停止控制结束时，在时间t3时开启执行标记，以便执行富油方向控制。在开始富油方向控制之后，确定对上游催化剂18的贫油状态的限制结束，并在时间t4时终止富油方向控制，在此时上游催化剂18中的估计储存氧量(估计储存O2量)变为等于预定参考阈值(例如，目标储存氧量(目标O2量))。在这里，将参照图12描述上游催化剂18中所储存的氧量的估计方法(即，估计储存氧量的计算方法)的示例。基于A/F传感器20 (上游气体传感器)的输出(A/F传感器输出)、氧传感器21 (下游气体传感器)的输出(O2传感器输出)、发动机11的运行条件(例如，发动机旋转速度、发动机负载和冷却剂温度)、排出气体温度和上游催化剂18的温度，通过使用映射、算术表达式等来计算上游催化剂18中的估计储存氧量。基于测试数据或设计数据来推导出用于计算估计储存氧量的映射和算术表达式等，并将其存储在ECU25(或微型计算机26)的ROM等中。如图11所示，在加燃料停止控制终止之后执行富油方向控制，并且在时间Ta时氧传感器21的输出超出预定富油阈值。在时间Ta时，确定上游催化剂18中实际储存氧量减小且为目标储存氧量(例如，最大储存氧量(最大O2量)的30%到40%)，学习并校正估计储存氧量，以使得在时间Ta时的估计储存氧量用作目标储存氧量。具体来说，学习估计储存氧量与目标储存氧量之间的偏差作为校正量(误差)，并利用所学习的校正量来校正估计储存氧量。所学习的校正量存储在诸如备份随机存取存储器(备份RAM)等非易失性存储器内，并且当计算估计储存氧量时，使用存储的学习校正量。在此情况下，例如，利用所学习的校正量来校正通过使用映射、算术表达式等计算的估计储存氧量。或者，可以利用所学习的校正量来校正映射 、算术表达式等，而且该映射、算术表达式等可以用于计算估计储存氧量。在图11中由粗虚线示出的比较示例(comparative ex.)中，在富油方向控制期间继续执行贫油RSP控制(在该贫油RSP控制中施加恒定电流Ics以便增大氧传感器21的贫油响应性)而没有执行富油RSP控制。因为氧传感器21的富油响应性在贫油RSP控制中相对较低，所以在开始富油方向控制之后估计储存氧量变为等于预定参考阈值时的时间点(即，结束对上游催化剂18的贫油状态的限制的时间点)会延迟，并且富油方向控制终止的时间点也会延迟。因此，如图11中所示，在富油方向控制中产生的CO或HC (富油成分)的排放率会增大。结果，会使排放气体恶化。在图11中由粗实线示出的第三实施例中，在时间t2时执行富油RSP控制，在此时由于在加燃料停止控制期间满足富油方向条件，所以开启条件标记。因而，可以防止估计储存氧量在开始富油方向控制之后变为等于预定参考阈值时的时间点(即，结束对上游催化剂18的贫油状态的限制的时间点)延迟，并且与比较示例相比，在第三实施例中可以使富油方向控制终止的时间点提早。结果，可以减小在加燃料停止控制终止后在富油方向控制中产生的CO或HC (富油成分)的排放率，从而可以限制排放气体的恶化。除了步骤106a的控制操作之外，图13中所示的第三实施例的排放减小控制的例程与图9中所示的第一实施例的排放减小控制的例程相同。换言之，用第三实施例中的步骤106a的控制操作替代第一实施例中的步骤106的控制操作。在图13中所示的排放减小控制的例程中，确定在加燃料停止控制期间是否满足富油方向条件，当确定满足富油方向条件时，执行富油RSP控制(步骤101到103)。随后，确定是否终止加燃料停止控制，当确定终止加燃料停止控制时，执行富油方向控制(即，当确定重新开始发动机11的燃料喷射时，执行富油方向控制)(步骤104和105)。
在下一步骤106a中，确定上游催化剂18中的估计储存氧量是否等于或低于预定参考阈值(ref.threshold)。当确定上游催化剂18中的估计储存氧量高于预定参考阈值时，执行步骤105的控制操作。当确定上游催化剂18中的估计储存氧量等于或低于预定参考阈值时，在步骤107中终止富油方向控制和富油RSP控制。在上述第三实施例的排放控制系统中，在加燃料停止控制终止之后执行富油方向控制，直至上游催化剂18中的估计储存氧量变为预定参考阈值。另外，在富油方向控制期间执行富油RSP控制。因而，可以防止上游催化剂18中的估计储存氧量变为等于预定参考阈值的时间点(即，限制上游催化剂18的贫油状态的时间点)延迟，并且可以使富油方向控制终止的时间点提早。因此，可以减小在加燃料停止控制终止之后在富油方向控制中产生的CO或HC (富油成分)的排放率，从而可以限制排放气体的恶化。在上述第三实施例中，在加燃料停止控制期间当满足富油方向条件时，开始执行富油RSP控制。或者，可以在开始富油方向控制之后的早期开始执行富油RSP控制。尽管已经参照附图并结合本公开内容的优选实施例充分描述了本公开内容，但应当注意各种变化和修改对本领域技术人员来说将变得显而易见。在上述第一到第三实施例中，在开始富油RSP控制之前，执行贫油RSP控制，换言之，恒定电流电路27施加恒定电流Ics，以便在开始富油RSP控制之前增大氧传感器21的贫油响应性。恒定电流电路27在开始富油RSP控制之前停止施加恒定电流Ics (S卩，恒定电流Ics等于0)，并且恒定电流电路27可以施加恒定电流Ics，以便在富油RSP控制中增大氧传感器21的富油响应性。在上述第一和第二实施例中，在富油方向控制期间，执行富油RSP控制。或者，可以将氧传感器21的输出的预定富油阈值设定成比化学计量空燃比更贫油(即，更高)，而无需执行富油RSP控制。 在上述第一至第三实施例中，恒定电流电路27连接到氧传感器21 (传感器元件31)的大气电极层34。然而，例如，恒定电流电路27可以连接到氧传感器21的(传感器元件31)的排气电极层33，或者恒定电流电路27可以连接到大气电极层34和排气电极层33这两者。 在上述第一至第三实施例中，将本公开内容应用于包括具有杯形形状的传感器元件31的氧传感器21的排放控制系统I。然而，例如，本公开内容可以应用于包括具有叠层结构的传感器元件的氧传感器的排放控制系统。在上述第一至第三实施例中，将本公开内容应用于排放控制系统I，在排放控制系统I中氧传感器21在排出气体的流动方向上位于上游催化剂18的下游。然而，本公开内容并不限于上游催化剂18或氧传感器21。本公开内容可以应用于一种排放控制系统，在该排放控制系统中诸如氧传感器或空燃比传感器等排出气体传感器在排出气体的流动方向上位于用于净化排出气体的催化剂的下游。其它优点和修改对本领域技术人员来说是显而易见的。因此，本公开内容在其更宽的范围内不限于所示和所描述的具体细节、代表性装置和例示性示例。
权利要求
1.一种内燃机的排放控制系统，包括: 催化剂(18 )，用于净化从所述内燃机排放的排出气体； 排出气体传感器(21)，设置在所述排出气体的流动方向上的所述催化剂(18)的下游以检测所述排出气体的空燃比，或者检测所述排出气体是富油或是贫油，所述排出气体传感器(21)包括传感器元件(31)，所述传感器元件(31)包括电极对(33，34)和位于所述电极对(33，34)之间的固体电解质体(32)； 恒定电流供应部分(27)，通过在所述电极对(33，34)之间施加恒定电流(Ics)来改变所述排出气体传感器(21)的输出特性； 富油方向控制部分(105，204)，在停止所述内燃机的燃料喷射的加燃料停止控制终止之后执行富油方向控制，在所述富油方向控制中，使流入所述催化剂(18)的所述排出气体的空燃比比基于正常操作条件而设定的目标空燃比更富油；以及 特性控制部分(103，206)，在所述富油方向控制期间执行富油响应性控制，在所述富油响应性控制中，控制所述恒定电流供应部分(27)以增大所述排出气体传感器(21)相对于富油气体的检测响应性。
2.根据权利要求1所述的排放控制系统，其中: 在开始所述富 油响应性控制之前，所述特性控制部分(103，206)控制所述恒定电流供应部分(27)向所述电极对(33, 34)施加所述恒定电流(Ics)并设定所述恒定电流(Ics)的流动方向，以便增大所述排出气体传感器(21)相对于贫油气体的检测响应性，并且 在所述排出气体传感器(21)相对于所述贫油气体的所述检测响应性在开始所述富油响应性控制之前增大的情况下，所述特性控制部分(103，206)在所述富油响应性控制中控制所述恒定电流供应部分(27)以将所述恒定电流(Ics)设定成O或改变所述恒定电流(Ics)的流动方向，以便增大所述排出气体传感器(21)相对于所述富油气体的所述检测响应性。
3.根据权利要求1或2所述的排放控制系统，其中:在所述加燃料停止控制期间，当满足所述富油方向控制的执行条件时，所述特性控制部分(103，206)开始所述富油响应性控制。
4.根据权利要求1或2所述的排放控制系统，其中:在开始所述富油方向控制之后的早期，所述特性控制部分(103，206)开始所述富油响应性控制。
全文摘要
本发明公开了一种内燃机的排放控制系统，包括催化剂(18)和设置在排出气体的流动方向上的所述催化剂(18)下游的排出气体传感器(21)。所述排出气体传感器(21)包括传感器元件(31)，所述传感器元件(31)包括一对电极(33，34)和位于所述电极(33，34)之间的固体电解质体(32)。所述排放控制系统还包括恒定电流供应部分(27)，通过在所述电极(33，34)之间施加恒定电流(Ics)来改变所述排出气体传感器(21)的输出特性；富油方向控制部分(105，204)，在加燃料停止控制之后执行富油方向控制；以及特性控制部分(103，206)，在所述富油方向控制期间执行富油响应性控制。在所述富油方向控制中，使所述排出气体的空燃比更富油。在所述富油响应性控制中，所述恒定电流供应部分(27)增大所述排出气体传感器(21)相对于富油气体的检测响应性。
文档编号F02D41/02GK103244294SQ20131004238
公开日2013年8月14日 申请日期2013年2月1日 优先权日2012年2月1日
发明者中野孝亮, 中田真吾, 松冈干泰 申请人:株式会社电装