專利名稱：內(nèi)燃機(jī)的空燃比控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及內(nèi)燃機(jī)的空燃比控制裝置。
背景技術(shù)：
內(nèi)燃機(jī)的排氣(廢氣)中含有NOx、 CO、和HC等，為了凈化這些 物質(zhì)，在內(nèi)燃機(jī)排氣系統(tǒng)中配置有三元催化裝置。因?yàn)槿呋b置在升 溫到催化劑活化溫度以前不能良好地凈化這些物質(zhì)，因此在催化劑溫度低 的內(nèi)燃機(jī)起動(dòng)時(shí)，必須使三元催化裝置盡快升溫到催化劑活化溫度。
為此，提出了下述方案在內(nèi)燃機(jī)剛起動(dòng)后，通過(guò)使燃燒空燃比比理 論空燃比稀薄(lean)而使排氣中含有足夠量的氧，利用該氧使排氣中的 HC和CO等在三元催化裝置中進(jìn)^f亍燃燒。另外，還提出了下述方案若 三元催化裝置升溫到催化劑活化溫度，則將燃燒空燃比設(shè)為理論空燃比， 但在根據(jù)內(nèi)燃機(jī)冷卻水溫達(dá)到設(shè)定溫度來(lái)判斷三元催化裝置已升溫到催化 劑活化溫度的場(chǎng)合，內(nèi)燃機(jī)起動(dòng)開(kāi)始時(shí)的內(nèi)燃機(jī)冷卻水溫越低，則越低地 設(shè)定設(shè)定溫度，盡管三元催化裝置整體升溫到催化劑活化溫度，但使燃燒 空燃比稀薄，從而防止三元催化裝置過(guò)度地升溫(例如參照特開(kāi)平 9-151759、特開(kāi)平9-222010、特開(kāi)2004-346777及特開(kāi)2004-324493 )。
在上述的背景技術(shù)中，因?yàn)槿呋b置整體達(dá)到催化劑活化溫度之 前使燃燒空燃比稀薄，因此雖然在升溫前半期的缸內(nèi)溫度低時(shí)沒(méi)有問(wèn)題， 但在升溫后半期缸內(nèi)溫度比較高時(shí)，排氣中含有較多量的NOx,該NOx 沒(méi)有得到充分地凈化便向大氣中放出。
因此，本發(fā)明的目的是，提供一種在內(nèi)燃機(jī)剛起動(dòng)后將三元催化裝置 向催化劑活化溫度早期地升溫時(shí)，可減少排放到大氣中的NOx量的內(nèi)燃機(jī)的空燃比控制裝置。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明第l技術(shù)方案所迷的內(nèi)燃機(jī)的空燃比控制裝置，其特征是，在 內(nèi)燃機(jī)起動(dòng)時(shí)，使燃燒空燃比比理論空燃比稀薄，在判斷出只有配置在內(nèi) 燃機(jī)排氣系統(tǒng)中的三元催化裝置的排氣上游部已升溫到催化劑活化溫度時(shí)，使燃燒空燃比比理論空燃比濃(rich),將上述三元催化裝置的排氣 下游部升溫。另外，本發(fā)明的第2技術(shù)方案所述的內(nèi)燃機(jī)的空燃比控制裝置，是如 第1技術(shù)方案所述的內(nèi)燃機(jī)的空燃比控制裝置，其特征是，內(nèi)燃機(jī)起動(dòng)時(shí) 的排氣量越多，使燃燒空燃比稀薄而向催化劑活化溫度升溫的三元催化裝 置的上述排氣上游部的容積被變更得越大。此外，本發(fā)明的第3技術(shù)方案所述的內(nèi)燃機(jī)的空燃比控制裝置，是如 第1技術(shù)方案或第2技術(shù)方案所述的內(nèi)燃機(jī)的空燃比控制裝置，其特征是， 基于上述三元催化裝置的縱向中夾部的測(cè)定溫度，判斷出只有上述排氣上 游部已升溫到催化劑活化溫度。另外，本發(fā)明的第4技術(shù)方案所迷的內(nèi)燃機(jī)空燃比控制裝置，是如第 1 3技術(shù)方案的任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)的空燃比控制裝置，其特征是，通過(guò) 使燃燒空燃比比理論空燃比濃從而推定上述三元催化裝置的02存儲(chǔ)量減 少到設(shè)定量時(shí)，將燃燒空燃比控制為理論空燃比。此外，本發(fā)明的第5技術(shù)方案所述的內(nèi)燃機(jī)的空燃比控制裝置，是如 第1 3技術(shù)方案的任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)的空燃比控制裝置，其特征是，通 過(guò)使燃燒空燃比比理論空燃比濃從而推定上述三元催化裝置的02存儲(chǔ)量 減少到設(shè)定量時(shí)，以理論空燃比為中心使燃燒空燃比向濃的一側(cè)和稀薄的 一側(cè)交替地波動(dòng)。另外，本發(fā)明的第6技術(shù)方案所述的內(nèi)燃機(jī)的空燃比控制裝置，是如 第5技術(shù)方案所述的內(nèi)燃機(jī)的空燃比控制裝置，其特征是，上述三元催化 裝置的上述排氣下游部的溫度越高，燃燒空燃比的波動(dòng)振幅越d、。此外，本發(fā)明的第7技術(shù)方案所述的內(nèi)燃機(jī)的空燃比控制裝置，是如 第5技術(shù)方案所述的內(nèi)燃機(jī)的空燃比控制裝置，其特征是，上述三元催化 裝置的上述排氣下游部的溫度越高，燃燒空燃比的波動(dòng)周期越大。
根據(jù)本發(fā)明第l技術(shù)方案所述的內(nèi)燃機(jī)的空燃比控制裝置，在內(nèi)燃機(jī) 起動(dòng)時(shí)首先使燃燒空燃比比理論空燃比稀薄，利用排氣中的充分的氧使排 氣中的HC和CO在三元催化裝置中燃燒，只使配置在內(nèi)燃機(jī)排氣系統(tǒng)中 的三元催化裝置的排氣上游部良好地進(jìn)行升溫。由于此時(shí)缸內(nèi)溫度^f氐，因 此燃燒溫度也低，不會(huì)生成那么多的NOx。如果判斷出只有三元催化裝置 的排氣上游部已升溫到催化劑活化溫度，則由于使燃燒空燃比比理論空燃 比濃，因此即使缸內(nèi)溫度變得比較高，燃燒溫度變高，氣缸內(nèi)的NOx生成 量也沒(méi)有那么多，與使燃燒空燃比稀薄的場(chǎng)合相比，可以減少向大氣中排 放的NOx量。通過(guò)使燃燒空燃比濃，排氣中的HC和CO量增多，但在燃 燒空燃比稀薄的期間利用02存儲(chǔ)能力而吸藏在三元催化裝置中的氧釋放 出，由此這些HC和CO在三元催化裝置中燃燒，不會(huì)向大氣中排^L出， 另外，三元催化裝置的排氣下游部也可利用該燃燒熱而良好地進(jìn)行升溫。
另外，根據(jù)本發(fā)明笫2技術(shù)方案所迷的內(nèi)燃機(jī)的空燃比控制裝置，在 第1技術(shù)方案所述的內(nèi)燃機(jī)的空燃比控制裝置中，內(nèi)燃機(jī)起動(dòng)時(shí)的排氣量 越大，使燃燒空燃比稀薄而向催化劑活化溫度升溫的三元催化裝置的排氣 上游部的容積被變更得越大，只有對(duì)內(nèi)燃機(jī)起動(dòng)時(shí)的排氣進(jìn)行凈化所需的 三元催化裝置的容積部分通過(guò)使燃燒空燃比稀薄化而早期地升溫到催化劑
活化溫度o
此外，根據(jù)本發(fā)明的第3技術(shù)方案所述的內(nèi)燃機(jī)的空燃比控制裝置， 在第l技術(shù)方案或笫2技術(shù)方案所述的內(nèi)燃機(jī)的空燃比控制裝置中，至少 三元催化裝置的縱向中央部的溫度由溫度傳感器等進(jìn)行測(cè)定，基于該測(cè)定 溫度判斷只有三元催化裝置的排氣上游部已升溫到催化劑活化溫度。三元 催化裝置的溫度由于排氣上游端最高而排氣下游端最低，因此如果至少測(cè) 定縱向中央部的溫度，則可容易地判斷出是否只有排氣上游部已升溫到催 化劑活化溫度。另外，根據(jù)本發(fā)明的第4技術(shù)方案所述的內(nèi)燃機(jī)的空燃比控制裝置， 在第l-3技術(shù)方案的任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)的空燃比控制裝置中，通過(guò)^吏燃 燒空燃比比理論空燃比濃，從而推定三元催化裝置的02存儲(chǔ)量減少到^殳定 量時(shí)，將燃燒空燃比控制為理論空燃比。通過(guò)使燃燒空燃比稀薄的運(yùn)轉(zhuǎn)(運(yùn) 行)，三元催化裝置的02存儲(chǔ)量變?yōu)樽畲蟠鎯?chǔ)量，這樣，在三元催化裝置 整體升溫到催化劑活化溫度后的理論空燃比的運(yùn)轉(zhuǎn)中，燃燒空燃比向稀薄 的一側(cè)偏移時(shí)NOx的凈化變得不充分。另夕卜，若使燃燒空燃比濃而繼續(xù)時(shí)， 三元催化裝置的02存儲(chǔ)量最終成為零，這樣，在三元催化裝置整體升溫到 催化劑活化溫度后的理論空燃比的運(yùn)轉(zhuǎn)中，燃燒空燃比向濃的一側(cè)偏移時(shí)， HC和CO的凈化變得不充分。
由此，使燃燒空燃比濃，從而推定三元催化裝置的02存儲(chǔ)量減少到設(shè) 定量、優(yōu)選減少到最大存儲(chǔ)量的大約一半時(shí)，將燃燒空燃比控制為理論空 燃比，將02存儲(chǔ)量維持在設(shè)定量。此時(shí)，三元催化裝置在比排氣上游部大 的范圍達(dá)到催化劑活化溫度，在可良好地凈化理論空燃比的排氣中所含的 HC、 CO和NOx的同時(shí)，利用此時(shí)產(chǎn)生的反應(yīng)熱可使三元催化裝置的其 余部分升溫到催化劑活化溫度。
此外，根據(jù)本發(fā)明第5技術(shù)方案所述的內(nèi)燃機(jī)的空燃比控制裝置，在 第1 3技術(shù)方案的任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)的空燃比控制裝置中，通過(guò)使燃燒 空燃比比理論空燃比濃從而推定三元催化裝置的02存儲(chǔ)量減少到設(shè)定量 時(shí)，以理論空燃比為中心使燃燒空燃比向濃的一側(cè)和稀薄的一側(cè)交替地波 動(dòng)。若燃燒空燃比以理論空燃比為中心向濃的一側(cè)和稀薄的一側(cè)波動(dòng)，則 交替地向三元催化裝置供給較多量HC及CO、和較多量的氧及NOx。由 此，較多量的HC和CO利用由三元催化裝置放出的氧而進(jìn)行燃燒，利用 該燃燒熱可使未升溫到催化劑活化溫度的三元催化裝置的其余部分良好地 升溫，與此同時(shí)與所放出的氧相同的量的氧再被三元催化裝置吸藏，三元 催化裝置的02存儲(chǔ)量被維持在設(shè)定量。
另外，根據(jù)本發(fā)明第6技術(shù)方案所述的內(nèi)燃機(jī)的空燃比控制裝置，在 第5技術(shù)方案所述的內(nèi)燃機(jī)的空燃比控制裝置中，三元催化裝置的排氣下游部的測(cè)定溫度越高，燃燒空燃比的波動(dòng)振幅越小，使每單位時(shí)間向三元
催化裝置供給的HC及CO的量、和氧及NOx的量減少，使HC和CO的 燃燒熱減少，使沒(méi)有升溫到催化劑活化溫度的三元催化裝置的其余部分升 溫，由此，抑制產(chǎn)生必需以上的燃燒熱而使已升溫到催化劑活化溫度的三 元催化裝置的排氣上游部過(guò)度地升溫。
此外，根據(jù)本發(fā)明第7技術(shù)方案所述的內(nèi)燃機(jī)的空燃比控制裝置，在 第5技術(shù)方案所述的內(nèi)燃機(jī)的空燃比控制裝置中，三元催化裝置的上述排 氣下游部的測(cè)定溫度越高，燃燒空燃比的波動(dòng)周期越大，4吏每單位時(shí)間向 三元催化裝置供給的HC及CO的量、和氧及NOx的量減少，使HC和 CO的燃燒熱減少，從而使沒(méi)有升溫到催化劑活化溫度的三元催化裝置的 其余部分升溫，由此，抑制產(chǎn)生必需以上的燃燒熱而使已升溫到催化劑活 化溫度的三元催化裝置的排氣上游部過(guò)度地升溫。


圖i是表示內(nèi)燃機(jī)排氣系統(tǒng)的一部分的概略圖2是用于利用本發(fā)明的空燃比控制裝置實(shí)施的起動(dòng)時(shí)空燃比控制的 流程圖3是表示通過(guò)圖2的起動(dòng)時(shí)空燃比控制而得到的空燃比變化與三元 催化裝置的各部分的溫度變化的時(shí)間曲線圖。
具體實(shí)施例方式
圖1是表示內(nèi)燃機(jī)排氣系統(tǒng)的一部分的概略圖。在該圖中，l是三元 催化裝置，2是用于檢測(cè)三元催化裝置1的排氣上游端附近溫度的第一溫 度傳感器，3是用于檢測(cè)三元催化裝置1的縱向中央部溫度的第二溫度傳 感器，4是用于檢測(cè)三元催化裝置1的排氣下游端附近溫度的第三傳感器。 第一溫度傳感器2、第二溫度傳感器3和笫三溫度傳感器4在本實(shí)施方式 中分別檢測(cè)在各縱向位置的直徑中心附近的溫度。
三元催化裝置1，在排氣的空燃比為理論空燃比附近時(shí)，對(duì)排氣中的NOx、 CO和HC良好地進(jìn)行凈化。然而，由于將排氣的空燃比總是維持 在理論空燃比附近是困難的，因此通過(guò)使三元催化裝置1擔(dān)載二氧化鈰等， 使之具有02存儲(chǔ)能力，在排氣的空燃比變?yōu)橄”r(shí)，吸收剩余氧，在排氣 的空燃比變?yōu)闈鈺r(shí)放出吸收的氧，不論排氣的空燃比如何均可使三元催化 裝置1內(nèi)的氣氛在理論空燃比附近。
可是，三元催化裝置l在達(dá)到催化劑活化溫度以前，不能對(duì)理論空燃 比附近的排氣中的NOx、 CO和HC良好地進(jìn)行凈化。由此，在催化劑溫 度低的內(nèi)燃機(jī)起動(dòng)時(shí)，必須使三元催化裝置1早期地升溫到催化劑活化溫 度。為此， 一般地實(shí)施下述工作在內(nèi)燃機(jī)起動(dòng)時(shí)使燃燒空燃比比理論空 燃比稀薄，使排氣中含有大量的氧，利用該氧使排氣中的HC和CO在三 元催化裝置1內(nèi)良好地進(jìn)行燃燒，利用該燃燒熱4吏三元催化裝置1升溫。
這樣，在使燃燒空燃比稀薄而使三元催化裝置1升溫的場(chǎng)合，由于在 升溫前半期缸內(nèi)溫度低，燃燒溫度也低，因此即使使燃燒空燃比稀薄也不 會(huì)生成那么多量的NOx。然而，在升溫后半期缸內(nèi)溫度變得比較高、燃燒 溫度提高時(shí)，在燃燒空燃比稀薄的運(yùn)轉(zhuǎn)中會(huì)生成量比較多的NOx，該NOx 會(huì)使三元催化裝置1的升溫不充分，另外，通過(guò)此前的稀薄空燃比的運(yùn)轉(zhuǎn)， 三元催化裝置1的02存儲(chǔ)量變?yōu)樽畲蟠鎯?chǔ)量時(shí)，不能良好地進(jìn)行凈化而向 大氣中放出。
本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)的空燃比控制裝置，按照?qǐng)D2所示的流程圖控制燃燒 空燃比，使三元催化裝置1早期地升溫到催化劑活化溫度，并抑制此時(shí)的 NOx的向大氣排放量。
首先，在步驟101中，根據(jù)起動(dòng)機(jī)開(kāi)關(guān)的開(kāi)啟(接通)信號(hào)等來(lái)判斷 是否是內(nèi)燃機(jī)起動(dòng)時(shí)，該判斷結(jié)果為否定時(shí)直接終止流程，但該判斷結(jié)果 為肯定時(shí)就進(jìn)入步驟102。在步驟102中，確定對(duì)與吸入空氣量對(duì)應(yīng)的內(nèi) 燃機(jī)起動(dòng)時(shí)的排氣量進(jìn)行凈化所需的三元催化裝置1的排氣上游部的容 積，所述吸入空氣量是內(nèi)燃機(jī)起動(dòng)時(shí)的吸入空氣量，優(yōu)選是剛剛各氣缸的 起爆完成、內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速上升到設(shè)定轉(zhuǎn)速后的正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)(以下稱為內(nèi)燃機(jī) 剛起動(dòng)完成后)的吸入空氣量。內(nèi)燃機(jī)剛起動(dòng)完成后的排氣量越多，所需的三元催化裝置1的排氣上游部的容積越大。該容積，例如在具有同樣直
徑的三元催化裝置中，作為距排氣上游端的長(zhǎng)度L來(lái)確定。
接著，在步驟103中，實(shí)施在稀薄空燃比(例如為15-16)下的運(yùn)轉(zhuǎn)。 也可以從起轉(zhuǎn)(cranking)就使燃燒空燃比稀薄，但直到內(nèi)燃機(jī)起動(dòng)完成 為止，為了確?？煽康钠饎?dòng)性，優(yōu)選將燃燒空燃比控制成為理論空燃比或 稀薄空燃比，在稀薄空燃比下的運(yùn)轉(zhuǎn)優(yōu)選從內(nèi)燃機(jī)剛起動(dòng)完成后實(shí)施。
接著，在步驟104中，判斷三元催化裝置1的距排氣上游端的長(zhǎng)度L 的位置的直徑中心部附近的溫度TL是否達(dá)到了催化劑活化溫度T。在整 體達(dá)到催化劑活化溫度之前，三元催化裝置1具有從排氣上游端到排氣下 游端緩慢變?yōu)榈蜏囟鹊臏囟忍荻取１緦?shí)施方式中，利用第一溫度傳感器2 監(jiān)視排氣上游端附近的溫度Tu，利用第二溫度傳感器3監(jiān)視縱向中央部的 溫度Tc，利用第三溫度傳感器4監(jiān)視排氣下游端附近的溫度Td,基于Tu、 Tc和Td這三個(gè)溫度可推定距排氣上流端的長(zhǎng)度L的位置的溫度TL。
當(dāng)然，在內(nèi)燃機(jī)剛起動(dòng)完成后的排氣量多的場(chǎng)合或少的場(chǎng)合，進(jìn)行凈 化所需的三元催化裝置的容積增加、減少，與此相伴，距排氣上游端的長(zhǎng) 度L進(jìn)行增減，但不論長(zhǎng)度L如何，均可基于上述Tu、 Tc和Td這三個(gè) 溫度推定該長(zhǎng)度位置的溫度TL。另外，如果至少監(jiān)一見(jiàn)三元催化裝置1的縱 向中央部的溫度Tc，則將排氣上游端的溫度作為流入三元催化裝置1的排 氣的溫度，可推定距排氣上游端的長(zhǎng)度L的位置的溫度TL。
步驟104的判斷結(jié)果為否定時(shí)，即三元催化裝置1的距排氣上游端的 長(zhǎng)度L的位置的直徑中心部附近的溫度TL小于催化劑活化溫度T，對(duì)內(nèi) 燃機(jī)剛起動(dòng)完成后的排氣量進(jìn)行凈化所需的三元催化裝置的排氣上游部的 容積沒(méi)有升溫到催化劑活化溫度時(shí)，在步驟103中實(shí)施在稀薄空燃比下的 運(yùn)轉(zhuǎn)，通過(guò)4吏排氣中含有足夠量的氧，使排氣中的HC和CO在三元催化 裝置l中良好地燃燒，利用該燃燒熱使三元催化裝置l良好地升溫。在內(nèi) 燃機(jī)剛起動(dòng)完成后，由于氣釭內(nèi)的溫度尚低，燃燒溫度也低，因此即使使 燃燒空燃比稀薄，也不會(huì)生成那么多的NOx。這樣，雖然NOx在三元催 化裝置中未怎么被凈化便排放到大氣中，但該NOx放出量很少。另 一方面，如果對(duì)內(nèi)燃機(jī)剛起動(dòng)完成后的排氣量進(jìn)行凈化所需的三元
催化裝置1的排氣上游部的容積升溫到催化劑活化溫度，步驟104的判斷 結(jié)果為肯定，則在步驟105中實(shí)施在濃空燃比(例如為12-14)下的運(yùn)轉(zhuǎn)， 燃燒空燃比從稀薄空燃比轉(zhuǎn)換至濃空燃比。此時(shí)，三元催化裝置l的排氣 上游部已升溫到催化劑活化溫度，即使將燃燒空燃比控制為理論空燃比， 也可以將內(nèi)燃機(jī)剛起動(dòng)完成后的排氣良好地凈化。然而，三元催化裝置1 中的排氣上游部以外的排氣下游部依然沒(méi)有升溫到催化劑活化溫度，防備 排氣量增加的運(yùn)轉(zhuǎn)并使排氣下游部早期地升溫到催化劑活化溫度是必要 的。
由此，在本實(shí)施方式中，使燃燒空燃比濃，從而使量比較多的HC和 CO流入三元催化裝置1，由于利用三元催化裝置1的02存儲(chǔ)能力而在稀 薄空燃比運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)吸藏的氧從三元催化裝置1中放出，因此這些HC和CO 在三元催化裝置1中良好地燃燒，可使三元催化裝置1的排氣下游部良好 地升溫。
在燃燒空燃比從稀薄向濃轉(zhuǎn)換時(shí)，通過(guò)此前的稀薄空燃比下的運(yùn)轉(zhuǎn)， 氣缸內(nèi)的溫度升高，如果保持原樣地持續(xù)進(jìn)行在稀薄空燃比下的運(yùn)轉(zhuǎn)，則 燃燒溫度也升高，NOx生成量變得比較多。然而，本實(shí)施方式中，由于在 此時(shí)實(shí)施在濃空燃比下的運(yùn)轉(zhuǎn)，因此即使氣缸內(nèi)的溫度升高，也不會(huì)那樣 地生成NOx，即4吏在三元催化裝置1中NOx未被凈化，NOx向大氣中的 ;故出量也4艮少。
三元催化裝置1的02存儲(chǔ)能力，如上述那樣，是用于在燃燒空燃比波 動(dòng)成為濃或稀薄時(shí)，也將三元催化裝置l內(nèi)的排氣的空燃比維持在理論空 燃比附近的，優(yōu)選三元催化裝置1的02存儲(chǔ)量變?yōu)樽畲蟠鎯?chǔ)量的約一半， 以使得燃燒空燃比可以向濃和稀薄波動(dòng)。當(dāng)^f吏燃燒空燃比一直為濃的狀態(tài) 時(shí)，三元催化裝置1的排氣下游部被良好地升溫，但在稀薄空燃比下運(yùn)轉(zhuǎn) 時(shí)吸藏到最大存儲(chǔ)量的氧最終全部放出。
在本流程圖中，在步驟106中，判斷開(kāi)始濃空燃比下的運(yùn)轉(zhuǎn)后的經(jīng)過(guò) 時(shí)間te是否達(dá)到了設(shè)定時(shí)間t。在濃空燃比的運(yùn)轉(zhuǎn)開(kāi)始時(shí)，通過(guò)此前的稀薄空燃比下的運(yùn)轉(zhuǎn)，三元催化裝置1吸藏有最大存儲(chǔ)量的氧。該最大存儲(chǔ) 量對(duì)于每一個(gè)三元催化裝置1是已知的值，使最大存儲(chǔ)量的氧減少一半所
需的HC量和CO量也已知。由此，這些HC量和CO量向三元催4t裝置 1流入所需的在濃空燃比下的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間t,可以基于濃空燃比的值進(jìn)行設(shè)定。
這樣，步驟106的判斷結(jié)果為否定的期間，實(shí)施在濃空燃比下的運(yùn)轉(zhuǎn)。 另一方面，當(dāng)從在濃空燃比下的運(yùn)轉(zhuǎn)開(kāi)始后的經(jīng)過(guò)時(shí)間te達(dá)到設(shè)定時(shí)間t， 三元催化裝置1的02存儲(chǔ)量變?yōu)樽畲蟠鎯?chǔ)量的約一半時(shí)，結(jié)束在濃空燃比 下的運(yùn)轉(zhuǎn)，i^步驟107。
在三元催化裝置1的02存儲(chǔ)量變?yōu)樽畲蟠鎯?chǔ)量的約一半時(shí)，將燃燒空 燃比從濃轉(zhuǎn)換成理論空燃比，在三元催化裝置的排氣下游部，可以4吏依然 沒(méi)有升溫到催化劑活化溫度的其余部分利用在對(duì)HC、 CO和NOx凈化時(shí) 產(chǎn)生的熱量升溫。即使是這樣的理論空燃比的運(yùn)轉(zhuǎn)，三元催化裝置1的02 存儲(chǔ)量也可以維持在最大存儲(chǔ)量的約一半。
然而，在本實(shí)施方式中，為了使該其余部分早期地升溫到催化劑活化 溫度，以理論空燃比為中心，使燃燒空燃比向濃側(cè)和稀薄側(cè)波動(dòng)，在燃燒 空燃比向濃的一側(cè)波動(dòng)時(shí)，會(huì)4吏較多量的HC和CO向三元催化裝置1流 入，使這些HC和CO利用從三元催化裝置放出的氧進(jìn)行燃燒。燃燒空燃 比向稀薄一側(cè)波動(dòng)時(shí)，為使HC和CO燃燒而放出的氧量再次被三元催化 裝置1吸藏。這樣，即4吏這樣地<吏燃燒空燃比波動(dòng)，也可以將三元催化裝 置1的02存儲(chǔ)量維持在最大02存儲(chǔ)量的約一半。
在本實(shí)施方式中，在步驟107中確定燃燒空燃比的波動(dòng)振幅A。振幅 A越大，向三元催化裝置l供給的HC量和CO量越多，對(duì)將三元催化裝 置1的未升溫到催化劑活化溫度的其余部分進(jìn)行升溫有利。然而，已升溫 到催化劑活化溫度的三元催化裝置1的排氣上游部等容易過(guò)度地升溫。由 此，通過(guò)使用第三溫度傳感器4檢測(cè)、或至少使用第二溫度傳感器3檢測(cè) 的三元催化裝置1的縱向中央部的溫度Tc推定的三元催化裝置1的排氣 下游端的溫度Td越高，使振幅A越小。由此，可抑制已經(jīng)升溫到催化劑 活化溫度的三元催化裝置1的排氣上游部等過(guò)度地升溫。如果在步驟107中，確定了燃燒空燃比的波動(dòng)振幅A，則在步驟108 中，實(shí)施以理論空燃比為中心的振幅A的波動(dòng)空燃比的運(yùn)轉(zhuǎn)。接著，在步 驟109中，判斷與上述同樣地檢測(cè)或推定的三元催化裝置1的排氣下游端 的溫度Td是否達(dá)到了催化劑活化溫度T，該判斷結(jié)果為否定的期間，在 步驟107中確定振幅A，在步驟108中實(shí)施波動(dòng)空燃比的運(yùn)轉(zhuǎn)。
雖然在步驟107中使波動(dòng)空燃比運(yùn)轉(zhuǎn)的振幅A變化，但也可以^:置成 三元催化裝置1的排氣下游端的溫度Td越高，使波動(dòng)空燃比運(yùn)轉(zhuǎn)的波動(dòng) 周期越大，從而減少向三元催化裝置供給的CO量和HC量，由此，可以 抑制已升溫到催化劑活化溫度的三元催化裝置1的排氣上游部等過(guò)度地升溫。
如果檢測(cè)或推定的三元催化裝置1的排氣下游端的溫度Td達(dá)到催化 劑活化溫度T，則三元催化裝置1的全部已升溫到催化劑活化溫度T，就 不需要在波動(dòng)空燃比下的運(yùn)轉(zhuǎn)，在步驟110中，起動(dòng)時(shí)的空燃比控制被中 止。
圖3是表示上述的起動(dòng)時(shí)的燃燒空燃比變化、與三元催化裝置1的各 部分的溫度變化的時(shí)間曲線圖。在該時(shí)間曲線圖中，在內(nèi)燃機(jī)剛起動(dòng)完成 后的時(shí)刻tl，燃燒空燃比凈皮控制為稀薄，使三元催化裝置1的排氣上游部 的溫度升溫。如果達(dá)到時(shí)刻t2,則由于三元催化裝置l的作為排氣上游部 邊界的距排氣上游端的縱向長(zhǎng)度L的位置的溫度TL達(dá)到催化劑活化溫度 T，因此從該時(shí)刻t2開(kāi)始，使燃燒空燃比濃，在抑制氣缸內(nèi)的NOx的生成 量的同時(shí)，^使三元催化裝置1的排氣下游部良好地升溫。
如果通過(guò)經(jīng)過(guò)i殳定時(shí)間而達(dá)到時(shí)刻t3，則在稀薄空燃比運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)凈皮三元 催化裝置1吸藏的最大02存儲(chǔ)量的氧，通過(guò)濃空燃比運(yùn)轉(zhuǎn)而減少到約一半， 從該時(shí)刻t3開(kāi)始，實(shí)施以理論空燃比為中心、使燃燒空燃比向濃的一側(cè)和 稀薄的一側(cè)交替地波動(dòng)的運(yùn)轉(zhuǎn)。由此， 一邊將三元催化裝置1的02存儲(chǔ)量 維持在最大存儲(chǔ)量的約一半， 一邊通過(guò)使較多量的HC和CO燃燒，而使 三元催化裝置1的排氣下游部的、依然沒(méi)有升溫到催化劑活化溫度的部分 良好地升溫。三元催化裝置1的排氣下游端的Td越高，使該運(yùn)轉(zhuǎn)下的波動(dòng)空燃比的振幅越小，抑制了已升溫到催化劑活化溫度的三元催化裝置1
的排氣上游部等過(guò)度地升溫。若達(dá)到時(shí)刻t4，則三元催化裝置l的排氣下 游端的溫度Td也達(dá)到催化劑活化溫度T，即，由于三元催化裝置1的整 體達(dá)到催化劑活化溫度T以上，因此中止用于使三元催化裝置1升溫的起 動(dòng)時(shí)的空燃比控制。
從時(shí)刻t2到t3，實(shí)施了在一定的濃空燃比下的運(yùn)轉(zhuǎn)，但如圖3中虛線 所示，也可以設(shè)定轉(zhuǎn)換時(shí)的濃空燃比及燃燒空燃比的每單位時(shí)間的變化量， 以便使燃燒空燃比從由稀薄空燃比轉(zhuǎn)換時(shí)的濃空燃比慢慢地向理論空燃比 接近，在燃燒空燃比達(dá)到理論空燃比時(shí)三元催化裝置1的02存儲(chǔ)量變?yōu)樽?大存儲(chǔ)量的約一半。在這樣的燃燒空燃比的控制中不需要判斷經(jīng)過(guò)時(shí)間。 對(duì)于從時(shí)刻t2到t3的濃空燃比的運(yùn)轉(zhuǎn)，從時(shí)刻t2到t3向三元催化裝置1 供給的HC量和CO量是重要的，此期間的排氣量大于或少于成為設(shè)定各 值的基準(zhǔn)的排氣量的場(chǎng)合，必須將轉(zhuǎn)換時(shí)的濃空燃比向稀薄一側(cè)或濃的一 側(cè)變更，或者，縮短或延長(zhǎng)時(shí)刻t2到t3期間的時(shí)間t，或者增大或減小燃 燒空燃比的每單位時(shí)間的變化量。
在圖2所示的流程圖中，雖然在內(nèi)燃機(jī)起動(dòng)時(shí)實(shí)施了上述的空燃比控 制，但不用說(shuō)，在冷卻水溫高、判斷是內(nèi)燃機(jī)剛停止后的再起動(dòng)時(shí)的場(chǎng)合， 由于三元催化裝置1整體已達(dá)到催化劑活化溫度，因此不需要實(shí)施上述的 空燃比控制。另外，冷卻水溫異常低、判斷是極低溫的起動(dòng)時(shí)的場(chǎng)合，由 于內(nèi)燃機(jī)剛起動(dòng)完成后的稀薄空燃比的運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)定，因此可以不考慮上述 的空燃比控制。
另外，在本實(shí)施方式中，三元催化裝置1的距排氣上游端的長(zhǎng)度L的 位置的溫度TL,是采用至少使用第二溫度傳感器3測(cè)定的三元催化裝置1 的縱向中央部的溫度Tc進(jìn)行了推定，但也可以基于由根據(jù)各內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn) 狀態(tài)而流入三元催化裝置1的排氣的溫度及排氣的流量等推定的使三元催 化裝置l升溫的能量、和外界氣體溫度等，不設(shè)溫度傳感器而進(jìn)行推定。 在此，考慮了三元催化裝置1具有從排氣上游端到排氣下游端慢慢變?yōu)榈?溫度的溫度梯度。三元催化裝置l的排氣下游端的溫度Td,也可以基于上述的能量和外界氣體溫度等，不設(shè)溫度傳感器而進(jìn)行推定。
權(quán)利要求
1. 一種內(nèi)燃機(jī)的空燃比控制裝置，其特征在于，在內(nèi)燃機(jī)起動(dòng)時(shí)，使 燃燒空燃比比理論空燃比稀薄，在判斷出只有配置在內(nèi)燃機(jī)排氣系統(tǒng)中的 三元催化裝置的排氣上游部升溫到催化劑活化溫度時(shí)，使燃燒空燃比比理 論空燃比濃，將上述三元催化裝置的排氣下游部升溫。
2. 如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)的空燃比控制裝置，其特征在于，內(nèi)燃 機(jī)起動(dòng)時(shí)的排氣量越多，使燃燒空燃比稀薄而向催化劑活化溫度升溫的三 元催化裝置的上述排氣上游部的容積被變更得越大。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的內(nèi)燃機(jī)的空燃比控制裝置，其特征在于， 基于上述三元催化裝置的縱向中央部的測(cè)定溫度，來(lái)判斷只有上迷排氣上 游部升溫到催化劑活化溫度。
4. 如權(quán)利要求1 3的任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)的空燃比控制裝置，其特征 在于，通過(guò)使燃燒空燃比比理論空燃比禮火而推定上述三元催化裝置的o2 存儲(chǔ)量減少到設(shè)定量時(shí)，將燃燒空燃比控制為理論空燃比。
5. 如權(quán)利要求1~3的任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)的空燃比控制裝置，其特征 在于，通過(guò)使燃燒空燃比比理論空燃比濃從而推定上迷三元催化裝置的o2 存儲(chǔ)量減少到設(shè)定量時(shí)，以理論空燃比為中心使燃燒空燃比向濃的一側(cè)和 稀薄的一側(cè)交替地波動(dòng)。
6. 如權(quán)利要求5所述的內(nèi)燃機(jī)的空燃比控制裝置，其特征在于，上述 三元催化裝置的上述排氣下游部的溫度越高，燃燒空燃比的波動(dòng)振幅越小。
7. 如權(quán)利要求5所述的內(nèi)燃機(jī)的空燃比控制裝置，其特征在于，上述 三元催化裝置的上述排氣下游部的溫度越高，燃燒空燃比的波動(dòng)周期越大。
全文摘要
本發(fā)明提供一種內(nèi)燃機(jī)的空燃比控制裝置。在內(nèi)燃機(jī)起動(dòng)時(shí)，使燃燒空燃比比理論空燃比稀薄，在判斷出只有配置在內(nèi)燃機(jī)排氣系統(tǒng)中的三元催化裝置的排氣上游部已升溫到催化劑活化溫度時(shí)，使燃燒空燃比比理論空燃比濃，將上述三元催化裝置的排氣下游部升溫。
文檔編號(hào)F01N3/24GK101313137SQ200780000269
公開(kāi)日2008年11月26日 申請(qǐng)日期2007年2月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月7日
發(fā)明者一瀨宏樹(shù), 中田邦彥, 平田篤識(shí), 櫻井健治, 溝口紘晶, 河合將昭, 藤原孝彥 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社