發動機排氣凈化裝置的制作方法

            文檔序號:5197782閱讀:263來源:國知局
            專利名稱:發動機排氣凈化裝置的制作方法
            技術領域
            本發明涉及設置有催化劑的發動機排氣凈化裝置。
            為了將三元催化劑的NOx(氧化氮)、CO和HC(碳氫化合物)的轉化效率保持于最高,催化劑氣氛必須保持于化學計量的空燃比。如果催化劑的氧氣貯存量保持恒定,排氣中的氧氣貯存在催化劑中,即使流入催化劑中的排氣的空燃比暫時變貧。相反,貯存在催化劑中的氧氣釋放,即使流入催化劑中的排氣的空燃比暫時變富,這樣,催化劑氣氛能保持于化學計量的空燃比。
            在實現此種控制的排氣凈化裝置中,催化劑的轉化效率依賴于催化劑的氧氣貯存量。因此,氧氣貯存量必須精確地計算,以便將氧氣貯存量控制成為恒定,并將催化劑的轉化效率保持于高水平。
            根據一個實施例,提出一種發動機的排氣凈化裝置,該裝置包括催化劑,它設置在發動機的排氣通道中;前部傳感器,它檢測流入催化劑中的排出氣體中的氧氣濃度;以及微處理器,它被加以編程,用以分別計算催化劑的氧氣貯存量中的高速分量和低速分量,高速分量具有快速的氧貯存速率;低速分量所具的貯存速率慢于高速分量的貯存速率,計算的基礎是排出氣體的氧氣濃度,并假定,當氧氣被釋放時,氧氣優先地從高速分量而不是從低速分量釋放,如果低速分量與高低分量之比小于一個預定值;以及根據計算的氧氣貯存量控制發動機的空燃比,以便使催化劑的氧氣貯存量是一個預定量。
            根據另一實施例,提出一種計算方法,用以計算位于連接至發動機的催化轉化器內的催化劑中的氧氣貯存量。此方法包括計算貯存在催化劑中的氧氣第一量,此第一量表示氧氣貯存量的一個部分,計算的第一量在第一速率下進行變化;計算貯存在催化劑中的氧氣的第二量,此第二量表示氧氣貯存量的另一部分;而其中,第一速率根據第一量與第二量之間的關系加以計算。
            根據又另一實施例,提出一種計算方法,用以計算位于連接至發動機的催化轉化器內的催化劑中的氧氣貯存量。此方法包括計算貯存在催化劑中的氧氣的第一量,此第一量表示氧氣貯存量的一個部分,計算的第一量在第一速率下被貯存;計算貯存在催化劑中的氧氣的第二量,此第二量表示氧氣貯存量的另一部分;而其中,第一速率根據第一量與第二量之間的關系加以計算。
            根據又另一實施例,提出一種計算方法,用以計算位于連接至發動機的催化轉化器內的催化劑中的氧氣貯存量。此方法包括計算貯存在催化劑中的氧氣的第一量,此第一量表示氧氣貯存量的一個部分,計算的第一量在第一速率下被釋放;計算貯存在催化劑中的氧氣的第二量,此第二量表示氧氣貯存量的另一部分;而其中,第一速率根據第一量與第二量之間的關系加以計算。
            根據又另一實施例,提出一種控制方法,用以控制位于連接至發動機的催化轉化器內的催化劑中的氧氣貯存量。此方法包括計算貯存在催化劑中的氧氣的第一量,此第一量表示氧氣貯存量的一個部分,計算的第一量在第一速率下進行變化;計算貯存在催化劑中的氧氣的第二量,此第二量表示氧氣貯存量的另一部分;其中,第一速率根據第一量與第二量之間的關系加以計算;以及根據計算的第一量,控制發動機的空氣/燃料比。
            根據又另一實施例,提出一種控制方法,用以控制位于連接至發動機的催化轉化器內的催化劑中的氧氣貯存量。此方法包括計算貯存在催化劑中的氧氣的第一量,此第一量表示氧氣貯存量的一個部分,計算的第一量在第一速率下被貯存;計算貯存在催化劑中的氧氣的第二量,此第二量表示氧氣貯存量的另一部分;以及其中,第一速率根據第一量與第二量之間的關系加以計算;和根據計算的第一量,控制發動機的空氣/燃料比。
            根據又另一實施例,提出一種控制方法,用以控制位于連接至發動機的催化轉化器內的催化劑中的氧氣貯存量。此方法包括計算貯存在催化劑中的氧氣的第一量,此第一量表示氧氣貯存量的一個部分,計算的第一量在第一速率下被釋放;計算貯存在催化劑中的氧氣的第二量,此第二量表示氧氣貯存量的另一部分;其中,第一速率根據第一量與第二量之間的關系加以計算;以及根據計算的第一量,控制發動機的空氣/燃料比。
            根據又另一實施例,提出了一種發動機的排氣凈化裝置。此裝置包括催化劑,它設置在發動機的排氣通道中;前部傳感器,它檢測流入催化劑中的氧氣的氧氣濃度;和微處理器,它被加以編程,用以計算貯存在催化劑中的氧氣的第一量,計算的第一量在第一速率下進行變化;計算貯存在催化劑中的氧氣的第二量;其中,第一速率根據氧氣濃度以及第一量與第二量之間的關系加以計算;和根據計算的第一量,控制發動機的空氣/燃料比。
            根據又另一實施例,提出了一種發動機的排氣凈化裝置。此裝置包括催化劑,它設置在發動機的排氣通道中;前部傳感器,它檢測流入催化劑中的氧氣的過度氧氣濃度;和微處理器,它被加以編程,用以計算貯存在催化劑中的氧氣的第一量,計算的第一量在第一速率下被貯存;計算貯存在催化劑中的氧氣的第二量;其中,第一速率根據過度氧氣濃度和第一量與第二量之間的關系加以計算;以及根據計算的第一量,控制發動機的空氣/燃料比。
            根據又另一實施例,提出了一種發動機的排氣凈化裝置。此裝置包括催化劑,它設置在發動機的排氣通道中;前部傳感器,它檢測流入催化器中的氧氣的缺乏氧氣濃度;和微處理器,它被加以編程,用以計算貯存在催化劑中的氧氣的第一量,計算的第一量在第一速率下釋放;計算貯存在催化劑中的氧氣的第二量;其中,根據缺乏氧氣濃度以及第一量與第二量之間的關系,計算第一量;和根據計算的第一量,控制發動機的空氣/燃料比。
            本發明的細節以及其它特點和優越性提出于說明書的其余部分,并被示于附圖中。
            圖2是根據本發明的實施例提出的排氣凈化裝置的示意框圖。
            圖3是一圖表,它表示一種催化劑的氧氣釋放特征。
            圖4是一流程圖,它表示計算催化劑的氧氣貯存量用的程序。
            圖5是一流程圖,它表示計算流入催化劑中的排氣中氧氣的過度/缺乏量用的子程序。
            圖6是一流程圖,它表示計算高速分量的氧氣釋放速率用的子程序。
            圖7是一流程圖,它表示計算氧氣貯存量的高速分量用的子程序。
            圖8是一流程圖,它表示計算氧氣貯存量的低速分量用的子程序。
            圖9是一流程圖,它表示確定重置條件用的程序。


            圖10是一流程圖,它表示對計算的氧氣貯存量進行重置用的程序。
            圖11是一流程圖,它表示根據氧氣貯存量,計算目標空燃比用的程序。
            圖12是一圖表,它表示,當氧氣貯存量被調節成恒定時,后部氧氣傳感器的輸出及高速分量是如何變化的。
            圖13是一流程圖,它表示本發明的第二實施例的氧氣貯存量的計算,以及根據氧氣貯存量的燃料校正控制。
            圖14是一特征圖表,它表示一臺寬量程空燃比傳感器的輸出,以及過度/缺乏氧氣濃度。
            圖15是過度/缺乏氧氣濃度的查找表。
            圖16是一流程圖,用于說明系數A2的設定。
            圖17A是一圖表,它表示催化劑前、后的空燃比的變化。圖17B和17C是表示氧氣貯存量的圖表,當排氣空燃比從貧變化至富。
            這是因為,雖然氧氣貯存量事實上依賴于兩種不同的特征,其中氧氣被催化劑中的貴金屬在高速下貯存和釋放,和氧氣被催化劑中的氧氣貯存材料,諸如氧化鈰,在低速下貯存和釋放,但在現有技術中氧氣貯存量由一個參量加以估計和計算,而不考慮這兩種速率機制。
            圖1表示了,當流入催化劑的排氣中的空燃比從13改變至16時,在催化劑前、后的排氣的空燃比的測量結果。
            在區間A,氧氣迅速貯存在催化劑中,所有流入至催化劑中的氧氣被貯存于其中,即使流入催化劑中的排氣的空燃比(F-A/F)是貧的;催化劑氣氛(R-A/F)是化學計量的空燃比。
            在稍后的區間B中,不是所有流入催化劑中的氧氣貯存于催化劑中,催化劑氣氛(R-A/F)是貧的。但是,即使在此區間B中,氧氣也貯存在催化劑中,雖然貯存進行得緩慢。
            貯存以此種方式在兩個階段中發生的原因是,除諸如鉑或銠的貴金屬外,催化劑還包括氧氣貯存材料,諸如氧化鈰或鋇以及基材金屬。而貴金屬吸附分子狀態的氧氣,諸如氧化鈰的氧氣貯存材料則吸收通過化學結合成化合物的氧氣。換言之,由于貴金屬和氧氣貯存材料貯存氧氣的方法不同,產生了氧氣貯存速率的差異。當釋放氧氣時,發生反向作用。
            嚴格講,如上所述,確信貴金屬吸附分子狀態的氧氣,而氧氣貯存材料吸收作為化合物的氧氣,但是,在以下說明中,吸附和吸收將統稱貯存。
            此外,在此申請中,詞句“排氣的空燃比是富的”意味著,排氣中的氧氣濃度低于發動機在化學計量空燃比下運行時的排氣中的氧氣濃度。詞句“排氣的空燃比是貧的”意味著,排氣中的氧氣濃度高于發動機在化學計量空燃比下運行時的排氣中的氧氣濃度。詞句“排氣的空燃比是化學計量的”意味著,排氣中的氧氣濃度等于發動機在化學計量空燃比下運行時的排氣中的氧氣濃度。
            請參看附圖中的圖2,燃料噴射閥13設置于發動機1的空氣吸入通道7中節流閥8的下游。燃料噴射閥13將燃料噴射至吸入的空氣中,以獲得根據運行條件及來自控制器6的噴射信號的預定的空燃比。
            由曲柄轉角傳感器12發出的轉速信號、由空氣流量9發出的吸入空氣量信號、由水溫傳感器10發出的冷卻水溫度信號,以及由節流閥開度傳感器14發出的節流閥開度信號被輸入控制器6中。控制器6根據這些信號確定運行條件;確定燃料噴射量Tp,它實現基本空燃比;通過對Tp進行各種修正,計算燃料噴射量Ti;以及通過將Ti轉換成噴射信號,進行燃料噴射控制。
            催化劑3設置在排氣通道2中。當催化劑氣氛處于化學計量空燃比時,催化劑3以最大的轉化效率實現排氣中NOx的降低以及HC和CO的氧化。這時,在催化劑3中,通過對由于排氣的空燃比的臨時脈動產生的任何多余或缺乏的氧氣的校正,使催化劑氣氛保持于化學計量的空燃比。
            這里,催化劑3的氧氣貯存量可劃分為高速分量(量)HO2,深信它被催化劑中的貴金屬(Pt、Rh、Pd)所貯存和釋放;以及低速分量(量)LO2,深信它被催化劑3中的氧氣貯存材料所貯存和釋放。低速分量LO2提供的氧氣貯存和釋放的量大于高速分量HO2,但其貯存/釋放速率低于高速分量HO2的貯存/釋放速率。
            此外,此高速分量HO2和低速分量LO2所具的特征可按下述建立模型貯存氧氣時,氧氣優先地作為高速分量HO2加以貯存,并只有當高速分量HO2已達到最高容量HO2MAX時,氧氣才開始作為低速分量LO2加以貯存,氧氣不再作為高速分量HO2加以貯存。
            -釋放氧氣時,當低速分量LO2與高速分量HO2之比(LO2/HO2)小于預定值時,即當高速分量較大時,氧氣優先從高速分量HO2釋放。當低速分量LO2與高速分量HO2之比大于預定值時,氧氣從高速分量HO2和低速分量LO2兩者都釋放,這樣,低速分量LO2與高速分量HO2之比不改變。
            圖3表示催化劑的氧氣貯存/釋放特征。豎直軸線表示高速分量HO2(貯存在貴金屬中的氧氣量),而水平軸線表示低速分量LO2(貯存在氧氣貯存材料中的氧氣量)。
            正常運行條件期間,低速分量LO2幾乎為零,只有高速分量HO2按照流入催化劑中的排氣的空燃比,如圖3中箭頭A1所示地改變。高速分量HO2被控制為,例如,其最高容量的一半。
            但是,當發動機燃料切斷或當發動機從加熱狀態再起動(熱起動)時,高速分量HO2達到其最大容量,氧氣作為低速分量LO2如圖3中箭頭A2所示地加以貯存。這時,氧氣貯存量從點X1改變至點X2。
            當氧氣在點X2處釋放時,氧氣優先地從高速分量HO2釋放。當低速分量LO2與高速分量HO2之比達到圖3中X3處的預定值時,氧氣從高速分量HO2和低速分量LO2兩者都釋放,這樣,低速分量LO2與高速分量HO2之比不改變,即,氧氣釋放,同時如圖3所示地沿直線L移動。此處,在直線L上,低速分量與高速分量的恒定比為5至15,但最好為約10,相對高速分量1。
            回至圖2,前部寬量程空燃比傳感器4(此后稱為前部A/F傳感器)設置在催化劑3的上游,它根據流入催化劑3的排氣中的空燃比輸出電壓。后部氧氣傳感器5設置在催化劑3的下游,它檢測催化劑3的下游的排氣的空燃比按化學計量空燃比作為閾值是富或是貧的。這里,在催化劑3的下游曾設置了經濟型氧氣傳感器,但是,能設置A/F傳感器以替代氧氣傳感器,A/F傳感器能連續地檢測空燃比。
            冷卻水溫度傳感器10檢測冷卻水的溫度,它裝配至發動機1上。檢測到的冷卻水溫度用于確定發動機1的運行狀態,也用于估算催化劑3的催化劑溫度。
            控制器6包括微處理器,諸如RAM、ROM以及I/O接口。控制器6根據空氣流量計9、前部A/F傳感器4以及冷卻水溫度傳感器10的輸出,計算催化劑3的氧氣貯存量(高速分量HO2和低速分量LO2)。
            當所計算的氧氣貯存量的高速分量HO2大于一個預定量,例如,高速分量的最大容量HO2MAX的一半時,控制器6使發動機1的空燃比變富,從而使流入催化劑3中的排氣的空燃比變富,并減少高速分量HO2。相反,當高速分量HO2小于預定量時,控制器6使發動機1的空燃比變貧,從而使流入催化劑3中的排氣的空燃比變貧,并增加高速分量HO2。
            在所計算的氧氣貯存量與真實的氧氣貯存量之間由于計算誤差可能產生差異。這時,控制器6根據催化劑3的下游的排氣的空燃比按預定的定時,重置氧氣貯存量的計算值,并校正與真實的氧氣貯存量的差異。
            具體說來,當根據后部氧氣傳感器5的輸出,確定催化劑3的下游的空燃比是貧的時,可確定,至少高速分量HO2已達到最大。這時,高速分量HO2被重置為最大容量。當根據后部氧氣傳感器5確定催化劑3的下游的空燃比是富的時,氧氣從高速分量HO2和低速分量LO2都不再釋放。這時,高速分量HO2和低速分量LO2被重置為最小容量。
            接著將說明由控制器6進行的控制。
            首先將說明氧氣貯存量的估計和計算,隨后是氧氣貯存量的計算值的重置,最后是根據氧氣貯存量對發動機1的空燃比的控制。
            圖4表示計算或估計催化劑3的氧氣貯存量的主程序。此計算在預定間隔內由控制器6進行。
            根據此程序,首先在步驟S1中,冷卻水溫度傳感器10、曲柄角傳感器12和空氣流量計9的輸出被作為發動機1的運行參數而讀入。在步驟S2,根據這些參數估算催化劑3的溫度TCAT。在步驟S3。通過比較估算的催化劑溫度TCAT和催化劑激活溫度TACTo,例如諸如300℃,確定催化劑3是否已被激活。
            當確定,催化劑激活溫度TACTo已達到時,程序進行至步驟S4,以計算催化劑3的氧氣貯存量。當確定,催化劑激活溫度TACTo尚未達到時,過程中斷,因為在此情況,假定催化劑3不貯存或釋放氧氣。
            在步驟S4,進行計算氧氣的過度/缺乏量O21N的子程序(圖5),計算流入催化劑3中的排氣的氧氣過度/缺乏量。在步驟S5,進行計算氧氣貯存量的高速分量的氧氣釋放速率A的子程序(圖6),計算高速分量的氧氣釋放速率A。
            進而,在步驟S6,進行計算氧氣貯存量的高速分量HO2的子程序(圖7)。在此步驟中,根據氧氣的過度/缺乏量O21N以及高速分量的氧氣釋放速率A,計算高速分量HO2以及過流進入低速分量LO2,而不是作為高速分量HO2貯存的氧氣量OVERFLOW。
            在步驟S7,根據過流氧氣量OVERFLOW,確定是否全部流入催化劑3的氧氣的過度/缺乏量O21N已作為高速分量HO2加以貯存。當氧氣的過度/缺乏量O21N全部已作為高速分量加以貯存時(即OVERFLOW=O),過程中止。不然的話,程序進行至步驟S8,進行子程序(圖8),以便計算低速分量LO2,并根據從高速分量HO2過流出的過流氧氣量OVERFLOW計算低速分量LO2。
            此處,催化劑溫度TCAT根據發動機1的冷卻水溫度、發動機負載和發動機轉速加以估算。或替而代之,也可將溫度傳感器11如圖2所示地安裝至催化劑3上,從而催化劑3的溫度可直接測量。
            當催化劑溫度TCAT低于激活溫度TACTo時,氧氣貯存量在圖4中不計算。或替而代之,步驟S3可取消,而催化劑溫度TCAT的影響可反映在高速分量的氧氣釋放速率A,或下文說明的低速分量的氧氣貯存/釋放速率B中。
            接著,將說明進行步驟S4至S6以及步驟S8的子程序。
            圖5表示計算流入催化劑3中的排氣的氧氣過度/缺乏量O21N的子程序。在此子程序中,流入催化劑3中的排氣的氧氣過度/缺乏量O21N根據催化劑3的上游的排氣的空燃比以及發動機1的吸入空氣量加以計算。
            首先,在步驟S11中,讀入前部A/F傳感器4的輸出和空氣流量計9的輸出。
            接著,在步驟S12中,前部A/F傳感器4的輸出應用預定的轉換表轉換成流入催化劑3的排氣的過度/缺乏氧氣濃度FO2。此處,過度/缺乏氧氣濃度是相對化學計量空燃比下的氧氣濃度的相對濃度。如果排氣的空燃比等于化學計量空燃比,它為零,如果排氣的空燃比富于化學計量空燃化,它為負,而如果排氣的空燃比貧于化學計量空燃比,它為正。
            在步驟S13中,空氣流量計9的輸出應用預定的轉換表轉換成吸入空氣量(Q×t),其中,Q=以空氣流量率表示的排氣流量率,而t=循環時間。在步驟S14中,吸入空氣量(Q×t)用過度/缺乏氧氣濃度FO2相乘,用以計算流入催化劑3的排氣的過度/缺乏氧氣量O21N。
            由于過度/缺乏氧氣濃度FO2具有上述特征,當流入催化劑3的排氣處于化學計量空燃比時,過度/缺乏氧氣量O21N為零,當它處于富空燃比時,則為負值,而當它處于貧空燃比時,則為正值。
            圖6表示計算氧氣貯存量的高速分量的氧氣釋放速率A的子程序。在此子程序中,高速分量HO2的氧氣釋放速率假定受低速分量LO2的影響,計算高速分量的氧氣釋放速率A時考慮低速分量LO2。
            首先,在步驟S21中,確定低速分量相對高速分量的比例LO2/HO2是否小于一個預定的閾值AR,例如如AR=10。當確定比例LO2/HO2小于預定值AR時,也即,當高速分量HO2與低速分量LO2相比,較大時,程序進行至步驟S22,設定高速分量的氧氣釋放速率A為1.0,表示這一事實,即氧氣只從高速分量HO2釋放出。
            另一方面,當確定比例LO2/HO2不小于預定閾值AR時,氧氣從高速分量HO2和低速分量LO2釋放出,從而低速分量LO2與高速分量HO2之比不會改變。于是,程序進行至步驟S23,計算高速分量的氧氣釋放速率A的值,它不會引起比例LO2/HO2改變。
            圖7表示計算氧氣貯存量的高速分量HO2的子程序。在此子程序中,高速分量HO2根據流入催化劑3的排氣的氧氣過度/缺乏量O21N和高速分量的氧氣釋放速率A加以計算。
            首先,在步驟S31中,根據氧氣過度/缺乏量O21N,確定高速分量HO2是被貯存,或是被釋放。
            當流入催化劑3的排氣的空燃比為貧的,從而氧氣過度/缺乏量大于零時,確定高速分量HO2被貯存。于是程序進行至步驟S32,而高速分量HO2由以下方程(1)加以計算或估價HO2=HO2z+O21N (1)其中O21N=FO2×Q×t,HO2z=高速分量HO2在最接近的前一時刻的值。這樣,在此情況,高速分量HO2增加了氧氣過度/缺乏量O21N。
            另一方面,當確定,氧氣過度/缺之量O21N小于零,高速分量被釋放時,程序進行至步驟S33,高速分量HO2由以下方程(2)加以計算HO2=HO2z+O21N×A(2)其中A=高速分量HO2的氧氣釋放速率。
            在步驟S34、S35中確定,所計算的HO2是否超過高速分量的最大容量HO2MAX,或者它是否小于最小容量HO2MIN,例如如HO2MIN=0。
            當高速分量HO2大于最大容量HO2MAX時,程序進行至步驟S36,流入催化劑,但不作為高速分量HO2貯存的過流氧氣量(過度量)OVERFLOW由以下方程(3)加以計算OVERFLOW=HO2-HO2MAX (3)這時,高速分量HO2被限制于最大容量HO2MAX。
            當高速分量HO2小于最小容量HO2MIN時,程序進行至步驟S37,不作為部分高速分量HO2貯存的過流氧氣量(缺乏量)OVERFLOW由以下方程(4)加以計算OVERFLOW=HO2-HO2MIN (4)在此情況,高速分量HO2被限制于最小容量HO2MIN。此處,給定零作為最小容量HO2MIN,因此,當所有高速分量HO2已被釋放,缺乏的氧氣量作為負的過流氧氣量而計算。
            當高速分量HO2位于最大容量HO2MAX與最小容量HO2MIN之間時,流入催化劑3的排氣的氧氣過度/缺乏量O21N全部作為高速分量HO2而被貯存,則設定過流氧氣量OVERFLOW為零。
            當高速分量HO2大于最大容量HO2MAX或小于最小容量HO2MIN時,已從高速分量HO2過流出的過流氧氣量OVERFLOW作為低速為量LO2而貯存。
            圖8表示計算氧氣貯存量的低速分量LO2用的子程序。在此子程序中,低速分量LO2根據已從高速分量HO2過流出的過流氧氣量OVERFLOW而加以計算。
            根據此子程序,在步驟41中,低速分量LO2由以下方程(5)加以計算LO2=LO2z+OVERFLOW×B(5)其中LO2z=低速分量LO2的最接近的前一值,而B=低速分量的氧氣貯存/釋放速率。
            此處,低速分量的氧氣貯存/釋放速率B被設定為小于1的正值,但事實上對貯存和釋放具有不同的特征。此外,實際的貯存/釋放速率受催化劑溫度TCAT和低速分量LO2的影響,因此,貯存速率和釋放速率可設定為獨立地改變。在此情況,當過流氧氣量OVERFLOW為正的時,氧氣處于過度,這時,氧氣貯存速率被設定為,例如一個值,此值對較高的催化劑溫度TCAT和較小的低速分量LO2,則較大。此外,當過流氧氣量OVERFLOW為負的時,氧氣缺乏,這時氧氣釋放速率可設定為,例如一個值,該值對較高的催化劑溫度TCAT和較大的低速分量LO2,則較大。
            在步驟S42、S43中,按計算高速分量HO2時的相同方法確定,所計速的低速分量LO2是否已超過最大容量LO2MAX,或是否小于最小容量LO2MIN,例如如零。
            當最大容量LO2MAX被超過時,程序進行至步驟S44,已從低速分量LO2過流出的氧氣過度/缺乏量O20UT由以下方程(6)加以計算O20UT=LO2-LO2MAX(6)而低速分量LO2被限制于最大容量LO2MAX。氧氣過度/缺乏量O20UT從催化劑3的下游流出。
            當低速分量LO2小于最小容量LO2MIN時,程序進行至步驟S45,而低速分量LO2被限制于最小容量LO2MIN。
            接著,將說明由控制器6進行的氧氣貯存量的計算值的重置。通過重新設置在預定條件下的氧氣貯存量的計算或估計值,迄今為至所累積的計算誤差被消除,從而,氧氣貯存量的計算精度能提高。
            圖9表示用于確定重置條件的程序的細節。此程序確定,用于重置氧氣貯存量(高速分量HO2和低速分量LO2)的條件按照催化劑3的下游確定的排氣空燃比是否成立,并相應設定標記Frich和標記Flean。
            首先,在步驟S51中,讀入后部氧氣傳感器5的輸出,后部氧氣傳感器5檢測催化劑3的下游的排氣空燃比。隨后,在步驟S52中,將后部氧氣傳感器的輸出RO2與貧氧確定閾值LDT進行比較,而在步驟S53中,將后部氧氣傳感器的輸出RO2與富氧確定閾值RDT進行比較。
            作為這些比較的結果,當后部氧氣傳感器的輸出RO2小于貧氧確定閾值LDT時,程序進行至步驟S54,并將標記Flean設定為“1”,表示,對于氧氣貯存量的貧重置條件成立。另一方面,當后部氧氣傳感器的輸出超過富氧確定閾值RDT時,程序進行至步驟S55,并將標記Frich設定為“1”,表示,對于氧氣貯存量的富重置條件成立。
            當后部氧氣傳感器的輸出RO2位于貧氧確定閾值LDT與富氧確定閾值RDT之間時,程序進行至步驟S56,并將標記Flean和Frich設定為“0”,表示,貧重置條件和富重置條件不成立。
            圖10表示用于重置氧氣貯存量的程序。
            按圖10,在步驟S61、S62中確定,根據標記Flean和Frich值的改變,貧重置條件或富重置條件是否成立。
            當標記Flean從“0”改變至“1”,并確定貧重置條件成立時,于是程序進行至步驟S63,將氧氣貯存量的高速分量HO2重置為最大容量HO2MAX。這時,低速分量LO2的重置不進行。另一方面,當標記Frich從“0”改變至“1”,并確定富重置條件成立時,于是程序進行至步驟S64,將氧氣貯存量的高速分量HO2和低速分量LO2分別重置為最小容量HO2MIN、LO2MIN。
            為何對貧重置條件要進行如上述的重置,其理由是,低速分量LO2的氧氣貯存速率緩慢,因而,即使低速分量LO2還未達到最大容量,如果高速分量HO2已達到最大容量,催化劑下游的氧氣過流。這時,催化劑下游的排氣空燃比變貧,并假定,至少高速分量HO2已達到最大容量。
            當催化劑下游的排氣空燃比變富時,氧氣不從低速分量LO2向外釋放。因此,在此情況,假定,高速分量HO2和低速分量LO2均位于最小容量,因為沒有氧氣釋放。
            接著,將說明由控制器6進行的空燃比控制(氧氣貯存量恒定控制)。
            圖11表示用于根據估計的或計算的氧氣貯存量,計算目標空燃比的程序。
            據此,在步驟S71中,讀入了現有氧氣貯存量的高速分量HO2。在步驟S72中,計算了目前高速分量HO2與高速分量的目標值TGHO2之間的偏離DHO2(=催化劑3要求的氧氣過度/缺乏量)。高速分量的目標值TGHO2設定為,例如高速分量的最大容量HO2MAX的一半。
            在步驟S73中,計算的偏離DHO2被轉換成空燃比等效值,并設定了發動機1的目標空燃比T-A/F。
            因此,根據此程序,當氧氣貯存量的高速分量HO2低于目標量時,發動機1的目標空燃比被設定為貧,氧氣貯存量的高速分量HO2就增加。另一方面,當高速分量HO2超過目標量時,發動機1的目標空燃比被設定為富,氧氣貯存量的高速分量HO2就減少。用此方法,通過控制目標空燃比以控制高速分量。
            接著,將說明由以上控制進行的總體作用。
            在根據本發明提出的排氣凈化裝置中,催化劑3的氧氣貯存量的計算在發動機1起動時就開始,且發動機1的空燃比被控制成,使催化劑3的氧氣貯存量保持恒定,目的是維持催化劑的最大轉化效率。
            催化劑3的氧氣貯存量的估算是以測量的流入催化劑3的排氣氣體的空燃比及吸入空氣量為基礎的,氧氣貯存量的計算則根據高速和低速分量的特征劃分為高速分量HO2和低速分量LO2的計算。
            計算按照高速分量和低速分量的特征的特定模型而進行。具體講,在進行計算時,假定,當氧氣被貯存時,高速分量HO2被優先貯存,而低速分量LO2只有當氧氣不再作為高速分量HO2被貯存時,才開始貯存。計算還假定,當氧氣被釋放,且低速分量LO2與高速分量HO2的比例(LO2/HO2)小于預定閾值AR時,氧氣優先從高速分量HO2釋放出。當比例LO2/HO2達到預定值AR時,假定氧氣從低速分量LO2和高速分量HO2兩者均釋放出,以保持此比例LO2/HO2為恒定。
            當計算的氧氣貯存量的高速分量HO2大于目標值時,控制器6通過將發動機1的空燃比調節成富的,減少高速分量,而當它小于目標值時,通過將空燃比調節成貧的,增加高速分量HO2。
            結果,氧氣貯存量的高速分量HO2被調節成處于目標值。這樣,即使流入催化劑3的排氣的空燃比從化學計量空燃比移開,氧氣立即作為部分高速分量HO2而被貯存,或立即從高速分量HO2釋放出,高速分量HO2具有高靈敏度。這樣,催化劑氣氛被修正至化學計量空燃比,而催化劑3的轉化效率被保持于最高。
            如果計算誤差累積,計算的氧氣貯存量從真實的氧氣貯存量移開。但是,氧氣貯存量(高速分量HO2和低速分量LO2)能在催化劑3的下游的排氣變富或變貧時加以重置,從而計算或估計值與真實的氧氣貯存量之間的任何差異能被校正。
            圖12表示高速分量HO2是如何在進行上述氧氣貯存量恒定控制時改變的。
            在此情況,在時刻t1,后部氧氣傳感器5的輸出變得小于貧氧確定閾值,貧重置條件成立,所以高速分量HO2被重置成最大容量HO2MAX。但是,低速分量LO2在此時不必須是最大的,所以低速分量的重置不進行。低速分量LO2未表示于圖12中。
            在時刻t2、t3,后部氧氣傳感器5的輸出變得大于富氧確定閾值,富重置條件成立,所以氧氣貯存量的高速分量HO2被重置成最小容量,即0。低速分量LO2在此時也被重置成最小容量。
            這樣,氧氣貯存量的計算或估計值的重置在催化劑3下游的排氣的空燃比變富或貧時重置。因為與真實氧氣貯存量的差異被校正,催化劑的氧氣貯存量的計算精度進一步提高,用于保持氧氣貯存量恒定的空燃比控制的精度增加,催化劑的轉化效率被保持于高水平。
            接著,將說明本發明的第二實施例。
            根據第二實施例的排氣凈化裝置的結構等同于圖2所示的結構,但由控制器6進行的處理卻不同。特別是,關于氧氣貯存量的計算或估計存在差別。在此第二實施例中,催化劑3中的氧氣貯存速率根據氧氣貯存量的高速分量與低速分量之比加以確定。而在前一實施例中,具體講,高速分量的貯存速率是一個固定值,在第二實施例中,高速分量的貯存速率則根據高速分量與低速分量之比加以確定。
            由控制器6進行的控制將參照圖1 3的方框圖加以說明。
            當控制條件(預定的空燃比控制條件)是基于由催化劑3的上游的前部A/F傳感器4發出的信號時,控制器6進行λ(lambda)控制。λ控制意指,計算出一個空燃比反饋校正系數α,以便催化劑3的上游的排氣空燃比的平均值變成化學計量空燃比,而基礎噴射量Tp由此校正系數α加以校正。
            這里,由于催化劑3上游的傳感器4是A/F傳感器,比例部分和積分部分按以下公式進行計算比例部分=比例增益×Δ(A/F),和積分部分=積分增益×∑Δ(A/F),其中Δ(A/F)=空燃比偏離(=真空的排氣空燃比-化學計量空燃比),而比例加積分控制則取這些的和作為α(=比例部分+積分部分)而加以進行。
            圖13中的過程在預定的間隔(如10msec)下進行,而與λ控制無關。
            首先,在步驟S101中確定,催化劑3是否從諸如冷卻水溫度的條件下被激活。如果催化劑3未被激活,催化劑3的氧氣貯存容量無效。所以處理終止。
            如催化劑3被激活,程序進行至步驟S102,排氣的過度/缺乏氧氣濃度FO2從圖15所示的檢查表,根據前部A/F傳感器4的輸出而讀入。
            這里,排氣的過度/缺乏氧氣濃度FO2,如圖14所示,是與空燃比為化學計量時的氧氣濃度相比較的相對氧氣濃度。這樣,當空燃比為化學計量的時,FO2為零。當排氣空燃比為貧的時,氧氣濃度高于化學計量空燃比時的氧氣濃度,所以FO2為正。相反,當排氣空燃比為富的時,氧氣濃度低于化學計量空燃比時的氧氣濃度,所以FO2為負。
            此處,前部A/F傳感器能進行測量的量程,如圖14所示,是有限的。因此,燃料切斷期間,空燃比是如此的貧,以致它位于測量范圍之外。這樣,燃料切斷期間的空燃比,因此也即燃料切斷期間的過度/缺乏氧氣濃度不能根據前部A/F傳感器輸出加以計算。
            但是,當空氣燃料混合物燃燒時,要求的空燃比就位于預定范圍內,如果應用的A/F傳感器覆蓋要求的空燃比范圍,則位于測量范圍以外的貧空燃比只在燃料切斷期間產生。因此,如果設置的A/F傳感器,它至少是以覆蓋要求的空燃比,則當空燃比是如此之貧,以致它位于測量范圍之外時,如圖14所示,一個對應大氣壓的值(=20.9%)可用作過度/缺乏氧氣濃度FO2。這樣,過度/缺乏氧氣濃度即使在燃料切斷期間也能計算。
            現返回至圖13,在步驟S103中,催化劑下游的后部氧氣傳感器5的輸出(RO2)與富氧確定閾值RDT相比較。當確定,后部氧氣傳感器的輸出RO2大于富氧確定閾值RDT時,也即當排氣空燃比是富的時,假定催化劑3的氧氣貯存量為零。這時,催化劑3不再將催化劑下游的空燃比保持為化學計量空燃比,所以程序轉向步驟S104。在步驟104中,高速分量HO2和低速分量LO2均被重置為零。
            另一方面,當后部氧氣傳感器輸出RO2不大于富氧確定閾值RDT時,程序進行至步驟S105,確定,后部氧氣傳感器輸出RO2是否小于貧氧確定閾值LDT,也即排氣空燃比是否為貧的。當它不是貧的,且催化劑3下游的排氣空燃比等于化學計量空燃比,就假定,由于催化劑3上游的排氣空燃比的脈動產生的氧氣被催化劑3所吸收,而程序進行至步驟S106、S107。
            此外,程序進行至步驟S106、S107與λ控制是否進行無關,但在這兩種情況,催化劑3下游的排氣空燃比均為化學計量空燃比。
            在步驟S106中,高速分量HO2按以下方程(7)加以計算HO2=HO2z+A2×FO2×Q×t(7)此處HO2z=高速分量在最接近的前一時刻的計算值,A2=表示高速分量的氧氣貯存速率或釋放速率的系數,
            FO2=過度/缺乏氧氣濃度,Q=排氣氣體流量率(由吸入空氣流量率表示),和t=循環時間(10msec)方程(7)右側的第二項中的FO2×Q×t是單位循環時間內的過度/缺乏氧氣量(即O21N)。作為單位循環時間內高速分量貯存或釋放的氧氣量是通過乘以系數A2而計算的,A2表示氧氣貯存或釋放速率。然后,通過將此項加入至高速分量的最接近的前一時刻的值HO2z而計算氧氣貯存量的高速分量。
            方程(7)右手側的第二項包含單位循環時間內的過度/缺乏氧氣量,FO2×Q×t。氧氣的過度/缺乏量以化學計量空燃比下的氧氣量為中心。換言之,當氧氣過度時,方程(7)右手側的第二項代表作為高速分量于單位循環時間內貯存的氧氣量,而當氧氣缺乏時,方程(7)右手側的第二項代表以高速分量于單位循環時間內釋放的氧氣量。在此第二項中的系數A2當氧氣過度時確定氧氣貯存速率,或當氧氣缺乏時確定氧氣釋放速率。
            在步驟S107中,氧氣貯存量的低速分量LO2根據氧氣貯存反應速率而加以計算。
            此處,如果氧氣貯存在氧氣貯存材料中的反應是,此處R=物質(如氧化鈰),它通過化學結合吸收氧氣,反應速率k是k=[R]×[O2]/[RO2]其中[R]=物質R的量,[O2]=過度氧氣濃度,和[RO2]=氧氣貯存量的低速分量。
            氧氣貯存反應速率正比于過度氧氣濃度([O2])。此速率也正比于貯存氧氣的物質的量([R]),即低速分量的最大容量LO2MAX與氧氣貯存量的低速分量LO2z之間的差異。速率反比于當前氧氣貯存量的低速分量([RO2])。因此,反應速率可表示成以下方程(8)
            k=d×FO2×(LO2MAX-LO2z)/LO2z (8)此處d=所應速率系數。
            應用此反應速率k(k≤1),氧氣貯存量的低速分量LO2由以下方程(9)加以計算LO2=LO2z+c×k×(FO2×Q×t-A2×FOz×Q×t) (9)此處LO2z=在最接近的前一時刻計算的低速分量值,c=常數,Q=排氣氣體流量率(由吸入空氣流量率表示),和t=循環時間(10msec)。以上的反應系數k可簡單地為一常數值。
            此處,方程(9)的右手側的第二項中的FO2×Q×t-A2×FOz×Q×t是單位循環時間內的過度/缺乏氧氣量,它過流至低速分量中。這樣,方程(9)中的項FO2×Q×t-A2×FOz×Q×t相似于方程(7)右手側的第二項中的FO2×Q×t。通過將此乘以常數c×k,該常數c×k確定氧氣貯存或氧氣釋放速率,得以計算單位循環時間內被氧氣貯存材料貯存的氧氣量,或從氧氣貯存材料中釋放的氧氣量。通過將第二項加入至最接近的前一值LO2z,就找到氧氣貯存量的低速分量。
            A2×FOz×Q×t是單位循環時間內從高速分量釋放的氧氣量。FOz×Q×t是單位循環時間內的過度/缺乏氧氣量。為何單位循環時間內作為低速分量被貯存/釋放的氧氣量要根據方程(9)中A2×FOz×Q×t與FOz×Q×t之間的差加以計算,其理由是,雖然相信貴金屬貯存氧氣和氧氣貯存材料貯存氧氣是獨立發生的,但仍相信,與氧氣貯存材料進行的氧氣貯存相比,貴金屬進行的氧氣貯存仍優先發生。
            當步驟S105中催化劑下游的排氣氣體是貧的,則步驟S106、S107被跳過,程序轉向步驟S108。
            在步驟S108中確定,λ(lambda)控制是否進行。如已知的,lambda控制開始于當催化劑上游的前部A/F傳感器4被激活之時。Lambda控制也停止于燃料切斷期間,或當發動機具有高負載之時。
            如果lambda控制被進行,則程序進行至步驟109中的PID控制及其后的步驟,當lambda控制不進行時,則步驟S109及其后的步驟不予執行。高速分量HO2的計算總是在催化劑一旦被激活就執行。但是,控制高速分量HO2以便與目標值相符,即將空燃比控制成以便高速分量與預定目標值相符的反饋控制只限于lambda控制區被進行的情況。
            在步驟S109中,根據方程(10)計算了氧氣貯存量的高速分量HO2與其目標值,例如高速分量的最大容量HO2MAX的1/2,之間的差異(偏離DHO2)DHO2=HO2-HO2MAX/2(10)在步驟S110、S111和S112中,反饋量H的比例部分Hp、積分部Hi和微分部分Hd分別從以下方程算得Hp=比例增益×DHO2,Hi=積分增益×∑DHO2,Hd=微分增益×(DHO2-DHO2z)/t,其中t=循環時間(10msec)。
            通過相加Hp、Hi和Hd而獲得的值被設定為步驟S113中的燃料校正量H(反饋量),于是圖13的過程終止。
            高速分量的前述最大容量HO2MAX是一個固定值,它能通過實驗加以確定。
            應用如此獲得的燃料校正量H,連續噴射期間的燃料噴射脈沖寬度Ti按例如方程(11)加以計算Ti=Tp×TFBYA×α×2+Ts(11)其中Tp=基礎噴射脈沖寬度,TFBYA=目標等效比,α=空燃比反饋校正系數,和Ts=噴射脈沖寬度校正。
            圖2中的燃料噴射閥13按預定噴射定時,每兩次發動機轉動為每一汽缸打開一次,打開時間為Ti,燃料被噴射進入空氣吸入通道7。
            此處,方程(11)右手側的Tp、TFBYA、α和Ts與現有技術的等同,例如,燃料切斷期間α為1.0,lambda控制期間TFBYA為1.0。Ts是按照電池電壓的噴射脈沖寬度校正。
            接著,前述系數A2的設定將參考圖16的流程加以說明。此流程在預定間隔,例如10msec,加以執行。
            在圖16的步驟S121中,催化劑3上游的過度/缺乏氧氣濃度FO2、高速分量的最接近的前一值HO2z以及低速分量的最接近的前一值LO2z被讀入。圖13的過程被進行過一次后,HO2、LO2的值被分別設定給HO2z、LO2z,作為為第二次過程步驟的準備。因此,圖16的步驟S123或S124在圖13的過程進行第一次之前不能進行。當圖13的過程進行第一次,預定的初始值代替HO2z和LO2z。
            在步驟S122中,過度/缺乏氧氣濃度FO2與零相比較。當FO2大于零時,確定為氧氣E1被釋放,于是程序進行至步驟S123。在步驟S123中,氧氣貯存量的低速分量與高速分量之比,LO2z/HO2z與預定值(閾值)AR相比較。當比例HO2z/LO2z超過預定值AR時,程序進行至步驟S124、HO2z/LO2z替代常數A2,作為從高速分量釋放出的氧氣釋放速率。
            這里,為何將HO2z/LO2z用作從高速分量釋放出的氧氣釋放速率,其理由如下。
            當貴金屬或氧氣貯存材料單獨被使用時,氧氣釋放速率依賴過度/缺乏氧氣濃度FO2,以及貯存在貴金屬或氧氣貯存材料中氧氣的分壓。當貴金屬和氧氣貯存材料均存在時,氧氣貯存量,以及每一成分(貴金屬和氧氣貯存材料)的最終氧氣釋放速率則確定于兩種成分的比例。換言之,從高速分量釋放出的氧氣釋放速率正比于HO2z/LO2z。
            低速分量的最大容量約比高速分量的最大容量大10倍,因此,步驟S124中的HO22/LO22是一個約等于1/10的數(值<1.0=。
            在步驟S123中為何用LO2z/HO2z替代HO2z/LO2z以便與預定值進行比較,理由是因為此值較大,因而易于比較。當然很清楚,HO2z/LO2z也可應用。
            當LO2z/HO2z小于預定值AR時,程序從步驟S123轉向步驟S125,系數A2被設定為1.0。這里,如果LO2z/HO2z小于預定值AR,這意味,在單位循環時間內從貴金屬和氧氣貯存材料釋放的氧氣釋放量的和(計算值)大于真正從催化劑釋放的氧氣量,并不表示真實狀態。在此情況,HO2z/LO2z不再被用作從高速分量釋放的氧氣釋放速率。代之以,考慮到氧氣只作為高速分量釋放,因而高速分量的氧氣釋放速率在這時(即1.0)被替代在系數A2中。高速分量的氧氣釋放速率在這時是最大。
            圖17A表示,當流入催化劑3的排氣的空燃比從貧改變至富時,催化劑3前、后的排氣空燃比是如何變化的。圖17A和17C表示,當流入催化劑3的排氣的空燃比從富改變至貧時,氧氣貯存量是如何改變的。
            這時,在控制器6中,計算是在以下假設下進行的,即在單位循環時間內從高速分量釋放的氧氣量A2×FO2×Q×t如圖17B所示地釋放,而在單位循環時間內從低速分量釋放的氧氣量C×K×(FO2×Q×t-A2×FO2×Q×t)如圖17C所示地釋放。這兩個計算值的和可能大于從根據圖17A所示的空燃比差C計算的,催化劑真正釋放的氧氣量,諸如當由于燃料切斷產生去氧。這時,從高速分量釋放的氧氣釋放速率被設定為忽略從低速分量釋放的氧氣量。
            返回至圖16,當FO2小于零時,確定氧氣正被貯存,于是程序轉向步驟S126。在步驟S126中,如在步驟S124中一樣,HO2z/LO2z代入系數A2中,作為高速分量的氧氣貯存速率。
            在第一實施例中,曾假定,貯存期間,所有氧氣作為高速分量而貯存,直至高速分量達到最大容量。但是在實際中,并非所有流入摧入劑的氧氣作為高速分量而貯存,即使高速分量尚未達到最大容量。
            這樣,如果氧氣釋放速率如在此實施例中似地,不僅在氧氣釋放時,而且在它貯存時都根據高速分量與低速分量之比加以計算,則高速分量能以更高的精度加以計算。沒有作為高速分量貯存的那部分氧氣就作為低速分量加以貯存,其余部分則在催化劑下游釋放。
            這樣,在此實施例中,通過分別計算催化劑的氧氣貯存量的高速分量HO2,它快速貯存/釋放;和催化劑的氧氣貯存量的低速分量LO2,它緩慢貯存/釋放,高速分量的氧氣釋放速率能根據高速分量與低速分量之比HO2z/LO2z精確地加以計算。氧氣貯存量的高速分量的計算精度因而能提高。
            當氧氣從催化劑釋放,而氧氣貯存量的低速分量與高速分量之比LO2z/HO2z小于預定值(閾值)時,可能發生,通過計算算得的兩種分量的氧氣釋放量的和大于真正從催化劑釋放的氧氣量。這時,不能代表真實狀態。在此情況,高速分量的氧氣釋放速率設定成忽略低速分量,則能較好地近似真實狀態。
            當氧氣正被貯存時,雖然氧氣被分別貯存在貴金屬和氧氣貯存材料中,但計算假定,氧氣首先被貴金屬從排氣氣體中取走,然后余下的氧氣被氧氣貯存材料去除,并相信這符合實際情況。這對氧氣的釋放也同樣正確。因此,按照此實施例,在預定時間t內的氧氣貯存量或氧氣釋放量(A2×FO2×Q×t)對于貴金屬是根據預定時間t內的過度/缺乏氧氣量(FO2×Q×t)估算的。然后,根據余下值(FO2×Q×t-A2×FO2×Q×t)計算或估算對氧氣貯存材料的在預定時間內的氧氣貯存量或氧氣釋放量。余下值的獲取是,從預定時間內的過度/缺乏氧氣量中減去此算得的高速分量在預定時間內的氧氣貯存/釋放量。應用此方法,對每一分量均能進行精確的估算。
            高速分量HO2是計算的,而空燃比被調節成,以便HO2成為預定目標值,例如HO2MAX的1/2。用此方法,向著目標值的收斂很快。而對排氣性能在短時間內不產生影響的低速分量的作用因此能忽略。
            預定時間內的氧氣貯存量或氧氣釋放量對于低速分量是根據(FO2×Q×t-A2×FO2×Q×t))的值計算或估算的,此值則從預定時間內的過度/缺乏氧氣量減去預定時間內高速分量的氧氣貯存/釋放量而獲得。但是,預定時間內的低速分量的氧氣貯存量或氧氣釋放量也可替而代之根據預定時間內的過度/缺乏氧氣量加以計算。
            日本專利申請P2000-34046(遞交于2000年2月10日)和P2000-26284(遞交于2000年2月3日)的全部內容作為參考而包含于本申請中,本申請基于以上兩個日本專利申請要求優先權。
            雖然以上通過參考本發明的特定實施例對本發明進行了說明,但本發明并不限于上述實施例。根據以上思想本技術的技術人員可對上述實施例進行修正和改變。因而本發明的范圍將根據權利要求書加以限定。
            工業應用性如上所述,本發明的排氣凈化裝置可用作發動機的排氣凈化裝置,此種發動機設置有催化劑,它貯存排氣通道中的氧氣。催化劑的氧氣貯存量能精確計算,因此控制精度能提高,從而將氧氣貯存量保持于恒定,并使排氣催化劑的凈化性能能保持于高水平。
            權利要求
            1.一種催化劑的氧氣貯存量的計算方法,所述催化劑位于連接至發動機的催化轉化器內,該計算方法包括計算貯存在催化劑中的氧氣的第一量,此第一量表示氧氣貯存量的一個部分,計算的第一量在第一速率下進行變化;計算貯存在催化劑中的氧氣的第二量,此第二量表示氧氣貯存量的另一部分;以及其中,第一速率根據第一量與第二量之間的關系加以計算。
            2.根據權利要求1的方法,其特征在于,計算的第二量在第二速率下改變,其中第一速率大于第二速率。
            3.根據權利要求1的方法,其特征在于,根據進入催化劑的氧氣的氧氣濃度對第一速率進一步加以計算。
            4.根據權利要求1的方法,其特征在于,還包括當計算的氧氣第一量大于第一量最大容量時,將氧氣的第一量設定為第一量最大容量。
            5.根據權利要求1的方法,其特征在于,還包括當計算的氧氣第二量大于第二量最大容量時,將氧氣的第二量設定為第二量最大容量。
            6.根據權利要求4的方法,其特征在于,還包括當計算的氧氣的第一量大于第一量最大容量時,計算流入第二量的氧氣過流量;以及其中第二量是根據氧氣過流量加以計算的。
            7.根據權利要求1的方法,其特征在于,還包括確定催化劑下游的排氣的空燃比;和當確定的空燃比已超過富氧確定閾值時,將第一量和第二量重置為相應的最小容量。
            8.根據權利要求7的方法,其特征在于,相應的最小容量是零。
            9.根據權利要求1的方法,其特征在于,還包括確定催化劑下游的排氣的空燃比;和當被確定的空燃比低于貧氧確定閾值時,將第一量重置為第一量最大容量。
            10.根據權利要求1的方法,其特征在于,第一量被貴金屬所貯存。
            11.根據權利要求1的方法,其特征在于,第二量被氧氣貯存材料所貯存。
            12.一種催化劑的氧氣貯存量的計算方法,所述催化劑位于連接至發動機的催化轉化器內,該計算方法包括計算貯存在催化劑中的氧氣的第一量,此第一量表示氧氣貯存量的一個部分,計算的第一量在第一速率下被貯存;計算貯存在催化劑中的氧氣的第二量,此第二量表示氧氣貯存量的另一個部分;以及其中,第一速率根據第一量與第二量之間的關系加以計算。
            13.根據權利要求12的方法,其特征在于,計算的第二量在第二速率下被貯存,其中第一速率大于第二速率。
            14.根據權利要求13的方法,其特征在于,第二速率正比于第二量最大容量和第二量在前計算量之間的差與第二量在前計算量的比。
            15.根據權利要求12的方法,其特征在于,根據進入催化劑的氧氣的過度氧氣濃度對第一速率進一步加以計算。
            16.根據權利要求12的方法,其特征在于,第一速率根據第一量與第二量的一個比例加以計算。
            17.根據權利要求16的方法,其特征在于,第一速率正比于所述比例。
            18.根據權利要求12的方法,其特征在于,還包括當計算的氧氣第一量大于第一量最大容量時,將氧氣的第一量設定為第一量最大容量。
            19.根據權利要求12的方法,其特征在于,還包括計算在第二速率下被貯存的氧氣第二量,其中,當計算的氧氣第一量小于第一量最大容量時,第二速率被計算為零,而其中,當計算的氧氣第一量大于第一量最大容量時,第二速率不被計算為零。
            20.一種催化劑的氧氣貯存量的計算方法,所述催化劑位于連接至發動機的催化轉化器內,該計算方法包括計算貯存在催化劑中的氧氣的第一量,此第一量表示氧氣貯存量的一個部分,計算的第一量在第一速率下被釋放;計算貯存在催化劑中的氧氣的第二量,此第二量表示氧氣貯存量的另一部分;以及其中,第一速率根據第一量與第二量之間的關系加以計算。
            21.根據權利要求20的方法,其特征在于,計算的第二量在第二速率下被釋放,其中第一速率大于第二速率。
            22.根據權利要求20的方法,其特征在于,根據進入催化劑的氧氣的缺乏氧氣濃度對第一速率進一步加以計算。
            23.根據權利要求20的方法,其特征在于,第一速率具有一個值,以致第二量與第一量的比在高于一個閾值時,此比保持恒定。
            24.根據權利要求23的方法,其特征在于,所述比位于5至15的范圍內。
            25.根據權利要求24的方法,其特征在于,所述比大約為10。
            26.根據權利要求23的方法,其特征在于,當所述比低于閾值時,第一速率正比于流入催化劑的一個缺乏氧氣濃度而加以計算。
            27.根據權利要求20的方法,其特征在于,第一速率根據第一量與第二量的比而加以計算。
            28.根據權利要求27的方法,其特征在于,當數1被該比除后高于閾值時,第一速率正比于該比而加以計算。
            29.根據權利要求28的方法,其特征在于,當數1被該比除后低于閾值時,第一速率正比于流入催化劑的缺乏氧氣濃度而加以計算。
            30.一種催化劑的氧氣貯存量的控制方法,所述催化劑位于連接至發動機的催化轉化器內,該控制方法包括計算貯存在催化劑中的氧氣的第一量,此第一量表示氧氣貯存量的一個部分,計算的第一量在第一速率下進行變化;計算貯存在催化劑中的氧氣的第二量,此第二量表示氧氣貯存量的另一部分;其中,第一速率根據第一量與第二量之間的關系加以計算;以及根據計算的第一量,控制發動機的空氣/燃料比。
            31.根據權利要求30的方法,其特征在于,空氣/燃料比被控制,以便第一量被控制成處于目標第一量。
            32.根據權利要求31的方法,其特征在于,所述目標第一量約等于第一量最大容量的一半。
            33.根據權利要求30的方法,其特征在于,計算的第二量在第二速率下改變,其中第一速率大于第二速率。
            34.根據權利要求30的方法,其特征在于,根據進入催化劑的氧氣的氧氣濃度對第一速率進一步加以計算。
            35.根據權利要求30的方法,其特征在于,還包括當計算的氧氣的第一量大于第一量最大容量時,將氧氣第一量設定為第一量最大容量。
            36.根據權利要求30的方法,其特征在于,還包括當計算的氧氣的第二量大于第二量最大容量時,將氧氣第二量設定為第二量最大容量。
            37.根據權利要求35的方法,其特征在于,還包括當計算的氧氣的第一量大于第一量最大容量時,計算流入第二量的氧氣過流量;和其中,第二量根據氧氣過流量加以計算。
            38.根據權利要求30的方法,其特征在于,還包括確定催化劑下游的排氣的空燃比;和當確定的空燃比超過富氧確定閾值時,將第一量和第二量重置為相應的最小容量。
            39.根據權利要求38的方法,其特征在于,相應的最小容量為零。
            40.根據權利要求30的方法,其特征在于,還包括確定催化劑下游的排氣的空燃比;和當確定的空燃比低于貧氧確定閾值時,將第一量重置為第一量最大容量。
            41.根據權利要求30的方法,其特征在于,第一量被貴金屬所貯存。
            42.根據權利要求30的方法,其特征在于,第二量被氧氣貯存材料所貯存。
            43.一種催化劑的氧氣貯存量的控制方法,所述催化劑位于連接至發動機的催化轉化器內,該控制方法包括計算貯存在催化劑中的氧氣的第一量,此第一量表示氧氣貯存量的一個部分,計算的第一量在第一速率下被貯存;計算貯存在催化劑中的氧氣的第二量,此第二量表示氧氣貯存量的另一部分;以及其中,第一速率根據第一量與第二量之間的關系加以計算;和根據計算的第一量,控制發動機的空氣/燃料比。
            44.根據權利要求43的方法,其特征在于,空氣/燃料比被控制成,以便第一量被控制成處于目標第一量。
            45.根據權利要求44的方法,其特征在于,所述目標第一量約等于第一量最大容量的一半。
            46.根據權利要求43的方法,其特征在于,計算的第二量在第二速率下被貯存,其中第一速率大于第二速率。
            47.根據權利要求46的方法,其特征在于,第二速率正比于第二量最大容量和第二量在前計算量之間的差與第二量在前計算量的比。
            48.根據權利要求43的方法,其特征在于,根據進入催化劑的氧氣的過度氧氣濃度對第一速率進一步加以計算。
            49.根據權利要求43的方法,其特征在于,第一速率根據第一量與第二量的一個比例加以計算。
            50.根據權利要求49的方法,其特征在于,所述第一速率正比于所述比例。
            51.根據權利要求43的方法,其特征在于,還包括當計算的氧氣第一量大于第一量最大容量時,將氧氣的第一量設定為第一量最大容量。
            52.根據權利要求43的方法,其特征在于,還包括計算在第二速率下被貯存的氧氣第二量,其中,當計算的氧氣第一量小于第一量最大容量時,第二速率被計算為零,而其中,當計算的氧氣第一量大于第一量最大容量時,第二速率不被計算為零。
            53.一種催化劑的氧氣貯存量的控制方法,所述催化劑位于連接至發動機的催化轉化器內,該控制方法包括計算貯存在催化劑中的氧氣的第一量,此第一量表示氧氣貯存量的一個部分,計算的第一量在第一速率下被釋放;計算貯存在催化劑中的氧氣的第二量,此第二量表示氧氣貯存量的另一部分;其中,第一速率根據第一量與第二量之間的關系加以計算;以及根據計算的第一量,控制發動機的空氣/燃料比。
            54.根據權利要求53的方法,其特征在于,空氣/燃料比被控制成,以便第一量被控制成處于目標第一量。
            55.根據權利要求54的方法,其特征在于,目標第一量約等于第一量最大容量的一半。
            56.根據權利要求53的方法,其特征在于,計算的第二量在第二速率下被釋放,其中第一速率大于第二速率。
            57.根據權利要求53的方法,其特征在于,根據進入催化劑的氧氣的缺乏氧氣濃度對第一速率進一步加以計算。
            58.根據權利要求53的方法,其特征在于,第一速率具有一個值,以致第二量與第一量的比在高于一個閾值時,此比保持恒定。
            59.根據權利要求58的方法,其特征在于,所述比在5至15的范圍內。
            60.根據權利要求59的方法,其特征在于,所述比約為10。
            61.根據權利要求58的方法,其特征在于,當所述比低于閾值時,第二速率正比于流入催化劑的缺乏氧氣濃度而加以計算。
            62.根據權利要求53的方法,其特征在于,第一速率根據第一量與第二量的比而加以計算。
            63.根據權利要求62的方法,其特征在于,當數1被該比除后高于一個閾值時,第一速率正比于該比而加以計算。
            64.根據權利要求63的方法,其特征在于,當數1被該比除后低于閾值時,第一速率正比于流入催化劑中的缺乏氧氣濃度而加以計算。
            65.一種發動機的排氣凈化裝置,該裝置包括催化劑,它設置在發動機的排氣通道中;前部傳感器,它檢測流入催化劑中的氧氣的氧氣濃度;和微處理器,它被加以編程,用以計算貯存在催化劑中的氧氣的第一量,計算的第一量在第一速率下進行變化;計算貯存在催化劑中的氧氣的第二量;其中,第一速率根據氧氣濃度以及第一量與第二量之間的關系加以計算;和根據計算的第一量,控制發動機的空氣/燃料比。
            66.根據權利要求65的排氣凈化裝置,其特征在于,微處理器按第二量在第二速率下發生改變對第二量進行計算,其中第一速率大于第二速率。
            67.根據權利要求65的排氣凈化裝置,其特征在于,當計算的氧氣第一量大于第一量最大容量時,微處理器將氧氣的第一量設定為第一量最大容量。
            68.根據權利要求65的排氣凈化裝置,其特征在于,當計算的氧氣第二量大于第二量最大容量時,微處理器將氧氣的第二量設定為第二量最大容量。
            69.根據權利要求67的排氣凈化裝置,其特征在于,當計算的氧氣的第一量大于第一量最大容量時,微處理器計算流入第二量中的氧氣過流量;以及其中,第二量根據氧氣過流量加以計算。
            70.根據權利要求65的排氣凈化裝置,其特征在于,還包括后部傳感器,它檢測流出催化劑的排氣的氧氣濃度;以及其中,當催化劑下游的排氣的空燃比超過富氧確定閾值時,微處理器將第一量和第二量重置為相應的最小容量。
            71.根據權利要求70的排氣凈化裝置,其特征在于,相應的最小容量為零。
            72.根據權利要求65的排氣凈化裝置,其特征在于,還包括后部傳感器,它檢測流出催化劑的排氣的氧氣濃度;以及其中,當催化劑下游的排氣的空燃比低于貧氧確定閾值時,微處理器將第一量重置為第一量最大容量。
            73.根據權利要求65的排氣凈化裝置,其特征在于,第一量被貴金屬所貯存。
            74.根據權利要求65的排氣凈化裝置,其特征在于,第二量被氧氣貯存材料所貯存。
            75.一種發動機的排氣凈化裝置,該裝置包括催化劑,它設置在發動機的排氣通道中;前部傳感器,它檢測流入催化劑中的氧氣的過度氧氣濃度;和微處理器,它被加以編程,用以;計算貯存在催化劑中的氧氣的第一量,計算的第一量在第一速率下被貯存;計算貯存在催化劑中的氧氣的第二量;其中,第一速率根據過度氧氣濃度和第一量與第二量之間的關系加以計算;以及根據計算的第一量,控制發動機的空氣/燃料比。
            76.根據權利要求75的排氣凈化裝置,其特征在于微處理器按第二量在第二速率下被貯存而對第二量進行計算,其中第一速率大于第二速率。
            77.根據權利要求76的排氣凈化裝置,其特征在于,微處理器按第二速率正比于第二量最大容量和第二量在前計算量之間的差與第二量在前計算量之比,計算第二速率。
            78.根據權利要求75的排氣凈化裝置,其特征在于,微處理器根據第一量與第二量之比計算第一速率。
            79.根據權利要求78的排氣凈化裝置,其特征在于,微處理器按第一速率正比于所述比而計算第一速率。
            80.根據權利要求76的排氣凈化裝置,其特征在于,當計算的氧氣的第一量大于第一量最大容量時,微處理器將氧氣第一量設定為第一量最大容量。
            81.根據權利要求76的排氣凈化裝置,其特征在于,微處理器按氧氣的第二量在第二速率下被貯存而計算氧氣第二量,其中,當計算的氧氣第一量小于第一量最大容量時,第二速率被計為零,以及其中,當計算的氧氣第一量大于第一量最大容量時,第二速率不為零。
            82.一種發動機的排氣凈化裝置,該裝置包括催化劑,它設置在發動機的排氣通道中;前部傳感器,它檢測流入催化劑中的氧氣的缺乏氧氣濃度;和微處理器,它被加以編程,用以計算貯存在催化劑中的氧氣的第一量,計算的第一量在第一速率下釋放;計算貯存在催化劑中的氧氣的第二量;其中,根據缺乏氧氣濃度以及第一量與第二量之間的關系,計算第一量;和根據計算的第一量,控制發動機的空氣/燃料比。
            83.根據權利要求82的排氣凈化裝置,其特征在于,微處理器按第二量在第二速率下被釋放而對第二量進行計算,其中第一速率大于第二速率。
            84.根據權利要求82的排氣凈化裝置,其特征在于,第一速率具有一個值,以致當第一量與第一量的比高于一個閾值時,該比保持恒定。
            85.根據權利要求84的排氣凈化裝置,其特征在于,所述比在5至15的范圍內。
            86.根據權利要求85的排氣凈化裝置,其特征在于,所述比約為10。
            87.根據權利要求84的排氣凈化裝置,其特征在于,當所述比低于閾值時,微處理器按第一速率正比于缺乏氧氣濃度而對第一速率進行計算。
            88.根據權利要求82的排氣凈化裝置,其特征在于,微處理器根據第一量與第二量之比計算第一速率。
            89.根據權利要求88的排氣凈化裝置,其特征在于,當數1被所述比除后高于閾值時,微處理器按第一速率正比于所述比而計算第一速率。
            90.根據權利要求89的排氣凈化裝置,其特征在于,當數1被所述比除后低于此閾值時,微處理器按第一速率正比于缺乏氧氣濃度而計算第一速率。
            全文摘要
            控制器(6)控制發動機(1)的空燃比,以便使設置在排氣通道(2)中的催化劑(3)的氧氣貯存量保持恒定。這時,控制器(6)分別計算氧氣貯存量的第一量和第二量,其中,第一量是根據第一與第二量之間的關系而加以計算的。控制器(6)根據計算的第一量控制空氣/燃料比。
            文檔編號F02D41/14GK1457388SQ01800428
            公開日2003年11月19日 申請日期2001年2月5日 優先權日2000年2月3日
            發明者中村健, 佐藤立男, 柿崎成章, 角山雅智, 松野修 申請人:日立自動車株式會社
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