專利名稱:發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣排放控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣凈化裝置,該裝置設(shè)有催化劑,本發(fā)明特別涉及一種廢氣凈化裝置的控制裝置,該控制裝置能根據(jù)具體的催化劑氧吸收/釋放特性將催化轉(zhuǎn)換器內(nèi)的空燃比維持在化學(xué)計(jì)量水平。
為了實(shí)現(xiàn)該目標(biāo),已經(jīng)提議提供這樣一種催化轉(zhuǎn)換器,它能夠響應(yīng)當(dāng)前氧濃度存儲(chǔ)和釋放氧,以便使催化劑的氣體環(huán)境保持在氧濃度與化學(xué)計(jì)量空燃比一致的氣氛中。催化劑中使用的貴金屬具有吸收和釋放氧的功能,已經(jīng)提議通過以下方式提高氧氣存儲(chǔ)能力通過在催化基底上加入諸如氧化鈰、氧化鋇或堿金屬的氧吸收材料達(dá)到所需水平。
以Bush等人的名義于1998年12月1日出版的美國專利第5842340號(hào)公開了上述類型的催化轉(zhuǎn)換器以及確定催化劑的當(dāng)前氧存儲(chǔ)量的計(jì)算方法。該方法通過分析催化轉(zhuǎn)換器的出口和入口處設(shè)置的氧傳感器的輸出信號(hào)來估算催化劑的氧存儲(chǔ)量。從而控制供應(yīng)給發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油混合物的空燃比,以便使氧存儲(chǔ)量與目標(biāo)值一致。
在日本專利局1993年公布的Tokkai平5-195842和日本專利局1995年公布的Tokkai平7-259602中也公開了類似方法。
以Schumacher等人的名義于2000年9月12日出版的美國專利第6116021號(hào)公開了通過對(duì)從完全飽和到全耗盡的表達(dá)式進(jìn)行積分實(shí)現(xiàn)對(duì)解吸能力的評(píng)價(jià)。該參考文獻(xiàn)進(jìn)一步指出反積分能提供氧存儲(chǔ)和釋放能力的更精確和重復(fù)性更好的估算。然而,該文件未包含有關(guān)設(shè)定空燃比應(yīng)當(dāng)被調(diào)整到附近的目標(biāo)存儲(chǔ)量的任何啟示。
為實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明為這樣一種發(fā)動(dòng)機(jī)提供一種廢氣控制裝置該發(fā)動(dòng)機(jī)包括燃油供應(yīng)機(jī)構(gòu)和排氣通道,其中控制裝置包括布置在排氣通道內(nèi)的催化轉(zhuǎn)換器。催化轉(zhuǎn)換器內(nèi)裝三元催化劑??刂破鬟€包括第一氧傳感器、第二氧傳感器和微處理器,第一氧傳感器檢測(cè)催化劑上游廢氣的氧濃度作為上游氧濃度,第二氧傳感器檢測(cè)催化劑下游廢氣的氧濃度作為下游氧濃度。
微處理器設(shè)計(jì)成能由上游氧濃度計(jì)算催化劑上游廢氣的氧濃度相對(duì)于化學(xué)計(jì)量氧濃度的過量/不足濃度,所述化學(xué)計(jì)量氧濃度對(duì)應(yīng)于供應(yīng)給發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油混合物的化學(xué)計(jì)量空燃比,微處理器還根據(jù)過量/不足的氧濃度計(jì)算催化劑的氧存儲(chǔ)量,并在上游氧濃度高于化學(xué)計(jì)量濃度而下游氧濃度在包括化學(xué)計(jì)量氧濃度的預(yù)定濃度范圍內(nèi)的期間內(nèi)計(jì)算特定階段的催化劑的氧存儲(chǔ)量,還可在上游氧濃度低于化學(xué)計(jì)量濃度而下游氧濃度在預(yù)定濃度范圍內(nèi)的期間內(nèi)計(jì)算特定階段的催化劑的氧釋放量。
進(jìn)一步將微處理器設(shè)計(jì)成在下游氧含量變得高于預(yù)定濃度范圍時(shí)將特定階段的氧存儲(chǔ)量采樣為最大氧存儲(chǔ)量,在下游氧濃度變得低于預(yù)定濃度范圍時(shí)將特定階段的氧釋放量采樣為最大氧釋放量,并計(jì)算最大氧存儲(chǔ)量和最大氧釋放量的平均值。
進(jìn)一步將微處理器設(shè)計(jì)成能根據(jù)平均值確定氧存儲(chǔ)量的目標(biāo)值,并控制燃油供應(yīng)機(jī)構(gòu)的燃油供應(yīng)量,以便使催化劑的氧存儲(chǔ)量與目標(biāo)值一致。
更準(zhǔn)確地說,本發(fā)明的第一方面在于發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣凈化裝置,它包括設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣通道內(nèi)的催化劑;前端傳感器,它能檢測(cè)流入催化劑的過量氧濃度;以及微處理器,它被設(shè)計(jì)成估算催化劑中存儲(chǔ)的第一氧量,被估算的第一量以第一流量存儲(chǔ);估算催化劑中存儲(chǔ)的第二氧量;其中根據(jù)過量氧濃度和第一量與第二量之間的關(guān)系估算第一流量;以及根據(jù)第一和第二量的平均值控制發(fā)動(dòng)機(jī)的空燃比。
本發(fā)明的第二方面在于控制具有催化轉(zhuǎn)換器的發(fā)動(dòng)機(jī)空燃比的方法和裝置,所述催化轉(zhuǎn)換器設(shè)置在與發(fā)動(dòng)機(jī)相連的排氣通道內(nèi),催化轉(zhuǎn)換器存儲(chǔ)并釋放氧,它具有氧處于飽和的狀態(tài)和氧完全耗盡的狀態(tài),該方法包括通過對(duì)在第一時(shí)間間隔內(nèi)進(jìn)入催化轉(zhuǎn)換器的過量氧流量的表達(dá)式從完全耗盡態(tài)到飽和態(tài)進(jìn)行積分估算催化轉(zhuǎn)換器的第一存儲(chǔ)能力;通過對(duì)第二時(shí)間間隔內(nèi)氧的解吸流量從飽和態(tài)到完全耗盡態(tài)進(jìn)行積分來估算第二存儲(chǔ)能力;根據(jù)利用第一存儲(chǔ)能力和第二存儲(chǔ)能力導(dǎo)出的數(shù)學(xué)結(jié)果確定催化轉(zhuǎn)換器內(nèi)氧存儲(chǔ)量的目標(biāo)值;以及控制提供給催化轉(zhuǎn)換器的廢氣空燃比,以便使催化轉(zhuǎn)換器內(nèi)存儲(chǔ)的含氧量維持所確定的目標(biāo)值。
在上述方法中,確定目標(biāo)值的步驟包括以下步驟將第一和第二存儲(chǔ)能力進(jìn)行平均;將用平均值導(dǎo)出的值用作氧存儲(chǔ)量的目標(biāo)值。
在催化轉(zhuǎn)換器下游的空燃比從貧油態(tài)轉(zhuǎn)換到富油態(tài)時(shí)的第一時(shí)間點(diǎn)與空燃比從富油態(tài)轉(zhuǎn)換為貧油態(tài)時(shí)的第二時(shí)間點(diǎn)之間確定第一時(shí)間段,以及其中在空燃比從富油態(tài)轉(zhuǎn)換到貧油態(tài)時(shí)的第三時(shí)間點(diǎn)與空燃比從貧油態(tài)轉(zhuǎn)換為富油態(tài)時(shí)的第四時(shí)間點(diǎn)之間確定第二時(shí)間段。
本發(fā)明的另一方面在于控制催化轉(zhuǎn)換器中的氣氛空燃比的方法和裝置,所述催化轉(zhuǎn)換器與內(nèi)燃機(jī)有效連接,該方法包括在催化轉(zhuǎn)換器內(nèi)的第一物質(zhì)上儲(chǔ)存氧,所述第一物質(zhì)能迅速地吸收和釋放氧;在催化轉(zhuǎn)換器內(nèi)的第二物質(zhì)上儲(chǔ)存氧,所述第二物質(zhì)吸收和釋放氧的速度比第一物質(zhì)的速度慢;以及控制進(jìn)入催化轉(zhuǎn)換器的廢氣的空燃比,以便將被第一物質(zhì)吸收的氧量控制為預(yù)測(cè)的預(yù)定值,所述預(yù)定值要低于能被第一物質(zhì)吸收的最大氧量;通過控制提供給催化轉(zhuǎn)換器的廢氣空燃比檢查預(yù)測(cè)的預(yù)定量,以便使第一物質(zhì)變得被氧飽和;控制供應(yīng)給催化轉(zhuǎn)換器的廢氣中的氧量,使氧從第一物質(zhì)中釋放出來;檢測(cè)第一物質(zhì)的氧存儲(chǔ)狀態(tài)從全飽和到全耗盡所需的第一時(shí)段;控制供應(yīng)給催化轉(zhuǎn)換器的廢氣中的氧量,以便使氧被吸收到第一物質(zhì)上;檢測(cè)氧存儲(chǔ)狀態(tài)從全耗盡到全飽和所需的第二時(shí)段;檢測(cè)第一和第二時(shí)段內(nèi)相應(yīng)的氧質(zhì)量流量,并確定被釋放的氧量和被吸收的氧量;將第一和第二量進(jìn)行比較;以及根據(jù)第一和第二量的比較確定目標(biāo)氧存儲(chǔ)量。
本發(fā)明的再一方面在于發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣排放控制裝置,發(fā)動(dòng)機(jī)包括燃油供應(yīng)機(jī)構(gòu)和排氣通道,控制器包括設(shè)置在排氣通道內(nèi)的催化轉(zhuǎn)換器,催化轉(zhuǎn)換器存儲(chǔ)有三元催化劑;檢測(cè)催化劑上游廢氣的氧濃度以作為上游氧濃度的裝置;檢測(cè)催化劑下游廢氣的氧濃度作為下游氧濃度的裝置;相對(duì)于化學(xué)計(jì)量氧濃度由上游氧濃度計(jì)算催化劑上游廢氣中過量/不足的氧濃度,所述化學(xué)計(jì)量氧濃度對(duì)應(yīng)于供應(yīng)給發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油混合物的化學(xué)計(jì)量空燃比;根據(jù)過量/不足氧濃度計(jì)算催化劑的氧存儲(chǔ)量的裝置;計(jì)算在上游氧濃度高于化學(xué)計(jì)量濃度而下游氧濃度在包括化學(xué)計(jì)量氧濃度的預(yù)定濃度范圍內(nèi)的期間內(nèi)特定階段的催化劑氧存儲(chǔ)量的裝置;計(jì)算在上游氧濃度低于化學(xué)計(jì)量濃度而下游氧濃度在預(yù)定濃度范圍內(nèi)的期間內(nèi)特定階段的催化劑氧釋放量的裝置;將下游氧濃度變得大于預(yù)定濃度范圍時(shí)刻的特定階段氧存儲(chǔ)量采樣為最大氧存儲(chǔ)量的裝置;將下游氧濃度變得小于預(yù)定濃度范圍時(shí)刻的特定階段氧釋放量采樣為最大氧釋放量的裝置;計(jì)算最大氧存儲(chǔ)量與最大氧釋放量的平均值的裝置;根據(jù)平均值確定氧存儲(chǔ)量目標(biāo)值的裝置;以及控制燃油供應(yīng)機(jī)構(gòu)的燃油供應(yīng)量以便使催化劑的氧存儲(chǔ)量與目標(biāo)值一致的裝置。
本發(fā)明的另一方面在于確定催化劑的目標(biāo)含氧量以形成部分內(nèi)燃機(jī)廢氣排放控制的方法,該方法包括步驟確定催化劑材料能迅速吸收的第一最大氧量;確定催化劑材料能迅速釋放的第二最大氧量;將第一和第二最大氧量平均,并根據(jù)預(yù)定的平均百分比率設(shè)定目標(biāo)含氧量。
該項(xiàng)技術(shù)也要確定與催化劑相關(guān)的存儲(chǔ)材料能存儲(chǔ)的第三最大氧量;并確定存儲(chǔ)材料中存儲(chǔ)的氧對(duì)催化劑材料釋放特性的影響。
本發(fā)明的再一個(gè)方面在于確定催化劑的目標(biāo)含氧量以形成對(duì)內(nèi)燃機(jī)的部分廢氣排放控制的裝置,該裝置包括包括空燃比傳感器和氣體流量傳感器件的裝置,其用于確定催化劑材料能迅速吸收的第一最大氧量;確定催化劑材料能迅速釋放的第二最大氧量;對(duì)第一和第二最大量進(jìn)行平均,并根據(jù)預(yù)定的平均百分比率設(shè)定目標(biāo)含氧量。
如果未特別說明,本發(fā)明毫無疑問地包括用于執(zhí)行結(jié)合公開技術(shù)所列舉的步驟的裝置/設(shè)備。
依照上述發(fā)明,提高了估算催化劑氧存儲(chǔ)能力的精度,并可以實(shí)現(xiàn)對(duì)催化劑氣體環(huán)境的精確控制。在后面的說明書中將闡明本發(fā)明的詳細(xì)內(nèi)容以及其它特征和優(yōu)點(diǎn),并將它們示于附圖中。
圖2是表示催化轉(zhuǎn)換器的下游和上游廢氣氧濃度變化的圖表。
圖3是表示依照本發(fā)明由控制單元執(zhí)行的發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴射量的校正量的計(jì)算程序流程圖。
圖4是表示依照本發(fā)明通用排氣含氧傳感器的輸出信號(hào)與過量/不足氧濃度之間關(guān)系的圖表。
圖5是表示控制單元中存儲(chǔ)的過量/不足氧濃度的表格的圖表。
圖6是表示由控制單元執(zhí)行的催化劑貴金屬的最大氧存儲(chǔ)量的計(jì)算程序的流程圖。
圖7A和7B是表示依照本發(fā)明催化劑氧存儲(chǔ)量與氧傳感器輸出信號(hào)之間關(guān)系的波形圖。
圖8是表示由控制單元執(zhí)行的氧存儲(chǔ)量計(jì)算條件的判斷程序的流程圖。
圖9A和9B是表示當(dāng)通用排氣含氧傳感器在輸出上發(fā)生偏差時(shí)催化劑轉(zhuǎn)換器下游氧濃度變化的圖表。
圖10是表示由控制單元執(zhí)行的用于校正通用廢氣含氧傳感器輸出中的偏差的程序的流程圖。
圖11是表示催化劑的氧釋放特性的圖表,本發(fā)明的第二和第三實(shí)施例基于該釋放特性。
圖12是表示用于計(jì)算催化劑氧存儲(chǔ)量的程序的流程圖,其考慮了從一個(gè)儲(chǔ)存材料溢出到另一個(gè)儲(chǔ)存材料的情況。
圖13是表示依照本發(fā)明的第二實(shí)施例用于計(jì)算流入催化劑的廢氣中的氧過量/不足量的子程序的流程圖。
圖14是表示依照本發(fā)明的第二實(shí)施例用于計(jì)算高速成分的氧釋放速率的子程序的流程圖。
圖15是表示依照本發(fā)明的第二實(shí)施例用于計(jì)算氧存儲(chǔ)量的高速成分的子程序的流程圖。
圖16是表示依照本發(fā)明的第二實(shí)施例用于計(jì)算氧存儲(chǔ)量的低速成分的子程序的流程圖。
圖17是表示用于確定重設(shè)條件的程序的流程圖。
圖18是表示用于執(zhí)行所計(jì)算的氧存儲(chǔ)量重設(shè)的程序的流程圖。
圖19是表示用于根據(jù)氧存儲(chǔ)量計(jì)算目標(biāo)空燃比的程序的流程圖。
圖20是表示當(dāng)將氧存儲(chǔ)量控制為恒定時(shí)后部氧傳感器的輸出與高速成分如何變化的圖表。
圖21是表示計(jì)算氧存儲(chǔ)量和根據(jù)氧存儲(chǔ)量進(jìn)行燃油校正控制的本發(fā)明第二實(shí)施例的流程圖。
圖22是表示用于描述設(shè)定系數(shù)a的流程圖。
圖23A是表示在催化劑前后空燃比變化的圖表。
圖23B和23C是表示廢氣空燃比從貧油態(tài)變到富油態(tài)時(shí)的氧存儲(chǔ)量的圖表。
燃油注射器7響應(yīng)來自控制單元2的脈沖信號(hào)將燃油噴射到進(jìn)氣歧管8A內(nèi)的進(jìn)氣內(nèi)。催化轉(zhuǎn)換器10設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)1的排氣通道9內(nèi)。在催化轉(zhuǎn)換器10中貯藏了三元催化劑。三元催化劑是本領(lǐng)域公知的催化劑,它能同時(shí)進(jìn)行廢氣中HC和CO的氧化和NOx的還原。
當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)1燃燒/排放具有化學(xué)計(jì)量空燃比的燃油混合物時(shí),該類催化劑能顯現(xiàn)出最大轉(zhuǎn)換效率。
信號(hào)分別從以下傳感器輸入控制單元2檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)1轉(zhuǎn)速的曲柄轉(zhuǎn)角傳感器4、檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)1進(jìn)氣量的氣流計(jì)6、檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)1冷卻水溫度的水溫傳感器11和檢測(cè)催化轉(zhuǎn)換器10中催化劑溫度的催化劑溫度傳感器12。
從上游的所謂“通用”排氣含氧傳感器3輸入表示廢氣中氧濃度的電壓信號(hào)VFAF,所述排氣含氧傳感器3設(shè)置在催化轉(zhuǎn)換器10上游的排放通道9內(nèi)。也從下游氧傳感器13輸入電壓信號(hào)VRO2,所述下游氧傳感器13設(shè)置在催化轉(zhuǎn)換器10下游的排放通道9內(nèi)。
通用排氣含氧傳感器3是這樣一種傳感器它輸出隨廢氣中的氧濃度成比例變化的信號(hào)VFAF,并能檢測(cè)和表示寬范圍的氧濃度。應(yīng)當(dāng)注意的是,從通用排氣含氧傳感器3輸入的信號(hào)VFAF用較低的值表示低氧濃度,用較高的值表示高氧濃度。
另一方面,下游氧傳感器13是不太貴的傳感器,它能強(qiáng)烈地(或不成比例地)響應(yīng)氧濃度的變化,并能顯示在跨越化學(xué)計(jì)量比空燃混合物的狹窄范圍上急劇變化的輸出。因此該類傳感器適合于檢測(cè)化學(xué)計(jì)量空燃比的燃油混合物在發(fā)動(dòng)機(jī)中燃燒時(shí)相對(duì)于現(xiàn)有廢氣中氧濃度較高或較低的氧濃度之間的轉(zhuǎn)換。從氧傳感器13輸入的信號(hào)VRO2是這樣的高壓信號(hào)代表排氣中的高氧濃度,而低壓輸出表示低氧濃度。
此后與化學(xué)計(jì)量空燃比相對(duì)應(yīng)的氧濃度稱為化學(xué)計(jì)量氧濃度。
控制單元2根據(jù)這些輸入信號(hào)計(jì)算基本燃油噴射量Tp,并通過加入各類校正確定燃油噴射量Ti。將與燃油噴射量Ti對(duì)應(yīng)的脈沖信號(hào)輸出給燃油注射器7??刂茊卧?包括微處理器,微處理器設(shè)有中央處理器(CPU)、只讀存儲(chǔ)器(ROM)、隨機(jī)存儲(chǔ)器(RAM)和輸出接口(I/O接口)。
催化轉(zhuǎn)換器10中貯藏的三元催化劑包括諸如鉑、銠或鈀的貴金屬和諸如氧化鈰、鋇或堿金屬的氧存儲(chǔ)材料。貴金屬和氧存儲(chǔ)材料以涂覆形式設(shè)置到基板上。貴金屬和氧存儲(chǔ)材料都具有氧存儲(chǔ)能力,當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣中的氧濃度升高到高于化學(xué)計(jì)量氧濃度以上時(shí),這些貴金屬和氧存儲(chǔ)材料都能存儲(chǔ)氧。當(dāng)廢氣中的氧濃度比化學(xué)計(jì)量濃度低時(shí),被存儲(chǔ)的氧就釋放出來。通過這種方式能將包圍催化劑的氣體環(huán)境保持為或接近化學(xué)計(jì)量氧濃度,從而促進(jìn)了HC和NOx成分的高效氧化和還原。
應(yīng)當(dāng)注意的是,貴金屬吸收的氧能快速地吸收和釋放,因此將它們稱為高速氧成分。另一方面,氧存儲(chǔ)材料中存儲(chǔ)的氧會(huì)比較緩慢地存儲(chǔ)和釋放。將其稱為低速氧成分。另外,在吸收過程中,貴金屬優(yōu)先吸收氧,直到貴金屬被飽和而不能吸收任何氧為止低速成分才開始被存儲(chǔ)到氧存儲(chǔ)材料中。
然而釋放特性與吸收過程的不同之處在于直到達(dá)到兩種不同材料中含氧量的預(yù)定比,貴金屬才傾向于迅速地釋放氧。然而,在達(dá)到兩種存儲(chǔ)材料中存儲(chǔ)的氧量的預(yù)定平衡后,從貴金屬和氧存儲(chǔ)材料釋放的速率顯示出基本上呈線性的特性。隨著公開的進(jìn)行,這些因素的細(xì)節(jié)將變得更容易被理解。第一實(shí)施例用以下公式表示三元催化劑的氧存儲(chǔ)能力氧存儲(chǔ)量=∑{廢氣量×(催化劑上游的過量/不足氧濃度-催化劑下游的過量/不足氧濃度)}……(1)將過量/不足氧濃度定義如下。
在將化學(xué)計(jì)量氧濃度作為值為零的參考值情況下,當(dāng)廢氣中的氧濃度高于參考值時(shí)用正百分比表示氧濃度的過量/不足比率,而當(dāng)其低于參考值時(shí)用負(fù)百分比表示氧濃度的過量/不足比率。由此,如圖4所示,當(dāng)供應(yīng)給發(fā)動(dòng)機(jī)1的燃油混合物的空燃比為富油態(tài)時(shí),也就是說,當(dāng)燃油混合物的燃油含量高于與化學(xué)計(jì)量空燃比相對(duì)應(yīng)的含量時(shí),廢氣的過量/不足氧濃度為負(fù)值。
相反地,當(dāng)供應(yīng)給發(fā)動(dòng)機(jī)1的燃油混合物的空燃比為貧油態(tài),即當(dāng)燃油混合物的燃油含量低于與化學(xué)計(jì)量空燃比相對(duì)應(yīng)的含量時(shí),廢氣的過量/不足氧濃度為正值。
控制單元2根據(jù)通用排氣含氧傳感器3的輸出反饋控制燃油混合物的空燃比,以便使廢氣的平均氧濃度與化學(xué)計(jì)量氧濃度一致。在以下描述中,該空燃比控制被稱為蘭姆達(dá)(λ)控制。
蘭姆達(dá)(λ)控制有助于使催化劑下游的廢氣氧濃度維持化學(xué)計(jì)量濃度,并能使廢氣的過量/不足氧濃度呈現(xiàn)零值。
通過公式(2)表示該狀態(tài)下三元催化劑的氧存儲(chǔ)量。
氧存儲(chǔ)量=∑{廢氣量×催化劑上游的過量/不足氧濃度}……(2)當(dāng)供應(yīng)給發(fā)動(dòng)機(jī)1的燃油混合物從空燃比為13的富油混合物轉(zhuǎn)換為空燃比為16的貧油空燃比混合物時(shí),測(cè)量催化劑下游和上游的氧濃度。這些測(cè)量結(jié)果示于圖2中。圖中的縱軸表示換算成燃油混合物空燃比的氧濃度值。
在區(qū)域A中,所有流入催化轉(zhuǎn)換器的過量氧存儲(chǔ)在催化劑(作為高速成分)中,結(jié)果,即使當(dāng)催化劑上游的氧濃度很高時(shí)(如曲線F-A/F所示),催化劑下游的氧濃度也維持為化學(xué)計(jì)量值(如曲線R-F/A所示)。
相反,在區(qū)域B中,催化劑不能再十分迅速地存儲(chǔ)可得的氧,由此所有流入催化轉(zhuǎn)換器的過量氧不再被吸收,從而使催化劑下游的氧濃度變得比化學(xué)計(jì)量值高一個(gè)過剩量。
應(yīng)當(dāng)注意的是,即使當(dāng)催化劑下游的氧濃度高于化學(xué)計(jì)量值時(shí),催化劑也繼續(xù)存儲(chǔ)氧或諸如氧化氮(NO)的氧化物。然而在速度上該氧存儲(chǔ)要慢于A區(qū)域中進(jìn)行的氧存儲(chǔ)。
假設(shè)A和B區(qū)域中發(fā)生快速和緩慢存儲(chǔ)的原因是由以下原因?qū)е碌碾m然催化劑中包含的貴重/貴金屬能物理地吸收氧,也就是說以分子狀態(tài)吸收氧,但氧存儲(chǔ)材料通過化學(xué)鍵以化合物方式吸收氧??梢哉J(rèn)為由于這些區(qū)別導(dǎo)致了氧存儲(chǔ)速度上的差別。
由此,在圖2中,可以將催化劑下游的氧濃度從化學(xué)計(jì)量值開始增加時(shí)的催化劑氧存儲(chǔ)量認(rèn)為是催化劑貴金屬的氧存儲(chǔ)量,并將此后的催化劑氧存儲(chǔ)量認(rèn)為是氧存儲(chǔ)材料的氧存儲(chǔ)量。
然而,這兩個(gè)成分的存儲(chǔ)量總和受氧存儲(chǔ)材料較慢的吸收速度的影響。由于氧存儲(chǔ)材料的氧存儲(chǔ)量的變化,因此需要大量時(shí)間來控制廢氣中的平均氧濃度。正如可以理解的,如果使空燃比維持貧油或富油水平很長一段時(shí)間以有助于低速成分,則減少廢氣有毒成分方面的控制效率將受到不利影響。因此,盡管氧吸收材料能比貴金屬存儲(chǔ)更多的氧,但基本控制要以快速成分或以被催化劑的貴金屬部分吸收或釋放的氧量為中心。
本發(fā)明的廢氣排放控制器的控制單元2執(zhí)行以下的燃油混合物空燃比控制。當(dāng)催化轉(zhuǎn)換器10的下游廢氣氧濃度值近似等于化學(xué)計(jì)量值時(shí),根據(jù)催化轉(zhuǎn)接器10上游單位時(shí)間內(nèi)的過量/不足氧濃度計(jì)算催化劑中貴金屬的氧存儲(chǔ)量(快速成分)。當(dāng)確立了預(yù)定控制條件時(shí),控制供應(yīng)給發(fā)動(dòng)機(jī)1的燃油混合物的空燃比,使催化劑中貴金屬的氧存儲(chǔ)量與僅相對(duì)于催化劑中貴金屬的氧存儲(chǔ)量設(shè)定的目標(biāo)值一致。通過將達(dá)到催化劑中貴金屬的目標(biāo)氧存儲(chǔ)量的校正系數(shù)引入蘭姆達(dá)(λ)控制來實(shí)現(xiàn)該控制。特別是,由下面的公式(3)計(jì)算蘭姆達(dá)(λ)控制過程中的燃油注射量Ti。
Ti=Tp×TFBYA×α×H×2+Ts……(3)其中,Tp=基本注射量,TFBYA=與目標(biāo)空燃比的倒數(shù)對(duì)應(yīng)的目標(biāo)當(dāng)量比,α=空燃比反饋校正系數(shù),H=為達(dá)到催化劑中貴金屬的目標(biāo)氧存儲(chǔ)量的校正參數(shù),以及Ts=無效注射量將燃油注射量Ti、基本注射量Tp和無效注射量Ts都生成為由控制單元2向燃油注射器7輸出的脈沖信號(hào)的脈沖寬度。
上述公式中除校正系數(shù)H外的每個(gè)量的系數(shù)都是公知的,例如美國專利5529043中就公開了這些系數(shù)。
現(xiàn)在參照?qǐng)D3詳細(xì)描述該控制程序中由控制單元2執(zhí)行的校正系數(shù)H的計(jì)算程序。例如,以10微秒的時(shí)間間隔執(zhí)行該程序。
在步驟S1中,根據(jù)由溫度傳感器11傳感的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度或可選擇地通過溫度傳感器11直接測(cè)量的催化劑材料的溫度測(cè)量值導(dǎo)出的估算值,判斷催化轉(zhuǎn)換器10中的三元催化劑是否已變得有活性。如果三元催化劑沒有活性,則由于不能利用催化劑的氧存儲(chǔ)功能而立即終止程序。
當(dāng)在步驟S2中確定催化劑有活性后,程序根據(jù)從催化轉(zhuǎn)換器10上游的通用排氣含氧傳感器3輸入的信號(hào)VFAF計(jì)算廢氣中存在的過量/不足氧濃度FO2。
通過查看圖5所示的表格進(jìn)行計(jì)算,所述表格提前被存儲(chǔ)在控制單元2的存儲(chǔ)器中,它以數(shù)字值的形式表示圖4所示的過量/不足氧濃度的特性。在圖5中,由供應(yīng)給發(fā)動(dòng)機(jī)1的對(duì)應(yīng)燃油混合物空燃比表示氧濃度。
由于燃燒燃油混合物的空燃比范圍是公知的,因此可將通用排氣含氧傳感器3的測(cè)量范圍設(shè)定為與該范圍相等。當(dāng)切斷向發(fā)動(dòng)機(jī)1的燃油供應(yīng)時(shí),例如這可在某種減速模式下發(fā)生,廢氣中的氧濃度就會(huì)落在測(cè)量范圍之外。實(shí)際上可以理解的是,當(dāng)確定氧濃度落在測(cè)量范圍之外時(shí),事實(shí)上已經(jīng)切斷了燃油供應(yīng)。如圖4所示,該情況下的過量/不足氧濃度FO2計(jì)為+20.9%。
下面,在步驟S3中,將從催化劑下游的氧傳感器13輸入的信號(hào)VRO2與化學(xué)計(jì)量氧濃度作比較。當(dāng)用信號(hào)VRO2表示的氧濃度低于化學(xué)計(jì)量氧濃度時(shí),催化劑中貴金屬的高速氧存儲(chǔ)量表示為零。
在該情況下,程序進(jìn)行到步驟S4,將催化劑中貴金屬的氧存儲(chǔ)量HOSCn重新設(shè)為零。此后,程序進(jìn)行到步驟S7。術(shù)語HOSCn是由當(dāng)前時(shí)刻的程序計(jì)算出的值,術(shù)語HOSCn-1是由前一時(shí)刻的程序計(jì)算出的值。
另一方面,在步驟S3中,當(dāng)用信號(hào)VRO2表示的氧濃度高于或等于化學(xué)計(jì)量氧濃度時(shí),程序進(jìn)行到步驟S5,在此判斷由VRO2表示的氧濃度是否高于化學(xué)計(jì)量氧濃度。當(dāng)用信號(hào)VRO2表示的氧濃度不高于化學(xué)計(jì)量氧濃度時(shí),與步驟S3中判斷結(jié)果的關(guān)系表示催化劑的氣體環(huán)境維持在化學(xué)計(jì)量氧濃度,并表示催化劑正為催化轉(zhuǎn)換器10上游的氧濃度變化進(jìn)行補(bǔ)償。在該情況下,程序進(jìn)行到步驟S6。當(dāng)步驟S5中由信號(hào)VRO2表示的氧濃度高于化學(xué)計(jì)量氧濃度時(shí),程序進(jìn)行到步驟S7。
當(dāng)程序進(jìn)行到步驟S6時(shí),有時(shí)是不執(zhí)行蘭姆達(dá)(λ)控制的情況。
在步驟S6中,由以下公式(4)計(jì)算催化劑中貴金屬的氧存儲(chǔ)量HOSCOn。
HOSCOn=HOSCOn-1×a×FO2×Q×t……(4)其中,HOSCOn=在執(zhí)行前一時(shí)刻程序得到的HOSCOn值,a=確定氧存儲(chǔ)或氧釋放速度的常數(shù),它也包含單位換算值,F(xiàn)O2=過量/不足的氧濃度,Q=廢氣流量,以及t=程序的執(zhí)行時(shí)間間隔(例如10微秒)。
可用通過氣流計(jì)6檢測(cè)的吸入氣體流量代替廢氣流量Q。
上述公式(4)中的值FO2×Q×t是每個(gè)程序執(zhí)行時(shí)間間隔的過量/不足氧濃度。通過乘以常數(shù)a計(jì)算執(zhí)行前一程序后已由催化劑貴金屬存儲(chǔ)或已由催化劑貴金屬釋放的高速氧量,所述常數(shù)a用每個(gè)程序執(zhí)行時(shí)間間隔內(nèi)的過量/不足氧濃度確定氧釋放和氧吸收速度。通過將該計(jì)算結(jié)果加到執(zhí)行程序的前一時(shí)刻得到的氧存儲(chǔ)量HOSCOn-1上來計(jì)算催化劑貴金屬的當(dāng)前氧存儲(chǔ)量。
應(yīng)當(dāng)注意的是,當(dāng)催化轉(zhuǎn)換器10上游的氧濃度高于化學(xué)計(jì)量氧濃度時(shí),供應(yīng)給發(fā)動(dòng)機(jī)1的燃油混合物的空燃比是貧油的。在該情況下,公式(4)的第二項(xiàng)將執(zhí)行程序的前一時(shí)刻后催化劑貴金屬中存儲(chǔ)的氧量確定為正值。當(dāng)催化轉(zhuǎn)換器10上游的氧濃度低于化學(xué)計(jì)量氧濃度時(shí),供應(yīng)給發(fā)動(dòng)機(jī)1的燃油混合物的空燃比是富油的。在該情況下,公式(4)中的第二項(xiàng)將執(zhí)行程序的前一時(shí)刻后催化劑貴金屬中釋放的氧量確定為負(fù)值。
在完成步驟S6的計(jì)算后,程序進(jìn)行到步驟S7,在此判斷是否實(shí)施蘭姆達(dá)(λ)控制。
僅當(dāng)通用排氣含氧傳感器3起作用時(shí)才進(jìn)行蘭姆達(dá)(λ)控制。此外,當(dāng)切斷向發(fā)動(dòng)機(jī)1的燃油供應(yīng)或當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在高負(fù)載條件下運(yùn)行時(shí),不實(shí)施蘭姆達(dá)(λ)控制。
當(dāng)在步驟S8到S12中實(shí)施蘭姆達(dá)(λ)控制時(shí),程序執(zhí)行對(duì)校正系數(shù)H的計(jì)算。當(dāng)不實(shí)施蘭姆達(dá)(λ)控制時(shí),不進(jìn)行校正系數(shù)H的計(jì)算,同時(shí)終止程序。
換句話說,當(dāng)催化轉(zhuǎn)換器中的三元催化劑有活性時(shí)通常計(jì)算催化劑中貴金屬的氧存儲(chǔ)量HOSCn。相反,將為使氧存儲(chǔ)量HOSCn與目標(biāo)值一致而對(duì)空燃比實(shí)施的反饋控制限于進(jìn)行蘭姆達(dá)(λ)控制的情況??赏ㄟ^公知的各種比例-積分-微分控制實(shí)施反饋控制。在步驟S8中,由公式(5)計(jì)算氧存儲(chǔ)量HOSCn與氧存儲(chǔ)量的目標(biāo)值之間的差值HOSCsn。
HOSCsn=HOSCn-HOSCy×1/2………(5)其中,HOSCy=催化劑中貴金屬的氧存儲(chǔ)能力。
從等式(5)可以看出,將目標(biāo)值設(shè)定為催化劑中貴金屬氧存儲(chǔ)能力HOSCy的1/2。通過后面將描述的圖6所示的程序計(jì)算氧存儲(chǔ)能力HOSCy。
接著是步驟S9,由公式(6)計(jì)算反饋校正量的比例因子Hp。
Hp=比例增益×HOSCsn……(6)在步驟S10中,由公式(7)計(jì)算反饋校正量的積分因子Hi。
Hi=積分增益×∑HOSCsn……(7)在步驟S11中,由等式(8)計(jì)算反饋校正量的微分因子Hd。
Hd=微分增益×(HOSCsn-HOSCsn-1)/t………(8)其中,t=程序執(zhí)行時(shí)間間隔(=10微秒)在步驟S12中,將比例因子Hp、積分因子Hi和微分因子Hd的總和設(shè)定為校正系數(shù)H,程序終止。
控制單元2通過公式(3)利用校正系數(shù)H計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)1的燃油注射量Ti,并將相應(yīng)的脈沖信號(hào)輸出給燃油注射器7。
通過上述方式僅計(jì)算由催化劑中貴金屬導(dǎo)致的氧存儲(chǔ)量,并控制空燃比,以便使計(jì)算值與催化劑中貴金屬氧存儲(chǔ)量的目標(biāo)值一致。
因此,氧存儲(chǔ)量在短時(shí)間內(nèi)集中于目標(biāo)值。此外,依照該實(shí)施例,可以忽略氧存儲(chǔ)材料的影響,該氧存儲(chǔ)材料不會(huì)有助于催化劑氣體環(huán)境的短期變化。由于將氧存儲(chǔ)量的目標(biāo)值設(shè)定為催化劑中貴金屬氧存儲(chǔ)能力的1/2,就不可能發(fā)生實(shí)際氧存儲(chǔ)量中的過量或不足,并且總能將催化劑對(duì)廢氣中有毒/有害成分的轉(zhuǎn)換效能維持在最佳水平。
下面設(shè)定對(duì)氧存儲(chǔ)能力HOSCy的計(jì)算。
根據(jù)對(duì)本實(shí)施例的發(fā)展中進(jìn)行的研究,由于通用排氣含氧傳感器3或氧傳感器13性能上的偏差會(huì)產(chǎn)生以下現(xiàn)象。
即使當(dāng)催化轉(zhuǎn)換器10下游廢氣中的氧濃度近似等于化學(xué)計(jì)量氧濃度時(shí),催化轉(zhuǎn)換器10的上游廢氣中氧濃度低于化學(xué)計(jì)量氧濃度的持續(xù)階段不總是等于催化轉(zhuǎn)換器10的上游廢氣氧濃度高于化學(xué)計(jì)量氧濃度的持續(xù)階段。
參照?qǐng)D7A和7B,即使在蘭姆達(dá)(λ)控制下的穩(wěn)恒狀態(tài)中,由催化轉(zhuǎn)換器10下游的下游氧傳感器13輸入的信號(hào)VRO2也不是連續(xù)變化的。當(dāng)VRO2小于貧油限制電平LSL時(shí),可以判定催化轉(zhuǎn)換器10的下游氧濃度高于化學(xué)計(jì)量濃度。當(dāng)VRO2高于富油限制電平RSL時(shí),可判定催化轉(zhuǎn)換器10的下游氧濃度低于化學(xué)計(jì)量濃度。正如前面所描述的,信號(hào)VRO2用高值表示低氧濃度,用低值表示高氧濃度。
當(dāng)VRO2介于限制電平LSL和RSL之間時(shí),也就是說例如在時(shí)間間隔t1-t2與時(shí)間間隔t3-t4之間時(shí),可以判定催化轉(zhuǎn)換器10的下游廢氣氧濃度的值近似等于化學(xué)計(jì)量濃度。此后將介于限制電平LSL與RSL之間的氧濃度區(qū)域稱為化學(xué)計(jì)量范圍。
在時(shí)間間隔t1-t2與時(shí)間間隔t3-t4之間,雖然催化轉(zhuǎn)換器10的下游氧濃度在化學(xué)計(jì)量范圍內(nèi),但在時(shí)間間隔t1-t2和時(shí)間間隔t3-t4中催化轉(zhuǎn)換器10的上游氧濃度也是不同的。催化轉(zhuǎn)換器10的上游氧濃度低于時(shí)間間隔t1-t2內(nèi)的化學(xué)計(jì)量氧濃度,即供應(yīng)給發(fā)動(dòng)機(jī)1的燃油混合物的空燃比是富油的。另一方面,氧濃度高于時(shí)間間隔t3-t4內(nèi)的化學(xué)計(jì)量氧濃度,即供應(yīng)給發(fā)動(dòng)機(jī)1的燃油混合物的空燃比是貧油的。
因此,可將催化轉(zhuǎn)換器10的下游氧濃度變得低于LSL時(shí)的催化劑中貴金屬的氧存儲(chǔ)量計(jì)為貴金屬的氧存儲(chǔ)能力HOSCy,將該氧存儲(chǔ)能力值的一半作為目標(biāo)值。然而在該情況下,目標(biāo)值受通用排氣含氧傳感器3或氧傳感器13的性能偏差影響。
在附圖中,時(shí)間間隔t3-t4要長于時(shí)間間隔t1-t2。因此,貧油混合物的時(shí)間間隔要長于實(shí)際時(shí)間間隔,該時(shí)間間隔中計(jì)算出的最大氧存儲(chǔ)量值大于實(shí)際值。結(jié)果,氧存儲(chǔ)量的目標(biāo)值會(huì)設(shè)定得高于正確值。相反地,由于氧傳感器性能上的偏差時(shí)間間隔t3-t4可能會(huì)短于時(shí)間間隔t1-t2。在該情況下,氧存儲(chǔ)量的目標(biāo)值會(huì)設(shè)定得小于原本值。
為了消除該誤差,根據(jù)本發(fā)明的廢氣排放控制裝置的控制單元2通過以下方式設(shè)定氧存儲(chǔ)量的目標(biāo)值。
首先,當(dāng)催化轉(zhuǎn)換器10下游廢氣中氧濃度的值近似等于化學(xué)計(jì)量氧濃度、同時(shí)將貧油混合物供應(yīng)給發(fā)動(dòng)機(jī)1時(shí),由信號(hào)VFAF計(jì)算催化劑中貴金屬的最大氧存儲(chǔ)量LMAX。另一方面,當(dāng)催化轉(zhuǎn)換器10下游廢氣中的氧濃度值近似等于化學(xué)計(jì)量氧濃度、同時(shí)將富油混合物供應(yīng)給發(fā)動(dòng)機(jī)1時(shí),由信號(hào)VFAF計(jì)算催化劑中貴金屬的最大氧釋放量RMAX。將最大氧存儲(chǔ)量LMAX和最大氧釋放量RMAX的平均值設(shè)為氧存儲(chǔ)能力HOSCy。
現(xiàn)在參照?qǐng)D6,下面將描述由控制單元2執(zhí)行的催化劑中貴金屬氧存儲(chǔ)能力HOSCy的計(jì)算程序。以10微秒的時(shí)間間隔執(zhí)行該程序。
在步驟S21中,以與圖3中步驟S2相同的方式計(jì)算廢氣的過量/不足氧濃度FO2。在下面的步驟S22中判斷是否形成了計(jì)算催化劑中貴金屬的氧存儲(chǔ)能力HOSCy的條件。該判斷可根據(jù)對(duì)由圖8所示程序確定的許可標(biāo)志的判定來完成。當(dāng)許可標(biāo)志值為1時(shí)程序進(jìn)行到步驟S23。當(dāng)許可標(biāo)志值為零時(shí),程序立即終止。
在標(biāo)志S23-S27中,將從氧傳感器13輸入的信號(hào)VRO2與限制電平RSL和限制電平LSL作比較。此外確定信號(hào)VRO2是否符合以下5種情況中的任何一個(gè)。
當(dāng)信號(hào)VRO2在化學(xué)計(jì)量范圍內(nèi)且貧油混合物供應(yīng)給發(fā)動(dòng)機(jī)1時(shí);當(dāng)信號(hào)VRO2在化學(xué)計(jì)量范圍內(nèi)且富油混合物供應(yīng)給發(fā)動(dòng)機(jī)1時(shí);當(dāng)信號(hào)VRO2變得低于限制電平LSL時(shí);當(dāng)信號(hào)VRO2變得大于限制電平RSL時(shí);以及其它情況(包括信號(hào)VRO2的輸出變得低于限制電平RSL時(shí)的情況和信號(hào)VRO2變得大于限制電平LSL時(shí)的情況)。
再次參照?qǐng)D7A和7B,例如,情況(1)對(duì)應(yīng)于時(shí)間間隔t3-t4,情況(2)對(duì)應(yīng)于時(shí)間間隔t1-t2。例如,情況(3)對(duì)應(yīng)于時(shí)間t4,情況(4)對(duì)應(yīng)于時(shí)間t2,情況(5)對(duì)應(yīng)于時(shí)間t1和時(shí)間t3。
再回來參照?qǐng)D6,在情況(1)中,程序通過步驟S23、S24和S25進(jìn)行到步驟S29。在步驟S29中,利用與公式(4)對(duì)應(yīng)的公式(9)計(jì)算催化劑中貴金屬的特定階段的氧存儲(chǔ)量HOSCLn。此后終止程序。
HOSCLn=HOSCLn-1×aL×FO2×Q×t……(9)其中,HOSCLn-1=由前一時(shí)刻程序計(jì)算的特定階段的氧存儲(chǔ)量aL=包含單位換算值的正的常數(shù)FO2=過量/不足氧濃度Q=廢氣流量(可用吸入空氣流量代替),以及t=程序執(zhí)行時(shí)間間隔(10微秒)將常數(shù)aL設(shè)定成等于公式(4)中的常數(shù)a。
在情況(2)中,程序通過步驟S23、S24和S25進(jìn)行到步驟S28。
在步驟S28中,利用公式(10)計(jì)算催化劑中貴金屬的特定階段的氧釋放量HOSCRn,所述公式(10)與公式(4)對(duì)應(yīng)。然后程序終止。
HOSCRn=HOSCRn-1×aR×FO2×Q×t………(10)其中,HOSCRn-1=利用前一時(shí)刻中的程序計(jì)算特定階段的氧釋放量,aR=包括單位換算值的正的常數(shù)FO2=過量/不足的氧濃度Q=廢氣流量(可用吸入的空氣流量代替),以及t=程序執(zhí)行時(shí)間間隔(10微秒)將常數(shù)aR設(shè)定為等于公式(9)中的常數(shù)aL。
在情況(3)中,程序通過步驟S23、S24和步驟S27進(jìn)行到步驟S32。
在步驟S32中,將催化劑中貴金屬的特定階段的氧存儲(chǔ)量HOSCLn存為最大催化劑存儲(chǔ)量LMAX。然后在步驟S33中,將催化劑中特定階段的貴金屬氧存儲(chǔ)量HOSCLn重設(shè)為零,然后程序進(jìn)行到步驟S34。
在情況(4)中,程序通過步驟S23和步驟S26進(jìn)行到步驟S30。在步驟S30中,將催化劑中貴金屬的特定階段的氧釋放量HOSCRn存為最大催化劑釋放量RMAX。然后在步驟S31中,將催化劑中貴金屬的特定階段的氧釋放量HOSCRn重設(shè)為零,然后程序進(jìn)行到步驟S34。
在步驟S34中利用公式(11)計(jì)算最大催化劑存儲(chǔ)量LAMX和最大催化劑釋放量RMAX的存儲(chǔ)值的平均值A(chǔ)VE。
AVE=(LMAX+RMAX)/2…………(11)另外,為了抑制平均值A(chǔ)VE的變化,在后面的步驟S35中利用公式(12)計(jì)算平均值A(chǔ)VE的加權(quán)平均值RAVEn。
RAVEn=AVE×G+RAVEn-1×(1-G)…………(12)其中,RAVEn-1=在前一時(shí)刻的程序中計(jì)算的加權(quán)平均值,以及G=加權(quán)平均系數(shù)。
在接下來的步驟S36中,將催化劑中貴金屬的氧存儲(chǔ)能力HOSCy設(shè)定為等于加權(quán)平均值RAVEn。
在情況(5)中,如果步驟S26中的判斷或步驟S27中的判斷為否定,程序就立即終止。催化劑中貴金屬的氧存儲(chǔ)能力HOSCy存儲(chǔ)在控制單元2中的存儲(chǔ)器(RAM)中,在圖3所示程序中的步驟S8中會(huì)用到氧存儲(chǔ)能力HOSCy。
通過該方式,廢氣排放控制裝置校正了通用供氣氧傳感器3和氧傳感器13的性能偏差,并降低了由于該性能上的偏差導(dǎo)致的對(duì)氧存儲(chǔ)量目標(biāo)值的影響。由此,就可以提高對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)1空燃比的控制精度。
參照?qǐng)D8描述了由控制單元2執(zhí)行的、用以判斷用于計(jì)算催化劑中貴金屬氧存儲(chǔ)能力HOSCy的條件的程序。利用該程序中設(shè)定的計(jì)算許可標(biāo)志來判斷圖6中的步驟S22。該程序以10微秒的時(shí)間間隔執(zhí)行。
在步驟S41中,判斷發(fā)動(dòng)機(jī)1的轉(zhuǎn)速是否符合中等轉(zhuǎn)速范圍,即,既不會(huì)與低轉(zhuǎn)速區(qū)也不會(huì)與高轉(zhuǎn)速區(qū)相符。在步驟S42中,判斷發(fā)動(dòng)機(jī)1上的負(fù)載是否與適當(dāng)范圍相符,即,既不與低負(fù)載區(qū)也不與高負(fù)載區(qū)相符。在步驟S43中,利用水溫傳感器11確定發(fā)動(dòng)機(jī)是否完成了從發(fā)動(dòng)機(jī)1的冷卻水溫度的預(yù)熱。在步驟S44中,判斷空燃比反饋校正系數(shù)阿爾法中的變化是否在正常范圍內(nèi)。在步驟S45中,判斷由催化劑溫度傳感器12檢測(cè)的催化劑溫度TCAT(例如300℃)是否高于或等于預(yù)定溫度。在步驟S46中,判斷通用排氣含氧傳感器3的信號(hào)VFAF的偏差校正出現(xiàn)率是否少于預(yù)定次數(shù)。
當(dāng)完全滿足了步驟S41到S46中的判斷條件時(shí),程序?qū)⒉襟ES47中的計(jì)算許可標(biāo)志設(shè)定為滿足氧存儲(chǔ)能力HOSCy計(jì)算條件的值“1”,并終止程序。當(dāng)不能滿足步驟S41到S46中的任何條件時(shí),在步驟S48中程序?qū)⒂?jì)算許可標(biāo)志重設(shè)為零值,然后程序終止。
當(dāng)催化劑沒有活性時(shí)(即,低于其活化溫度),很難判斷/判定氧從催化劑中釋放出來或氧存儲(chǔ)到催化劑中。從而,就不可能正確計(jì)算催化劑中貴金屬的氧存儲(chǔ)能力HOSCy,即使采樣到了氧存儲(chǔ)量的最大值LMAX或氧釋放量的最大值RMAX也是如此。僅當(dāng)形成了步驟S41-S46中的條件時(shí)才允許計(jì)算氧存儲(chǔ)能力HOSCy,以此來消除氧存儲(chǔ)能力HOSCy中的偏差。
下面,將參照?qǐng)D9A和9B描述在步驟S46中判定的通用排氣含氧傳感器3的輸出的偏差校正出現(xiàn)率。
即使在蘭姆達(dá)(λ)控制的情況下,由通用排氣含氧傳感器3輸入的信號(hào)VFAF也會(huì)發(fā)生偏差。在該情況下,由氧傳感器13輸入的信號(hào)VRO2顯示出變化到正常范圍外的情況。當(dāng)信號(hào)VFAF發(fā)生象氧濃度降低那樣的偏差時(shí),蘭姆達(dá)(λ)控制就傾向于提高供給發(fā)動(dòng)機(jī)1的燃油混合物的空燃比,由此會(huì)使信號(hào)VRO2的取值高于或等于該圖中由曲線1或曲線3表示的預(yù)定值C。相反地,當(dāng)信號(hào)VFAF發(fā)生象氧濃度增加那樣的偏移時(shí),蘭姆達(dá)(λ)控制傾向于降低供給發(fā)動(dòng)機(jī)1的燃油混合物的空燃比,從而使信號(hào)VRO2的取值低于或等于該圖中由曲線2和曲線4表示的預(yù)定值D。通過這種方式會(huì)對(duì)基于傳感器13的輸出對(duì)催化劑氣體環(huán)境測(cè)量的精度產(chǎn)生不利影響。
為了消除這種不利影響,控制單元2會(huì)確定通用排氣含氧傳感器3的輸出中是否會(huì)存在偏差,當(dāng)存在偏差時(shí),將偏差校正加到由通用排氣含氧傳感器3輸入的信號(hào)VFAF中。
參照?qǐng)D10來描述由控制單元2執(zhí)行的偏差校正程序。該程序以10微秒的時(shí)間間隔執(zhí)行。
在步驟S51中,讀取由氧傳感器13輸入的信號(hào)VRO2和由通用排氣含氧傳感器3輸入的信號(hào)VFAF。
在下面的步驟S52中,判斷在VRO2的取值高于預(yù)定值C后是否經(jīng)過了預(yù)定時(shí)間。當(dāng)該條件形成后,判斷在信號(hào)VFAF中沿氧濃度增加方向發(fā)生了偏差。在該情況下,在步驟S53中,將從信號(hào)VFAF減去預(yù)定校正量得到的值重設(shè)為信號(hào)VFAF。正如早先所描述的,信號(hào)VFAF用較低值表示較低氧濃度,用較高值表示較高氧濃度。當(dāng)信號(hào)VFAF變小時(shí),蘭姆達(dá)(λ)控制傾向于提高供給發(fā)動(dòng)機(jī)1的燃油混合物的空燃比。結(jié)果,使信號(hào)VRO2回到化學(xué)計(jì)量范圍內(nèi)。
接著在步驟S54中,增加偏差校正出現(xiàn)率計(jì)數(shù)CNT1,并終止程序。啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)1時(shí)將偏差校正出現(xiàn)率計(jì)數(shù)CNT1值初始設(shè)定為零。
當(dāng)未形成步驟S52中的條件時(shí),程序進(jìn)行到步驟S55,在此判斷在輸出VRO2的取值小于預(yù)定值D后是否經(jīng)過了預(yù)定時(shí)間。當(dāng)該條件形成時(shí),判斷在信號(hào)VFAF中沿氧濃度降低的方向出現(xiàn)偏差。在該情況下,在步驟S56中,將把預(yù)定校正量加到VFAF上得到的值重設(shè)為信號(hào)VFAF。接著在步驟S57中,增加偏差校正出現(xiàn)率計(jì)數(shù)CNT2,并終止程序。當(dāng)啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)1時(shí)一開始就將偏差校正轉(zhuǎn)動(dòng)出現(xiàn)率CNT2設(shè)定為零值。將計(jì)數(shù)值CNT1和CNT2存儲(chǔ)在控制單元2的存儲(chǔ)器(RAM)中。
在圖8所述的計(jì)算條件判定程序中,在步驟S46中判斷兩個(gè)計(jì)數(shù)值CNT1和CNT2是否都小于預(yù)定數(shù)。如果在步驟S48中任何一個(gè)值大于或等于預(yù)定數(shù),則將計(jì)算許可標(biāo)志重新設(shè)定為零值。圖10所示的偏差校正程序不僅用于校正通用排氣含氧傳感器3的輸出偏差,也可用于獲得為判斷是否形成了催化劑中貴金屬氧存儲(chǔ)能力HOSCy的計(jì)算條件的數(shù)據(jù)。
當(dāng)頻繁執(zhí)行通用排氣含氧傳感器3的輸出偏差校正時(shí),就存在這樣一種可能通用排氣含氧傳感器3將顯現(xiàn)出某種類型的性能故障。在這樣的條件下,就可能通過阻止在該條件下計(jì)算催化劑中貴金屬的氧存儲(chǔ)量來消除計(jì)算氧存儲(chǔ)能力HOSCy的過程中發(fā)生的偏差。
正如該實(shí)施例所示的,當(dāng)廢氣空燃比幾乎是催化劑下游的化學(xué)計(jì)量值且比催化劑上游的化學(xué)計(jì)量值更富油時(shí),通過將周期(即FO2×Q×t)中的不足氧量與常數(shù)aR相乘來計(jì)算在一個(gè)計(jì)算周期(例如10微秒)中從催化劑釋放出來的氧釋放量,其表示催化劑中存儲(chǔ)的氧釋放速率(S28)。另外,當(dāng)廢氣空燃比幾乎是催化劑下游的化學(xué)計(jì)量值且為催化劑上游化學(xué)計(jì)量的貧油值時(shí),通過將周期中的過量氧量(即FO2×Q×t)與常數(shù)aL相乘來計(jì)算在一個(gè)計(jì)算周期(例如10微秒)中由催化劑存儲(chǔ)的氧存儲(chǔ)量,其表示流入催化劑的氧存儲(chǔ)速率(S29)。
然而,為了減少計(jì)算,可將這兩個(gè)值(一個(gè)計(jì)算周期中從催化劑釋放的氧釋放量和一個(gè)計(jì)算周期中由催化劑存儲(chǔ)的氧存儲(chǔ)量)擇一地設(shè)定為固定值,使兩個(gè)值彼此相等。這意味著將步驟S28中的值“aR×FO2×Q×t”和步驟S29中的值“aL×FO2×Q×t”設(shè)定為相等的固定值,這兩個(gè)值如圖6所示。
通常,可用以下兩個(gè)時(shí)間段時(shí)間長度之差簡單表示通用排氣含氧傳感器和O2傳感器的輸出偏差、空燃比控制的誤差量一個(gè)階段是廢氣空燃比幾乎是催化劑下游的化學(xué)計(jì)量值和催化劑上游化學(xué)計(jì)量值的富油值(例如圖7A所示的從t1到t2的階段)的階段,另一個(gè)階段是廢氣空燃比幾乎是催化劑下游的化學(xué)計(jì)量值和催化劑化學(xué)計(jì)量上游的貧油值(例如圖7A所示的t3到t4的階段)的階段。由此,當(dāng)它精確到能夠僅通過利用這些時(shí)間長度計(jì)算RMAX和LMAX時(shí),一個(gè)計(jì)算周期中從催化劑釋放的氧釋放量和一個(gè)計(jì)算周期中由催化劑存儲(chǔ)的氧存儲(chǔ)量可以剛好是相同的固定值。當(dāng)然為了提高精度可根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果適當(dāng)?shù)卣{(diào)整這些固定值。
圖7B是利用上面可選擇的描述內(nèi)容的情況下的HOSCRn和HOSCLn轉(zhuǎn)換。正如該圖中所示的,HOSCRn和HOSCLn可以相同且以恒定速率增加??梢岳斫獾氖?,由于從t3到t4的時(shí)間長度要長于從t1到t2的時(shí)間長度,因此LMAX大于RMAX。
在圖8所示的計(jì)算條件的判定程序中,在該實(shí)施例中當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行進(jìn)入預(yù)定的發(fā)動(dòng)機(jī)高速區(qū)、發(fā)動(dòng)機(jī)低速區(qū)、發(fā)動(dòng)機(jī)高負(fù)載區(qū)、發(fā)動(dòng)機(jī)低負(fù)載區(qū)中的任何一個(gè)時(shí)不允許計(jì)算氧存儲(chǔ)能力HOSCy。然而,如果想要,也可以計(jì)算這些運(yùn)行條件下的氧存儲(chǔ)能力HOSCy。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)完成預(yù)熱前利用催化劑在低溫條件下起作用時(shí),在發(fā)動(dòng)機(jī)完成預(yù)熱前可允許計(jì)算氧存儲(chǔ)能力HOSCy。
在步驟S46中,不用判斷偏差出現(xiàn)率是否低于預(yù)定次數(shù),而是當(dāng)然可以將校正值的積分值與預(yù)定值作比較,從而能得到相同結(jié)果。
為了計(jì)算氧存儲(chǔ)能力HOSCy,必需采樣催化劑中貴金屬的氧存儲(chǔ)量最大值LMAX和氧釋放量最大值RMAX。然而,有時(shí)會(huì)出現(xiàn)這樣的情況氧傳感器13的輸出始終處于限制電平LSL和RSL之間。因此,為了計(jì)算氧存儲(chǔ)能力HOSCy,必需強(qiáng)行使供給發(fā)動(dòng)機(jī)1的燃油化合物的空燃比變成富油態(tài)或貧油態(tài)。
在日本專利局于1997年出版的Tokkai平9-222010中公開了一種強(qiáng)行使供給發(fā)動(dòng)機(jī)1的燃油混合物的空燃比成為富油態(tài)或貧油態(tài)的方法。該文件中公開的裝置是這樣的該裝置判斷構(gòu)成部分廢氣凈化系統(tǒng)的催化劑是否有活性。依照該判斷結(jié)果在催化劑有活性前將空燃比交替地從富油轉(zhuǎn)變?yōu)樨氂?。依照催化劑從氧存?chǔ)能力確定轉(zhuǎn)變幅度的大小。
該裝置能通過監(jiān)控頻率容易地適于滿足上述要求,隨著頻率變化限制電平LSL和RSL增加,一旦頻率下降到預(yù)定數(shù)值以下,該裝置就引入貧油混合物,直至檢測(cè)到飽和,繼之以富油混合物,直至檢測(cè)到耗盡。利用該設(shè)置,可導(dǎo)出并利用所需的平均值,由該平均值設(shè)定目標(biāo)值。第二實(shí)施例在該第二實(shí)施例中,正如上面所間接提到的,認(rèn)為催化劑10的氧存儲(chǔ)量分成了高速成分(數(shù)量)HOSCn和低速成分(數(shù)量)LOSCn,其中所述高速成分由催化劑中的貴金屬(Pt,Rh,Pd)存儲(chǔ)和釋放,而所述低速成分由催化劑10中的氧存儲(chǔ)材料存儲(chǔ)和釋放。低速成分LOSCn代表了比高速成分HOSCn的氧量大的存儲(chǔ)與釋放量,但由于上面所間接指出的原因,其存儲(chǔ)/釋放速率要低于高速成分HOSCn的存儲(chǔ)/釋放速率。
另外,該高速成分HOSCn和低速成分LOSCn具有的特性模擬如下-在存儲(chǔ)氧時(shí),氧優(yōu)先地存儲(chǔ)為高速成分HOSCn,僅當(dāng)高速成分HOSCn達(dá)到最大容量HOSCnMAX(比較前述的HOSCy)且氧再也不能存儲(chǔ)為高速成分HOSCn時(shí),氧開始存儲(chǔ)為低速成分LOSCn。
-在釋放氧時(shí),低速成分LOSCn與高速成分HOSCn的比值(LOSCyn/HOSCn)低于預(yù)定值,即,當(dāng)高速成分相對(duì)大一些時(shí),氧優(yōu)先從高速成分HOSCn中釋放出來。當(dāng)?shù)退俪煞諰OSCn與高速成分HOSCn的比值大于預(yù)定值時(shí),氧既從高速成分HOSCn釋放出來,又從低速成分LOSCn中釋放出來,于是低速成分LOSCn對(duì)高速成分HOSCn的比值不會(huì)改變。
圖11表示催化劑的氧存儲(chǔ)/釋放特性??v軸表示高速成分HOSCn(貴金屬中存儲(chǔ)的氧量),而橫軸表示低速成分LOSCn(氧存儲(chǔ)材料中存儲(chǔ)的氧)。
在正常運(yùn)行條件下,如圖11中的箭頭A1所示,低速成分LOSCn幾乎為零,僅有高速成分HOSCn隨流入催化劑的廢氣的空燃比變化。例如,通??蓪⒏咚俪煞挚刂茷樽畲笕萘康囊话搿?br>
然而,當(dāng)執(zhí)行發(fā)動(dòng)機(jī)的“停止供應(yīng)燃油”時(shí),或當(dāng)從預(yù)熱狀態(tài)重新啟動(dòng)(熱再啟動(dòng))發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí),高速成分HOSCn達(dá)到最大值,然后氧被存儲(chǔ)為低速成分LOSCn(見圖11中的箭頭A2)。氧存儲(chǔ)量從點(diǎn)X1變化到點(diǎn)X2。
當(dāng)氧在點(diǎn)X2處釋放時(shí),氧優(yōu)先以高速成分HOSCn的形式釋放。當(dāng)?shù)退俪煞諰OSCn對(duì)高速成分HOSCn的比值(即LOSCn/HOSCn)達(dá)到預(yù)定值(圖11中的X3)時(shí),氧以高速和低速成分LOSCn、HOSCn的形式通過低速成分對(duì)高速成分比值不變的方式既從貴金屬中又從氧存儲(chǔ)材料中釋放出來。也就是說,氧沿直線軌跡L釋放。在該例子中,軌跡L描述了這樣一種情況低速成分對(duì)高速成分的比值為5~15(優(yōu)選為10)1。
控制器2根據(jù)空氣流量計(jì)6、前端A/F傳感器3和冷卻水溫度傳感器11的輸出計(jì)算催化劑10的氧存儲(chǔ)量(高速成分HOSCn和低速成分LOSCn)。
當(dāng)計(jì)算出的氧存儲(chǔ)量的高速成分HOSCn高于預(yù)定值,例如為高速成分最大容量HOSCnMAX的一半時(shí),控制器6使發(fā)動(dòng)機(jī)1的空燃比成為富油,由此,使流入催化劑10的廢氣的空燃比成為富油的,同時(shí)減少了高速成分HOSCn。相反地,當(dāng)高速成分HOSCn低于預(yù)定值時(shí),控制器6使發(fā)動(dòng)機(jī)1的空燃比成為貧油的,由此,使流入催化劑10的廢氣的空燃比成為貧油的,同時(shí)增加了高速成分HOSCn。
由于計(jì)算誤差,計(jì)算出的氧存儲(chǔ)量與實(shí)際氧存儲(chǔ)量之間可能會(huì)出現(xiàn)差異。在該情況下,控制器6根據(jù)催化劑10下游廢氣的空燃比重新設(shè)定具有預(yù)定定時(shí)的氧存儲(chǔ)量的計(jì)算值,并校正與實(shí)際氧存儲(chǔ)量的差異值。
具體地,當(dāng)根據(jù)后部氧傳感器5的輸出判定催化劑10下游的空燃比為貧油態(tài)時(shí),就判定至少有高速成分HOSCn達(dá)到了最大值。在該情況下,將高速成分HOSCn重新設(shè)定為最大容量。當(dāng)由后部氧傳感器5確定催化劑10下游的空燃比為富油態(tài)時(shí),氧不再從高速成分HOSCn或低速成分LOSCn釋放出來。在該情況下,將高速成分HOSCn和低速成分LOSCn重設(shè)為最小容量。
下面描述由控制器6執(zhí)行的控制。
首先描述氧存儲(chǔ)量的估算與計(jì)算,接著描述氧存儲(chǔ)量計(jì)算值的重新設(shè)定,最后是基于氧存儲(chǔ)量對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)1實(shí)施的空燃比控制。
圖12表示用于計(jì)算或估算催化劑10的氧存儲(chǔ)量的主程序。由控制器6以預(yù)定時(shí)間間隔完成該計(jì)算。
依照該程序,首先在步驟S601中讀取冷卻水溫度傳感器10、曲柄角傳感器12和空氣流量計(jì)9的輸出,將其作為發(fā)動(dòng)機(jī)1的運(yùn)行參數(shù)。在步驟S602中,根據(jù)這些參數(shù)估算催化劑10的溫度TCAT。在步驟S603中,通過將估算的催化劑溫度TCAT與催化劑活化溫度TACTo(例如300℃)作比較,判斷催化劑10是否已被活化。
當(dāng)確定已經(jīng)達(dá)到了催化劑的活化溫度TCATo時(shí),程序進(jìn)行到步驟S604,以計(jì)算催化劑10的氧存儲(chǔ)量。當(dāng)確定還未達(dá)到催化劑的活化溫度TCATo時(shí),因?yàn)樵撉闆r下假設(shè)催化劑10還沒有存儲(chǔ)或釋放氧,因此終止程序進(jìn)行。
在步驟S604中執(zhí)行用于計(jì)算氧的過量/不足量O2IN的子程序(圖13),并計(jì)算流入催化劑10的廢氣的氧過量/不足量。在步驟S605中,執(zhí)行用于計(jì)算氧存儲(chǔ)量高速成分的氧釋放速率A的子程序(圖14),并計(jì)算高速成分的氧釋放速率A。
接著在步驟S606中執(zhí)行計(jì)算氧存儲(chǔ)量的高速成分HOSCn的子程序(圖15)。在該步驟中,根據(jù)氧的過量/不足量O2IN和高速成分的氧釋放速率A計(jì)算高速成分HOSCn和過量流入低速成分LOSCn而未被存儲(chǔ)為高速成分HOSCn的氧量OVERFLOW。
在步驟S607中,根據(jù)溢出的氧量OVERFLOW判斷流入催化劑10的所有氧過量/不足量O2IN是否都已存儲(chǔ)為高速成分HOSCn。當(dāng)所有的氧過量/不足量O2IN都已存儲(chǔ)為高速成分(即OVERFLOW=0)時(shí),程序終止。否則,程序進(jìn)行到步驟S608,在此執(zhí)行用于計(jì)算低速成分LOSCn的子程序(圖16),并根據(jù)從高速成分HOSCn溢出的溢出氧量OVERFLOW計(jì)算低速成分LOSCn。
在此,由發(fā)動(dòng)機(jī)1的冷卻水溫度、發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速估算催化劑溫度TCAT。可選擇地,也可以將溫度傳感器12與圖1所示的催化劑10一起使用,并直接測(cè)量催化劑10的溫度。
當(dāng)催化劑溫度TCAT低于活化溫度TCATo時(shí),在4所描述的程序中不計(jì)算氧存儲(chǔ)量??蛇x擇的是,可去掉步驟S603,以高速成分的氧釋放速率A或低速成分的氧存儲(chǔ)/釋放速率B反映催化劑溫度TCAT的效果,這將在后面描述。
下面將描述執(zhí)行步驟S604到S606和步驟S608的子程序。圖13表示用于計(jì)算流入催化劑10的廢氣的過量/不足氧量O2IN的子程序。在該子程序中,根據(jù)催化劑10上游廢氣的空燃比和發(fā)動(dòng)機(jī)1的進(jìn)氣量計(jì)算流入催化劑10的廢氣的過量/不足氧量O2IN。
首先,在步驟S711中讀取前部A/F傳感器3的輸出和空氣流量計(jì)6的輸出。
接著在步驟S712中,利用預(yù)定的換算表將前部A/F傳感器3的輸出換算成流入催化劑10的廢氣的過量/不足氧濃度FO2。在此,過量/不足氧濃度FO2是相對(duì)于化學(xué)計(jì)量空燃比氧濃度的相對(duì)濃度。如果廢氣的空燃比等于化學(xué)計(jì)量空燃比,該濃度就為零,如果廢氣空燃比化學(xué)計(jì)量空燃比更富油,則該濃度為負(fù),如果廢氣空燃比化學(xué)計(jì)量空燃比更貧油,則該濃度為正。
在步驟S713中,利用預(yù)定的換算表將空氣流量計(jì)9的輸出換算為進(jìn)氣量(Q×t),其中Q=用進(jìn)氣流速表示的廢氣流速,t=周期時(shí)間。在步驟S714中,將進(jìn)氣量(Q×t)乘以過量/不足氧濃度FO2以計(jì)算流入催化劑10的過量/不足氧量O2IN。
由于過量/不足氧濃度FO2具有上述特性,因此當(dāng)流入催化劑10的廢氣處于化學(xué)計(jì)量空燃比時(shí),過量/不足氧量O2IN為零,當(dāng)其是富油的時(shí),過量/不足氧量為負(fù),而當(dāng)其為貧油的時(shí),該值為正。
圖14表示用于計(jì)算氧存儲(chǔ)量高速成分的氧釋放速率A的子程序。在該子程序中,假設(shè)高速成分HOSCn的氧釋放速率受到低速成分LOSCn的影響,考慮到低速成分LOSCn計(jì)算高速成分的氧釋放速率A。
首先,在步驟S821中,判斷低速成分相對(duì)于高速成分的比值LOSCn/HOSCn是否低于預(yù)定閾值A(chǔ)R(例如AR=10)。當(dāng)確定比值LOSCn/HOSCn低于預(yù)定值A(chǔ)R時(shí),即當(dāng)高速成分HOSCn與低速成分LOSCn相比相對(duì)較大時(shí),程序進(jìn)行到步驟S822,并將高速成分的氧釋放速率A設(shè)定為1.0,以表示氧僅從高速成分HOSCn中釋放出來的情況。
另一方面,當(dāng)確定比值LOSCn/HOSCn不低于預(yù)定閾值A(chǔ)R時(shí),氧從高速成分HOSCn和低速成分LOSCn中釋放出來,這樣低速成分LOSCn對(duì)高速成分HOSCn的比值不會(huì)變化。然后程序進(jìn)行到步驟S823,計(jì)算高速成分氧釋放速率A的值,所述值不會(huì)引起比值LOSCn/HOSCn變化。
圖15表示計(jì)算氧存儲(chǔ)量高速成分HOSCn的子程序。在該子程序中,根據(jù)流入催化劑10的廢氣的過量/不足氧量O2IN和高速成分的氧釋放速率A計(jì)算高速成分HOSCn。
首先,在步驟S931中根據(jù)氧過量/不足量O2IN判斷高速成分HOSCn是否被存儲(chǔ)或被釋放。
當(dāng)流入催化劑10的廢氣的空燃比為貧油態(tài)且由此氧過量/不足量O2IN大于零時(shí),就判定高速成分HOSCn被存儲(chǔ)。然后程序進(jìn)行到步驟S932,由下面的公式(13)計(jì)算或估算高速成分HOSCn
HOSCn=HOSCz+O2IN ………(13)其中O2IN=FO2×Q×t,HOSCz=緊接著前一時(shí)刻的高速成分HOSCn的值。
因此,該情況下通過氧過量/不足量O2IN來增加高速成分HOSCn。
另一方面,當(dāng)確定氧過量/不足量O2IN小于零而釋放高速成分時(shí),程序進(jìn)行到步驟S933,由以下公式(14)計(jì)算高速成分HOSCnHOSCn=HOSCz+O2IN×A………(14)其中A=高速成分HOSCn的氧釋放速率。
在步驟S934和S935中,判斷經(jīng)計(jì)算的HOSCn是否超過高速成分的最大容量HOSCnMAX,或計(jì)算的HOSCn是否低于最小容量HOSCnMIN。
當(dāng)高速成分HOSCn高于最大容量HOSCnMAX時(shí),程序進(jìn)行到步驟S936,由下面的公式(15)計(jì)算流入催化劑而未被存儲(chǔ)為高速成分HOSCn的溢出氧量(超出的量)OVERFLOWOVERFLOW=HOSCn-HOSCnMAX………(15)在該情況下,高速成分HOSCn被限定于最大容量HOSCnMAX。
當(dāng)高速成分HOSCn低于最小容量HOSCnMN時(shí),程序進(jìn)行到步驟S937,利用下面的公式(16)計(jì)算未被存儲(chǔ)為部分高速成分HOSCn的溢出氧量(不足的量)OVERFLOWOVERFLOW=HOSCn-HOSCnMIN………(16)在該情況下,高速成分HOSCn被限定于最小容量HOSCnMIN。在此,將零作為最小容量HOSCnMIN,從而當(dāng)所有高速成分HOSCn釋放出來時(shí)將不足的氧量計(jì)算為負(fù)溢出氧量。
當(dāng)高速成分HOSCn位于最大容量HOSCnMAX和最小容量HOSCnMIN之間時(shí),將流入催化劑10的廢氣的氧過量/不足量O2IN全部存儲(chǔ)為高速成分HOSCn,將零設(shè)定為溢出氧量OVERFLOW。
當(dāng)高速成分HOSCn高于最大容量HOSCnMAX或小于最小容量HOSCnMIN時(shí),將從高速成分HOSCn溢出的溢出氧量OVERFLOW存儲(chǔ)為低速成分LOSCn。
圖16表示用于計(jì)算氧存儲(chǔ)量的低速成分LOSCn的子程序。在該子程序中,根據(jù)從高速成分HOSCn溢出的溢出氧量OVERFLOW計(jì)算低速成分LOSCn。
在步驟S1041中依照該子程序通過以下公式(17)計(jì)算低速成分LOSCn。
LOSCn=LOSCz+OVERFLOW×B………(17)其中,LOSCz=低速成分LOSCn的緊鄰前一值,以及B=低速成分的氧存儲(chǔ)/釋放速率。
在此,將低速成分的氧存儲(chǔ)/釋放速率設(shè)定為小于1的正值,但實(shí)際上它具有存儲(chǔ)與釋放的不同特性。另外,實(shí)際存儲(chǔ)/釋放速率受到催化劑溫度TCAT和低速成分LOSCn的影響,從而將存儲(chǔ)與釋放速率設(shè)定得能獨(dú)立地變化。在該情況下,當(dāng)溢出氧量OVERFLOW為正時(shí),氧處于過量狀態(tài),此時(shí),例如將氧存儲(chǔ)速率設(shè)定為這樣一個(gè)值,該值越大,催化劑溫度TCAT越高,或低速成分LOSCn越小。此外,當(dāng)溢出氧量OVERFLOW為負(fù)時(shí),氧是不足的,此時(shí),例如將氧釋放速率設(shè)定為這樣一個(gè)值,該值越大,催化劑溫度TCAT越高,或低速成分LOSCn越大。
在步驟S1042、S1043中,與計(jì)算高速成分HOSCn時(shí)的方式相同,判斷所計(jì)算的低速成分LOSCn是否超過了最大容量LOSCnMAX或低于最小容量LOSCnMIN,例如零。
當(dāng)超過最大容量LOSCnMAX時(shí),程序進(jìn)行到步驟S1044,由下面的公式(18)計(jì)算從低速成分LOSCn溢出的氧過量/不足量O2OUTLOSCnOUT=LOSCn-LOSCnMAX………(18)低速成分LOSCn被限定為最大容量LOSCnMAX。氧的過量/不足量O2OUT流出催化劑10的下游。
當(dāng)?shù)退俪煞諰OSCn低于最小容量LOSCnMIN時(shí),程序進(jìn)行到步驟S1045,而低速成分LOSCn被限制為最小容量LOSCnMIN。
下面描述由控制器6執(zhí)行的氧存儲(chǔ)量計(jì)算值的重設(shè)。通過在預(yù)定條件下重設(shè)被計(jì)算或估算的氧存儲(chǔ)量的值,可消除至此已累積的計(jì)算誤差,并提高氧存儲(chǔ)量的計(jì)算精度。
圖17表示用于判斷重設(shè)條件的程序的詳細(xì)內(nèi)容。該程序判斷重設(shè)氧存儲(chǔ)量(高速成分HOSCn和低速成分LOSCn)的條件能否保持催化劑10下游確定的廢氣空燃比,并據(jù)此設(shè)定標(biāo)志Frich和Flean。
首先,在步驟S1051中讀取檢測(cè)催化劑10下游的廢氣空燃比的后部氧傳感器5的輸出。接著,在步驟S1502中將后部氧傳感器的輸出VRO2與貧油判定閾值LSL作比較,然后在步驟S1503中將后部氧傳感器的輸出VRO2與富油判定閾值RSL作比較。
作為這些比較結(jié)果,當(dāng)后部傳感器的輸出VRO2小于貧油判定閾值LSL時(shí),程序進(jìn)行到步驟S1054,將標(biāo)志Flean設(shè)定為“1”,以此表示保持了氧存儲(chǔ)量的貧油重設(shè)條件。另一方面,當(dāng)后部氧傳感器的輸出VRO2超過富油判定閾值時(shí),程序進(jìn)行到步驟S1055,標(biāo)志Frich設(shè)定為“1”,以此表示保持了氧存儲(chǔ)量的富油重設(shè)條件。
當(dāng)后部傳感器的輸出VRO2位于貧油判定閾值LSL和富油判定閾值RSL之間時(shí),程序進(jìn)行到步驟S1056,標(biāo)志Flean和Frich被設(shè)定為“0”,以此表示不能保持貧油重設(shè)條件和富油重設(shè)條件。
圖18表示用于重設(shè)氧存儲(chǔ)量的程序。根據(jù)圖18,在步驟S1061、S1062中,根據(jù)標(biāo)志Flean和Frich的值的變化判斷是否保持了貧油重設(shè)條件或富油重設(shè)條件。
當(dāng)Flean從“0”變?yōu)椤?”時(shí),就判定保持了貧油重設(shè)條件,程序進(jìn)行到步驟S1063,將氧存儲(chǔ)量的高速成分HOSCn重設(shè)為最大容量HOSCnMAX。此時(shí),不進(jìn)行低速成分LOSCn的重設(shè)。另一方面,當(dāng)標(biāo)志Frich從“0”變到“1”時(shí),就判定保持了富油重設(shè)條件,程序進(jìn)行到步驟S1064,分別將氧存儲(chǔ)量的高速成分HOSCn和低速成分LOSCn重設(shè)為最小容量HOSCnMIN和LOSCnMIN。
進(jìn)行上述貧油重設(shè)條件重設(shè)的原因在于,低速成分LOSCn的氧存儲(chǔ)速率慢,如果高速成分HOSCn已達(dá)到最大容量,即使低速成分LOSCn還未達(dá)到最大容量,氧也會(huì)溢流到催化劑的下游。在該情況下,催化劑下游的廢氣空燃比變成貧油的,并假定至少高速成分HOSCn已經(jīng)達(dá)到最大容量。
當(dāng)催化劑下游的廢氣空燃比變成富油狀態(tài),則氧不會(huì)從低速成分LOSCn中釋放出來。因此,在該情況下,因?yàn)闆]有氧釋放出來,假定高速成分HOSCn和低速成分LOSCn都在最小容量。
下面將描述由控制器6執(zhí)行的空燃比控制(氧存儲(chǔ)量的恒定控制)。
圖19表示用于根據(jù)估算的或計(jì)算的氧存儲(chǔ)量計(jì)算目標(biāo)空燃比的程序。
基于此,在步驟S1071中讀取當(dāng)前氧存儲(chǔ)量的高速成分HOSCn。在步驟S1072中計(jì)算當(dāng)前高速成分HOSCn與高速成分的目標(biāo)值TGHOSCn之間的偏差DHOSCn(=催化劑10所需的氧過量/不足量)。例如,將高速成分的目標(biāo)值TG HOSCn設(shè)定為高速成分最大容量HOSCnMAX的一半。
在步驟S1073中,將計(jì)算出的偏差DHOSCn換算成空燃比的當(dāng)量值,并設(shè)定發(fā)動(dòng)機(jī)1的目標(biāo)空燃比T-A/F。
因此,依照該程序,當(dāng)氧存儲(chǔ)量的高速成分HOSCn低于目標(biāo)量時(shí),將發(fā)動(dòng)機(jī)1的目標(biāo)空燃比設(shè)定為貧油狀態(tài),同時(shí)增加氧存儲(chǔ)量的高速成分HOSCn。另一方面,當(dāng)高速成分HOSCn高于目標(biāo)量時(shí),將發(fā)動(dòng)機(jī)1的目標(biāo)空燃比設(shè)為富油狀態(tài),同時(shí)減少氧存儲(chǔ)量的高速成分HOSCn。以這種方式能通過控制目標(biāo)空燃比來控制高速成分。
下面描述由上述控制完成的整體操作。
在依照本發(fā)明的廢氣凈化裝置中,當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)1啟動(dòng)時(shí)就開始計(jì)算催化劑10的氧存儲(chǔ)量,并控制發(fā)動(dòng)機(jī)1的空燃比,以使催化劑10的氧存儲(chǔ)量保持不變,以便能維持催化劑的最大轉(zhuǎn)化率。
根據(jù)流入催化劑10的被測(cè)空燃比和進(jìn)氣量估算催化劑10的氧存儲(chǔ)量,根據(jù)各成分的性質(zhì),將氧存儲(chǔ)量的計(jì)算分為高速成分HOSCn的計(jì)算和低速成分LOSCn的計(jì)算。
依照高速成分和低速成分特性的特有模式進(jìn)行計(jì)算。準(zhǔn)確地說,進(jìn)行計(jì)算時(shí)假定存儲(chǔ)氧時(shí)優(yōu)先存儲(chǔ)高速成分HOSCn,而僅當(dāng)氧不再作為高速成分HOSCn被存儲(chǔ)時(shí)才開始存儲(chǔ)低速成分LOSCn。計(jì)算還假定,當(dāng)氧釋放時(shí),低速成分LOSCn與高速成分HOSCn的比值(LOSCn/HOSCn)小于預(yù)定的閾值A(chǔ)R,氧優(yōu)先從高速成分HOSCn中釋放出來。當(dāng)比值LOSCn/HOSCn達(dá)到預(yù)定的閾值A(chǔ)R時(shí),假定氧既從低速成分LOSCn又從高速成分HOSCn中釋放出來,以保持該比值LOSCn/HOSCn恒定不變。
當(dāng)計(jì)算出的氧存儲(chǔ)量的高速成分HOSCn大于目標(biāo)值時(shí),控制器6就通過將發(fā)動(dòng)機(jī)1的空燃比控制為富油狀態(tài)來減少高速成分,當(dāng)氧存儲(chǔ)量的高速成分HOSCn低于目標(biāo)值時(shí),通過將空燃比控制為貧油狀態(tài)來增加高速成分HOSCn。
結(jié)果,將氧存儲(chǔ)量的高速成分HOSCn控制為目標(biāo)值。由此,即使流入催化劑10的廢氣的空燃比從化學(xué)計(jì)量空燃比偏移時(shí),也能立即將氧存儲(chǔ)為部分高速成分HOSCn或使氧立即從高速成分HOSCn中釋放出來,它具有高響應(yīng)性。通過這種方式,能將催化劑的氣氛校正成化學(xué)計(jì)量空燃比,并能使催化劑10的轉(zhuǎn)化率保持最大值。
如果計(jì)算誤差累積,則計(jì)算出的氧存儲(chǔ)量與實(shí)際氧存儲(chǔ)量會(huì)發(fā)生偏差。然而當(dāng)催化劑10下游的廢氣變成富油或貧油狀態(tài)時(shí),可以重設(shè)氧存儲(chǔ)量(高速成分HOSCn和低速成分LOSCn),由此可以校正計(jì)算或估算值與實(shí)際氧存儲(chǔ)量之間的任何偏差。
圖20表示當(dāng)實(shí)施上述氧存儲(chǔ)量的恒定控制時(shí)高速成分HOSCn如何變化。
在該情況下,在時(shí)間點(diǎn)t1處后部氧傳感器5的輸出變得低于貧油判定閾值,且保持貧油重設(shè)條件,于是將氧存儲(chǔ)量的高速成分HOSCn重設(shè)為最大容量HOSCnMAX。然而,此時(shí)低速成分LOSCn不必為最大,這樣不進(jìn)行低速成分的重設(shè)。在圖20中未示出低速成分LOSCn。
在時(shí)刻t2、t3時(shí),后部氧傳感器5的輸出變得大于富油判定閾值,且保持富油重設(shè)條件,于是將氧存儲(chǔ)量的高速成分HOSCn重設(shè)為最小容量,即零。此時(shí)將低速成分LOSCn也重設(shè)為最小容量。
由此,當(dāng)催化劑10下游的廢氣空燃比變成為富油或貧油狀態(tài)時(shí),進(jìn)行氧存儲(chǔ)量計(jì)算或估算值的重設(shè)。因?yàn)樾U伺c實(shí)際氧存儲(chǔ)量的差異,因此可以進(jìn)一步增強(qiáng)氧存儲(chǔ)量的計(jì)算精度,提高了維持氧存儲(chǔ)量恒定的空燃比控制的精度,并使催化劑的轉(zhuǎn)化率維持在高水平。第三實(shí)施例依照第二實(shí)施例的廢氣凈化裝置的結(jié)構(gòu)與圖1所示的結(jié)構(gòu)類似,但由控制器6執(zhí)行的程序是不同的。具體地,有關(guān)氧存儲(chǔ)量的計(jì)算或估算不同。在該第二實(shí)施例中,依照氧存儲(chǔ)量的高速成分對(duì)低速成分的比值來確定催化劑10中的氧存儲(chǔ)速率。更準(zhǔn)確地說,鑒于在前面的實(shí)施例中,高速成分的存儲(chǔ)速率為固定值,而在第二實(shí)施例中,依照高速成分對(duì)低速成分的比值來確定高速成分的存儲(chǔ)速率。
參照?qǐng)D21的流程圖描述由控制器6執(zhí)行的控制。當(dāng)維持蘭姆達(dá)控制狀態(tài)(預(yù)定的空燃比控制條件)時(shí),控制器6根據(jù)從催化劑10上游的前部A/F傳感器3輸出的信號(hào)實(shí)施蘭姆達(dá)控制。蘭姆達(dá)(λ)控制意味著計(jì)算空燃比反饋校正系數(shù)α,以便使催化劑10上游的廢氣空燃比的平均值成為化學(xué)計(jì)量空燃比,利用該校正系數(shù)α校正基礎(chǔ)注射量Tp。
在此,由于催化劑10上游的傳感器3為A/F傳感器,因此可由以下公式計(jì)算比例部分和積分部分比例部分=比例增益×Δ(A/F),以及積分部分=積分增益×∑Δ(A/F)其中,Δ(A/F)=空燃比偏差(=實(shí)際廢氣空燃比-化學(xué)計(jì)量空燃比),以及執(zhí)行比例加積分控制,取它們的總和為α=(比例部分+積分部分)以預(yù)定時(shí)間間隔(例如10微秒)執(zhí)行圖21所示的程序,而不考慮蘭姆達(dá)控制。首先,在步驟S1101中判斷催化劑10是否由于諸如冷卻水溫度的條件而活化。如果催化劑10未被活化,則催化劑的氧存儲(chǔ)量能力是無效的,于是程序終止。
如果催化劑已經(jīng)活化,則程序進(jìn)行到步驟S1102,根據(jù)前部A/F傳感器3的輸出從圖5所示的查閱表中讀取廢氣的過量/不足氧濃度FO2。
在此,正如圖20所示,廢氣過量/不足氧濃度FO2是與空燃比為化學(xué)計(jì)量值時(shí)的氧濃度相比的相對(duì)氧濃度。
由此,當(dāng)空燃比為化學(xué)計(jì)量值時(shí),F(xiàn)O2為零。當(dāng)廢氣空燃比為貧油狀態(tài)時(shí),氧濃度高于化學(xué)計(jì)量空燃比處的氧濃度,所以FO2為正。相反,當(dāng)廢氣空燃比為富油狀態(tài)時(shí),氧濃度低于化學(xué)計(jì)量空燃比處的氧濃度,F(xiàn)O2為負(fù)。
在此,如圖20所示,前部A/F傳感器能進(jìn)行測(cè)量的范圍是有限的。因此,在燃油停止供應(yīng)過程中,空燃比如此貧油以致于它落在測(cè)量范圍之外。于是,就不能根據(jù)前部A/F傳感器的輸出計(jì)算燃油停止供應(yīng)過程中的空燃比和燃油停止供應(yīng)過程中的過量/不足氧濃度。
然而,當(dāng)空氣燃油混合物燃燒時(shí)所需的空燃比位于預(yù)定范圍內(nèi),如果利用了覆蓋所需空燃比范圍的A/F傳感器,則僅在停止燃油供應(yīng)的過程中才會(huì)發(fā)生貧油狀態(tài)的空燃比落在測(cè)量范圍之外的情況。因此,如果設(shè)置了這樣一種A/F傳感器其至少足夠能覆蓋所需的空燃比,且空燃比是如此貧油狀態(tài)以致它落在測(cè)量范圍之外,則將與大氣對(duì)應(yīng)的值(=20.9%)用作過量/不足的氧濃度FO2。通過這種方式,即使在停止燃油供應(yīng)過程中也能計(jì)算過量/不足的氧濃度。
現(xiàn)在回到圖21,在步驟S1103中,將催化劑下游的后部氧傳感器13的輸出(VRO2)與富油判定閾值RSL比較。當(dāng)判定后部氧傳感器13的輸出VRO2高于富油判定閾值RSL、即當(dāng)廢氣空燃比為富油狀態(tài)時(shí),假定催化劑10的氧存儲(chǔ)量為零。在該情況下,催化劑10不再使催化劑下游的空燃比維持化學(xué)計(jì)量空燃比,于是程序進(jìn)行到步驟S1104。在步驟S1104中,將高速成分HOSCn和低速成分LOSCn都重設(shè)為零。
另一方面,當(dāng)后部氧傳感器的輸出VRO2不大于富油判定閾值RSL時(shí),程序進(jìn)行到步驟S1105,在此判斷后部氧傳感器的輸出VRO2是否小于貧油判定閾值LSL,即廢氣空燃比是否為貧油狀態(tài)。當(dāng)其不是貧油狀態(tài)、即催化劑下游的廢氣空燃比等于化學(xué)計(jì)量空燃比時(shí),假定由于催化劑10上游的廢氣空燃比的波動(dòng)使氧被催化劑吸收,程序進(jìn)行到步驟S1106、S1107。
在此,程序進(jìn)行到步驟S1106和S1107,而不管是否執(zhí)行了蘭姆達(dá)控制,但在這兩種情況下,催化劑10下游的廢氣空燃比為化學(xué)計(jì)量空燃比。
在步驟S1106中,由下面的公式(19)計(jì)算高速成分HOSCnHOSCn=HOSCz+a×FO2×Q×t………(19)其中HOSCz=緊鄰前一時(shí)刻的高速成分的計(jì)算值,a=表示高速成分的氧存儲(chǔ)速率或釋放速率的系數(shù),F(xiàn)O2=過量/不足的氧濃度,Q=廢氣流速(用進(jìn)氣流速表示),以及t=周期時(shí)間(10微秒)。
公式(7)右邊第二項(xiàng)中的FO2×Q×t是單位周期時(shí)間內(nèi)的過量/不足氧量(即O2IN)。通過將其乘以系數(shù)a來計(jì)算單位周期時(shí)間內(nèi)存儲(chǔ)或釋放為高速成分的氧量,所述系數(shù)a表示氧存儲(chǔ)速率或釋放速率。然后通過將所述氧量加到高速成分的緊鄰前一值HOSCz上來計(jì)算氧存儲(chǔ)量的高速成分。
公式(19)右手側(cè)的第二項(xiàng)算入了單位周期時(shí)間內(nèi)的過量/不足氧量FO2×Q×t。過量/不足氧量集中為化學(xué)計(jì)量空燃比的氧量。換句話說,當(dāng)氧處于過量狀態(tài)時(shí),公式(19)右手側(cè)的第二項(xiàng)表示單位周期時(shí)間內(nèi)存儲(chǔ)的作為高速成分的氧量,而當(dāng)氧不足時(shí),公式(19)右手側(cè)的第二項(xiàng)表示單位周期時(shí)間內(nèi)從高速成分釋放的氧量。該第二項(xiàng)中的系數(shù)a決定了氧處于過量狀態(tài)時(shí)的氧存儲(chǔ)速率,或氧不足時(shí)的氧釋放速率。
在步驟S1107中,根據(jù)氧存儲(chǔ)量的反應(yīng)速率計(jì)算氧存儲(chǔ)量的低速成分LOSCn。在此,如果氧存儲(chǔ)材料中的氧存儲(chǔ)反應(yīng)為,其中R=通過化學(xué)結(jié)合吸收氧的物質(zhì)(例如氧化鈰),反應(yīng)速率k為k=〔R〕×〔O2〕/〔RO2〕………(20)其中〔R〕=物質(zhì)R的量,
〔O2〕=過量的氧濃度,以及〔RO2〕=氧存儲(chǔ)量的低速成分。
氧存儲(chǔ)反應(yīng)的速率直接與過量的氧濃度(〔O2〕)成比例。該速率也直接與存儲(chǔ)氧的物質(zhì)的量(〔R〕)、即低速成分的最大容量LOSCnMAX與氧存儲(chǔ)量的低速成分LOSCz之間的差值成比例。該速率與當(dāng)前氧存儲(chǔ)量的低速成分(〔RO2〕)成反比關(guān)系。因此,可用下面的公式(21)表示過量速率kk=d×FO2×(LOSCnMAX-LOSCz)/LOSCz………(21)其中d=反應(yīng)速率的系數(shù)。
利用該反應(yīng)速率k(K≤1)通過以下公式(21)計(jì)算氧存儲(chǔ)量的低速成分LOSCnLOSCn=LOSCz+c×k×(FO2×Q×t-a×FO2×Q×t)………(21)其中LOSCz=緊鄰前一時(shí)刻中的低速成分的計(jì)算值,c=常數(shù),Q=廢氣流速(用進(jìn)氣流速表示),以及t=周期時(shí)間(10微秒)。
可將上面的反應(yīng)系數(shù)k簡化為常數(shù)值。在此,公式(21)右手側(cè)第二項(xiàng)中的FO2×Q×t-a×FO2×Q×t為單位周期時(shí)間內(nèi)的過量/不足氧量,該氧量溢出到低速成分中。因此,公式(21)中的項(xiàng)FO2×Q×t-a×FO2×Q×t類似于公式(19)右手側(cè)第二項(xiàng)中的FO2×Q×t。通過將其乘以決定氧存儲(chǔ)或氧釋放速率的常數(shù)c×k,就可以計(jì)算單位周期時(shí)間內(nèi)由氧存儲(chǔ)材料存儲(chǔ)的氧量或從氧存儲(chǔ)材料釋放的氧量。通過將第二項(xiàng)加到緊鄰前一值LOSCz上,可以獲得氧存儲(chǔ)量的低速成分。
a×FO2×Q×t是單位周期時(shí)間內(nèi)從高速成分中釋放的氧量。FO2×Q×t是單位周期時(shí)間內(nèi)的過量/不足氧量。根據(jù)公式(21)中a×FO2×Q×t與FO2×Q×t的差值計(jì)算單位周期時(shí)間內(nèi)存儲(chǔ)/釋放為低速成分的氧量的原因是,盡管確信貴金屬和氧存儲(chǔ)材料獨(dú)立地進(jìn)行氧存儲(chǔ),但可以確信的是,與氧存儲(chǔ)材料的氧存儲(chǔ)相比,優(yōu)先發(fā)生貴金屬的氧存儲(chǔ)。
當(dāng)在步驟S1105中催化劑下游的廢氣為貧油狀態(tài)時(shí),程序跳過步驟S1106和S1107進(jìn)行到步驟S1108。
在步驟S1108中判斷是否實(shí)施了蘭姆達(dá)控制。正如所公知的,當(dāng)催化劑上游的前部A/F傳感器4啟動(dòng)時(shí),蘭姆達(dá)控制隨即開始。在停止燃油供應(yīng)的過程中或當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在高負(fù)載情況下運(yùn)行時(shí)蘭姆達(dá)控制也停止。
如果正在實(shí)施蘭姆達(dá)控制,程序進(jìn)行到步驟S1109和隨后步驟中的PID控制,當(dāng)不實(shí)施蘭姆達(dá)控制時(shí),就不執(zhí)行步驟S1109和隨后的步驟。一旦催化劑被活化,通常就進(jìn)行高速成分HOSCn的計(jì)算。然而,反饋控制限于執(zhí)行蘭姆達(dá)控制時(shí)的情況,該反饋控制能控制高速成分HOSCn與目標(biāo)值一致,即執(zhí)行空燃比控制,以便使高速成分與預(yù)定目標(biāo)值一致。
在步驟S1109中,由公式(22)計(jì)算氧存儲(chǔ)量的高速成分HOSCn與其目標(biāo)值之間的差值(偏差DHOSCn),例如,所述目標(biāo)值為高速成分最大容量HOSCnMAX的1/2。
DHOSCn=HOSCn-HOSCnMAX/2………(22)在步驟S1110、S1111和S1112中,由以下公式分別計(jì)算反饋量H的比例部分Hp、積分部分Hi和微分部分HdHp=比例增益×DHOSCn,Hi=積分增益×∑DHOSCn,Hd=微分增益×(DHOSCn-DHOSCz)/t,其中t=周期時(shí)間(10微秒)在步驟S1113中將加和Hp、Hi和Hd獲得的值設(shè)定為燃油校正量H(反饋量),然后圖21的程序終止。
前述高速成分的最大容量HOSCnMAX為通過實(shí)驗(yàn)方式確定的固定值。
例如通過公式(23)利用這樣獲得的燃油校正量H來計(jì)算連續(xù)噴射過程中燃油噴射的脈沖寬度TiTi=Tp×TYFBYA×α×H×2×Ts………(23)
其中Tp=基礎(chǔ)噴射脈沖寬度,TFBYA=目標(biāo)當(dāng)量比,α=空燃比反饋校正系數(shù),以及Ts=噴射脈沖寬度校正在預(yù)定噴射時(shí)刻圖1中的燃油噴射閥7為每個(gè)汽缸的每隔一次發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)打開一次,其開放時(shí)間為Ti,同時(shí)燃油噴射到進(jìn)氣通道8中。
在此,公式(23)右手側(cè)的Tp、TFBYA、α和Ts與現(xiàn)有技術(shù)類似,例如,在停止燃油供給過程中α為1.0,在蘭姆達(dá)控制過程中TFBYA為1.0。Ts是與電池電壓對(duì)應(yīng)的噴射脈沖寬度校正量。
下面參照?qǐng)D22的流程描述前述系數(shù)a的設(shè)定。以預(yù)定的時(shí)間間隔執(zhí)行該流程,例如時(shí)間間隔為10微秒。
在圖22中,在步驟S1121中讀取催化劑10上游的過量/不足氧濃度FO2、高速成分的緊鄰前一值HOSCz和低速成分的緊鄰前一值LOSCz。在已經(jīng)第一次執(zhí)行了圖21的程序后,分別將值HOSCn和LOSCn設(shè)定為HOSCz和LOSCz,作為第二次程序步驟的預(yù)備值。因此,不能在第一次執(zhí)行圖21的程序前執(zhí)行圖22中的步驟S1123或S1124。當(dāng)?shù)谝淮螆?zhí)行圖21的程序時(shí),可用預(yù)定初始值代替HOSCz和LOSCz。
在步驟S1122中,將過量/不足的氧濃度FO2與零比較。當(dāng)FO2大于零時(shí)判定氧被釋放出來,然后程序進(jìn)行到步驟S1123。在步驟S1123中,將氧存儲(chǔ)量的低速成分對(duì)高速成分的比值LOSCz/HOSCz與預(yù)定值(閾值)AR(例如AR=10)作比較。當(dāng)比值LOSCz/HOSCz超過預(yù)定值A(chǔ)R時(shí),程序進(jìn)行到步驟S1124,可用常數(shù)a代替LOSCz/HOSCz,其中所述常數(shù)a作為氧從高速成分釋放的速率。
在此,為什么將LOSCz/HOSCz用作氧從高速成分釋放的速率的原因如下。
當(dāng)單獨(dú)利用貴金屬或氧存儲(chǔ)材料時(shí),氧釋放速率取決于過量/不足的氧濃度FO2和貴金屬或氧存儲(chǔ)材料中被存儲(chǔ)的氧的分壓。當(dāng)貴金屬和氧存儲(chǔ)材料都出現(xiàn)時(shí),利用這兩種成分的比來確定氧存儲(chǔ)量和每個(gè)成分(貴金屬和氧存儲(chǔ)材料)的最終氧釋放速率。換句話說,高速成分的氧釋放速率直接與LOSCz/HOSCz成比例。
低速成分的最大容量大約比高速成分的最大容量大5到10倍,所以步驟S1124中的HOSCz/LOSCz值大約等于1/10(值<1.0)。
在步驟S1123中為什么將LOSCz/HOSCz而不是HOSCz/LOSCz與預(yù)定值相比較的原因是因?yàn)長OSCz/HOSCz值比較大,比較容易比較。當(dāng)然可以理解的是也可以使用HOSCz/LOSCz。
當(dāng)LOSCz/HOSCz小于預(yù)定值A(chǔ)R時(shí),程序從步驟S1123進(jìn)行到步驟S1125,系數(shù)a被設(shè)定為1.0。在此,如果LOSCz/HOSCz小于預(yù)定值A(chǔ)R,則意味著每個(gè)周期時(shí)間內(nèi)從貴金屬和氧存儲(chǔ)材料釋放的氧量(計(jì)算值)總和大于實(shí)際從催化劑釋放出來的氧量,這不能表示實(shí)際狀態(tài)。在該情況下,不再將HOSCz/LOSCz用作氧從高速成分釋放出來的速率。相反,考慮為僅用作高速成分釋放氧,此時(shí)考慮用高速成分的氧釋放速率(即1.0)來代替系數(shù)a。此時(shí)高速成分的氧釋放速率為最大值。
圖23A表示當(dāng)流入催化劑10的廢氣空燃比從貧油狀態(tài)變到富油狀態(tài)時(shí)催化劑10前后的廢氣空燃比如何變化。圖23A和23C表示當(dāng)流入催化劑10的廢氣空燃比從富油狀態(tài)變?yōu)樨氂蜖顟B(tài)時(shí)氧存儲(chǔ)量如何變化。
在該情況下,在控制器6中,在執(zhí)行計(jì)算的同時(shí)假定如圖23B所示,單位周期時(shí)間內(nèi)從高速成分釋放出a×FO2×Q×t的氧量,如圖23C所示,單位周期時(shí)間內(nèi)從低速成分釋放出的氧量為c×k×(FO2×Q×t-a×FO2×Q×t)。其也可以是這樣的例如當(dāng)從停止燃油供應(yīng)開始恢復(fù)時(shí),由圖23A所示的空燃比差值C計(jì)算出來的兩個(gè)計(jì)算值的和大于實(shí)際從催化劑釋放出來的氧量。在該情況下,設(shè)定高速成分的氧釋放速率,并忽略從低速成分釋放出來的氧量。
回到圖22,當(dāng)FO2小于零時(shí),就判定氧正被存儲(chǔ),然后程序進(jìn)行到步驟S1126。在步驟S1126中,象在步驟S1124中那樣,將HOSCz/LOSCz代替作為高速成分的氧存儲(chǔ)速率的系數(shù)a。
在第一實(shí)施例中,假定在存儲(chǔ)過程中所有的氧都被存儲(chǔ)為高速成分,直至高速成分達(dá)到最大容量。然而,在實(shí)際過程中,并不是所有流入催化劑的氧都存儲(chǔ)為高速成分,即使高速成分還沒有達(dá)到最大容量時(shí)也是如此。
因此,如果在該實(shí)施例中不僅在氧被釋放時(shí)而且在氧被存儲(chǔ)時(shí)根據(jù)高速成分對(duì)低速成分的比值計(jì)算氧釋放速率,就能更高精度地計(jì)算高速成分。未被存儲(chǔ)為高速成分的那部分氧被存儲(chǔ)為低速部分,而剩余的氧在催化劑下游釋放。
由此,在該實(shí)施例中,通過分別對(duì)催化劑氧存儲(chǔ)量的高速成分HOSCn和催化劑氧存儲(chǔ)量的低速成分LOSCn進(jìn)行計(jì)算,其中高速成分的氧存儲(chǔ)/釋放迅速,而低速成分的氧存儲(chǔ)/釋放較慢,根據(jù)高速成分對(duì)低速成分的比值HOSCz/LOSCz精確地計(jì)算高速成分的氧釋放速率。由此可以提高氧存儲(chǔ)量的高速成分的計(jì)算精度。
當(dāng)氧從催化劑中釋放出來且氧存儲(chǔ)量的低速成分與高速成分的比值LOSCz/HOSCz小于預(yù)定值(閾值)時(shí),就會(huì)發(fā)生通過計(jì)算計(jì)算出來的兩個(gè)成分的氧釋放量的總和大于實(shí)際從催化劑釋放出來的氧量。在該情況下不能代表實(shí)際狀態(tài)。在該情況下,設(shè)定高速成分的氧釋放速率而忽略低速成分,能較好地接近實(shí)際狀態(tài)。
當(dāng)氧正被存儲(chǔ)時(shí),盡管氧被分別存儲(chǔ)到貴金屬和氧存儲(chǔ)材料中,但是相信以下計(jì)算能符合實(shí)際情況假定氧首先通過貴金屬從廢氣中遷移出來,然后剩下的氧由氧存儲(chǔ)材料遷移出來。對(duì)于氧的釋放同樣如此。因此,依照該實(shí)施例,根據(jù)預(yù)定時(shí)間t內(nèi)的過量/不足氧量(FO2×Q×t)可估算貴金屬在預(yù)定t內(nèi)的氧存儲(chǔ)量或氧釋放量(a×FO2×Q×t)。然后根據(jù)剩余值(FO2×Q×t-a×FO2×Q×t)計(jì)算或估算氧存儲(chǔ)材料在預(yù)定時(shí)間內(nèi)的氧存儲(chǔ)量或氧釋放量。通過從預(yù)定時(shí)間的過量/不足氧量中減去高速成分在預(yù)定時(shí)間內(nèi)的該計(jì)算的氧存儲(chǔ)/釋放量,可獲得剩余值。通過該方式就能實(shí)現(xiàn)每個(gè)成分的精確估算。
計(jì)算高速成分HOSCn并控制空燃比,以便使HO2變成預(yù)定的目標(biāo)值,該目標(biāo)值例如為HOSCnMAX的1/2。通過這種方式能很迅速地集中到目標(biāo)值,由此能忽略低速成分的影響,該低速成分在短時(shí)間內(nèi)不會(huì)對(duì)廢氣性能產(chǎn)生影響。
根據(jù)值(FO2×Q×t×a×FO2×Q×t)計(jì)算或估算低速成分在預(yù)定時(shí)間內(nèi)的氧存儲(chǔ)量或氧釋放量,所述值(FO2×Q×t×a×FO2×Q×t)是通過從預(yù)定時(shí)間的過量/不足氧量中減去高速成分在預(yù)定時(shí)間內(nèi)的氧存儲(chǔ)量/釋放量得到的。然而,可選擇的是,根據(jù)預(yù)定時(shí)間內(nèi)的過量/不足氧存儲(chǔ)量(FO2×Q×t)計(jì)算低速成分在預(yù)定時(shí)間內(nèi)的氧存儲(chǔ)量或氧釋放量。
在此通過參考結(jié)合2000年2月16日在日本申請(qǐng)的日本專利申請(qǐng)P2000-38677的內(nèi)容,本公開和權(quán)利要求是基于該文件的優(yōu)先權(quán)。另外在此通過參考結(jié)合以下內(nèi)容日本專利申請(qǐng)P2000-34046(2000年2月10日申請(qǐng))和P2000-26284(2000年2月3日申請(qǐng))的內(nèi)容,連同發(fā)明名稱為“Exhaust Gas Purification Device(廢氣凈化裝置)”(AttorneyDocket No.040356/0347)的共同未決的美國專利申請(qǐng)的內(nèi)容。
盡管上面僅參照有限數(shù)量的實(shí)施例描述了本發(fā)明,但是,由于在與給出上述公開的本發(fā)明有關(guān)的領(lǐng)域中在技術(shù)人員的知識(shí)領(lǐng)域內(nèi)容易進(jìn)行可能的各種改進(jìn)和變化,因此本發(fā)明的精神僅由所附加的權(quán)利要求來限制。
例如,在上面的實(shí)施例中,催化轉(zhuǎn)換器10內(nèi)存儲(chǔ)的催化劑設(shè)有氧存儲(chǔ)材料,氧被具有圖2所示快速和緩慢存儲(chǔ)特性的催化劑所存儲(chǔ)。然而,當(dāng)本發(fā)明應(yīng)用于不采用氧存儲(chǔ)材料的催化轉(zhuǎn)換器時(shí),通過應(yīng)用此處公開的技術(shù)仍然可以提高催化劑氧存儲(chǔ)能力HOSCy的估算精度。
應(yīng)用的工業(yè)領(lǐng)域如上所述,本發(fā)明有效地提高了發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣凈化催化劑的氧存儲(chǔ)能力的估算精度,由此能夠精確地控制催化劑氣體環(huán)境的氧濃度。本發(fā)明當(dāng)然能以有益于環(huán)境的方式有效地進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣排放控制。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣凈化裝置,它包括催化劑,設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣通道內(nèi);前端傳感器,它檢測(cè)流入催化劑的過量氧濃度;以及微處理器,它被編程成估算催化劑中存儲(chǔ)的第一氧量,將所估算的第一氧量以第一速率存儲(chǔ);估算催化劑中存儲(chǔ)的第二氧量;其中根據(jù)過量的氧濃度和第一氧量與第二氧量之間的關(guān)系估算第一速率;以及根據(jù)第一和第二量的平均值控制發(fā)動(dòng)機(jī)的空燃比。
2.一種控制發(fā)動(dòng)機(jī)空燃比的方法,所述發(fā)動(dòng)機(jī)具有設(shè)置在與發(fā)動(dòng)機(jī)相連的排氣通道內(nèi)的催化轉(zhuǎn)換器,催化轉(zhuǎn)換器存儲(chǔ)并釋放氧,并具有氧飽和狀態(tài)和氧完全耗盡的狀態(tài),所述方法包括以下步驟在從完全耗盡狀態(tài)到飽和狀態(tài)的第一時(shí)間間隔內(nèi)通過對(duì)進(jìn)入催化轉(zhuǎn)換器的過量氧流速進(jìn)行積分,來估算催化轉(zhuǎn)換器的第一存儲(chǔ)能力;在從飽和狀態(tài)到完全耗盡狀態(tài)的第二時(shí)間間隔內(nèi)通過對(duì)氧的解吸流速進(jìn)行積分,來估算第二存儲(chǔ)能力;根據(jù)利用第一存儲(chǔ)能力和第二存儲(chǔ)能力導(dǎo)出的數(shù)學(xué)結(jié)果確定催化轉(zhuǎn)換器內(nèi)氧存儲(chǔ)量的目標(biāo)值;以及控制供給催化轉(zhuǎn)換器的廢氣空燃比,以便維持催化轉(zhuǎn)換器內(nèi)存儲(chǔ)的氧量,由此維持確定的目標(biāo)值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制空燃比的方法,其中確定目標(biāo)值的步驟包括以下步驟對(duì)第一和第二存儲(chǔ)能力進(jìn)行平均;以及將利用平均導(dǎo)出的值用作氧存儲(chǔ)量的目標(biāo)值。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制空燃比的方法,其中將第一時(shí)間段確定為催化轉(zhuǎn)換器下游的空燃比從貧油態(tài)轉(zhuǎn)換為富油態(tài)時(shí)的第一時(shí)間點(diǎn)與空燃比從富油態(tài)轉(zhuǎn)換為貧油態(tài)時(shí)的第二時(shí)間點(diǎn)之間的時(shí)間,其中將第二時(shí)間段確定為空燃比從富油態(tài)轉(zhuǎn)換成貧油態(tài)時(shí)的第三時(shí)間點(diǎn)與空燃比從貧油態(tài)轉(zhuǎn)換成富油態(tài)的第四時(shí)間點(diǎn)之間的時(shí)間。
5.一種控制催化轉(zhuǎn)換器中氣氛的空燃比的方法,所述催化轉(zhuǎn)換器與內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)有效連接,該方法包括以下步驟在催化轉(zhuǎn)換器的第一材料中存儲(chǔ)氧,第一材料能快速地吸收和釋放氧;在催化轉(zhuǎn)換器的第二材料中存儲(chǔ)氧,第二材料比第一材料吸收和釋放氧慢;以及控制進(jìn)入催化轉(zhuǎn)換器的廢氣空燃比,以便將第一材料吸收的氧量控制為預(yù)計(jì)的預(yù)定量,該量小于能被第一材料吸收的最大氧量;通過控制供給催化轉(zhuǎn)換器的廢氣空燃比來檢查預(yù)計(jì)的預(yù)定量,以便使第一材料變得被氧飽和;控制供給催化轉(zhuǎn)換器的廢氣中的氧量,以便使氧從第一材料中釋放出來;檢測(cè)第一材料的氧存儲(chǔ)狀態(tài)從全飽和到全耗盡所需的第一時(shí)間段;控制供給催化轉(zhuǎn)換器的廢氣中的氧量,以便使氧被第一材料吸收;檢測(cè)氧存儲(chǔ)狀態(tài)從全耗盡到全飽和所需的第二時(shí)間段;檢測(cè)第一和第二時(shí)間段內(nèi)各自的氧質(zhì)量流量,并確定釋放出的氧量和被吸收的氧量;將第一量與第二量作比較;以及根據(jù)第一和第二量的比較確定目標(biāo)氧存儲(chǔ)值。
6.一種控制發(fā)動(dòng)機(jī)空燃比的裝置,所述發(fā)動(dòng)機(jī)具有設(shè)置在與發(fā)動(dòng)機(jī)相連的排氣通道內(nèi)的催化轉(zhuǎn)換器,催化轉(zhuǎn)換器存儲(chǔ)并釋放氧,并具有氧飽和狀態(tài)和氧完全耗盡的狀態(tài),該裝置包括裝置,用于通過對(duì)從完全耗盡狀態(tài)到飽和狀態(tài)的第一時(shí)間間隔內(nèi)進(jìn)入催化轉(zhuǎn)換器的過量氧流速進(jìn)行積分來估算催化轉(zhuǎn)換器的第一存儲(chǔ)能力;裝置,用于通過對(duì)從飽和狀態(tài)到完全耗盡狀態(tài)的第二時(shí)間間隔內(nèi)的氧解吸流速進(jìn)行積分來估算第二存儲(chǔ)能力;根據(jù)利用第一存儲(chǔ)能力和第二存儲(chǔ)能力導(dǎo)出的數(shù)學(xué)結(jié)果確定催化轉(zhuǎn)換器內(nèi)氧存儲(chǔ)量目標(biāo)值的裝置;以及控制供給催化轉(zhuǎn)換器的廢氣空燃比的裝置,其用以維持催化轉(zhuǎn)換器內(nèi)存儲(chǔ)的氧量,以便維持確定的目標(biāo)值。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的控制空燃比的裝置,其中目標(biāo)值確定裝置包括對(duì)第一和第二存儲(chǔ)能力進(jìn)行平均的裝置;以及將利用平均導(dǎo)出的值用作氧存儲(chǔ)量目標(biāo)值的裝置。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的控制空燃比的裝置,其中將第一時(shí)間段確定為催化轉(zhuǎn)換器下游的空燃比從貧油態(tài)轉(zhuǎn)換為富油態(tài)時(shí)的第一時(shí)間點(diǎn)與空燃比從富油態(tài)轉(zhuǎn)換為貧油態(tài)時(shí)的第二時(shí)間點(diǎn)之間的時(shí)間,其中將第二時(shí)間段確定為空燃比從富油態(tài)轉(zhuǎn)換成貧油態(tài)時(shí)的第三時(shí)間點(diǎn)與空燃比從貧油態(tài)轉(zhuǎn)換成富油態(tài)的第四時(shí)間點(diǎn)之間的時(shí)間。
9.一種控制催化轉(zhuǎn)換器氣氛的空燃比的裝置,所述催化轉(zhuǎn)換器與內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)有效連接,該裝置包括在催化轉(zhuǎn)換器的第一材料中存儲(chǔ)氧的裝置,第一材料能快速地吸收和釋放氧;在催化轉(zhuǎn)換器的第二材料中存儲(chǔ)氧的裝置,第二材料比第一材料吸收和釋放氧慢;以及控制進(jìn)入催化轉(zhuǎn)換器的廢氣空燃比以便將第一材料吸收的氧量控制為預(yù)計(jì)的預(yù)定量的裝置,該量小于能被第一材料吸收的最大氧量;通過控制供給催化轉(zhuǎn)換器的廢氣空燃比來檢查預(yù)計(jì)的預(yù)定量以便使第一材料變得被氧飽和的裝置;控制供給催化轉(zhuǎn)換器的廢氣中的氧量以便使氧從第一材料中釋放出來的裝置;檢測(cè)第一材料的氧存儲(chǔ)狀態(tài)從全飽和到全耗盡所需的第一時(shí)間段的裝置;控制供給催化轉(zhuǎn)換器的廢氣中的氧量以便使氧被第一材料吸收的裝置;檢測(cè)氧存儲(chǔ)狀態(tài)從全耗盡到全飽和所需的第二時(shí)間段的裝置;分別檢測(cè)第一和第二時(shí)間段內(nèi)氧的質(zhì)量流量并確定釋放出的氧量和被吸收的氧量的裝置;將第一量與第二量作比較的裝置;以及根據(jù)第一和第二量的比較確定目標(biāo)氧存儲(chǔ)值的裝置。
10.一種內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣排放控制裝置,該裝置具有燃油供應(yīng)機(jī)構(gòu)和排氣通道,該裝置包括設(shè)置在排氣通道內(nèi)的催化轉(zhuǎn)換器,催化轉(zhuǎn)換器容納有三元催化劑,該催化劑包括快速吸收氧的第一材料和氧存儲(chǔ)速度比第一材料慢的第二材料;第一氧傳感器,它能檢測(cè)催化劑上游廢氣的氧濃度;第二氧傳感器,它能檢測(cè)催化劑下游廢氣的氧濃度;以及微處理器,它被編程成利用上游氧濃度相對(duì)于化學(xué)計(jì)量氧濃度計(jì)算催化劑上游廢氣中的過量/不足氧濃度;根據(jù)過量/不足氧濃度至少計(jì)算催化劑第一材料的氧存儲(chǔ)量;當(dāng)上游氧濃度高于化學(xué)計(jì)量濃度而下游氧濃度在包括化學(xué)計(jì)量氧濃度的預(yù)定濃度范圍內(nèi)時(shí)計(jì)算特定階段的催化劑氧存儲(chǔ)量;在上游氧濃度低于化學(xué)計(jì)量濃度而下游氧濃度位于預(yù)定濃度范圍內(nèi)時(shí)計(jì)算特定階段的第一材料氧釋放量;在下游氧濃度變得高于預(yù)定濃度范圍時(shí),采樣特定階段的氧存儲(chǔ)量作為最大氧存儲(chǔ)量;在下游氧濃度變得低于預(yù)定濃度范圍時(shí),采樣特定階段的氧釋放量作為最大氧釋放量;計(jì)算最大氧存儲(chǔ)量與最大氧釋放量的平均值;確定氧存儲(chǔ)量的目標(biāo)值,該目標(biāo)值與平均值有預(yù)定關(guān)系;以及控制燃油供給機(jī)構(gòu)的燃油供應(yīng)量,以便將第一材料的氧存儲(chǔ)量維持在目標(biāo)值。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的廢氣排放控制裝置,其中第一材料為貴金屬,該材料本身能高速地吸收并解吸氧,其中第二材料為氧存儲(chǔ)材料,其本身能以比貴金屬低的速率存儲(chǔ)和釋放氧,以及其中第一和第二材料彼此存在時(shí),各自展示普通的氧釋放特性。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的廢氣排放控制裝置,其中第一氧傳感器包括排氣含氧傳感器,其輸出基本上隨廢氣中的氧濃度成比例地變化,以及其中第二氧傳感器包括輸出在化學(xué)計(jì)量氧濃度區(qū)域內(nèi)變化的氧傳感器。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的廢氣排放控制裝置,其中控制器進(jìn)一步包括檢測(cè)排氣通道內(nèi)廢氣流量的傳感器;微處理器被進(jìn)一步編程成能根據(jù)廢氣流量與過量/不足的氧濃度的乘積分別計(jì)算單位時(shí)間內(nèi)特定階段的氧釋放量和單位時(shí)間內(nèi)特定階段的氧存儲(chǔ)量,通過累計(jì)單位時(shí)間內(nèi)特定階段的氧存儲(chǔ)量計(jì)算特定階段的氧存儲(chǔ)量,并通過累計(jì)單位時(shí)間內(nèi)特定階段的氧釋放量計(jì)算特定階段的氧釋放量。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的廢氣排放控制裝置,其中微處理器進(jìn)一步被編程成通過將固定系數(shù)乘以廢氣流量和過量/不足氧濃度的乘積來分別計(jì)算單位時(shí)間內(nèi)特定階段的氧釋放量和單位時(shí)間內(nèi)特定階段的氧存儲(chǔ)量,所述固定系數(shù)是小于1的值。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的廢氣排放控制裝置,其中微處理器進(jìn)一步被編程成能在采樣最大催化劑氧存儲(chǔ)量后將特定階段的氧存儲(chǔ)量重設(shè)為零值;在采樣最大催化劑氧釋放量后將特定階段的氧釋放量重設(shè)為零值。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的廢氣排放控制裝置,其中控制器進(jìn)一步包括檢測(cè)催化劑溫度的傳感器,微處理器進(jìn)一步被編程為當(dāng)溫度低于預(yù)定溫度時(shí)能阻止特定階段氧釋放量的計(jì)算和特定階段氧存儲(chǔ)量的計(jì)算。
17.根據(jù)權(quán)利要求10所述的廢氣排放控制裝置,其中微處理器進(jìn)一步被編程為當(dāng)上游氧濃度與預(yù)定階段的預(yù)定范圍發(fā)生偏差時(shí),它能校正第一氧傳感器的輸出,對(duì)校正出現(xiàn)率計(jì)數(shù),當(dāng)出現(xiàn)率達(dá)到預(yù)定次數(shù)時(shí)阻止最大催化劑存儲(chǔ)量和最大催化劑釋放量的采樣。
18.根據(jù)權(quán)利要求10所述的廢氣排放控制裝置,其中微處理器進(jìn)一步被編程為當(dāng)上游氧濃度與預(yù)定階段的預(yù)定范圍發(fā)生偏差時(shí),它能校正第一氧傳感器的輸出,累計(jì)用于校正第一氧傳感器輸出的值,并當(dāng)累計(jì)值達(dá)到預(yù)定值時(shí)阻止最大催化劑存儲(chǔ)量和最大催化劑釋放量的采樣。
19.根據(jù)權(quán)利要求13所述的廢氣排放控制裝置,其中微處理器被進(jìn)一步編程為通過將值小于1的固定系數(shù)乘以廢氣流量與過量/不足氧濃度的乘積來計(jì)算單位時(shí)間內(nèi)的氧存儲(chǔ)量。
20.根據(jù)權(quán)利要求10所述的廢氣排放控制裝置,其中微處理器被進(jìn)一步編程為能根據(jù)平均值確定催化劑的氧存儲(chǔ)能力,并能將目標(biāo)值確定為氧存儲(chǔ)能力值的二分之一。
21.根據(jù)權(quán)利要求10所述的廢氣排放控制裝置,其中微處理器被進(jìn)一步編程為能根據(jù)目標(biāo)值與催化劑氧存儲(chǔ)量之間的差值通過比例積分計(jì)算確定燃油供應(yīng)量。
22.一種發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣排放控制裝置,發(fā)動(dòng)機(jī)包括燃油供應(yīng)機(jī)構(gòu)和排氣通道,控制器包括設(shè)置在排氣通道內(nèi)的催化轉(zhuǎn)換器,催化轉(zhuǎn)換器存儲(chǔ)三元催化劑;檢測(cè)催化劑上游廢氣的氧濃度并將其作為上游氧濃度的裝置;檢測(cè)催化劑下游廢氣的氧濃度并將其作為下游氧濃度的裝置;由上游氧濃度相對(duì)于化學(xué)計(jì)量氧濃度計(jì)算催化劑上游廢氣的過量/不足氧濃度的裝置,所述化學(xué)計(jì)量氧濃度對(duì)應(yīng)于供應(yīng)給發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油混合物的化學(xué)計(jì)量空燃比;根據(jù)過量/不足氧濃度計(jì)算催化劑氧釋放量的裝置;在上游氧濃度高于化學(xué)計(jì)量濃度而下游氧濃度在包括化學(xué)計(jì)量氧濃度的預(yù)定濃度范圍內(nèi)的期間內(nèi)計(jì)算特定階段的催化劑氧存儲(chǔ)量的裝置;在上游氧濃度低于化學(xué)計(jì)量濃度而下游氧濃度在預(yù)定濃度范圍內(nèi)的期間內(nèi)計(jì)算特定階段的催化劑氧釋放量的裝置;在下游氧濃度變得高于預(yù)定濃度范圍時(shí)采樣特定階段的氧存儲(chǔ)量作為最大氧存儲(chǔ)量的裝置;在下游氧濃度變得低于預(yù)定濃度范圍時(shí)采樣特定階段的氧釋放量作為最大氧釋放量的裝置;計(jì)算最大氧存儲(chǔ)量和最大氧釋放量的平均值的裝置;根據(jù)平均值確定氧存儲(chǔ)量目標(biāo)值的裝置;以及控制燃油供應(yīng)機(jī)構(gòu)的燃油供應(yīng)量以便使催化劑氧存儲(chǔ)量與目標(biāo)值一致的裝置。
23.一種控制發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣排放的方法,發(fā)動(dòng)機(jī)包括燃油供應(yīng)機(jī)構(gòu)、排氣通道和設(shè)置在排氣通道內(nèi)的催化轉(zhuǎn)換器,催化轉(zhuǎn)換器存儲(chǔ)了三元催化劑,該方法包括檢測(cè)催化劑上游廢氣的氧濃度,將其作為上游氧濃度;檢測(cè)催化劑下游廢氣的氧濃度,將其作為下游氧濃度;由上游氧濃度相對(duì)于化學(xué)計(jì)量氧濃度計(jì)算催化劑上游廢氣的過量/不足氧濃度,所述化學(xué)計(jì)量氧濃度對(duì)應(yīng)于供應(yīng)給發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油混合物的化學(xué)計(jì)量空燃比;根據(jù)過量/不足氧濃度計(jì)算催化劑的氧存儲(chǔ)量;在上游氧濃度高于化學(xué)計(jì)量濃度而下游氧濃度在包括化學(xué)計(jì)量氧濃度的預(yù)定濃度范圍內(nèi)的期間內(nèi)計(jì)算特定階段的催化劑氧存儲(chǔ)量;在上游氧濃度低于化學(xué)計(jì)量濃度而下游氧濃度在預(yù)定濃度范圍內(nèi)的期間內(nèi)計(jì)算特定階段的催化劑氧釋放量;在下游氧濃度變得高于預(yù)定濃度范圍時(shí)采樣特定階段的氧存儲(chǔ)量作為最大氧存儲(chǔ)量;在下游氧濃度變得低于預(yù)定濃度范圍時(shí)采樣特定階段的氧釋放量作為最大氧釋放量;計(jì)算最大氧存儲(chǔ)量和最大氧釋放量的平均值;根據(jù)平均值確定氧存儲(chǔ)量的目標(biāo)值;以及控制燃油供應(yīng)機(jī)構(gòu)的燃油供應(yīng)量以便使催化劑的氧存儲(chǔ)量與目標(biāo)值一致。
24.一種確定的催化劑目標(biāo)含氧量方法,所述催化劑構(gòu)成內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的部分廢氣排放控制,該方法包括以下步驟確定催化劑材料能迅速地吸收的第一最大氧量;確定催化劑材料能迅速地釋放的第二最大氧量;將第一和第二最大量進(jìn)行平均,并將目標(biāo)含氧量設(shè)定為平均值的預(yù)定百分比。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法,進(jìn)一步包括以下步驟確定與催化劑相關(guān)的存儲(chǔ)材料能存儲(chǔ)的第三最大氧量;以及確定存儲(chǔ)材料中存儲(chǔ)的氧對(duì)催化劑材料釋放特性的影響。
26.一種確定催化劑的目標(biāo)含氧量裝置,所述催化劑構(gòu)成了內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的部分廢氣排放控制,該裝置包括包括空燃比傳感器和氣體流量傳感器件的裝置,該裝置用于確定催化劑材料能迅速地吸收的第一最大氧量;確定催化劑材料能迅速地釋放的第二最大氧量;將第一和第二最大量進(jìn)行平均,并將目標(biāo)含氧量設(shè)定為平均值的預(yù)定百分比。
全文摘要
發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣排放控制裝置具有包括三元催化劑的催化轉(zhuǎn)換器。兩個(gè)氧傳感器檢測(cè)催化劑上游和下游廢氣的氧濃度。當(dāng)上游氧濃度高于化學(xué)計(jì)量氧濃度而下游氧濃度在預(yù)定濃度范圍內(nèi)時(shí)微處理器計(jì)算催化劑最大氧存儲(chǔ)量,所述預(yù)定濃度范圍是近似等于化學(xué)計(jì)量氧濃度的值。當(dāng)上游氧濃度低于化學(xué)計(jì)量濃度而下游氧濃度產(chǎn)生預(yù)定濃度范圍的表示時(shí)微處理器還計(jì)算最大氧釋放量??刂瓢l(fā)動(dòng)機(jī)的空燃比,以便使催化劑的氧存儲(chǔ)量與目標(biāo)值一致,將所述目標(biāo)值設(shè)定為大約是最大氧存儲(chǔ)量和最大氧釋放量的平均值的一半。
文檔編號(hào)F02D45/00GK1364214SQ01800551
公開日2002年8月14日 申請(qǐng)日期2001年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2000年2月16日
發(fā)明者角山雅智, 柿崎成章, 松野修 申請(qǐng)人:日產(chǎn)自動(dòng)車株式會(huì)社