CN1886585A - 内燃机空燃比控制设备 - Google Patents

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Abstract

一种内燃机空燃比控制设备包括第一和第二催化器10与12，设在第一催化器上游的第一空燃比获得装置8，用于获得废气的空燃比；第二空燃比获得装置11，用于获得流入第二催化器中的废气的空燃比，和空燃比控制装置13，用于根据由第一和第二空燃比获得装置获得的空燃比来控制空燃比。空燃比控制装置设有稀状态控制装置13，用于在发动机的燃料量增加操作完成之后控制空燃比直到第二催化器变稀为止；和中间稀状态控制装置13，用于在燃料量增加操作和稀状态控制装置的空燃比控制之间，在足以使第一催化器变稀和不足以使得第二催化器变稀的范围内，执行控制以将空燃比改变成稀空燃比。

Description

内燃机空燃比控制设备
技术领域
本发明涉及一种内燃机空燃比控制设备，内燃机在排气道中设有废气净化催化器。
背景技术
传统上已知一种内燃机空燃比控制设备，当设置在催化转换器下游的氧浓度传感器的输出表明混合气浓并内燃机中的燃料量增加时，将空燃比控制成稀空燃比一个预定时间段，之后，控制空燃比使其返回到理论空燃比(看日本专利申请特许(JP-A)63-117139)。另外，在JP-A 63-134835、6-307271、59-173533或2003-148202中披露了涉及本发明的现有技术。
为了应对废气排放控制的增强，安装在车辆等上的废气净化系统中的催化器的容量已经增大。因而，存在一种可能性，即传统的空燃比控制不能抑制催化器废气气味的产生(具体地，硫化氢(H2S)的气味)，这是因为在以增大数量的燃料使内燃机运行之后，在车辆减速或停止以前，在废气催化器内吸留的氧的数量很少。为了在内燃机的减速或停止以前，使吸留的氧的数量足以抑制关于催化器的催化器废气气味的产生，例如，通过停止供应燃料或使内燃机在稀空燃比中运行一个长时间段，将空燃比很大地改变到稀空燃比侧上。然而，在将空燃比很大地改变到稀空燃比侧的情况下，在内燃机中可能有失火的问题，同时由于在稀空燃比中运行一个长时间段导致NOX产生数量的增加，可能有废气排放退化的问题。另外，在高温下过量氧的环境中促使催化器退化。
发明内容
鉴于在现有技术中发现的上述问题，本发明的目标是提供一种内燃机空燃比控制设备，其中在内燃机的运行状态或废气排放不退化的情况下，在废气净化催化器中可靠地吸留所需数量的氧，用于在内燃机减速或停止之前，防止催化器废气气味的任何产生。
根据本发明的内燃机空燃比控制设备包括：设置在排气道中的第一废气净化催化器；设置在第一废气净化催化器下游的第二废气净化催化器；设在第一废气净化催化器上游的第一空燃比获得装置，用于获得废气的空燃比；第二空燃比获得装置，用于获得流入第二废气净化催化器中的废气的空燃比；和空燃比控制装置，用于根据由第一空燃比获得装置获得的空燃比和由第二空燃比获得装置获得的空燃比来控制内燃机中的空燃比，其中该空燃比控制装置包括：稀状态控制装置，用于在内燃机的燃料量增加操作完成之后控制内燃机中的空燃比直到第二废气净化催化器变稀为止；和中间稀状态控制装置，用于在足以使第一废气净化催化器变稀并不足以使第二废气净化催化器变稀的范围内，至少一次地执行控制，以将内燃机中的空燃比改变成稀空燃比，从而解决上述在燃料量增加操作和稀状态控制装置的空燃比控制之间的问题。
根据本发明的空燃比控制设备，在内燃机的燃料量增加操作之后，第一废气净化催化器在中间稀状态控制装置的空燃比控制下变成稀状态(即这样的状态，由于在催化器中吸留足够数量的氧，催化气氛变稀)，所以基本上仅仅第二废气净化催化器在稀状态控制装置的空燃比控制下变成稀状态。因此，能在稀状态控制装置的空燃比控制下可靠地将第一和第二废气净化催化器变成稀状态。而且，在中间稀状态控制装置的空燃比控制下，在足以使第一废气净化催化器变成稀状态和不足以使第二废气净化催化器变成稀状态的范围内，将空燃比改变到稀空燃比侧，从而抑制内燃机的运行状态或废气排放的退化。
在根据本发明的内燃机空燃比控制设备中，空燃比控制装置可以在内燃机的怠速运行期间通过稀状态控制装置执行空燃比控制。由于进气量在怠速运行期间减少，所以从内燃机排放的废气量也减少。因而，通过在这个时间段期间将空燃比控制成稀空燃比，能抑制废气排放的退化。
在根据本发明的内燃机空燃比控制设备中，在内燃机基本上稳定地运行在部分负荷区域时，空燃比控制装置可以通过中间稀状态控制装置执行空燃比控制。如果在内燃机的全负荷运行或不稳定运行期间将内燃机中的空燃比控制成稀空燃比，则内燃机的运行状态变得不稳定，从而使驾驶性能恶化。因而，在内燃机基本上稳定地运行在部分负荷区域中时，由中间稀状态控制装置控制空燃比，从而抑制内燃机运行状态的恶化。
在根据本发明的内燃机空燃比控制设备中，中间稀状态控制装置可以通过比稀状态控制装置更小的量使内燃机中的空燃比改变成稀空燃比。中间稀状态控制装置能将第一废气净化催化器变成稀状态，此外，能通过以上述方式改变空燃比，在不足以使第二废气净化催化器变成稀状态的范围内改变空燃比。
在根据本发明的内燃机空燃比控制设备中，当判断第一废气净化催化器的温度或第二废气净化催化器的温度高于预定温度时，空燃比控制装置可以不通过稀状态控制装置和中间稀状态控制装置执行任何空燃比控制，其中在所述预定温度，催化器的退化加强。当氧的数量在较高温度下变得过多时，废气净化催化器的退化加强。因而，当第一废气净化催化器或第二废气净化催化器的温度高于预定温度(例如，800℃)时，催化器的退化在预定温度加强，如果不通过稀状态控制装置和中间稀状态控制装置执行空燃比控制，能抑制催化器的退化。
在根据本发明的内燃机空燃比控制设备中，空燃比控制装置可以包括浓状态控制装置，用于执行控制以在稀状态控制装置的空燃比控制之后、在不足以使第一废气净化催化器和第二废气净化催化器两者都变浓的范围内，将内燃机中的空燃比改变成浓空燃比。通过吸留在还原废气中包含的氧化成分如NOX之后产生的氧，废气净化催化器净化氧化成分如NOX。从而，当第一和第二废气净化催化器两者都稀时，没有氧被吸留，所以不能净化氧化成分如NOX。因而，在不足以使第一和第二废气净化催化器两者变成浓状态(即这样的状态，其中通过将吸留在催化器中的氧放出，催化气氛变浓)的范围内，浓状态控制装置将内燃机中的空燃比改变到浓空燃比侧，从而将吸留在废气净化催化器中的氧部分地放出。以该方式，能通过以吸留其中的氧的方式转变废气净化催化器来抑制废气排放的退化。
根据本发明的内燃机空燃比控制设备还可以包括学习控制装置，用于控制关于内燃机中的空燃比的反馈学习；和修正装置，用于基于由第二空燃比获得装置获得的空燃比反馈修正供给到内燃机的燃料量，以便将内燃机中的空燃比变成目标空燃比，其中所述空燃比控制装置可以在稀状态控制装置和中间稀状态控制装置的空燃比控制期间禁止学习控制装置和修正装置的任何操作。关于内燃机中的空燃比的反馈学习包括：例如基于目标空燃比和检测到的废气空燃比之间的差，修正供给到内燃机的燃料量的学习。这种在空燃比控制期间的学习可能导致错误修正的学习，因而，通过禁止学习控制装置的操作，能防止错误的学习。此外，由于修正装置基于第二空燃比获得装置获得的空燃比修正内燃机中的空燃比，所以存在一种可能性，即当例如在基于获得的空燃比的空燃比控制下将空燃比控制成稀空燃比时，可能将空燃比修正成浓空燃比。因而，当通过稀状态控制装置和中间稀状态控制装置控制空燃比时，通过禁止修正装置的操作，能通过空燃比控制装置正确地控制空燃比。
根据本发明的内燃机空燃比控制设备可以包括氧数量获得装置，用于在判断内燃机中的空燃比稀和由第二空燃比获得装置获得的空燃比稀时以及在判断内燃机中的空燃比浓和由第二空燃比获得装置获得的空燃比浓时，通过合计废气中的氧的过多量或短缺量来获得被吸留在第二废气净化催化器中的氧的数量，其中基于内燃机中的空燃比计算所述废气中的氧的过多量或短缺量，其中空燃比控制装置可以基于氧数量获得装置获得的氧的数量判断第二废气净化催化器是否为稀。当内燃机中的空燃比稀和第二空燃比获得装置获得的空燃比稀时，认为第一废气净化催化器变稀。因而，从内燃机排放的具有稀空燃比的废气实际上流入第二废气净化催化器中。在这种情况下，第二废气净化催化器中吸留具有稀空燃比的废气中包含的氧，直到第二废气净化催化器中的氧吸留量变得最大为止。相反，当内燃机中的空燃比浓和第二空燃比获得装置获得的空燃比浓时，认为第一废气净化催化器中没有吸留多少氧。因而，从内燃机排放的具有浓空燃比的废气实际上流入第二废气净化催化器中。在这种情况下，第二废气净化催化器放出吸留的氧直到没有保留多少吸留的氧为止，以便使废气的空燃比为理想配比的。因此，当内燃机中的空燃比状态以上述方式与第二空燃比获得装置获得的空燃比状态一致时，通过合计废气中包含的氧的过多量或短缺量，能获得吸留在第二废气净化催化器中的氧的数量，其中基于内燃机中的空燃比计算废气中包含的氧的过多量或短缺量。因而，通过利用在获得的第二废气净化催化器中吸留的氧的数量，能更精确地判断稀状态。
在根据本发明的内燃机空燃比控制设备中，氧数量获得装置可以根据第二废气净化催化器的退化状态和第二废气净化催化器的温度改变第二废气净化催化器的最大氧吸留量。当催化器的温度变得越高时，在废气净化催化器中吸留的氧的最大数量变得越大，相反，当催化器变得越退化时，氧的最大吸留数量变得越小，因而，通过根据催化器的退化状态和温度改变氧的最大吸留数量，能更精确地获得氧吸留量。
附图说明
图1是表示第一实施例中的内燃机的图，本发明的空燃比控制设备应用于该内燃机；
图2是流程图，表示由图1中所示的ECU执行的空燃比控制程序；
图3是时间图，表示当执行图2中所示的控制程序时，在三元催化器中的氧吸留量的瞬时变化和氧浓度传感器的输出的一个例子；
图4是时间图，表示当内燃机中的空燃比改变时，在起动催化器和三元催化器中的氧吸留量的瞬时变化的一个例子；
图5是流程图，表示由图1中所示的ECU执行的用于计算三元催化器的氧吸留量的计算程序；
图6是接着图5的流程图；
图7A和7B是图表，表示在图5中所示的计算程序中使用的图；和
图8是流程图，表示由图1中所示的ECU执行的另一个空燃比控制程序。
具体实施方式
图1是表示第一实施例中的内燃机的图，本发明的空燃比控制设备应用于该内燃机。内燃机1设有多个气缸2(图1中是四个)，如众所周知的，进气道3和排气道4与内燃机1相连。在进气道3中，提供了用于过滤进气的空气滤清器5、用于输出与进气量相应的信号的气流传感器6和用于调节进气量的节气门7。在排气道4中，提供了充当第一空燃比获得装置的空燃比传感器8，用于输出与从内燃机1排放的废气的空燃比相应的信号，还提供了用于输出与废气温度相应的信号的废气温度传感器9，充当第一废气净化催化器的起动催化器10，充当第二空燃比获得装置的氧浓度传感器11，用于输出与废气中包含的氧的浓度相应的信号，和充当第二废气净化催化器的三元催化器12。为了在内燃机1冷起动时激活三元催化器12之前减少有害物质的排出量而提供起动催化器10，例如，用三元催化器作为起动催化器10。这些催化器10和12能在其中吸留氧。通过用吸留的氧使CO或HC氧化来净化包含在废气中的一氧化碳(CO)和碳氢化合物(HC)。否则，当在废气中包含氧化成分如NOX时，还原氧化成分，从而净化废气。顺便说说，在该还原过程中产生的氧被吸留在催化器10和12中。
内燃机1的运行状态由发动机控制单元(在下文中缩写为“ECU”)13控制。ECU13构形为计算机，其以组合方式包括微处理器和微处理器操作所需的外围设备如ROM与RAM。ECU13参考例如空燃比传感器8或氧浓度传感器11的输出来控制燃料喷射阀14的操作，每个气缸2都设置有燃料喷射阀14，更进一步地将适当数量的燃料供给到每个气缸2以使得废气的空燃比变成目标空燃比。以这种方式，ECU13通过控制燃料喷射阀14的操作而充当空燃比控制装置。此外，ECU13还充当修正装置，用于参考氧浓度传感器11的输出来反馈修正燃料量，以便将内燃机1中的空燃比变成目标空燃比。另外，用于在节气门7位于怠速运转位置时输出接通信号的怠速开关(在下文中称为“怠速SW”)15、废气温度传感器9等等与ECU13相连。
另外，ECU13执行反馈学习以参考空燃比传感器8和氧浓度传感器11的输出改变在控制燃料喷射阀14的操作中使用的参数(例如，阀打开时间)。这里，反馈学习的具体程序可以与众所周知的学习控制相同，因而，将不进行详细描述。ECU13通过以上述方式执行反馈学习充当学习控制装置。
在内燃机1减速或停止之前，ECU13允许足够数量的氧被吸留在起动催化器10和三元催化器12中，以便将催化器变成稀状态。图2是流程图，表示由ECU13执行以便允许氧被吸留在起动催化器10和三元催化器12中的空燃比控制程序。在内燃机1的燃料量增加操作之后，图2中所示的控制程序以预定周期重复执行。顺便说说，在该控制程序的执行期间，ECU13禁止基于空燃比传感器8和氧浓度传感器11的输出的反馈学习。而且，ECU13还禁止反馈修正，该修正用于参考氧浓度传感器11的输出而修正燃料喷射量。
在图2中所示的空燃比控制程序中，ECU13首先在步骤S11中判断在三元催化器12中吸留的氧的数量(osa)是否小于三元催化器12的最大氧吸留量(Cmax)。这里，能通过执行稍后所述的图5和6中所示的控制程序来获得在三元催化器12中吸留的氧的数量(osa)。如果判断氧的数量(osa)小于最大氧吸留量(Cmax)，则控制程序进入步骤S12，在该步中ECU13判断起动催化器10或三元催化器12的温度是否高于预定温度(例如，800℃)，在预定温度，催化器的退化加强。例如可参考废气温度传感器9的输出估计起动催化器10或三元催化器12的温度。如果判断起动催化器10和三元催化器12的温度不高于预定温度，则控制程序进入步骤S13，在该步中ECU13判断怠速SW15是否断开。如果判断怠速SW15没有断开，则控制程序进入步骤S14，ECU13将目标空燃比设定成15.5。此后，当前控制程序结束。
相反，如果判断怠速SW15断开，则控制程序进入步骤S15，在该步ECU13判断三元催化器12的氧的数量(osa)是否等于或小于作为稀状态控制标准的预定判断吸留量(α)。例如，将一个氧吸留量用作预定判断吸留量(α)，在该氧吸留量，在内燃机1的怠速运行期间通过稀状态控制可以将三元催化器12变成稀状态。如果判断氧的吸留量等于或小于判断吸留量，则控制程序进入步骤S16，在该步ECU13判断内燃机1是否正在加速。例如可参考节气门7的开度估计加速度。相反，如果判断内燃机1不是正在加速，则控制程序进入步骤S17，在该步ECU13判断氧浓度传感器11的输出是否处于浓空燃比侧上，浓空燃比侧表明在废气中包含的氧的浓度低。如果判断氧浓度传感器11的输出处于浓空燃比侧上，则控制程序进入步骤S18，在该步ECU13将目标空燃比设定成15.0。此后，当前控制程序结束。
如果在步骤S11中判断在三元催化器12中吸留的氧的数量不小于Cmax，在步骤S12中判断催化器中的至少一个的温度较高，在步骤S15中判断氧吸留量不是判断吸留量或更小，在步骤S16中判断内燃机1正在加速，或在步骤S17中判断氧浓度传感器11的输出不处于浓空燃比侧上，则控制程序进入步骤S19，在该步ECU13将目标空燃比设定成14.6。此后，当前控制程序结束。
图3是时间图，表示当通过执行图2中所示的控制程序将内燃机1中的空燃比控制成稀时，在三元催化器12中的氧吸留量的瞬时变化和氧浓度传感器11的输出的一个例子。在图3中，内燃机1安装在车辆上，且内燃机1的运行状态由车速代表。另外，假定图3中的催化器10和12的温度低于预定温度，在该预定温度下催化器的退化加强(换句话说，图2中的步骤S12中的判断是否定的)。
在图3中的时刻t1，通过将车辆的运行状态从停止改变成加速，增加供给到内燃机1的燃料量(由图3中的附图标记A表明)。通过上述燃料量增加操作，内燃机1中废气的空燃比变浓，然后，首先放出吸留在起动催化器10中的氧。因此，氧浓度传感器11的输出表明稀空燃比侧，直到在燃料量增加操作开始之后没有氧被吸留在起动催化器10中为止。当氧浓度传感器11的输出从稀空燃比侧改变到浓空燃比侧时(在图3中的时刻t2)，换句话说，当基本上没有氧被吸留在起动催化器10中时，具有浓空燃比的废气流入三元催化器12中，从而放出吸留在三元催化器12中的氧。以这种方式，三元催化器12中的氧吸留量变成零。
在燃料量增加操作之后(在图3中的时刻t3)，当在部分负荷区域中使内燃机1基本上稳定运行时，根据图2中的步骤S18中的处理将空燃比设定成15.0，然后，开始稀状态控制(即，部分稀状态控制)(由图3中的附图标记B表明)。通过部分稀状态控制能将氧吸留在起动催化器10中。执行部分稀状态控制直到判断氧浓度传感器11的输出不处于浓空燃比侧或步骤S17中的判断变成否定的为止(在图3中的时刻t4之前)。由于当氧浓度传感器11的输出处于稀空燃比侧上时，从内燃机1排放的具有稀空燃比的废气实际上通过起动催化器10，所以氧被吸留在起动催化器10中直到它达到其最大氧吸留量(SCmax)为止。顺便说说，部分稀状态控制终止于氧浓度传感器11的输出变成稀空燃比侧的时刻，因而，氧还没有被吸留在三元催化器12中。以这种方式，通过将氧吸留在起动催化器10中直到它达到起动催化器10的最大氧吸留量(SCmax)为止，使起动催化器10为稀；相反，由于稀空燃比控制，没有氧被吸留在三元催化器12中。这样，ECU13充当中间稀状态控制装置。
当节气门7位于怠速运转位置并且怠速SW15的输出在图3中的时刻t5变成接通时，图2中的步骤S13中的判断是否定的，所以将目标空燃比设定成15.5，从而开始稀状态控制，即，怠速稀状态控制(由图3中的附图标记C表明)。由于吸留的氧的数量在该时刻基本上接近起动催化器10中的最大氧吸留量(SCmax)，所以从内燃机1排放的稀废气实际上流入三元催化器12中。因而，通过怠速稀状态控制将氧吸留在三元催化器12中(在图3中的时刻t6和t7)。执行怠速稀状态控制直到在三元催化器12中吸留的氧的数量达到其最大氧吸留量(Cmax)和三元催化器12变稀(即，图2中的步骤S11中的判断是否定的)为止。这样，通过执行稀状态控制直到三元催化器12变稀为止，ECU13充当稀状态控制装置。
如上所述，通过执行图2中所示的控制程序，在内燃机1停止之前将内燃机1中的目标空燃比设定成稀空燃比，所以在起动催化器10和三元催化器12中的每一个内可以可靠地吸留达到最大氧吸留量的氧。
下面，说明用于获得在图2的步骤S11中使用的三元催化器12中的氧吸留量(osa)的方法。首先，将在下面参考图4描述基于氧浓度传感器11的输出判断三元催化器12的状态的原理。
假定在图4中的初始状态中，在起动催化器10和三元催化器12的每一个中没有吸留任何氧。当在图4中的时刻t11在该状态中停止供应供给到内燃机1的燃料时(在下文中，将该燃料停止供应操作称为F/C)，废气的空燃比变稀，因而，稀废气中包含的氧被吸留在起动催化器10中。当在起动催化器10中吸留的氧达到起动催化器10的最大氧吸留量(SCmax)时，稀废气流向起动催化器10的下游。因此，氧浓度传感器11输出表明稀的信号，从而开始在三元催化器12中吸留氧(在图4中的时刻t12)。
接着，当废气的空燃比通过执行浓状态控制而变浓时，起动催化器10放出氧以使浓废气为理想配比，其中在浓状态控制下，内燃机1中的空燃比变浓(在图4中的时刻t13)。当没有任何氧被吸留在起动催化器10中时，氧浓度传感器11输出表明浓的信号，因为浓废气实际上流向起动催化器10的下游，从而开始从三元催化器12放出氧(在图4中的时刻t14)。
此后，当废气的空燃比通过执行稀状态控制而变稀时，稀废气中包含的氧被吸留在起动催化器10中，其中在稀状态控制下，内燃机1中的空燃比变稀(在图4中的时刻t15)。当在起动催化器10中吸留的氧达到最大氧吸留量(SCmax)时，氧浓度传感器11输出表明稀的信号，因为稀废气流向起动催化器10的下游，从而开始在三元催化器12中吸留氧(在图4中的时刻t16)。
如上所述，当内燃机1中的空燃比稀和氧浓度传感器11输出表明稀的信号时，在三元催化器12中吸留氧。相反，当内燃机1中的空燃比浓和氧浓度传感器11输出表明浓的信号时，从三元催化器12中放出氧。
结果，可以基于内燃机1中的空燃比和氧浓度传感器11的输出掌握三元催化器12的状态，因而，ECU13能通过执行图5和6中所示的氧吸留量计算程序估计三元催化器12中的氧吸留量(osa)。图5和6中所示的控制程序在内燃机1的运行期间以预定周期重复执行。通过执行图5和6中所示的氧吸留量计算程序，ECU13充当氧数量获得装置。
在图5中所示的氧吸留量计算程序中，ECU13首先将0代入进入在三元催化器12中的进氧量(dosa)中，从而在步骤S21中将值(dosa)初始化。接着在步骤S22中，ECU 13判断内燃机1是否运行F/C。如果判断内燃机1运行F/C，则控制程序进入步骤S23，在该步中ECU13判断氧浓度传感器11是否表明稀空燃比侧。如果判断氧浓度传感器11没有表明稀空燃比侧，则控制程序进入步骤S24，在该步中ECU13将一个值代入进氧量(dosa)，该值如下获得：用系数τ乘内燃机1中的进气量(Ga)，接着乘-1。这里，系数τ是为了在内燃机1的理想配比操作期间当氧浓度传感器11表明浓或稀空燃比侧时计算流入三元催化器12中的氧的数量而设定的小系数值。
相反，如果判断氧浓度传感器11表明稀空燃比侧，则控制程序进入步骤S25，在该步中ECU13将一个值代入进氧量(dosa)，用23％乘进气量(Ga)来获得该值。这里，百分数23％表示空气中氧的重量比。在下一个步骤S26中，ECU13将一个值代入三元催化器12的氧吸留量(osa)，该值如下获得：用本次计算的进氧量(dosa)加上在执行图5的在前计算程序中计算的三元催化器12的氧吸留量(osa(i-1))。顺便说说，在步骤S24中的处理完成之后，控制程序也进入步骤S26。在随后的步骤S27中，ECU13计算三元催化器12的最大氧吸留量(Cmax)，Cmax根据催化器12的退化状态和催化器12的温度而改变。例如，Cmax由于催化器12的退化而减小，否则，在温度较高时Cmax增大。这样，用参考图7B的图表中所示的图获得的修正系数，乘以参考图7A的图表中所示的图获得的Cmax。顺便说说，能参考废气温度传感器9的输出估计催化器12的温度。
图7A表示起动催化器10的最大氧吸留量(SCmax)和三元催化器12的最大氧吸留量(Cmax)之间的关系的一个例子。由于认为三元催化器12和起动催化器10以基本上相同的方式退化，所以可以参考起动催化器10的退化状态估计三元催化器12的退化状态。从图7A中很明显，建立了SCmax和Cmax之间成比例的关系，以便基于由起动催化器10退化引起的SCmax的改变可估计Cmax。顺便说说，例如，参考空燃比传感器8和氧浓度传感器11的输出，通过下面描述的一种方法可获得由于起动催化器10退化而改变的SCmax。
在内燃机1处于浓状态控制下和氧浓度传感器11的输出变成浓空燃比侧的情况下，如在参考图4的说明中描述的，可判断起动催化器10中的氧吸留量是零。相反，在内燃机1处于稀状态控制或F/C中、和氧浓度传感器11的输出变成稀空燃比侧的情况下，可判断在起动催化器10中吸留的氧达到SCmax。因而，当内燃机1基本上稳定地运行在部分负荷区域中时，对内燃机1执行浓状态控制，以便通过从起动催化器10放出氧而使氧吸留量变成零。接着，对内燃机1执行稀状态控制，然后，氧被吸留在起动催化器10中达到SCmax。能基于氧浓度传感器11的输出判断起动催化器10中的氧吸留量是变成零还是SCmax，如上所述。能通过对下述值进行合计获得SCmax，所述值如下获得：用由空燃比传感器8在稀状态控制期间检测的空燃比和理想配比空燃比之间的差乘以在内燃机1的稀状态控制之后、在氧浓度传感器11的输出变稀之前进入内燃机1中的空气量。
回到关于图5中所示的控制程序的说明，在步骤S27中计算Cmax之后，控制程序进入步骤S28，然后，ECU13执行关于三元催化器12中的氧吸留量(osa)是否等于或大于零和等于或小于Cmax的上/下限处理。通过上述处理，防止了氧吸留量的异常值的计算。此后，当前程序结束。
如果在步骤S22中判断没有执行F/C，则控制程序进入步骤S29，在该步ECU13判断是否对内燃机1执行了稀状态控制。如果判断执行了稀状态控制，则控制程序进入步骤S30，在该步ECU13判断氧浓度传感器11是否输出稀信号。如果判断氧浓度传感器11没有输出稀信号，则控制程序进入步骤S24。以下，执行步骤S26到S28中的处理，此后，当前控制程序结束。相反，如果判断氧浓度传感器11输出稀信号，则控制程序进入步骤S31，在该步ECU13将一个值代入进氧量(dosa)，通过根据表达式Ga×23％×(AF-14.6)/AF的计算获得该值。这里，14.6代表理想配比空燃比；AF代表由空燃比传感器8检测到的空燃比。随后，执行步骤S26到S28中的处理，此后，当前程序结束。
如果在步骤S29中判断没有对内燃机1执行稀状态控制，则控制程序进入图6中的步骤S32，在该步ECU13判断是否在内燃机1中执行了燃料量增加操作。如果判断执行了燃料量增加操作，则控制程序进入步骤S33，在该步ECU13判断氧浓度传感器11是否输出浓信号。如果判断氧浓度传感器11输出浓信号，则控制程序进入步骤S34，在该步ECU13将通过根据表达式Ga×23％×(AF-14.6)/AF的计算获得的值代入进氧量(dosa)。在这种情况下，由于在内燃机1中执行了燃料量增加操作，所以值AF变成浓值，即，小于14.6的值，因而，在步骤S34中计算的进氧量(dosa)变成负值，且该负值被加到氧吸留量(osa)中，从而表示从催化器12放出氧。随后，执行图5中的步骤S26到S28中的处理，此后，当前程序结束。相反，如果判断氧浓度传感器11没有输出浓信号，则控制程序进入步骤S36，在该步ECU13将值Ga×τ代入进氧量(dosa)。随后，执行图5中的步骤S26到S28中的处理，此后，当前程序结束。
如果在步骤S32中判断没有在内燃机1中执行燃料量增加操作，则控制程序进入步骤S35，在该步ECU13判断氧浓度传感器11是否输出稀信号。如果判断氧浓度传感器11输出稀信号，则控制程序进入步骤S36。以后，执行图5中的步骤S26到S28中的处理，此后，当前程序结束。相反，如果判断氧浓度传感器11没有输出稀信号，则控制程序进入图5中的步骤S24。以后，执行图5中的步骤S26到S28中的处理，此后，当前程序结束。
以这种方式，通过执行图5和6中所示的控制程序来合计废气中包含的氧的过多量或短缺量，以便可计算三元催化器12中的氧吸留量(osa)。顺便说说，当步骤S23中的判断是否定的或步骤S30中的判断是否定的时，控制程序可以跳过步骤S24中的处理进入步骤S26中的处理。同样，当步骤S32中的判断是否定的时，控制程序可以跳过步骤S35中的处理进入步骤S26中的处理。在以这种方式跳过处理的情况下，能简化计算程序。
图8是流程图，表示由本发明的空燃比控制设备执行的另一个空燃比控制程序。图8中所示的控制程序在下列方面不同于图2中所示的控制程序，即在在三元催化器12中吸留的氧达到最大氧吸留量之后，将内燃机1中的空燃比控制成浓的。在内燃机1的燃料量增加操作之后，图8中所示的控制程序以预定周期重复执行。这里，用同样的附图标记表示图8与图2中相同的处理，因而，将不再重复其说明。此外，在图8中所示控制程序的执行期间，也禁止通过氧浓度传感器11的反馈学习和反馈修正。
在图8中所示的空燃比控制程序中，ECU13首先在步骤S11中判断osa是否小于Cmax。如果判断osa小于Cmax，则控制程序进入步骤S12，在该步ECU13判断催化器10或12的温度是否较高。如果判断催化器10和12的温度不是较高的，则控制程序进入步骤S13，在该步ECU13判断怠速SW15是否断开。如果判断怠速SW15断开，则执行步骤S15到S17中的处理。当步骤S15中的判断是肯定的、步骤S16中的判断是否定的且步骤S17中的判断是肯定的时，ECU13在步骤S18中将目标空燃比设定成15.0。此后，当前控制程序结束。
相反，如果在步骤S13中判断怠速SW15没有断开，则控制程序进入步骤S14，在该步ECU13将目标空燃比设定成15.5。在下一个步骤S81中，ECU13开启浓状态控制要求标记，其表明执行浓状态控制的要求。在随后的步骤S82中，ECU13将0代入用于合计内燃机1中的进气量(Ga)的合计Ga计数器(Gasum)，然后，初始化Gasum。此后，当前控制程序结束。这里，根据不同于空燃比控制程序和氧吸留量计算程序的计算程序将Ga合计到Gasum中。
如果在步骤S12中判断催化器的温度较高、步骤S15中的判断是否定的、步骤S16中的判断是肯定的或步骤S17中的判断是否定的，则控制程序进入步骤S19，在该步ECU13将目标空燃比设定成14.6。在下一个步骤S83中，ECU13关掉浓状态控制要求标记。此后，当前控制程序结束。
如果在步骤S11中判断三元催化器12中的氧吸留量不小于Cmax，即，在三元催化器12中吸留的氧达到Cmax，则控制程序进入步骤S84，在该步ECU13判断浓状态控制要求标记是否开启。如果判断浓状态控制要求标记没有开启，则执行步骤S19和S83中的处理。此后，当前控制程序结束。相反，如果在步骤S84中判断浓状态控制要求标记开启，则控制程序进入步骤S85，在该步ECU13判断Gasum是否为β或更小，β是用于确定浓状态控制完成的预定合计Ga量。顺便说说，将合计Ga量设定为β，在合计Ga量，由于执行浓状态控制，起动催化器10中的氧吸留量变成几乎是SCmax的一半。如果判断Gasum不是β或不为更小，即，判断起动催化器10中的氧吸留量是SCmax的一半或更多，则控制程序进入步骤S86，在该步ECU13将目标空燃比设定成13.5。此后，当前控制程序结束。相反，如果判断Gasum小于β，则控制程序进入步骤S19，在该步ECU13将目标空燃比设定成14.6。在下一个步骤S83中，ECU13关掉浓状态控制要求标记，然后，结束当前控制程序。
以这种方式，在在三元催化器12中吸留的氧达到Cmax之后，能通过执行浓状态控制减少起始催化器10中的氧吸留量。因此，可能还原在内燃机1的加速期间可能放出的氧化成分如NOX。通过执行图8中所示控制程序中的步骤S85和S86中的处理，ECU13能充当浓状态控制装置。
本发明不局限于上述实施例，其能以各种方式体现。例如，可以设置氧浓度传感器来代替设置在起动催化器上游的空燃比传感器。或者，可以设置空燃比传感器来代替设置在起动催化器下游的氧浓度传感器。
当将用于供应在燃料箱中产生的燃料蒸气的清除装置连接到内燃机1的进气道上时，可以在执行空燃比控制期间禁止清除装置的操作，以使得不能将燃料蒸气供给到进气道中。以这种方式，能通过禁止清除装置的操作减少空燃比控制的干扰。
根据本发明，能在内燃机减速或停止之前，在废气净化催化器内安全地吸留足够数量的氧，从而确实地防止任何催化器废气气味的产生。此外，使第一废气净化催化器和第二废气净化催化器依次独立地成为稀状态，从而抑制内燃机的运行状态或废气排放的退化。

Claims (9)

1.一种内燃机空燃比控制设备，包括：
设置在排气道中的第一废气净化催化器；
设置在所述第一废气净化催化器下游的第二废气净化催化器；
设在所述第一废气净化催化器上游的第一空燃比获得装置，用于获得废气的空燃比；
第二空燃比获得装置，用于获得流入所述第二废气净化催化器中的废气的空燃比；和
空燃比控制装置，用于根据由所述第一空燃比获得装置获得的空燃比和由所述第二空燃比获得装置获得的空燃比来控制所述内燃机中的空燃比，
其中，所述空燃比控制装置包括：稀状态控制装置，用于在所述内燃机的燃料量增加操作完成之后控制所述内燃机中的空燃比直到所述第二废气净化催化器变稀为止；和中间稀状态控制装置，用于在所述燃料量增加操作和所述稀状态控制装置的空燃比控制之间，在足以使所述第一废气净化催化器变稀和不足以使所述第二废气净化催化器变稀的范围内，至少一次地执行控制，以将所述内燃机中的空燃比改变成稀空燃比。
2.如权利要求1所述的内燃机空燃比控制设备，其中所述空燃比控制装置在所述内燃机的怠速运行期间通过所述稀状态控制装置执行空燃比控制。
3.如权利要求1或2所述的内燃机空燃比控制设备，其中在所述内燃机基本上稳定运行在部分负荷区域中时，所述空燃比控制装置通过所述中间稀状态控制装置执行空燃比控制。
4.如权利要求1到3中任一个所述的内燃机空燃比控制设备，其中所述中间稀状态控制装置通过比所述稀状态控制装置更小的量使所述内燃机中的空燃比改变成稀空燃比。
5.如权利要求1到4中任一个所述的内燃机空燃比控制设备，其中当判断所述第一废气净化催化器的温度或所述第二废气净化催化器的温度高于预定温度时，所述空燃比控制装置不通过所述稀状态控制装置和中间稀状态控制装置执行任何空燃比控制，其中在所述预定温度，加强了所述催化器的退化。
6.如权利要求1到5中任一个所述的内燃机空燃比控制设备，其中所述空燃比控制装置包括浓状态控制装置，用于执行控制以在所述稀状态控制装置的空燃比控制之后、在不足以使所述第一废气净化催化器和第二废气净化催化器两者都变浓的范围内将所述内燃机中的空燃比改变成浓空燃比。
7.如权利要求1到6中任一个所述的内燃机空燃比控制设备，还包括：学习控制装置，用于控制关于所述内燃机中的空燃比的反馈学习；和
修正装置，用于基于由所述第二空燃比获得装置获得的空燃比反馈修正供给到所述内燃机的燃料量，以便将所述内燃机中的空燃比变成目标空燃比，
其中所述空燃比控制装置在所述稀状态控制装置和中间稀状态控制装置的空燃比控制期间禁止所述学习控制装置和修正装置的任何操作。
8.如权利要求1到7中任一个所述的内燃机空燃比控制设备，还包括：氧数量获得装置，用于在判断所述内燃机中的空燃比稀和由所述第二空燃比获得装置获得的空燃比稀时以及在判断所述内燃机中的空燃比浓和由所述第二空燃比获得装置获得的空燃比浓时，通过合计所述废气中氧的数量的过多量或短缺量来获得被吸留在所述第二废气净化催化器中的氧的数量，其中基于所述内燃机中的空燃比计算所述废气中氧的数量的过多量或短缺量，
其中所述空燃比控制装置基于由所述氧数量获得装置获得的氧的数量判断所述第二废气净化催化器是否为稀状态。
9.如权利要求8所述的内燃机空燃比控制设备，其中所述氧数量获得装置根据所述第二废气净化催化器的退化状态和第二废气净化催化器的温度改变所述第二废气净化催化器的最大氧吸留量。
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