專利名稱：發(fā)動機廢氣凈化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種帶有催化器的發(fā)動機廢氣凈化裝置。
發(fā)明的
背景技術(shù)：
日本專利局于1997年公開的JP-A-H9-228873披露了一種技術(shù)，在該技術(shù)中，根據(jù)發(fā)動機進氣量和流入該催化器中的廢氣的空氣燃料比來估算儲存于三元催化器(three-way catalyst)中的氧含量(下文稱為“氧儲存量”)，并對發(fā)動機的空氣燃料比進行控制，從而使得催化器中的氧儲存量是恒定的。
為了使該三元催化器的NOx(氮氧化物)、CO和HC(碳氫化合物)的轉(zhuǎn)化效率保持最大，催化器周圍的氣體必須保持理想配比的空氣燃料比。如果催化器的氧儲存量保持恒定，那么即使流入催化器中的廢氣的空氣燃料比暫時為貧油，廢氣中的氧也會儲存于催化器中，反之，即使流入催化器中的廢氣的空氣燃料比暫時為富油，儲存于催化器中的氧也被釋放，這樣，催化器周圍的氣體就可保持理想配比的空氣燃料比。
因此，在廢氣凈化裝置進行該形式的控制時，需要精確計算氧儲存量，以便使催化器的轉(zhuǎn)化效率保持在較高水平，已經(jīng)提出了多種計算氧儲存量的方法。
發(fā)明簡介不過，當由于催化器性能退化而使得最大氧儲存量稍微減小時，目標量將相對于合適的值產(chǎn)生偏離，催化器的轉(zhuǎn)化效率降低，即有廢氣特性隨時間衰退的危險。為了判定催化器的性能退化，可以在該催化器的上游和下游安裝氧傳感器，并通過比較它們輸出反相的次數(shù)來判定性能退化，或者，在上游的氧傳感器輸出反相預(yù)定次數(shù)的過程中，對每次下游的氧傳感器輸出反相時輸出的最大值和最小值的差異進行計算，并當計算的平均值大于參考值時判定為性能退化。
在上述使用三元催化器進行空氣燃料比的控制時，如果將根據(jù)上游的空氣燃料比具有線性特征曲線的A/F傳感器(線性氧傳感器)設(shè)在催化器的上游以便準確確定氧儲存量，那么由于A/F傳感器的輸出幅值小，下游的氧傳感器的反相次數(shù)減少，從而能更穩(wěn)定地進行空氣燃料比的控制，催化器性能退化的判定頻率也小于上述現(xiàn)有技術(shù)中的，在極端情況下，可能根本不對性能退化進行判定。
因此，考慮到上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種廢氣凈化裝置，該廢氣凈化裝置可以在不依靠廢氣氧傳感器輸出反相的情況下進行催化器性能退化的判定。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種發(fā)動機廢氣凈化裝置，該廢氣凈化裝置包括一催化器，該催化器設(shè)在發(fā)動機的廢氣通道內(nèi)；一傳感器，該傳感器檢測流入該催化器的廢氣的特性以及一微處理器，該微處理器的程序設(shè)計為利用檢測的廢氣特性來計算催化器的氧儲存量，并根據(jù)計算的氧儲存量來計算發(fā)動機的目標空氣燃料比，從而使催化器的氧儲存量為預(yù)定的目標值，并且根據(jù)預(yù)定時間的氧儲存量的總值來判定催化器的性能退化。
而且，本發(fā)明提供了一種發(fā)動機廢氣凈化裝置，該廢氣凈化裝置包括一催化器，該催化器設(shè)在發(fā)動機廢氣通道內(nèi)，一第一傳感器，該第一傳感器檢測流入該催化器的廢氣的特性；一第二傳感器，該第二傳感器檢測流出該催化器的廢氣的空氣燃料比；以及一微處理器，該微處理器的程序設(shè)計為利用檢測的廢氣特性來計算氧儲存量，并執(zhí)行重新設(shè)置處理，即在通過第二傳感器檢測的從催化器流出的廢氣的空氣燃料比超過貧油判定值時，使氧儲存量初始化為最大值，而在通過第二傳感器檢測的從催化器流出的廢氣的空氣燃料比超過富油判定值時，使氧儲存量初始化為最小值，并且根據(jù)計算的氧儲存量來計算發(fā)動機的目標空氣燃料比，這樣催化器的氧儲存量就為預(yù)定的目標值，還將重新設(shè)置的處理頻率與判定值比較，并當重新設(shè)置的處理頻率超過判定值時判定該催化器性能已經(jīng)退化。
附圖的簡要說明

圖1是一本發(fā)明的廢氣凈化裝置的示意圖；圖2是一示出催化器的氧釋放特性的示圖；圖3是一流程圖，示出了計算催化器的氧儲存量的程序；圖4是一流程圖，示出了計算流入催化器內(nèi)的廢氣中的氧過多/不足量的子程序；圖5是一流程圖，示出了計算高速部分(component)的氧釋放速率的子程序；圖6是一流程圖，示出了計算氧儲存量的高速部分的子程序；圖7是一流程圖，示出了計算氧儲存量的低速部分的子程序；圖8是一流程圖，示出了判定重新設(shè)置條件的程序；圖9是一流程圖，示出了對計算的氧儲存量進行重新設(shè)置的程序；圖10是一流程圖，示出了根據(jù)氧儲存量計算目標空氣燃料比的程序；圖11是一示圖，示出了當將氧儲存量控制成常數(shù)時后部的氧傳感器的輸出和高速部分是怎樣變化的；圖12一流程圖，示出了關(guān)于催化器性能退化的判定的第一實施例的詳細處理程序；圖13是一流程圖，示出了怎樣根據(jù)前述第一實施例進行處理；圖14是一類似于圖12的流程圖，但示出了關(guān)于催化器性能退化的判定的第二實施例的詳細處理程序；圖15是一類似于圖13的示圖，但示出了怎樣根據(jù)前述第二實施例進行處理；圖16是一類似于圖12的流程圖，但示出了關(guān)于催化器性能退化的判定的第三實施例的詳細處理程序。
優(yōu)選實施例的說明參考附圖1，發(fā)動機1的廢氣通道2設(shè)有催化器3、前部寬范圍空氣燃料比傳感器4(下文稱為前部A/F傳感器)、后部氧傳感器5和控制器6。
發(fā)動機1的進氣通道7內(nèi)設(shè)有節(jié)氣門8和空氣流量計9，該空氣流量計9檢測由該節(jié)氣門8所調(diào)節(jié)的進氣量。此外，還設(shè)有檢測發(fā)動機1的發(fā)動機轉(zhuǎn)速的曲柄角傳感器12。
催化器3是具有三元催化功能的催化器。當催化器周圍的氣體處于理想配比的空氣燃料比時，該催化器3以最大效率對NOx、HC和CO進行凈化。催化器3的催化劑載體涂覆有儲氧的材料比如氧化鈰，催化器3具有根據(jù)流入的廢氣的空氣燃料比而儲存或釋放氧的功能(下文稱為儲氧功能)。
催化器3的氧儲存量可以分成高速部分HO2和低速部分LO2，該高速部分HO2通過催化器3中的貴金屬(Pt、Rh、Pd)儲存和釋放，而該低速部分LO2通過催化器3中的儲氧材料儲存和釋放。與高速部分HO2相比，低速部分LO2能儲存和釋放更大量的氧，但是它的儲存/釋放速率小于高速部分HO2的儲存/釋放速率。
而且，該高速部分HO2和低速部分LO2有以下特征當儲氧時，氧優(yōu)先儲存為高速部分HO2，且當高速部分HO2已達到最大容量HO2MAX并不能再儲存時，才開始儲存為低速部分LO2。
當釋放氧，且低速部分LO2與高速部分HO2的比(LO2/HO2)小于預(yù)定值時，即當高速部分較大時，氧優(yōu)先從高速部分HO2釋放，而當?shù)退俨糠諰O2與高速部分HO2的比大于預(yù)定值時，氧同時從高速部分HO2和低速部分LO2中釋放，這樣低速部分LO2與高速部分HO2的比不變。
圖2示出了這些特征的試驗結(jié)果。垂直軸表示高速部分HO2的釋放量，而水平軸表示低速部分LO2的釋放量。試驗表明，如果三個不同的量從相同的釋放起始點(X1、X2、X3)有效釋放，當釋放完成時釋放結(jié)束點是X1’、X2’、X3’，且低速部分與高速部分的比是常數(shù)。
因此，顯然，當開始釋放氧時，氧從高速部分釋放，這樣高速部分減少，而當?shù)退俨糠峙c高速部分所成的比達到預(yù)定比時，該比值仍在隨后保持著，即沿圖中所示的直線L來釋放氧。這里，相對于高速部分為1來說，低速部分為5至15，優(yōu)選為大約10。即使釋放起始點在直線L的下方區(qū)域，也會獲得相同的特征曲線。
當釋放起始點在直線L左側(cè)區(qū)域時(圖中的Y)，氧沿連接該起始點和結(jié)束點Y’的直線有效地釋放。
再參考圖1，在催化器3上游的前部A/F傳感器4根據(jù)流入催化器3的廢氣的空氣燃料比輸出一電壓。在催化器3下游的后部氧傳感器5檢測催化器3下游的廢氣的空氣燃料比相對于作為界限值的理想配比的空氣燃料比是富油還是貧油。這里，在催化器3下游設(shè)置的是經(jīng)濟的氧傳感器，但也可以用能連續(xù)檢測空氣燃料比的A/F傳感器代替。
檢測冷卻水溫度的冷卻水溫度傳感器10裝在發(fā)動機1上。所檢測的冷卻水溫度用于判定發(fā)動機1的運行狀態(tài)，也用于估算催化器3的催化劑溫度。
控制器6包括微處理器、RAM、ROM和I/O界面，它根據(jù)空氣流量計9、前部A/F傳感器4和冷卻水溫度傳感器10的輸出來計算催化器3的氧儲存量(高速部分HO2和低速部分LO2)。
當所計算的氧儲存量的高速部分HO2大于預(yù)定量(例如高速部分的最大容量HO2MAX的一半)時，控制器6使發(fā)動機1的空氣燃料比為富油，使得流入催化器3的廢氣的空氣燃料比為富油，減少高速部分HO2。反之，當它小于預(yù)定量時，控制器6使得發(fā)動機1的空氣燃料比為貧油，使得流入催化器3的廢氣的空氣燃料比為貧油，增加高速部分HO2，保持氧儲存量中的高速部分HO2為恒量。
由于計算誤差，計算的氧儲存量和真實的氧儲存量之間可能有偏差，因此，控制器6根據(jù)催化器3下游的廢氣的空氣燃料比在預(yù)定時間內(nèi)重新設(shè)置氧儲存量的計算值，并校正這個與真實氧儲存量之間的偏差。
具體地說，當根據(jù)后部氧傳感器5的輸出判定在催化器3下游的空氣燃料比是貧油時，則認為至少高速部分HO2處于最大值，將該高速部分HO2重新設(shè)置成最大容量。當后部氧傳感器5判定催化器3下游的空氣燃料比為富油時，氧不僅不再從高速部分HO2釋放，而且不再從低速部分LO2釋放，從而將高速部分HO2和低速部分LO2重新設(shè)置為最小容量。
下面將描述由控制器6所進行的控制。
首先，將描述對氧儲存量的計算，隨后描述對氧儲存量的計算值的重新設(shè)置，和根據(jù)該氧儲存量對發(fā)動機1的空氣燃料比的控制。
根據(jù)如圖3所示的程序，首先，在步驟S1中，將冷卻水溫度傳感器10、曲柄角傳感器12和空氣流量計9的輸出讀取為發(fā)動機1的運行參數(shù)。在步驟S2中，根據(jù)這些參數(shù)估算催化器3的溫度TCAT。在步驟S3中，通過將估算的催化器溫度TCAT與催化劑活化溫度TACTo(例如300℃)進行比較，判定催化器3是否處于活化狀態(tài)。
當判定已經(jīng)達到催化劑活化溫度TACTo時，程序執(zhí)行步驟S4，以便計算催化器3的氧儲存量。當判定還沒有達到催化劑活化溫度TACTo時，中止處理，假設(shè)催化器3沒有儲存氧或釋放氧。
在步驟S4中，執(zhí)行用于計算氧過多/不足量O2IN的子程序(圖4)，并計算流入催化器3的廢氣中的氧過多/不足量。在步驟S5中，執(zhí)行用于計算氧儲存量的高速部分的氧釋放速率A的子程序(圖5)，并計算高速部分的氧釋放速率A。
而且，在步驟S6中，執(zhí)行用于計算氧儲存量的高速部分HO2的子程序(圖6)，并根據(jù)氧過多/不足量O2IN和高速部分的氧釋放速率A來計算高速部分HO2和不儲存為高速部分HO2而溢出到低速部分LO2的OVERFLOW氧量。
在步驟S7中，根據(jù)溢出的氧量OVERDFLOW判定流入催化器3中的氧過多/不足量O2IN是否全部儲存為高速部分HO2。當全部氧過多/不足量O2IN都儲存為高速部分(OVERFLOW＝0)時，處理中止。否則的話，程序執(zhí)行步驟S8，執(zhí)行用于計算低速部分LO2的子程序(圖7)，并根據(jù)從高速部分HO2溢出的溢出氧量OVERFLOW來計算低速部分LO2。
這里，催化劑溫度TCAT是根據(jù)發(fā)動機1的冷卻水溫度、發(fā)動機負載和發(fā)動機轉(zhuǎn)速來估算的，但是也可以將溫度傳感器11裝在催化器3上，如圖1所示，從而直接測量催化器3的溫度。
當催化劑溫度TCAT小于活化溫度TACTo時，不計算氧儲存量，但是可以省略步驟S3，催化劑溫度TCAT的作用可以反應(yīng)在高速部分的氧釋放速率A或低速部分的氧儲存/釋放速率B上，這將在后面進行描述。
下面將描述在步驟S4至S6和步驟S8中所執(zhí)行的子程序。
圖4示出了這樣的子程序，即用于計算流入催化器3的廢氣的氧過多/不足量O2IN。在該子程序中，流入催化器3的廢氣的氧過多/不足量O2IN是根據(jù)催化器3上游的廢氣的空氣燃料比和發(fā)動機1的進氣量來計算的。
首先，在步驟S11中，讀取前部A/F傳感器4的輸出和空氣流量計9的輸出。
然后，在步驟S12中，利用預(yù)定的轉(zhuǎn)換表將前部A/F傳感器4的輸出轉(zhuǎn)換成過多/不足的氧濃度FO2。這里，過多/不足的氧濃度FO2是以在理想配比的空氣燃料比時的氧濃度為基準的相對濃度。如果廢氣的空氣燃料比等于理想配比的空氣燃料比，該值為零，如果與理想配比的空氣燃料比相比為富油，該值為負，如果與理想配比的空氣燃料比相比為貧油，該值為正。
在步驟S13中，利用預(yù)定的轉(zhuǎn)換表將空氣流量計9的輸出轉(zhuǎn)換成進氣量Q，在步驟S14中，進氣量Q與該過多/不足氧濃度FO2相乘，以計算流入催化器3的廢氣的過多/不足氧量O2IN。
因為過多/不足氧濃度FO2具有上述特征，所以當流入催化器3的廢氣為理想配比的空氣燃料比時，該過多/不足氧量O2IN為零，當流入催化器3的廢氣為富油時，該過多/不足氧量O2IN為負，當流入催化器3的廢氣為貧油時，該過多/不足氧量O2IN為正。
圖5示出用于計算氧儲存量的高速部分的氧釋放速率A的子程序。在該子程序中，因為高速部分HO2的氧釋放速率受低速部分LO2的影響，所以，高速部分的氧釋放速率是根據(jù)低速部分LO2來計算的。
首先，在步驟S21中，判定低速部分相對于高速部分的比LO2/HO2是否小于預(yù)定值A(chǔ)R(例如AR＝10)。當判定該比LO2/HO2小于預(yù)定值A(chǔ)R時，即當高速部分HO2相對于低速部分LO2較大時，程序執(zhí)行步驟S22，高速部分的氧釋放速率A被設(shè)定為1.0，表明氧首先從高速部分HO2釋放。
另一方面，當判定LO2/HO2不小于預(yù)定值A(chǔ)R時，氧從高速部分HO2和低速部分LO2釋放，這樣低速部分LO2與高速部分HO2的比不變。然后，程序執(zhí)行步驟S23，計算出高速部分的氧釋放速率A，這不會導(dǎo)致比率LO2/HO2變化。
圖6示出這樣的子程序，即用于計算氧儲存量的高速部分HO2。在該子程序中，高速部分HO2是根據(jù)流入催化器3的廢氣的氧過多/不足量O2IN和高速部分的氧釋放速率A來計算的。
首先，在步驟S31中根據(jù)氧過多/不足量O2IN來判定高速部分HO2是否進行儲存或釋放。
當流入催化器3的廢氣的空氣燃料比為貧油且氧過多/不足量O2IN大于零時，判定高速部分HO2在進行儲存，程序執(zhí)行步驟S32，高速部分HO2由下面等式(1)計算HO2＝HO2z+O2IN (1)其中HO2z在最近一次的高速部分HO2的值。
另一方面，當判定氧過多/不足量O2IN小于零且高速部分在進行釋放時，程序執(zhí)行步驟S33，高速部分HO2由下面等式(2)計算HO2＝HO2z-O2IN×A(2)其中A高速部分HO2的氧釋放速率。
在步驟S34、S35中，判定所計算的HO2是否超過高速部分的最大容量HO2MAX或是否小于最小容量HO2MIN(＝0)。
當高速部分HO2大于最大容量HO2MAX時，程序執(zhí)行步驟S36，并由下面的等式(3)計算未被儲存為高速部分HO2而溢出的溢出氧量(過多量)OVERFLOWOVERFLOW＝HO2-HO2MAX (3)該高速部分HO2被限定為最大容量HO2MAX。
當高速部分HO2小于最小容量HO2MIN時，程序執(zhí)行步驟S37，并通過下面的等式(4)計算未被儲存為高速部分HO2的溢出氧量(不足量)OVERFLOWOVERFLOW＝HO2-HO2MIN (4)該高速部分HO2被限定為最小容量HO2MIN。這里，零被指定為最小容量HO2MIN，這樣當高速部分HO2全部釋放時不足的氧量被計算為負的溢出氧量。
當高速部分HO2在最大容量HO2MAX和最小容量HO2MIN之間時，流入催化器3的廢氣的氧過多/不足量O2IN全部被儲存為高速部分HO2，并將溢出氧量OVERFLOW設(shè)定為零。
這里，當高速部分HO2大于最大容量HO2MAX或小于最小容量HO2MIN時，從高速部分HO2溢出的溢出氧量OVERFLOW被儲存為低速部分LO2。
圖7示出這樣的子程序，即用于計算氧儲存量的低速部分LO2。在該子程序中，根據(jù)從高速部分HO2溢出的溢出氧量OVERFLOW來計算低速部分LO2。
因此，在步驟S41中，低速部分LO2由下面的等式(5)計算LO2＝LO2z+OVERFLOW×B (5)其中LO2z最近一次低速部分LO2的值，以及B低速部分的氧儲存/釋放速率。
這里，低速部分的氧儲存/釋放速率B被設(shè)定為小于1的正值，但是實際上就儲存和釋放而言有不同的特征。而且，真實儲存/釋放速率受到催化劑溫度TCAT和低速部分LO2的影響，這樣儲存速率和釋放速率就可以被獨立設(shè)置成不同值。這時，當溢出氧量OVERFLOW為正時，氧過多，這時的氧儲存速率被設(shè)置為例如較高的催化劑溫度TCAT或較小的低速部分LO2的較大的值。而且，當溢出氧量OVERFLOW為負時，氧不足，這時的氧釋放速率例如可以被設(shè)置為較高的催化劑溫度TCAT或較大的低速部分LO2的較大的值。
在步驟S42、S43中，與在計算高速部分HO2時一樣，判定所計算的低速部分LO2是否超過最大容量LO2MAX或小于最小容量LO2MIN(＝0)。
當超過最大容量LO2MAX時，程序執(zhí)行步驟S44，從低速部分LO2溢出的氧過多/不足量O2OUT由下面的等式(6)計算LO2OUT＝LO2-LO2MAX (6)低速部分LO2被限定成最大容量LO2MAX。氧過多/不足量O2OUT流出到催化器3的下游。
當?shù)退俨糠諰O2小于最小容量時，程序執(zhí)行步驟S45，低速部分LO2被限定為最小容量LO2MIN。
接著，將描述由控制器6執(zhí)行的、氧儲存量計算值的重新設(shè)置。通過在預(yù)定條件下重新設(shè)置氧儲存量的計算值，將消除迄今所積累的計算誤差，并可提高氧儲存量的計算精度。
圖8詳細示出了判定重新設(shè)置的條件的程序。該程序通過催化器3下游的廢氣的空氣燃料比來判定重新設(shè)置氧儲存量(高速部分HO2和低速部分LO2)的條件是否成立，并設(shè)置標記Frich和標記Flean。
首先，在步驟S51中，讀取后部氧傳感器5的輸出，該后部氧傳感器5檢測催化器3下游的廢氣的空氣燃料比。隨后，在步驟S52中，將后部氧傳感器的輸出RO2與貧油判定界限值LDT進行比較，而在步驟S53中，將后部氧傳感器的輸出RO2與富油判定界限值RDT進行比較。
有了這些比較結(jié)果，當后部氧傳感器的輸出RO2小于貧油判定界限值LDT時，程序執(zhí)行步驟S54，標記Flean被設(shè)置為“1”，表示氧儲存量的貧油重新設(shè)置條件成立。當后部氧傳感器的輸出RO2大于富油判定界限值RDT時，程序執(zhí)行步驟S55，標記Frich被設(shè)置為“1”，表示氧儲存量的富油重新設(shè)置條件成立。
當后部氧傳感器的輸出RO2在貧油判定界限值LDT和富油判定界限值RDT之間時，程序執(zhí)行步驟S56，標記Flean和Frich設(shè)置為“0”，表示貧油重新設(shè)置條件和富油重新設(shè)置條件都不成立。
圖9表示用于重新設(shè)置氧儲存量的程序。
根據(jù)該程序，在步驟S61、S62中，根據(jù)標記Flean和Frich的值的不同來判定貧油重新設(shè)置條件或富油重新設(shè)置條件是否成立。
當標記Flean從“0”變?yōu)椤?”時，判定貧油重新設(shè)置條件成立，程序執(zhí)行步驟S63，氧儲存量的高速部分HO2被重新設(shè)置成最大容量HO2MAX。這時，并不執(zhí)行低速部分LO2的重新設(shè)置。另一方面，當標記Frich從“0”變?yōu)椤?”時，判定富油重新設(shè)置條件成立，程序執(zhí)行步驟S64，氧儲存量的高速部分HO2和低速部分LO2被分別重新設(shè)置為最小容量HO2MIN和LO2MIN。
之所以在該條件下執(zhí)行重新設(shè)置，是因為由于低速部分LO2的氧儲存速率慢，即便高速部分HO2達到最大容量而低速部分LO2沒有達到最大容量，氧也會溢流到催化器的下游，當催化器下游的廢氣的空氣燃料比變成貧油時，可以認為至少高速部分HO2達到最大容量。
當催化器下游的廢氣的空氣燃料比變成富油時，氧不從緩慢釋放的低速部分LO2釋放。因此，可以認為高速部分HO2和低速部分LO2都不進行儲存且都處于最小容量。
接著，將描述由控制器6執(zhí)行的空氣燃料比的控制(氧儲存量的常量控制)。
圖10示出了這樣的程序，即用于根據(jù)氧儲存量計算目標空氣燃料比。
根據(jù)該程序，在步驟S71中，讀取當前的氧儲存量的高速部分HO2。在步驟S72中，計算當前的高速部分HO2和高速部分的目標值TGHO2之間的偏差值DHO2(＝催化器3所需的氧過多/不足量)。例如，將高速部分的目標值TGHO2設(shè)置為高速部分的最大容量HO2MAX的一半。
在步驟S73中，所計算的偏差值DHO2被轉(zhuǎn)換成空氣燃料比的等價值，并設(shè)定發(fā)動機1的目標空氣燃料比T-A/F。
因此，根據(jù)該程序，當氧儲存量的高速部分HO2沒有達到目標值時，將發(fā)動機1的目標空氣燃料比設(shè)置為貧油，氧儲存量(高速部分HO2)增加。另一方面，當高速部分HO2超過目標值時，將發(fā)動機1的目標空氣燃料比設(shè)置為富油，氧儲存量(高速部分HO2)減少。
接著將描述通過上述控制所實現(xiàn)的總體作用。
在本發(fā)明的廢氣凈化裝置中，當發(fā)動機1起動時，開始計算催化器3的氧儲存量，并對發(fā)動機1的空氣燃料比進行控制，這樣，催化器3的氧儲存量為常量，從而使催化器3的轉(zhuǎn)換效率保持最高。
催化器3的氧儲存量根據(jù)流入催化器3的廢氣的空氣燃料比和進氣量進行估算，并根據(jù)實際特征曲線將氧儲存量的計算值分成高速部分HO2和低速部分LO2。
具體地說，執(zhí)行計算時假設(shè)，在儲存氧時，高速部分HO2優(yōu)先進行儲存，而當高速部分HO2不能再儲存時，低速部分LO2才開始儲存。計算還假設(shè)，在釋放氧時，當?shù)退俨糠諰O2和高速部分HO2的比(LO2/HO2)小于預(yù)定值A(chǔ)R時，氧優(yōu)先從高速部分HO2釋放，而當比率LO2/HO2達到預(yù)定值A(chǔ)R時，氧同時從低速部分LO2和高速部分HO2釋放，以便保持該比率LO2/HO2。
當計算的氧儲存量的高速部分HO2大于目標值時，控制器6通過將發(fā)動機1的空氣燃料比控制為富油而減少高速部分，而當它小于目標值時，通過將空氣燃料比控制為貧油而增加高速部分HO2。
因此，將氧儲存量的高速部分HO2保持為目標值，即便流入催化器3的廢氣的空氣燃料比偏離理想配比的空氣燃料比，氧也以很高的響應(yīng)速度而立刻儲存為高速部分HO2或立刻釋放為高速部分HO2，催化器周圍的氣體也被校正為理想配比的空氣燃料比，催化器3的轉(zhuǎn)換效率保持最大。
而且，如果計算誤差積累的話，那么計算的氧儲存量偏離真實氧儲存量，不過，在催化器3下游的廢氣變?yōu)楦挥突蜇氂蜁r，對氧儲存量(高速部分HO2和低速部分LO2)進行重新設(shè)置，從而校正在計算值和真實氧儲存量之間的偏差。
圖11示出了當對上述氧儲存量進行常量控制時高速部分HO2是怎樣變化的。
這時，在時間t1，后部氧傳感器5的輸出變得小于貧油判定界限值，貧油重新設(shè)置條件成立，從而將高速部分HO2重新設(shè)置為最大容量HO2MAX。不過，這時低速部分LO2并不必為最大值，從而不重新設(shè)置低速部分，未示出。
在時間t2、t3，后部氧傳感器5的輸出變得大于富油判定界限值，富油重新設(shè)置條件成立，從而將氧儲存量的高速部分HO2重新設(shè)置為最小容量(＝0)。這時，低速部分LO2也被重新設(shè)置為最小容量，未示出。
因而，在催化器3下游的廢氣的空氣燃料比變?yōu)楦挥突蜇氂蜁r，執(zhí)行氧儲存量的計算值的重新設(shè)置，因此，能校正與真實氧儲存量之間的偏差，從而進一步提高催化器的氧儲存量的計算準確性，并增加對空氣燃料比的準確控制，以便保持氧儲存量恒定，并使催化器的轉(zhuǎn)換效率保持較高水平。
以上文字示出了本發(fā)明的廢氣凈化裝置的一個示例。在本發(fā)明中，在將催化器的氧儲存量控制為常量的廢氣凈化裝置中，目的是能高準確地判定催化器性能的退化。下文將參考附圖12和后面的附圖對此進行描述。
圖12是用于判定催化器性能退化的第一實施例中的處理程序，該處理程序與圖10的空氣燃料比控制處理同步定期進行。圖13是一這樣的示圖，示出了執(zhí)行前述處理程序時氧儲存量是怎樣變化的。根據(jù)該實施例，氧儲存量的高速部分基本上按預(yù)定次數(shù)采樣，并將通過該總值計算的氧儲存量的平均值與預(yù)定的參考值進行比較，以便判定催化器的性能退化。
在該處理中，在步驟S81中首先判定性能退化判定允許條件。這例如可以這樣進行，即根據(jù)水溫或催化器溫度判定催化器3是否處于活化狀態(tài)，并當該催化器處于活化狀態(tài)時允許進行性能退化的判定。氧儲存量的總值SUMHO2和用于積分處理的計數(shù)值Csum分別被初始化為0，程序執(zhí)行隨后的性能退化判定區(qū)條件的判定(步驟S82、S83)。性能退化判定區(qū)條件例如可以是發(fā)動機轉(zhuǎn)速、燃料注入量、車速或空氣燃料比控制狀態(tài)，并這樣進行判定，即通過這些條件判定運行狀態(tài)是否在預(yù)定狀態(tài)。這樣一來，可以在排除不適于進行判定的運行狀態(tài)比如當減速時切斷燃料的情況下進行合適的性能退化判定。當不滿足性能退化判定允許條件時，中止當前的處理，系統(tǒng)進入等待狀態(tài)，直到滿足該條件。
在判定催化器的性能退化時，首先在步驟S84中判定在前述富油重新設(shè)置后能否控制氧儲存量，或判定在前述貧油重新設(shè)置時能否控制氧儲存量。例如，這通過引用在圖9所示處理中所用的標記Frich和Flean來進行判定。具體地說，當標記Frich＝1和標記Flean＝0時，在富油重新設(shè)置后進行控制，而當Frich＝0和Flean＝1時，在貧油重新設(shè)置后進行控制。此時，在步驟S85中，當在富油重新設(shè)置后進行控制時，將氧儲存量HO2添加到總值SUMHO2中，并進行SUMHO2的更新處理。另一方面，在步驟S86中，當在貧油重新設(shè)置后進行控制時，將從催化器的最大氧量HO2MAX中減去氧儲存量HO2后的結(jié)果添加到總值SUMHO2中，以更新SUMHO2。在圖13中，標記R表示富油重新設(shè)置，而標記L表示貧油重新設(shè)置。在該示例中，剛好在富油重新設(shè)置之前開始性能退化判定。
在步驟S87、S88中，重復(fù)前述總值SUMHO2的計算，直到計數(shù)值Csum達到預(yù)定的采樣次數(shù)Nc。換句話說，由于該處理的執(zhí)行，單位時間的氧儲存量HO2被Nc次進行了積分。
然后，在步驟S89中，將這樣得到的總值SUMHO2除以采樣次數(shù)Nc，以便計算氧儲存量HO2的平均值A(chǔ)VHO2，并將該平均值A(chǔ)VHO2與預(yù)定的判定值比較。在步驟S810、S811中，當AVHO2＞預(yù)定值時，判定性能退化程度還可以接受，中止該處理，而當AVHO2＜預(yù)定值時，判定催化器性能已經(jīng)退化。該性能退化判定的結(jié)果例如儲存在車輛的自動分析裝置中，或者可以通過指示燈等即時提醒駕駛員。圖13所示的結(jié)果為AVHO2大于預(yù)定值，即當催化器4的性能退化還可以接受時。
在本實施例中，催化器的氧儲存量可以分成高速部分和低速部分，高速部分由催化器中的貴金屬如Pt、Rh、Pd等儲存或釋放，而低速部分由儲氧材料如二氧化鈰相對較慢地進行儲存或釋放。因為與低速部分相比，高速部分以較高儲存速率或釋放速率(下文稱為“儲存/釋放速率”)儲存于催化器中或從催化器中釋放，所以氧儲存量對空氣燃料比波動和催化器性能退化非常敏感。因此，通過利用氧儲存量的高速部分的積分結(jié)果，可以很好地對催化器性能的退化進行判定。
作為一種由氧儲存量的總值判定性能退化的方法，可以提供有一個判定參考值，相對于總值、通過該總值計算的氧儲存量平均值對該判定參考值進行判定，并與判定值進行比較。這使得性能退化的判定更可靠。
除了用于空氣燃料比和氧儲存量的控制的參數(shù)比如氧儲存量的計算結(jié)果外，不需要對其它檢測參數(shù)進行處理以進行性能退化的判定，從而可簡化判定性能退化的處理程序。
而且，總的氧儲存量通過具有相對較高的氧儲存/釋放速率的高速部分和具有較低的氧儲存/釋放速率的低速部分來計算，因此，能更準確地進行性能退化的判定。
圖14示出了用于催化器性能退化判定的第二實施例的處理程序，它與圖10所示的空氣燃料比控制處理同步定期進行。圖15是一這樣的示圖，示出了當執(zhí)行前述處理程序時氧儲存量是怎樣變化。根據(jù)該實施例，通過在每次進行重新設(shè)置處理時對氧儲存量的高速部分進行預(yù)定次數(shù)的采樣，并將由該總值計算的氧儲存量的平均值與判定值進行比較，對催化器的性能退化進行判定。
在該處理中，性能退化判定允許條件的判定方法與圖12中的相同(步驟S91)，當允許在催化器活化狀態(tài)下對性能退化進行判定時，在步驟S92、S93中，氧儲存量的總值SUMHO2和用于積分處理的計數(shù)值Cres分別被初始化為0，然后程序?qū)π阅芡嘶卸▍^(qū)條件進行判定。該性能退化判定區(qū)條件與圖12中的相同，是基于各種發(fā)動機運行狀態(tài)參數(shù)，包括發(fā)動機轉(zhuǎn)速。當不滿足性能退化判定允許條件時，中止本程序，系統(tǒng)進行等待，直到該條件滿足。
在判定催化器的性能退化時，首先通過引用在圖9的處理中所用的標記Frich和Flean來判定是否執(zhí)行富油的重新設(shè)置或貧油的重新設(shè)置(步驟S94)。這里，已知當標記Frich從0轉(zhuǎn)變?yōu)?時，執(zhí)行富油重新設(shè)置，而當標記Flean從0轉(zhuǎn)變?yōu)?時，執(zhí)行貧油重新設(shè)置。當執(zhí)行貧油重新設(shè)置時，在步驟S95中，將剛好在重新設(shè)置之前的氧儲存量HO2添加到總值SUMHO2中以更新SUMHO2。相反，當執(zhí)行富油重新設(shè)置時，在步驟S96中，將從最大氧儲存量HO2MAX中減去剛好在重新設(shè)置之前的儲存量HO2之后的結(jié)果添加到總值SUMHO2中，以便更新SUMHO2。
在步驟S97、S98中，重復(fù)計算該總值SUMHO2，直到計數(shù)值Cres達到預(yù)定數(shù)Nr。換句話說，由于該處理的執(zhí)行，在執(zhí)行富油的重新設(shè)置或貧油的重新設(shè)置Nr次的間隔時間中，對剛好在重新設(shè)置之前的氧儲存量HO2進行積分。
接著，在步驟S99中，將這樣得到的總值SUMHO2除以檢測次數(shù)Nr，以便計算氧儲存量HO2的平均值A(chǔ)VHO2，將該平均值A(chǔ)VHO2與預(yù)定值進行比較。在步驟S910、S911中，當AVHO2＞預(yù)定值時，判定性能退化程度還可以接受，程序中止，而當AVHO2＜預(yù)定值時，判定催化器的性能已經(jīng)退化。該判定結(jié)果例如可以儲存在車輛的自動分析裝置中，或者可以通過指示燈等即時提醒駕駛員。圖15示出了平均值A(chǔ)VHO2大于判定值的情況，即示出了性能沒有退化時的判定結(jié)果。
就上述實施例而言，當通過在每次執(zhí)行重新設(shè)置處理，即對氧儲存量進行初始化時對氧儲存量進行積分，從而對性能退化進行判定時，氧儲存量例如可以在每次重新設(shè)置之前檢測，并通過對其積分而計算總值，以排除因重新設(shè)置處理而引起的有較大變化的氧儲存量，因此，能夠更準確地檢測性能退化。應(yīng)當注意，不管是否進行重新設(shè)置，都可以在預(yù)定時間間隔或采樣預(yù)定次數(shù)時對氧儲存量的總值進行判定，這時，因為在該期間可以進行判定，而不需要等待重新設(shè)置處理，所以能縮短性能退化的判定時間。
圖16示出了用于催化器性能退化判定的第三實施例的程序，它與圖10所示的空氣燃料比控制處理同步定期進行。在該實施例中，測定高速部分的重新設(shè)置頻率，并將該值與判定值進行比較，從而對催化器的性能退化進行判定。
在該處理中，首先以與圖12中相同的方法對性能退化判定允許條件進行判定(步驟S101)。當允許在催化器處于活化狀態(tài)下對性能退化進行判定時，在步驟S102、S103中，在重新設(shè)置之間的總值SUMTint和用于積分處理的計數(shù)值Cint分別被初始化為0，接著，程序?qū)﹄S后的性能退化判定區(qū)條件進行判定，該性能退化判定區(qū)條件與圖12中的相同，是基于各種發(fā)動機運行狀態(tài)參數(shù)來判定的，包括發(fā)動機轉(zhuǎn)速。當不滿足性能退化判定允許條件時，本程序中止，系統(tǒng)進行等待，直到該條件滿足。
為了判定催化器的性能退化，首先檢測有或沒有進行富油重新設(shè)置或貧油重新設(shè)置，當執(zhí)行了其中的一個時，在步驟S104中測量直到下一次執(zhí)行重新設(shè)置的時間Tint。例如引用在圖9的處理中所用的標記Frich和Flean，測量在圖13中從R到L的時間，或者測量在圖15中從L到R的時間。
接著，在每次進行時間測量時，將測得的時間Tint添加到總值SUMTint中，以便更新SUMTint，并增加計數(shù)值Cint。在步驟S105、S107中，重復(fù)該處理，直到計數(shù)值Cint達到預(yù)定數(shù)Ni，即將重新設(shè)置的時間間隔Tint積分Ni次。
然后，在步驟S108中，將這樣得到的總值SUMTint除以檢測次數(shù)Ni，以便計算重新設(shè)置的時間間隔的平均值A(chǔ)VTINT，將該平均值A(chǔ)VTINT與預(yù)定判定值進行比較。在步驟S109、S110中，當AVTINT＞預(yù)定值時，判定性能退化程度還可以接受，本程序中止，而當AVTINT＜預(yù)定值時，判定催化器的性能已經(jīng)退化。該性能退化的判定結(jié)果例如可以儲存在車輛的自動分析裝置中，或者可以通過指示燈等根據(jù)該結(jié)果即時提醒駕駛員。
在該實施例中，當催化器性能逐漸退化時，氧儲存量減少，從而在空氣燃料比控制處理時，催化器周圍氣體的空氣燃料比的波動幅度增大，且貧油判定值或富油判定值超值的頻率增加，即重新設(shè)置處理的頻率增加。因此，可以檢測該重新設(shè)置處理的頻率，當該頻率超過預(yù)定參考值時，判定催化器的性能已經(jīng)退化。
除了用于空氣燃料比和氧儲存量的控制的參數(shù)如氧儲存量的計算結(jié)果外，不需要對其它檢測參數(shù)進行處理以進行性能退化的判定，因此，可簡化判定性能退化的處理程序。
而且，總的氧儲存量通過具有相對較高的氧儲存/釋放速率的高速部分和具有較低的氧儲存/釋放速率的低速部分來計算，因此，能更準確地進行性能退化的判定。
對要求得到專有權(quán)或特許權(quán)的本發(fā)明的實施例作了限定。
本文參引了于2000年2月25日提交的日本專利申請2000-49185中的內(nèi)容。
工業(yè)實用性如上所述，本發(fā)明的廢氣凈化裝置可用作這樣的廢氣凈化裝置，即它能夠不依靠廢氣氧傳感器的輸出反相而進行催化器性能退化的判定。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)動機廢氣凈化裝置，包括一催化器(3)，該催化器(3)設(shè)在發(fā)動機的廢氣通道(2)內(nèi)；一傳感器(4)，該傳感器(4)檢測流入該催化器(3)的廢氣的特性；以及一微處理器(6)，該微處理器(6)的程序設(shè)計為利用檢測的廢氣特性來計算該催化器(3)的氧儲存量，根據(jù)計算的氧儲存量來計算發(fā)動機(1)的目標空氣燃料比，從而使催化器的氧儲存量為預(yù)定的目標值，以及根據(jù)預(yù)定時間的氧儲存量的總值來判定該催化器(3)的性能退化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動機廢氣凈化裝置，還包括一第二傳感器(5)，該第二傳感器(5)檢測流出該催化器(3)的廢氣的空氣燃料比，該微處理器(6)還設(shè)計有這樣的程序執(zhí)行重新設(shè)置處理，即在通過該第二傳感器(5)檢測的從該催化器(3)流出的廢氣的空氣燃料比超過貧油判定值時，使氧儲存量初始化為最大值，而在通過該第二傳感器(5)檢測的從該催化器(3)流出的廢氣的空氣燃料比超過富油判定值時，使氧儲存量初始化為最小值，并且根據(jù)在每次執(zhí)行重新設(shè)置處理時的氧儲存量的總值判定該催化器(3)的性能已退化。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動機廢氣凈化裝置，其特征在于，該催化器(3)的氧儲存量為高速部分，該高速部分有相對較高的氧吸收/釋放速率。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動機廢氣凈化裝置，其特征在于該微處理器(6)還設(shè)計有這樣的程序，即將氧儲存量的總值與其平均值進行比較，并當總值等于或小于判定值時判定該催化器(3)的性能已退化。
5.一種發(fā)動機廢氣凈化裝置，包括一催化器(3)，該催化器(3)設(shè)在發(fā)動機廢氣通道(2)內(nèi)；一第一傳感器(4)，該第一傳感器(4)檢測流入該催化器(3)的廢氣的特性；一第二傳感器(5)，該第二傳感器(5)檢測流出該催化器(3)的廢氣的空氣燃料比；以及一微處理器(6)，該微處理器(6)的程序設(shè)計為利用檢測的廢氣特性來計算該催化器(3)的氧儲存量，執(zhí)行重新設(shè)置處理，即在通過該第二傳感器(5)檢測的從該催化器(3)流出的廢氣的空氣燃料比超過貧油判定值時，使氧儲存量初始化為最大值，而在通過該第二傳感器(5)檢測的從該催化器(3)流出的廢氣的空氣燃料比超過富油判定值時，使氧儲存量初始化為最小值，根據(jù)計算的氧儲存量來計算發(fā)動機(1)的目標空氣燃料比，從而使該催化器(3)的氧儲存量為預(yù)定的目標值，并且將重新設(shè)置的處理頻率與判定值進行比較，并當重新設(shè)置的處理頻率超過判定值時判定該催化器(3)的性能已經(jīng)退化。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任意一項所述的發(fā)動機廢氣凈化裝置，其特征在于，該微處理器(6)設(shè)計有這樣的程序，即由具有相對較高的氧吸收/釋放速率的高速部分和具有低于高速部分的氧吸收/釋放速率的低速部分來計算催化器的氧儲存量。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或5中任意一項所述的發(fā)動機廢氣凈化裝置，其特征在于，該廢氣特性是空氣燃料比或氧濃度。
8.一種發(fā)動機廢氣凈化裝置，包括一催化器(3)，該催化器(3)設(shè)在發(fā)動機的廢氣通道(2)內(nèi)；用于檢測流入該催化器(3)的廢氣的特性的裝置(4)；利用檢測的廢氣特性來計算該催化器(3)的氧儲存量的裝置；根據(jù)計算的氧儲存量來計算發(fā)動機(1)的目標空氣燃料比，從而使催化器的氧儲存量為預(yù)定的目標值的裝置，以及根據(jù)預(yù)定時間的氧儲存量的總值來判定該催化器(3)的性能退化的裝置。
9.一種用于判定催化器的性能退化的方法，包括利用檢測的廢氣特性來計算催化器(3)的氧儲存量，根據(jù)計算的氧儲存量來計算發(fā)動機(1)的目標空氣燃料比，從而使催化器的氧儲存量為預(yù)定的目標值，以及根據(jù)預(yù)定時間的氧儲存量的總值來判定該催化器(3)的性能退化。
10.一種發(fā)動機廢氣凈化裝置，包括一催化器(3)，該催化器(3)設(shè)在發(fā)動機廢氣通道(2)內(nèi)；用于檢測流入該催化器(3)的廢氣的特性的裝置(4)；用于檢測流出該催化器(3)的廢氣的空氣燃料比的裝置(5)；利用檢測的廢氣特性來計算該催化器(3)的氧儲存量的裝置(6)；執(zhí)行重新設(shè)置處理，即在通過第二傳感器(5)檢測的從該催化器(3)流出的廢氣的空氣燃料比超過貧油判定值時，使氧儲存量初始化為最大值，而在通過第二傳感器(5)檢測的從該催化器(3)流出的廢氣的空氣燃料比超過富油判定值時，使氧儲存量初始化為最小值的裝置(6)，根據(jù)計算的氧儲存量來計算發(fā)動機(1)的目標空氣燃料比，從而使該催化器(3)的氧儲存量為預(yù)定的目標值的裝置(6)，以及用于將重新設(shè)置的處理頻率與判定值進行比較的裝置(6)；以及當重新設(shè)置的處理頻率超過判定值時判定該催化器(3)的性能已經(jīng)退化的裝置(6)。
11.一種用于判定催化器的性能退化的方法，包括利用檢測的廢氣特性來計算催化器(3)的氧儲存量，執(zhí)行重新設(shè)置處理，即在通過第二傳感器(5)檢測的從催化器(3)流出的廢氣的空氣燃料比超過貧油判定值時，使氧儲存量初始化為最大值，而在通過第二傳感器(5)檢測的從催化器(3)流出的廢氣的空氣燃料比超過富油判定值時，使氧儲存量初始化為最小值，根據(jù)計算的氧儲存量來計算發(fā)動機(1)的目標空氣燃料比，從而使催化器(3)的氧儲存量為預(yù)定的目標值，將重新設(shè)置的處理頻率與判定值比較，并且當重新設(shè)置的處理頻率超過判定值時判定該催化器(3)的性能已經(jīng)退化。
全文摘要
微處理器(6)根據(jù)真實特性分別針對高速部分和低速部分計算催化器(3)的氧儲存量。計算發(fā)動機(1)的目標空氣燃料比并對發(fā)動機(1)的空氣燃料比進行控制,從而使高速部分為常量。通過在預(yù)定次數(shù)的空氣燃料比控制處理過程中對所計算的氧儲存量的高速部分進行積分,并將其平均值與判定值進行比較,從而判定催化器(3)性能的退化。對敏感于催化器的性能退化的高速部分的氧儲存量進行積分,以便獲得高度精確的判定結(jié)果來判定催化器的性能退化。
文檔編號F02D41/02GK1363012SQ01800338
公開日2002年8月7日 申請日期2001年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2000年2月25日
發(fā)明者角山雅智, 柿崎成章, 松野修 申請人:日產(chǎn)自動車株式會社