專(zhuān)利名稱：內(nèi)燃機(jī)廢氣排放控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種內(nèi)燃機(jī)排氣控制裝置，更具體地說(shuō)是涉及一種在發(fā)動(dòng)機(jī)剛起動(dòng)后就促 進(jìn)催化作用并通過(guò)催化劑的早期活化提高排放控制性能的排氣控制裝置。
背景技術(shù)：
包括例如THC (全部HC)等的在催化劑還未被活化的冷起動(dòng)中從發(fā)動(dòng)機(jī)排出的有害成 分占發(fā)動(dòng)機(jī)各種運(yùn)行模式下產(chǎn)生的THC總排放量的相當(dāng)大的百分比。因此，眾所周知，重 要的是在冷起動(dòng)中采取提高排放控制性能的措施。可達(dá)到上述目標(biāo)的措施之一是發(fā)動(dòng)機(jī)剛 起動(dòng)后首先通過(guò)特征為發(fā)動(dòng)機(jī)排放廢氣(尤其是HC)濃度低且允許燃燒波動(dòng)的開(kāi)環(huán)(后文 簡(jiǎn)稱為0/U控制將廢氣空氣-燃料比在富側(cè)設(shè)為基本穩(wěn)定值的方法。當(dāng)之后02傳感器被激 活時(shí)，將開(kāi)環(huán)控制轉(zhuǎn)換為用于根據(jù)來(lái)自02傳感器的輸出獲得理論空氣-燃料比的反饋控制 (后文稱為02—F/B控制)。
然而，該方法具有排放控制性能很受三向催化劑的貴金屬支持量影響的缺點(diǎn)。該缺點(diǎn) 在0/L控制向02 — F/B控制的轉(zhuǎn)換過(guò)程中尤為明顯。當(dāng)貴金屬支持量減少時(shí)，排放控制性 能大幅度下降。如果貴金屬支持量短缺，則該常規(guī)方法不能提供令人滿意的排放控制性能。 相反，如果為確保令人滿意的排放控制性能而增加貴金屬支持量，則會(huì)引起其它問(wèn)題，包 括成本提高，由于催化能力增加而導(dǎo)致的壓降增加等。
同時(shí)， 一種實(shí)施用于抑制發(fā)動(dòng)機(jī)剛起動(dòng)后有害成分的排放的目的的空氣-燃料比強(qiáng)制 調(diào)制的技術(shù)已被提出(例如可見(jiàn)日本專(zhuān)利第3392197號(hào))。該強(qiáng)制調(diào)制是使發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣 空氣-燃料比以給定的振幅在富和稀方向之間交替地強(qiáng)制波動(dòng)的控制。根據(jù)上述公報(bào)中公 開(kāi)的技術(shù)，強(qiáng)制調(diào)制在冷起動(dòng)時(shí)實(shí)行，并且在富方向上的調(diào)制過(guò)程中在催化劑上發(fā)生還原 反應(yīng)。同時(shí)，在稀方向上的調(diào)制過(guò)程中在催化劑上發(fā)生氧化反應(yīng)。這樣就促進(jìn)催化劑溫升 并提高排放控制性能。
根據(jù)該公報(bào)中公開(kāi)的技術(shù)，強(qiáng)制調(diào)制在02傳感器被激活后轉(zhuǎn)換至常規(guī)的02—F/B控制。 然而，考慮到空氣-燃料比的波動(dòng)在轉(zhuǎn)換完成之后還要持續(xù)一段時(shí)間的阻礙廢氣空氣-燃料 比向理論空氣-燃料比的快速靠近(即，在催化劑窗口內(nèi))的現(xiàn)象，強(qiáng)制調(diào)制過(guò)程中廢氣
空氣-燃料比的振幅與和催化劑的活化狀態(tài)相關(guān)的發(fā)動(dòng)機(jī)水溫的升高成比例地減小。這樣 就加強(qiáng)了向02—F/B控制轉(zhuǎn)換時(shí)向理論空氣-燃料比的靠近。
然而，在該公報(bào)中公開(kāi)的技術(shù)中，廢氣空氣-燃料比的振幅被設(shè)置，將最高優(yōu)先權(quán)賦 予從強(qiáng)制調(diào)制向02—F/B控制的轉(zhuǎn)換能力。因此，很難說(shuō)該設(shè)置對(duì)于加速催化劑的溫升， 即對(duì)于由于早期活化而獲得的排放控制性能的提高是合適的。
換言之，由強(qiáng)制調(diào)制引起的發(fā)生在催化劑上的還原及氧化反應(yīng)與隨廢氣提供至催化劑 上的C0和02的數(shù)量緊密相關(guān)。因此，除非該提供量被合適地控制，否則不可能實(shí)5見(jiàn)合適 的還原及氧化反應(yīng)，即溫升的充分加速。該公報(bào)中公開(kāi)的技術(shù)僅在向02—F/B控制的轉(zhuǎn)換 的前提下控制廢氣空氣-燃料比的振幅。因此不可能在強(qiáng)制調(diào)制過(guò)程中向催化劑提供足夠 數(shù)量的CO和02。這樣會(huì)導(dǎo)致排放控制性能無(wú)法通過(guò)催化劑溫升的加速而提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的提出是為了解決上述問(wèn)題。本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種內(nèi)燃機(jī)廢氣排放控制裝 置，該裝置能夠通過(guò)在后發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)(post-engine-start) 02—F/B控制開(kāi)始之前實(shí)施強(qiáng) 制調(diào)制的步驟提高排放控制性能，適當(dāng)?shù)乜刂茝U氣空氣-燃料比的調(diào)整狀態(tài)以向催化劑提 供足夠數(shù)量的CO和02，以及通過(guò)催化劑溫升的加速獲得早期活化而與催化劑的貴金屬的 支持量無(wú)關(guān)。
為了達(dá)到上述目標(biāo)，本發(fā)明具有置于內(nèi)燃機(jī)排氣通道中的催化劑，置于排氣通道中位 于催化劑上游的空氣-燃料比探測(cè)裝置，根據(jù)空氣-燃料比探測(cè)裝置的輸出實(shí)行反饋控制使 內(nèi)燃機(jī)的實(shí)際空氣-燃料比靠近目標(biāo)空氣-燃料比的反饋控制裝置，和在內(nèi)燃機(jī)起動(dòng)之后反 饋控制裝置運(yùn)行之前運(yùn)行并在稀空氣-燃料比和富空氣-燃料比之間強(qiáng)制波動(dòng)流向催化劑 的排氣的空氣-燃料比的用于控制空氣-燃料比波動(dòng)的裝置。該用于控制空氣-燃料比波動(dòng) 的裝置根據(jù)催化劑進(jìn)口處的排氣中的CO和02濃度均高于反饋控制裝置運(yùn)行時(shí)的濃度確定 的周期和振幅運(yùn)行。
結(jié)果，廢氣空氣-燃料比在后發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)反饋控制開(kāi)始之前被強(qiáng)制波動(dòng)，并且此時(shí)廢 氣空氣-燃料比波動(dòng)的振幅和周期設(shè)置成使排氣中的CO和(V濃度均高于反饋控制期間的濃 度。這樣可以使足夠數(shù)量的CO和02提供到催化劑上。而且，通過(guò)加速催化劑的溫升而不 增加催化劑的貴金屬支持量可獲得早期活化。因此可提高排放控制性能。
最好將由用于控制空氣-燃料比波動(dòng)的裝置引起的波動(dòng)振幅設(shè)置為大于反饋控制裝置 運(yùn)行期間的振幅。
因此，當(dāng)廢氣空氣-燃料比由于用于控制空氣-燃料比波動(dòng)的裝置發(fā)生波動(dòng)時(shí)，波動(dòng)振 幅被設(shè)置為比反饋控制裝置運(yùn)行期間的振幅更高。因此，更加足夠數(shù)量的CO和02被提供 到催化劑上，并且溫升能夠被加速。
最好將由用于控制空氣-燃料比波動(dòng)的裝置引起的波動(dòng)的振幅設(shè)置為在富空氣-燃料 比側(cè)比在稀空氣-燃料比側(cè)更大。
為了快速清除稀周期內(nèi)由貴金屬部分吸收的02并加強(qiáng)貴金屬的活性，理想的是提供濃 度高于(V濃度的還原氣體(CO， H2及HC)。在該情形下，所述振幅設(shè)置成在富空氣-燃料比 一側(cè)比稀空氣-燃料比一側(cè)更高，以使提供至催化劑進(jìn)口的CO濃度升高。因此，由于稀/ 富調(diào)制，與02共存的狀況相比，反應(yīng)(氧化)熱更容易產(chǎn)生，催化劑的溫升能被進(jìn)一步加 速。
最好將由用于控制空氣-燃料比波動(dòng)的裝置引起的波動(dòng)的周期設(shè)置為在富空氣-燃料 比側(cè)比在稀空氣-燃料比側(cè)更短。
有兩種不同的情況，由于催化劑的儲(chǔ)氧能力，允許稀階段一定的持續(xù)時(shí)間。另一方面， 如果高濃度的CO和HC持續(xù)流入催化劑，并且然后超過(guò)催化劑儲(chǔ)氧能力維持還原氣氛，則 催化劑的貴金屬的活性下降。通過(guò)將廢氣空氣-燃料比的波動(dòng)周期設(shè)置為在富空氣-燃料比 一側(cè)比稀空氣-燃料比一側(cè)更短，兩個(gè)條件均得到滿足，催化劑的溫升得到有效加速。
如果由用于控制空氣-燃料比波動(dòng)的裝置引起的波動(dòng)的振幅設(shè)置為在富空氣-燃料比 側(cè)比在稀空氣-燃料比側(cè)更大，則可以在催化劑進(jìn)口處的02和CO濃度同時(shí)升高后快速清除 由貴金屬部分吸收的02并加強(qiáng)貴金屬的活性。


下文將參考附圖介紹本發(fā)明的實(shí)質(zhì)及本發(fā)明的其它目標(biāo)和優(yōu)點(diǎn)，其中所有附圖中相同 的參考字符標(biāo)于相同或相似的部分上。
圖1是顯示發(fā)動(dòng)機(jī)及其根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的廢氣排放控制裝置的整體結(jié)構(gòu)的示意
圖2是顯示由于強(qiáng)制調(diào)制過(guò)程中廢氣空氣-燃料比的振幅不同引起的C0和02濃度變化 的特性圖3是顯示由ECU實(shí)施的起動(dòng)排放控制程序的流程圖4是顯示第一實(shí)施例中的強(qiáng)制調(diào)制過(guò)程中廢氣空氣-燃料比的波形圖形的時(shí)刻表； 圖5是顯示由第一實(shí)施例的ECU實(shí)施的強(qiáng)制調(diào)制參數(shù)計(jì)算程序的流程圖6是顯示與發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)時(shí)的催化劑溫度相關(guān)的排放控制的轉(zhuǎn)換狀況及所需02和CO 濃度的變化的時(shí)刻表；
圖7是由強(qiáng)制調(diào)制獲得的發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣濃度與由0/L控制及02_F/B控制獲得的廢氣濃 度進(jìn)行對(duì)比的特性圖8是在強(qiáng)制調(diào)制過(guò)程中NMHC凈化效率方面0/L控制及02—F/B控制互相進(jìn)行對(duì)比的 特性圖9是在強(qiáng)制調(diào)制過(guò)程中CO凈化效率方面0/L控制及02—F/B控制互相進(jìn)行對(duì)比的特 性圖10是在強(qiáng)制調(diào)制過(guò)程中NOx凈化效率方面0/L控制及02 — F/B控制互相進(jìn)行對(duì)比的 特性圖11是顯示由第二實(shí)施例的ECU實(shí)施的強(qiáng)制調(diào)制參數(shù)計(jì)算程序的流程圖；以及
圖12是顯示第二實(shí)施例中的強(qiáng)制調(diào)制過(guò)程中廢氣空氣-燃料比的波形圖形的時(shí)刻表。
具體實(shí)施例方式
下文將介紹實(shí)施本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣排放裝置的第一實(shí)施例。
圖1是示意性地顯示發(fā)動(dòng)機(jī)及其根據(jù)第一實(shí)施例的廢氣排放控制裝置的整體結(jié)構(gòu)的示 意圖，并且涉及缸內(nèi)噴射型直列四缸汽油發(fā)動(dòng)機(jī)1。 DOHC四閥型閥驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)用于發(fā)動(dòng)機(jī)1。 安裝在汽缸蓋2上的進(jìn)氣凸輪軸3和排氣凸輪軸4由未圖示的曲軸旋轉(zhuǎn)。進(jìn)氣閥5和排氣 閥6由凸輪軸3和4按照給定的時(shí)刻開(kāi)/關(guān)。
在每個(gè)汽缸中，電磁噴油閥8與火花塞7—起固定至汽缸蓋2。從未圖示的燃油泵提 供的高壓燃油根據(jù)噴油閥8的開(kāi)/關(guān)被直接噴射進(jìn)燃燒室9中。進(jìn)氣口 10形成在汽缸蓋2 中以在基本豎直方向上在凸輪軸3和4之間延伸。當(dāng)進(jìn)氣閥5打開(kāi)時(shí)，進(jìn)氣通過(guò)空氣濾清 器ll，節(jié)流閥12，緩沖箱13，進(jìn)氣總管14和進(jìn)氣口 10被導(dǎo)入至燃燒室9中。燃燒后的 廢氣隨排氣閥6的打開(kāi)從燃燒室9排至排氣口 15，并通過(guò)排氣道16和三向催化劑17排向 大氣。
在汽車(chē)內(nèi)部安裝未圖示的輸入/輸出裝置，用于存儲(chǔ)控制程序，控制圖等的存儲(chǔ)裝置 (ROM, RAM等)，中央處理單元(CPU)和實(shí)行發(fā)動(dòng)機(jī)1的綜合控制的帶定時(shí)器等的ECU (發(fā) 動(dòng)機(jī)控制單元)21。 ECU21的輸入側(cè)與各種傳感器連接，該傳感器包括探測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)1的冷 卻劑溫度L的水溫傳感器22，探測(cè)節(jié)流開(kāi)度6th的節(jié)流傳感器23，探測(cè)流入三向催化劑
17的廢氣溫度(后文稱為進(jìn)口溫度)L的溫度傳感器24，和根據(jù)廢氣中CV濃度改變輸出 的02傳感器25 (空氣-燃料比探測(cè)裝置)等。ECU 21的輸出側(cè)與各種裝置連接，該裝置包 括噴油閥8，驅(qū)動(dòng)火花塞7的點(diǎn)火器26等。
ECU21根據(jù)來(lái)自各個(gè)傳感器的探測(cè)信息確定點(diǎn)火時(shí)刻，噴油量等，并通過(guò)根據(jù)控制量 驅(qū)動(dòng)點(diǎn)火器26和噴油閥8控制發(fā)動(dòng)機(jī)1的運(yùn)轉(zhuǎn)。
在發(fā)動(dòng)機(jī)1的冷起動(dòng)中，ECU 21根據(jù)02傳感器25 (反饋控制裝置)的輸出實(shí)施旨在 達(dá)到目標(biāo)空氣-燃料比(例如理論空氣-燃料比)的02—F/B控制，并通過(guò)02—F/B控制之 前的0/L控制實(shí)行強(qiáng)制調(diào)制(控制空氣-燃料比波動(dòng)的裝置)。當(dāng)實(shí)施強(qiáng)制調(diào)制時(shí)，ECU 21 根據(jù)從催化劑溫度Tw等獲得的CO和02濃度的目標(biāo)值(下文所述的CO和02濃度所需值) 設(shè)定用于獲得這些目標(biāo)值的強(qiáng)制調(diào)制的振幅，周期等的控制量，并根據(jù)該控制量通過(guò)強(qiáng)制 調(diào)制控制提供至三向催化劑17的CO和02的提供量。下文將介紹冷起動(dòng)時(shí)的排放控制。
在介紹ECU 21的控制之前，首先介紹根據(jù)強(qiáng)制調(diào)制的執(zhí)行狀態(tài)的廢氣中的CO和02的 濃度特性。
圖2是顯示由于強(qiáng)制調(diào)制過(guò)程中廢氣空氣-燃料比的振幅的不同引起的CO和02濃度變 化的特性圖。廢氣中的CO和02濃度隨廢氣空氣-燃料比的改變而沿圖2中的特性曲線升高 或降低。更具體地，當(dāng)廢氣空氣-燃料比變高時(shí)，CO濃度逐漸降低，而(V濃度逐漸升高。 在強(qiáng)制調(diào)制過(guò)程中，C0和02濃度在對(duì)應(yīng)于各個(gè)特征曲線上相對(duì)于波形圖形的每個(gè)周期的廢 氣空氣-燃料比的振幅的區(qū)域內(nèi)重復(fù)地升高及降低，并且每個(gè)周期的C0和02的平均濃度根 據(jù)該廢氣空氣-燃料比的振幅一起升高或降低。在圖2中，在中心空氣-燃料比為14.5的 前提下，在振幅為士O. 1的情形和振幅為土O. 5的情形之間進(jìn)行對(duì)比。與振幅為土O. 1的情 形相比，如果將振幅提高到土0.5，則每個(gè)周期的CO和02的平均濃度(在圖2中以〃Ave〃 表示) 一起升高。
圖3是顯示由ECU 21實(shí)施的起動(dòng)排放控制程序的流程圖。ECU 21在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)以 給定的控制間隔實(shí)行該程序。
首先，在步驟S2中實(shí)行發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)模式。
在起動(dòng)模式下，通過(guò)0/L控制適當(dāng)?shù)貙?shí)行用于從曲柄起動(dòng)至完全爆發(fā)判斷的起動(dòng)時(shí)間 的起動(dòng)增量補(bǔ)償，后起動(dòng)增量補(bǔ)償?shù)?，以保證發(fā)動(dòng)機(jī)的平穩(wěn)起動(dòng)。發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)模式的內(nèi)容 是為人熟知的。此時(shí)通過(guò)后起動(dòng)增量補(bǔ)償實(shí)行的燃油控制對(duì)應(yīng)于根據(jù)如"背景技術(shù)"中所述 的在02傳感器被激活之前實(shí)現(xiàn)的富空氣-燃料比的0/L控制。
然后在步驟S4中采集各種傳感器信息，包括冷卻劑溫度T.，節(jié)流開(kāi)度e吣進(jìn)口溫度L等。在接下來(lái)的步驟S6中計(jì)算從起動(dòng)完成(完全爆發(fā)判斷)起經(jīng)過(guò)的時(shí)間。步驟S8確 定02傳感器25的激活條件，步驟S10根據(jù)進(jìn)口溫度Ts,估計(jì)催化劑溫度T^。雖然催化劑 溫度乙t從定義預(yù)設(shè)的進(jìn)口溫度TM和預(yù)設(shè)的催化劑溫度Tw之間的關(guān)系的圖中計(jì)算，但是 計(jì)算催化劑溫度T^的方法并不受以上方法局限。例如，取代從進(jìn)口溫度L估計(jì)，可以直 接探測(cè)三向催化劑.17的底座溫度或簡(jiǎn)單地根據(jù)冷卻劑溫度T.及起動(dòng)完成后經(jīng)過(guò)的時(shí)間得 到催化劑溫度T^。
接下來(lái)的步驟S12計(jì)算強(qiáng)制調(diào)制參數(shù)。在本實(shí)施例中，強(qiáng)制調(diào)制過(guò)程中廢氣空氣-燃 料比的振幅及周期作為強(qiáng)制調(diào)制的參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。下文將進(jìn)行詳述。
此后，步驟S14進(jìn)行有關(guān)起動(dòng)強(qiáng)制調(diào)制的條件是否滿足的確定。所設(shè)定的起動(dòng)強(qiáng)制調(diào) 制的條件維持如果實(shí)行使發(fā)動(dòng)機(jī)1的廢氣空氣-燃料比強(qiáng)制波動(dòng)的強(qiáng)制調(diào)制則沒(méi)有問(wèn)題發(fā) 生這樣的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。所述確定例如根據(jù)下列項(xiàng)目(1)至(5)進(jìn)行
(1) 發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載，更具體地，為節(jié)流開(kāi)度9th，容積效率等
(2) 發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)完成后經(jīng)過(guò)的時(shí)間
(3) 冷卻劑溫度T,
(4) 02傳感器激活后經(jīng)過(guò)的時(shí)間
(5) 催化劑溫度T^
如果步驟S14根據(jù)這些項(xiàng)目確定起動(dòng)強(qiáng)制調(diào)制的條件未得到滿足并作出N0 (否定)的 判斷，則程序結(jié)束。在此情形下，根據(jù)如常規(guī)控制中基本穩(wěn)定的富空氣-燃料比的0/L控 制以步驟S2的發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)模式持續(xù)地實(shí)行。
如果步驟S14確定起動(dòng)強(qiáng)制調(diào)制的條件得到滿足并作出YES (肯定)的判斷，則程序 將轉(zhuǎn)至步驟S16，該步驟實(shí)施廢氣空氣-燃料比的強(qiáng)制調(diào)制。根據(jù)本實(shí)施例，廢氣空氣-燃 料比在富和稀方向上相對(duì)于中心空氣-燃料比的波動(dòng)量被設(shè)置為彼此相等，并且一個(gè)周期 中在富和稀方向上的波動(dòng)周期也被設(shè)置為彼此相等的波形圖形被應(yīng)用于強(qiáng)制調(diào)制中。圖4 是顯示強(qiáng)制調(diào)制過(guò)程中廢氣空氣-燃料比的波形圖形的時(shí)刻表。在中心空氣-燃料比為14.5 的前提下，振幅和周期分別被設(shè)置為1.0和0.2秒。振幅被設(shè)置為土0.5。對(duì)于所述周期， 富和稀波動(dòng)周期均被設(shè)置為0. 1秒。
步驟S18作出完成強(qiáng)制調(diào)制的條件是否滿足的確定。完成強(qiáng)制調(diào)制的條件設(shè)置為如果 程序在強(qiáng)制調(diào)制結(jié)束后(簡(jiǎn)言之，三向催化劑17已被活化)轉(zhuǎn)向常規(guī)的02—F/B控制則排 放控制性能不下降這樣的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀況。該確定是在例如催化劑溫度T^等的基礎(chǔ)上作 出的。
如果步驟S18的判斷為N0，則程序返回至步驟S16。因此，步驟S16的強(qiáng)制調(diào)制持續(xù) 進(jìn)行，直到完成強(qiáng)制調(diào)制的條件滿足。當(dāng)步驟S18的判斷由于完成強(qiáng)制調(diào)制的條件得到滿 足而為YES時(shí)，在步驟S20中強(qiáng)制調(diào)制被轉(zhuǎn)換至基于02傳感器的輸出的對(duì)于理論空氣-燃 料比的02—F/B控制。然后程序結(jié)束。為了防止強(qiáng)制調(diào)制轉(zhuǎn)換至02_F/B控制時(shí)運(yùn)行狀態(tài) 的突變的目的而設(shè)定轉(zhuǎn)移時(shí)間(圖6中所示)，以使振幅和周期在轉(zhuǎn)移時(shí)間內(nèi)逐漸減少以 緩慢地轉(zhuǎn)變至02—F/B控制。
ECU 21根據(jù)圖5所示的強(qiáng)制調(diào)制參數(shù)的計(jì)算程序?qū)嵭胁襟ES12的處理。下文介紹由 ECU 21進(jìn)行的處理。
首先，在步驟S22中計(jì)算所需的02濃度，在步驟S24中計(jì)算所需的C0濃度。計(jì)算處 理根據(jù)所需的02和CO濃度基于由步驟S10的處理估計(jì)的催化劑溫度T。at相對(duì)于催化劑溫度 乙t的各個(gè)值預(yù)設(shè)的映射圖實(shí)行。
在步驟S26和S28中確定強(qiáng)制調(diào)制過(guò)程中提供所需02和CO濃度的波形圖形，然后程 序結(jié)束。換言之，根據(jù)本實(shí)施例，因?yàn)閺?qiáng)制調(diào)制過(guò)程中廢氣空氣-燃料比在富和稀方向上 相同的波動(dòng)量和周期，波形圖形根據(jù)振幅和周期確定。因此，步驟S26從所需的02和CO 濃度確定廢氣空氣-燃料比的振幅，而步驟S28從所需的02和CO濃度確定廢氣空氣-燃料 比的周期。上述處理根據(jù)振幅和周期被相對(duì)于各個(gè)所需的02和CO濃度設(shè)定的映射圖進(jìn)行。
在步驟S26中，與由0/L控制和02—F/B控制引起的廢氣空氣-燃料比的波動(dòng)相比，廢 氣空氣-燃料比的振幅被設(shè)置為更大的值。更具體地，在0/L控制過(guò)程中產(chǎn)生廢氣空氣-燃 料比的振蕩，在02—F/B控制過(guò)程中廢氣空氣-燃料比通過(guò)反饋發(fā)生波動(dòng)。步驟S26中設(shè)置 的振幅大于該振蕩和波動(dòng)。
振幅和周期沒(méi)有必要根據(jù)所需的02和CO濃度而同時(shí)改變。例如，可以根據(jù)所需的02 度和CO濃度僅設(shè)定振幅，而將周期設(shè)定為給定的固定值。相反，也可以根據(jù)所需的02和 CO濃度僅設(shè)定周期，而將振幅設(shè)定為給定的固定值。
振幅和周期的設(shè)定可以不僅考慮所需的02和CO濃度設(shè)定而且考慮其它因素，包括三
向催化劑n的類(lèi)型(諸如pt， Pd及Rh的貴金屬的混合量)，儲(chǔ)氧能力，性能下降程度，
用于根據(jù)排放控制等減少?gòu)U氣的目標(biāo)成分(其中有害成分應(yīng)優(yōu)先減少)等。更具體地，振 幅和周期的計(jì)算可以考慮已知的催化劑類(lèi)型和儲(chǔ)氧能力，或者考慮已通過(guò)熟知的性能下降
判斷方法估計(jì)的三向催化劑17的性能下降程度。振幅和周期也可以根據(jù)HC和N0x是否被 優(yōu)先減少而計(jì)算。
取決于強(qiáng)制調(diào)制過(guò)程中的振幅和周期，燃燒波動(dòng)產(chǎn)生較大的扭矩波動(dòng)并使驅(qū)動(dòng)能力下
降。因此，在步驟S26和S28中，如果預(yù)設(shè)的振幅和周期超過(guò)考慮扭矩波動(dòng)確定的可接受 值，則振幅和周期的上限可以被限制為該可接受值。
圖6是顯示發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)中排放控制的轉(zhuǎn)換條件及與催化劑溫度相關(guān)的所需02和CO 濃度的轉(zhuǎn)移的時(shí)刻表。通過(guò)ECU 21的處理，作為發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)模式在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)及發(fā)動(dòng) 機(jī)即刻起動(dòng)后實(shí)行通過(guò)0/L控制進(jìn)行的起動(dòng)增量補(bǔ)償和后起動(dòng)增量補(bǔ)償。強(qiáng)制調(diào)制繼而開(kāi) 始。在圖6所示的實(shí)例中，強(qiáng)制調(diào)制過(guò)程中所需02濃度被設(shè)為0.6%，所需CO濃度被設(shè)為 0.9%。其后，強(qiáng)制調(diào)制通過(guò)轉(zhuǎn)移周期轉(zhuǎn)換至02—F/B控制。結(jié)果，所需02和C0濃度低于 強(qiáng)制調(diào)制時(shí)的濃度。
圖7是發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)模式中由于強(qiáng)制調(diào)制的發(fā)動(dòng)機(jī)出口 (即催化劑入口)廢氣濃度與由 于0/L控制及02_F/B控制的廢氣濃度進(jìn)行對(duì)比的特性圖。圖7所示為作為第一實(shí)施例的 強(qiáng)制調(diào)制的數(shù)據(jù)，其中圖4所示的振幅和周期在富和稀方向上均被設(shè)置為±0. 5和0. 1秒。 如圖7所示，雖然根據(jù)平均空氣-燃料比略有不同，但是與0/L控制及02 — F/B控制過(guò)程中 相比，02和C0濃度在強(qiáng)制調(diào)制過(guò)程中都有所提高，而NOx維持在低水平。然后可以獲得與 催化劑溫度相關(guān)聯(lián)的期望的廢氣特性。因?yàn)榇颂匦裕趶?qiáng)制調(diào)制過(guò)程中可以實(shí)現(xiàn)圖6中所 示的所需的02和C0濃度。
圖8是強(qiáng)制調(diào)制過(guò)程中0/L控制及()2—F/B控制在NMHC (非甲烷HC)凈化效率方面進(jìn) 行互相對(duì)比的特性圖。圖9是強(qiáng)制調(diào)制過(guò)程中0/L控制及()2—F/B控制在CO凈化效率方面 進(jìn)行互相對(duì)比的特性圖。圖10是強(qiáng)制調(diào)制過(guò)程中0/L控制及C)2—F/B控制在N0x凈化效率 方面進(jìn)行互相對(duì)比的特性圖。這些特性圖作為第一實(shí)施例顯示與圖7中所示相同的執(zhí)行強(qiáng) 制調(diào)制的條件。從上述特性圖可看出，在強(qiáng)制調(diào)制過(guò)程中實(shí)現(xiàn)與三向催化劑17因?yàn)闇厣?而更有活性的02—F/B控制過(guò)程中的凈化效率基本相等的關(guān)于NMHC， C0及N0x任何方面的 凈化效率。
如上所述，在根據(jù)本實(shí)施例的發(fā)動(dòng)機(jī)1的廢氣排放控制裝置中，強(qiáng)制調(diào)制在發(fā)動(dòng)機(jī)l 冷起動(dòng)開(kāi)始之后02 — F/B控制之前實(shí)行。廢氣空氣-燃料比的周期和振幅的設(shè)置使催化劑進(jìn) 口處的02和C0的排放濃度在強(qiáng)制調(diào)制過(guò)程中高于02—F/B控制過(guò)程中。因此，可以向三向 催化劑17提供充分?jǐn)?shù)量的02和C0，并加速三向催化劑17的溫升并實(shí)現(xiàn)三向催化劑17的 早期活化，由此提高排放控制性能并減少催化劑貴金屬的支持量。
也可在強(qiáng)制調(diào)制過(guò)程中向催化劑提供更充分?jǐn)?shù)量的02和C0并進(jìn)一步加速催化劑的溫 升以將廢氣空氣-燃料比的振幅設(shè)定為比由0/L控制及02—F/B控制引起的廢氣空氣-燃料 比的波動(dòng)更大的值。
下文將介紹本發(fā)明在其中實(shí)施為發(fā)動(dòng)機(jī)1的另一個(gè)廢氣排放控制裝置的第二實(shí)施例。
本實(shí)施例的廢氣排放控制裝置在總體結(jié)構(gòu)及由ECU 21實(shí)施的控制的基本內(nèi)容方面與 第一實(shí)施例相同。在強(qiáng)制調(diào)制參數(shù)計(jì)算的處理上有所不同。因此，有關(guān)相同結(jié)構(gòu)的描述被 省略而只介紹主要的區(qū)別。
根據(jù)本實(shí)施例，廢氣空氣-燃料比在富和貧方向上相對(duì)于中心空氣-燃料比的波動(dòng)量不 同，并且一個(gè)周期中在富和稀方向上的波動(dòng)周期也不同的波形圖形被應(yīng)用于強(qiáng)制調(diào)制。因 此，作為計(jì)算用于確定波形圖形的強(qiáng)制調(diào)制參數(shù)的程序，圖11中所示的流程圖替代圖5 中的流程圖用于本實(shí)施例中。
在圖11中，如第一實(shí)施例，ECU21在步驟S22和S24中計(jì)算所需的0z和C0濃度，并 在步驟S26和S28中從該所需的02和C0濃度確定廢氣空氣-燃料比的振幅和周期。然后程 序進(jìn)行至在富和稀方向上從中心空氣-燃料比確定波動(dòng)量的步驟S30。在步驟S32中，確定 在富和稀方向上的波動(dòng)周期。因此，當(dāng)程序由于滿足強(qiáng)制調(diào)制的起動(dòng)條件而從圖3中的步 驟S14轉(zhuǎn)至步驟S16時(shí)，除了第一實(shí)施例的振幅和周期外，還根據(jù)富和稀方向上的波動(dòng)量 和波動(dòng)周期確定強(qiáng)制調(diào)制過(guò)程中的波形圖形。
在步驟S30中，將富方向上的波動(dòng)量設(shè)定成大于稀方向的數(shù)值。在步驟S32中，.將富 方向上的波動(dòng)周期設(shè)定成小于稀方向的數(shù)值。然后例如根據(jù)圖12中所示的時(shí)刻表實(shí)行由 步驟S16的處理進(jìn)行的強(qiáng)制調(diào)制。在該實(shí)例中，在中心空氣-燃料比為14.5的前提下，振 幅被設(shè)置為1.5，周期被設(shè)置為O. 15秒。振幅被設(shè)置為+ 0.5 (稀側(cè))及一l.O (富側(cè))以 使富方向上的波動(dòng)量大于稀方向上的波動(dòng)量。周期在富階段被設(shè)置為0.05秒，在稀階段 內(nèi)被設(shè)置為0. 1秒，以使富方向上的波動(dòng)周期小于稀方向上的波動(dòng)周期。在該設(shè)置實(shí)例中， 可獲得與圖4所示的第一實(shí)施例相等的平均空氣-燃料比。
如上所述，在根據(jù)本實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)廢氣排放控制裝置中，除了第一實(shí)施例的強(qiáng)制調(diào) 制過(guò)程中的設(shè)置外，還將廢氣空氣-燃料比的振幅設(shè)置成使富方向上的波動(dòng)量大于稀方向， 將廢氣空氣-燃料比的周期設(shè)置成使富方向上的波動(dòng)周期小于稀方向。強(qiáng)制調(diào)制基于上述 設(shè)置實(shí)行。
為了清除稀階段內(nèi)由貴金屬部分吸收的02并加強(qiáng)貴金屬的活性，最好提供濃度高于02 濃度的還原氣體(C0， H2，及HC)。為此，需要增加提供至催化劑進(jìn)口的CO的濃度。由于 催化劑的儲(chǔ)氧能力，使稀狀態(tài)在某些措施下持續(xù)。然而，如果高濃度的CO和HC流入三向 催化劑17,并且還原氣氛持續(xù)而超過(guò)三向催化劑17的儲(chǔ)氧能力，則三向催化劑17的貴金
屬的活性下降。為了避免該問(wèn)題，需要防止還原氣氛過(guò)長(zhǎng)時(shí)間地持續(xù)。
根據(jù)本實(shí)施例，在強(qiáng)制調(diào)制過(guò)程中，廢氣空氣-燃料比在富方向上的波動(dòng)比在稀方向 上更大，而且富方向上的波動(dòng)周期(校注原文只有"波動(dòng)" 一詞，現(xiàn)根據(jù)上文的描述添 加"周期"，請(qǐng)?jiān)賹徍?設(shè)置成比稀方向上短。因此，除了第一實(shí)施例的運(yùn)行和優(yōu)點(diǎn)外， 還可以進(jìn)一步提高提供至催化劑進(jìn)口的C0濃度，通過(guò)進(jìn)一步加速催化劑的溫升而提高排 放控制性能，并通過(guò)抑制由于還原氣氛的持續(xù)引起的三向催化劑17的貴金屬活性下降而 達(dá)到有效的催化劑溫升。
而且，雖然取決于氣體的類(lèi)型相關(guān)于貴金屬的吸收和分離特性有所不同，但由于稀和 富空氣-燃料比受到毫秒數(shù)量級(jí)的控制以加強(qiáng)貴金屬的活性，因此可以優(yōu)化貴金屬表面的 氣體的氣氛平衡。該因素也有助于上述運(yùn)行和優(yōu)點(diǎn)。
圖7至10顯示實(shí)施作為第二實(shí)施例的本實(shí)施例的強(qiáng)制調(diào)制的條件。圖7所示為，與
第一實(shí)施例相比，本實(shí)施例的強(qiáng)制調(diào)制中，02和C0濃度被更加提高，N0x的排放更受抑制。 圖8至10顯示NMHC， CO及NOx的凈化效率比第一實(shí)施例得到進(jìn)一步加強(qiáng)。這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果 也例證了本實(shí)施例的運(yùn)行及優(yōu)點(diǎn)。
雖然對(duì)各個(gè)實(shí)施例的描述即將完成，但本發(fā)明的各個(gè)方面不限于上述實(shí)施例。例如， 第一實(shí)施例根據(jù)圖4的時(shí)刻表實(shí)施強(qiáng)制調(diào)制，第二實(shí)施例根據(jù)圖12的時(shí)刻表。無(wú)需多言， 強(qiáng)制調(diào)制過(guò)程中的振幅和周期并不限于第一和第二實(shí)施例，而是可以進(jìn)行修改而不背離本 發(fā)明的精神。
雖然在該實(shí)施例中發(fā)動(dòng)機(jī)1的排氣通道16只配備三向催化劑17，但是也可以任意增 加近似的催化劑，N0x催化劑等。本發(fā)明不但適用于直接噴射發(fā)動(dòng)機(jī)，還適用于進(jìn)口總管 噴射發(fā)動(dòng)機(jī)。而且，通過(guò)將02傳感器置于催化劑的下游可以控制空氣-燃料比的目標(biāo)值。
對(duì)于本文描述的本發(fā)明，很明顯，本發(fā)明可以以多種方式變化。這樣的變化不應(yīng)被視 為對(duì)本發(fā)明的精神和范圍的背離，而且這些對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的熟練者來(lái)說(shuō)很明顯的所有的 修改應(yīng)包括在附后的權(quán)力要求的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)燃機(jī)廢氣排放控制裝置，該裝置包括置于內(nèi)燃機(jī)的排氣通道內(nèi)的催化劑(17)；置于所述排氣通道內(nèi)以使得位于所述催化劑上游的空氣-燃料比探測(cè)裝置(25)；反饋控制裝置，該反饋控制裝置根據(jù)所述空氣-燃料比探測(cè)裝置的輸出實(shí)行反饋控制，以使內(nèi)燃機(jī)的實(shí)際空氣-燃料比靠近目標(biāo)空氣-燃料比，和用于控制空氣-燃料比波動(dòng)的裝置，該裝置在所述內(nèi)燃機(jī)起動(dòng)之后所述反饋控制裝置運(yùn)行之前運(yùn)行，并在稀空氣-燃料比和富空氣-燃料比之間強(qiáng)制波動(dòng)流向所述催化劑的排氣的空氣-燃料比，該廢氣排放控制裝置的特征在于根據(jù)由所述催化劑進(jìn)口處的排氣中的O2和CO濃度均高于所述反饋控制裝置運(yùn)行期間的濃度而確定的周期和振幅，運(yùn)行所述用于控制空氣燃料比波動(dòng)的裝置。
2. 如權(quán)利要求l所述的內(nèi)燃機(jī)廢氣排放控制裝置，其特征在于 由所述用于控制空氣-燃料比波動(dòng)的裝置引起的波動(dòng)的振幅被設(shè)置成比所述反饋控制裝置運(yùn)行期間的振幅更大。
3. 如權(quán)利要求2所述的內(nèi)燃機(jī)廢氣排放控制裝置，其特征在于 由所述用于控制空氣-燃料比波動(dòng)的裝置引起的波動(dòng)的振幅被設(shè)置成使其在富空氣-燃料比側(cè)比在稀空氣-燃料比側(cè)更大。
4. 如權(quán)利要求2及3任何一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)廢氣排放控制裝置，其特征在于 由所述用于控制空氣-燃料比波動(dòng)的裝置引起的波動(dòng)的周期被設(shè)置成在富空氣-燃料比側(cè)比在稀空氣-燃料比側(cè)更短。
全文摘要
一種內(nèi)燃機(jī)廢氣排放控制裝置，作為強(qiáng)制調(diào)制參數(shù)，周期和振幅設(shè)置成可使在催化劑進(jìn)口處的排氣中的O₂和CO濃度升高(S12)。根據(jù)預(yù)設(shè)的參數(shù)，實(shí)行強(qiáng)制波動(dòng)廢氣空氣-燃料比的強(qiáng)制調(diào)制以促進(jìn)催化劑的早期活化(S16)，然后將強(qiáng)制調(diào)制轉(zhuǎn)換至O₂-F/B控制(S20)。
文檔編號(hào)F02D41/06GK101173636SQ20071016823
公開(kāi)日2008年5月7日 申請(qǐng)日期2007年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月30日
發(fā)明者大原弘明, 巖知道均一, 渡邊哲也 申請(qǐng)人:三菱自動(dòng)車(chē)工業(yè)株式會(huì)社