CN100339578C - 使用虚拟排气传感器的空燃比控制装置及其方法 - Google Patents

Abstract

一种控制发动机空燃比的控制器。在排气管上游之上游催化剂与排气管下游之下游催化剂之间设置排气传感器。在下游催化剂的下游虚拟地设置虚拟排气传感器。在空燃比低的工作条件被取消之后或者在断油被取消之后，按促进上游和下游催化剂还原的气体量估算虚拟排气传感器的输出值，并估算设在上游和下游催化剂之间的排气传感器的输出值。根据虚拟排气传感器的估算输出值控制发动机的空燃比。因而，根据发动机负荷及催化剂状态使催化转换器被适宜地还原。完成还原反应时，依排气传感器输出值开始适应性空燃比控制。

Description

使用虚拟排气传感器的空燃比控制装置及其方法

技术领域

本发明涉及一种用于控制内燃机空燃比的控制器，特别是涉及一种控制器，用于控制内燃机空燃比，以便最为适度地还原由催化转换器过量吸收的氧气。

背景技术

在车辆内燃机的排气系统中设置催化转换器，用于净化废气。当进入发动机的空气燃料混合气体的空燃比较低时，催化转换器用废气中所含的过量氧气氧化HC和CO。当空燃比较高时，催化转换器用HC和CO还原NO_X。当空燃比处于理想配比的空燃比区域中时，HC、CO和NO_X同时被有效地净化。

另一方面，一种公知的方法用于在车辆减速时(例如，当使用发动机制动时)停止燃料供应。这种停止燃料供应通常称为“断油”。断油使燃料的效率得到提高。例如，当节气阀完全关闭一段预定时间或更长时间、发动机的转动速度大于预定转动速度时，实行断油。如果发动机的转动速度低于预定转动速度，或者如果节气阀被打开，就重新开始燃料供应。

由于在断油不供应燃料，所以大量氧气进入催化转换器并被催化转换器所吸收。如果催化转换器吸收过量的氧气，催化剂的性能，特别是还原NO_X的能力会降低。为了清除被催化转换器吸收的氧气，提供一种方法，在重新开始供应燃料时，使空燃比变高。

日本未审专利申请公开平-9-72235叙述一种方法，用于在断油或低空燃比状态又回到正常的燃料供应状态之后，反馈控制空燃比。特别是，在断油或低空燃比状态期间，根据设在催化转换器上游的空燃比传感器的输出值估算被催化转换器吸收的物质质量。在取消断油或低空燃比状态的情况下，反馈控制空燃比，以减小所估算的被吸收物质的质量。

日本专利公开No.2913282公开了一种方法，用以确定使燃料混合气体空燃比变高的目标空燃比，以及维持该目标空燃比的时间。根据低空燃比状态或断油的持续时间和在低空燃比状态或断油期间发动机负荷及发动机转动速度确定目标空燃比及维持该目标空燃比的时间。在取消低空燃比状态或断油后，控制空燃比，以使目标空燃比维持一段预定时间。

此外，一种公知的方案在催化转换器下游设置O₂传感器(排气传感器)。在取消断油的情况下，将目标空燃比设定得较高；开始催化剂的还原过程。当O₂传感器的输出值从低值变成高值时，催化剂的还原构成停止。

被催化剂吸收的物质质量依发动机的工作条件而变。如果发动机负荷改变，则被吸收物质的质量也变化。所以，难以精确地确定断油或低空燃比状态期间被吸收的物质质量。

如果随着时间的推移催化剂变质，则其吸收氧气的能力降低。在断油或低空燃比状态被取消之后，如果在这种催化剂降解的情况下使空气燃料混合气体变浓，则空气燃料混合气体会过浓。这种过浓状态增大了HC和CO的排出量。

这样，由于要克服发动机工作条件的变化以及催化剂降解的变化，空燃比的反馈控制是不稳定的。反馈控制会降低催化剂的净化能力。

在发动机的燃烧循环以及通过排气系统实行的输送过程中，存在停滞时间。从根据O₂传感器输出值确定的目标空燃比调整燃料注入量到燃料注入的结果反映在O₂传感器的输出值中是需要一定时间的。因此，如果同时停止空燃比变高过程和设在催化剂下游之O₂传感器从低变高的转换，就可能会过度还原催化剂。结果，增大了HC和CO的排出量。

因而，希望控制空燃比，可在取消低空燃比状态或断油之后实行克服发动机负荷变化之稳定的还原反应。另外，还希望控制空燃比，能够根据催化剂的变质情况进行还原反应。还希望控制空燃比，以便能够防止在取消低空燃比状态或断油之后空燃比变得过高。

发明内容

本发明涉及一种内燃机的空燃比控制器，包括：排气传感器，它设置在排气管上游的上游催化剂与排气管下游的下游催化剂之间；以及虚拟排气传感器，它虚拟地设置在所述下游催化剂的下游，控制器，它的结构包括电子控制单元(5)，并且该单元使得：在空燃比低的工作条件被取消之后或者在断油被取消之后，依据促进催化剂上游与下游还原的气体量估算虚拟排气传感器的输出值，并估算设在上游催化剂与下游催化剂之间的排气传感器输出值；所述虚拟排气传感器的估算输出值是一个未来值，如果虚拟排气传感器实际上设在下游催化剂的下游，则所述未来值暂时领先于由虚拟排气传感器测得的数值；以及根据虚拟排气传感器的估算输出值进行第一空燃比控制，用于控制发动机的空燃比。

本发明还涉及一种控制内燃机空燃比的方法，包括如下步骤：在排气管上游的上游催化剂与排气管下游的下游催化剂之间设置排气传感器；在下游催化剂的下游虚拟地设置虚拟排气传感器；在低空燃比的工作条件被取消之后或者断油被取消之后，依据促进上游催化剂和下游催化剂还原的气体量估算虚拟排气传感器的输出值，并估算设在上游催化剂与下游催化剂之间的排气传感器输出值；所述虚拟排气传感器的估算输出值是一个未来值，在虚拟排气传感器实际上设在下游催化剂的下游时，该未来值暂时领先于由虚拟排气传感器测得的数值；以及根据虚拟排气传感器的估算输出值进行第一空燃比控制，用以控制发动机的空燃比。

按照本发明，能够控制下游催化剂的净化气体(氧化气体和还原气体)，这种净化气体不能被设在上游催化剂与下游催化剂之间的排气传感器所直接检测。根据虚拟排气传感器的输出值，能够适当稳定地实行下游催化剂的还原反应。因而，在低空燃比状态或断油被取消之后，可使NO_X的净化率很快恢复成最佳比率。

本发明的另一方案是，根据发动机的工作条件来确定促进上游催化剂和下游催化剂还原的气体量。从而，使取消低空燃比状态或断油之后发动机负荷的变化、低空燃比状态或断油持续过程中的变化、低空燃比状态或断油时空燃比的变化以及催化剂变质的变化都得到补偿。结果，在取消低空燃比状态或断油之后，可使NO_X的净化率得以稳定地恢复。而且，还能防止因过度还原反应所造成的空燃比过高，以及防止HC和CO排出量的增加。

本发明的又一方案是，在取消低空燃比状态或断油时，控制器把目标空燃比变成预定的高度值。根据所述目标空燃比的改变量，确定促进上游催化剂和下游催化剂还原的气体量。按照一种实施例，控制所述目标空燃比，使之从理想配比的情况(理想配比空燃比)变成预定的高度值。在这种情况下，根据空燃比与理想配比空燃比之间的差异确定促进上游催化剂和下游催化剂还原的气体量。由于考虑了促进催化剂还原的空燃比，因而使对虚拟排气传感器输出值的估算值精度得到提高。

本发明的再一方案是，用表示相对于预定值或低或高的二进制数字显示出虚拟排气传感器的估算输出值。因而，减小了估算虚拟排气传感器的输出值的计算负担。例如，预定值是理想配比的空燃比。

根据本发明的再一方案是，所述虚拟排气传感器的估算输出值是一个预期值。如果将所述虚拟排气传感器实际上安装在下游催化剂的下游，则该预期值暂时在虚拟排气传感器测得的值之前。由于是根据该预期值控制空燃比的，所以就防止在停滞时间之前燃烧循环和通过排气管的输送中所产生的过度还原反应。

根据本发明的再一方案是，控制器还进行第二空燃比控制，用以依据设在上游催化剂与下游催化剂之间之排气传感器的输出值控制空燃比。第二空燃比控制能使上游催化剂和下游催化剂被有效地而且是可选择地使用，实现催化剂的最佳净化率。根据预定条件切换所述第一空燃比控制和第二空燃比控制。所述预定条件包括把虚拟排气传感器之估算输出值从低变高时的条件。当在空燃比变高的状态下结束催化剂还原反应时，完成第一空燃比控制，并开始第二空燃比控制。

第二空燃比控制使有害物质有效地被上游催化剂和下游催化剂所清除。第一空燃比控制使大量在低空燃比状态或断油时为催化转换器所吸收的氧气得以有效地被减少。所以，在很好地保持催化剂之净化率的同时，防止了因氧化气体而使催化剂变质。

根据本发明的再一方案，第二空燃比控制在用于控制空燃比的操纵量中具有积分项。当由第一空燃比控制来控制空燃比时，禁止积分项的计算。也就是在进行催化剂还原反应的同时保持这种积分项。从而，在重新开始第二空燃比控制的情况下，可防止因过度增加的积分项而使空燃比控制变得不稳定。

根据本发明的再一方案，在各循环中，第二空燃比控制确定用以决定空燃比的参数。在进行第一空燃比控制时，禁止这种参数的确定。在重新开始第二空燃比控制的情况下，可防止因不正确的参数而使空燃比控制变得不稳定。

根据本发明的再一方案，第二空燃比控制还把用于控制空燃比的操纵量限制在预定范围。第二空燃比控制根据所述操纵量不定时地更新预定范围。在实行第一空燃比控制时，禁止预定范围的更新。因而，在重新开始第二空燃比控制的情况下，可避免因不正确的预定范围对所述操纵量的限制而使排气传感器不能转成预定的目标值。防止了催化剂的净化率被过度还原。

根据本发明的再一方案，控制器计算在各个循环中促进上游催化剂和下游催化剂的还原的气体量。响应于设置在上游催化剂与下游之间的排气传感器输出值的转换，确定还原上游催化剂的气体量。依据确定的还原上游催化剂的气体量，确定还原上游催化剂和下游催化剂所必需的气体总量。如果计算出气体量达到预定的气体总量，就操纵虚拟排气传感器的输出值，表示已完成第一空燃比控制。因而，使上游催化剂和下游催化剂都能被适当地还原。在取消低空燃比状态或断油，可以快速且稳定地恢复NO_X的净化率。

附图说明

图1是表示本发明一种实施例内燃机及其控制器的示意框图；

图2(a)表示本发明一种实施例的催化转换器；

图2(b)表示本发明一种实施例上游催化剂和下游催化剂的特性；

图3是本发明一种实施例空燃比控制器的功能框图；

图4示意地示出本发明一种实施例的空燃比控制特性；

图5示意地示出本发明一种实施例催化剂还原模式中的参数转换；

图6是本发明一种实施例还原反应部分的详细功能框图；

图7是本发明一种实施例中适应控制的控制框图；

图8是本发明一种实施例中适应控制部分的详细功能框图；

图9示意地示出本发明一种实施例的滑动模式控制转换线；

图10是表示本发明一种实施例确定是否进行还原反应过程的流程图；

图11是表示本发明一种实施例确定还原气体量之综合值过程的流程图；

图12是表示本发明一种实施例确定上游催化剂的还原反应是否完成的过程流程图；

图13是表示本发明一种实施例确定还原整个催化转换器所需气体总量的过程流程图；

图14是表示本发明一种实施例确定还原反应是否完成的过程流程图。

具体实施方式

内燃机的结构及控制器

下面将参照附图描述本发明的优选实施例。图1是表示本发明一种实施例内燃机(下称发动机)控制器的框图。

电子控制单元(下称ECU)5包括：输入电路5a，用以接收发动机1各部件输出的数据；CPU5b，用以进行控制发动机1各部件的操作；存储设备5c，它包括只读存储器(ROM)和随机存取存储器(RAM)；以及输出电路5d，用以向发动机1各部件输送控制信号。ROM中存储有控制车辆各部件的程序及各种数据。所述ROM中存储有用于进行本发明发动机空燃比控制的程序、运行程序所用的数据和表格。这种ROM可以是可重写的ROM，如EEPROM。所述RAM为CPU5b提供操作的工作区域，其中暂时存储着从发动机1各部件输出的数据和输送至发动机各部件的控制信号。

例如，该发动机是配有四个汽缸的发动机。进气管2连接到发动机1。节气阀3设在进气管2的上游。与节气阀3相连的节气阀开启(θTH)传感器4输出相应于节气阀3的开启角度的电信号，并把该信号传至ECU5。

在进气管2中设有绕过节气阀3的旁路21。在旁路21中设有旁通阀22，用以控制输入发动机1中的空气量。根据ECU5输出的控制信号驱动所述旁通阀22。

在位于发动机1与节气阀3之间的进气管2中点处为各汽缸设置喷油阀6。喷油阀6接到燃油泵(未示出)，用以接收从燃料箱(未示出)供应的燃料。根据ECU5输出的控制信号来驱动所述喷油阀6。

在位于节气阀3下游的进气管2中安装进气管压力(PB)传感器8和外部空气温度(TA)传感器9。将测得的进气管压力PB和外部空气温度TA输入ECU5。

在发动机1之汽缸体的汽缸周壁(其中充满了冷水)上装有发动机水温(TW)传感器10。TW测得的发动机的冷水温度被输入ECU5。

在发动机1的凸轮轴的周缘或者曲轴(未示出)的周缘上安装有转速(NE)传感器13，按预定的曲柄角周期输出CRK信号脉冲(如30度周期)，这个周期短于按与活塞的TDC位置相关之曲柄角周期所发出的TDC信号脉冲周期。ECU5计数CRK脉冲，以确定发动机1的转速NE。

排气管14与发动机1连接。发动机1通过排气管14排出废气。催化转换器15清除通过排气管14流动之废气中所含的有毒物质，如HC、CO、和NO_X。催化转换器15包含上游催化剂和下游催化剂两种催化剂。

在催化转换器15的上游设置全范围空燃比(LAF)传感器16。LAF传感器16在很大的空燃比范围(从比理想配比空燃比高的高空燃比区域至空燃比极低的区域)内检测废气中所含氧气的量。将测得的氧气含量输入ECU5。

上游催化剂与下游催化剂之间设置O₂(废气)传感器17。该O₂传感器17是一个二进制型的废气含量传感器。当空燃比高于理想配比之空燃比时，O₂传感器输出高电平信号，当空燃比低于理想配比之空燃比时，输出低电平信号。把这种电信号送到ECU5。

送给ECU5的信号传到输入电路5a。输入电路5a把模拟信号值变成数字信号值。CPU5b处理所得到的数字信号，根据ROM中存储的程序进行操作，并产生控制信号。输出电路5d把这些控制信号传给旁通阀22、喷油阀6及其它机械元件的致动器。

图2(a)表示催化转换器15的结构。催化转换器15包含上游催化剂25和下游催化剂26。进入排气管14的废气经过上游催化剂25然后再经过下游催化剂26。

众所周知的是，与根据设在下游催化剂下游侧的O₂传感器的输出值所进行的空燃比控制相比，根据设在上游催化剂与下游催化剂之间的O₂传感器的输出值所进行的空燃比控制更容易把NO_X的净化率保持在最佳水平。所以，按照本发明的实施例，在上游催化剂与下游催化剂之间设置实际O₂传感器17。该O₂传感器17检测通过上游催化剂之后的废气中所含氧气的含量。

附图标记30表示虚拟O₂传感器。这个虚拟O₂传感器30是虚拟地设置在废气管14中的传感器。该传感器并不以实物形式存在。如果O₂传感器30实际上设置在下游催化剂26的下游侧，则本发明的空燃比控制器估算的数值将会由O₂传感器30测得。估算出的虚拟O₂传感器30输出值表示通过下游催化剂26之后的废气中所含氧气的含量。

图2(b)表示上游催化剂和下游催化剂的净化特性。窗口27表示其中的CO、HC和NO_X都能被最佳净化的空燃比区域。在上游催化剂25中，废气中所含的氧气在净化过程中被消耗。所以，到达下游催化剂26的废气显示为还原气体(即高空燃比状态)，如窗口28所示。在这种还原气体中，NO_X进一步受到净化。从而，排出的是干净的废气。

为了最好地保持催化转换器15的净化性能，按照本发明的适应控制使O₂传感器17的输出值集中在目标值，因而空燃比位于窗口27之中。

附图标记29表示一个容许的范围，这个范围确定了由适应性空燃比控制所操纵的数值界限，这将在后文中详细描述。

空燃比控制概述

图3表示本发明一种实施例控制空燃比所用控制器的基本结构。断油确定部件31接收由节气阀开启传感器4测得的节气阀开启θTH以及由转速传感器13测得的转速NE(图1)。当节气阀完全关闭一段预定时期或者更长的时期，并且转速等于或大于预定的转速时，断油确定部件31设定断油标记为1。一旦断油标记设定为1，燃料供应部件32就向喷油阀传送控制信号，以停止供应燃料。

在开始断油后，当转速NE低于预定转速或节气阀打开时，断油确定部件31把断油标记设为0。一旦将断油标记设定为0，燃料供应部件32就向喷油阀门送控制信号，以重新供应燃料。

当断油标记从1变成0时，还原反应部件33启动催化剂还原模式。还原反应部件33估算虚拟O₂传感器30的输出值(图2(a))。根据后文将述及的计算来确定虚拟O₂传感器30的输出值。用代表高或低的二进制数字表示所述虚拟O₂传感器30的输出值。由于虚拟O₂传感器的输出值是二进制数字，所以减小了估算虚拟O₂传感器的输出值的计算负担。另外，也可用多个值表示所述虚拟O₂传感器的输出值。

当虚拟O₂传感器30的输出值代表“低”时，还原反应部件33使空燃比变“高”，以进行还原反应。当虚拟O₂传感器30的输出值从低变高时，还原反应部件33终止还原反应。

于是，在催化剂还原模式中，依据所估算的虚拟O₂传感器输出值控制空燃比。因而能稳定地进行下游催化剂的还原反应。结果，在取消断油之后，就可以快速而且稳定地恢复NO_X的净化率。

虚拟O₂传感器30的输出值从低至高的转换代表着下游催化剂的还原反应结束。由还原反应部件33进行的空燃比控制结束，由适应控制部件34进行的空燃比控制开始。适应控制部件34确定目标空燃比KCMD，因而O₂传感器17的输出Vo₂/OUT的输出值会集成目标值。

所在虚拟O₂传感器30的输出转向未来值时，最好从由还原反应部件33控制的空燃比控制变成由适应控制部件34进行的空燃比控制。所述未来值领先于虚拟O₂传感器30的估算输出值一段预定时间。设定这样一个未来值的原因在于，在催化剂还原模式中，是依据虚拟O₂传感器30的估算输出值来确定目标空燃比的。调整燃料供应量，使当前空燃比与目标空燃比相等。该燃料供应反映到虚拟O₂传感器30的估算输出值之前需要一定的时间。这段时间称为“停滞时间”。为了补偿这段停滞时间，使用领先于虚拟O₂传感器30之估算输出值一段停滞时间的未来值。

在由还原反应部件33进行还原反应的同时，不进行由适应控制部件34所进行的空燃比控制。为了防止在空燃比的适应控制重新开始时空燃比变得不稳定，禁止由适应控制部件34进行的一些计算。具体地说，1)禁止计算控制输入要被控制的对象中所含的积分项，2)禁止模式参数的识别过程，以及3)禁止更新确定操纵空燃比数量界限的容许范围。下面将对此进行详细描述。

图4表示本发明一种实施例空燃比控制中的参数特性。附图标记41代表实际空燃比系数KACT的转换。实际空燃比系数KACT代表LAF传感器16所测得的空燃比(图1)。当空燃比为理想配比之空燃比时，实际空燃比系数KACT的值是1。当实际空燃比系数KACT的值大于1时，空燃比高。当实际空燃比系数KACT的值小于1时，空燃比低。附图标记42代表O₂传感器17的输出值的转换。附图标记43代表车辆速度的转换。

附图标记44代表NO_X排出量的转换。附图标记45代表O₂传感器30估算输出的未来值。为清楚计，由附图标记46表示虚拟O₂传感器的估算输出值。可以看到，未来值领先于估算输出值一预定时间Δt。如上所述，“Δt”对应于燃烧周期和排气系统中的停滞时间。

对于从t₀至t₁时间段，由适应控制部件34控制空燃比。适应控制使得有毒物质HC、CO和NO_X被最好地净化。上游催化剂和下游催化剂保持在理想配比的空气中。

车辆的速度减慢。在t₁点开始断油，用以提高燃料效率。由于在断油期间不供应燃料，所以实际空燃比系数KACT以及O₂传感器的输出值代表着低。在断油期间，大量的氧气被上游催化剂和下游催化剂吸收。上游和下游催化剂显示为氧化气体。

在t₂点取消断油。响应于断油的取消，控制模式变成催化剂还原模式。在催化剂还原模式中，空燃比设定为预定的高空燃比值。当所述模式进入到催化剂还原模式时，开始清除上游催化剂吸收的氧气。上游催化剂逐渐趋向理想配比的气体。

当在t₃点完成上游催化剂25的还原反应时，O₂传感器17的输出值由低(值为0)转高(值为1)时，如附图标记42所示。尽管O₂传感器17输出值变化，但还原反应继续进行。上游催化剂趋向还原气体。下游催化剂趋向理想配比的气体。

在t₄点，虚拟O₂传感器30由低(值为0)变高(值为1)。这表示下游催化剂26的还原反应即将完成。响应虚拟O₂传感器30未来值的变化，结束使空燃比变高的过程。这时下游催化剂显示为理想配比的气体。

在t₄点，空燃比的控制模式从催化剂还原模式变成适应控制模式。适应控制模式使上游催化剂和下游催化剂维持在理想配比气体中。

这样，响应领先于虚拟O₂传感器30估算输出值一段时间Δt的未来值转换，还原反应完成。从而，防止了空燃比过高。

催化剂还原模式

图5表示图4所示催化剂还原模式的细节。附图标记51代表O₂传感器17的输出Vo₂/OUT的转换。附图标记52代表O₂传感器标记F_SO2RD的转换，它表示是否完成上游催化剂的还原反应。当反应完成上游催化剂的还原时，O₂传感器标记F_SO2RD从0变成1。

附图标记53代表估算的还原气体量CTRDEX的转换。估算出的还原气体量CTRDEX表示促进催化转换器15还原的气体量，该还原气体量是依据发动机的工作条件确定的。附图标记54表示累加值CTRAMT的转换。累加值CTRAMT代表累加在各周期确定的被估算还原气体量CTRDEXs所得的值。附图标记55表示虚拟O₂传感器30的未来值F_RO2RD的转换。附图标记56表示目标空燃比KCMD的转换。

从t₀至t₁这段时间内断油。当在t₁点时取消断油时，启动催化剂还原模式。目标空燃比KCMD设定为表示高的值。在本实施例中，将预定值设定成把偏差DKCMDCRD加入表示理想配比之目标空燃比(即KCMD＝1)所得的值。在各周期中确定还原气体的估算值CTRDEX，并在各周期中更新还原气体的积分值CTRAMT。

在t₂点完成上游催化剂的还原反应。响应这种完成的情况，O₂传感器17的输出Vo₂/OUT由低变高。O₂传感器标记F_SO2RD从0变成1。在t₂点，累加值CTRAMT表示促进上游催化剂25的还原气体量CTRDRQF。依据该气体量CTRDRQF，确定使上游催化剂25和下游催化剂26都被还原的气体总量CTRDRQT。

在t₃点，累加值CTRAMT达到所确定的气体总量CTRDRQT。响应于此，虚拟O₂传感器30的未来值F_RO2RD的值从O变成1。响应于未来值的转换，结束催化剂还原模式。

于是，在催化剂还原模式中，根据虚拟O₂传感器的估算输出值(最好是估算输出值的未来值)来控制空燃比。如果虚拟O₂传感器的输出值较低，则空燃比设置为预定的高值。如果虚拟O₂传感器的输出值从低变高，则结束使空燃比变高的过程。

图6是图3所示还原反应部件33的详细功能框图。空燃比设定部件61根据公式(1)设定催化剂还原模式中的目标空燃比KCMD。参考值FLAF/BASE设定为发动机1的实际空燃比之值的范围内的中间值。例如，参考值FLAF/BASE设定为表示理想配比的值(即FLAF/BASE＝1)。有如参照图5所述者，DKCMDCRD表示与参考值FLAF/BASE的偏差。而且，所述偏差DKCMDCRD表示在催化剂还原过程中目标空燃比应该变高的电平；这个偏差DKCMDCRD取正值。

目标空燃比KCMD＝FLAF/BASE+DKCMDCRD                (1)

还原气体估算器62按照公式(2)估算还原的废气量CTRDEX。如公式(2)所示，根据发动机的工作情况计算促进还原的气体量。NE表示由NE传感器13(图1)测得的发动机转速。PB表示由PB传感器8(图1)测得的进气管压力。CTRDSVP表示估算系数。在2.2升四缸发动机的情况下，估算系数的预定值是65.74。

估算气体量CTRDEX＝NE×PB×DKCMDCRD×CTRDSVP           (2)

加法器63根据公式(3)累加由还原气体估算器62估算气体量。“k”是鉴别器，用于识别控制周期。(k)表示当前周期，(k-1)表示前一周期。

当前周期中的累加值CTRAMT(k)＝

    前一周期中的累加值CTRAMT(k-1)+

              估算气体量CTRDEX(k)                     (3)

如上所述，当O₂传感器17的输出值由低变高时，完成上游催化剂的还原反应。当O₂传感器17的输出值转换时，累加值表示促进上游催化剂还原的气体量CTRDRQF。上游催化剂还原气体量CTRDRQF识别上游催化剂的变质，并表示吸收了多少氧气的氧气吸收含量。

依据上游催化剂还原气体量CTRDRQF，估算还原上游催化剂和下游催化剂所需的气体总量CTRDRQT。总量估算器根据公式(4)确定总气体量CTRDRQT。

还原气体总量CTRDRQT＝

           上游催化剂还原气体量CTRDRQF×CATEVR    (4)

系数CATEVR是根据模拟及实验得出的常数。具体地说，在模拟和实验中，实际上将O₂传感器设在下游催化剂的下游。在断油之后，空燃比被设定为由公式(1)得出的高空燃比。O₂传感器的输出值的转换与累加值CTRAMT之间的相互关系被确定。根据这一关系，确定系数CATEVR的值。继而，调整所确定的系数CATEVR，使在一段比为实验所设的实际O₂传感器的转换早的预定时间内，实现未来值F_RO2RD从0值(低)到1值(高)的转换。也即把被确定的预定系数CATEVR调整得较小，以便不会因(空燃比)过高而使HC和CO的排出量增加。如上所述，预定时间的长度与所述停滞时间相应。因而，使燃烧周期和通过排气系统的输送中所包含的停滞时间得到补偿。

比较器65比较总量估算器64所确定的还原气体总量CTRDRQT和加法器63所确定的累加值CTRAMT。如果累加值CTRAMT达到总量CTRDRQT，则未来值变换器66把虚拟O₂传感器的未来值F_RO2RD从0变成1。

响应虚拟O₂传感器未来值F_RO2RD的转换，结束催化剂还原模式。启动由适应控制进行的空燃比控制。因而，在催化剂还原模式中，依据O₂传感器17的输出估算虚拟O₂传感器30的输出值。依据虚拟O₂传感器的估算输出值，以反馈控制空燃比。

由于是依据发动机的工作情况估算各周期的还原气体量，尽管在断油过程中空燃比有变化，仍能稳定地进行催化剂的还原反应。所以能快速地返回NO_X的净化率。而且，由于避免还原反应的过度实行，因而就能防止HC和CO排出量的增多。由于是按促进还原的空燃比DKCMDCRD来估算虚拟O₂传感器的输出值，所以提高了虚拟O₂传感器估算输出值的精度。

适应性空燃比控制模式

图7是适应性空燃比控制的控制框图。如图1所示，所要控制的对象，或者适应性空燃比控制的设备是排气系统19，它从排气管14的LAF传感器16延伸出来，通过上游催化剂而延伸到O₂传感器17。把排气系统19的O₂传感器17的输出Vo₂/OUT与目标值Vo₂/TARGET相比较。控制器71根据这一比较结果确定空燃比差kcmd。将空燃比差kcmd加到参考值FLAF/BASE上，以确定目标空燃比KCMD。把经目标空燃比KCMD校正过的燃料量供应给发动机1。再次检测排气系统的O₂传感器17的输出Vo₂/OUT。

于是，控制器71进行确定目标空燃比KCMD的反馈控制，使O₂传感器17的输出Vo₂/OUT会集在目标值Vo₂/TARGET。可以用O₂传感器17的输出Vo₂/OUT作为输出，而用LAF传感器16的输出KACT作为输入，以模拟要被控制的排气系统19。排气系统19被模拟成离散时间模型。离散时间模型能使空燃比控制的算法简单，而且适用于计算机处理。如上所述，k是识别控制循环的鉴别器。

Vo2(k+1)＝a1·Vo2(k)+a2·Vo2(k-1)+b1·kact(k-d1)

        其中Vo2(k)＝Vo2/OUT(k)-Vo2/TARGET         (5)

如公式(5)所示，Vo₂表示O₂传感器17的输出Vo₂/OUT与目标值Vo₂/TARGET之间的差，在后文中称为传感器输出误差。kact表示LAF传感器的输出KACT与参考值FLAF/BASE之间的差。有如参照公式(1)所述者，例如，空燃比的参考值FLAF/BASE被设定为与理想配比的空燃比相应的值。

d1表示排气系统19中所包含的停滞时间。停滞时间d1表示LAF传感器16测得的空燃比反映到O₂传感器17中之前所需要的时间。a1、a2和b1是模型参数，由鉴别器生成，后文将会对此加以说明。

另一方面，如公式(6)所示那样模拟出控制空燃比的系统，该系统包括发动机1和ECU5。kcmd表示目标空燃比KCMD与参考值FLAF/BASE之间的差，在后文中称为空燃比误差。d2表示空燃比控制系统中的停滞时间。停滞时间d2表示计算出的目标空燃比KCMD反映到LAF传感器16的输出KACT中所需要的时间。

kact(k)＝kcmd(k-d2)                               (6)

图8是图7所示控制器71的详细框图。控制器71包括鉴别器72、估算器73、滑动模式控制器74和限制器75。

鉴别器72确定公式(5)中的模型参数a1、a2和b1，以消除模型误差。下面描述由鉴别器72进行的识别过程。

前一周期中所确定的模型参数a1(k-1)、a2(k-1)和b1(k-1)(这些参数下称a1(k-1)随机编码、a2(k-1)随机编码和b1(k-1)随机编码)用于按照公式(7)确定当前周期的传感器输出误差Vo2(k)(下称Vo2(k)随机编码)。

$V\hat{o}2\left(k\right)=\hat{a}1(k-1)\·\mathrm{Vo}2(k-1)$

$+\hat{a}2(k-1)\·\mathrm{Vo}2(k-2)$

$+\hat{b}1(k-1)\·\mathrm{kact}(k-d1-1)---\left(7\right)$

公式(8)表示由公式(7)确定的传感器输出误差Vo2(k)与当前循环中实际测得的传感器输出误差Vo2(k)之间的误差id/e(k)。

$\mathrm{id}/e\left(k\right)=\mathrm{Vo}2\left(k\right)-V\hat{o}2\left(k\right)---\left(8\right)$

鉴别器72确定当前周期的a1(k)随机编码、a2(k)随机编码及b1(k)随机编码，以使误差id/e(k)降至最小。有如公式(9)所示那样得出矢量Θ。

${\mathrm{\Θ}}^T\left(k\right)=\left[\begin{array}{ccc}\hat{a}1\left(k\right)& \hat{a}2\left(k\right)& \widehat{b1}\left(k\right)\end{array}\right]---\left(9\right)$

鉴别器72按照公式(10)确定a1(k)随机编码、a2(k)随机编码及b1(k)随机编码。

Θ(k)＝Θ(k-1)+Kθ(k)·id/e(k)

其中 $\mathrm{K\θ}\left(k\right)=\frac{P(k-1)\mathrm{\ξ}\left(k\right)}{1+{\mathrm{\ξ}}^T\left(k\right)P(k-1)\mathrm{\ξ}\left(k\right)}$

ξ^T(k)＝[Vo2(k-1)Vo2(k-2)kact(k-d1-1)]

$P\left(k\right)=\frac{1}{\mathrm{\λ}1\left(k\right)}[I-\frac{\mathrm{\λ}2\left(k\right)P(k-1)\mathrm{\ξ}\left(k\right){\mathrm{\ξ}}^T\left(k\right)}{\mathrm{\λ}1\left(k\right)+\mathrm{\λ}2\left(k\right){\mathrm{\ξ}}^T\left(k\right)P(k-1)\mathrm{\ξ}\left(k\right)}]P(k-1)$

0＜λ1≤1     0≤λ2＜2        I：单位矩阵             (10)

估算器73估算停滞时间d(＝d1+d2)之后的传感器输出误差Vo₂，以便补偿排气系统19的停滞时间d1和空燃控制系统的停滞时间d2。根据公式(11)进行估算。用鉴别器72确定的模型参数来计算各系数α1、α2和β。空燃比误差的过去时间序列数据kcmd(k-j)(其中，j＝1、2...d)包括在停滞时间“d”期间所得到的空燃比误差。

$\stackrel{\‾}{\mathrm{Vo}2}(k+d)=\mathrm{\α}1\·\mathrm{Vo}2\left(k\right)+\mathrm{\α}2\·\mathrm{Vo}2(k-1)+\underset{j=1}{\overset{d}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\βj}\·\mathrm{kcmd}(k-j)$

其中α1＝A^d的第一行第一列元素

α2＝A^d的第一行第二列元素

βj＝A^j-1·B的第一行元素

$A=\left[\begin{array}{cc}a1& a2\\ 1& 0\end{array}\right]$

$B=\left[\begin{array}{c}b1\\ 0\end{array}\right]---\left(11\right)$

利用公式(2)，可由误差输出kact(k)、kact(k-1)...kact(k-d+d2)替换停滞时间d2之前的空燃比误差的过去值kcmd(k-d2)、kcmd(k-d2-1)...kcmd(k-d)。从而，得到公式(12)。

$\stackrel{\‾}{\mathrm{Vo}2}(k+d)=\mathrm{\α}1\·\mathrm{Vo}2\left(k\right)+\mathrm{\α}2\·\mathrm{Vo}2(k-1)$

$+\underset{j=1}{\overset{d2-1}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\βj}\·\mathrm{kcmd}(k-j)+\underset{i=0}{\overset{d-d2}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\βi}+d2\·\mathrm{kact}(k-i)$

$=\mathrm{\α}1\·\mathrm{Vo}2\left(k\right)+\mathrm{\α}2\·\mathrm{Vo}2(k-1)$

$+\underset{j=1}{\overset{d2-1}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\βj}\·\mathrm{kcmd}(k-j)+\underset{i=0}{\overset{d1}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\βi}+d2\·\mathrm{kact}(k-i)---\left(12\right)$

滑动模式控制器74建立切换函数σ，以便进行滑动模式控制，如公式(13)所示。

        σ(k)＝s·Vo2(k-1)+Vo2(k)              (13)

如上所述，Vo₂(k-1)表示前一周期中测得的传感器输出误差。Vo₂(k)表示当前循环中测得的传感器输出误差。“s”是切换函数σ的设定参数，且满足-1＜s＜1。

在σ(k)＝0情况下，上式称为等价输入系统，它指定了传感器输出误差Vo₂的会集特性或者控制量。假定σ(k)＝0，公式(13)衍变为公式(14)。

$\mathrm{Vo}2(k-1)=-\frac{1}{s}\·\mathrm{Vo}2\left(k\right)---\left(14\right)$

以下，参照图9和公式(14)说明切换函数σ的特性。图9表示，在相位平面中用线81表示公式(14)，其中横轴表示Vo₂(k)，纵轴表示Vo2(k-1)。线81称为切换线。假定由点82来表示Vo2(k)和Vo2(k-1)共同确定的状态参数(Vo2(k)，Vo2(k-1))的初始值。滑动模式控制使由点82表示的状态参数位于线81的上面，然后将它限制在线81的上面。根据滑动模式控制，由于状态参数保持在转换线81的上面，所以状态参数可以高度稳定地会集在相位空间的0区域而不会受到干扰等影响。换言之，通过把状态参数(Vo2(k)，Vo2(k-1))限制在这种没有如公式(14)所示输入的稳定系统上，传感器输出误差Vo₂/OUT可以强烈地抵抗干扰及模拟误差而会集在目标值Vo₂/TARGET。

切换函数设定参数“s”是一个能够可变地被选择的参数。利用该设定参数“s”可以确定传感器输出误差Vo₂的还原(会集)特性。

为使切换函数σ会集到0，确定三种控制输入。即在抑制模拟误差和干扰的同时，把状态参数限制在切换线上面的控制输入Ueq、使状态参数位于切换线上面的控制输入Urch，以及使状态参数位于切换线上面的控制输入Uadp。综合这三种控制输入Ueq、Urch和Uadp，以确定所需误差Usl。这种所需的误差Usl用于计算空燃比误差kcmd。

等价控制输入Ueq需满足公式(15)，因为它是把状态参数限制在切换线上面的输入。

          σ(k+1)＝σ(k)                     (15)

满足σ(k+1)＝σ(k)的等价控制输入Ueq是由公式(6)和(13)确定的，如公式(16)所示。

$\mathrm{Ueq}\left(k\right)=-\frac{1}{b1}[((a1-1)+s)\·\mathrm{Vo}2(k+d)+(a2-s)\·\mathrm{Vo}2(k+d-1)]---\left(16\right)$

根据公式(17)确定可达定则输入Urch(the reaching law input)它的值与切换函数σ的值有关。本实施例中的可达规定输入 Urch值与qh

切换函数σ的值成正比。Krch表示可达规定(the reaching law)的反馈增益，比如通过模拟来预先确定它，在所说的模拟中，把对切换函数值会集成0(σ＝0)的稳定性和快速响应考虑在内。

$\mathrm{Urch}\left(k\right)=-\frac{1}{b1}\·\mathrm{Krch}\·\mathrm{\σ}(k+d)---\left(17\right)$

根据公式(18)确定适应定则输入Uadp(the adaptive law input)它的值与切换函数σ的积分值有关。本实施例的适应定则输入Uadp的数与切换函数σ的积分值成正比。Kadp表示适应定则(the adaptive law)的反馈增益，比如，通过模拟来预先确定它，在所说的模拟中，把对切换函数值会集成0(σ＝0)的稳定性和快速响应考虑在内。ΔT表示一段周期时间

$\mathrm{Uadp}\left(k\right)=-\frac{1}{b1}\·\mathrm{Kadp}\·\underset{i=0}{\overset{k+d}{\mathrm{\Σ}}}(\mathrm{\σ}\left(i\right)\·\mathrm{\ΔT})---\left(18\right)$

由于传感器输出误差Vo₂(k+d)和Vo₂(k+d-1)以及切换函数的值σ(k+d)包含停滞时间“d”，因而不能直接得到这些数值。因此，用估算器73产生的估算误差 Vo2(k+d)和 Vo2(k+d-1)来确定等价控制输入Ueq。

$\mathrm{Ueq}\left(k\right)=-\frac{1}{b1}[((a1-1)+s)\·\stackrel{\‾}{\mathrm{Vo}2}(k+d)+(a2-s)\·\stackrel{\‾}{\mathrm{Vo}2}(k+d-1)]---\left(19\right)$

利用估算器73产生的估算误差来确定公式(20)中所示的切换函数σ。

$\stackrel{\‾}{\mathrm{\σ}}=s\·\stackrel{\‾}{\mathrm{Vo}2(k-1)}+\stackrel{\‾}{\mathrm{Vo}2\left(k\right)}---\left(20\right)$

切换函数 σ用于确定所述可达定则输入Urch和适应定则输入Uadp。

$\mathrm{Urch}\left(k\right)=-\frac{1}{b1}\·\mathrm{Krch}\·\stackrel{\‾}{\mathrm{\σ}}(k+d)---\left(21\right)$

$\mathrm{Uadp}\left(k\right)=-\frac{1}{b1}\·\mathrm{Kadp}\·\underset{i=0}{\overset{k+d}{\mathrm{\Σ}}}(\stackrel{\‾}{\mathrm{\σ}}\left(i\right)\·\mathrm{\ΔT})---\left(22\right)$

如公式(23)所示，将等价控制输入Ueq、可达定则输入Urcn和适应定则输入Uadp相加，以确定所需误差Usl。

         Usl(k)＝Ueq(k)+Urch(k)+Uadp(k)            (23)

限制器75对所需误差Usl进行限制处理，以确定空燃比误差kcmd。具体地说，如果所需误差Usl在容许的范围内，限制器75就把空燃比误差kcmd设定为该所需误差Usl的值。如果所需误差Usl偏离容许范围，限制器75就把空燃比误差设定为比所述容许的范围或高或低的限制值。

如图2(b)中的附图标记29所示，限制器75使用的容许范围备设定成这样的范围：它的中心几乎就设定在窗口27内，而它的宽度比窗口27的宽度宽。根据所需误差Usl、发动机的工作情况等机动地设定这个容许的范围。即使在催化转换器的净化能力偏离窗口27所示最佳状态时，该容许范围的宽度也能使催化转换器快速返回最佳状态，同时抑制可能因空燃比变化所引起的燃烧条件变化。所以，催化转换器的净化率能保持在高水平，同时减少废气中的有毒物质。

特别是，根据所确定的所需误差Usl，能以可变的方式更新该容许范围。比如，根据所需误差Usl对所述容许范围的偏差，扩展该容许的范围。另一方面，当所需误差Usl在所述容许范围时，缩减该容许范围。因而，确立了与所需误差Usl相适应的容许范围，它限定了使O₂传感器17的输出值会集到目标值所需要的空燃比。

另外，当O₂传感器17输出值的不稳定程度变高时，把所述容许范围确定得较窄些。可以根据包括发动机启动、空转状态以及断油在内的发动机工作情况来确定所述容许范围。

把所确定的空燃比误差kcmd与参考值FLAF/BASE相加，以确定目标空燃比KCMD。将目标空燃比KCMD输入排气系统19(它是要被控制的对象)，从而使O₂传感器的输出Vo₂/OUT集中在目标值Vo₂/TARGET。

另外，在完成限制器75的限制处理之后，可以根据滑动模式控制器74确定的适应定则输入Uadp，以可变的方式更新空燃比的参考值FLAF/BASE。具体地说，将参考值FLAF/BASE初始化成为理想配比的空燃比。如果所述适应定则输入Uadp超出上限数值，就使参考值FLAF/BASE增加一个预定的量。如果所述适应定则输入Uadp低于下限数值，就使参考值FLAF/BASE减小一个预定的量。如果所述适应定则输入Uadp在上限和下限数值之间，就不更新参考值FLAF/BASE。这种更新过的参考值FLAF/BASE用于下一周期中。因而，使得参考值FLAF/BASE被调整为目标空燃比KCMD变化的中间值。

通过按与限制处理相结合的方式实行参考值FLAF/BASE的更新处理，所需误差Usl的容许范围在正值和负值之间保持平衡。当确定O₂传感器的输出Vo₂/OUT基本会集在目标值Vo₂/TARGET，并且滑动模式控制处于稳定状态时，最好对参考值FLAF/BASE进行更新处理。

如上所述，在催化剂还原模式的过程中，采取如下措施，以防止当控制模式从催化剂还原模式变成适应控制模式时，因不当限制而使催化转换器的净化性能不能维持在最佳状态。

1)保持由滑动模式控制器74所确定的适应定则输入Uadp的切换函数σ的积分值。换言之，把紧接着变换成催化剂还原模式之前的周期所确定的积分值储存在存储器中。在催化剂还原模式期间，不进行积分值的计算。当控制模式从催化剂还原模式变成适应控制模式时，再次使用存储在存储器中的积分值。

2)禁止由鉴别器72确定模型参数。换言之，把紧接着变换成催化剂还原模式之前的周期所确定的模型参数储存在存储器中。在催化剂还原模式期间，不进行识别处理。当控制模式从催化剂还原模式变成适应控制模式时，再次使用存储在存储器中的模型参数。

3)禁止由限制器75对容许范围进行更新处理。换言之，把紧接着变换成催化剂还原模式之前的周期所确定的容许范围储存在存储器中。在催化剂还原模式期间，不更新该容许范围。当控制模式从催化剂还原模式变成适应控制模式时，再次使用存储在存储器中的所述容许范围。

催化剂还原反应流程

以下参照图10-14说明由图3所示还原反应部件33进行的还原反应。

图10表示确定是否进行还原反应过程的流程图。在步骤S101中，确定还原反应完成标记的值是否为1。该完成标记是这样的标记：当还原反应完成时，该标记设为1。如果完成标记是1，还原反应计时器就重置为0(S102)。还原反应模式标记重置为0(S103)。

如果完成标记为0，就检查断油标记FC的值(S104)。如果断油标记FC是1，表示正在进行断油。在还原反应计时器中设预定值(S105)以启动计时器。还原反应计时器是一个顺时计时器，从开始断油计时开始，到完成还原反应计时结束。然后，将还原反应模式标记设置为0(S106)。由于正在进行断油，所以尚未开始还原反应。

如果断油标记为0并且还原反应计时器大于0(S104和S107)，就表示该过程是当断油时起始的还原反应模式。过程前进至步骤S108，其中还原反应模式标记设为1，以进行还原反应。

如果在步骤S107中把还原反应计时器设为0，就表示该过程不在还原反应模式中。还原反应模式标记设为0(S106)。所述过程退出催化剂还原模式。

在进行还原反应时，根据上述公式(1)确定目标空燃比KCMD。过程前进至步骤S110，其中识别许可标记设为0，以禁止计算适应性空燃比控制中的识别参数a1、a2和b1。这时，把当前识别参数存储在存储器中。过程前进至步骤S111，其中将累计许可标记设为0以禁止计算适应性空燃比控制中的适应定则输入的积分值∑σ。这时，把当前的积分值∑σ存储在存储器中。过程进行至步骤S112，其中将容许范围更新许可标记设为0，以禁止更新在适应性空燃比控制中限制器所使用的容许范围。

图11是确定还原气体量的积分值CTRAMT的过程的流程图。在步骤S121中，检查还原反应模式标记。如果还原反应模式标记为1，表示正在进行还原反应。过程前进至步骤S122，其中根据上述公式(2)确定当前周期的还原气体量。过程前进至步骤S123，其中根据公式(3)确定当前周期的估算还原气体量累加值。

如果还原反应模式标记为0(S121)，就把当前周期的还原气体量的估算值和给定值就设为0(S124和S125)。

图12是确定上游催化剂还原反应是否完成的过程流程图。在步骤S131中，检查还原反应模式标记。如果当前还原反应模式标记是0，表示未进行还原反应。过程前进至步骤S132，其中O₂传感器标记F_SO2RD(图5)设为0，表示还尚未完成还原反应。

如果还原反应模式标记为1，就确定O₂传感器17的输出值是否已经变换(S133)。如果O₂传感器17的输出值大于预定值，就确定O₂传感器17的输出值已经从0变成1。如果O₂传感器17的输出值已经变换，表示上游还原剂的还原反应完成。O₂传感器标记F_SO2RD设为1(S134)。

图13是确定还原上游催化剂所需要的气体量CTRDRQF以及还原所有催化剂(上游催化剂和下游催化剂)所需要的气体总量CTRDRQT。在步骤S141中，检查还原反应模式标记。如果还原反应模式标记是0，就把上游催化剂还原的气体量CTRDRQF设定为0(S142)。

如果还原反应模式标记是1，就检查O₂传感器标记。如果O₂传感器标记的值是1，表示完成了上游催化剂的还原反应。过程前进至步骤S144，其中确定上游催化剂的还原气体量CTRDRQF是否为0。如果还原气体量CTRDRQF是0，表示上游催化剂的还原反应在前一周期已经完成。过程前进至步骤S145，其中将当前累加值CTRAMT设定为上游催化剂还原气体量CTRDRQF。

在步骤S143中，如果O₂传感器标记是0，表示上游催化剂的还原反应尚未完成。如果在步骤S144中上游催化剂还原气体量CTRDRQF不是0，表示已经确定了气体量CTRDRQF。过程前进至步骤S146，其中确定还原上游催化剂和下游催化剂所需要的气体总量CTRDRQT。

图14是确定全部催化剂还原反应是否完成的过程流程图。当还原反应模式标记的值是0时，表示并未进行还原反应。如果O₂传感器标记的值是0，表示上游催化剂的还原反应尚未完成。如果累加值CTRAMT小于气体总量CTRDRQT，表示下游催化剂的还原反应尚未完成。这样，过程前进至步骤S154，其中将虚拟O₂传感器30的未来值设定为0。

如果还原反应模式标记的值是1，过程前进至步骤S152，其中检查O₂传感器标记。如果O₂传感器标记的值是1，过程前进至步骤S153，其中确定累加值CTRAMT是否已经达到所述气体总量CTRDRQT。如果累加值CTRAMT已经达到气体总量CTRDRQT，表示下游催化剂的还原反应完成。换言之，这意味着全部催化剂的还原反应完成。过程前进至步骤S155，其中将虚拟O₂传感器30的未来值设为1。过程退出还原反应模式。

当空燃比从低状态变成正常燃料供应状态时，适用上述本发明各实施例。例如，当发动机操作从低燃操作变换成理想配比之空燃比操作时，响应表示取消低燃操作的信号而启动催化剂还原反应模式。在全部催化剂的还原反应完成之后，控制模式变换成适应控制模式。这样，即使在低燃操作中使用具有吸收NO_X功能的催化剂，也能通过适当设定系数CATEVR实行还原反应。

按照本发明，可以在依据虚拟O₂传感器的估算输出值来净化的过程中保持大气氛围。利用这个特性，可以在根据设在上游催化剂与下游催化剂之间的O₂传感器输出值的适应性空燃比控制与依据虚拟O₂传感器估算输出值的空燃比控制之间进行切换。例如，当内燃机在高负荷状态下工作时，可以根据虚拟O₂传感器的估算输出值来切换空燃比控制，使HC的净化率达到最大。

Claims (20)

1.一种内燃机的空燃比控制器，包括：

排气传感器，它设置在排气管上游的上游催化剂与排气管下游的下游催化剂之间；以及

虚拟排气传感器，它虚拟地设置在所述下游催化剂的下游，

控制器，它的结构包括电子控制单元(5)，并且该单元使得：

在空燃比低的工作条件被取消之后或者在断油被取消之后，依据促进催化剂上游与下游还原的气体量估算虚拟排气传感器的输出值，并估算设在上游催化剂与下游催化剂之间的排气传感器输出值；

所述虚拟排气传感器的估算输出值是一个未来值，如果虚拟排气传感器实际上设在下游催化剂的下游，则所述未来值暂时领先于由虚拟排气传感器测得的数值；以及

根据虚拟排气传感器的估算输出值进行第一空燃比控制，用于控制发动机的空燃比。

2.如权利要求1所述的空燃比控制器，其特征在于：依据发动机的工作情况确定促进上游催化剂和下游催化剂还原的气体量。

3.如权利要求1所述的空燃比控制器，其特征在于：所述第一空燃比控制包括，当低空燃比的工作条件被取消或者断油被取消时，把空燃比变成预定的高数值，

其中依据空燃比的变化量确定促进上游催化剂和下游催化剂还原的气体量。

4.如权利要求1所示的空燃比控制器，其特征在于：用代表低空燃比状态或高空燃比状态的二进制数字表示虚拟排气传感器的估算输出值，在低空燃比状态下，空燃比低于预定的空燃比，而在高空燃比状态下，空燃比高于预定空燃比。

5.如权利要求1所述的空燃比控制器，其特征在于，所述空燃比控制器还被构造成实行第二空燃比控制，用以根据设在上游催化剂和下游催化剂之间的排气传感器输出值控制空燃比，

按照预定的条件，在第一空燃比控制和第二空燃比控制之间切换空燃比控制。

6.如权利要求5所述的空燃比控制器，其特征在于：所述预定条件包括虚拟排气传感器的估算输出值从低变换到高的条件，

其中，响应于估算输出值的变换，所述空燃比控制从第一空燃比控制变换成第二空燃比控制。

7.如权利要求5所述的空燃比控制器，其特征在于：所述第二空燃比控制包括确定用来操纵空燃比的操作量中所含的积分项，

其中，当用第一空燃比控制来控制空燃比时，禁止确定所述积分项。

8.如权利要求5所述的空燃比控制器，其特征在于：所述第二空燃比控制包括识别在各周期确定空燃比所用的参数，

其中，当用第一空燃比控制来控制空燃比时，禁止识别所述参数。

9.如权利要求5所述的空燃比控制器，其特征在于，所述第二空燃比控制包括：

把操作量限制在预定的范围内，该操作量用于操纵空燃比；以及

根据所确定的操作量来机动地更新预定范围，

其中，当用第一空燃比控制来控制空燃比时，禁止更新所述预定的范围。

10.如权利要求1所述的空燃比控制器，其特征在于，所述电子控制单元(5)还使得：

累加促进各周期中的上游催化剂和下游催化剂还原的气体量；

响应设在上游催化剂与下游催化剂之间的排气传感器输出值的变换，确定还原上游催化剂所需要的气体量；

依据所确定的上游催化剂所需气体量来确定还原上游催化剂和下游催化剂所需要的气体总量；以及

在累加的气体量达到确定的气体总量时，操纵所述虚拟排气传感器的输出值，指示完成所述第一空燃比控制。

11.一种控制内燃机空燃比的方法，包括如下步骤：

在排气管上游的上游催化剂与排气管下游的下游催化剂之间设置排气传感器；

在下游催化剂的下游虚拟地设置虚拟排气传感器；

在低空燃比的工作条件被取消之后或者断油被取消之后，依据促进上游催化剂和下游催化剂还原的气体量估算虚拟排气传感器的输出值，并估算设在上游催化剂与下游催化剂之间的排气传感器输出值；

所述虚拟排气传感器的估算输出值是一个未来值，在虚拟排气传感器实际上设在下游催化剂的下游时，该未来值暂时领先于由虚拟排气传感器测得的数值；以及

根据虚拟排气传感器的估算输出值进行第一空燃比控制，用以控制发动机的空燃比。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于：依据发动机的工作情况确定促进上游催化剂和下游催化剂还原的气体量。

13.如权利要求11所述的方法，其特征在于：所述第一空燃比控制包括，当低空燃比的工作条件被取消或者断油被取消时，把空燃比变成预定的高数值，

其中依据空燃比的变化量确定促进上游催化剂和下游催化剂还原的气体量。

14.如权利要求11所述的方法，其特征在于：用代表低空燃比状态或高空燃比状态的二进制数字表示虚拟排气传感器的估算输出值，在低空燃比状态下，空燃比低于预定的空燃比，而在高空燃比状态下，空燃比高于预定空燃比。

15.如权利要求11所述的方法，其特征在于：还包括进行第二空燃比控制的步骤，用以按设在上游催化剂与下游催化剂之间的排气传感器输出值控制空燃比，

根据预定条件，在第一空燃比控制和第二空燃比控制之间切换空燃比控制。

16.如权利要求15所述的方法，其特征在于：所述预定条件包括虚拟排气传感器的估算输出值从低变换到高的条件，

其中，响应估算输出值的转换，空燃比控制从第一空燃比控制变换成第二空燃比控制。

17.如权利要求15所述的方法，其特征在于：所述第二空燃比控制包括确定用来操纵空燃比的操作量中所含的积分项，

其中，当用第一空燃比控制来控制空燃比时，禁止确定所述积分项。

18.如权利要求15所述的方法，其特征在于：所述第二空燃比控制包括识别各周期确定空燃比所用的参数，

其中，当用第一空燃比控制来控制空燃比时，禁止识别所述参数。

19.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述第二空燃比控制包括步骤：

把操作量限制在预定的范围内，该操作量用于操纵空燃比；以及

根据所确定的操作量机动地更新所述预定范围，

其中，当用第一空燃比控制来控制空燃比时，禁止更新所述预定范围。

20.如权利要求11所述的方法，还包括：

累加促进各周期上游催化剂和下游催化剂还原的气体量；

响应设在上游催化剂与下游催化剂之间的排气传感器输出值的变换，确定还原上游催化剂所需要的气体量；

依据所确定的上游催化剂所需气体量确定还原上游催化剂和下游催化剂所需要的气体总量；以及

在累加的气体量达到确定的气体总量时，操纵虚拟排气传感器的输出值，指示完成第一空燃比控制。

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