CN101018939A - 用于内燃机的空燃比控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于内燃机的空燃比控制装置。针对执行浓燃烧处理的第一气缸组的气缸，以及执行稀燃烧处理的第二气缸组的气缸，计算共同的燃料喷射量。用在理论配比运转期间预先获得的空燃比学习值对计算出的燃料喷射量进行修正。根据发动机转速和发动机负荷计算第一和第二气缸组的各气缸的进气门提升量。基于计算出的值，驱动可变气门机构并点燃燃料。当执行NOx催化剂的硫中毒恢复时，排气空燃比控制装置在向所有气缸提供基本相同的燃料喷射量的同时改变各气缸的进气量。

Description

用于内燃机的空燃比控制装置
技术领域
本发明涉及一种用于内燃机的空燃比控制装置，该空燃比控制装置能够对各气缸组执行浓燃烧处理或稀燃烧处理。
背景技术
一种用于向各气缸组提供浓或稀空燃比的已知方法被应用于执行NOx催化剂的硫中毒恢复(再生)。一种已知装置(例如，如专利文献1所公开的装置)改变各气缸组的燃料喷射量以便为各气缸组提供浓或稀空燃比。另一种已知装置(例如，如专利文献2所公开的装置)改变各气缸组的燃料喷射量及进气量以便为各气缸组提供浓或稀空燃比。
〔专利文献1〕
日本专利未审定公报No.2003-97259
〔专利文献2〕
日本专利未审定公报No.2001-329872
〔专利文献3〕
日本专利未审定公报No.2000-352310
发明内容
如果当执行NOx催化剂的硫中毒恢复时NOx催化剂下游的排气空燃比较浓，则包括未燃HC的排气排放物的量增加。为了减少硫中毒恢复时排气排放物的量，希望控制NOx催化剂下游的排气空燃比等于理论空燃比(理论配比，化学计算的配比)。为了精确控制NOx催化剂下游的排气空燃比，优选使用由在通常的理论配比运转期间进行的空燃比控制得出的空燃比学习值。该空燃比学习值是考虑到空气流量计变动、燃料喷射阀变动等等修正例如燃料喷射量的修正值。
但是，当执行通常的理论配比运转时，对于各气缸组燃料喷射量并不如专利文献1和2中所述变化很大。因此，不能得到当燃料喷射量对于各气缸组变化很大时的空燃比学习值。因此，当执行NOx催化剂的硫中毒恢复时，上述空燃比学习值不能用于排气空燃比控制。结果，实际上不可能提高NOx催化剂下游的排气空燃比的可控制性并充分抑制排气排放物的量。
已做出本发明以解决上述问题。本发明的目的在于，当执行NOx催化剂的硫中毒恢复时，通过提高NOx催化剂下游的排气空燃比的可控制性来充分抑制排气排放物的量。
上述目的通过根据本发明的第一方面的用于内燃机的空燃比控制装置而实现。所述空燃比控制装置包括与第一气缸组相连的第一排气通路和与第二气缸组相连的第二排气通路。所述空燃比控制装置还包括布置在所述第一排气通路与所述第二排气通路的合流部下游的NOx催化剂。所述空燃比控制装置还包括用于向所述第一气缸组和所述第二气缸组的各气缸喷射燃料的燃料喷射阀。所述空燃比控制装置还包括用于改变所述各气缸的进气量的进气量调节机构。所述空燃比控制装置还包括中毒恢复装置，该中毒恢复装置用于通过使所述第一气缸组执行浓燃烧处理或稀燃烧处理并使所述第二气缸组执行稀燃烧处理或浓燃烧处理，来执行所述NOx催化剂的硫中毒恢复。所述空燃比控制装置还包括排气空燃比控制装置，在执行所述硫中毒恢复时，该排气空燃比控制装置为所述第一和第二气缸组的所有气缸提供基本相同的燃料喷射量，同时通过操作所述进气量调节机构而改变各气缸的进气量。
上述目的还可以通过根据本发明的第二方面的用于内燃机的空燃比控制装置而实现。所述空燃比控制装置包括与第一气缸组相连的第一排气通路和与第二气缸组相连的第二排气通路。所述空燃比控制装置还包括布置在所述第一排气通路与所述第二排气通路的合流部下游的NOx催化剂。所述空燃比控制装置还包括用于向所述第一气缸组和所述第二气缸组的各气缸喷射燃料的燃料喷射阀。所述空燃比控制装置还包括通过改变所述各气缸所具有的进气门的气门开启特性而改变所述各气缸的进气量的可变气门机构。所述空燃比控制装置还包括中毒恢复装置，该中毒恢复装置用于通过使所述第一气缸组执行浓燃烧处理或稀燃烧处理并使所述第二气缸组执行稀燃烧处理或浓燃烧处理，来执行所述NOx催化剂的硫中毒恢复。所述空燃比控制装置还包括排气空燃比控制装置，在执行所述硫中毒恢复时，该排气空燃比控制装置为所述第一和第二气缸组的所有气缸提供基本相同的燃料喷射量，同时通过操作所述可变气门机构而改变各气缸的进气量。
由上述可知，根据本发明的第一或第二方面，当执行硫中毒恢复时，可以为第一和第二气缸组的所有气缸提供基本相同的燃料喷射量。因此，当排气空燃比控制装置执行空燃比控制时，可以使用在理论配比运转期间获得的空燃比学习值。这使得可以提高硫中毒恢复时排气空燃比的可控制性并充分抑制排气排放物的量。
根据本发明的第三方面，根据本发明的第一或第二方面的空燃比控制装置还可以包括点火正时控制装置。当执行所述硫中毒恢复时，该点火正时控制装置为执行浓燃烧处理的气缸组提供用于优化转矩和燃料消耗的点火正时，并为执行稀燃烧处理的气缸组提供滞后于所述用于优化转矩和燃料消耗的点火正时的点火正时。
本发明的第三方面为执行浓燃烧处理的气缸组提供用于优化转矩和燃料消耗的点火正时，并为执行稀燃烧处理的气缸组提供滞后于所述用于优化转矩和燃料消耗的点火正时的点火正时。这使得能够减小执行稀燃烧处理的气缸组的转矩，从而抑制气缸间的转矩变动。
根据本发明的第四方面，根据本发明的第一至第三方面中任一方面的空燃比控制装置还可以包括用于获取所述第一排气通路与所述第二排起通路的合流部下游的排气空燃比的空燃比获取装置。如果当执行所述硫中毒恢复时由所述排气空燃比获取装置获取的所述排气空燃比与理论空燃比不一致，则所述排气空燃比控制装置附加地改变各气缸的进气量。
即使由于例如进气量调节机构(如节气门)或可变气门机构的尺寸变动等因素，使得由排气空燃比获取装置获取的排气空燃比与理论空燃比不一致，本发明的第四方面也能够通过允许可变气门机构附加地改变进气量来精确控制排气空燃比。
根据本发明的第五方面，根据本发明的第一至第四方面中任一方面的空燃比控制装置还可以包括布置在所述NOx催化剂的下游且用于检测排气空燃比的排气传感器。如果当执行所述硫中毒恢复时由所述排气传感器检测到的所述排气空燃比与理论空燃比不一致，则所述排气空燃比控制装置附加地改变各气缸的进气量。
即使由于例如进气量调节机构(如节气门)或可变气门机构的尺寸变动等因素，使得由排气传感器检测到的排气空燃比与理论空燃比不一致，本发明的第五方面也能够通过允许可变气门机构附加地改变进气量来精确控制排气空燃比。
附图说明
图1是示出根据本发明第一实施例的系统结构的示意图；
图2是示出图1所示系统内气缸组的示意图；
图3是示出空燃比学习值的图；
图4是示出根据第一实施例ECU 60执行的程序的流程图；
图5是示出根据第二实施例ECU 60执行的程序的流程图；
图6是示出根据第三实施例ECU 60执行的程序的流程图。
具体实施方式
下面将参照附图说明本发明的实施例。附图中相同的部件标以相同的参考标号，并且将不再重复说明。
第一实施例
[系统结构的说明]
图1是示出根据本发明第一实施例的系统结构的示意图。图2是示出图1所示系统内气缸组的示意图。如图1所示，根据第一实施例的系统包括内燃机1。该内燃机1具有多个气缸2。图1仅示出多个气缸2中的一个。如图2所示，所述多个气缸2被划分为第一气缸组2a和第二气缸组2b。
内燃机1包括气缸体6，该气缸体6内装有活塞4。该活塞4经由曲柄机构与曲轴12相连。在曲轴12附近设有曲柄转角传感器14。该曲柄转角传感器14检测曲轴12的旋转角度。气缸体6包括水温传感器10。该水温传感器10检测在内燃机1内循环的冷却水的温度。
在气缸体6的顶部装有气缸盖8。该气缸盖8与活塞4的上表面之间的空间构成了燃烧室16。气缸盖8包括火花塞18，该火花塞18点燃燃烧室16内的空气燃料混合物。
气缸盖8包括与燃烧室16相连通的进气口20。该进气口20与燃烧室16之间的连接部设有进气门22。在进气门22与进气凸轮轴23之间设有可变气门机构24。进气凸轮轴23经由连结机构(未示出)与曲轴12连结。
可变气门机构24被构造为改变进气门22的工作特性(工作角和提升量)。更具体地，可变气门机构24包括输入臂24a，该输入臂24a由进气凸轮轴23上的进气凸轮23a推动。可变气门机构24还包括输出臂24b，该输出臂24b推动摇臂24c。此外，可变气门机构24还包括控制轴24d。该控制轴24d可以在轴向(图1中的前后方向)上移动。当控制轴24d移动时，输入臂24a与输出臂24b之间的相位差发生变化。这使得能够改变进气门22的工作角和提升量。结果，可以改变吸入燃烧室16的空气量。
进气口20与进气通路28相连。在进气口20附近设有喷射器(也称为“燃料喷射阀”)26。该喷射器26喷射燃料到进气口20附近的区域。在进气通路28中间设有稳压箱30。如图2所示，第一进气通路28a和第二进气通路28b与共用的稳压箱30相连通，其中第一进气通路28a与第一气缸组2a的气缸2相连，第二进气通路28b与第二气缸组2b的气缸2相连。
在稳压箱30的上游设有节气门32。该节气门32是由节气门马达34驱动的电子控制式节气门。节气门32基于由加速器开度传感器38检测到的加速器开度AA而驱动。在节气门32附近设有节气门开度传感器36。该节气门开度传感器36检测节气门开度TA。在节气门32上游设有空气流量计40。该空气流量计40检测进气量Ga。在空气流量计40上游设有空气滤清器42。
气缸盖8还包括与燃烧室16相连通的排气口44。该排气口44与燃烧室16之间的连接部设有排气门46。在排气门46与排气凸轮轴47之间设有可变气门机构48。排气凸轮轴47经由连结机构(未示出)与曲轴12相连结。与前面提到的可变气门机构24相同，可变气门机构48被构造为改变排气门46的工作特性(工作角和提升量)。
排气口44与排气通路50相连。该排气通路50设有起动用催化剂54。该起动用催化剂54位于与内燃机1相邻的位置。在起动用催化剂54的下游设有NOx催化剂56。起动用催化剂54是例如三元催化剂。在发动机起动时，起动用催化剂54早于NOx催化剂56活性化。NOx催化剂56吸藏或排出排气中的NOx。
在起动用催化剂54的上游设有空燃比传感器52。在NOx催化剂56的下游设有另一个空燃比传感器58。这些空燃比传感器52、58检测在其各自位置处的排气空燃比。
如图2所示，第一排气通路50a与第一气缸组2a相连。在第一排气通路50a内设有第一起动用催化剂54a。紧接在该第一起动用催化剂54a之前设有第一空燃比传感器52a。类似地，第二排气通路50b与第二气缸组2b相连。在第二排气通路50b内设有第二起动用催化剂54b。紧接在该第二起动用催化剂54b之前设有第二空燃比传感器52b。前面提到的NOx催化剂56和空燃比传感器58被布置在第一排气通路50a与第二排气通路50b的合流部50c的下游。
根据本实施例的系统还包括用作控制器的ECU(电子控制单元)60。ECU 60的输出端与例如火花塞18，可变气门机构24、48，喷射器26以及节气门马达34等相连。ECU 60的输入端与例如水温传感器10，曲柄转角传感器14，节气门开度传感器36，加速器开度传感器38，空气流量计40，空燃比传感器52(52a、52b)以及空燃比传感器58等相连。根据各传感器的输出，ECU 60执行包括燃料喷射控制和点火正时控制的内燃机总体控制。
ECU 60还根据曲柄转角传感器14的输出来计算发动机转速NE。
此外，ECU 60还根据例如由加速器开度传感器38检测到的加速器开度AA计算发动机负荷KL。
此外，ECU 60通过对可变气门机构24、48进行驱动控制来控制气门工作特性(工作角和提升量)。
此外，ECU 60在通常的理论配比运转期间执行空燃比反馈控制。ECU60存储发动机负荷KL与由反馈控制得出的空燃比学习值之间的关系(下文详细说明)。
[第一实施例的特征]
上述系统中的NOx催化剂56吸藏或排出NOx并吸藏排气中的硫成分。当硫成分吸藏量增加时，NOx催化剂56的性能(也就是NOx吸藏能力)降低。因此有必要以预定时间间隔或者每当行驶了预定距离时，执行NOx催化剂56的硫中毒恢复。当将要对NOx催化剂56执行硫中毒恢复时，NOx催化剂56的催化剂床层温度需要升高。
如果是这样，所述系统对气缸组2a、2b的各气缸执行浓燃烧处理或稀燃烧处理。以下说明假定对第一气缸组2a执行浓燃烧处理而对第二气缸组2b执行稀燃烧处理。当如上所述执行浓燃烧处理和稀燃烧处理时，由第一气缸组2a排出的浓混合气以及由第二气缸组2b排出的稀混合气流入NOx催化剂56。然后未燃HC和CO在NOx催化剂56中燃烧(氧化)，使得NOx催化剂床层温度升高。
为了最高效率地执行NOx催化剂56的硫中毒恢复，优选地令NOx催化剂56下游的排气空燃比较浓。但是，如果当执行NOx催化剂56的硫中毒恢复时NOx催化剂56下游的排气空燃比较浓，则未燃HC、CO以及其他排放物的排放量增加。
在上述情况下，第一实施例执行控制以使得NOx催化剂下游的排气空燃比等于理论空燃比(理论配比)以达到在NOx催化剂56的硫中毒恢复时抑制排气排放物量的目的。为了提高NOx催化剂56下游的排气空燃比的可控制性，通常使用在理论配比运转期间获得的空燃比学习值。
下面简要说明所述空燃比学习值。
当在通常的理论配比下运转时，上述系统执行空燃比反馈控制以便获得理论空燃比。在该反馈控制中，燃料喷射量等被修正以吸收空气流量计变动和燃料喷射阀变动。所述燃料喷射量等的修正值被称为空燃比学习值。术语“变动”表征空气流量计40或燃料喷射阀(喷射器)26的设计值和实际特性之间的偏差。图3是示出空燃比学习值的图。
在图3中，符号A表示燃料喷射阀的设计值。对于该设计值，喷射量与喷射时间成比例。但是，实际上存在的是由符号B或C表示的特性。这意味着实际特性与设计值之间存在偏差。该偏差会影响前面提到的排气空燃比。如果实际特性如符号B所示，则应该对零点进行负修正。另一方面，如果实际特性如符号C所示，则不能仅对一个点进行所需修正。当存在由符号C表示的特性时，喷射时间(也就是发动机负荷)被划分为多个区域1-4，并且为各区域确定修正值(％)。例如，为区域1确定的修正值(空燃比学习值)为+4％，区域2的为+2％，区域3的为-3％，区域4的为-5％。
如上所述，当将要执行硫中毒恢复时，常规装置通过向不同的气缸组提供不同的燃料喷射量来对各气缸组执行浓燃烧处理或稀燃烧处理。在这种情况下，举例来说，区域4可以被应用于执行浓燃烧处理的气缸组，而区域2可以被应用于执行稀燃烧处理的气缸组。但是，先前提到的空燃比学习值是在假定向所有气缸提供的燃料喷射量基本相同的基础上被确定的。因此，如果在上述常规装置内要执行硫中毒恢复，则不能使用空燃比学习值。因此，实际上不可能增强在硫中毒恢复时排气空燃比的可控制性并抑制排气排放物量。
在上述情况下，第一实施例使得能够在进行硫中毒恢复时，通过向第一和第二气缸组2a、2b的气缸2提供相同的燃料喷射量而利用上述空燃比学习值。换句话说，考虑到空气流量计40和燃料喷射阀26的变动可以修正燃料喷射量。
此外，在第一实施例中，在不显著改变空气流量计40的空气通过量的情况下，通过可变气门机构24使得第一气缸组2a的进气量和第二气缸组2b的进气量彼此不同。换句话说，通过操作可变气门机构24以改变进气门22的提升量，使得不同的气缸的进气量各不相同。这确保了在第一气缸组2a的气缸2内可以执行浓燃烧处理(例如，空燃比为14.2)而在第二气缸组2b的气缸2内可以执行稀燃烧处理(例如，空燃比为15.0)。
因此，第一实施例可以通过在硫中毒恢复期间供给相同的燃料喷射量而利用所述空燃比学习值。因而，空气流量计40和燃料喷射阀26的变动可以被吸收。因而，理论配比点的排气空燃比的可控制性能够被提高，结果，排气排放物量也能够得到充分抑制。
[第一实施例执行的处理的细节]
图4是示出根据第一实施例ECU 60执行的程序的流程图。
在图4所示的程序中，首先执行步骤100，读取发动机转速NE、发动机负荷KL、进气量Ga以及进气门22的气门提升量。内燃机转速NE可以由曲柄转角传感器14的输出计算出。发动机负荷KL可以由例如加速器开度AA等计算出。进气量Ga可以由空气流量计40检测出。进气门22的提升量可以由可变气门机构24的控制轴24b的位置计算出。
接下来，执行步骤102以计算各气缸的进气量。各气缸的进气量可以由在步骤100中读取的进气量Ga及提升量计算出。
然后，执行步骤104以计算每个气缸2的燃料喷射量(目标值)。当前执行的程序为所有气缸2提供相同的燃料喷射量，并且执行控制使得NOx催化剂56下游的排气空燃比与理论空燃比相一致。因此，在步骤104中，通过由在步骤100中读取的进气量Ga确定总的燃料喷射量并将所确定的燃料喷射量除以气缸2的数目，计算各气缸2的燃料喷射量。
下面，通过将在步骤104中计算出的燃料喷射量与空燃比学习值(％)相乘来修正燃料喷射量(步骤106)。这里，当在通常的理论配比下运转时，ECU 60执行上述程序以外的程序以执行空燃比反馈控制。在这种反馈控制中，考虑到空气流量计40和燃料喷射阀26的变动而修正燃料喷射量，从而使由排气传感器58检测到的排气空燃比与目标空燃比(理论空燃比)相一致。ECU 60存储发动机负荷KL与由空燃比反馈控制得出的燃料喷射量修正值(％)之间的关系。ECU 60将发动机负荷KL划分为例如四个区域，并存储各区域的燃料喷射量修正值(％)(参照图3)。ECU 60可以根据在步骤100中读取的发动机负荷KL来读出修正量(％)，并使用所读取的修正量作为在步骤106中的空燃比学习值。
接下来，执行步骤108以判断是否对所有气缸组都执行浓/稀控制，也就是说，判断是否对各个气缸组执行浓燃烧处理或稀燃烧处理。如果在步骤108中得到的判断结果不能表明对所有气缸组都执行浓/稀控制，则当前程序终止。在这种情况下，在第一和第二气缸组2a、2b的所有气缸内执行理论配比燃烧处理。
如果在步骤108中得到的判断结果表明对所有气缸组都执行浓/稀控制，则执行步骤110以判断某一气缸是否属于执行浓燃烧处理的气缸组(下文中称为“浓燃烧气缸”)。如果在步骤110中得到的判断结果表明该气缸是浓燃烧气缸，也就是说，该气缸2属于第一气缸组2a，则参照存储在ECU 60中的脉谱图来计算该浓燃烧气缸的提升量目标值(步骤112)。该脉谱图基于发动机转速NE与发动机负荷KL之间的关系限定提升量目标值。而且，该脉谱图的形式为，提升量随着发动机转速NE和发动机负荷KL的增加而减小。根据该脉谱图，气缸的进气量随着转速和负荷的增加而减小。换句话说，当在高转速和高负荷条件下工作时，浓燃烧气缸的理论空燃比与目标空燃比之间存在较大的偏差。
如果在步骤110中得到的判断结果表明所述气缸属于执行稀燃烧处理的气缸组(下文中表示为“稀燃烧气缸”)，也就是说，该气缸2属于第二气缸组2b，则参照存储在ECU 60中的脉谱图来计算该稀燃烧气缸的提升量目标值(步骤114)。该脉谱图根据发动机转速NE与发动机负荷KL之间的关系限定提升量目标值。该脉谱图与步骤112中所参照的脉谱图不同之处在于，提升量被设定为随着发动机转速NE和发动机负荷KL的增加而增加。根据该脉谱图，气缸的进气量随转速和负荷的增加而增加。换句话说，当在高转速和高负荷条件下工作时，稀燃烧气缸的理论空燃比与目标空燃比之间存在较大的偏差。
第一实施例执行控制以使NOx催化剂56下游的排气空燃比与理论空燃比相一致。因此，浓燃烧气缸的目标空燃比与理论空燃比之间的偏差和稀燃烧气缸的目标空燃比与理论空燃比之间的偏差相等。
在步骤112或114中计算出提升量目标值后，参照ECU 60中存储的脉谱图来确定点火正时(步骤116)。该脉谱图根据燃料喷射量与提升量(也就是进气量)之间的关系限定点火正时。该脉谱图选择能够优化气缸输出转矩和燃料消耗的点火正时(MBT：得到最佳转矩的最小点火提前角)。
然后，驱动可变气门机构24以提供在步骤112或114中计算出的提升量(步骤118)。更具体地，参照存储在ECU 60中的脉谱图来移动控制轴24d，从而获得上述提升量。
然后，执行步骤120以根据在步骤106中计算出的燃料喷射量喷射燃料并根据在步骤116中确定的点火正时点燃燃料。
当上述程序在NOx催化剂56的硫中毒恢复期间重新开始时，在步骤104和106中确定燃料喷射量，然后在步骤112或114中再次计算进气门22的提升量。随后，在步骤120中，使空气燃料混合物燃烧。
如上所述，图4中所示的程序为所有的气缸2提供相同的燃料喷射量，并为各个气缸组2a、2b提供不同的进气门22的提升量，使得对气缸组2 a、2b执行浓燃烧处理或稀燃烧处理。这使得能够提高NOx催化剂床层温度。此外，由于相同的燃料喷射量被供给到气缸组2a、2b，所以可以用在理论配比运转期间得到的空燃比学习值来修正燃料喷射量。这使得能够吸收空气流量计40和燃料喷射阀26的变动。因而，能够精确地执行控制以使得在硫中毒恢复时NOx催化剂下游的排气空燃比与理论空燃比相一致。因此，在硫中毒恢复时能够充分地抑制排气排放物量。
根据第一实施例的系统包括可变气门机构24、48，该可变气门机构24、48改变进气门22和排气门46的气门开启特性。但是，如果该系统至少包括用于改变进气门22的气门开启特性的可变气门机构24，则该系统能得到与第一实施例同样的效果。
此外，可以使用电磁驱动气门机构或可变气门正时机构代替可变气门机构24，只要其能够改变进气门22的气门开启特性即可。在这种情况下，由于该系统能够为各气缸提供不同的进气量并对各气缸组执行浓燃烧处理或稀燃烧处理，所以该系统也能得到与第一实施例同样的效果。
另外，该系统还可以包括为各气缸组(各列)设置的节气门，该节气门取代可变气门机构作为一种用于改变各气缸组的进气量的机构。另外，该系统还可以包括安装在通往各气缸的进气通路上的节气门，该节气门作为一种用于改变各气缸的进气量的机构。在这些情况下，所述系统也能得到与第一实施例同样的效果。
对第一实施例的上述说明假定所述系统使用口喷射器26来进行燃料喷射。然而，该系统可以包括直接喷射燃料到气缸2内的缸内喷射器。在这种情况下，该系统也能得到与第一实施例同样的效果。
在第一实施例中，当ECU 60执行步骤104、112和114时，实现根据本发明第一或第二方面的“排气空燃比控制装置”；当ECU 60执行步骤118和120时，实现根据本发明第一或第二方面的“中毒恢复装置”。
第二实施例
根据本发明第二实施例的系统可以通过采用图1和图2所示的硬件配置并令ECU 60执行如图5所示且将在下文说明的程序而实现。
[第二实施例的特征]
上述第一实施例通过向所有气缸2提供相同的燃料喷射量并且用可变气门机构24为各个气缸提供不同的进气量而对气缸组2a、2b执行浓燃烧处理或稀燃烧处理。此外，所选的点火正时(下文中称为“MBT”)能够优化第一和第二气缸组2a、2b的输出转矩和燃料消耗。如果如结合第一实施例所述，在对所有气缸都提供相同的燃料喷射量的情况下选择MBT作为点火正时，则稀燃烧气缸的转矩倾向于比浓燃烧气缸的转矩大。原因在于在稀燃烧气缸中由于存在大量的氧而使得未燃燃料损失较小。
如果在对供有不同燃料喷射量的各气缸组执行浓燃烧处理或稀燃烧处理的情况下选择MBT作为点火正时，则与本发明所遇到的现象不同，浓燃烧气缸的转矩比稀燃烧气缸的转矩大。
为了抑制可能在第一实施例中发生的气缸与气缸之间的转矩变动，第二实施例选择MBT作为浓燃烧气缸的点火正时，并为稀燃烧气缸提供滞后于MBT的点火正时。
[由第二实施例执行的处理的细节]
图5是示出根据第二实施例ECU 60执行的程序的流程图。
在图5所示的程序中，与之前所述的第一实施例相同，执行图4所示程序中的步骤100至110。
如果在步骤110中得到的判断结果表明气缸是浓燃烧气缸，则与图4所示的程序相同，计算该浓燃烧气缸的提升量目标值(步骤112)。然后执行步骤116，选择优化输出转矩和燃料消耗的点火正时(MBT)。
另一方面，如果在步骤110中得到的判断结果表明气缸是稀燃烧气缸，则与图4所示的程序相同，计算该稀燃烧气缸的提升量目标值(步骤114)。随后，参照存储在ECU 60中的脉谱图来设定该稀燃烧气缸的点火正时(步骤116)。该脉谱图参照燃料喷射量与提升量之间的关系限定稀燃烧气缸的点火正时。根据该脉谱图，不同于浓燃烧气缸的点火正时，滞后于MBT的点火正时被设定。而且，该脉谱图的形式为，随着与浓燃烧气缸的转矩差异的增加，也就是说，随着提升量的增加，较之MBT的滞后量也增加。这使得能够减小稀燃烧气缸的输出转矩。因此，能够抑制气缸与气缸之间的转矩变动。
然后，与图4所示的程序相同，驱动可变气门机构24(步骤118)。随后执行步骤120，根据在步骤106中计算出的燃料喷射量来喷射燃料并根据在步骤116或122中确定的点火正时点燃燃料。
如上所述，图5所示的程序能够通过使稀燃烧气缸的点火正时滞后于MBT来减小该稀燃烧气缸的输出转矩。因而，能够调整稀燃烧气缸的输出转矩以配合浓燃烧气缸的输出转矩。因此，除了第一实施例所具备的优点外，第二实施例还具有能够抑制气缸与气缸之间转矩变动的优点。
在第二实施例中，当ECU 60执行步骤122时，实现根据本发明第三方面的“点火正时控制装置”。
第三实施例
根据本发明第三实施例的系统可以通过采用图1和图2所示的硬件配置并令ECU 60执行如图6所示且将在下文说明的程序而实现。
[第三实施例的特征]
第一和第二实施例利用空燃比学习值修正燃料喷射量，以防止空气流量计40和燃料喷射阀26的变动影响排气空燃比。但是，可变气门机构24的尺寸变动可能会影响排气空燃比。
如果由空燃比传感器58检测到的排气空燃比与作为目标值的理论空燃比不同，则为了使排气空燃比等于理论空燃比，第三实施例驱动可变气门机构24以附加地改变进气门22的提升量。更具体地，如果NOx催化剂下游的排气空燃比较浓，则可变气门机构24被驱动以使第一和第二气缸组2a、2b的空燃比向稀的一侧转变。相反，如果NOx催化剂下游的排气空燃比较稀，则可变气门机构24被驱动以使第一和第二气缸组2a、2b的空燃比向浓的一侧转变。因此，即使NOx催化剂下游的排气空燃比与理论空燃比不一致，也可以通过用可变气门机构24改变进气量而不是通过改变燃料喷射量来精确地控制排气空燃比。
[由第三实施例执行的处理的细节]
图6是示出根据第三实施例ECU 60执行的程序的流程图。
在图6所示的程序中，执行步骤130以判断由空燃比传感器58检测到的排气空燃比(下文中称为“空燃比”)AF3是否大于目标值。如上文所述，为了抑制未燃HC、CO2和其他排气排放物的量，使空燃比AF3的目标值与理论空燃比(14.6)一致。
如果在步骤130中得到的判断结果表明空燃比AF3大于目标值，也就是说，NOx催化剂下游的排气空燃比较稀，则使排气传感器52a处的空燃比AF1的目标值和排气传感器52b处的空燃比AF2的目标值向浓的一侧转变(步骤132)。在步骤132中，ECU 60计算空燃比AF3与目标值之间的偏差。然后参照存储在ECU 60内的脉谱图，根据所计算出的偏差来计算空燃比AF1、AF2的目标值变化量。然后使空燃比AF1、AF2的目标值改变计算出的变化量(对于下文中将说明的步骤134也是如此)。
除了当前说明的程序之外，ECU 60还执行另一个程序，例如图4或图5所示的程序，以计算各气缸的进气量和燃料喷射量。因此，目标空燃比由已计算出的值来确定。此外，ECU 60可以由发动机转速NE和发动机负荷KL来计算目标空燃比。在步骤132中，ECU 60可以使用通过上述方法中任意一种计算出的目标空燃比作为空燃比AF1、AF2的目标值(对于下文中将说明的步骤134也是如此)。
另一方面，如果在步骤130中得到的判断结果表明空燃比AF3小于目标值，也就是说，NOx催化剂下游的排气空燃比较浓，则使排气传感器52a处的空燃比AF1的目标值和排气传感器52b处的空燃比AF2的目标值向稀的一侧转变(步骤134)。
当空燃比AF1、AF2的目标值在步骤132或134中被改变后，执行步骤136以判断是否对所有气缸组都执行浓/稀控制。如果在步骤136中得到的判断结果表明对所有气缸组都执行浓/稀控制，则执行步骤138以判断由排气传感器52a检测到的空燃比AF1是否大于目标值。
如果在步骤138中得到的判断结果表明空燃比AF1大于目标值，则该空燃比AF1需要向浓的一侧转变。在这种情况下，通过参照存储在ECU 60中的脉谱图并减小气缸2的提升量来减小属于第一气缸组2a的气缸2的进气量(步骤140)。该脉谱图的形式为，提升量随着空燃比AF1与目标值之间偏差的增大而减小。该脉谱图使得当空燃比AF1与目标值之间偏差增大时，能够减小气缸的进气量并很大程度上使空燃比AF1向浓的一侧转变。
另一方面，如果在步骤138中得到的判断结果表明空燃比AF1小于目标值，则该空燃比AF1需要向稀的一侧转变。在这种情况下，通过参照存储在ECU 60中的脉谱图并增大气缸2的提升量来增大属于第一气缸组2a的气缸2的进气量(步骤142)。该脉谱图的形式为，提升量随着空燃比AF1与目标值之间偏差的增大而增大。该脉谱图使得当空燃比AF1与目标值之间偏差增大时，能够增大气缸的进气量并很大程度上使空燃比AF1向稀的一侧转变。
此外，对第二气缸组2b也执行在步骤138至142中执行的处理。更具体地，改变属于第二气缸组2b的气缸2的提升量，以改变进气量并使空燃比AF2向浓的一侧或稀的一侧转变。
如果在步骤136中得到的判断结果不能表明对所有气缸组都执行浓/稀控制，也就是说，如果要执行通常的理论配比燃烧处理，则如下所述执行反馈控制。在这种情况下，如通常一样控制燃料喷射量，使得空燃比AF3与理论空燃比相一致。更具体地，随后执行步骤144来询问步骤136，以判断由排气传感器52a检测到的空燃比AF1是否大于目标值。
如果在步骤144中得到的判断结果表明空燃比AF1大于目标值，则增大属于第一气缸组2a的气缸2的燃料喷射量以使空燃比AF1向浓的一侧转变(步骤146)。另一方面，如果在步骤144中得到的判断结果表明空燃比AF1小于目标值，则减小属于第一气缸组2a的气缸2的燃料喷射量以使空燃比AF1向稀的一侧转变(步骤148)。
此外，对第二气缸组2b也执行在步骤144至148中执行的处理。更具体地，改变属于第二气缸组2b的气缸2的燃料喷射量，以使空燃比AF2向浓的一侧或稀的一侧转变。
当上述程序在NOx催化剂56的硫中毒恢复期间重新开始时，在步骤140或142中通过可变气门机构24再次改变进气门22的提升量，并且执行控制以使得空燃比AF3与目标值相一致。
如上所述，为了使空燃比AF3向目标值收敛，图6所示的程序改变第一和第二气缸组2a、2b的气缸的提升量以改变气缸的进气量。由于在这种情况下燃料喷射量没有改变，所以可以与第一和第二实施例一样使用空燃比学习值。因此，即使当空燃比AF3由于可变气门机构24的尺寸变动而偏离目标值时，空燃比AF3也能被精确地收敛至目标值。
在第三实施中，用于检测空燃比AF3的空燃比传感器58设置在NOx催化剂56的下游。然而，该空燃比传感器可以设置在任意位置，只要其位于第一排气通路50a和第二排气通路50b的合流部50c下游即可。此外，如果能够得到合流部50c下游的空燃比，就能够实现第三实施例的目标。因此，可以读取已计算出的数值作为空燃比而不必用传感器来检测。
当使用安装在各气缸进气通路内的节气门代替可变气门机构24来改变各气缸的进气量时，排气空燃比可能会受所述节气门的尺寸变动或驱动控制变动的影响。在这种情况下，当该节气门的开度再次改变时，也能够得到与第三实施例相同的优点。
在第三实施例中，当ECU 60执行步骤140和142时，实现根据本发明第四或第五方面的“排气空燃比控制装置”。

Claims (5)

1.一种能够对各气缸组执行浓燃烧处理或稀燃烧处理的用于内燃机的空燃比控制装置，该空燃比控制装置包括：
第一排气通路，该第一排气通路与第一气缸组相连；
第二排气通路，该第二排气通路与第二气缸组相连；
NOx催化剂，该NOx催化剂布置在所述第一排气通路与所述第二排气通路的合流部的下游；
燃料喷射阀，该燃料喷射阀用于向所述第一和第二气缸组的各气缸喷射燃料；
进气量调节机构，该进气量调节机构用于改变所述各气缸的进气量；
中毒恢复装置，该中毒恢复装置用于通过使所述第一气缸组执行浓燃烧处理或稀燃烧处理并使所述第二气缸组执行稀燃烧处理或浓燃烧处理，而执行所述NOx催化剂的硫中毒恢复；以及
排气空燃比控制装置，在执行所述硫中毒恢复时，该排气空燃比控制装置为所述第一和第二气缸组的所有气缸提供基本相同的燃料喷射量，同时通过操作所述进气量调节机构而改变各气缸的进气量。
2.一种能够对各气缸组执行浓燃烧处理或稀燃烧处理的用于内燃机的空燃比控制装置，该空燃比控制装置包括：
第一排气通路，该第一排气通路与第一气缸组相连；
第二排气通路，该第二排气通路与第二气缸组相连；
NOx催化剂，该NOx催化剂布置在所述第一排气通路与所述第二排气通路的合流部的下游；
燃料喷射阀，该燃料喷射阀用于向所述第一和第二气缸组的各气缸喷射燃料；
可变气门机构，该可变气门机构通过改变所述各气缸所具有的进气门的气门开启特性而改变所述各气缸的进气量；
中毒恢复装置，该中毒恢复装置用于通过使所述第一气缸组执行浓燃烧处理或稀燃烧处理并使所述第二气缸组执行稀燃烧处理或浓燃烧处理，而执行所述NOx的硫中毒恢复；以及
排气空燃比控制装置，在执行所述硫中毒恢复时，该排气空燃比控制装置为所述第一和第二气缸组的所有气缸提供基本相同的燃料喷射量，同时通过操作所述可变气门机构而改变各气缸的进气量。
3.根据权利要求1或2所述的空燃比控制装置，还包括：
点火正时控制装置，当执行所述硫中毒恢复时，该点火正时控制装置为执行浓燃烧处理的气缸组提供用于优化转矩和燃料消耗的点火正时，并为执行稀燃烧处理的气缸组提供滞后于所述用于优化转矩和燃料消耗的点火正时的点火正时。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的空燃比控制装置，还包括：
排气空燃比获取装置，该排气空燃比获取装置用于获取所述第一排气通路与所述第二排气通路的合流部下游的排气空燃比；
其中，如果当执行所述硫中毒恢复时由所述排气空燃比获取装置获取的所述排气空燃比与理论空燃比不一致，则所述排气空燃比控制装置附加地改变各气缸的进气量。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的空燃比控制装置，还包括：
排气传感器，该排气传感器布置在所述NOx催化剂的下游，用于检测排气空燃比，
其中，如果当执行所述硫中毒恢复时由所述排气传感器检测到的所述排气空燃比与理论空燃比不一致，则所述排气空燃比控制装置附加地改变各气缸的进气量。
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