CN101790631B - 用于内燃发动机的空燃比控制设备和空燃比控制方法 - Google Patents

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Abstract

控制喷射到内燃发动机(10)中的燃料量以调节空燃比。空燃比传感器(16)设置在三元催化剂(14)的上游。氨传感器(18)设置在三元催化剂(14)的下游。执行基于空燃比传感器(16)的主反馈控制使得排气的空燃比变成接近处于化学计量空燃比附近的目标空燃比。基于氨传感器(18)的输出值执行子反馈控制。

Description

用于内燃发动机的空燃比控制设备和空燃比控制方法
技术领域
本发明涉及一种用于内燃发动机的空燃比控制设备，并且更具体而言，涉及基于排气状态执行空燃比反馈控制的用于内燃发动机的空燃比控制设备和空燃比控制方法。
背景技术
如日本专利申请公报No.2002-276419(JP-A-2002-276419)中所公开的一样，已知一种系统，其中氨传感器设置在内燃发动机的排气通道中。在此系统中，氨传感器设置在催化剂的后段，催化剂设置在排气通道中。此外，氧传感器与氨传感器一起设置在催化剂的后段。
当排气的空燃比稀时内燃发动机的排气中可能含有氮氧化物(NOx)。因此，当排气的空燃比持续为稀时，NOx可流出到催化剂的后段。另一方面，在排气的空燃比浓的情形下，可能通过排气中的氮与氢的反应产生氨(NH3)。因此，在排气的空燃比浓的情形下，NH3可能排放到催化剂的后段。
氨传感器对NOx及NH3敏感。因此，设置在催化剂的后段的氨传感器在浓氛围下输出对应于NH3的浓度的值，而另一方面，在稀氛围下输出对应于NOx的浓度的值。
上述系统基于设置在催化剂下游的氧传感器的输出判定排气的空燃比是浓还是稀。然后，当氨传感器在排气的空燃比浓的情形下输出大于标准值的值时，此系统判定已产生大量NH3，并尝试使空燃比变稀。此外，当氨传感器在排气的空燃比稀的情形下输出大于标准值的值时，此系统判定已产生大量NOx，并尝试使空燃比变浓。
根据上述处理，可控制内燃发动机的空燃比使得流出到催化剂下游区域的NH3和NOx的量变得相当小。因此，此系统可确保内燃发动机获得良好的排放性能。
然而，对于当氨传感器在稀氛围下第一次输出大于标准值的值时而言，上述系统判定空燃比偏离到稀侧，并且使空燃比变浓。根据此控制，一定量的NOx不可避免地流出到催化剂下游的区域。就此而言，从抑制NOx的排放量的立场考虑，上述系统还有待进一步改进。
发明内容
本发明提供一种用于内燃发动机的空燃比控制设备，其能够充分抑制排放到催化剂下游区域的NOx的量。
本发明的第一方面涉及一种用于内燃发动机的空燃比控制设备，所述空燃比控制设备配备有：空燃比调节机构，其用于调节内燃发动机的空燃比；排气空燃比检测装置，其用于检测排气的空燃比；第一反馈装置，其用于对空燃比调节机构进行第一反馈控制使得排气的空燃比变成接近处于化学计量空燃比附近的目标空燃比；氨传感器，其设置在内燃发动机的排气系统中；以及第二反馈装置，其用于对空燃比调节机构进行基于氨传感器的输出值的第二反馈控制。
根据本发明的上述方面，可通过第一反馈装置将排气的空燃比控制为处于化学计量空燃比附近的值。此外，可通过第二反馈装置精确地调节排气的空燃比。第二反馈装置基于氨传感器的输出执行第二反馈控制。在化学计量空燃比附近，氨传感器对于NH3的浓度输出线性值。此外，在相对于氧传感器对该空燃比敏感的空燃比在浓侧的空燃比范围内，氨传感器对于NH3的浓度输出线性值。因此，根据第二反馈装置，与基于氧传感器的输出的反馈控制相比可将空燃比的控制目标转移到浓侧。即使当排气的空燃比变成比化学计量空燃比稍稀时排气中的NOx的量也突然增加。另一方面，即使当排气的空燃比在化学计量空燃比附近偏离到浓侧时排气中的碳氢化合物(HC)和一氧化碳(CO)的量也不会很突然地增加。因此，如果可使空燃比的控制目标比其中氧传感器的输出突变的空燃比稍浓，则可总体改善内燃发动机的排放性能。可通过第二反馈装置满足上述要求。因此，与其中利用氧传感器精确地调节空燃比的情况相比，可总体改善内燃发动机的排放性能。
此外，空燃比控制设备可配备有催化剂，催化剂在排气系统中设置成位于氨传感器上游。排气空燃比检测装置可配备有设置在催化剂上游的空燃比传感器。第一反馈装置可基于空燃比传感器的输出执行第一反馈控制。
根据本发明的上述方面，可基于设置在催化剂上游的空燃比传感器的输出执行第一反馈控制。因此，通过第一反馈控制，可将在其中排气流到催化剂中的阶段的空燃比控制为处于目标空燃比附近的值。此外，可基于设置在催化剂下游的氨传感器的输出执行第二反馈控制。因此，通过第二反馈控制，可精确地调节空燃比，从而在催化剂下游获得期望的排放性能。
此外，空燃比控制设备可配备有用于检测内燃发动机的运转状态的运转状态检测装置。第二反馈装置可配备有控制参数设定装置以及目标值改变装置，控制参数设定装置用于基于氨传感器的输出与氨目标值之间的比较结果设定空燃比的控制参数，目标值改变装置用于在高负荷运转条件成立的情况下将氨目标值设定为浓侧目标值并且在低负荷运转条件成立的情况下将氨目标值设为比浓侧目标值稀的稀侧目标值。
根据上述设定，在高负荷运转期间可将氨目标值设定在浓侧。在高负荷运转期间，可能排放诸如NOx、HC、CO等之类的成分。当在此情形中将氨目标值设定在浓侧时，更有可能产生HC和CO，但可抑制NOx的产生量。在高负荷运转期间，催化剂被充分加热。因此，充分确保了净化HC和CO的能力。因此，可在高负荷运转期间实现良好的排放性能。此外，在低负荷运转期间将氨目标值设定在稀侧。在低负荷运转期间，催化剂净化HC和CO的能力有可能下降。当在此情形中将氨目标值设定在稀侧时，抑制了HC和CO的产生量，并因此可防止HC和CO的排放。此外，在低负荷运转期间，NOx的产生量小，因此即使当氨目标值被设定在稀侧时也不会发生NOx的过量排放。由于上述原因，可使内燃发动机获得良好的排放性能。
此外，第二反馈装置可配备有比较结果反映装置以及增益设定装置，比较结果反映装置用于以预定增益将氨传感器的输出与氨目标值之间的比较结果反馈到空燃比，增益设定装置其用于随着氨传感器的输出偏离氨目标值的量的增加而增加增益。
根据上述设定，可将氨传感器的输出偏离氨目标值的量反映在反馈增益上。因此，可使第二反馈控制的精度和响应性相兼容。
此外，空燃比控制设备还可配备有在排气系统中设置成定位在氨传感器上游的催化剂以及设置在催化剂下游的氧传感器。排气空燃比检测装置可配备有设置在催化剂上游的空燃比传感器，并且第一反馈装置可基于空燃比传感器的输出执行第一反馈控制。此外，空燃比控制设备还可配备有第三反馈装置以及第二反馈选择装置，第三反馈装置用于对空燃比调节机构进行基于氨传感器和氧传感器的输出值或氧传感器的输出值的第二反馈控制，第二反馈选择装置用于选择性地使第二反馈装置和第三反馈装置作动。
根据上述设定，可基于位于催化剂上游的空燃比传感器的输出执行第一反馈控制，并且可基于位于催化剂下游的氨传感器的输出和位于催化剂下游的氧传感器的输出中的至少一者执行第二反馈控制。这两种传感器输出可用作第二反馈控制的基础。因此，可实现高控制精度。
此外，空燃比控制设备还可配备有用于检测内燃发动机的运转状态的运转状态检测装置。第二反馈选择装置可在高负荷运转条件成立的情况下选择第二反馈装置作为作动装置，而在低负荷运转条件成立的情况下选择第三反馈装置作为作动装置。
根据上述设定，在高负荷运转期间，可基于氨传感器的输出执行第二反馈控制。当基于氨传感器的输出执行第二反馈控制时，与基于氧传感器的输出执行第二反馈控制的情形相比可将目标空燃比转移到浓侧。当目标空燃比变浓时，可抑制NOx的产生量。因此，即使在趋于引起大量NOx产生的高负荷运转期间也可实现良好的排放性能。在低负荷运转期间，可基于氧传感器的输出执行第二反馈控制。当基于氧传感器的输出执行第二反馈控制时，可将目标空燃比转移到稀侧。当目标空燃比变稀时，HC和CO的产生量被抑制。相应地，即使在引起催化剂活性下降的低负荷运转期间也可实现良好的排放性能。
此外，空燃比控制设备可配备有偏离方向判定装置，用于判定排气的空燃比是从目标空燃比偏离到浓侧还是偏离到稀侧。第二反馈选择装置可在判定排气的空燃比偏离到浓侧的条件下选择第二反馈装置作为作动装置，而在判定排气的空燃比偏离到稀侧的条件下选择第三反馈装置作为作动装置。
根据上述设定，当排气的空燃比从目标空燃比偏离到浓侧时，基于氨传感器的输出执行第二反馈控制。氨传感器在响应性上劣于氧传感器，但另一方面，氨传感器对于氧传感器不能稳定地检测到的稍浓空燃比输出线性值。当目标空燃比偏离到浓侧时，不太可能发生大量NOx产生，响应性不为反馈控制所需。在此情况下，可通过基于氨传感器的输出执行第二反馈控制来实现良好的排放性能。此外，当排气的空燃比从目标空燃比偏离到稀侧时，基于氧传感器的输出执行第二反馈控制。与氨传感器不一样，氧传感器对比化学计量空燃比浓的范围不敏感，但另一方面，氧传感器具有优异的响应性。当目标空燃比偏离到稀侧时，有可能发生大量NOx产生。在上述情形下可通过基于氧传感器的输出执行第二反馈控制而以优异的响应性充分抑制NOx的排放量。
此外，偏离方向判定装置当氧传感器的输出大于氧目标值时可判定排气的空燃比从目标空燃比偏离到浓侧，并且当氧传感器的输出小于氧目标值时判定排气的空燃比从目标空燃比偏离到稀侧。
根据上述设定，可基于氧传感器的输出判定排气的空燃比是从目标空燃比偏离到浓侧还是偏离到稀侧。氧传感器具有高的绝对精度和优异的响应性。因此，可以优异的响应性精确地作出上述判定。
此外，第二反馈装置可执行第二反馈控制使得氨传感器的输出变成接近氨目标值，而第三反馈装置可执行第二反馈控制使得氧传感器的输出变成接近氧目标值。用于使氨传感器的输出与氨目标值一致的排气的空燃比可从用于使氧传感器的输出与氧目标值一致的排气的空燃比转移到浓侧。
根据上述设定，可根据是否基于氨传感器的输出或氧传感器的输出执行第二反馈控制来改变目标空燃比。
此外，第三反馈装置可配备有控制参数设定装置以及增益设定装置，控制参数设定装置用于以预定增益将氧传感器的输出与氧目标值之间的比较结果反映在空燃比的控制参数上，增益设定装置用于随着氧传感器的输出自氧目标值的偏离量的增加而增加增益。
根据上述设定，可将氧传感器的输出自氧目标值的偏离量反映在反馈增益上。因此，根据本发明，可使第二反馈控制的精度和响应性相兼容。
附图说明
从以下参考附图对实施方式的描述，本发明的上述及进一步的目的、特征和优点将变得明显，在附图中相同的标号用于代表相同的元件，并且其中：
图1是用于说明本发明的第一实施方式的构造的图；
图2是用于说明图1所示的氨传感器的特性和氧传感器的劣化特性的图；
图3是用于说明三元催化剂的净化率和空燃比之间的关系以及通过空燃比反馈进行的空燃比控制范围的图；
图4是在本发明的第一实施方式中执行的程序的流程图；
图5是在本发明的第二实施方式中执行的程序的流程图；
图6是示出在图5所示的程序中所参照的映射的图；
图7是示出在利用氧传感器来实现根据本发明的第二实施方式的系统所实现的效果的过程中所要求的映射的图；
图8是在本发明的第三实施方式中执行的程序的流程图；
图9是用于说明本发明的第四实施方式的构造的图；
图10是用于说明根据本发明的第四实施方式的系统可控制排气的空燃比的范围的图；
图11是氧传感器和氨传感器的优点和缺点之间的对比图；
图12是确定在本发明的第四实施方式中执行的子反馈控制的概要与内燃发动机的运转范围之间的关系的映射；
图13是在本发明的第四实施方式中执行的程序的流程图；
图14是用于说明根据本发明的第五实施方式的系统如何选择性地使用氧传感器和氨传感器的图；
图15是在本发明的第五实施方式中执行的程序的流程图；
图16A和图16B是分别参照以设定用于氧传感器的输出的子反馈目标值和用于氨传感器的输出的子反馈目标值的映射；以及
图17是在本发明的第六实施方式中执行的程序的流程图。
具体实施方式
第一实施方式
[第一实施方式的构造]
图1是用于说明本发明的第一实施方式的构造的图。如图1所示，根据本发明的此实施方式的系统配备有内燃发动机10。排气通道12与内燃发动机10连通。在排气通道12中包含有三元催化剂14。用于检测排气的空燃比的空燃比传感器16设置在三元催化剂14上游。此外，氨传感器18设置在三元催化剂14下游。
空燃比传感器12的输出和氨传感器18的输出被供应到电子控制单元(ECU)30。此外，用于检测进气量Ga的空气流量计32的输出和用于检测发动机转速Ne的转速传感器34的输出被供应到ECU 30。此外，用于将燃料喷射到内燃发动机10的进气侧的喷射器36连接到ECU30。ECU 30基于上述各种传感器的输出对从喷射器36喷射的燃料量执行反馈控制使得排气的空燃比变成等于目标空燃比。
[氧传感器和氨传感器的特性]
图2是用于说明氨传感器18的特性的图。在图2中，以参考标号40表示的特性曲线代表普通氧传感器的初始特性。此外，以参考标号42表示的特性曲线代表氧传感器在经历时间而劣化后的特性。氧传感器当空燃比相对于化学计量空燃比在浓侧时产生高输出(浓输出)，而当空燃比相对于化学计量空燃比在稀侧时产生低输出(稀输出)。因此，当在浓输出与稀输出之间设定标准值并与氧传感器的输出进行比较时，可判定空燃比是浓还是稀。
氧传感器的浓输出在初始阶段约为0.9V(参看特性曲线40)，但在经历时间而劣化的过程中下降到约0.6V(参看特性曲线42)。因此，为了即使在经历时间而劣化后也利用氧传感器作出正确判定，需将标准值设定为约0.5V。
假设在检测到氧传感器的输出反转时的空燃比称为“反转空燃比”，空燃比随着标准值增加地跨越反转空燃比而转移到浓侧，而另一方面，随着标准值减小地跨越反转空燃比而转移到稀侧。由于上述原因，待与氧传感器的输出进行比较的标准值的上限为约0.5V。因此，只要使用氧传感器，在比对应于0.5V的反转空燃比浓的范围内就不能检测到空燃比的行为。
图2中以参考标号44表示的范围是可通过基于氧传感器的输出执行空燃比反馈控制来实现的空燃比的控制范围。当输出转为稀输出时，基于氧传感器的输出的空燃比反馈控制可通过例如增加燃料喷射量实现，反之，当输出转为浓输出时，基于氧传感器的输出的空燃比反馈控制可通过减少燃料喷射量实现。当执行此控制时，内燃发动机的空燃比保持处于对应于0.5V的空燃比附近的范围内，如范围44所示。
图2中以参考标号46表示的实线以及图2中以参考标号48表示的实线两者均代表氨传感器18的特性。氨传感器18输出表示氛围中的NH3(氨)和NOx的反应量的值。当空燃比浓时，排气中含有NH3。此外，空燃比变得越浓，排气中NH3的浓度就有可能变得越高。因此，在空燃比浓的情形下，空燃比变得越浓，氨传感器18所输出的值就越大，如实线46所示。
在空燃比稀的情况下，排气中有可能含有NOx。空燃比变得越稀，排气中NOx的浓度就变得越高。因此，在空燃比稀的范围内，空燃比变得越稀，氨传感器18所输出的值就变得越大，如实线48所示。由于上述原因，氨传感器18输出分别对应于浓空燃比范围和稀空燃比范围内的空燃比的值。特别地，氨传感器18输出对应于超出氧传感器的反转空燃比的范围内的空燃比的值。因此，氨传感器18可在比氧传感器更宽的范围检测空燃比。
[第一实施方式的特征]
图3是用于说明三元催化剂14的净化率与空燃比之间的关系以及通过空燃比反馈进行的空燃比控制范围的图。图3中附以“HC”的实线代表三元催化剂14对HC的净化率与空燃比之间的关系。此外，附以“CO”的实线代表三元催化剂14对CO的净化率与空燃比之间的关系。此外，附以“NOx”的长短交替的虚线代表三元催化剂14对NOx的净化率与空燃比之间的关系。
如图3所示，三元催化剂14对HC和CO每一者的净化率在稀空燃比范围内几乎为100％。在浓空燃比范围内，空燃比变得越浓，净化率就变得越低。另一方面，三元催化剂14对NOx的净化率在浓空燃比范围内几乎为100％。在稀空燃比范围内，空燃比变得越稀，三元催化剂14对NOx的净化率就变得越低。亦即，当排气的空燃比保持处于化学计量空燃比附近时三元催化剂14对HC、CO和NOx都表现出几乎100％的净化率。因此，在内燃发动机10中，重要的是保持排气的空燃比处于化学计量空燃比附近。
在图3中，表示为“现有技术的使用范围”的空燃比范围代表通过将氧传感器设置在三元催化剂14下游并基于氧传感器的输出执行空燃比反馈控制而实现的控制范围。另一方面，表示为“本发明的此实施方式的使用范围”的空燃比范围代表在根据本发明的此实施方式的系统中实现的控制范围，其中氨传感器18设置在三元催化剂14下游。
根据本发明的此实施方式的系统执行以下两种控制的组合，即：基于设置在三元催化剂14上游的空燃比传感器16的输出的主空燃比反馈控制以及基于设置在三元催化剂14下游的氨传感器18的输出的子反馈控制。主反馈控制用来调节燃料喷射量使得从内燃发动机10排放的排气的空燃比变成等于化学计量空燃比。
内燃发动机10受个体差异、经历时间而劣化等的影响的积累的影响。因此，由于主空燃比反馈控制而获得的排气的空燃比可能偏离到浓侧或偏离到稀侧。如果此趋势持续下去，则不久后将在三元催化剂14下游的区域出现浓气体或稀气体窜漏的情形。
上述窜漏可通过设置在三元催化剂14下游的氨传感器18检测。子反馈控制旨在通过检测窜漏的影响来消除空燃比的控制中心的偏离。当氨传感器18的输出偏离到浓侧时，此反馈控制可通过例如沿减少方向修正燃料喷射量来实现，而另一方面，当氨传感器18的输出偏离到稀侧时，此反馈控制可通过沿增加方向修正燃料喷射量来实现。
如参照图2所述，氨传感器18对比普通氧传感器的反转空燃比浓的一侧的空燃比敏感。因此，根据本发明的此实施方式的系统，与氧传感器设置在三元催化剂14下游的情况相比，可将子反馈控制的控制目标转移到浓侧。然后，当如上所述将子反馈控制的控制目标转移到浓侧时，排气的空燃比相对于“现有技术的使用范围”可转移到浓侧，如图3中的“本发明的此实施方式的使用范围”所示。
如上所述，三元催化剂14对NOx的净化率在稀范围内下降。另一方面，三元催化剂14对HC和CO每一者的净化率在浓范围内下降。两种净化率之间的对比表明，对NOx的净化率趋于比对于HC和CO每一者的净化率更突然地下降(参看图3)。因此，当在排气的空燃比偏离到稀侧的情况与排气的空燃比偏离到浓侧的情况之间进行比较时，在前一种情况下排放性能的劣化趋于更严重。
当氨传感器18设置在三元催化剂14下游以将子反馈控制的控制目标转移到浓侧时，空燃比有可能偏离到浓侧但不太可能偏离到稀侧。当空燃比偏离到浓侧时对HC和CO每一者的净化率都不会突然下降。因此，上述转移引起的HC或CO的排放量的增加并不明显。另一方面，当空燃比被抑制偏离到稀侧时，NOx的排放量急剧减少。因此，根据本发明的此实施方式的系统，与氧传感器设置在三元催化剂14下游以执行子反馈控制的系统相比，可改善整体排放性能。
[第一实施方式中的具体处理]
图4是为实现基于氨传感器18的输出的子反馈控制而由ECU 30执行的程序的流程图。除图4所示的程序外，ECU 30还执行用于实现基于空燃比传感器16的输出的主反馈控制的程序。通过主反馈控制将排气的空燃比控制为处于化学计量空燃比附近的值。
在图4所示的程序中，首先读取氨传感器18的输出(步骤100)。然后判定氨传感器18的输出是否小于目标值(步骤102)。
如图2所示，氨传感器18在排气的空燃比从化学计量空燃比偏离到稀侧达一定程度的范围内输出对应于NOx的值。因此，假设排气的空燃比保持处于化学计量空燃比附近，可将氨传感器18视为输出对应于排气中NH3的浓度的值。在此情况下，ECU 30可判定氨传感器18的输出变得越小，排气的空燃比就变得越接近化学计量空燃比，而另一方面，氨传感器18的输出变得越大，排气的空燃比就向浓侧偏离得越多。
上述步骤102中所使用的目标值对应于氨传感器18在比化学计量空燃比稍浓的排气的空燃比(下文称为“浓转移化学计量空燃比”)下所输出的值。浓转移化学计量空燃比比氧传感器的反转空燃比(参看图2)稍浓。相应地，通过上述步骤102的处理，可判定从三元催化剂14窜漏的排气的空燃比是否相对于比氧传感器的反转空燃比稍浓的空燃比位于稀侧。
当在上述步骤102中判定条件成立时，即排气的空燃比相对于浓转移化学计量空燃比位于稀侧时，将子反馈更新量DSFBG设定为-0.01(步骤104)。另一方面，当条件不成立时，将子反馈更新量DSFBG设定为0.01(步骤106)。
在图4所示的程序中，然后根据以下示出的式(1)计算出子反馈学习值SFBG(步骤108)。此处应当注意的是，式(1)右侧的SFBG为在最近的处理循环中计算出的SFBG(通过初始处理首先设定该值)。
SFBG＝SFBG+DSFBG    ...(1)
然后根据以下示出的式(2)计算出AF目标值(步骤110)。此处应当注意的是，式(2)右侧的“初始值”对应于化学计量空燃比(例如14.6)。
AF目标值＝初始值+SFBG    ...(2)
根据上述处理，当氨传感器18检测到比浓转移化学计量空燃比稀的空燃比时，将AF目标值修正为较小的值，即在浓侧的值。另一方面，当氨传感器18检测到比浓转移化学计量空燃比浓的空燃比时，将AF目标值修正为较大的值，即在稀侧的值。因此，通过上述处理，可修正AF目标值使得氨传感器18的输出变成等于对应于浓转移化学计量空燃比的值。
ECU 30对燃料喷射量执行子反馈控制，从而实现通过上述处理设定的AF目标值。结果，在根据本发明的此实施方式的系统中，内燃发动机10中的排气的空燃比被控制为图3中表示为“本发明的此实施方式的使用范围”的空燃比范围。此范围由氧传感器的“现有技术的使用范围”转移到浓侧。因此，根据本发明的此实施方式的系统，可实现比在其中利用氧传感器来执行子反馈控制的系统中更优异的排放性能。
在本发明的上述第一实施方式中，喷射器36可对应于“空燃比调节机构”，而空燃比传感器16可对应于“排气空燃比检测装置”。此外，“第一反馈装置”可通过ECU 30基于空燃比传感器16的输出执行的主反馈控制实现。“第二反馈装置”可通过由ECU 30执行子反馈控制以实现通过步骤110的处理计算出的AF目标值实现。
第二实施方式
[第二实施方式的特征]
接下来，将参照图5至图7描述本发明的第二实施方式。根据本发明的此实施方式的系统可通过在根据本发明的上述第一实施方式的系统中使ECU 30执行图5所示的稍后描述的程序而非图4所示的程序来实现。
在根据本发明的上述第一实施方式的系统中，通过将子反馈控制的AF目标值转移到浓侧来改善排放性能，侧重于三元催化剂14对HC、CO和NOx的净化率趋于不同程度下降的事实。三元催化剂14的净化能力并非总是恒定的，而是根据内燃发动机10的负荷状态变化。此外，从内燃发动机10排放的HC、CO和NOx的量也根据其负荷状态变化。因此，当根据内燃发动机10的负荷状态适当调节子反馈控制的AF目标值时，可在三元催化剂14下游的区域中进一步改善排放性能。
亦即，当内燃发动机10在高负荷范围内运转时，大量HC、CO和NOx都有可能随着空燃比波动而排放。另一方面，在高负荷范围内运转期间，三元催化剂14的温度相当高并且处于充分活化的状态。在此情况下，三元催化剂14对于HC和CO表现出足够的净化能力。在此情形下，即使HC和CO的排放量稍微增加，从获得良好排放性能的立场考虑，也希望将空燃比的控制中心转移到浓侧以创造易于抑制大量NOx产生的环境。
另一方面，当内燃发动机10在低负荷范围内运转时，三元催化剂14的温度低并且活性降低。在此情况下，三元催化剂14对HC和CO的净化能力变差。因此，不希望创造有可能排放HC和CO的环境。另一方面，当内燃发动机10的负荷低时，在稀空燃比范围内排放的NOx的量也并不是很大。在此情况下，从综合改善排放性能的角度考虑，希望将空燃比的控制中心从高负荷运转期间的中心转移到稀侧。
由于上述原因，内燃发动机10的负荷状态反映在子反馈控制的AF目标值上。更具体而言，在此系统中，内燃发动机10的负荷变得越高，上述AF目标值就向浓侧转移得越多。此外，内燃发动机10的负荷变得越低，上述AF目标值向稀侧转移得越多。
[第二实施方式中的具体处理]
图5是为实现本发明的此实施方式中的子反馈控制而由ECU 30执行的程序的流程图。图5所示的程序除步骤120到124被插入到步骤100前之外与图4所示的程序相同。在下文中，参照图5，与图4所示的步骤相同的步骤将以相同的参考标号表示，并且将略去或简化这些步骤的描述。
在图5所示的程序中，首先读取发动机转速Ne(步骤120)。可基于转速传感器34的输出计算出发动机转速Ne。然后读取内燃发动机10的负荷(步骤122)。可基于发动机转速Ne和进气量Ga计算出发动机负荷。
计算出子反馈目标值，即氨传感器18的输出目标值(步骤124)。如图6所示，ECU 30将确定与发动机转速Ne和发动机负荷相关的子反馈目标值的映射储存于其中。在此情况下，通过参照该映射来设定对应于当前发动机转速Ne和发动机负荷的子反馈目标值。
根据图6所示的映射，在低负荷、低转速范围内，将对应于氨浓度＝0(NH3＝0)的传感器输出设定为反馈目标值。在负荷稍高并且发动机转速Ne比在上述范围内高的范围(下文称为“第一中负荷中转速范围”)内，将对应于氨浓度＝10ppm(NH3＝10ppm)的传感器输出设定为反馈目标值。在负荷进一步稍高并且发动机转速Ne比在第一中负荷、中转速范围内高的范围(下文称为“第二中负荷、中转速范围”)内，将对应于氨浓度＝20ppm(NH3＝20ppm)的传感器输出设定为反馈目标值。然后，在高负荷、高转速范围内，将对应于氨浓度＝30ppm(NH3＝30ppm)的传感器输出设定为反馈目标值。
如参照图2所述，空燃比变得越浓，在浓空燃比范围内排气中NH3的浓度就变得越高。此外，氨传感器18输出对应于对应于排气中NH3的浓度的值。因此，根据图6所示的映射设定反馈目标值意味着在低负荷、低转速范围内将目标空燃比设定为化学计量空燃比，并且随着负荷和转速增加而将目标空燃比转移到浓侧。
在图5所示的程序中，此后执行从步骤100开始的处理。这些处理与本发明的第一实施方式的处理相同。结果，控制了内燃发动机10的空燃比，使得氨传感器18的输出与反馈目标值一致。
在本发明的此实施方式中，由于上述处理的执行，在低负荷、低转速范围内，内燃发动机10中排气的空燃比被精确控制为处于化学计量空燃比附近的值。在低负荷、低转速范围内，NOx的产生量小。因此，即使当控制目标等于化学计量空燃比(相对于本发明的第一实施方式的情况在稀侧的目标)时，由于空燃比的偏离而不会发生大量NOx排放。另一方面，在此范围内，三元催化剂14的活性趋低，但HC和CO的产生量也小。因此，也可防止排放大量HC和CO。因此，根据此系统，可在低负荷、低转速范围内实现良好的排放性能。
根据上述处理，空燃比的控制目标随着发动机转速Ne和发动机负荷上升而转移到浓侧。由于空燃比转移到稀侧而产生的NOx的量随着负荷增加并随着转速增加而增加。当控制目标如上所述随着负荷转速变化而变化时，空燃比偏离到稀侧的可能性随着负荷和转速增加而降低。结果，不太可能产生NOx。因此，根据此系统，可在内燃发动机10的整个运转范围内充分抑制NOx的排放量。
此外，三元催化剂14随着内燃发动机10的运转范围过渡到高负荷、高转速范围而提高对HC和CO的净化能力。因此，即使当HC和CO的产生量由于负荷和转速增加而增加时，三元催化剂14也可适当地净化HC和CO。因此，根据此系统，也可在内燃发动机的整个运转范围内充分抑制HC和CO的排放量。
图7是用于说明使用采用氧传感器的系统实现本发明的上述第二实施方式的操作的条件的图。在三元催化剂14下游配备有氧传感器的系统中，从实现类似于本发明的第二实施方式的操作的角度考虑，需按内燃发动机10的运转状态如图7所示改变氧传感器的输出目标。
在根据本发明的第二实施方式的系统中，通过使空燃比的控制目标随着负荷和转速增加而转移到浓侧来改善排放性能。在催化剂下游配备有氧传感器的系统中，从以类似的方式将控制目标转移到浓侧的角度考虑，需在中负荷、中转速范围和高负荷、高转速范围内或这两个范围之间将氧传感器的输出目标设定为0.7到0.8V，如图7所示。然而，如上所述，氧传感器的输出目标的适用上限为约0.6V。因此，在采用氧传感器的系统中，不能以与本发明的第二实施方式的情况相同的方式改变空燃比的控制目标。就此而言，根据本发明的第二实施方式的系统可实现采用氧传感器执行子反馈控制的系统不能实现的效果。
在本发明的上述第二实施方式中，“运转状态检测装置”可通过ECU 30执行步骤120和122的处理实现。此外，“控制参数设定装置”可通过ECU 30执行步骤102到110的处理实现。此外，“目标值改变装置”可通过ECU 30执行步骤124的处理实现。
第三实施方式
[第三实施方式的特征]
接下来，将参照图8描述本发明的第三实施方式。根据本发明的此实施方式的系统可通过在根据本发明的上述第一实施方式或本发明的上述第二实施方式的系统中使ECU 30执行图8所示的稍后描述的程序而非图4或图5所示的程序来实现。
在本发明的上述第一实施方式和本发明的上述第二实施方式中，将氨传感器18的输出和目标值在大小上进行互相比较，并且基于比较结果将子反馈更新量DSFBG设定为-0.01或0.01。亦即，在本发明的第一实施方式和本发明的第二实施方式中，不论氨传感器18偏离目标值的量如何，子反馈学习值SFBG总是以一定幅度增加/减小。
然而，为了迅速使内燃发动机10中排气的空燃比与目标空燃比一致，子反馈学习值SFBG的修正幅度可随着氨传感器18的输出偏离目标值的量的增加而增加。因此，在本发明的此实施方式中，按照偏离量改变设定为子反馈更新量DSFBG的值。
[第三实施方式中的具体处理]
图8是为实现本发明的此实施方式中的子反馈控制而由ECU 30执行的程序的流程图。图8所示的程序除步骤130到136被插入到步骤100后之外与图5所示的程序相同。在下文中，参照图8，与图5所示的步骤相同的步骤将以相同的参考标号表示，并且将略去或简化这些步骤的描述。
在图8所示的程序中，在步骤120到100的处理之后，判定氨传感器18的输出是否处于在步骤124中设定的目标值附近(步骤130)。更具体而言，判定由氨传感器18的输出表示的NH3的浓度与由上述目标值表示的NH3的浓度之间的差是否等于或小于10ppm。
当上述判定结果为肯定时，即，当判定氨传感器18的输出位于目标值附近时，此后执行从步骤102开始的处理。在此情况下，根据氨传感器18的输出是否小于目标值而将子反馈更新量DSFBG设定为-0.01或0.01。用这些设定值之间的幅度修正子反馈学习值SFBG。
另一方面，当上述步骤130中的判定结果为否定时，此后执行从步骤132开始的处理。在此情况下，根据氨传感器18的输出是否小于目标值而将子反馈更新量DSFBG设定为-0.03或0.03(步骤134和136)。然后，通过从步骤108开始的处理，用那些设定值之间的幅度修正子反馈学习值SFBG。
根据上述处理，当氨传感器18的输出位于目标值附近时，可通过以很小的幅度修正子反馈学习值SFBG来实现精确的空燃比控制。此外，当氨传感器18的输出大幅偏离目标值时，可通过以大的幅度修正子反馈学习值SFBG来迅速使排气的空燃比接近目标空燃比。因此，根据本发明的此实施方式的系统，可进一步提高排气的空燃比的控制精度。
第四实施方式
[第四实施方式的构造]
接下来，将参照图9至图13描述本发明的第四实施方式。图9是用于说明根据本发明的此实施方式的系统的构造的图。图9所示的系统在构造上除设置了氧传感器40之外与图1所示的系统相同。在下文中，参照图9，与图1所示的组成元件相同的组成元件将以共同的参考标号表示，并且将略去或简化这些组成元件的描述。
如图9所示，根据本发明的此实施方式的系统配备有在三元催化剂14下游的氧传感器40。与氨传感器18等的输出的情况一样，氧传感器40的输出被供应到ECU 30。ECU 30可基于氧传感器40的输出判定三元催化剂14下游的空燃比是浓还是稀。
[第四实施方式的特征]
图10是用于说明排气的空燃比可由根据本发明的此实施方式的系统控制的范围的图。在基于氧传感器40的输出执行子反馈控制的情况下，空燃比的控制点通常被限制在图10中表示为“根据比较示例的控制点”的范围，亦即，氧传感器40的反转空燃比附近。
在根据本发明的此实施方式的系统中，可通过基于氨传感器18的输出执行子反馈控制来将空燃比的控制点设定到比上述“根据比较示例的控制点”浓的范围。此外，当待与氧传感器40的输出进行比较的标准值被设定为相当小的值时，基于氧传感器40的输出的控制点也可转移到比“根据比较示例的控制点”稀的范围。因此，根据本发明的此实施方式的系统，可在比通过仅具有设置在催化剂下游的氧传感器的系统大体上实现的控制点宽很多的范围(参看图10中表示为“根据本发明的此实施方式的控制点(可变)”的范围)内设定控制点。
空燃比的控制点的可设定范围变得越宽，与内燃发动机10的空燃比控制有关的自由度就变得越高。相应地，根据本发明的此实施方式的系统使得可以以比在催化剂下游仅配备有氧传感器的系统更高的自由度执行空燃比的子反馈控制。
图11是氧传感器40和氨传感器18的优点和缺点之间的对比图。如图11所示，氧传感器的优点在于高的绝对精度和良好的响应性。另一方面，氧传感器的缺点在于输出方面缺乏线性和经历时间而劣化造成的输出减小。同时，氨传感器18的优点在于输出方面具有线性，但缺点在于缺乏绝对精度、响应性差和不能在NH3和NOx间进行区分。
如本发明的上述第二实施方式所述，在低负荷、低转速范围内，考虑到对HC和CO的净化能力下降，希望将子反馈控制的AF目标值设定在稀侧。另一方面，在高负荷、高转速范围内，可将AF目标值转移到浓侧，优先抑制NOx的排放。
在根据本发明的此实施方式的系统中，可利用氧传感器40的输出和氨传感器18的输出作为子反馈控制的基础数据。氧传感器40在化学计量空燃比附近将浓输出和稀输出中的一者反转为另一者，并且氧传感器40的输出在比化学计量空燃比稍稀的范围内聚集到稀输出。因此，当基于氧传感器40的输出执行子反馈控制时，可将AF目标值设定在稀侧。另一方面，氨传感器18对浓范围内的空燃比敏感。因此，当基于氨传感器18的输出执行子反馈控制时，可将AF目标值设定在浓侧。
图12是确定在本发明的此实施方式中执行的子反馈控制的概要与内燃发动机10的操作范围之间的关系的映射。如该映射所示，在本发明的此实施方式中，在低负荷、低转速范围内基于氧传感器40的输出执行子反馈控制，将标准值设定为0.4V。在此情况下，可使用充分设定在稀侧的AF目标值执行子反馈控制。
此外，在第一中负荷、中转速范围内，基于氧传感器40的输出执行子反馈控制，将标准值设定为0.5V。由于标准值被设定为0.5V，所以与低负荷、低转速范围内的AF目标值相比，在此范围内AF目标值稍微返回到浓侧。
在负荷或转速比在第一中负荷、中转速范围内稍高的范围内，亦即，在第二中转速、中负荷范围内，基于氨传感器18的输出执行子反馈控制，将NH3的标准值设定为20ppm。NH3在浓范围内产生。因此，在此范围内，可使用相对于化学计量空燃比稍微设定在浓侧的AF目标值执行子反馈控制。
在高负荷、高转速范围内，基于氨传感器18的输出执行子反馈控制，将NH3的标准值设定为30ppm。由于标准值已增加到30ppm，所以可使用仍然比在第二中负荷、中转速范围内设定的AF目标值浓的AF目标值在此范围内执行子反馈控制。
如上所述，根据本发明的此实施方式的系统按照内燃发动机10的运转状态对用来执行子反馈控制的传感器输出和标准值进行改变。根据此方法，可在更宽的范围改变AF目标值。因此，根据本发明的此实施方式的系统，可进一步提高空燃比控制的自由度。
此外，如参照图11所述，用来将AF目标值设定在稀侧的氧传感器40在响应性上优于氨传感器18。在利用氧传感器40将AF目标值设定在稀侧(与本发明的第二实施方式的情况相比进一步设定到稀侧)的情况下，当传感器具有不好的响应性时，空燃比有可能变得过稀。在低负荷、低转速范围内，NOx的排放量小。然而，为了获得良好的排放性能，即使在此类范围内也希望防止空燃比过于偏离到稀侧。根据AF目标值借助于氧传感器40转移到稀侧，由于传感器良好的响应性，可在将AF目标值转移到稀侧的同时防止空燃比过于偏离到稀侧。因此，根据本发明的此实施方式，可在低负荷、低转速范围内防止不当地排放NOx。
此外，如参照图11所述，氨传感器18缺乏绝对精度，但对于NH3的浓度输出线性值。因此，当基于氨传感器18的输出执行子反馈控制时，可将AF目标值充分转移到浓侧。在此情况下，由于传感器不好的响应性，空燃比有可能比较大幅地偏离。然而，根据本发明的此实施方式的系统仅在其中三元催化剂14被充分活化的高负荷、高转速范围内借助于氨传感器18执行子反馈控制。在此情况下，即使当HC和CO的产生量由于空燃比偏离到浓侧而增加时，三元催化剂14也可充分净化HC和CO。另一方面，AF目标值已大幅转移到浓侧。因此，空燃比不太可能偏离到产生过量NOx的程度。
由于上述原因，根据本发明的此实施方式的系统可确保空燃比控制的更高的自由度。此外，根据此系统，可在内燃发动机10的整个运转范围内实现更优异的排放性能。
[第四实施方式中的具体处理]
图13是本发明的此实施方式中为实现上述功能而由ECU30执行的程序的流程图。图13所示的程序除步骤124由步骤140代替并且步骤142到150被插入到步骤140后之外与图5所示的程序相同。在下文中，与图5所示的步骤相同的图13所示的步骤将以相同的参考标号表示，并且将略去或简化这些步骤的描述。
在图13所示的程序中，在处理步骤120和122后，选择待用于子反馈控制的传感器输出，并且基于发动机转速Ne和发动机负荷确定子反馈目标值(步骤140)。ECU 30已将图12所示的映射储存于其中，并根据此映射执行上述处理。例如，当发动机转速Ne和发动机负荷属于低负荷、低转速范围时，选择氧传感器40的输出作为待用于子反馈控制的输出，并且将子反馈目标值设定为0.4V。
然后判定所选择的输出是氧传感器40的输出还是氨传感器18的输出(步骤142)。结果，当判定所选择的是氨传感器18的输出时(当判定结果为“否”时)，此后通过执行步骤100到110的处理来对AF目标值执行反馈控制。
另一方面，当在步骤142中判定所选择的输出为氧传感器40的输出时，此后执行用于继续进行基于该输出的子反馈控制的处理。更具体而言，首先读取氧传感器40的输出(步骤144)。然后判定氧传感器40的输出是否小于在上述步骤140中设定的目标值(步骤146)。
结果，当判定氧传感器40的输出小于目标值时，可判定三元催化剂14下游的空燃比从目标空燃比偏离到稀侧。在此情况下，将子反馈更新量DSFBG设定为-0.01(步骤148)。
另一方面，当判定氧传感器40的输出不小于目标值时，可判定三元催化剂14下游的排气的空燃比从目标空燃比偏离到浓侧。在此情况下，将子反馈更新量DSFBG设定为0.01(步骤150)。
此后，通过处理步骤108和110执行基于子反馈更新量DSFBG对AF目标值的修正处理。结果，当催化剂下游的排气的空燃比偏离到稀侧时，将AF目标值修正到浓侧，并且使排气的空燃比接近其目标。另一方面，当排气的空燃比偏离到浓侧时，将AF目标值修正到稀侧，并且使排气的空燃比接近其目标。
根据上述处理，可按照内燃发动机10的运转状态如图12所示改变作为子反馈控制基础的传感器和目标值。因此，根据本发明的此实施方式的系统，可按照内燃发动机10的运转状态将排气的空燃比控制为就抑制HC、CO和NOx的排放量而言所希望的值。结果，可在整个运转范围内实现优异的排放性能。
在本发明的上述第四实施方式中，在低负荷、低转速侧的范围内，仅基于氧传感器40的输出执行子反馈控制。然而，本发明不限于此构造。亦即，在低负荷、低转速侧的范围内，可基于氧传感器40的输出和氨传感器18的输出两者执行子反馈控制。
在本发明的上述第四实施方式中，“第三反馈装置”通过由ECU 30执行步骤144到150以及步骤108和110的处理实现。此外，“第二反馈选择装置”通过由ECU 30执行步骤140的处理实现。此外，在此情况下，“运转状态检测装置”通过由ECU 30执行步骤120和122的处理实现。
第五实施方式
[第五实施方式的特征]
接下来，将参照图14至图16描述本发明的第五实施方式。根据本发明的此实施方式的系统通过使ECU 30在图9所示的系统中执行图15所示的稍后描述的程序实现。
与根据本发明的第四实施方式的系统的情况一样，根据本发明的此实施方式的系统配备有在三元催化剂14下游的氨传感器18和氧传感器40。图14是用于说明根据本发明的此实施方式的系统如何选择性地使用这两个传感器的图。
在根据本发明的此实施方式的系统中，如图14所示，在氧传感器40输出位于稀侧的值的范围(稀范围)内，基于氧传感器40的输出执行子反馈控制。如参照图11所述，氧传感器40具有优异的响应性。因此，在根据本发明的此实施方式的系统中，当排气的空燃比稀且氧传感器40输出稀侧的值时，以优异的响应性朝向化学计量空燃比迅速修正空燃比。
在稀范围内，有可能产生NOx。此外，如参照图3所述，三元催化剂14对NOx的净化率随着排气的空燃比转移到稀侧而突然降低。如果空燃比到稀侧的偏离被迅速取消，则抑制NOx的产生，并且还可避免三元催化剂14对NOx的净化率的降低。因此，根据本发明的此实施方式的系统，可充分抑制NOx的排放量。
如图14所示，在根据本发明的此实施方式的系统中，在氧传感器40输出浓侧的值的范围(浓范围)内，基于氨传感器18的输出执行子反馈控制。氨传感器18对浓空燃比敏感。因此，在基于氨传感器18的子反馈控制中，可将AF目标值设定为从化学计量空燃比转移到浓侧的值。
根据此设定，可降低空燃比进入稀范围的频率，并且创造不太可能产生NOx的环境。此外，氨传感器18的输出对于空燃比具有线性。因此，根据基于氨传感器18的输出的控制，可精确反馈空燃比的偏离量。因此，根据本发明的此实施方式的系统，可在浓范围内精确控制空燃比同时抑制NOx的产生。
由于上述原因，根据本发明的此实施方式的系统，当排气的空燃比进入稀范围时，可迅速取消空燃比到稀侧的偏离。此外，当排气的空燃比属于浓范围时，也可精确执行控制使得排气的空燃比变成等于从化学计量空燃比转移到浓侧的AF目标值。因此，根据本发明的此实施方式的系统，可综合改善内燃发动机10的排放性能。
[第五实施方式中的具体处理]
图15是为实现上述功能而由ECU 30执行的程序的流程图。图15所示的流程图除步骤124由步骤160代替并且步骤162到166被插入到步骤160后之外与图5所示的程序相同。在下文中，与图5所示的步骤相同的图15所示的步骤将以相同的参考标号表示，并且将略去或简化这些步骤的描述。
在图15所示的程序中，在处理步骤120和122后计算出子反馈目标值(步骤160)。在此情况下，更具体而言，计算出用于氧传感器40的输出的子反馈目标值和用于氨传感器18的输出的子反馈目标值。
图16A是确定用于氧传感器40的输出的子反馈目标值的映射。此外，图16B是确定用于氨传感器18的输出的子反馈目标值的映射。图16B所示的映射与用于本发明的第二实施方式中的映射(参看图6)相同。ECU 30将这些映射储存于其中。在上述步骤160中，ECU 30通过参照这些映射计算出相应的目标值。
在图15所示的程序中，然后读取氧传感器40的输出(步骤162)。然后判定输出是否小于用于氧传感器40的输出的子反馈目标值(步骤164)。
氧传感器40的输出跨化学计量空燃比突变，并且在氧传感器40的输出突变的范围内随着排气的空燃比转移到稀侧而下降。因此，通过该空燃比判定是否上述步骤164的条件是否成立的空燃比(下文称为“浓-稀阈值”)随着子反馈目标值下降而转移到稀侧，并且随着目标值增加而转移到浓侧。图16所示的映射被设定成使得子反馈目标值随着转速和负荷增加而按顺序从0.4V增加到0.5V。因此，上述浓-稀阈值在运转于低负荷、低转速范围期间采用最大限度地转移到稀侧的值，并且随着发动机负荷和发动机转速增加而改变到浓侧。
当确认上述步骤164的条件成立时，可判定排气的空燃比相对于浓-稀阈值位于稀侧。在此情况下，ECU 30将子反馈修正值DSFBG设定为-0.01(步骤166)。结果，此后通过执行步骤108和100的处理将AF目标值转移到浓侧。
氧传感器40对于氨传感器具有优异的响应性。因此，在排气的空燃比超过浓-稀阈值后迅速执行上述AF目标值到浓侧的转移。结果，排气的空燃比到稀侧的偏离被迅速取消，并且抑制了NOx的排放。
此外，浓-稀阈值如上所述随着发动机转速和发动机负荷上升而转移到浓侧。因此，由于上述处理而实现的排气的空燃比也随着发动机转速和发动机负荷上升而转移到浓侧。如本发明的第二实施方式中所述，当空燃比的控制中心随着发动机负荷和发动机转速上升而转移到浓侧时，可综合改善内燃发动机10的排放性能。因此，根据本发明的此实施方式的系统，其效果也使得可改善内燃发动机10的排放性能。
当排气的空燃比属于稀范围——即相对于浓-稀阈值在稀侧的范围——时，在上述步骤164中判定氧传感器40的输出不小于用于该输出的子反馈目标值。在此情况下，此后通过处理步骤100到110修正AF目标值使得氨传感器18的输出与用于该输出的子反馈目标值一致。结果，根据类似于本发明的第二实施方式的原理实现优异的排放性能(参看图5和图6)。
如上所述，根据图15所述的程序，当排气的空燃比属于稀范围时，可根据类似于本发明的第二实施方式的原理实现优异的排放性能。此外，根据此程序，当排气的空燃比进入稀范围时，可通过基于氧传感器40的输出的子反馈控制迅速取消排气的空燃比到稀侧的偏离并抑制NOx的排放。因此，根据本发明的此实施方式的系统，可实现更优异的排放性能。
在本发明的上述第五实施方式中，“方向判定装置”可通过由ECU30执行步骤164的处理实现。此外，“第二反馈选择装置”可通过由ECU 30按照在步骤164中的判定结果执行步骤166的处理或步骤100到106的处理实现。
此外，在本发明的上述第五实施方式中，“第二反馈装置”可通过由ECU 30执行步骤100到106的处理实现。此外，“第三反馈装置”可通过由ECU 30执行步骤164和166的处理实现。
第六实施方式
[第六实施方式的特征]
接下来，将参照图17描述本发明的第六实施方式。根据本发明的此实施方式的系统可通过使ECU 30在图9所示的系统中执行图17所示的稍后描述的程序实现。
根据本发明的上述第五实施方式的系统当排气的空燃比属于稀范围时执行用于使氧传感器40的输出以一定增益接近其目标值的反馈控制。此外，根据本发明的第五实施方式的系统当排气的空燃比属于浓范围时执行用于使氨传感器18的输出以一定增益接近其目标值的反馈控制。根据本发明的此实施方式的系统的特征在于，将此反馈方法与将传感器输出自目标值的偏离量反映在增益上的处理相结合。
[第六实施方式的具体处理]
图17是本发明的此实施方式中由ECU 30执行的程序的流程图。图17所示的程序除以下三个不同之处外与在本发明的第五实施方式中执行的程序(参看图15)相同。第一不同之处为步骤170被插入到步骤160和162之间。第二不同之处为步骤172和174沿在其中在步骤164中判定条件成立的情况下的程序插入。第三不同之处为步骤130到136沿在其中在步骤164中判定条件不成立的情况下的程序插入。
构成上述第三不同之处的步骤130到136与在本发明的第三实施方式中执行的程序(参看图8)中所包括的处理相同。在下文中，与图15或图18中所示的步骤相同的图17所示的步骤将以相同的参考标号表示，并且将略去或简化这些步骤的描述。
在图17所示的程序中，根据类似于本发明的第五实施方式的方法在步骤160中计算出子反馈目标值。在此情况下，更具体而言，分别根据图16A和图16B所示的映射计算出用于氧传感器40的输出的子反馈目标值和用于氨传感器18的输出的子反馈目标值两者。
然后按顺序读取氨传感器18的输出和氧传感器40的输出(步骤170和162)。然后在步骤164中判定氧传感器40的输出是否小于用于该输出的目标值。
当排气的空燃比属于稀范围时步骤164的条件成立。相应地，当此条件不成立时，可判定排气的空燃比属于浓范围。在此情况下，此后通过从步骤130开始的处理计算出用于使氨传感器18的输出接近其目标值的子反馈更新量DSFBG。
特别地，当在步骤130中判定氨传感器18的输出未处于目标值附近时，以在判定输出处于目标值附近的情况下所使用的增益三倍大的增益(参看步骤134和136)在图17所示的程序中计算出子反馈更新量DSFBG。
当在步骤164中判定氧传感器40的输出小于目标值时，可判定排气的空燃比属于稀范围。在图17所示的程序中，在此情况下，首先判定氨传感器18的输出是否小于标准值(在本发明的此实施方式中为10ppm)(步骤172)。
如参考图2所述，氨传感器18对NH3和NOx敏感。然后，在排气的空燃比大幅转移到稀侧的情形下，氨传感器18响应排气中的NOx而提升其输出。因此，当氨传感器18在稀范围输出大的值时，可判定排气的空燃比大幅偏离到稀侧。
当在步骤172中判定氨传感器18的输出小于标准值时，ECU 30判定排气的空燃比未大幅偏离到稀侧。在此情况下，着眼于将空燃比稍微修正到浓侧，此后在步骤166中将子反馈更新量DSFBG设定为-0.01。另一方面，当在步骤172中判定氨传感器18的输出大于标准值时，ECU 30判定空燃比大幅偏离到稀侧。在此情况下，着眼于将排气的空燃比大幅修正到浓侧，将子反馈更新量DSFBG设定为-0.03。
如上所述，根据图17所示的程序，根据排气的空燃比属于浓范围或稀范围，可选择性地采用氧传感器40的输出和氨传感器18的输出作为子反馈控制的基础。此外，根据此程序，当各传感器的输出分别与目标值大不相同时，可设定在各输出分别处于目标值附近的情况下所使用的增益三倍大的增益。因此，根据本发明的此实施方式的系统，可实现类似于本发明的第五实施方式的系统的效果，并且可以以更优异的响应性取消排气的空燃比的偏离。
在本发明的上述第六实施方式中，“第三反馈装置”——即“控制参数设定装置”和“增益设定装置”——可通过由ECU 30执行步骤172、166和174的处理实现。
虽然已参考认为是本发明的优选实施方式的内容描述了本发明，但应当理解本发明不局限于所公开的实施方式或结构。相反，本发明旨在涵盖各种改型和等同装置。此外，虽然将所公开的发明的各种元件示出为各种示例性组合和构造，但是包括更多、更少或仅单个元件的其他组合和构造也在本发明的范围内。

Claims (13)

1.一种用于内燃发动机(10)的空燃比控制设备，其特征在于包括：
空燃比调节机构(36)，其用于调节所述内燃发动机的空燃比；
排气空燃比检测装置(16)，其用于检测排气的空燃比；
第一反馈装置，其用于对所述空燃比调节机构进行第一反馈控制使得排气的空燃比变成接近处于化学计量空燃比附近的目标空燃比；
氨传感器(18)，其设置在所述内燃发动机的排气系统中；
第二反馈装置，其用于对所述空燃比调节机构进行基于所述氨传感器的输出值的第二反馈控制；
催化剂(14)，其在所述排气系统中设置成位于所述氨传感器上游；
氧传感器(40)，其设置在所述催化剂下游；
第三反馈装置，其用于对所述空燃比调节机构进行基于所述氨传感器和所述氧传感器的输出值或所述氧传感器的输出值的第二反馈控制；以及
第二反馈选择装置，其用于选择性地使所述第二反馈装置和所述第三反馈装置作动，其中，
所述排气空燃比检测装置配备有设置在所述催化剂上游的空燃比传感器，并且
所述第一反馈装置基于所述空燃比传感器的输出执行所述第一反馈控制。
2.如权利要求1所述的空燃比控制设备，其中，当所述氨传感器的输出大于氨目标值时，所述第二反馈装置判定所述氨传感器的输出是针对氨。
3.如权利要求1所述的空燃比控制设备，其中，所述第二反馈装置配备有控制参数设定装置，所述控制参数设定装置用于基于所述氨传感器的输出与氨目标值之间的比较结果设定所述空燃比的控制参数，并且
当所述氨传感器的输出小于所述氨目标值时所述控制参数设定装置将所述空燃比的控制参数修正到浓侧。
4.如权利要求2或3所述的空燃比控制设备，其中，所述氨目标值是在排气的空燃比稍浓于化学计量空燃比的情况下由所述氨传感器输出的值。
5.如权利要求1所述的空燃比控制设备，还包括运转状态检测装置，所述运转状态检测装置用于检测所述内燃发动机的运转状态，其中，
所述第二反馈装置配备有控制参数设定装置以及目标值改变装置，所述控制参数设定装置用于基于所述氨传感器的输出与氨目标值之间的比较结果设定所述空燃比的控制参数，所述目标值改变装置用于在高负荷运转条件成立的情况下将所述氨目标值设定为浓侧目标值并且在低负荷运转条件成立的情况下将所述氨目标值设定为比所述浓侧目标值稀的稀侧目标值。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的空燃比控制设备，其中，所述第二反馈装置配备有比较结果反映装置以及增益设定装置，所述比较结果反映装置用于以预定增益将所述氨传感器的输出与氨目标值之间的比较结果反馈到所述空燃比，所述增益设定装置用于随着所述氨传感器的输出自所述氨目标值的偏离量的增加而增加所述增益。
7.如权利要求1所述的空燃比控制设备，还包括运转状态检测装置，所述运转状态检测装置用于检测所述内燃发动机的运转状态，其中，
所述第二反馈选择装置在高负荷运转条件成立的情况下选择所述第二反馈装置作为作动装置，并且在低负荷运转条件成立的情况下选择所述第三反馈装置作为作动装置。
8.如权利要求1所述的空燃比控制设备，还包括偏离方向判定装置，所述偏离方向判定装置用于判定排气的空燃比是从目标空燃比偏离到浓侧还是稀侧，其中，
所述第二反馈选择装置在判定排气的空燃比偏离到浓侧的条件下选择所述第二反馈装置作为作动装置，并且在判定排气的空燃比偏离到稀侧的条件下选择所述第三反馈装置作为作动装置。
9.如权利要求8所述的空燃比控制设备，其中，所述偏离方向判定装置当所述氧传感器的输出大于氧目标值时判定排气的空燃比从所述目标空燃比偏离到所述浓侧，并且当所述氧传感器的输出小于所述氧目标值时判定排气的空燃比从所述目标空燃比偏离到所述稀侧。
10.如权利要求8至9中任一项所述的空燃比控制设备，其中，
所述第二反馈装置执行所述第二反馈控制使得所述氨传感器的输出变成接近氨目标值，
所述第三反馈装置执行所述第二反馈控制使得所述氧传感器的输出变成接近氧目标值，并且
用于使所述氨传感器的输出与所述氨目标值一致的排气的空燃比自用于使所述氧传感器的输出与所述氧目标值一致的排气的空燃比偏移到所述浓侧。
11.如权利要求1、7、8、9中任一项所述的空燃比控制设备，其中，
所述第三反馈装置配备有控制参数设定装置以及增益设定装置，所述控制参数设定装置用于以预定增益将所述氧传感器的输出与氧目标值之间的比较结果反映在所述空燃比的控制参数上，所述增益设定装置用于随着所述氧传感器的输出自所述氧目标值的偏离量的增加而增加所述增益。
12.一种用于内燃发动机(10)的空燃比控制方法，其特征在于包括：
基于所述内燃发动机的排气中所含氧的浓度检测排气的空燃比；
对空燃比调节机构(36)执行第一反馈控制使得所检测到的排气的空燃比变成接近处于化学计量空燃比附近的目标空燃比；
检测所述内燃发动机的排气中所含氨和氮氧化物的浓度；以及
选择性地基于所检测到的氨的浓度对所述空燃比调节机构执行第二反馈控制使得所述内燃发动机的空燃比变成等于所述目标空燃比或者基于所检测到的氧的浓度或氮和氧的浓度对所述空燃比调节机构进行第三反馈控制。
13.如权利要求12所述的空燃比控制方法，其中，
所述第二反馈控制包括将所检测到的氨或氮氧化物的浓度与氨目标值进行比较，并且
当所检测到的氨或氮氧化物的浓度低于所述氨目标值时将所述目标空燃比修正到浓侧。
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