CN102132025B - 内燃机控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于，在具备了具有废气旁通阀的涡轮增压器的内燃机中，高精度地进行利用废气传感器检测空燃比的变化的控制。本发明的内燃机控制装置具备：涡轮增压器；废气旁通门，用于绕过涡轮而使废气通过；废气旁通阀，用于开闭废气旁通门；废气传感器，设置于涡轮及废气旁通阀的下游侧的排气通路；和空燃比变化检测控制单元，执行空燃比变化检测控制，该空燃比变化检测控制是使涡轮及废气旁通阀上游侧的空燃比变化，利用废气传感器来检测空燃比的变化的控制，空燃比变化检测控制单元，在废气旁通阀的开度小于规定值的状态时，执行空燃比变化检测控制。
Description
技术领域
本发明涉及内燃机的控制装置。
背景技术
日本特开2006-274963号公报公开了如下发明：在发动机冷机起动时，为了使三元催化剂提前预热，在进行把排气空燃比相对于理论空燃比在浓空燃比侧和稀空燃比侧之间交替分配的扰动(perturbation)控制的装置中，与废气体积的变动相对应变更扰动控制的空燃比的振幅。
专利文献1：日本特开2006-274963号公报
专利文献2：日本特开2006-9674号公报
即使在使催化剂预热的情况以外的情况下，也存在进行使空燃比变化的控制的情况。例如，在测定催化剂的氧吸留容量的情况下，进行使空燃比相对理论空燃比在浓空燃比侧和稀空燃比侧交替地变化的控制。在这种情况下，基于设置在催化剂的下游侧的催化剂后传感器的输出，切换发动机的控制目标空燃比。也就是说，在催化剂后传感器的输出从稀空燃比变化到浓空燃比的时间点把控制目标空燃比变更为稀空燃比，在催化剂后传感器的输出从浓空燃比变化到稀空燃比的时间点把控制目标空燃比变更为浓空燃比。
在催化剂后传感器的输出从浓空燃比变化到稀空燃比的时间点，催化剂中吸留满了氧。若在该状态下把控制目标空燃比从稀空燃比变更到浓空燃比，则流入催化剂的废气的空燃比也从稀空燃比变化到浓空燃比。流入到催化剂的废气的空燃比由设置于催化剂的上游侧的催化剂前传感器来检测。对于从利用催化剂前传感器检测出流入催化剂的废气的空燃比从稀空燃比变化到浓空燃比的时间点到催化剂后传感器的输出从稀空燃比变化到浓空燃比的时间点为止的期间，可以基于在此期间流入到催化剂的剩余燃料的量来计算氧吸留容量。
为了利用上述那样的方法来准确地测定催化剂的氧吸留容量，利用催化剂前传感器精度良好地检测流入催化剂的废气的空燃比在稀空燃比和浓空燃比之间变化的时刻是重要的。
但是，根据本发明者的见解，在具备了具有废气旁通阀的涡轮增压器的发动机中，在利用上述那样的方法测定催化剂的氧吸留容量的情况下，有难以得到准确的测定值的问题。其理由如下所述。
因为从发动机排出的废气之中的流入到涡轮增压器的涡轮的废气，通过涡轮要花费时间，所以直到到达催化剂前传感器的时间变长。另一方面，因为通过了废气旁通门的废气不通过涡轮，所以能够早到达催化剂前传感器。因此，例如，在把发动机的空燃比从稀空燃比切换到了浓空燃比的情况下，在通过废气旁通门到达催化剂前传感器的废气的空燃比变化到浓空燃比的时间点，通过涡轮到达催化剂前传感器的废气的空燃比还保持为稀空燃比。这样，即使使发动机的空燃比骤变，在催化剂前传感器的位置，产生了混有空燃比不同的两股废气的气体流动的期间。因此，由催化剂前传感器检测出的空燃比的变化缓慢。其结果，难以精度良好地检测出流入催化剂的废气的空燃比从稀空燃比变化到浓空燃比的时刻，在测定氧吸留容量等的情况下难以得到准确的测定值。
发明内容
本发明是为了解决如上述那样的课题而完成的，其目的在于，提供在具备了具有废气旁通阀的涡轮增压器的内燃机中，可以高精度进行利用废气传感器检测空燃比的变化的控制的内燃机控制装置。
本发明之1，为了达成上述的目的，作为内燃机控制装置，其特征在于，具备：
涡轮增压器，具有利用内燃机的排气能量作动的涡轮和压缩进气气体的压缩机；
废气旁通门，用于绕过上述涡轮而使废气通过；
废气旁通阀，用于开闭上述废气旁通门；
废气传感器，设置于上述涡轮及上述废气旁通阀的下游侧的排气通路；和
空燃比变化检测控制单元，执行空燃比变化检测控制，该空燃比变化检测控制是使上述涡轮及上述废气旁通阀上游侧的空燃比变化，利用上述废气传感器来检测空燃比的变化的控制，
上述空燃比变化检测控制单元，在上述废气旁通阀的开度小于规定值的状态时，执行上述空燃比变化检测控制。
另外，本发明之2，其特征在于，在本发明之1的基础上，上述空燃比变化检测控制单元，在上述废气旁通阀的开度为完全关闭的状态时，执行上述空燃比变化检测控制。
另外，本发明之3，其特征在于，在本发明之1或2的基础上，上述空燃比变化检测控制单元，包含在执行上述空燃比变化检测控制之前控制上述废气旁通阀以使上述废气旁通阀的开度小于上述规定值的单元。
另外，本发明之4，其特征在于，在本发明之1或2的基础上，具备：开闭状态判定单元，用于判定上述废气旁通阀的开闭状态；禁止单元，用于在由上述开闭状态判定单元判定为上述废气旁通阀的开度是在上述规定值以上的情况下，禁止执行上述空燃比变化检测控制。
另外，本发明之5，其特征在于，在本发明之1～4的任意一项的基础上，上述空燃比变化检测控制是用于诊断上述废气传感器或排气净化催化剂的控制。
另外，本发明之6，其特征在于，在本发明之1～5的任意一项的基础上，上述内燃机具有多个汽缸，上述空燃比变化检测控制单元，在使各汽缸的空燃比变化时，首先使上述涡轮的上游侧的排气通路的容积最大的汽缸的空燃比变化。
根据本发明之1，可以在废气旁通阀的开度小于规定值的状态时执行使涡轮及废气旁通阀上游侧的空燃比变化，利用废气传感器检测空燃比的变化的空燃比变化检测控制。由此，可以可靠地抑制起因于直到涡轮通过气体到达废气传感器为止的时间和直到废气旁通门通过气体到达废气传感器为止的时间不同的坏影响波及到空燃比变化检测控制的情况。因此，可以高精度地执行空燃比变化检测控制。
根据本发明之2，可以在废气旁通阀的开度为完全关闭的状态时，执行空燃比变化检测控制。由此，可以在使废气旁通门通过气体的量成为零的状态下执行空燃比变化检测控制。因此，可以更可靠地抑制起因于直到涡轮通过气体到达废气传感器为止的时间和直到废气旁通门通过气体到达废气传感器为止的时间不同的坏影响波及到空燃比变化检测控制的情况。
根据本发明之3，可以在执行空燃比变化检测控制之前控制废气旁通阀以使得废气旁通阀的开度小于规定值。由此，在由ECU主动地控制废气旁通阀的开闭的系统中，可以达成上述效果。
根据本发明之4，可以在判定为废气旁通阀的开度是在规定值以上的情况下，禁止执行空燃比变化检测控制。由此，在根据内燃机的运行条件被动地控制废气旁通阀的开闭的系统中，可以达成上述效果。
根据本发明之5，可以以更高的精度执行用于诊断废气传感器或排气净化催化剂的控制。
根据本发明之6，可以在空燃比变化检测控制中使各汽缸的空燃比变化时，首先使涡轮的上游侧的排气通路的容积最大的汽缸的空燃比变化。由此，可以缩短废气传感器的位置处的空燃比变化期间，可以以更高的精度检测出空燃比发生变化的时刻。
附图说明
图1是用于说明本发明的实施方式1的系统构成的图。
图2是表示执行主动空燃比控制时的催化剂前传感器及催化剂后传感器的输出的图。
图3是表示主动空燃比控制执行时的催化剂前传感器及催化剂后传感器的输出的图。
图4是示意地表示切换了内燃机的目标空燃比之后的催化剂前传感器的输出的变化的图。
图5是在本发明的实施方式1中所执行的程序的流程图。
图6是表示废气旁通阀的动作区域及非动作区域的映射。
图7是在本发明的实施方式2中所执行的程序的流程图。
图8是示意地表示了把内燃机的空燃比从稀空燃比切换到浓空燃比的情况下的废气的变动的图。
图9是示意地表示了把内燃机的空燃比从稀空燃比切换到浓空燃比的情况下的废气的变动的图。
符号说明
10内燃机、12进气门、14排气门、16燃料喷射器、18进气歧管(manifold)、20进气通路、22节气门、24涡轮增压器、241涡轮、242压缩机、26第1排气歧管、28第2排气歧管、30排气通路、32催化剂、34，36废气旁通门、38废气旁通阀、40催化剂前传感器、42催化剂后传感器、44发动机转速传感器、46空气流量计、48油门位置传感器、50 ECU
具体实施方式
实施方式1.
图1是用于说明本发明的实施方式1的系统构成的图。如图1所示那样，本实施方式的系统具有作为动力源而搭载于车辆的内燃机10。本实施方式的内燃机10是具有#1～#4的4个汽缸的串联4汽缸型的内燃机。爆发顺序是#1→#3→#4→#2。此外，在本发明中，汽缸数及汽缸配置不限定于此。
内燃机10的各汽缸中设置了进气门12、排气门14和燃料喷射器16。燃料喷射器16以向各汽缸的进气端口内喷射燃料的方式被设置。此外，在本发明中，不限于这样的构成，也可以以向各汽缸的缸内直接喷射燃料的方式设置燃料喷射器。
进气通路20借助于进气歧管18连接于内燃机10。在进气通路20的途中，设置有用于调整进气量的节气门22。
本实施方式的内燃机10中具有涡轮增压器24。涡轮增压器24具有利用内燃机10的废气的能量进行作动的涡轮241和由该涡轮241驱动的压缩机242。省略了图示，但进气通路20与压缩机242连接。利用压缩机242可以压缩进气。
本实施方式的涡轮增压器24是把涡轮241的入口分成两个的双输入型(双涡轮型)的。第1排气歧管26与涡轮241的一方的入口连接，第2排气歧管28与另一方的入口连接。第1排气歧管26与#1汽缸及#4汽缸连接。从#1汽缸排出的废气和从#4汽缸排出的废气在第1排气歧管26中合流，流入到涡轮241的一方的入口。第2排气歧管28与#2汽缸及#3汽缸连接。从#2汽缸排出的废气和从#3汽缸排出的废气在第2排气歧管28中合流，流入到涡轮241的另一方的入口。根据这样的双输入型的涡轮增压器24，可以抑制汽缸间的排气脉动干扰，从而得到优良的增压特性。
排气通路30与涡轮241的出口连接。在排气通路30的途中，设置有净化废气的催化剂32。催化剂32是具有O2存储功能(氧吸留功能)的三元催化剂。
在涡轮增压器24的附近设置有：能够使第1排气歧管26内的废气的一部分以不通过涡轮241的方式流入到涡轮241的下游侧的排气通路30的废气旁通门34、能够使第2排气歧管28内的废气的一部分以不通过涡轮241的方式流入到涡轮241的下游侧的排气通路30的废气旁通门36和开闭两个废气旁通门34、36的废气旁通阀38。
本实施方式的废气旁通阀38具有：能够转动到封闭两个废气旁通门34、36的出口的关闭位置和开放这些出口的打开位置的阀体；和用于使该阀体变位的致动器(未图示)。废气旁通阀38的开度由后述的ECU50控制。
在本实施方式的系统中，在高负载运行时打开废气旁通阀38，使一部分的废气以不通过涡轮241的方式流入排气通路30。由此，可以可靠地防止排气压力(背压)和增压压力过大的情况。
在涡轮241及废气旁通阀38的下游侧且是催化剂32的上游侧的位置，设置有检测流入到催化剂32的废气的空燃比(以下，也叫做“催化剂前空燃比A/Ffr”)的催化剂前传感器40。本实施方式的催化剂前传感器40是所谓的广域空燃比传感器，能够连续地检测比较宽的范围的空燃比，并输出与该空燃比成比例的信号。
在催化剂32的下游侧设置有检测从催化剂32流出的废气的空燃比(以下，也叫做“催化剂后空燃比A/Frr”)的催化剂后传感器42。本实施方式的催化剂后传感器42是所谓的O2传感器，具有其输出以理论空燃比为边界发生骤变的特性。
本实施方式的系统还具有检测内燃机10的转速的发动机转速传感器44、检测内燃机10的进气量的空气流量计46、检测车辆的驾驶席的油门踏板位置的油门位置传感器48和ECU(Electronic Control Unit电控单元)50。ECU50包含CPU、ROM、RAM、输入输出端口及存储装置等(都未图示)。上述的各种传感器及致动器与ECU50电连接。ECU50基于各种传感器的检测值等来控制节气门22的开度和从燃料喷射器16喷射的燃料喷射量、废气旁通阀38的开度等。
催化剂32在流入到此的废气的空燃比A/F为理论空燃比A/Fs时，同时净化NOx、HC及CO。因此，ECU50在内燃机10通常运行时以使得流入到催化剂32的废气的空燃比成为理论空燃比A/Fs的方式来控制空燃比。具体地说，ECU50设定与理论空燃比A/Fs相等的目标空燃比A/Ft，并且以由催化剂前传感器40所检测出的催化剂前空燃比A/Ffr与目标空燃比A/Ft一致的方式来控制从燃料喷射器16喷射的燃料喷射量。由此，流入到催化剂32的废气的空燃比被保持在理论空燃比附近，从而在催化剂32中发挥最大的净化性能。
催化剂32主要包含Pt，Pd等贵金属(激活点)和能够根据周围气体的空燃比吸收放出氧气的氧吸留成分。若催化剂32的周围气体空燃比比理论空燃比A/Fs浓，则放出由氧吸留成分所吸留的氧气。由此，可以由所放出的氧气把HC及CO之类的未燃成分氧化并净化。相反地，若催化剂32的周围气体的空燃比比理论空燃比A/Fs稀，则氧吸留成分从周围气体中吸收氧气。由此，可以对NOx进行还原净化。
通过这样的氧气吸收放出作用，即使流入到催化剂32的废气的空燃比相对于理论空燃比A/Fs多少有波动，也可以同时净化NOx、HC及CO这三种废气成分。
随着内燃机10经年使用，催化剂32的氧吸留能力逐渐下降。催化剂32的氧吸留能力的下降度和催化剂32的劣化度存在相关关系。因此，在本实施方式中，设为，通过测定催化剂32的氧吸留能力来诊断催化剂32的劣化度。在此，催化剂32的氧吸留能力由现状的催化剂32能够吸留的最大氧气量即氧吸留容量(OSC：Oxygen Storage Capacity)的大小表示。
以下，在本实施方式中，对在进行催化剂32的劣化检测(氧吸留容量的测定)时所执行的控制进行说明。在本实施方式中，在检测催化剂32的劣化时，执行主动空燃比控制。所谓主动空燃比控制是使催化剂前空燃比A/Ffr相对于规定的中心空燃比A/Fc在浓空燃比侧和稀空燃比侧交替地强制性地变化的控制。此外，把变化到浓空燃比侧时的空燃比称为浓空燃比A/Fr，把变化到稀空燃比侧时的空燃比称为稀空燃比A/Fl。
催化剂32的劣化检测，通常在内燃机10的每1个行程至少执行1次。而且，在连续多个行程检测出催化剂32的劣化时，做出催化剂32异常的最终的诊断，使警示灯等警报装置作动，此外所谓1行程就是从内燃机10起动直到停止为止的期间。
图2(A)、(B)分别以实线表示了执行主动空燃比控制时的催化剂前传感器40及催化剂后传感器42的输出。另外，图2(A)以虚线表示由ECU50设定的目标空燃比A/Ft。
如图2(A)所示的那样，目标空燃比A/Ft，以作为中心空燃比的理论空燃比A/Fs为中心，在从该中心到浓空燃比侧离开了规定的振幅(浓空燃比振幅Ar、Ar＞0)后的空燃比(浓空燃比A/Fr)和从该中心到稀空燃比侧离开了规定的振幅(稀空燃比振幅Al、Al＞0)后的空燃比(稀空燃比A/Fl)之间被强制地并且交替地切换。构成为，追随该目标空燃比A/Ft的切换，作为实际值的催化剂前空燃比A/Ffr也相对于目标空燃比A/Ft伴随着时间延迟而切换。该时间延迟由内燃机10的作动气体经由进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程及排气冲程而被排出为止的时间即冲程延迟和直到从内燃机10排出的废气到达催化剂前传感器40为止的时间即输送延迟等构成。
在图示的例中，浓空燃比振幅Ar和稀空燃比振幅Al相等。也就是说，例如，在理论空燃比A/Fs＝14.6的情况下，设为：浓空燃比A/Fr＝14.1、稀空燃比A/Fl＝15.1、浓空燃比振幅Ar＝稀空燃比振幅Al＝0.5。
切换目标空燃比A/Ft的时刻是催化剂后传感器42的输出从浓空燃比切换到稀空燃比或从稀空燃比切换到浓空燃比的时刻。如上述那样，催化剂后传感器42的输出电压以理论空燃比A/Fs为边界进行骤变。也就是说，催化剂后传感器42的输出电压，在催化剂后空燃比A/Frr是比理论空燃比A/Fs小的浓空燃比侧的空燃比时，成为浓空燃比判定值VR以上，在催化剂后空燃比A/Frr是比理论空燃比A/Fs大的稀空燃比侧的空燃比时，成为稀空燃比判定值VL以下。
如图2(A)、(B)所示那样，在催化剂后传感器42的输出电压从浓空燃比侧的值变化到稀空燃比侧而等于稀空燃比判定值VL时(时刻t1)，把目标空燃比A/Ft从稀空燃比A/Fl切换到浓空燃比A/Fr。其后，在催化剂后传感器42的输出电压从稀空燃比侧的值变化到浓空燃比侧而等于浓空燃比判定值VR时(时刻t2)，把目标空燃比A/Ft从浓空燃比A/Fr切换到稀空燃比A/Fl。
在执行进行这样的空燃比变化的主动空燃比控制的同时，计量催化剂32的氧吸留容量OSC，判定催化剂32的劣化。以下，对于主动空燃比控制进一步进行说明。
在图2中，在时刻t1之前，目标空燃比A/Ft被设为稀空燃比A/Fl，稀空燃比气体流入到催化剂32。这时催化剂32继续吸收氧气，但在吸收满了氧气的时间点不能再吸收氧气，稀空燃比气体穿过催化剂32流出到催化剂32的下游侧。这样催化剂后空燃比A/Frr变化到稀空燃比侧，在催化剂后传感器42的输出电压达到稀空燃比判定值VL的时间点(t1)，目标空燃比A/Ft被切换到浓空燃比A/Fr。这样，目标空燃比A/Ft以催化剂后传感器42的输出为触发而被反转。
其后，浓空燃比气体流入到催化剂32。这时，在催化剂32中，继续放出到此为止所吸留的氧气。这期间，几乎是理论空燃比A/Fs的废气流出到催化剂32的下游侧。因此，因为催化剂后空燃比A/Frr未成为浓空燃比，所以催化剂后传感器42的输出不反转。若从催化剂32继续放出氧气，则不久催化剂32所吸留的氧气就被放尽。因为在该时间点不能再放出氧气，所以浓空燃比气体穿过催化剂32而流出到催化剂32的下游侧。这样，催化剂后空燃比A/Frr变化到浓空燃比侧，在催化剂后传感器42的输出电压达到浓空燃比判定值VR的时间点(t2)，目标空燃比A/Ft被切换为稀空燃比A/Fl。
在这样的主动空燃比控制中，氧吸留容量OSC越大，则能够继续吸收或放出氧气的时间越长。也就是说，在催化剂32没有劣化的情况下，目标空燃比A/Ft的反转周期(例如，从t1到t2为止的时间)变长。另一方面，随着催化剂32劣化的发展，目标空燃比A/Ft的反转周期变短。
图3是与图2同样的图。以下，参照图3，对氧吸留容量OSC的具体的计算方法进行说明。氧吸留容量OSC等于在从浓空燃比的废气开始流入到吸留满了氧气的状态下的催化剂32的时间点t11到催化剂后空燃比A/Frr变化到浓空燃比侧的时间点t2为止的期间内所放出的氧气量。因此，通过对利用下述(1)式所算出的每个微小时间的氧气放出量dC从时刻t11到时刻t2为止进行积分运算，可以算出氧吸留容量OSC1。
dC＝ΔA/F×Q×K＝|A/Ffr-A/Fs|×Q×K …(1)
在此，Q是燃料喷射量，K是包含于空气的氧气比例(约0.23)。
在本发明中，也可以使用通过1次计算所计算出的氧吸留容量OSC1进行催化剂32的劣化判定，但是为了使精度提高，在稀空燃比侧也同样地计算出氧吸留容量OSC2，进而，也可以根据需要在浓空燃比侧和稀空燃比侧反复进行多次计算。在这种情况下，通过把其平均值与规定的劣化判定值进行比较，进行最终的劣化判定。
如图3所示那样，当在稀空燃比侧计算的情况下的氧吸留容量OSC2等于从稀空燃比的废气开始流入到放尽了氧气的状态下的催化剂32的时间点t21到催化剂后空燃比A/Frr变化到稀空燃比侧的时间点t3为止的期间内所吸收的氧气量。因此，通过把利用上述(1)式所算出的每个微小时间的氧吸收量dC从时刻t21到时刻t3为止进行积分，可以计算出氧吸留容量OSC2。
在利用上述的方法测定氧吸留容量OSC的情况下，重要的是精度良好地检测催化剂前空燃比A/Ffr从稀空燃比变化到浓空燃比的时刻(时刻t11)和从浓空燃比变化到稀空燃比的时刻(时刻t21)。这是因为，若这些时刻的检测不准确，则对上述dC进行积分的时间上出现误差，所以不能计算出准确的氧吸留容量OSC。
但是，一般地，在具备了带有废气旁通阀的涡轮增压器的发动机中，若废气旁通阀已打开，则难以精度良好地检测出催化剂前空燃比A/Ffr发生变化的时刻。对于其理由，参照图4进行说明。
图4是示意地表示在废气旁通阀38已关闭的情况下和已打开的情况下的双方的情况下，在切换了内燃机10的目标空燃比之后的催化剂前传感器40的输出变化的图。在以下的说明中，以内燃机10的目标空燃比从浓空燃比被切换到稀空燃比的情况为例进行说明，但从稀空燃比被切换到浓空燃比的情况也是同样的。
此外，实际的空燃比A/F的变化是连续的，但在图4中，为了把图进行示意化以便容易理解，以空燃比A/F进行阶段性地变化的方式来描述。
图4的上层的曲线图表示当在废气旁通阀38关闭的状态下使目标空燃比从浓空燃比变化到稀空燃比的情况下的催化剂前传感器40的输出的变化。催化剂前传感器40的响应速度有限度。因此，如该曲线图所示那样，即使是在接触到催化剂前传感器40的废气的空燃比从浓空燃比变化到了稀空燃比的情况下，催化剂前传感器40的输出从浓空燃比变化到稀空燃比为止也要花费某种程度的时间。在以下的说明中，把催化剂前传感器40的输出从浓空燃比向稀空燃比(或从稀空燃比向浓空燃比)变化而需要的时间称为“传感器输出变化期间”。此外，在图4中，与图2及图3相比，把时间轴(横轴)拉伸进行了描绘，所以缓慢地描绘了催化剂前传感器40的输出的变化斜率。
另一方面，图4的下层的曲线图中的粗实线表示在废气旁通阀38打开的状态下使目标空燃比从浓空燃比变化到了稀空燃比的催化剂前传感器40的输出的变化。如该曲线图所示那样，在废气旁通阀38打开的情况下，与关闭的情况下相比，传感器输出变化期间变长。其原因如下述那样。
在废气旁通阀38已打开的情况下，从内燃机10的各汽缸排出的废气分为通过涡轮241到达催化剂前传感器40的气体和通过废气旁通阀38(废气旁通门34或36)到达催化剂前传感器40的气体。图4的下层的曲线图中的虚线表示在假定为只是前者的废气，也就是通过涡轮241的废气(以下称为“涡轮通过气体”)接触到催化剂前传感器40的情况下的催化剂前传感器40的输出的变化。这种情况下的催化剂前传感器40的输出的变化与在废气旁通阀38已关闭的情况下(图4的上层的曲线图)是同样的。
相对于此，图4的下层的曲线图中的细实线表示在假定为只是通过了废气旁通阀38的废气(以下称为“废气旁通门通过气体”)接触到催化剂前传感器40的情况下的催化剂前传感器40的输出的变化。因为涡轮通过气体通过涡轮241要花费时间，与废气旁通门通过气体相比，到达催化剂前传感器40变迟。逆言之，废气旁通门通过气体比涡轮通过气体早到达催化剂前传感器40。因此，在图4的曲线图中，细实线的波形与虚线的波形相比向前错开。
在废气旁通阀38已打开的情况下，实际上涡轮通过气体和废气旁通门通过气体混合后的气体接触到催化剂前传感器40。因此，催化剂前传感器40的实际的输出，如图4的下层的曲线图中的粗实线所示那样，处于基于涡轮通过气体的输出(虚线)和基于废气旁通门通过气体的输出(细实线)的中间。该结果，与废气旁通阀38已关闭的情况相比，传感器输出变化期间延长。此外，图4所示的例是在涡轮通过气体和废气旁通门通过气体的比例为50∶50，两者均匀混合而接触到催化剂前传感器40的情况下的例。
如上述那样，在废气旁通阀38已打开的情况下，与废气旁通阀38已关闭的情况相比，传感器输出变化期间变长，每个单位时间的催化剂前传感器40的输出变化量变小。也就是说，催化剂前传感器40的响应性，看上去下降了。因此，在测定氧吸留容量OSC的情况下，难以精度良好地检测催化剂前空燃比A/Ffr从稀空燃比变化到浓空燃比的时刻和从浓空燃比变化到稀空燃比的时刻。
进而，在图4所示的例中，假定为涡轮通过气体和废气旁通门通过气体的比例为50∶50，两者均匀地混合而接触到催化剂前传感器40，但实际上，涡轮通过气体和废气旁通门通过气体的比例进行各种各样的变化，并不是在到达催化剂前传感器40之前涡轮通过气体和废气旁通门通过气体均匀地混合。因此，在废气旁通阀38已打开的情况下的催化剂前传感器40的输出波形在不同的时刻不规则地变化。其结果，在废气旁通阀38已打开的情况下，更难以精度良好地检测出催化剂前空燃比A/Ffr从稀空燃比变化到浓空燃比的时刻和从浓空燃比变化到稀空燃比的时刻。
据此，在废气旁通阀38已打开的情况下，在测定氧吸留容量OSC时，难以由催化剂前传感器40精度良好地检测出催化剂前空燃比A/Ffr的变化时刻，从而不能准确地测定氧吸留容量OSC。
另一方面，因为在废气旁通阀38已关闭的情况下，不会产生上述那样的问题，能够准确地测定氧吸留容量OSC。因此，在本实施方式中，在需要进行氧吸留容量OSC的测定(催化剂32的劣化检测)的情况下，在发出了关闭废气旁通阀38的指令之后，进行该操作。
[实施方式1中的具体处理]
图5是为了实现上述的功能在本实施方式中ECU50执行的程序的流程图。根据图5所示的程序，首先，判定是否要求了用于测定氧吸留容量OSC的控制(步骤100)。通常在内燃机10的每一行程中执行1次催化剂32的劣化检测。在该步骤100中，在本次的行程中催化剂32的劣化检测还未结束，并且内燃机10的预热已完成等规定的条件成立的情况下，判定为要求了用于测定氧吸留容量OSC的控制。另一方面，在不是那样的情况下，则判定为未要求用于测定氧吸留容量OSC的控制。
当在上述步骤100中判定为要求了用于测定氧吸留容量OSC的控制的情况下，对废气旁通阀38的致动器发出关闭废气旁通阀38的指令(步骤102)。在根据该指令关闭了废气旁通阀38之后，执行测定氧吸留容量OSC的控制(步骤104)。也就是说，在步骤104中，执行参照图2及图3说明的主动空燃比控制，测定氧吸留容量OSC。
根据上述的实施方式1，在需要测定氧吸留容量OSC的情况下，必定可以在关闭了废气旁通阀38的状态下测定氧吸留容量OSC。因此，可以准确地测定氧吸留容量OSC。因此，可以高精度地判定催化剂32的劣化。
此外，最好在测定氧吸留容量OSC时，把废气旁通阀38设为完全关闭，但在本发明中，如果是在精度良好地检测催化剂前空燃比A/Ffr的变化时刻上不成问题的程度的较小的开度，则也可以打开废气旁通阀38。也就是说，在本发明中，也可以预先设定在精度良好地检测催化剂前空燃比A/Ffr的变化时刻上不产生问题那样的废气旁通阀开度的阈值，在上述步骤102中，控制成废气旁通阀开度小于该规定的阈值。即使在这种情况下，也得到与上述同样的效果。
另外，在本实施方式中，以将本发明应用到用于测定氧吸留容量OSC的控制中的情况为例进行了说明，但本发明，除此以外，可以应用于以使涡轮241及废气旁通阀38的上游侧的空燃比A/F阶跃状变化(骤变)，利用催化剂前传感器40(或催化剂后传感器42)检测空燃比A/F的变化为目的而进行的各种控制(空燃比变化检测控制)中。
作为用于测定氧吸留容量OSC的控制以外的空燃比变化检测控制，例如，可以列举用于诊断催化剂前传感器40的基于劣化的响应性的降低的控制。催化剂前传感器40，随着劣化，其响应性(输出电平和响应速度等)逐渐降低。因此，使涡轮241及废气旁通阀38的上游侧的空燃比(例如，内燃机10的燃烧空燃比)阶跃状变化(骤变)，利用催化剂前传感器40检测该空燃比的变化，可以根据这时的输出电平和响应速度是否满足规定的基准值来判定催化剂前传感器40的劣化。这时，对涡轮241及废气旁通阀38的上游侧的空燃比赋予的变化，不一定是在比理论空燃比浓的空燃比和比理论空燃比稀的空燃比之间的变化。也就是说，也可以在比理论空燃比浓的范围内(或比理论空燃比稀的范围内)使空燃比阶跃状变化。
上述的各变形例的内容，即使对于后述的实施方式也同样能够应用。
在上述的实施方式1中，催化剂前传感器40与上述本发明之1中的“废气传感器”相当。另外，通过ECU50执行上述步骤102及104的处理实现了上述本发明之1～3中的“空燃比变化检测控制单元”。
实施方式2.
下面，参照图6及图7，就本发明的实施方式2进行说明，但以与上述的实施方式1相异的点为中心进行说明，对于同样的事项，简化或省略其说明。
在上述的实施方式1中，对ECU50主动地控制废气旁通阀38的开闭的系统的情况进行了说明。相对于此，在本实施方式中，设为，根据内燃机10的运行条件，被动地开闭废气旁通阀38的系统。这样的本实施方式的废气旁通阀38构成为，例如，利用增压压力给膜片带来的力和弹簧的力之间的平衡来开闭。也就是说，在增压压力比规定值小的情况下，废气旁通阀38由于弹簧的力而被关闭。另一方面，若增压压力在上述规定值以上，则带给膜片的力胜过弹簧的力，废气旁通阀38打开。
因为本实施方式的硬件构成除了上述的点以外与上述的实施方式1是同样的，所以省略图示。
涡轮增压器24的增压压力根据内燃机10的负载及发动机转速而变化。因此，可以依据内燃机10的负载及发动机转速判断废气旁通阀38已关闭还是已打开。图6是表示废气旁通阀38的动作区域及非动作区域的映射。在内燃机10的负载及发动机转速处于图6所示的动作区域内的情况下，可以判断为增压压力在上述规定值以上，废气旁通阀38已打开。相对于此，在内燃机10的负载及发动机转速处于图6所示的非动作区域内的情况下，可以判断为增压压力比上述规定值低，废气旁通阀38已关闭。因此，在本实施方式中，设定为，只在内燃机10的负载及发动机转速处于上述非动作区域内的情况下，允许执行测定氧吸留容量OSC的控制。
[实施方式2中的具体的处理]
图7是为了实现上述的功能在本实施方式中ECU50执行的程序的流程图。此外，在图7中，对于与图5所示的步骤同样的步骤，赋予同样的符号而省略或简化其说明。
根据图7所示的程序，首先，判定是否要求了用于测定氧吸留容量OSC的控制(步骤100)。在判定为要求了该控制的情况下，接着，判定内燃机10的当前的运行条件是否是废气旁通阀非动作区域内(步骤106)。基于内燃机10的负载及发动机转速和图6所示的映射进行该判定。
当在上述步骤106中判定为运行条件不在废气旁通阀非动作区域内，也就是处于废气旁通阀动作区域内的情况下，可以判定为废气旁通阀38当前已打开。在这种情况下，可以判断为不能准确地测定氧吸留容量OSC。因此，在这种情况下，不执行氧吸留容量OSC的测定，本程序结束。
另一方面，当在上述步骤106中判定为运行条件处于废气旁通阀非动作区域内的情况下，可以判定为废气旁通阀38当前已关闭。在这种情况下，能够准确测定氧吸留容量OSC。因此，在这种情况下，执行测定氧吸留容量OSC的控制(步骤104)。也就是说，执行上述的主动空燃比控制，测定氧吸留容量OSC。
根据上述的实施方式2，可以在能够判定为废气旁通阀38已打开的运行条件的情况下，禁止氧吸留容量OSC的测定，只是在能够判定为废气旁通阀38已关闭的运行条件的情况下，允许氧吸留容量OSC的测定。因此，必定是在废气旁通阀38已关闭的状态时执行氧吸留容量OSC的测定。因此，可以准确地测定氧吸留容量OSC，可以高精度地判定催化剂32的劣化。
在上述的实施方式2中，ECU50通过执行图7所示的程序的处理从而实现上述本发明之4中的“开闭状态判定单元”及“禁止单元”。
实施方式3.
接着，参照图8及图9，对本发明的实施方式3进行说明，但以与上述的实施方式的不同点为中心进行说明，对于同样的事项，简化或省略其说明。本实施方式的硬件构成与上述的实施方式1是同样的，如图1所示的那样。也就是说，本实施方式的内燃机10是具有#1～#4的4个汽缸的串联4汽缸型的内燃机，爆发顺序是#1→#3→#4→#2，爆发间隔是180°CA(曲轴角度)。
本实施方式的内燃机10的排气歧管，如上述那样，分割为第1排气歧管26和第2排气歧管28。第1排气歧管26使#1汽缸及#4汽缸的废气合流，第2排气歧管28使#2汽缸及#3汽缸的废气合流。
如图1所示那样，第1排气歧管26的管路长度比第2排气歧管28的管路长度长。因此，第1排气歧管26的容积比第2排气歧管28的容积大。因此，从#1汽缸及#4汽缸排出的废气通过第1排气歧管26流入到涡轮241所需要的时间比从#2汽缸及#3汽缸排出的废气通过第2排气歧管28流入到涡轮241所需要的时间长。因此，从#1汽缸及#4汽缸排出的废气到达催化剂前传感器40所需要的时间比从#2汽缸及#3汽缸排出的废气到达催化剂前传感器40所需要的时间长。在本实施方式中，设该时间差为360°CA。
在以下的说明中，把每个汽缸的涡轮241的上游侧的排气通路的容积称为“涡轮上游侧容积”。
图8及图9分别是示意地表示了将内燃机10的空燃比从稀空燃比切换到浓空燃比情况下的废气的变动的图。在图中，白的方格表示稀空燃比的废气，带阴影的方格表示浓空燃比的废气。另外，在两个图中，左侧的图表示燃烧室中的废气的变动，右侧的图表示在催化剂前传感器40的位置的废气的变动。在催化剂前传感器40的位置，实际上，成为混合了来自各汽缸的废气的状态，也就是说，混合了在图中纵轴方向排列的方格表示的废气的状态。
如上述那样，从#1汽缸及#4汽缸排出的废气到达催化剂前传感器40所需要的时间比从#2汽缸及#3汽缸排出的废气到达催化剂前传感器40所需要的时间延迟360°CA。因此，在催化剂前传感器40的位置的废气的变动与在燃烧室中的变动相比，成为#1汽缸及#4汽缸的废气相对于#2汽缸及#3汽缸的废气，在图中延迟了2个方格的状态。
图8表示了首先切换了#1汽缸的空燃比的情况，也就是说，首先在#1汽缸的燃料喷射器16中进行了燃料喷射量的变更的情况。在这种情况下，各汽缸的燃烧室中的废气如图8的左侧的图所示那样，首先在#1汽缸中从稀空燃比切换为浓空燃比，接着，按照#3汽缸、#4汽缸、#2汽缸的顺序以180°CA间隔从稀空燃比切换为浓空燃比。在这种情况下，在催化剂前传感器40的位置的废气的空燃比从稀空燃比到切换为浓空燃比为止的期间(以下称为“A/F变化期间”)，如图8右侧的图所示那样，成为540°CA。
相对于此，图9表示了首先切换#3汽缸的空燃比的情况，也就是说，首先在#3汽缸的燃料喷射器16中进行燃料喷射量的变更的情况。在这种情况下，各汽缸的燃烧室中的废气如图9左侧的图所示那样，首先在#3汽缸中从稀空燃比切换为浓空燃比，接着按照#4汽缸、#2汽缸、#1汽缸的顺序以180°CA间隔从稀空燃比切换为浓空燃比。在这种情况下，在催化剂前传感器40的位置的A/F变化期间如图9右侧的图所示那样，成为900°CA。
这样，在切换内燃机10的空燃比时，在涡轮上游侧容积较大的#1汽缸(或#4汽缸)中首先切换空燃比的情况，与在涡轮上游侧容积较小的#3汽缸(或#2汽缸)中首先切换空燃比的情况相比，可以缩短催化剂前传感器40的位置的A/F变化期间。如果能够将催化剂前传感器40的位置的A/F变化期间缩短，则可以提高利用催化剂前传感器40检测催化剂前空燃比A/Ffr从稀空燃比变化为浓空燃比的时刻和从浓空燃比变化为稀空燃比的时刻时的精度。
因此，在本实施方式中，设为，在用于测定氧吸留容量OSC的主动空燃比控制中，在把内燃机10的空燃比在浓空燃比和稀空燃比之间交替地切换时，首先在#1汽缸(或#4汽缸)中切换空燃比。由此，可以以更高的精度检测出催化剂前空燃比A/Ffr从稀空燃比变化为浓空燃比的时刻和从浓空燃比变化为稀空燃比的时刻，所以可以更准确地测定氧吸留容量OSC。
此外，在本实施方式的内燃机10中，#1汽缸及#4汽缸的涡轮上游侧容积相等，#2汽缸及#3汽缸的涡轮上游侧容积相等，但在是涡轮上游侧容积按每个汽缸而不同的内燃机的情况下，首先切换涡轮上游侧容积最大的汽缸的空燃比即可。
本实施方式除了上述的点以外与上述的实施方式1是同样的，所以省略这以外的说明。
Claims (5)
1.一种内燃机控制装置，其特征在于，具备：
涡轮增压器，具有利用内燃机的排气能量作动的涡轮和压缩进气气体的压缩机；
废气旁通门，用于绕过上述涡轮而使废气通过；
废气旁通阀，用于开闭上述废气旁通门；
废气传感器，设置于上述涡轮及上述废气旁通阀下游侧的排气通路；和
空燃比变化检测控制单元，执行空燃比变化检测控制来对排气净化催化剂进行诊断，该空燃比变化检测控制是使上述涡轮及上述废气旁通阀上游侧的空燃比变化，利用上述废气传感器来检测空燃比的变化时刻的控制，
上述空燃比变化检测控制单元，在上述废气旁通阀的开度小于规定值的状态时，执行上述空燃比变化检测控制。
2.根据权利要求1所述的内燃机控制装置，其特征在于，
上述空燃比变化检测控制单元，在上述废气旁通阀的开度为完全关闭的状态时，执行上述空燃比变化检测控制。
3.根据权利要求1或2所述的内燃机控制装置，其特征在于，
上述空燃比变化检测控制单元，包含在执行上述空燃比变化检测控制之前控制上述废气旁通阀以使上述废气旁通阀的开度小于上述规定值的单元。
4.根据权利要求1或2所述的内燃机控制装置，其特征在于，具备：
开闭状态判定单元，用于判定上述废气旁通阀的开闭状态；
禁止单元，用于在由上述开闭状态判定单元判定为上述废气旁通阀的开度是在上述规定值以上的情况下，禁止执行上述空燃比变化检测控制。
5.根据权利要求1或2所述的内燃机控制装置，其特征在于，
上述内燃机具有多个汽缸，
上述空燃比变化检测控制单元，在使各汽缸的空燃比变化时，首先使上述涡轮的上游侧的排气通路的容积最大的汽缸的空燃比变化。
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