CN102192036B - 内燃发动机排气控制设备及其异常确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及内燃发动机排气控制设备及其异常确定方法。当估算出储存在催化剂(15)中的氧量是最大量时，电子控制单元(2)执行强制浓控制，并且基于在该控制的开始与氧传感器(24)的输出的浓反转之间的时间段，估算在该时间段中的最大氧释放量。当估算出储存在催化剂(15)中的氧量是最小量时，电子控制单元(2)执行强制稀薄控制，并且基于在该控制的开始与氧传感器(24)的输出的稀薄反转之间的时间段，估算在该时间段中的最大氧储存量。当最大氧释放量与最大氧储存量之间的差的绝对值等于或大于预定值时，排气控制设备和用于确定其异常的方法确定存在响应延迟。

Description

内燃发动机排气控制设备及其异常确定方法

技术领域

本发明涉及一种内燃发动机的排气控制设备，该排气控制设备包括：催化剂，该催化剂设置在内燃发动机的排气通道中并且具有储存氧的能力；以及氧传感器，所述氧传感器设置在排气通道中的催化剂的排气下游侧上，并且输出指示排气的空燃比的信号。本发明还涉及一种用于确定在该排气控制设备中的异常的方法。

背景技术

通过使用设置在排气通道中的催化剂将一氧化碳(CO)和碳氢化合物(HC)氧化并且减少氮氧化物(NOx)，内燃发动机的排气控制设备将排气中的CO、HC和NOx净化。这里，当催化剂环境是理论空燃比时，HC、CO和NOx的净化反应(即氧化还原反应)能够同时执行。然而，当催化剂环境与理论空燃比不相同时，HC、CO和NOx的净化反应(即氧化还原反应)不能够同时执行。因此，例如在日本专利申请公开No.2007-154749(JP-A-2007-154749)中描述的那样，通过在排气通道中设置能够储存氧的催化剂，通过补偿由于空燃比的暂时偏差而出现的氧的过量或不足，来抑制由于诸如上述的空燃比的暂时偏差引起的排气净化效率的降低。

在这样的排气控制催化剂中，输出与排气的空燃比成比例的信号的空燃比传感器设置在排气通道中的催化剂的排气上游侧上。此外，氧传感器设置在催化剂的排气下游侧上，所述氧传感器输出指示排气的空燃比的信号，或者更具体地，当排气的空燃比比理论空燃比稀薄时输出大约0V，而当排气的空燃比比理论空燃比浓时输出大约1V。

顺便提及，催化剂储存氧的能力(即氧储存能力)由于催化剂的退化等而降低。因此，通过估算催化剂的最大氧储存量来确定催化剂储存氧的能力，即催化剂的退化程度。更具体地，通过强制地使流入到催化剂中的排气的空燃比比理论空燃比浓，使催化剂释放氧。然后当催化剂不再能够释放更多的氧时，氧传感器的输出将产生从0V到1V的浓反转，即，将反转为浓。当氧传感器的输出产生浓反转时，通过强制地使流入到催化剂中的排气的空燃比比理论空燃比稀薄，使催化剂储存氧。然后当催化剂中不能够储存更多的氧时，氧传感器的输出将产生从1V到0V的稀薄反转，即，将反转为稀薄。这里，催化剂的最大氧储存量与在从当氧传感器的输出产生浓反转时直到氧传感器的输出产生稀薄反转的时间段中流入到催化剂中的氧量相对应。因此，基于发动机的运行状态，能够估算出每单位时间流入到催化剂中的氧量，并且通过在该时间段上对该氧量进行积分能够估算出最大氧储存量。另外，催化剂的最大氧释放量与在从当氧传感器的输出产生稀薄反转时直到氧传感器的输出产生浓反转的时间段中从催化剂释放的氧量相对应。因此，基于发动机的运行状态，能够估算出每单位时间从催化剂释放的氧量，并且通过在该时间段上对该氧量进行积分能够估算出最大氧释放量。

顺便提及的是，由于某些原因可能出现氧传感器的输出的浓反转或稀薄反转的响应延迟。在这种情况下，氧传感器的输出晚于如下时刻产生浓反转，在所述时刻，氧传感器附近的排气的实际空燃比从比理论空燃比稀薄反转到比理论空燃比浓。另外，氧传感器的输出晚于如下时刻产生稀薄反转，在所述时刻，氧传感器附近的排气的实际空燃比从比理论空燃比浓反转到比理论空燃比稀薄。因此，不再能够精确地估算最大氧储存量或最大氧释放量。因此，当基于最大氧储存量或最大氧释放量做出在催化剂中是否存在异常的确定时，不能够精确地做出该确定。

发明内容

鉴于前述问题，因此本发明提供一种内燃发动机的排气控制设备及其异常确定方法，其中，能够精确地确定在氧传感器的输出的浓反转或稀薄反转中的一个反转中的响应延迟，如果出现这样的响应延迟的话。

因此，本发明的第一方面涉及一种内燃发动机的排气控制设备。该控制设备包括：催化剂，所述催化剂设置在内燃发动机的排气通道中，并且构造成储存氧；氧传感器，所述氧传感器设置在排气通道中的催化剂的排气下游侧上，并且构造成输出指示排气的空燃比的信号；第一估算部，所述第一估算部构造成估算储存在催化剂中的氧量是最大量还是最小量；第二估算部，所述第二估算部构造成：当第一估算部估算出储存在催化剂中的氧量是最大量时，执行强制浓控制，所述强制浓控制强制地使流入到催化剂中的排气的空燃比比理论空燃比浓，并且构造成：基于在强制浓控制开始的时间点与氧传感器的输出产生浓反转的时间点之间的时间段，估算在该时间段中从催化剂释放的氧量，上述浓反转是从与比理论空燃比稀薄的空燃比相对应的值到与比理论空燃比浓的空燃比相对应的值的浓反转；第三估算部，所述第三估算部构造成：当第一估算部估算出储存在催化剂中的氧量是最小量时，执行强制稀薄控制，所述强制稀薄控制强制地使流入到催化剂中的排气的空燃比比理论空燃比稀薄，并且构造成：基于在强制稀薄控制开始的时间点与氧传感器的输出产生稀薄反转的时间点之间的时间段，估算在该时间段中储存在催化剂中的氧量，上述稀薄反转是从与比理论空燃比浓的空燃比相对应的值到与比理论空燃比稀薄的空燃比相对应的值的稀薄反转；以及确定部，所述确定部构造成：当第二估算部估算出的氧释放量与第三估算部估算出的氧储存量之间的偏差程度等于或大于预定程度时，确定在氧传感器的输出的浓反转或稀薄反转中的一个反转中存在响应延迟异常。

本发明的另一方面涉及一种用于确定在内燃发动机的排气控制设备中的异常的方法。该异常确定方法包括：根据氧传感器的输出估算储存在催化剂中的氧量是最大量还是最小量，所述催化剂包括在内燃发动机的排气控制设备中，设置在内燃发动机的排气通道中，并且能够储存氧，所述氧传感器包括在内燃发动机的排气控制设备中，并且设置在排气通道中的催化剂的排气下游侧上；当估算出储存在催化剂中的氧量是最大量时，执行强制浓控制，所述强制浓控制强制地使流入到催化剂中的排气的空燃比比理论空燃比浓；基于在强制浓控制开始的时间点与氧传感器的输出产生浓反转的时间点之间的时间段，估算在该时间段中从催化剂释放的氧量，上述浓反转是从与比理论空燃比稀薄的空燃比相对应的值到与比理论空燃比浓的空燃比相对应的值的浓反转；当估算出储存在催化剂中的氧量是最小量时，执行强制稀薄控制，所述强制稀薄控制强制地使流入到催化剂中的排气的空燃比比理论空燃比稀薄；基于在强制稀薄控制开始的时间点与氧传感器的输出产生稀薄反转的时间点之间的时间段，估算在该时间段中储存在催化剂中的氧量，上述稀薄反转是从与比理论空燃比浓的空燃比相对应的值到与比理论空燃比稀薄的空燃比相对应的值的稀薄反转；以及当估算出的氧释放量与估算出的氧储存量之间的偏差程度等于或大于预定程度时，确定在氧传感器的输出的浓反转或稀薄反转中的一个反转中存在响应延迟异常。

如果当储存在催化剂中的氧量是最大量时执行强制地使流入到催化剂中的排气的空燃比比理论空燃比浓的强制浓控制，则将从催化剂释放出氧。然后当催化剂不再能够释放更多的氧时，流入到催化剂中的排气的空燃比变得比理论空燃比浓，因此氧传感器的输出产生浓反转。然而，如果在氧传感器的输出的浓反转中存在响应延迟，则氧传感器的输出将在如下时刻产生浓反转，该时刻比催化剂实际上变得不再能够释放氧的时刻晚。因此，如果基于从当强制浓控制开始时直到氧传感器的输出产生浓反转的时间段，估算在该时间段中从催化剂释放的氧量，则氧释放量将为比实际释放的氧量大的值。

另外，如果当储存在催化剂中的氧量是最小量时执行强制地使流入到催化剂中的排气的空燃比比理论空燃比稀薄的强制稀薄控制，则氧将储存在催化剂中。然后当催化剂不再能够储存更多的氧时，流入到催化剂中的排气的空燃比变得比理论空燃比稀薄，因此氧传感器的输出产生稀薄反转。然而，如果在氧传感器的输出的稀薄反转中存在响应延迟，则氧传感器的输出将在比催化剂实际上变得不再能够储存氧的时刻晚的时刻产生稀薄反转。因此，如果基于从当强制稀薄控制开始时直到氧传感器的输出产生稀薄反转的时间段，估算在该时间段中储存在催化剂中的氧量，则氧储存量将为比实际储存的氧量大的值。

因此，如果在氧传感器的输出的浓反转或稀薄反转中的一个反转中存在响应延迟，则估算出的氧释放量或估算出的氧储存量中的一个将计算为比另一个大的值。因此，根据上述结构，如果当估算出的氧释放量与估算出的氧储存量之间的偏差程度等于或大于预定值时，确定在氧传感器的输出的浓反转或稀薄反转中的一个反转中存在响应延迟异常，则能够精确地确定在氧传感器的输出的浓反转或稀薄反转中的一个反转中存在响应延迟。

另外，在上述的排气控制设备中，第二估算部可以在强制浓控制开始的时间点与氧传感器的输出产生浓反转的时间点之间的时间段中、基于发动机运行状态估算每单位时间从催化剂释放的氧量，并且通过将估算出的释放的氧量在所述时间段上进行积分来估算氧释放量。此外，第三估算部可以在强制稀薄控制开始的时间点与氧传感器的输出产生稀薄反转的时间点之间的时间段中、基于发动机运行状态估算每单位时间储存在催化剂中的氧量，并且通过将估算出的储存的氧量在所述时间段上进行积分来估算氧储存量。因此，能够精确估算氧释放量和氧储存量。

另外，在上述的排气控制设备中，当氧传感器继续输出与比理论空燃比稀薄的空燃比相对应的值预定时间段时，第一估算部可以估算出储存在催化剂中的氧量是最大量。

当氧传感器继续输出与比理论空燃比稀薄的空燃比相对应的值预定时间段时，储存在催化剂中的氧量是最大量。因此，借助于上述结构，能够容易地并且精确地估算出储存在催化剂中的氧量是最大量。顺便提及的是，预定时间段可以利用氧传感器和催化剂通过仿真或测试来设定。

另外，在上述的内燃发动机的排气控制设备中，当氧传感器的输出产生浓反转时，第一估算部可以估算出储存在催化剂中的氧量是最小量。

根据该结构，能够容易地估算出储存在催化剂中的氧量是最小量。另外，氧释放量和氧储存量例如可以以下面的方式设定。即，当氧传感器继续输出与比理论空燃比稀薄的空燃比相对应的值预定时间段时，确定储存在催化剂中的氧量是最大量，并且开始估算氧释放量。继续估算氧释放量直到氧传感器的输出产生浓反转。然后当氧传感器的输出产生浓反转时，确定储存在催化剂中的氧量是最小量，并且开始估算氧储存量。继续估算氧储存量直到氧传感器的输出产生稀薄反转。以该方式交替地估算氧释放量和估算氧储存量使得能够缩短估算总氧释放量和总氧储存量所花费的时间。

此外，上述的内燃发动机的排气控制设备还可以包括第四估算部，所述第四估算部构造成：当第一估算部估算出储存在催化剂中的氧量是最小量时，执行燃料切断控制，所述燃料切断控制停止内燃发动机中的燃料喷射，并且构造成：基于在燃料切断控制开始的时间点与氧传感器的输出产生稀薄反转的时间点之间的时间段，估算氧传感器的输出的稀薄反转的响应延迟时间。另外，当估算氧储存量时，第三估算部可以考虑第四估算部估算出的氧传感器的输出的稀薄反转的响应延迟时间。

在基于第二估算部估算出的氧释放量与第三估算部估算出的氧储存量之间的偏差程度确定出在氧传感器的输出的浓反转或稀薄反转中的一个反转中存在响应延迟异常的结构中，如果氧传感器的输出的浓反转或稀薄反转中的一个反转是正常的，则能够精确地确定另一个反转的响应延迟异常。然而，如果在氧传感器的输出的浓反转和稀薄反转这两者中存在相似程度的响应延迟异常，则第二估算部估算出的氧释放量与第三估算部估算出的氧储存量之间不存在显著差异，因此不能够精确地确定这样的响应延迟异常。

关于此，上述结构的情况下，如果在氧传感器的输出的稀薄反转中出现延迟异常，则在正在执行燃料切断控制的同时，其能够通过估算氧传感器的稀薄反转的响应延迟时间而被精确地确定。另外，通过当在做出氧传感器的异常确定之前估算氧储存量时考虑响应延迟时间，即使在氧传感器的输出的稀薄反转中存在响应延迟异常，也能够精确地估算出氧储存量。因此，即使在氧传感器的输出的浓反转和稀薄反转这两者中存在相似程度的响应延迟异常，其也能够被精确地确定。

顺便提及的是，当氧传感器继续输出与比理论空燃比浓的空燃比相对应的值预定时间段时，第一估算部可以估算出储存在催化剂中的氧量是最小量。

本发明的又一方面涉及一种内燃发动机的排气控制设备。该排气控制设备包括：催化剂，所述催化剂设置在内燃发动机的排气通道中，并且构造成储存氧；氧传感器，所述氧传感器设置在排气通道中的催化剂的排气下游侧上，并且构造成输出指示排气的空燃比的信号；估算部，所述估算部构造成估算储存在催化剂中的氧量是最大量还是最小量；第一测量部，所述第一测量部构造成：当估算部估算出储存在催化剂中的氧量是最大量时，在正在执行强制浓控制的同时，将每单位时间从催化剂释放的氧量控制到预定量，所述强制浓控制强制地使流入到催化剂中的排气的空燃比比理论空燃比浓，并且构造成：测量稀薄持续时间，所述稀薄持续时间是在强制浓控制开始的时间点与氧传感器的输出产生浓反转的时间点之间的时间段，上述浓反转是从与比理论空燃比稀薄的空燃比相对应的值到与比理论空燃比浓的空燃比相对应的值的浓反转；第二测量部，所述第二测量部构造成：当估算部估算出储存在催化剂中的氧量是最小量时，在正在执行强制稀薄控制的同时，将每单位时间储存在催化剂中的氧量控制到预定量，所述强制稀薄控制强制地使流入到催化剂中的排气的空燃比比理论空燃比稀薄，并且构造成：测量浓持续时间，所述浓持续时间是在强制稀薄控制开始的时间点与氧传感器的输出产生稀薄反转的时间点之间的时间段，上述稀薄反转是从与比理论空燃比浓的空燃比相对应的值到与比理论空燃比稀薄的空燃比相对应的值的稀薄反转；以及确定部，所述确定部构造成：当第一测量部测量出的稀薄持续时间与第二测量部测量出的浓持续时间之间的偏差程度等于或大于预定程度时，确定在氧传感器的输出的浓反转或稀薄反转中的一个反转中存在响应延迟异常。

本发明的再一方面涉及一种用于确定在内燃发动机的排气控制设备中的异常的方法。该异常确定方法包括：根据氧传感器的输出估算储存在催化剂中的氧量是最大量还是最小量，所述催化剂包括在内燃发动机的排气控制设备中，设置在内燃发动机的排气通道中，并且能够储存氧，所述氧传感器包括在内燃发动机的排气控制设备中，并且设置在排气通道中的催化剂的排气下游侧上；当估算出储存在催化剂中的氧量是最大量时，在正在执行强制浓控制的同时，将每单位时间从催化剂释放的氧量控制到预定量，所述强制浓控制强制地使流入到催化剂中的排气的空燃比比理论空燃比浓；并且测量稀薄持续时间，所述稀薄持续时间是在强制浓控制开始的时间点与氧传感器的输出产生浓反转的时间点之间的时间段，上述浓反转是从与比理论空燃比稀薄的空燃比相对应的值到与比理论空燃比浓的空燃比相对应的值的浓反转；当估算出储存在催化剂中的氧量是最小量时，在正在执行强制稀薄控制的同时，将每单位时间储存在催化剂中的氧量控制到预定量，所述强制稀薄控制强制地使流入到催化剂中的排气的空燃比比理论空燃比稀薄，并且测量浓持续时间，所述浓持续时间是在强制稀薄控制开始的时间点与氧传感器的输出产生稀薄反转的时间点之间的时间段，上述稀薄反转是从与比理论空燃比浓的空燃比相对应的值到与比理论空燃比稀薄的空燃比相对应的值的稀薄反转；以及当测量出的稀薄持续时间与测量出的浓持续时间之间的偏差程度等于或大于预定程度时，确定在氧传感器的输出的浓反转或稀薄反转中的一个反转中存在响应延迟异常。

在正在执行强制浓控制的同时，通过控制目标空燃比使得每单位时间从催化剂释放的氧量变为恒定，测量出的稀薄持续时间可以认为是催化剂的氧释放量。另外，在正在执行强制稀薄控制的同时，通过控制目标空燃比使得每单位时间储存在催化剂中的氧量变为恒定，测量出的浓持续时间可以认为是催化剂的氧储存量。因此，根据上述的排气控制设备及其异常确定方法，与上述的通过估算氧释放量和氧储存量来确定氧传感器中的响应延迟异常的氧控制设备及其异常确定方法相类似，能够精确地确定在氧传感器的输出的浓反转或稀薄反转中的一个反转中存在响应延迟。

附图说明

将在本发明的示例性实施例的下面的详述描述中参考附图描述该发明的特征、优点以及技术意义和工业意义，在附图中，相同的附图标记表示相同的元件，并且其中：

图1是关于根据本发明的第一示例性实施例的内燃发动机的排气控制设备的、内燃发动机及控制该内燃发动机的电子控制单元的总体构造的示意图；

图2是用于该示例性实施例的排气控制设备中的空燃比传感器的输出特性的曲线图；

图3是用于该示例性实施例的排气控制设备中的氧传感器的输出特性的曲线图；

图4A是示出了在正在执行实时的空燃比控制的同时空燃比传感器的输出电压的变化的时间图；

图4B是示出了在正在执行实时的空燃比控制的同时氧传感器的输出电压的变化的时间图；

图4C是示出了在正在执行实时的空燃比控制的同时从催化剂释放的氧量的变化的时间图；

图4D是示出了在正在执行实时的空燃比控制的同时储存在催化剂中的氧量的变化的时间图；

图5A是示出了空燃比传感器的输出电压的变化以说明根据第一示例性实施例的异常确定的原理的时间图；

图5B是示出了氧传感器的输出电压的变化以说明根据第一示例性实施例的异常确定的原理的时间图；

图5C是示出了从催化剂释放的氧量的变化以说明根据第一示例性实施例的异常确定的原理的时间图；

图5D是示出了储存在催化剂中的氧量的变化以说明根据第一示例性实施例的异常确定的原理的时间图；

图6A是示出了空燃比传感器的输出电压的变化以说明根据第一示例性实施例的异常确定的原理的时间图；

图6B是示出了氧传感器的输出电压的变化以说明根据第一示例性实施例的异常确定的原理的时间图；

图6C是示出了从催化剂释放的氧量的变化以说明根据第一示例性实施例的异常确定的原理的时间图；

图6D是示出了储存在催化剂中的氧量的变化以说明根据第一示例性实施例的异常确定的原理的时间图；

图7是图示了根据第一示例性实施例的异常确定程序的流程图；

图8A是示出了燃料切断控制的执行状态的变化以说明根据本发明的第二示例性实施例估算响应延迟时间的方式的时间图；

图8B是示出了空燃比传感器的输出电压的变化以说明根据第二示例性实施例估算响应延迟时间的方式的时间图；

图8C是示出了氧传感器的输出电压的变化以说明根据第二示例性实施例估算响应延迟时间的方式的时间图；

图9是图示了根据第二示例性实施例的响应延迟时间估算程序的流程图；

图10是图示了根据第二示例性实施例的异常确定程序的流程图。

具体实施方式

在下文中，将参考图1至图7详细描述第一示例性实施例，在该第一示例性实施例中，本发明的内燃发动机的排气控制设备实施为用于安装在车辆中的口喷射式汽油发动机(在下文中称为“内燃发动机”)的排气控制设备。

图1是内燃发动机1及控制内燃发动机1的电子控制单元(ECU)2的总体构造的示意图。如图1所示，内燃发动机1包括进气通道11、燃烧室12和排气通道13。进气通道11是将空气供应到燃烧室12的通道。另外，将燃料喷射到进气通道11的进气口中的燃料喷射阀14设置在进气通道11中。通过进气通道11中的节气门供应的空气与从燃料喷射阀14喷射的燃料混合以形成空燃混合物，该空燃混合物然后被供应到燃烧室12。在燃烧室12中，空燃混合物被活塞压缩。压缩后的空燃混合物通过火花塞被火花点燃并因此燃烧。由燃烧产生的膨胀能使用作内燃发动机1的输出轴的曲轴转动。

另外，燃烧期间产生的排气通过排气通道13排出到外部。能够储存氧的催化剂15设置在排气通道13中。通过将一氧化碳(CO)和碳氢化合物(HC)氧化并且减少氮氧化物(NOx)，该催化剂15将排气中的CO、HC和NOx净化。另外，当流入到催化剂15中的排气的空燃比比理论空燃比稀薄时，催化剂15储存氧，并且当流入到催化剂15中的排气的空燃比比理论空燃比浓时，催化剂15释放它已经存储的氧。因此，即使催化剂15的环境与理论空燃比偏离，也能够同时执行HC、CO和NOx的净化反应。将理解的是，此处使用的“储存”意思是以吸附、粘附、吸收、俘获、吸着等中的至少一种的方式对物质(固体、液体、气体分子)进行的保持。

该内燃发动机1的多种控制通过ECU2来执行。ECU2包括中央处理单元(CPU)、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)和输入/输出端口(I/O)。这里，CPU执行与内燃发动机1的多种控制相关的多种计算。在多种控制中使用的程序和数据储存在ROM中。另外，设置在内燃发动机1中的多个部件中的多个传感器的探测结果和CPU的计算结果暂时储存在RAM中。I/O协调在ECU2与外部装置之间的信号的输入和输出。

诸如来自设置在内燃发动机1中的多个部件中的传感器的探测结果和开关的运行状态等的信息输入到ECU2。更具体地，设置有探测作为曲轴转速的发动机速度NE的发动机速度传感器21和探测通过节气门供应到燃烧室12的空气的量(即进气量)G的进气量传感器22。另外，设置有探测流入到催化剂15中的排气的空燃比的空燃比传感器23和探测流出催化剂15的排气的氧浓度的氧传感器24。

另外，设置有探测催化剂15的温度T的催化剂温度传感器25。顺便提及的是，在该示例性实施例中，作为催化剂温度传感器25，采用直接探测催化剂15的温度T的结构。然而，所采用的用于探测催化剂15的温度T的结构不限于此。即，可以设置探测在催化剂15的排气下游侧上的排气的温度的排气温度传感器，并且基于该排气温度传感器的探测结果可以估算出催化剂15的温度T。

另外，必要时设置除这些传感器外的多个其它传感器。这里，将参考图2和图3描述空燃比传感器23和氧传感器24的输出特性。顺便提及的是，图2是实际空燃比与空燃比传感器23的输出电压Vaf之间的关系的视图。另外，图3是实际空燃比与氧传感器24的输出电压Vox之间的关系的视图。

如图2所述，空燃比传感器23输出与实际空燃比成比例的输出电压Vaf。随着空燃比增加，即随着空燃比变得较稀薄，空燃比传感器23输出较大的输出电压Vaf。顺便提及的是，当空燃比是理论空燃比时，空燃比传感器23输出电压V1。

如图3所述，氧传感器24输出指示实际空燃比的输出电压Vox。当空燃比比理论空燃比浓时，氧传感器24输出大约1V的输出电压Vox，并且当空燃比比理论空燃比稀薄时，氧传感器24输出大约0V的输出电压Vox。另外，当实际空燃比跨过理论空燃比而从浓改变为稀薄(或者从稀薄改变为浓)时，输出电压Vox突然改变。即，当实际空燃比是理论空燃比时，氧传感器24输出在0V与1V之间的电压V2。

例如基于通过诸如上述的传感器21-25的多个传感器的探测结果确定的发动机运行状态等，ECU2执行下面的控制。即，ECU2基于发动机速度NE和进气量GA等计算燃料喷射量Q，并且根据该燃料喷射量Q执行控制燃料喷射阀14的燃料喷射控制。

另外，ECU2基于来自空燃比传感器23的探测结果来估算空燃混合物的空燃比，并且执行计算用于燃料喷射量Q的空燃比修正值的空燃比反馈控制，使得估算出的空燃比将与目标空燃比匹配，并且对燃料喷射量进行增修正或减修正。

顺便提及的是，催化剂15储存氧的能力，即，催化剂15的氧储存容量由于催化剂15的退化等而减小。因此，通过估算催化剂15的最大氧储存量确定催化剂15的氧储存容量，即，催化剂的退化程度。

更具体地，ECU2执行接下来将描述的实时的空燃比控制，并且在正在执行该控制的同时估算催化剂15的最大氧释放量Crlsmax和最大氧储存量Cstrgmax。借助于该实时的空燃比控制，通过控制空燃混合物的空燃比，交替地执行强制地使流入到催化剂15中的排气的空燃比比理论空燃比浓的强制浓控制和强制地使流入到催化剂15中的排气的空燃比比理论空燃比稀薄的强制稀薄控制。

这里，将参考图4A-4D来描述执行实时的空燃比控制的方式和估算最大氧释放量Crlsmax和最大氧储存量Cstrgmax的方式。顺便提及的是，图4A是在正在执行实时的空燃比控制的同时空燃比传感器23的输出电压Vaf的变化的视图，图4B是在正在执行实时的空燃比控制的同时氧传感器24的输出电压Vox的变化的视图，并且图4C是示出了在正在执行实时的空燃比控制的同时催化剂15的氧释放量Crls的变化的时间图，且图4D是示出了在正在执行实时的空燃比控制的同时催化剂15的氧储存量Cstrg的变化的时间图。另外，在图4A-4D所示的示例中，假定氧传感器24是正在正常地起作用，并且氧传感器24的输出的浓反转或稀薄反转中的任一个中均不存在响应延迟。

如图4A-4D所示，在多于预定时间段直到时刻t1的时间中，将目标空燃比设定为理论空燃比并且空燃比传感器23的输出电压Vaf输出指示理论空燃比的值V1(图4A)。另外，在多于预定时间段在时刻t1之前，氧传感器24输出指示比理论空燃比稀薄的空燃比的值(0V)(图4B)。这里，假定当氧传感器24持续输出0V预定时间段时，储存在催化剂15中的氧量是最大量。顺便提及的是，该预定时间段是考虑催化剂15的氧储存特性的值，并且通过测试等预先进行设定。

这里，在当强制地使目标空燃比比理论空燃比浓时的时刻t1，流入到催化剂15中的排气的空燃比变得比理论空燃比浓，并且储存在催化剂15中的氧被释放(图4C)。

然后，在当储存在催化剂15中的所有氧都已经被释放使得催化剂15不再能够释放再多的氧的时刻t2，催化剂15的排气下游侧上的空燃比从比理论空燃比稀薄改变为比理论空燃比浓，并且氧传感器24的输出Vox产生从0V到1V的浓反转(图4B)。借助于该实时的空燃比控制，当氧传感器24的输出Vox增加超过电压V2时，强制地使目标空燃比比理论空燃比稀薄。因此，流入到催化剂15中的排气的空燃比变得比理论空燃比稀薄，并且氧储存在催化剂15中(图4D)。此时，氧不从催化剂15释放到排气下游侧，所以催化剂15的排气下游侧上的空燃比变得比理论空燃比浓，并且氧传感器24的输出Vox因此变为1V(图4B)。

在当催化剂15不再能够储存再多的氧时的时刻t3，氧从催化剂15释放到排气下游侧(图4C)，所以氧传感器24的输出Vox产生从1V到0V的稀薄反转(图4B)。

因此，在强制浓控制开始的时间点与氧传感器24的输出Vox产生浓反转的时间点之间的时间段(t1-t2)中、基于发动机运行状态估算每单位时间从催化剂15释放的氧量，并且通过将估算出的释放的氧量在该时间段(t1-t2)上进行积分来估算最大氧释放量Crlsmax。

另外，在强制稀薄控制开始的时间点与氧传感器24的输出Vox产生稀薄反转的时间点之间的时间段(t2-t3)中、基于发动机运行状态估算每单位时间储存在催化剂15中的氧量，并且通过将估算出的储存的氧量在该时间段(t2-t3)上进行积分来估算最大氧储存量Cstrgmax。

顺便提及的是，在任何给定的时间的空燃比和燃料喷射量Q或者进气量GA优选地用作用于估算每单位时间从催化剂15释放的氧量和每单位时间储存在催化剂15中的氧量的发动机运行状态。

然而，由于某些原因可能出现氧传感器24的输出的浓反转或稀薄反转的响应延迟。在这种情况下，氧传感器24的输出晚于如下时刻产生浓反转，在所述时刻，氧传感器24附近的排气的实际空燃比从比理论空燃比稀薄反转到比理论空燃比浓。另外，氧传感器24的输出晚于如下时刻产生稀薄反转，在所述时刻，氧传感器24附近的排气的实际空燃比从比理论空燃比浓反转到比理论空燃比稀薄。因此，不再能够精确地估算最大氧储存量Cstrgmax或最大氧释放量Crlsmax。因此，当基于最大氧储存量Cstrgmax或最大氧释放量Crlsmax做出在催化剂15中是否存在异常的确定时，不能够精确地做出该确定。

因此，在该示例性实施例中，以上述方式估算最大氧释放量Crlsmax和最大氧储存量Cstrgmax，并且如果最大氧释放量Crlsmax与最大氧储存量Cstrgmax之间的差的绝对值ΔC(＝|Crlsmax-Cstrgmax|)等于或大于预定值α时，确定在氧传感器24的输出Vox的浓反转或稀薄反转中的一个中存在响应延迟异常(在下文中，称为“单侧的响应延迟异常”)。

这里，将参考图5A-图5D和图6A-图6D描述用于确定在氧传感器24中是否存在单侧的响应延迟异常的异常确定的原理。顺便提及的是，图5A-图5D和图6A-图6D是与图4A-图4D相对应的时间图。在图5A-图5D和图6A-图6D中，实线表示当氧传感器24正在正常起作用时参数的变化。另外，在图5A-图5D中，点划线表示当仅在氧传感器24的输出的浓反转中存在响应延迟异常时参数的变化。另外，在图6A-图6D中，点划线表示当仅在氧传感器24的输出的稀薄反转中存在响应延迟异常时参数的变化。

如图5A-图5D和图6A-图6D中的实线所示，当氧传感器24正在正常起作用时，催化剂15的最大氧释放量C1和最大氧储存量C1是相同的值。然而，当在氧传感器24的输出的浓反转中存在响应延迟时，氧传感器24的输出Vox在时刻t13产生浓反转(图5B)，该时刻t13比当催化剂15实际上变得不再能够释放氧时的时刻t12晚，如通过图5A-图5D中的点划线所示。因此，如果基于在执行强制浓控制的时间点与氧传感器24的输出Vox产生浓反转的时间点之间的时间段(即，t11-t13)，估算在该时间段(即，t11-t13)中从催化剂15释放的氧量(在下文中该氧量将称为“最大氧释放量”)，则最大氧释放量C2将是比实际释放的氧量C1大的值(即，C2＞C1)。

同时，在这种情况下，强制浓控制之后的强制稀薄控制从时刻t13开始，该时刻t13是当浓反转出现的时刻，如通过图5A-图5D中的点划线所示的。然而，因为在氧传感器24的输出的稀薄反转中不存在响应延迟，所以氧传感器24的输出Vox在时刻t14产生稀薄反转，该时刻t14是当催化剂15实际上变得不再能够储存氧的时刻(图5B)。因此，如果基于在执行强制稀薄控制的时间点与氧传感器24的输出Vox产生稀薄反转的时间点之间的时间段(即，t13-t14)，估算在该时间段(即，t13-t14)中储存在催化剂15中的氧量(在下文中该氧量将称为“最大氧储存量”)，最大氧储存量C3将是比实际储存的氧量C1小的值(即，C3＜C1)。

即，如果在氧传感器24的输出的浓反转中存在响应延迟，则估算出的最大氧释放量C2将计算为比最大氧储存量C3大的值(即，C2＞C3)。

接下来，将描述在氧传感器24的输出的稀薄反转中存在响应延迟的情况。如图6A-图6D所示，强制浓控制从时刻t21开始。这里，因为在氧传感器24的输出的浓反转中不存在响应延迟，所以氧传感器24的输出Vox在时刻t22产生浓反转，该时刻t22是当催化剂15实际上变得不再能够释放氧的时刻(图6B)。因此，当在氧传感器24的输出Vox的稀薄反转中存在响应延迟时估算出的最大氧释放量C1变成与当氧传感器24正在正常起作用时相同的值。

然而，因为在氧传感器24的输出的稀薄反转中存在响应延迟，所以氧传感器24的输出Vox在时刻t24产生稀薄反转，该时刻t24比当催化剂15实际上变得不再能够储存氧的时刻t23晚，如通过图6A-图6D中的点划线所示的。因此，如果基于在执行强制稀薄控制的时间点与氧传感器24的输出Vox产生稀薄反转的时间点之间的时间段(即，t22-t24)，估算在该时间段(即，t22-t24)中储存在催化剂15中的氧量(在下文中该氧量将称为“最大氧储存量”)，则最大氧储存量C4将是比实际储存的氧量C1大的值(即，C4＞C1)。

即，如果在氧传感器24的输出Vox的稀薄反转中存在响应延迟，则估算出的最大氧储存量C4将计算为比最大氧储存量C1大的值(即，C4＞C1)。

因此，如果在氧传感器24的输出Vox的浓反转或稀薄反转中的一个中存在响应延迟，则估算出的最大氧释放量Crlsmax或估算出的最大氧储存量Cstrgmax中的一个将计算为比另一个大的值。因此，如上所述，如果当估算出的最大氧释放量Crlsmax与估算出的最大氧储存量Cstrgmax之间的差的绝对值ΔC(＝|Crlsmax-Cstrgmax|)等于或大于预定值α时，确定在氧传感器24的输出Vox中存在单侧响应延迟异常，则能够精确地确定在氧传感器24的输出Vox中存在单侧的响应延迟异常。顺便提及的是，即使当在氧传感器24的输出Vox中的单侧的响应延迟异常的程度小，也能够通过将预定值α设定为较小来确定异常。然而，由于多个传感器的探测结果中的噪音，在估算出的最大氧释放量Crlsmax和估算出的最大氧储存量Cstrgmax中存在一定程度的误差。因此，在该示例性实施例中，通过测试或仿真将预定值设定为适当的值使得将能消除来自这样的误差的影响。

接下来，将参考图7描述用于确定在氧传感器24中是否存在单侧的响应延迟异常的异常确定程序。顺便提及的是，图7是该异常确定程序的流程图。另外，在内燃发动机1运转的同时，ECU2以预定的时间间隔重复地执行该流程图中示出的程序。

如图7所示，在该程序中，ECU2首先在步骤S1中确定是否满足实时的空燃比控制的执行条件。这里，实时的空燃比控制的一个执行条件可以是催化剂15的温度T等于或大于预定的温度。而且，另一执行条件可以是在没有正在执行实时的空燃比控制的同时，氧传感器24持续输出0V预定时间段，即，估算出储存在催化剂15中的氧量是最大量。顺便提及的是，预定的温度优选地设定为比催化剂15的活化温度高的温度。

如果在步骤S1中确定没有满足实时的空燃比控制的执行条件(即，在步骤S1中为否)，于是确定还不是执行异常确定程序的时间，所以程序的该循环结束。

另一方面，如果在步骤S1中确定满足实时的空燃比控制的执行条件(即，在步骤S1中为是)，然后程序继续进行到步骤S2，在该步骤S2中执行实时的空燃比控制中的强制浓控制。然后程序继续进行到步骤S3，在该步骤S3中，基于那时的发动机运行状态估算每单位时间从催化剂15释放的氧量，并且通过将其与氧释放量Crls相加来将氧释放量Crls更新直到该点。顺便提及的是，氧释放量Crls的初始值设定在0。接下来，程序继续进行到步骤S4，在该步骤S4中，确定氧传感器24的输出Vox是否已经产生浓反转(步骤S4)。这里，如果氧传感器24的输出Vox已经从比预定值V2小变为等于或大于预定值V2，则确定氧传感器24的输出Vox已经产生浓反转。如果在步骤S4中确定氧传感器24的输出Vox还没有产生浓反转(即，在步骤S4中为否)，则重复步骤S3和步骤S4，即，以预定的时间间隔重复地更新氧释放量Crls直至输出Vox产生浓反转。

另一方面，如果在步骤S4中确定氧传感器24的输出Vox已经产生浓反转(即，在步骤S4中为是)，然后程序继续进行到步骤S5，在该步骤S5中，将那时的氧释放量Crls设定为最大氧释放量Crlsmax。然后程序继续进行到步骤S6，在该步骤S6中执行强制稀薄控制。接下来，程序继续进行到步骤S7，在该步骤S7中，基于那时的发动机运行状态估算每单位时间储存在催化剂15中的氧量，并且通过将其与氧储存量Cstrg相加来将氧储存量Cstrg更新直到该点。顺便提及的是，氧储存量Cstrg的初始值设定在0。接下来，程序继续进行到步骤S8，在该步骤S8中，确定氧传感器24的输出Vox是否已经产生稀薄反转(步骤S8)。这里，如果氧传感器24的输出Vox已经从等于或大于预定值V2变为比预定值V2小，则确定氧传感器24的输出Vox已经产生稀薄反转。如果在步骤S8中确定氧传感器24的输出Vox还没有产生稀薄反转(即，在步骤S8中为否)，然后重复步骤S7和步骤S8，即，以预定的时间间隔重复地更新氧储存量Cstrg直至输出Vox产生稀薄反转。

另一方面，如果在步骤S8中确定氧传感器24的输出Vox已经产生稀薄反转(即，在步骤S8中为是)，然后程序继续进行到步骤S9，在该步骤S9中，将那时的氧储存量Cstrg设定为最大氧储存量Cstrgmax。然后程序继续进行到步骤S10，在该步骤S10中计算在步骤S5中设定的最大氧释放量Crlsmax与在步骤S9中设定的最大氧储存量Cstrgmax之间的差的绝对值ΔC(＝|Crlsmax-Cstrgmax|)。然后程序继续进行到步骤S11，在该步骤S11中确定该差的绝对值ΔC是否等于或大于预定值α。如果该差的绝对值ΔC等于或大于预定值α(即，在步骤S11中为是)，于是确定氧传感器24的输出中存在单侧的响应延迟异常(步骤S12)。另一方面，如果该差的绝对值ΔC小于预定值α(即，在步骤S11中为否)，于是确定氧传感器24的输出中不存在单侧的响应延迟异常(步骤S13)。一旦以该方式做出确定，程序就继续进行到步骤S14，在该步骤S14中停止强制稀薄控制，之后程序的该循环结束。

顺便提及的是，在该示例性实施例中，ECU2是本发明的第一估算部、第二估算部、第三估算部和确定部的示例。通过根据上述示例性实施例的内燃发动机的排气控制设备，能够获得下面的操作和效果。

(1)内燃发动机1的排气控制设备包括：催化剂15，所述催化剂15设置在内燃发动机1的排气通道13中，并且具有储存氧的能力；以及氧传感器24，所述氧传感器24设置在排气通道13中的催化剂15的排气下游侧上，并且输出指示排气的空燃比的信号。ECU2估算储存在催化剂15中的氧量C。另外，当估算出储存在催化剂15中的氧量C是最大量时，ECU2执行强制浓控制以强制地使流入到催化剂15中的排气的空燃比比理论空燃比浓，并且基于在强制浓控制开始的时间点与氧传感器24的输出Vox产生浓反转的时间点之间的时间段，估算在该时间段中从催化剂15释放的氧量(即，最大氧释放量Crlsmax)，上述浓反转是从与比理论空燃比稀薄的空燃比相对应的值(0V)到与比理论空燃比浓的空燃比相对应的值(1V)的浓反转。另外，当估算出储存在催化剂15中的氧量C是最小量时，ECU2执行强制稀薄控制以强制地使流入到催化剂15中的排气的空燃比比理论空燃比稀薄，并且基于在强制稀薄控制开始的时间点与氧传感器24的输出Vox产生稀薄反转的时间点之间的时间段，估算在该时间段中储存在催化剂15中的氧量(即，最大氧储存量Cstrgmax)，上述稀薄反转是从与比理论空燃比浓的空燃比相对应的值(1V)到与比理论空燃比稀薄的空燃比相对应的值(0V)的稀薄反转。另外，如果最大氧释放量Crlsmax与最大氧储存量Cstrgmax之间的差的绝对值ΔC(＝|Crlsmax-Cstrgmax|)等于或大于预定值α，则确定在氧传感器24的输出Vox的浓反转或稀薄反转中的一个反转中存在响应延迟异常。因此，能够精确地确定在氧传感器24的输出Vox的浓反转或稀薄反转中的一个反转中存在响应延迟。

(2)ECU2在强制浓控制开始的时间点与氧传感器24的输出Vox产生浓反转的时间点之间的时间段中、基于发动机运行状态估算每单位时间从催化剂15释放的氧量，并且通过将其在该时间段上进行积分来估算最大氧释放量Crlsmax。另外，ECU2在强制稀薄控制开始的时间点与氧传感器24的输出Vox产生稀薄反转的时间点之间的时间段中、基于发动机运行状态估算每单位时间储存在催化剂15中的氧量，并且通过将其在该时间段上进行积分来估算最大氧储存量Cstrgmax。因此，能够精确估算最大氧释放量Crlsmax和最大氧储存量Cstrgmax。

(3)当氧传感器24持续输出与比理论空燃比稀薄的空燃比相对应的值(0V)预定时间段时，ECU2估算出储存在催化剂15中的氧量是最大量。当氧传感器24持续输出与比理论空燃比稀薄的空燃比相对应的值(0V)预定时间段时，储存在催化剂15中的氧量是最大量。因此，借助于该示例性实施例，能够容易地并且精确地估算出储存在催化剂15中的氧量是最大量。

(4)当氧传感器24的输出Vox产生浓反转时，ECU2估算出储存在催化剂15中的氧量是最小量。因此，能够容易地估算出储存在催化剂15中的氧量是最小量。

(5)当氧传感器24继续输出与比理论空燃比稀薄的空燃比相对应的值(0V)预定时间段时，ECU2确定储存在催化剂15中的氧量是最大量，并且开始估算氧释放量。ECU2继续估算氧释放量直到氧传感器24的输出Vox产生浓反转。然后，当氧传感器24的输出Vox产生浓反转时，ECU2确定储存在催化剂15中的氧量是最小量，并且开始估算氧储存量。ECU2继续估算氧储存量直到氧传感器24的输出Vox产生稀薄反转。以该方式交替地估算最大氧释放量Crlsmax和估算最大氧储存量Cstrgmax使得能够缩短估算总最大氧释放量Crlsmax和总最大氧储存量Cstrgmax所花费的时间。

在下文中，将详细描述本发明的内燃发动机的排气控制设备的第二示例性实施例。

在上述第一示例性实施例中，当最大氧释放量Crlsmax与最大氧储存量Cstrgmax之间的差的绝对值ΔC等于或大于预定值α时，确定在氧传感器24的输出Vox的浓反转或稀薄反转中的一个反转中存在响应延迟异常。根据该确定方法，如果氧传感器24的输出Vox的浓反转或稀薄反转中的一个反转是正常的，则能够精确地确定另一个反转的响应延迟异常。然而，如果在氧传感器24的输出的浓反转和稀薄反转这两者中存在相似程度的响应延迟异常，则最大氧释放量Crlsmax与最大氧储存量Cstrgmax之间不存在明显的差异，因此不能够精确确定这样的响应延迟异常。

因此，在该示例性实施例中，当估算出储存在催化剂15中的氧量是最小量时，ECU2执行停止内燃发动机1中的燃料喷射的燃料切断控制，并且基于在燃料切断控制开始的时间点与氧传感器24的输出Vox产生稀薄反转的时间点之间的时间段，ECU2估算氧传感器24的稀薄反转的响应延迟时间τ。因此，如果在氧传感器24的输出的稀薄反转中出现延迟异常，则其能够被精确地确定。

另外，当在做出氧传感器24的异常确定之前估算最大氧储存量Cstrgmax时考虑了响应延迟时间τ。因此，即使在氧传感器24的输出的稀薄反转中存在响应延迟异常，也能够精确地估算最大氧储存量Cstrgmax。因此，即使在氧传感器24的输出的浓反转和稀薄反转这两者中存在相似程度的响应延迟异常，这也被精确地确定。

这里，将参考图8A-8C描述估算氧传感器24的输出的稀薄反转的响应延迟时间τ的方式。顺便提及的是，图8A是示出了燃料切断控制的执行状态的变化的时间图，图8B是示出了空燃比传感器23的输出电压Vaf的变化的时间图，并且图8C是示出了氧传感器24的输出电压Vox的变化的时间图。另外，在图8A-8C所示的示例中，实线表示氧传感器24正在正常起作用的情况，而点划线表示在氧传感器24的输出的稀薄反转中存在响应延迟异常的情况。

首先，如图8A-8C所示，在当氧传感器24继续输出与比理论空燃比浓的空燃比相对应的值(1V)预定时间段时的时刻t31，能够估算出储存在催化剂15中的氧量是最小量。在该时刻t31，燃料切断控制开始并且内燃发动机1中的燃料喷射停止(图8A)。因此，在时刻t31之后，通过进气通道11从内燃发动机1外部供应的进气实际上流入到排气通道13中，因此空燃比传感器23输出与比理论空燃比稀薄的空燃比相对应的值(图8B)。另外，流入到催化剂15中的排气的空燃比，即，进气的空燃比变得比理论空燃比稀薄，所以催化剂15储存氧。然后，在当催化剂15不再能够储存更多的氧时的时刻t32，当正常起作用时，氧传感器24在该时刻t32产生稀薄反转(图8C)，如图8A-8C中的实线所示。然而，如果在氧传感器24的输出的稀薄反转中存在响应延迟，则氧传感器24在比时刻t32晚的时刻t33(图8C)产生稀薄反转，如通过图8A-8C中的点划线所示。即，通过从燃料切断控制开始直到氧传感器24的输出的稀薄反转之间的时间(在下文中，该时间将被称为“浓时间trich”(＝t33-t31))减去燃料切断控制开始与当氧传感器24正在正常起作用时氧传感器24的输出的稀薄反转之间的时间(在下文中，该时间将被称为“参考时间tref”(＝t32-t31))，能够估算出氧传感器24的稀薄反转的响应延迟时间τ。

接下来，将参考图9描述用于估算氧传感器24的稀薄反转的响应延迟时间τ的程序。顺便提及的是，图9是图示用于估算氧传感器24的稀薄反转的响应延迟时间τ的程序的流程图。另外，当内燃发动机1运转的同时，在该流程图中示出的程序被ECU2以预定的时间间隔重复地执行。

如图9所示，在该程序中，ECU2首先在步骤S21中确定是否满足用于估算响应延迟时间τ的执行条件。这里，用于估算响应延迟时间τ的一个执行条件可以是催化剂15的温度T等于或高于预定的温度。另外，另一执行条件可以是在没有正在执行实时的空燃比控制的同时氧传感器24继续输出0V预定时间段，即，估算出储存在催化剂15中的氧量是最小量。又一执行条件可以是正在执行燃料切断控制。顺便提及的是，预定的温度优选地设定为比催化剂15的活化温度高的温度。

如果在步骤S21中确定没有满足用于估算响应延迟时间τ的执行条件(即，在步骤S21中为否)，于是确定还不是执行该估算程序的时间，所以程序的该循环结束。

另一方面，如果满足用于估算响应延迟时间τ的执行条件(即，在步骤S21中为是)，然后程序继续进行到步骤S22，在该步骤S22中更新从燃料切断控制开始的时间Δt。然后程序继续进行到步骤S23，在该步骤S23中，确定氧传感器24的输出Vox是否已经产生稀薄反转。如果在步骤S23中确定氧传感器24的输出Vox还没有产生稀薄反转(即，在步骤S23中为否)，然后重复步骤S22和步骤S23，即，以预定的时间间隔重复地更新从燃料切断控制开始的时间Δt直至氧传感器24的输出Vox产生稀薄反转。

如果在步骤S23中确定氧传感器24的输出Vox已经产生稀薄反转(即，在步骤S23中为是)，则程序继续进行到步骤S24，在该步骤S24中，将那时的时间Δt设定为浓时间trich。然后程序继续进行到步骤S25，在该步骤S25中，通过从步骤S24中设定的浓时间trich减去参考时间tref，计算出氧传感器24的稀薄反转的响应延迟时间τ，之后程序的该循环结束。

这里，已经利用氧传感器24和催化剂15通过仿真或测试预先设定的值用作参考时间tref。然而，借助于该参考时间tref，优选的是，通过已知的方法从催化剂15的氧储存容量，即，从根据退化程度的变化来估算催化剂15的退化程度，然后基于估算结果定期更新参考时间tref。

接下来，将参考图10描述用于确定在氧传感器24中是否存在单侧的响应延迟异常的异常确定程序。顺便提及的是，图10是图示了该异常确定程序的流程图。另外，在内燃发动机1运转的同时，该流程图所示的程序被ECU2以预定的时间间隔重复地执行。

在下文中，将描述相对于上述第一示例性实施例的差别。即，如图10所示，在该示例性实施例中，执行与上述图7中所示的流程图中的相应步骤(即，步骤S1-S8和步骤S10-S14)相同的除了步骤S39之外的步骤(即，步骤S31-S38和步骤S40-S44)。

在步骤S39中，当估算最大氧储存量Cstrgmax时，考虑了参考图8A-图8C和图9描述的氧传感器24的输出的稀薄反转的响应延迟时间τ。更具体地，替代将当氧传感器24的输出实际上产生稀薄反转时的氧储存量Cstrg设定为最大氧储存量Cstrgmax，而将从ii)氧储存量Cstrg减去i)在下述时间段中储存在催化剂15中的氧量而得到的量设定为最大氧储存量Cstrgmax，上述时间段是在氧传感器24的输出产生稀薄反转的时刻之前的作为响应延迟时间τ的时刻与产生稀薄反转的时刻之间的时间段。因此，抑制了由于氧传感器24的输出的稀薄反转的响应延迟时间而将最大氧储存量Cstrgmax估算得太大。

顺便提及的是，在该示例性实施例中，ECU2是本发明的第四估算部的示例。除了上述的第一示例性实施例的操作和效果(1)-(5)之外，通过根据上述示例性实施例的内燃发动机的排气控制设备还能够获得下面的操作和效果。

(6)当氧传感器24继续输出与比理论空燃比浓的空燃比相对应的值(1V)预定时间段时，ECU2执行停止内燃发动机中的燃料喷射的燃料切断控制，并且基于在燃料切断控制开始的时间点与氧传感器24的输出Vox产生稀薄反转的时间点之间的时间段，ECU2估算氧传感器24的稀薄反转的响应延迟时间τ。另外，当估算最大氧储存量Cstrgmax时，还考虑了该响应延迟时间τ。因此，如果在氧传感器24的输出的浓反转和稀薄反转这两者中存在相似程度的响应延迟异常，则这能够被精确地确定。

在下文中，将详细描述本发明的内燃发动机的排气控制设备的第三示例性实施例。

在上述第一示例性实施例和第二示例性实施例中，估算了催化剂15的最大氧释放量Crlsmax和最大氧储存量Cstrgmax，并且基于最大氧释放量Crlsmax与最大氧储存量Cstrgmax之间的差的绝对值ΔC确定在氧传感器24的输出Vox的浓反转或稀薄反转中的一个反转中的响应延迟异常。

相反，在该示例性实施例中，替代估算催化剂15的最大氧释放量Crlsmax和最大氧储存量Cstrgmax，而是在正在执行强制浓控制的同时，将每单位时间从催化剂15释放的氧量控制到预定量，并且测量从强制浓控制的开始直到氧传感器24的输出Vox的浓反转的时间(在下文中称为“稀薄持续时间Δtlean”)。

另外，在正在执行强制稀薄控制的同时，将每单位时间储存在催化剂15中的氧量控制到预定值，并且测量从强制稀薄控制的开始直到氧传感器24的输出Vox的稀薄反转的时间(在下文中称为“浓持续时间Δtrich”)。

于是，如果稀薄持续时间Δtlean与浓持续时间Δtrich之间的差的绝对值ΔS(＝|Δtlean-Δtrich|)等于或大于预定值β，则确定在氧传感器24的输出Vox的浓反转或稀薄反转中的一个中存在响应延迟异常。

即，在该示例性实施例中，在正在执行强制浓控制的同时，通过控制目标空燃比使得每单位时间从催化剂15释放的氧量变为恒定，认为测量出的稀薄持续时间Δtlean是催化剂15的氧释放量。另外，在正在执行强制稀薄控制的同时，通过控制目标空燃比使得每单位时间储存在催化剂15中的氧量变为恒定，认为测量出的浓持续时间Δtrich是催化剂15的氧储存量。

通过根据上述示例性实施例的内燃发动机的排气控制设备，能够获得与上述第一示例性实施例的操作和效果(1)-(5)以及上述第二示例性实施例的操作和效果(6)相似的操作和效果。

顺便提及的是，本发明的内燃发动机的排气控制设备不限于前述示例性实施例中说明的结构。相反地，本发明的内燃发动机的排气控制设备还可以例如以下述方式适当地修改。

在上述的第一示例性实施例和第二示例性实施例中，最大氧释放量Crlsmax和最大氧储存量Cstrgmax是在没有中断的情况下估算的，但是本发明不限于此。例如可以在估算最大氧储存量Cstrgmax之后估算最大氧释放量Crlsmax。另外，可以在这些估算之间插入正常的燃料喷射控制。

在上述的示例性实施例中，基于第二估算部估算出的氧释放量与第三估算部估算出的氧储存量之间的差，做出氧传感器24的单侧响应延迟异常的确定。然而，本发明不限于此。例如，还可以基于氧释放量与氧储存量的比率做出异常确定。

Claims (7)

1.一种内燃发动机的排气控制设备，所述排气控制设备包括： 

催化剂（15），所述催化剂（15）设置在内燃发动机（1）的排气通道（13）中，并且构造成储存氧； 

氧传感器（24），所述氧传感器（24）设置在所述排气通道（13）中的所述催化剂（15）的排气下游侧上，并且构造成输出指示排气的空燃比的信号； 

第一估算部，所述第一估算部构造成估算储存在所述催化剂（15）中的氧量是最大量还是最小量； 

第二估算部，所述第二估算部构造成：当所述第一估算部估算出储存在所述催化剂（15）中的氧量是所述最大量时，执行强制浓控制，所述强制浓控制强制地使流入到所述催化剂（15）中的排气的空燃比比理论空燃比浓；并且基于在所述强制浓控制开始的时间点与所述氧传感器（24）的输出产生浓反转的时间点之间的时间段，估算在该时间段中从所述催化剂（15）释放的氧量，上述浓反转是从与比所述理论空燃比稀薄的空燃比相对应的值到与比所述理论空燃比浓的空燃比相对应的值的浓反转；以及 

第三估算部，所述第三估算部构造成：当所述第一估算部估算出储存在所述催化剂（15）中的氧量是所述最小量时，执行强制稀薄控制，所述强制稀薄控制强制地使流入到所述催化剂（15）中的排气的空燃比比所述理论空燃比稀薄；并且基于在所述强制稀薄控制开始的时间点与所述氧传感器（24）的输出产生稀薄反转的时间点之间的时间段，估算在该时间段中储存在所述催化剂（15）中的氧量，上述稀薄反转是从与比所述理论空燃比浓的空燃比相对应的值到与比所述理论空燃比稀薄的空燃比相对应的值的稀薄反转； 

其特征在于，所述排气控制设备还包括： 

确定部，所述确定部构造成：当所述第二估算部估算出的氧释放量与所述第三估算部估算出的氧储存量之间的偏差程度等于或大于预定程度时，确定在所述氧传感器（24）的输出的所述浓反转或所述稀薄反转中的一个反转中存在响应延迟异常，和 

第四估算部，所述第四估算部构造成：当所述第一估算部估算出储存在所述催化剂（15）中的氧量是所述最小量时，执行燃料切断控制，所述燃料切断控制停止所述内燃发动机（1）中的燃料喷射；并且基于在所述燃料切断控制开始的时间点与所述氧传感器（24）的输出产生稀薄反转的时间点之间的时间段，估算所述氧传感器（24）的输出的稀薄反转的响应延迟时间， 

其中，当估算所述氧储存量时，所述第三估算部考虑了所述第四估算部估算出的所述氧传感器（24）的输出的所述稀薄反转的响应延迟时间。 

2.根据权利要求1所述的排气控制设备，其特征在于， 

所述第二估算部在所述强制浓控制开始的时间点与所述氧传感器（24）的输出产生浓反转的时间点之间的时间段中、基于发动机运行状态估算每单位时间从所述催化剂（15）释放的氧量，并且通过将估算出的释放的氧量在所述时间段上进行积分来估算所述氧释放量；并且， 

所述第三估算部在所述强制稀薄控制开始的时间点与所述氧传感器（24）的输出产生稀薄反转的时间点之间的时间段中、基于发动机运行状态估算每单位时间储存在所述催化剂（15）中的氧量，并且通过将估算出的储存的氧量在所述时间段上进行积分来估算所述氧储存量。 

3.根据权利要求1或2所述的排气控制设备，其特征在于，当所述氧传感器（24）继续输出与比所述理论空燃比稀薄的空燃比相对应的值预定时间段时，所述第一估算部估算出储存在所述催化剂（15）中的氧量是所述最大量。 

4.根据权利要求1或2所述的排气控制设备，其特征在于，当所述氧传感器（24）的输出产生浓反转时，所述第一估算部估算出储存在所述催化剂（15）中的氧量是所述最小量。 

5.一种内燃发动机的排气控制设备，所述排气控制设备包括： 

催化剂（15），所述催化剂（15）设置在内燃发动机（1）的排气通道（13）中，并且构造成储存氧； 

氧传感器（24），所述氧传感器（24）设置在所述排气通道（13）中的所述催化剂（15）的排气下游侧上，并且构造成输出指示排气的空燃比的信号； 

第一估算部，所述第一估算部构造成估算储存在所述催化剂（15）中的氧量是最大量还是最小量； 

第一测量部，所述第一测量部构造成：当所述第一估算部估算出储存在所述催化剂（15）中的氧量是所述最大量时，在正在执行强制浓控制的同时，将每单位时间从所述催化剂（15）释放的氧量控制到预定量，所述强制浓控制强制地使流入到所述催化剂（15）中的排气的空燃比比理论空燃比浓；并且测量稀薄持续时间，所述稀薄持续时间是在所述强制浓控制开始的时间点与所述氧传感器（24）的输出产生浓反转的时间点之间的时间段，上述浓反转是从与比所述理论空燃比稀薄的空燃比相对应的值到与比所述理论空燃比浓的空燃比相对应的值的浓反转；和 

第二测量部，所述第二测量部构造成：当所述第一估算部估算出储存在所述催化剂（15）中的氧量是所述最小量时，在正在执行强制稀薄控制的同时，将每单位时间储存在所述催化剂（15）中的氧量控制到预定量，所述强制稀薄控制强制地使流入到所述催化剂（15）中的排气的空燃比比所述理论空燃比稀薄；并且测量浓持续时间，所述浓持续时间是在所述强制稀薄控制开始的时间点与所述氧传感器（24）的输出产生稀薄反转的时间点之间的时间段，上述稀薄反转是从与比所述理论空燃比浓的空燃比相对应的值到与比所述理论空燃比稀薄的空燃比相对应的值的稀薄反转； 

其特征在于，所述排气控制设备还包括： 

确定部，所述确定部构造成：当所述第一测量部测量出的所述稀薄持续时间与所述第二测量部测量出的所述浓持续时间之间的偏差程度等于或大于预定程度时，确定在所述氧传感器（24）的输出的所述浓反转或所述稀薄反转中的一个反转中存在响应延迟异常， 

第二估算部，所述第二估算部构造成：当所述第一估算部估算出储存在所述催化剂（15）中的氧量是所述最小量时，执行燃料切断控制，所述燃料切断控制停止所述内燃发动机（1）中的燃料喷射；并且基于在所述燃料切断控制开始的时间点与所述氧传感器（24）的输出产生稀薄反转的时间点之间的时间段，估算所述氧传感器（24）的输出的稀薄反转的响应延迟时间，以及 

第三估算部，所述第三估算部构造成：当所述第一估算部估算出储存在所述催化剂（15）中的氧量是所述最小量时，执行强制稀薄控制，所述强制稀薄控制强制地使流入到所述催化剂（15）中的排气的空燃比比所述理论空燃比稀薄；并且基于在所述强制稀薄控制开始的时间点与所述氧传感器（24）的输出产生稀薄反转的时间点之间的时间段，估算在该时间段中储存在所述催化剂（15）中的氧量，上述稀薄反转是从与比所述理论空燃比浓的空燃比相对应的值到与比所述理论空燃比稀薄的空燃比相对应的值的稀薄反转； 

其中，当估算所述氧储存量时，所述第三估算部考虑了所述第二估算部估算出的所述氧传感器（24）的输出的所述稀薄反转的响应延迟时间。 

6.一种用于确定内燃发动机的排气控制设备中的异常的方法，包括： 

根据氧传感器（24）的输出估算储存在催化剂（15）中的氧量是最大量还是最小量，所述催化剂（15）包括在内燃发动机（1）的排气控制设备中，设置在所述内燃发动机（1）的排气通道（13）中，并且能够储存氧，所述氧传感器（24）包括在所述内燃发动机（1）的所述排气控制设备中，并且设置在排气通道（13）中的所述催化剂（15）的排气下游侧上； 

当估算出储存在所述催化剂（15）中的氧量是所述最大量时，执行强制浓控制，所述强制浓控制强制地使流入到所述催化剂（15）中的排气的空燃比比理论空燃比浓； 

基于在所述强制浓控制开始的时间点与所述氧传感器（24）的输出产生浓反转的时间点之间的时间段，估算在该时间段中从所述催化剂（15）释放的氧量，上述浓反转是从与比所述理论空燃比稀薄的空燃比相对应的值到与比所述理论空燃比浓的空燃比相对应的值的浓反转； 

当估算出储存在所述催化剂（15）中的氧量是所述最小量时，执行强制稀薄控制，所述强制稀薄控制强制地使流入到所述催化剂（15）中的排气的空燃比比所述理论空燃比稀薄；和 

基于在所述强制稀薄控制开始的时间点与所述氧传感器（24）的输出产生稀薄反转的时间点之间的时间段，估算在该时间段中储存在所述催化剂（15）中的氧量，上述稀薄反转是从与比所述理论空燃比浓的空燃比相对应的值到与比所述理论空燃比稀薄的空燃比相对应的值的稀薄反转； 

其特征在于，所述方法还包括： 

当估算出的氧释放量与估算出的氧储存量之间的偏差程度等于或大于预定程度时，确定在所述氧传感器（24）的输出的所述浓反转或所述稀薄反转中的一个反转中存在响应延迟异常，以及 

当估算出储存在所述催化剂（15）中的氧量是所述最小量时，执行燃料切断控制，所述燃料切断控制停止所述内燃发动机（1）中的燃料喷射；并且基于在所述燃料切断控制开始的时间点与所述氧传感器（24）的输出产生稀薄反转的时间点之间的时间段，估算所述氧传感器（24）的输出的稀薄反转的响应延迟时间， 

其中，当估算所述氧储存量时，考虑了估算出的所述氧传感器（24）的输出的所述稀薄反转的响应延迟时间。 

7.一种用于确定内燃发动机的排气控制设备中的异常的方法，包括： 

根据氧传感器（24）的输出估算储存在催化剂（15）中的氧量是最大量还是最小量，所述催化剂（15）包括在内燃发动机（1）的排气控制设备中，设置在所述内燃发动机（1）的排气通道（13）中，并且能够储存氧，所述氧传感器（24）包括在所述内燃发动机（1）的所述排气控制设备中，并且设置在所述排气通道（13）中的所述催化剂（15）的排气下游侧上； 

当估算出储存在所述催化剂（15）中的氧量是所述最大量时，在正在执行强制浓控制的同时，将每单位时间从所述催化剂（15）释放的氧量控制到预定量，所述强制浓控制强制地使流入到所述催化剂（15）中的排气的空燃比比理论空燃比浓；并且测量稀薄持续时间，所述稀薄持续时间是在所述强制浓控制开始的时间点与所述氧传感器（24）的输出产生浓反转的时间点之间的时间段，上述浓反转是从与比所述理论空燃比稀薄的空燃比相对应的值到与比所述理论空燃比浓的空燃比相对应的值的浓反转；和 

当估算出储存在所述催化剂（15）中的氧量是所述最小量时，在正在执行强制稀薄控制的同时，将每单位时间储存在所述催化剂（15）中的氧量控制到预定量，所述强制稀薄控制强制地使流入到所述催化剂（15）中的排气的空燃比比所述理论空燃比稀薄；并且测量浓持续时间，所述浓持续时间是在所述强制稀薄控制开始的时间点与所述氧传感器（24）的输出产生稀薄反转的时间点之间的时间段，上述稀薄反转是从与比所述理论空燃比浓的空燃比相对应的值到与比所述理论空燃比稀薄的空燃比相对应的值的稀薄反转； 

其特征在于，所述方法还包括： 

当测量出的稀薄持续时间与测量出的浓持续时间之间的偏差程度等于或大于预定程度时，确定在所述氧传感器（24）的输出的所述浓反转或所述稀薄反转中的一个反转中存在响应延迟异常；以及 

当估算出储存在所述催化剂（15）中的氧量是所述最小量时，执行燃料切断控制，所述燃料切断控制停止所述内燃发动机（1）中的燃料喷射；并且基于在所述燃料切断控制开始的时间点与所述氧传感器（24）的输出产生稀薄反转的时间点之间的时间段，估算所述氧传感器（24）的输出的稀薄反转的响应延迟时间， 

其中，当估算所述氧储存量时，考虑了估算出的所述氧传感器（24）的输出的所述稀薄反转的响应延迟时间。 

Images