CN105899788B - 内燃发动机的控制系统 - Google Patents

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Abstract

内燃发动机包括排气净化催化剂(20)。控制系统包括用于检测或推定排气净化催化剂的温度的温度检测装置(46)，执行反馈控制以使得流入排气净化催化剂中的排气的空燃比变成目标空燃比，并执行将所述目标空燃比交替地设定为浓设定空燃比和稀设定空燃比的目标空燃比设定控制。另外，当由所述温度检测装置检测或推定出的所述排气净化催化剂的温度在预定的上限温度以下时，与当其高于所述上限温度时相比，所述控制系统增大通过从所述稀设定空燃比的稀程度减去所述浓设定空燃比的浓程度而获得的变动差。结果，排气净化催化剂的硫成分储存量维持为低。

Description

内燃发动机的控制系统
技术领域
本发明涉及一种内燃发动机的控制系统。
背景技术
过去，普遍公知一种内燃发动机的控制系统，该控制系统在内燃发动机的排气通路中设置有空燃比传感器并基于该空燃比传感器的输出来控制供给到内燃发动机的燃料量。特别地，作为这种控制系统，已知一种在设置于发动机排气通路中的排气净化催化剂的上游侧设置有空燃比传感器并在其下游侧设置有氧传感器的控制系统(例如，专利文献1至4)。
特别地，在专利文献1中记载的控制系统中，根据由上游侧空燃比传感器检测出的空燃比来控制供给到内燃发动机的燃料量以使得该空燃比变成目标空燃比。另外，根据由下游侧氧传感器检测出的氧浓度来修正目标空燃比。根据专利文献1，由此，即使上游侧空燃比传感器由于老化而劣化或存在个体差异，流入排气净化催化剂中的排气的空燃比也能与目标值一致。
引用清单
专利文献
专利文献1：日本专利公报No.8-232723A
专利文献2：日本专利公报No.2005-163614A
专利文献3：日本专利公报No.2006-183636A
专利文献4：日本专利公报No.6-307271A
专利文献5：日本专利公报No.62-126234A
发明内容
技术问题
在这方面，根据本申请的发明人，已提出了一种执行与上述专利文献1中记载的控制系统不同的控制的控制系统。在该控制系统中，当由下游侧空燃比传感器检测出的空燃比变成浓判定空燃比(比理论空燃比略浓的空燃比)以下时，目标空燃比被设定为比理论空燃比稀的空燃比(以下称为“稀空燃比”)。另一方面，当在目标空燃比被设定为稀空燃比的状态下排气净化催化剂的氧储存量变成比最大可储存氧量小的切换基准储存量时，目标空燃比被设定为比理论空燃比浓的空燃比(以下称为“浓空燃比”)。即，在该控制系统中，目标空燃比在浓空燃比与稀空燃比之间交替地切换。
当以此方式执行控制以在浓空燃比与稀空燃比之间交替地切换目标空燃比时，排气净化催化剂储存和释放氧。如果排气净化催化剂的氧储存量达到最大可储存氧量，则排气净化催化剂无法再储存更多氧。因此，氧和NOX从排气净化催化剂流出。因此，为了抑制NOX从排气净化催化剂流出，排气净化催化剂的最大可储存氧量必须维持较大。
在这方面，从发动机机体排出的排气包含硫成分，其包含SOX。如果排气净化催化剂储存这些硫成分，则排气净化催化剂的最大可储存氧量减少该量。因此，从维持排气净化催化剂的最大可储存氧量的观点看，排气净化催化剂的硫成分的储存量必须保持低。
因此，鉴于此问题，本发明的一个目的是提供一种内燃发动机的控制系统，其执行控制以在浓空燃比与稀空燃比之间交替地切换目标空燃比，其中排气净化催化剂的硫成分的储存量保持低。
问题的解决方案
为了解决此问题，在本发明的第一方面中，提供了一种内燃发动机的控制系统，所述内燃发动机包括配置在所述内燃发动机的排气通路中并且能储存氧的排气净化催化剂，所述内燃发动机的控制系统包括用于检测或推定所述排气净化催化剂的温度的温度检测装置，执行反馈控制以使得流入所述排气净化催化剂中的排气的空燃比变成目标空燃比，并执行将所述目标空燃比交替地设定为比理论空燃比浓的浓设定空燃比和比理论空燃比稀的稀设定空燃比的目标空燃比设定控制，其中，当已由所述温度检测装置检测或推定出的所述排气净化催化剂的温度在预定的上限温度以下时，与当其高于所述上限温度时相比，通过从作为所述稀设定空燃比与理论空燃比之差的稀程度减去作为所述浓设定空燃比与理论空燃比之差的浓程度而获得的变动差增大。
在本发明的第二方面中，提供了本发明的第一方面，其中，当已由所述温度检测装置检测或推定出的排气净化催化剂的温度在所述预定的上限温度以下时，与当其高于所述上限温度时相比，所述稀设定空燃比的稀程度被设定为较大。
在本发明的第三方面中，提供了本发明的第一或第二方面，其中，当已由所述温度检测装置检测或推定出的排气净化催化剂的温度在所述预定的上限温度以下时，与当其高于所述上限温度时相比，所述浓设定空燃比的浓程度被设定为较小。
在本发明的第四方面中，提供了本发明的第一至第三方面中的任一方面，其中，所述温度检测装置是用于检测或推定所述内燃发动机的进气量的进气量检测装置，并且当由所述进气量检测装置检测或推定出的进气量在预定的上限进气量以下时，推定为所述排气净化催化剂的温度在所述上限温度以下。
在本发明的第五方面中，提供了本发明的第一至第三方面中的任一方面，其中，所述温度检测装置在所述内燃发动机处于怠速运转中时推定为所述排气净化催化剂的温度在所述上限温度以下。
在本发明的第六方面中，提供了本发明的第一至第五方面中的任一方面，还包括配置在所述排气净化催化剂的排气流动方向的下游侧并检测从所述排气净化催化剂流出的排气的空燃比的下游侧空燃比传感器，其中，在所述目标空燃比设定控制中，当由所述下游侧空燃比传感器检测出的空燃比变成不高于比理论空燃比浓的浓判定空燃比时，所述目标空燃比切换为所述稀设定空燃比，而当所述排气净化催化剂的氧储存量变成不小于比最大可储存氧量小的预定切换基准储存量时，所述目标空燃比切换为所述浓设定空燃比。
在本发明的第七方面中，提供了本发明的第一至第五方面中的任一方面，还包括配置在所述排气净化催化剂的排气流动方向的下游侧并检测从所述排气净化催化剂流出的排气的空燃比的下游侧空燃比传感器，其中，在所述目标空燃比设定控制中，当由所述下游侧空燃比传感器检测出的空燃比变成不高于比理论空燃比浓的浓判定空燃比时，所述目标空燃比切换为所述稀设定空燃比，而当由所述下游侧空燃比传感器检测出的空燃比变成不低于比理论空燃比稀的稀判定空燃比时，所述目标空燃比切换为所述浓设定空燃比。
本发明的有利效果
根据本发明，能保持排气净化催化剂的硫成分的储存量低。
附图说明
[图1]图1是示意性地示出使用了本发明的控制装置的内燃发动机的视图。
[图2]图2是示出排气净化催化剂的氧储存量与从排气净化催化剂流出的排气中的NOX的浓度或HC或CO的浓度之间的关系的视图。
[图3]图3是示出在不同的排气空燃比下施加至传感器的电压与输出电流之间的关系的视图。
[图4]图4是示出使供给至传感器的电压恒定时排气空燃比与输出电流之间的关系的视图。
[图5]图5是执行空燃比控制时的目标空燃比等的时间图。
[图6]图6是本实施例中的用于执行改变浓设定空燃比和稀设定空燃比的控制时的目标空燃比等的时间图。
[图7]图7是表示Cmax比率对在一个循环中浓时间的比率的曲线图。
[图8]图8是与图6相似的目标空燃比等的时间图。
[图9]图9是与图6相似的目标空燃比等的时间图。
[图10]图10是示出目标空燃比设定控制中的控制例程的流程图。
[图11]图11是示出第一实施例中的用于改变设定空燃比的控制的控制例程的流程图。
[图12]图12是与图6相似的目标空燃比等的时间图。
[图13]图13是示出第二实施例中的用于改变设定空燃比的控制的控制例程的流程图。
[图14]图14是与图6相似的目标空燃比等的时间图。
[图15]图15是示出第三实施例中的用于改变设定空燃比的控制的控制例程的流程图。
[图16]图16是与图6相似的目标空燃比等的时间图。
具体实施方式
以下将参照附图详细说明本发明的实施方式。注意，在以下说明中，相似的构成要素被赋予相同的附图标记。
<内燃发动机整体的说明>
图1是示意性地示出使用了根据本发明的控制系统的内燃发动机的视图。在图1中，1表示发动机机体，2表示气缸体，3表示在气缸体2内往复运动的活塞，4表示紧固在气缸体2上的气缸盖，5表示形成在活塞3与气缸盖4之间的燃烧室，6表示进气门，7表示进气口，8表示排气门，9表示排气口。进气门6开闭进气口7，而排气门8开闭排气口9。
如图1所示，火花塞10配置在气缸盖4的内壁面的中央部，而燃料喷射器11配置在气缸盖4的内壁面的周边部。火花塞10构造成根据点火信号而产生火花。此外，燃料喷射器11根据喷射信号而将预定量的燃料喷射到燃烧室5内。注意，燃料喷射器11也可配置成将燃料喷射到进气口7中。此外，在本实施例中，使用理论空燃比为14.6的汽油作为燃料。然而，本实施例的内燃发动机也可以使用另一种燃料。
各气缸的进气口7经对应的进气支管13与稳压罐14连接，而稳压罐14经进气管15与空气滤清器16连接。进气口7、进气支管13、稳压罐14和进气管15构成进气通路。此外，在进气管15内配置有由节气门驱动致动器17驱动的节气门18。节气门18可以由节气门驱动致动器17操作以由此改变进气通路的开口面积。
另一方面，各气缸的排气口9与排气歧管19连接。排气歧管19具有与排气口9连接的多个支管和供这些支管集中的集中部。排气歧管19的集中部与收纳上游侧排气净化催化剂20的上游侧外壳21连接。上游侧外壳21经排气管22与收纳下游侧排气净化催化剂24的下游侧外壳23连接。排气口9、排气歧管19、上游侧外壳21、排气管22和下游侧外壳23形成排气通路。
电子控制单元(ECU)31由设置有经双向总线32连接在一起的部件如RAM(随机存取存储器)33、ROM(只读存储器)34、CPU(微处理器)35、输入端口36和输出端口37的数字计算机构成。在进气管15中，配置有用于检测流经进气管15的空气的流量的空气流量计39。该空气流量计39的输出经对应的AD变换器38输入到输入端口36。此外，在排气歧管19的集中部处，配置有检测流经排气歧管19内的排气(即，流入上游侧排气净化催化剂20中的排气)的空燃比的上游侧空燃比传感器40。另外，在排气管22中，配置有检测流经排气管22内的排气(即，从上游侧排气净化催化剂20流出并流入下游侧排气净化催化剂24中的排气)的空燃比的下游侧空燃比传感器41。这些空燃比传感器40和41的输出也经对应的AD变换器38输入到输入端口36。此外，上游侧排气净化催化剂20设置有用于检测上游侧排气净化催化剂20的温度的上游侧温度传感器46，而下游侧排气净化催化剂24设置有用于检测下游侧排气净化催化剂24的温度的下游侧温度传感器47。这些温度传感器46和47的输出也经由对应的AD变换器38输入到输入口36。
此外，加速器踏板42与产生与加速器踏板42的踏压量成比例的输出电压的负荷传感器43连接。负荷传感器43的输出电压经对应的AD变换器38输入到输入端口36。曲柄角传感器44例如每当曲轴旋转15度时产生输出脉冲。该输出脉冲输入到输入端口36。CPU 35由该曲柄角传感器44的输出脉冲计算发动机转速。另一方面，输出端口37经对应的驱动电路45与火花塞10、燃料喷射器11和节气门驱动致动器17连接。注意，ECU 31用作用于控制内燃发动机的控制系统。
注意，根据本实施例的内燃发动机是以汽油为燃料的非增压式内燃发动机，但根据本发明的内燃发动机不限于上述构型。例如，根据本发明的内燃发动机可以具有与上述内燃发动机不同的燃料喷射方式、进排气系统的构型、气门机构的构型、增压器的有无和/或增压方式等。
<排气净化催化剂的说明>
上游侧排气净化催化剂20和下游侧排气净化催化剂24具有相似的构型。排气净化催化剂20和24是具有氧储存能力的三元催化剂。具体地，排气净化催化剂20和24形成为使得在由陶瓷构成的基材上载置有具有催化作用的贵金属(例如，铂(Pt))和具有氧储存能力的物质(例如，二氧化铈(CeO2))。排气净化催化剂20和24发挥在达到预定的活化温度时同时除去未燃气体(HC、CO等)和氮氧化物(NOX)的催化作用并且还发挥氧储存能力。
根据排气净化催化剂20和24的氧储存能力，排气净化催化剂20和24在流入排气净化催化剂20和24中的排气的空燃比比理论空燃比稀(稀空燃比)时储存排气中的氧。另一方面，排气净化催化剂20和24在流入的排气比理论空燃比浓(浓空燃比)时放出储存在排气净化催化剂20和24中的氧。
排气净化催化剂20和24具有催化作用和氧储存能力并由此具有根据氧储存量来净化NOX和未燃气体的作用。即，如图2A中的实线所示，在流入排气净化催化剂20和24中的排气的空燃比是稀空燃比的情况下，当氧储存量小时，排气净化催化剂20和24将氧储存在排气中。此外，与此同时，排气中的NOX被还原并净化。另一方面，如果氧储存量变大超过接近最大可储存氧量Cmax(图中，Cuplim)的一定储存量，则从排气净化催化剂20和24流出的排气的氧和NOX的浓度上升。
另一方面，如图2B中的实线所示，在流入排气净化催化剂20和24中的排气的空燃比是浓空燃比的情况下，当氧储存量大时，储存在排气净化催化剂20和24中的氧放出，并且排气中的未燃气体被氧化并净化。另一方面，如果氧储存量变小，则在接近零的特定储存量(图中的Cdwmlim)下，从排气净化催化剂20和24流出的排气的未燃气体的浓度迅速上升。
以上述方式，根据用于本实施例中的排气净化催化剂20和24，排气中的NOX和未燃气体的净化特性根据流入排气净化催化剂20和24中的排气的空燃比和氧储存量而改变。注意，如果具有催化作用和氧储存能力，则排气净化催化剂20和24也可以是不同于三元催化剂的催化剂。
<空燃比传感器的输出特性>
接下来将参照图3和4说明本实施例中的空燃比传感器40和41的输出特性。图3是示出本实施例的空燃比传感器40和41的电压-电流(V-I)特性的视图。图4是示出在使施加的电压恒定时在空燃比传感器40和41周围流动的排气(以下称为“排气空燃比”)与输出电流I之间的关系的视图。注意，在本实施例中，使用具有相同构型的空燃比传感器作为两个空燃比传感器40和41。
如从如3将理解的，在本实施例的空燃比传感器40和41中，输出电流I越大，排气空燃比越高(越稀)。此外，在各排气空燃比的线V-I处，存在与V轴平行的区域，也就是即使传感器电压变化输出电流也根本不发生很大变化的区域。该电压区域称为“极限电流区域”。此时的电流称为“极限电流”。在图3中，排气空燃比为18时的极限电流区域和极限电流用W18和I18表示。因此，空燃比传感器40和41可以称为极限电流型空燃比传感器。
图4是示出在使供给电压恒定在约0.45V时排气空燃比与输出电流I之间的关系的视图。如从图4将理解的，在空燃比传感器40和41中，输出电流关于排气空燃比线性地改变，排气空燃比越高(即，越稀)则来自空燃比传感器40和41的输出电流I越大。此外，空燃比传感器40和41构造成使得输出电流I在排气空燃比为理论空燃比时变成零。此外，当排气空燃比以一定程度以上变大时或当它以一定程度以上变小时，输出电流的变化与排气空燃比的变化的比率变小。
注意，在以上示例中，使用图3所示的结构的极限电流型空燃比传感器作为空燃比传感器40和41。然而，作为空燃比传感器40、41，例如，也可以使用杯式极限电流型空燃比传感器或其它结构的极限电流型空燃比传感器，或者并非极限电流型的空燃比传感器或任何其它空燃比传感器，只要输出电流关于排气空燃比线性地改变即可。此外，空燃比传感器40和41可以具有彼此不同的结构。
<基本空燃比控制>
接下来将说明本实施例的内燃发动机的控制装置中的基本空燃比控制的概要。在本实施例中的空燃比控制中，通过基于上游侧空燃比传感器40的输出空燃比(对应于流入排气净化催化剂中的排气的空燃比)的反馈将来自燃料喷射器11的燃料供给量控制成使得上游侧空燃比传感器40的输出空燃比变成目标空燃比。注意，“输出空燃比”指对应于空燃比传感器的输出值的空燃比。
另一方面，在本实施例的空燃比控制中，基于下游侧空燃比传感器41的输出空燃比等来执行用于设定目标空燃比的目标空燃比设定控制。在目标空燃比设定控制中，当下游侧空燃比传感器41的输出空燃比变成浓空燃比时，使目标空燃比成为稀设定空燃比。此后，目标空燃比被维持在该空燃比。注意，稀设定空燃比是比理论空燃比(控制中心的空燃比)稀一定程度的预定空燃比。例如，使其为约14.65至20，优选约14.65至18，更优选约14.65至16。另外，可以将稀设定空燃比表达为通过将控制中心的空燃比(在本实施例中，理论空燃比)加上稀修正量而获得的空燃比。
如果目标空燃比变更为稀设定空燃比，则流入上游侧排气净化催化剂20中的排气的氧过量/不足累计地增加。“氧过量/不足”指当试图使流入上游侧排气净化催化剂20的排气的空燃比成为理论空燃比时变得过量的氧的量或变得不足的氧的量(过剩的未燃气体等的量)。特别地，当目标空燃比为稀设定空燃比时，流入上游侧排气净化催化剂20中的排气变成氧过量。该过量氧储存在上游侧排气净化催化剂20中。因此，可以说氧过量/不足的累计值(下文也称为“累计氧过量/不足”)表达了上游侧排气净化催化剂20的氧储存量OSA。
注意，基于上游侧空燃比传感器40的输出空燃比和基于空气流量计39等的输出计算出的燃烧室5内的进气量的推定值或燃料喷射器11的燃料供给量等来计算氧过量/不足。具体地，例如，通过下式(1)来计算氧过量/不足OED：
ODE＝0.23·Qi/(AFup-14.6)...(1)
其中0.23表示空气中的氧的浓度，Qi表示燃料喷射量，且AFup表示与上游侧空燃比传感器40的输出电流Irup对应的空燃比。
如果这样计算出的氧过量/不足变成预定的切换基准值(对应于预定的切换基准储存量Cref)以上，则使此时已成为稀设定空燃比的目标空燃比变成浓设定空燃比，然后维持在该空燃比。浓设定空燃比是比理论空燃比(控制中心的空燃比)浓一定程度的预定空燃比。例如，其为约12至14.58，优选约13至14.57，更优选约14至14.55。另外，可以将浓设定空燃比表达为通过从控制中心的空燃比(在本实施例中，理论空燃比)减去浓修正量而获得的空燃比。注意，在本实施例中，浓设定空燃比与理论空燃比之差(浓程度)在稀设定空燃比与理论空燃比之差(稀程度)以下。
此后，当下游侧空燃比传感器41的输出空燃比再次变成浓判定空燃比以下时，使目标空燃比再次成为稀设定空燃比。此后，重复类似的操作。这样，在本实施例中，流入上游侧排气净化催化剂20中的排气的目标空燃比被交替地设定为稀设定空燃比和浓设定空燃比。
然而，即使执行上述控制，上游侧排气净化催化剂20的实际氧储存量可能在累计氧过量/不足达到切换基准值之前达到最大可储存氧量。其原因可能在于，上游侧排气净化催化剂20的最大可储存氧量下降，或流入上游侧排气净化催化剂20中的排气的空燃比随时间显著变化。如果氧储存量因此达到最大可储存的氧量，则稀空燃比的排气从上游侧排气净化催化剂20流出。因此，在本实施例中，当下游侧空燃比传感器41的输出空燃比变成稀空燃比时，将目标空燃比切换为浓设定空燃比。特别地，在本实施例中，当下游侧空燃比传感器41的输出空燃比变成比理论空燃比略稀的稀判定空燃比时，判定为下游侧空燃比传感器41的输出空燃比变成稀空燃比。
<利用时间图对空燃比控制的说明>
参照图5，将详细说明如上所述的操作。图5是执行本实施例的空燃比控制时的目标空燃比AFT、上游侧空燃比传感器40的输出空燃比AFup、上游侧排气净化催化剂20的氧储存量OSA、累计氧过量/不足∑OED、下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn和从上游侧排气净化催化剂20流出的排气中的NOX的浓度的时间图。
在图示的示例中，在时刻t1之前的状态下，目标空燃比AFT被设定为浓设定空燃比AFTr。与此同时，上游侧空燃比传感器40的输出空燃比变成浓空燃比。流入上游侧排气净化催化剂20中的排气中包含的未燃气体由上游侧排气净化催化剂20净化，并且与此同时，上游侧排气净化催化剂20的氧储存量OSA逐渐减少。因此，累计氧过量/不足∑OED也逐渐减少。从上游侧排气净化催化剂20流出的排气中由于上游侧排气净化催化剂20处的净化而不包含未燃气体，且因此下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn基本上变成理论空燃比。此外，由于流入上游侧排气净化催化剂20中的排气的空燃比变成浓空燃比，所以从上游侧排气净化催化剂20排出的NOX的量变成大致为零。
如果上游侧排气净化催化剂20的氧储存量OSA逐渐减少，则氧储存量OSA在时刻t1接近零。与此同时，流入上游侧排气净化催化剂20中的未燃气体的一部分开始在未由上游侧排气净化催化剂20净化的情况下流出。由此，从时刻t1开始，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn逐渐下降。结果，在时刻t2，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn达到浓判定空燃比AFrich。
在本实施例中，当下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn变成在浓判定空燃比AFrich以下时，为了增大氧储存量OSA，将目标空燃比AFT切换为稀设定空燃比AFTl。此外，此时，累计氧过量/不足∑OED被重置为零。
当目标空燃比AFT在时刻t2切换为稀设定空燃比AFTl时，流入上游侧排气净化催化剂20中的排气的空燃比从浓空燃比变成稀空燃比。此外，与此同时，上游侧空燃比传感器40的输出空燃比AFup变成稀空燃比(实际上，从目标空燃比切换到流入上游侧排气净化催化剂20中的排气的空燃比改变存在延迟，但在图示的示例中，为了方便认为该变化是同时的)。如果在时刻t2流入上游侧排气净化催化剂20中的排气的空燃比变成稀空燃比，则上游侧排气净化催化剂20的氧储存量OSA增大。此外，与此同时，累计氧过量/不足∑OED也逐渐增大。
由此，从上游侧排气净化催化剂20流出的排气的空燃比变成理论空燃比，并且下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn向理论空燃比收敛。此时，流入上游侧排气净化催化剂20中的排气的空燃比成为稀空燃比，但上游侧排气净化催化剂20的氧储存能力存在充分余地，且因此流入的排气中的氧储存在上游侧排气净化催化剂20中并且NOX被还原并净化。因此，来自上游侧排气净化催化剂20的NOX的排气量变成大致为零。
此后，如果上游侧排气净化催化剂20的氧储存量OSA增大，则在时刻t3，上游侧排气净化催化剂20的氧储存量OSA达到切换基准储存量Cref。由此，累计氧过量/不足∑OED达到与切换基准储存量Cref对应的切换基准值OEDref。在本实施例中，如果累计氧过量/不足∑OED变成在切换基准值OEDref以上，则上游侧排气净化催化剂20中的氧的储存由于将目标空燃比AFT切换为浓设定空燃比AFTr而中止。此外，此时，累计氧过量/不足∑OED被重置为零。
在图5所示的示例中，氧储存量OSA在目标空燃比在时刻t3被切换的同时下降，但实际上，从目标空燃比被切换到氧储存量OSA下降存在延迟。此外，例如，在发动机负荷由于设置有内燃发动机的车辆加速而变高且因而进气量瞬时显著偏移的情况下，流入上游侧排气净化催化剂20中的排气的空燃比有时非故意地显著偏移。与此相反，当上游排气净化催化剂20是新的时，切换基准储存量Cref被设定为充分低于最大可储存氧量Cmax。因此，即使发生这种延迟，或即使空燃比从目标空燃比非故意地并瞬时地偏移，氧储存量OSA也基本上不会达到最大可储存氧量Cmax。相反地，切换基准储存量Cref被设定为足够小的量，使得即使发生延迟或空燃比的非故意偏移，氧储存量OSA也不会达到最大可储存氧量Cmax。例如，切换基准储存量Cref在上游侧排气净化催化剂20是新的时在最大可储存氧量Cmax的3/4以下，优选地1/2以下，更优选地1/5以下。
如果目标空燃比AFT在时刻t3切换为浓设定空燃比AFTr，则流入上游侧排气净化催化剂20中的排气的空燃比从稀空燃比变成浓空燃比。与此同时，上游侧空燃比传感器40的输出空燃比AFup变成浓空燃比(实际上，从目标空燃比切换到流入上游侧排气净化催化剂20中的排气的空燃比改变存在延迟，但在图示的示例中，为了方便认为该变化是同时的)。流入上游侧排气净化催化剂20中的排气包含未燃气体，且因此上游侧排气净化催化剂20的氧储存量OSA逐渐减少。在时刻t4，以与时刻t1相同的方式，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn开始下降。此时，同样，流入上游侧排气净化催化剂20中的排气的空燃比是浓空燃比，且因此从上游侧排气净化催化剂20排出的NOX的量大致为零。
接下来，在时刻t5，以与时刻t2相同的方式，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn达到浓判定空燃比AFrich。由此，目标空燃比AFT被切换为稀设定空燃比AFTl。此后，重复上述时刻t1至t5的循环。
如从以上说明将理解的，根据本实施例，可以恒定地抑制从上游侧排气净化催化剂20排出的NOX的量。即，只要执行上述控制，来自上游侧排气净化催化剂20的NOX的排气量就会基本上为零。此外，由于用于计算累计氧过量/不足∑OED的累计期间短，与该累计期间长的情况相比，发生误差的可能性低。因此，抑制了NOX由于累计氧过量/不足∑OED的计算误差而从上游侧排气净化催化剂20排出。
此外，一般而言，如果排气净化催化剂的氧储存量维持恒定，则排气净化催化剂的氧储存能力下降。即，有必要改变排气净化催化剂的氧储存量以维持排气净化催化剂的氧储存能力高。另一方面，根据本实施例，如图5所示，上游侧排气净化催化剂20的氧储存量OSA恒定地上下变动，且因此抑制了氧储存能力下降。
注意，在上述实施例中，目标空燃比AFT在时刻t2至t3维持为恒定的稀设定空燃比AFTl。然而，在此期间中，稀设定空燃比AFTl不必维持恒定，并且能被设定成是可变的，例如逐渐减小。或者，在从时刻t2至时刻t3的期间中，稀设定空燃比AFTl可暂时被设定为浓空燃比。
类似地，在上述实施例中，目标空燃比AFT在时刻t3至t5维持为恒定的浓设定空燃比AFTr。然而，在此期间中，浓设定空燃比AFTr不必维持恒定，并且能被设定成可变的，例如逐渐增大。或者，在从时刻t3至时刻t5的期间中，浓设定空燃比AFTr可暂时被设定为稀空燃比。
然而，即使在这种情况下，时刻t2至t3中的目标空燃比被设定为使得此期间中的目标空燃比的平均值与理论空燃比之差大于时刻t3至t5中的目标空燃比的平均值与理论空燃比之差。
注意，在本实施例中，目标空燃比的设定由ECU 31执行。因此，可以说当由下游侧空燃比传感器41检测出的排气的空燃比变成在浓判定空燃比以下时，ECU 31连续地或间歇地使流入上游侧排气净化催化剂20中的排气的目标空燃比成为稀空燃比，直至上游侧排气净化催化剂20的氧储存量OSA变成切换基准储存量Cref，而当上游侧排气净化催化剂20的氧储存量OSA变成在切换基准储存量Cref以上时，ECU 31连续地或间歇地使目标空燃比成为浓空燃比，直至由下游侧空燃比传感器41检测出的排气的空燃比在氧储存量OSA未达到最大可储存氧量Cmaxn的情况下变成在浓判定空燃比以下。
更简单而言，在本实施例中，可以说ECU 31在由下游侧空燃比传感器41检测出的空燃比变成在浓判定空燃比以下时将目标空燃比切换为稀空燃比并且在上游侧排气净化催化剂20的氧储存量OSA变成在切换基准储存量Cref以上时将目标空燃比切换为浓空燃比。
此外，在上述实施例中，基于上游空燃比传感器40的输出空燃比AFup和到达燃烧室6的进气量的推定值等来计算累计氧过量/不足∑OED。然而，氧储存量OSA也可基于这些参数以外的参数来计算，并且可基于与这些参数不同的参数来推定。此外，在上述实施例中，如果氧储存量OSA的推定值变成在切换基准储存量Cref以上，则目标空燃比从稀设定空燃比切换为浓设定空燃比。然而，例如，将目标空燃比从稀设定空燃比切换为浓设定空燃比的时点也可以是基于自将目标空燃比从浓设定空燃比切换为稀设定空燃比以来的发动机运转时间或其它参数。然而，即使在这种情况下，在推定上游侧排气净化催化剂20的氧储存量OSA小于最大可储存氧量时，也必须将目标空燃比从稀设定空燃比切换为浓设定空燃比。
<与硫成分的储存有关的特性>
在这方面，当上游侧排气净化催化剂20为新催化剂时，上述切换基准储存量Cref被设定为充分低于最大可储存氧量Cmax。因此，只要最大可储存氧量Cmax维持高，则上游侧排气净化催化剂20的氧储存量OSA几乎始终不会达到最大可储存氧量Cmax。然而，上游侧排气净化催化剂20的最大可储存氧量Cmax不会始终固定，而是由于上游侧排气净化催化剂20的劣化而下降。作为以此方式导致最大可储存氧量Cmax下降的一个因素，可以提到上游侧排气净化催化剂20中的硫成分的储存。
一般而言，从燃烧室5排出的排气包含少量含有SOx的硫成分。因此，包含这些硫成分的排气流入上游侧排气净化催化剂20中。在上游侧排气净化催化剂20处，如果流入的排气包含硫成分，则根据上游侧排气净化催化剂20的温度或其它条件，硫成分将被储存。如果上游侧排气净化催化剂20以此方式储存硫成分，则上游侧排气净化催化剂20的最大可储存氧量Cmax将减少该量。因此，为了维持上游侧排气净化催化剂20的最大可储存氧量Cmax高，有必要保持上游侧排气净化催化剂20的硫成分的储存量低。
上游侧排气净化催化剂20是否储存硫成分根据上游侧排气净化催化剂20的温度大幅变化。当上游侧排气净化催化剂20的温度在一定的硫储存上限温度(例如，600℃)以下时，如果流入上游侧排气净化催化剂20中的排气的空燃比是稀空燃比，则流入的排气中的硫成分被储存在上游侧排气净化催化剂20中。另一方面，此时，同样，如果流入上游侧排气净化催化剂20中的排气的空燃比是浓空燃比，则即使流入的排气包含硫成分，上游侧排气净化催化剂20也不会储存几乎任何硫成分。另一方面，当上游侧排气净化催化剂20的温度在硫储存上限温度以上时，则不论流入上游侧排气净化催化剂20中的排气的空燃比如何，上游侧排气净化催化剂20也不会储存硫成分。
<浓设定空燃比和稀设定空燃比的控制>
因此，在本发明的一个实施例中，稀设定空燃比与理论空燃比之差(稀程度)和浓设定空燃比与理论空燃比之差(浓程度)根据上游侧排气净化催化剂20的温度而改变。
图6是执行本实施例中的用于改变浓设定空燃比和稀设定空燃比(以下通称为“设定空燃比”)的控制时的目标空燃比AFT等的时间图。在图6所示的示例中，基本上执行与图5相似的空燃比控制。
在图6所示的示例中，在时刻t5之前，上游侧排气净化催化剂20的温度CT变成比硫储存上限温度CTlim高的温度。此时，浓设定空燃比AFTr和稀设定空燃比AFTl分别被设定为第一浓设定空燃比AFTr1和第一稀设定空燃比AFTl1。这里，第一浓设定空燃比AFTr1与理论空燃比之差为第一浓程度ΔAFTr1。此外，第一稀设定空燃比AFTl1与理论空燃比之差为第一稀程度ΔAFTl1。
因此，在时刻t1，如果下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn变成在浓判定空燃比AFrich以下，则目标空燃比AFT切换为第一稀设定空燃比AFTl1。此后，如果上游侧排气净化催化剂20的氧储存量OSA变成在切换基准储存量Cref以上，即，如果累计氧过量/不足∑OED变成在切换基准值OEDref以上，则目标空燃比AFT切换为第一浓设定空燃比AFTr1。此后，此循环重复到时刻t5为止。
此后，在时刻t5，如果上游侧排气净化催化剂20的温度CT变成在硫储存上限温度CTlim以下，则浓设定空燃比AFTr的值和稀设定空燃比AFTl的值改变。在图6所示的示例中，浓设定空燃比AFTr从第一浓设定空燃比AFTr1变成第二浓设定空燃比AFTr2。第二浓设定空燃比AFTr2与理论空燃比之差是比第一浓程度ΔAFTr1小的第二浓程度ΔAFTr2。因此，第二浓设定空燃比AFTr2是比第一浓设定空燃比AFTr1大(稀)的空燃比。
另外，在图6所示的示例中，在时刻t5，稀设定空燃比AFTl从第一稀设定空燃比AFTl1变成第二稀设定空燃比AFTl2。第二稀设定空燃比AFTl2与理论空燃比之差是比第一稀程度ΔAFTl1大的第二稀程度ΔAFTl2。因此，第二稀设定空燃比AFTl2是比第一稀设定空燃比AFTl1大(稀)的空燃比。
这里，将时刻t5之前的第一稀程度ΔAFTl1减去第一浓程度ΔAFTr1的值定义为第一变动差ΔLR1(ΔLR1＝ΔAFTl1-ΔAFTr1)。类似地，将时刻t5之后的第二稀程度ΔAFTl2减去第二浓程度ΔAFTr2的值定义为第二变动差ΔLR2((ΔLR2＝ΔAFTl2-ΔAFTr2)。这种情况下，在本发明的一个实施例中，第二变动差ΔLR2被设定为第一变动差ΔLR1以上的值(ΔLR2≥ΔLR1)。
此后，在上游侧排气净化催化剂20的温度CT在硫储存上限温度CTlim以下时，浓设定空燃比AFTr维持在第二浓设定空燃比AFTr2，而稀设定空燃比AFTl维持在第二稀设定空燃比AFTl2。此外，如果上游侧排气净化催化剂20的温度CT在时刻t10再次变成比硫储存上限温度CTlim高的温度，则浓设定空燃比AFTr变更为第一浓设定空燃比AFTr1，而稀设定空燃比AFTl变更为第一稀设定空燃比AFTl1。
<设定空燃比控制的效果>
这样，在本实施例中，当上游侧排气净化催化剂20的温度CT在硫储存上限温度CTlim以下时，与当其比硫储存上限温度CTlim高时相比，稀设定空燃比的稀程度减去浓设定空燃比的浓程度的变动差ΔLR被设定为更大。以下将说明这样控制浓设定空燃比和稀设定空燃比的效果。
如图6所示，将当上游侧排气净化催化剂20的温度CT高于硫储存上限温度CTlim时从下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn达到浓判定空燃比AFrich时到氧储存量OSA达到切换基准储存量Cref时的时间定义为T1(例如，时刻t1至t2))。类似地，将从氧储存量OSA达到切换基准储存量Cref时到下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFTdwn达到浓判定空燃比AFrich时的时间定义为T2(例如，时刻t2至t3)。因此，将从下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn达到浓判定空燃比AFrich到然后再次达到浓判定空燃比AFrich的一个周期所占的时间表示为T1+T2(例如，时刻t1至t3)。
另一方面，将当上游侧排气净化催化剂20的温度CT在硫储存上限温度CTlim以下时从下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn达到浓判定空燃比AFrich时到氧储存量OSA达到切换基准储存量Cref时的时间定义为T3(例如，时刻t6至t7)。类似地，将从氧储存量OSA达到切换基准储存量Cref时到下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFTdwn达到浓判定空燃比AFrich时的时间定义为T4(例如，时刻t7至t8)。因此，将从下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn达到浓判定空燃比AFrich到然后再次达到浓判定空燃比AFrich的一个周期所占的时间表示为T3+T4(例如，时刻t6至t8)。
如从图6将理解的，在本实施例中，当上游侧排气净化催化剂20的温度高时(图中，在时刻t5之前)，一个循环的时间(T1+T2)中的时间T1的比率不会变成那么低。即，一个循环的时间中流入上游侧排气净化催化剂20中的排气的空燃比为稀空燃比的时间(以下称为“稀时间”)不会那么短。与此相反，当上游侧排气净化催化剂20的温度低时(图中，时刻t5至t10)，一个循环的时间(T3+T4)中的时间T3的比率变成极低。即，在一个循环的时间中，稀时间变短。这是因为变动差ΔLR在上游侧排气净化催化剂20的温度CT低时被设定为大。
如上所述，在上游侧排气净化催化剂20处，如果温度CT变成在硫储存上限温度CTlim以下，则当流入上游侧排气净化催化剂20中的排气的空燃比为稀空燃比时，硫成分被储存。在本实施例中，当上游侧排气净化催化剂20的温度低时，流入上游侧排气净化催化剂20中的排气的空燃比为稀空燃比的时间变短，因此抑制了上游侧排气净化催化剂20储存硫成分。
另一方面，在本实施例中，当上游侧排气净化催化剂20的温度高时，在一个循环的时间内，稀时间没有那么短。然而，如上所述，在上游侧排气净化催化剂20中，当温度CT高于硫储存上限温度CTlim时，即使排气的空燃比为稀空燃比，上游侧排气净化催化剂20也几乎根本不储存任何硫成分。因此，即使排气的空燃比为稀空燃比的时间没有那么短，上游侧排气净化催化剂20也几乎根本不储存任何硫成分。综上所述，根据本实施例，能抑制上游侧排气净化催化剂20储存硫成分并且相应地能保持上游侧排气净化催化剂20的硫成分的储存量低。
与此相关的实验结果在图7中示出。图7是示出一个循环的时间中的浓时间的比率(例如，T2/(T1+T2)或T4/(T3+T4))与Cmax比率之间的关系的曲线图。图7所示的曲线图是通过在使用新的排气净化催化剂并维持一个循环中的浓时间的比率恒定的情况下运行内燃发动机而获得的，并且表示最大可储存的氧量Cmax如何因此而改变。图中的Cmax比率表示当将在新催化剂的时间的最大可储存氧量Cmax定义为“1”时的最大可储存氧量Cmax的比率。
如从图7将理解的，当排气净化催化剂的温度低(400℃)时，如果浓时间的比率变大，即，如果稀时间的比率变小，则Cmax比率增大。这支持了稀时间的比率越小则排气净化催化剂储存硫成分变得越困难的想法。另一方面，如果排气净化催化剂的温度高(700℃)，则Cmax比率比排气净化催化剂的温度低时高，并且不论浓时间的比率如何都基本上恒定。因此，根据本实施例，由图7所示的曲线图同样支持能抑制上游侧排气净化催化剂20中的硫成分的储存的想法。
注意，在上述实施例中，从下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn达到浓判定空燃比AFrich时到氧储存量OSA达到切换基准储存量Cref时(例如，时刻t1至t2，t6至t7)，目标空燃比AFT维持恒定。即，稀设定空燃比维持恒定。然而，稀设定空燃比不一定恒定，而是可在一定程度上变动。然而，这种情况下，同样，在时刻t6至t7的稀设定空燃比的平均值的稀程度被设定为大于在时刻t1至t2的稀设定空燃比的平均值的稀程度。
类似地，在上述实施例中，从氧储存量OSA达到切换基准储存量Cref时到下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn达到浓判定空燃比AFrich时(例如，时刻t2至t3，t7至t8)，目标空燃比AFT维持恒定。即，浓设定空燃比维持恒定。然而，浓设定空燃比不必一定是恒定的，而是可以在一定程度上变动。然而，这种情况下，同样，在时刻t7至t8的浓设定空燃比的平均值的浓程度被设定为小于在时刻t2至t3的浓设定空燃比的平均值的浓深度。
此外，在上述示例中，当上游侧排气净化催化剂20的温度CT在硫储存上限温度CTlim以下时，浓设定空燃比AFTr和稀设定空燃比AFTl两者都改变。然而，也可以不使两个设定空燃比均改变，而是仅改变其中一者。
图8示出这样一个示例，即当上游侧排气净化催化剂20的温度CT在硫储存上限温度CTlim以下时，仅稀设定空燃比AFTl从第一稀设定空燃比AFTl1变成第二稀设定空燃比AFTl2，而浓设定空燃比AFTr维持恒定。这种情况下，同样，第二变动差ΔLR2(＝ΔAFTl2-ΔAFTr1)是大于第一变动差ΔLR1(＝ΔAFTl1-ΔAFTr1)的值(ΔLR2>ΔLR1)。结果，当上游侧排气净化催化剂20的温度CT高时，稀时间的比率能增大并且相应地能抑制上游侧排气净化催化剂20中的硫成分的储存。
图9示出这样一个示例，即当上游侧排气净化催化剂20的温度CT在硫储存上限温度CTlim以下时，仅浓设定空燃比AFTr从第一浓设定空燃比AFTr1变成第二浓设定空燃比AFTr2，而稀设定空燃比AFTl维持恒定。这种情况下，同样，第二变动差ΔLR2(＝ΔAFTl2-ΔAFTr1)是大于第一变动差ΔLR1(＝ΔAFTl1-ΔAFTr1)的值(ΔLR2>ΔLR1)。结果，在图9所示的示例中，同样，当上游侧排气净化催化剂20的温度CT高时，稀时间的比率能增大并且相应地能抑制上游侧排气净化催化剂20中的硫成分的储存。
此外，在上述实施例中，当上游侧排气净化催化剂20的温度CT变成硫储存上限温度CTlim时，浓设定空燃比和稀设定空燃比改变。然而，切换设定空燃比的温度不一定必须是硫储存上限温度CTlim，其也可以是低于该上限温度的温度。此外，上游侧排气净化催化剂20的温度不必一定是通过设置上游侧温度传感器46并且实际上检测该温度而获得的值。可以基于与上游侧排气净化催化剂20的温度有关的其它参数(例如，比如后述第二实施例中的进气量等)来推定上游侧排气净化催化剂20的温度。
<流程图>
图10是示出目标空燃比设定控制中的控制例程的流程图。图示的控制例程通过每隔一定时间间隔的中断来执行。
如图10所示，首先，在步骤S11，判定设定目标空燃比AFT的条件是否成立。作为设定目标空燃比AFT的条件成立的情形，可以提及普通控制中的发动机运转，例如，未处于燃料切断控制等中的发动机运转。当在步骤S11判定为设定目标空燃比的条件成立时，该例程转入步骤S12。在步骤S12，基于上游侧空燃比传感器40的输出空燃比和燃料喷射量Qi来计算累计氧过量/不足∑OED。
接下来，在步骤S13，判定稀设定标记Fl是否被设定为0。稀设定标记Fl是在目标空燃比AFT被设定为稀设定空燃比AFTl时被设定为1而在其它时间被设定为0的标记。当在步骤S13判定为稀设定标记Fl被设定为0时，即，当目标空燃比AFT被设定为浓设定空燃比AFTr时，该例程进行至步骤S14。在步骤S14，判定下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn是否在浓判定空燃比AFrich以下。当判定下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn大于浓判定空燃比AFrich时，该控制例程结束。
另一方面，如果上游侧排气净化催化剂20的氧储存量OSA减少并且从上游侧排气净化催化剂20流出的排气的空燃比下降，则在下一个控制例程，在步骤S14判定为下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn在浓判定空燃比AFrich以下。这种情况下，该例程进行至步骤S15，其中将目标空燃比AFT设定为稀设定空燃比AFTl。接下来，在步骤S16，将稀设定标记Fl设定为1并且结束该控制例程。
在下一个控制例程，在步骤S13，判定为稀设定标记Fl已被设定为0并且该例程转入步骤S17。在步骤S17，判定在步骤S12计算出的累计氧过量/不足∑OED是否小于判定基准值OEDref。当判定为累计氧过量/不足∑OED小于判定基准值OEDref时，该例程转入步骤S18。在步骤S18，判定下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn是否在稀判定空燃比AFlean以上，即，氧储存量OSA是否已达到最大可储存氧量Cmax附近。当在步骤S18判定为输出空燃比AFdwn小于稀判定空燃比AFlean时，该例程转入步骤S19。在步骤S19，继续将目标空燃比AFT设定为稀设定空燃比AFTl。
另一方面，如果上游侧排气净化催化剂20的氧储存量增加，则最终在步骤S17判定为累计氧过量/不足∑OED在判定基准值OEDref以上且该例程转入步骤S20。或者，当氧储存量OSA达到最大可储存氧量Cmax附近时，则在步骤S18判定为下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn是在稀判定空燃比AFlean以上，并且该例程转入步骤S20。在步骤S20，将目标空燃比AFT设定为浓设定空燃比AFTr，然后，在步骤S21，将稀设定标记Fl重置为0并且结束该控制例程。
图11是示出用于改变设定空燃比的控制中的控制例程的流程图。图示的控制例程通过每隔一定时间间隔的中断来执行。首先，在步骤S31，判定由上游侧温度传感器46检测出的上游侧排气净化催化剂20的温度CT是否在硫储存上限温度CTlim以下。当判定为温度CT高于硫储存上限温度CTlim时，该例程转入步骤S32。在步骤S32，将浓设定空燃比AFTr设定为第一浓设定空燃比AFTr1。接下来，在步骤S33，将稀设定空燃比AFTl设定为第一稀设定空燃比AFTl1并且结束控制例程。
另一方面，当在步骤S31判定为温度CT在硫储存上限温度CTlim以下时，该例程转入步骤S34。在步骤S34，将浓设定空燃比AFTr设定为第二浓设定空燃比AFTr2。接下来，在步骤S35，将稀设定空燃比AFTl设定为第二稀设定空燃比AFTl2并且结束控制例程。
<第二实施例>
接下来将参照图12和图13说明根据本发明的第二实施例的控制系统。第二实施例的控制系统中的构型和控制与第一实施例的控制系统的构型和控制基本上相似。然而，在第二实施例中，基于内燃发动机的进气量来改变两个设定空燃比的值。
一般而言，上游侧排气净化催化剂20的温度根据流入上游侧排气净化催化剂20中的高温排气的流量——即供给到内燃发动机的燃烧室5的进气量——而改变。因此，供给到内燃发动机的燃烧室5的进气量越大，上游侧排气净化催化剂20的温度也上升得越多。因此，能基于供给到内燃发动机的燃烧室5的进气量来推定上游侧排气净化催化剂20的温度。具体地，当供给到内燃发动机的燃烧室5的进气量在上限进气量以下时，能推定为上游侧排气净化催化剂20的温度在硫储存上限温度以下。相反，当供给到内燃发动机的燃烧室5的进气量大于上限进气量时，能推定为上游侧排气净化催化剂20的温度高于硫储存上限温度。
因此，在本实施例中，稀设定空燃比与理论空燃比之差(稀程度)和浓设定空燃比与理论空燃比之差(浓程度)根据基于空气流量计39的输出等计算出的进气量而改变。
图12是执行本实施例中的用于改变浓设定空燃比和稀设定空燃比的控制时的目标空燃比AFT等的与图6相似时间图。在图12所示的示例中，在时刻t5之前，供给到内燃发动机的燃烧室5的进气量Ga大于上限进气量Galim。此时，浓设定空燃比AFTr和稀设定空燃比AFTl分别被设定为第一浓设定空燃比AFTr1和第一稀设定空燃比AFTl1。
另一方面，在时刻t5，如果供给到内燃发动机的燃烧室5的进气量Ga变成在上限进气量Galim以下，则浓设定空燃比AFTr从第一浓设定空燃比AFTr1变成第二浓设定空燃比AFTr2。另外，稀设定空燃比AFTl从第一稀设定空燃比AFTl1变成第二稀设定空燃比AFTl2。注意，本实施例中的第一浓设定空燃比AFTr1、第一稀设定空燃比AFTl1、第二浓设定空燃比AFTr2和第二稀设定空燃比AFTl2之间的关系与第一实施例中的该关系相似。
在本实施例中，两种设定空燃比在供给到内燃发动机的燃烧室5的进气量Ga变成上限进气量Galim时改变。结果，实质上，可以说两种设定空燃比在上游侧排气净化催化剂20的温度CT变成硫储存上限温度CTlim时改变。因此，在本实施例中，同样，以与第一实施例相同的方式，可以抑制上游侧排气净化催化剂20中的硫成分的储存并且相应地可以保持上游侧排气净化催化剂20的硫成分储存量低。
此外，根据内燃发动机的运转状态，例如，供给到内燃发动机的燃烧室5的进气量Ga有时迅速上升。这种情况下，如果稀设定空燃比AFTl的稀程度高，则氧和NOX将迅速流入上游侧排气净化催化剂20中。因此，在一些情况下，上游侧排气净化催化剂20的氧储存量OSA达到最大可储存氧量Cmax，并且存在NOX从上游侧排气净化催化剂20流出的可能性。然而，在本实施例中，当供给到内燃发动机的燃烧室5的进气量Ga大时，稀设定空燃比AFTl的稀程度下降。因此，即使在这种情况下，也抑制了NOX从上游侧排气净化催化剂20流出。
注意，在本实施例中，同样，以与图8和图9所示的示例相同的方式，也可以仅改变稀设定空燃比AFTl或仅改变浓设定空燃比AFTr。另外，在本实施例中，同样，稀设定空燃比AFTl和浓设定空燃比AFTr可被设定成以一定程度变动。此外，用于改变设定空燃比的进气量不一定必须是上限进气量，其也可以是较小的进气量。
图13是示出本实施例中的用于改变设定空燃比的控制中的控制例程的流程图。图示的控制例程通过每隔一定时间间隔的中断来执行。注意，图13的步骤S42至S45与图11的步骤S32至S35相似，且因此将省略说明。
在图13所示的控制例程中，在步骤S41，判定基于空气流量计39的输出等计算出的进气量Ga是否在上限进气量Galim以下。当判定为进气量Ga大于上限进气量Galim时，该例程转入步骤S42和S43，其中浓设定空燃比AFTr和稀设定空燃比AFTl分别被设定为第一设定空燃比AFTr1和第一稀设定空燃比AFTl1。另一方面，当判定为进气量Ga在上限进气量Galim以下时，该例程转入步骤S44和S45，其中浓设定空燃比AFTr和稀设定空燃比AFTl分别被设定为第二设定空燃比AFTr2和第二稀设定空燃比AFTl2。
<第三实施例>
接下来将参照图14和图15说明根据本发明的第三实施例的控制系统。第三实施例的控制系统中的构型和控制与第一实施例和第二实施例的控制系统的构型和控制基本上相似。然而，在第三实施例中，两种设定空燃比的值根据内燃发动机是否处于怠速运转中而改变。
就这一点而言，当内燃发动机处于怠速运转中时，与其处于其它运转中时相比，从燃烧室5排出的排气的温度低。结果，上游侧排气净化催化剂20的温度也变低。因此，当内燃发动机处于怠速运转中时，可以说上游侧排气净化催化剂20的温度CT是不高于硫储存上限温度CTlim的特定温度。因此，在本实施例中，根据内燃发动机是否处于怠速运转中，稀设定空燃比与理论空燃比之差(稀程度)和浓设定空燃比与理论空燃比之差(浓程度)改变。
图14是执行本实施例中的用于改变浓设定空燃比和稀设定空燃比的控制时的目标空燃比AFT等的与图6相似时间图。在图14所示的示例中，在时刻t5之前，内燃发动机未处于怠速运转中。此时，浓设定空燃比AFTr和稀设定空燃比AFTl分别被设定为第一浓设定空燃比AFTr1和第一稀设定空燃比AFTl1。
另一方面，在时刻t5，如果内燃发动机开始怠速运转，则浓设定空燃比AFTr从第一浓设定空燃比AFTr1变成第二浓设定空燃比AFTr2。另外，稀设定空燃比AFTl从第一稀设定空燃比AFTl1变成第二稀设定空燃比AFTl2。注意，在本实施例中，第一浓设定空燃比AFTr1、第一稀设定空燃比AFTl1、第二浓设定空燃比AFTr2和第二稀设定空燃比AFTl2之间的关系与第一实施例中的该关系相似。
在本实施例中，两种设定空燃比根据内燃发动机是否处于怠速运转中而改变。结果，实质上，可以说两种设定空燃比在上游侧排气净化催化剂20的温度CT变成低于硫储存上限温度CTlim的恒定温度时改变。因此，在本实施例中，同样，以与第一实施例相同的方式，可以抑制上游侧排气净化催化剂20中的硫成分的储存并且相应地可以保持上游侧排气净化催化剂20的硫成分储存量低。
此外，当内燃发动机处于怠速运转中时，供给到内燃发动机的燃烧室5的进气的量极小。因此，即使进气量等受到干扰，也几乎始终不会有大量氧和NOX流入上游侧排气净化催化剂20中。因此，抑制了因进气量等中发生的干扰而导致NOX暂时从上游侧排气净化催化剂20流出。注意，在本实施例中，同样，以与图8和图9所示的示例相同的方式，也可以仅改变稀设定空燃比AFTl或仅改变浓设定空燃比AFTr。
图15是示出本实施例中的用于改变设定空燃比的控制中的控制例程的流程图。图示的控制例程通过每隔一定时间间隔的中断来执行。注意，图15的步骤S52至S55与图11的步骤S32至S35相似，且因此将省略说明。
在图15所示的控制例程中，在步骤S51，判定内燃发动机是否处于怠速运转中。例如，基于由负荷传感器43检测出的发动机负荷和由曲柄角传感器44检测出的发动机转速来判定内燃发动机是否处于怠速运转中。这种情况下，例如，当发动机负荷在预定的怠速判定负荷以下且发动机转速在预定的怠速判定转速以下时，判定为发动机处于怠速运转中。
当在步骤S51判定为内燃发动机未处于怠速运转中时，该例程转入步骤S52和S53，其中浓设定空燃比AFTr和稀设定空燃比AFTl分别被设定为第一浓设定空燃比AFTr1和第一稀设定空燃比AFTl1。另一方面，当在步骤S51判定为内燃发动机处于怠速运转中时，该例程转入步骤S54和S55，其中浓设定空燃比AFTr和稀设定空燃比AFT分别被设定为第二浓设定空燃比AFTr2和第二稀设定空燃比AFTl2。
就这一点而言，各第一实施例至第三实施例均以执行作为空燃比控制的图5所示的控制为前提。然而，作为前提的空燃比控制不必一定是图5所示的控制。该控制可以是任何控制，只要将目标空燃比交替地设定为浓空燃比和稀空燃比即可。
作为这种控制，例如，可以设想图16所示的控制。在图16所示的控制中，同样，执行基于下游侧空燃比传感器41的输出空燃比来设定目标空燃比的目标空燃比设定控制。在该目标空燃比设定控制中，当下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn变成浓空燃比时，具体而言，当输出空燃比AFdwn变成在浓判定空燃比AFrich以下时，目标空燃比AFT被设定为稀设定空燃比AFTl(例如，图中的时刻t1、t3、t6、t8)。另一方面，当下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn变成稀空燃比时，具体而言，当输出空燃比AFdwn变成在稀判定空燃比AFlean以上时，目标空燃比AFT被设定为浓设定空燃比AFTr(例如，图中的时刻t2、t4、t7、t9)。
即使在执行这种空燃比控制的情况下，也执行与第一实施例至第三实施例相似的控制。在图16所示的示例中，在时刻t5之前，上游侧排气净化催化剂20的温度CT高于硫储存上限温度CTlim。此时，浓设定空燃比AFTr和稀设定空燃比AFTl分别被设定为第一浓设定空燃比AFTr1和第一稀设定空燃比AFTl1。
另一方面，当在时刻t5上游侧排气净化催化剂20的温度CT变成在硫储存上限温度CTlim以下时，浓设定空燃比AFTr从第一浓设定空燃比AFTr1变成第二浓设定空燃比AFTr2。另外，稀设定空燃比AFTl从第一稀设定空燃比AFTl1变成第二稀设定空燃比AFTl2。
附图标记列表
1 发动机机体
5 燃烧室
7 进气口
9 排气口
19 排气歧管
20 上游侧排气净化催化剂
24 下游侧排气净化催化剂
31 ECU
40 上游侧空燃比传感器
41 下游侧空燃比传感器

Claims (7)

1.一种内燃发动机的控制系统，所述内燃发动机包括配置在所述内燃发动机的排气通路中并且能储存氧的排气净化催化剂，
所述内燃发动机的控制系统包括用于检测或推定所述排气净化催化剂的温度的温度检测装置，执行反馈控制以使得流入所述排气净化催化剂中的排气的空燃比变成目标空燃比，并执行将所述目标空燃比交替地设定为比理论空燃比浓的浓设定空燃比和比理论空燃比稀的稀设定空燃比的目标空燃比设定控制，
其中，当已由所述温度检测装置检测或推定出的所述排气净化催化剂的温度在预定的上限温度以下时，与当其高于所述上限温度时相比，通过从作为所述稀设定空燃比与理论空燃比之差的稀程度减去作为所述浓设定空燃比与理论空燃比之差的浓程度而获得的变动差增大。
2.根据权利要求1所述的内燃发动机的控制系统，其中，当已由所述温度检测装置检测或推定出的所述排气净化催化剂的温度在所述预定的上限温度以下时，与当其高于所述上限温度时相比，所述稀设定空燃比的稀程度被设定为较大。
3.根据权利要求1或2所述的内燃发动机的控制系统，其中，当已由所述温度检测装置检测或推定出的所述排气净化催化剂的温度在所述预定的上限温度以下时，与当其高于所述上限温度时相比，所述浓设定空燃比的浓程度被设定为较小。
4.根据权利要求1或2所述的内燃发动机的控制系统，其中，所述温度检测装置是用于检测或推定所述内燃发动机的进气量的进气量检测装置，并且当由所述进气量检测装置检测或推定出的进气量在预定的上限进气量以下时，推定为所述排气净化催化剂的温度在所述上限温度以下。
5.根据权利要求1或2所述的内燃发动机的控制系统，其中，所述温度检测装置在所述内燃发动机处于怠速运转中时推定为所述排气净化催化剂的温度在所述上限温度以下。
6.根据权利要求1或2所述的内燃发动机的控制系统，还包括配置在所述排气净化催化剂的排气流动方向的下游侧并检测从所述排气净化催化剂流出的排气的空燃比的下游侧空燃比传感器，
其中，在所述目标空燃比设定控制中，当由所述下游侧空燃比传感器检测出的空燃比变成不高于比理论空燃比浓的浓判定空燃比时，所述目标空燃比切换为所述稀设定空燃比，而当所述排气净化催化剂的氧储存量变成不小于比最大可储存氧量小的预定切换基准储存量时，所述目标空燃比切换为所述浓设定空燃比。
7.根据权利要求1或2所述的内燃发动机的控制系统，还包括配置在所述排气净化催化剂的排气流动方向的下游侧并检测从所述排气净化催化剂流出的排气的空燃比的下游侧空燃比传感器，
其中，在所述目标空燃比设定控制中，当由所述下游侧空燃比传感器检测出的空燃比变成不高于比理论空燃比浓的浓判定空燃比时，所述目标空燃比切换为所述稀设定空燃比，而当由所述下游侧空燃比传感器检测出的空燃比变成不低于比理论空燃比稀的稀判定空燃比时，所述目标空燃比切换为所述浓设定空燃比。
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