CN1207489C - 发动机废气净化装置 - Google Patents

Abstract

发动机废气净化装置。一个控制器(6)根据预定释放/吸收特性计算一种催化剂(3)的氧存储量分别作为一个高速分量和一个低速分量。计算发动机的一个目标空气燃料比率，并且控制发动机的空气燃料比率，从而高速分量保持恒定。发动机(1)的空气燃料比率由一个上限和下限限制，从而高速分量向目标值收敛，防止空气燃料比率的变化，并且也防止可驱动性和燃料成本性能的损害。而且，在由于燃料切断等稀的运行之后，把下限向浓的一方降低，并且迅速产生氧存储量以收敛在目标值上。

Description

发动机废气净化装置

技术领域

本发明涉及一种装有一种催化剂的发动机废气净化装置，更具体地说，涉及一种用于废气净化装置使用催化剂的特定氧吸收/释放特性把在催化转换器中的空气燃料比率保持在化学计量下的控制装置。

背景技术

由日本专利局在1997年出版的JP-A-H9-228873公开了一种技术，其中根据发动机吸气量和流入催化剂中的废气的空气燃料比率估计存储在三元催化剂中的氧量(下文“氧存储量”)，和其中进行发动机空气燃料比率控制，从而催化剂的氧存储量基本上保持恒定。

为了把 三元催化剂的NOx(氮氧化物)、CO及HC(碳氢化合物)转换效率保持在最大值或最佳值处，催化剂气氛必须保持在化学计量空气燃料比率。通过把催化剂的氧存储量保持为恒定，当流入催化剂中的废气的空气燃料比率向贫乏移动时，在废气中的氧存储在催化剂中，而当流入催化剂中的废气的空气燃料比率向丰富移动时，释放存储在催化剂中的氧，所以能把催化剂气氛确定地保持在化学计量空气燃料比率。

在进行这种控制的废气净化装置中，催化剂的转换效率取决于催化剂的氧存储量。因此，为了把氧存储量控制到希望恒定值和把催化剂的转换效率保持在一个高/最佳值下，必须精确地计算氧存储量。

然而，这种系统具有这样的缺陷，已经证明，难以使用至今已经开发的计算方法精确地计算催化剂的氧存储量。

发明内容

相信这种缺陷产生于这样的事实：在由诸如氧化铈之类的氧存储材料缓慢地存储和释放的同时，由包含在催化剂中的贵金属(例如铂Pt)存储和释放氧，及在先技术中没有以考虑这种因素的方式计算存储的氧量。

因此，作为一种解决该问题的手段，提出借助于如下方法提高精度：通过单独计算一个高速分量/量和一个低速分量/量确定氧存储量，并因而更准确地匹配实际的吸收/释放特性。另外，提出主要根据高速分量和以把催化转换效率保持在高值下的方式保持催化剂气氛。这通过控制发动机的空气燃料比率实现，从而把高速分量基本上保持在一个目标值处恒定。

然而，如果在高速分量的存储量有效地是零时，从发动机发射和供给到催化剂的废气的空气燃料比率强烈地移入贫乏区域，或者在高速分量的存储量已经达到其最大容量时发动机空气燃料比率大大地变到丰富，即如果没有任何限制地改变空气燃料比以保持高速分量恒定，则可驱动性和燃料经济性降低。另一方面，当催化剂的氧存储容量最大时，Nox排出量往往增大，并且在这时，氧存储量必须迅速地降低到最佳量。

因此本发明旨在借助于良好的响应把存储在催化剂中的氧量控制到一个适当量，从而能把空气燃料比率控制到这样的程度，以致于催化剂的氧存储量基本上恒定，同时避免由空气燃料比率的过大变化造成的可驱动性和燃料成本性能的下降。

为了实现以上目的，本发明的一个第一方面提供一种用于发动机的废气净化装置，该装置包括：一种催化剂，提供在发动机的排气管中，所述催化剂包含这样一种材料，这样的材料以从材料迅速吸收和释放一个第一量的形式存储氧，并且以从材料缓慢吸收和释放一个第二量的形式存储氧；一个前部传感器，检测流入催化剂中的废气的空气燃料比率；及一个处理器被编程为：根据检测的废气空气燃料比率计算存储在催化剂中的第一氧量；并且计算要供给到发动机的一个目标空气燃料比率，从而在废气中的氧量把第一氧量保持在一个预定目标值处。

本发明的另一个方面在于，一种控制在可操作地与一个内燃机相连的一个催化剂转换器中的气氛的空气燃料比率的方法，该方法包括步骤：把氧存储在催化剂转换器中迅速吸收和释放氧的一种第一材料上；把氧存储在催化剂转换器中比第一材料吸收和释放氧缓慢的一种第二材料上；及控制进入催化转换器的废气的空气燃料比率，以把在第一材料上吸收的氧量控制到一个比能吸收到第一材料上的最大氧量小的预定目标量。

在这种方法中，控制废气的空气燃料比率的步骤能包括：把废气的空气燃料比率控制在上和下空气燃料比率极限内；确定第一材料是否用氧饱和；及临时减小较低空气燃料比率极限以使空气燃料混合物丰富而把存储在第一材料中的氧量向目标值迅速降低，该目标值如上述那样选择成在能由第一材料存储的氧的最大与最小量之间，并因而允许以能够快速响应进来气体的空气燃料比率波动的方式迅速存储或从第一材料释放氧。

本发明的又一个方面在于，一种用来控制在可操作地与一个内燃机相连的一个催化剂转换器中的气氛的空气燃料比率的装置，该装置包括：一种第一材料，布置在催化转换器中，迅速吸收和释放氧；一种第二材料，布置在催化转换器中，比第一材料缓慢地吸收和释放氧；一个控制装置，用来控制进入催化转换器的废气的空气燃料比率，以把在第一材料上吸收的氧量控制到一个近似为能吸收到第一材料上的最大氧量一半的目标量。

在这种情况下的控制装置也能够执行以上叙述的步骤，从而如果在所谓的“燃料切断”操作模式期间由于诸如没有燃料供给到发动机的选择汽缸产生的空气燃料比率临时缺乏，第一材料变得用氧饱和，并且另外能供给丰富的空气燃料混合物，以把存储在第一材料上的氧量迅速向目标量减小。

本发明的细节及其他特征和优点在说明书的其余部分中叙述，并且表示在附图中。

严格地讲，贵金属吸收在分子状态下的氧，而氧存储材料吸收作为化合物的氧，但在如下描述中，吸收和吸附统称为存储。而且，表达“废气空气燃料比率是丰富的”在整个说明书中用来指其中在废气中的氧浓度低于当发动机运行在化学计量空气燃料比率下时在废气中的氧浓度的情形，而表达“废气空气燃料比率是贫乏的”用来指在废气中的氧浓度高于当发动机运行在化学计量空气燃料比率下时在废气中的氧浓度的情形。表达“废气空气燃料比率是化学计量的”用来指示在废气的氧浓度等于当发动机运行在化学计量空气燃料比率下时在废气中的氧浓度。

附图说明

图1是根据本发明的一种废气净化装置的示意图。

图2表示一种催化剂的氧释放特性。

图3是流程图，表示一个用来计算催化剂的氧存储量的例行程序。

图4是流程图，表示一个用来计算流入催化剂中的废气的过流氧量的子例行程序。

图5是流程图，表示一个用来计算一个高速分量的氧释放速率的子例行程序。

图6是流程图，表示一个用来计算氧存储量的高速分量的子例行程序。

图7是流程图，表示一个用来计算氧存储量的一个低速分量的子例行程序。

图8是流程图，表示一个用来确定复位条件的例行程序。

图9是流程图，表示一个用来进行氧存储量的计算值的复位的例行程序。

图10是流程图，表示一个用来根据氧存储量计算一个目标空气燃料比率的例行程序。

图11是流程图，表示一个用来计算目标空气燃料比率的一个下限的例行程序。

图12表示其中在燃料切断之后改进下限的情形。

图13表示催化剂容量与发动机位移的比率对NOx净化性能的影响。

具体实施方式

参照附图的图1，发动机1的排气管2包括：一个包含一种催化剂3的催化转换器；一个前部、宽范围空气燃料比率传感器4(下文称作前部A/F传感器)；后部氧传感器5；及控制器6。

一个节流阀8、和一个检测由节流阀8调节的吸入空气量的空气流量计9提供在发动机1的一个吸气管7中。另外，提供一个检测发动机1的发动机转动速度的曲轴角传感器12。

包括在催化转换器中的催化剂3是具有所谓“三元”催化功能的类型，当催化剂周围的气氛处于化学计量空气燃料比率时，催化剂3以最大效率净化NOx、HC及CO。其上支撑催化剂的载体涂有诸如氧化铈之类的氧存储材料，而催化材料本身包括由流入废气的空气燃料比率控制的氧存储/释放氧的功能(下文称作氧存储功能)。把催化剂3的容量设置为由排气管2连接的发动机汽缸的总位移的1.1倍。以这种方式选择在转换器3中催化剂的容量，是因为如图13中所示由此得到要求的NOx净化性能。当多于一种催化剂提供在后部氧传感器5的上游时，把催化剂容量之和确定为是发动机汽缸的总位移的1.1倍。

催化剂3的氧存储量可以认为分成一个由在催化剂3中的贵金属(Pt、Rh、Pd)存储和释放的高速分量HO2、和一个由在催化剂3中的氧存储材料存储和释放的低速分量LO2。低速分量LO2表示比高速分量HO2存储和释放较大量的氧，然而，其存储/释放速率比高速分量HO2的慢。

而且，该高速分量HO2和低速分量LO2具有如下特性：

-当存储氧时，氧最好按高速分量HO2存储，并且仅当高速分量HO2已经达到其最大容量HO2MAX并且不能再存储时，才开始按低速分量LO2存储。

-当释放氧，并且低速分量LO2与高速分量HO2的比(LO2/HO2)小于一个预定值时，即当高速分量较大时，氧最好从高速分量HO2释放，而当低速分量LO2与高速分量HO2的比大于该预定值时，氧从高速分量HO2和低速分量LO2释放，从而低速分量LO2与高速分量HO2的比不变。

图2表示催化剂的氧存储/释放特性。垂直轴表示高速分量HO2(在贵金属中存储的氧量)，而水平轴表示低速分量LO2(在氧存储材料中存储的氧量)。

在正常运行条件下，低速分量LO2几乎是零，而只有高速分量HO2根据流入催化剂中的空气燃料比率变化，如图2中的箭头A₁所示。把高速分量HO2通常控制成例如是其最大容量的一半。

然而，当已经进行发动机燃料切断时或当发动机从预热状态重新启动(即热重新启动)时，高速分量HO2已经达到一个最大值，并且然后按低速分量LO2存储氧(见图2中的箭头A₂)。氧存储量从点X₁至点X₂变化。

当氧在点X₂处释放时，氧最好以高速分量HOSCn的形式释放。当低速分量LOSCn与高速分量HOSCn的比(即LOSCn/HOSCn)达到预定值(在图11中的X₃)时，氧从贵金属和氧存储材料以高速分量和低速分量LOSCn、HOSCn的形式以这种方式释放，其中低速分量与高速分量的比不变。就是说，按照直线踪迹L释放氧。在这种情况下，踪迹L描绘一种其中低速分量与高速分量的比是5～15(最好是10)∶1的情形。

返回图1，提供在催化剂3上游的前部A/F传感器4检测流入催化剂3中的废气的空气燃料比率，并且输出一个与废气空气燃料比率成比例的电压。提供在催化剂3下游的后部氧传感器5检测催化剂3的废气空气燃料比率是比化学计量空气燃料比率丰富还是贫乏。在这种情况下，一个较便宜氧传感器(与空气燃料比率传感器4相比较)提供在催化剂3的下游。然而，如果希望，则能代之以提供一个更昂贵/灵敏的A/F传感器。

另外，检测冷却水温度的冷却水温度传感器10装配到发动机1上。检测的冷却水温度用来确定发动机1的运行状态，并且也用来估计催化剂3的温度。

控制器6包括至少一个微处理器，典型地包括一个RAM、一个ROM及一个I/O接口。控制器6根据空气流量计9、前部A/F传感器4及冷却水温度传感器10的输出计算催化剂3的氧存储量(高速分量HO2和低速分量LO2)。

当计算氧存储量的高速分量HO2大于一个预定量(例如高速分量的最大容量HO2MAX的一半)时，控制器6布置成使发动机1的空气燃料比率丰富，并因而减小高速分量HO2。相反，当确定存储的高速氧量(HO2)小于预定量时，控制器6把发动机1的空气燃料比率调节到化学计量比率的贫乏侧，并由此增大适用于吸收的氧量，及因而增大高速氧分量HO2的量。这种类型的控制能够使高速存储氧分量HO2基本保持恒定。

然而，由于计算在延长时段上继续，计算值往往漂移，并且在计算存储氧量与事实上存储的量之间可能产生矛盾。为了补偿/校正这种误差，控制器6根据催化剂3的废气下游的检测空气燃料比率以预定时间间隔复位氧存储量的计算值，并且以真实氧存储量校正这种矛盾。

具体地说，当由后部氧传感器5确定流离催化剂3的废气的空气燃料比率是贫乏的时，假定至少高速分量HO2是最大值，并且把高速分量HO2复位到反映一个最大容量。当由后部氧传感器5确定流离催化剂3的废气的空气燃料比率是丰富的时，假定氧已既不从高速分量HO2而且也不从低速分量LO2释放，从而把高速分量HO2和低速分量LO2复位到反映一个最小容量。

其次，将描述由控制器6进行的控制。

首先，将描述氧存储量的计算，随后根据氧存储量复位氧存储量的计算值、和发动机1的空气燃料比率控制。

图3表示用来计算存储在催化剂3上/中的氧存储量的一个例行程序。该例行程序在控制器6中以预定间隔执行。

首先在步骤S1，读出冷却水温度传感器10、曲轴角传感器12及空气流量计9的输出作为发动机1的运行参数。在步骤S2，根据这些参数的另一个估计催化剂3的一个温度TCAT。在步骤S3，通过比较估计催化剂温度TCAT和一个催化剂活化温度FACTo(例如300℃)，确定是否已经活化催化剂3。

当确定已经达到催化剂活化温度TACTo时，例行程序转到一个步骤S4以计算催化剂3的氧存储量。当确定还没有达到催化剂活化温度TACTo时，假定催化剂3既不存储也不释放氧，所以终止处理。

在步骤S4，执行一个用来计算氧过剩/缺少量O2IN的子例行程序(图4)，并且计算流入催化剂3中的废气的氧过剩/缺少量。在步骤S5，执行用来计算氧存储量的高速分量的一个氧释放速率A的一个例行程序(图5)，并且计算高速分量的氧释放速率A。

而且，在步骤S6，执行一个用来计算氧存储量的高速分量HO2的子例行程序(图6)，并且根据氧过剩/缺少量O2IN和高速分量的氧释放速率A，计算高速分量HO2、和过流到低速分量LO2中没有作为高速分量HO2存储的氧量OVERFLOW。

在步骤S7，根据过流氧量OVERFLOW，确定流入催化剂3中的氧过剩/缺少量O2IN是否都已经作为高速分量HO2存储。当所有氧过剩/缺少量O2IN都已经作为高速分量存储时，即当OVERFLOW是零时，终止处理。然而，在其他情况下，例行程序转到步骤S8，执行一个用来计算低速分量LO2的子例行程序(图7)，其中根据从高速分量HO2过流的过流氧量OVERFLOW，计算低速分量LO2。

在这种情况下，由发动机1的冷却水温度、发动机负载及发动机转动速度估计催化剂温度TCAT。然而，不如此限制本发明，并且有可能对于催化剂3布置一个温度传感器11，如图1中所示，使得能够直接测量催化剂3的温度。

当催化剂温度TCAT小于活化温度TCATo时，不计算氧存储量，并且跳过步骤S4-S8，及以以后描述的方式，在高速分量的氧释放速率A或低速分量的氧存储/释放速率B中可以反映催化剂温度TCAT的影响。

其次，将描述从步骤S4至S6和在步骤S8中执行的子例行程序。

图4表示用来计算流入催化剂3中的废气的氧过剩/缺少量O2IN的子例行程序。在该子例行程序中，根据催化剂3废气上游的空气燃料比率和发动机1的吸入空气量，计算流入催化剂3中的废气的氧过剩/缺少量O2IN。

首先在步骤S11，读前部A/F传感器4的输出和空气流量计9的输出。

其次，在步骤S12，使用一张预定转换表把前部A/F传感器4的输出转换成流入催化剂3中的废气的过剩/缺乏氧浓度FO2。这里，过剩/缺乏氧浓度FO2是基于在化学计量空气燃料比率下的氧浓度的相对浓度。如果废气空气燃料比率等于化学计量空气燃料比率，则它是零，如果它比化学计量空气燃料比率丰富，则它具有一个负值，而如果它比化学计量空气燃料比率贫乏，则它具有一个正值。

在步骤S13，使用一张预定转换表把空气流量计9的输出转换成一个吸入空气量Q×t，其中Q＝由吸入空气流量表示的废气流量，并且t＝循环时间。在步骤S14，把在步骤S13计算的吸入空气量Q×t乘以在步骤S12中计算的过剩/缺乏氧浓度FO2，以计算流入催化剂3中的废气的过剩/缺乏氧量O2IN。当过剩/缺乏氧浓度FO2具有以上特性时，在流入催化剂3中的废气是化学计量空气燃料比率时，过剩/缺乏氧量O2IN是零，在它丰富时是一个负值，而在它贫乏时是一个正值。

图5表示一个用来计算氧存储量的高速分量的氧释放速率A的子例行程序。在该子例行程序中，由于高速分量HO2的氧释放速率受低速分量LO2的影响，所以根据低速分量LO2计算高速分量的氧释放速率A。

首先在步骤S21，确定低速分量相对于高速分量的比值LO2/HO2是否小于一个预定值AR(例如AR＝10)。

在确定比值LO2/HO2小于预定值AR的情况下，即当高速分量HO2比低速分量LO2较大时，例行程序转到步骤S22，并且把高速分量的氧释放速率A设置为1.0，表示首先从高速分量HO2释放氧的事实。

另一方面，当确定比值LO2/HO2不小于预定值AR时，从高速分量HO2和低速分量LO2都释放氧，从而低速分量LO2与高速分量HO2的比值不变。例行程序然后转到步骤S23，并且基于比值LO2/HO2不会变化计算的高速分量的氧释放速率值A。

图6表示一个用来计算氧存储量的高速分量HO2的子例行程序。在该子例行程序中，根据流入催化剂3中的废气的氧过剩/缺少量O2IN和高速分量的氧释放速率A，计算高速分量HO2。

首先，在步骤S31根据氧过剩/缺少量O2IN确定存储还是释放高速分量HO2。当流入催化剂3中的废气的空气燃料比率缺乏，并且氧过剩/缺少量O2IN大于零时，确定正在存储高速分量HO2，例行程序转到步骤S32，并且由如下公式(1)计算高速分量HO2：

HO2＝HO2z+O2IN.........(1)

其中：

O2IN＝FO2×Q×t，并且

HO2z＝在上次运行确定的高速分量HO2的值。

另一方面，当确定氧过剩/缺少量O2IN小于零，并且正在释放高速分量时，例行程序转到步骤S33，并且由如下公式(2)计算高速分量HO2：

HO2＝HO2z+O2IN×A.........(2)

其中：A＝高速分量HO2的氧释放速率。

在步骤S34、S35，确定计算的HO2是否超过高速分量的最大容量HO2MAX，或者它是否小于最小容量HO2MIN。这里把最小容量HO2MIN设置为零。

当高速分量HO2超过最大容量HO2MAX时，例行程序转到步骤S36，并且由如下公式(3)计算流出的没有作为高速分量HO2存储的过流氧量(过多量)OVERFLOW：

OVERFLOW＝HO2-HO2MAX.........(3)

这里，高速分量HO2由最大容量HO2MAX限制。

当高速分量HO2小于最小容量HO2MIN时，例行程序转到步骤S37，并且由如下公式(4)计算没有作为高速分量HO2存储的过流氧量(缺少量)OVERFLOW：

OVERFLOW＝HO2-HO2MIN.........(4)

高速分量HO2也由最小容量HO2MIN限制。

 当高速分量HO2位于最大容量HO2MAX与最小容量HO2MIN之间时，流入催化剂3中的废气的氧过剩/缺少量O2IN都作为高速分量HO2存储，例行程序转到步骤S38，并且把零设置为过流氧量OVERFLOW。

当高速分量HO2大于最大容量HO2MAX或小于最小容量HO2MIN时，从高速分量HO2过流的过流氧量OVERFLOW作为低速分量LO2存储。

图7表示一个用来计算氧存储量的低速分量LO2的子例行程序。在该子例行程序中，根据从高速分量HO2已经过流的过流氧量OVERFLOW计算低速分量LO2。

根据这点，在步骤S41中，由如下公式(5)计算低速分量LO2：

LO2＝LO2z+OVERFLOW×B.........(5)

其中LO2z＝紧在低速分量LO2前面的值，并且

B＝用于低速分量的氧存储/释放速率。

这里，用于低速分量的氧存储/释放速率B设置成一个小于1的正值，但真实存储/释放速率受催化剂温度TCAT和低速分量LO2的影响，所以能把存储速率和释放速率设置成独立地变化。在这种情况下，当过流氧量OVERFLOW为正时，氧处于过剩，并且把在这时的氧存储速率例如设置为一个随催化剂温度TCAT增大而增大或随低速分量LO2增大而减小的值。而且，当过流氧量OVERFLOW为负时，氧缺少，并且把这时的氧释放速率可以设置为一个随催化剂温度TCAT增大而增大或随低速分量LO2增大而增大的值。

在步骤S42、S43，以与在计算高速分量HO2时相同的方式，确定计算的低速分量LO2是否已经超过一个最大容量LO2MAX或者小于一个最小容量LO2MIN，这里，把最小容量LO2MIN设置为零。

当超过最大容量LO2MAX时，例行程序转到步骤S44，由如下公式(6)计算已经从低速分量LO2过流的一个氧过剩/缺少量O2OUT：

O2OUT＝LO2-LO2MAX.........(6)

并且低速分量LO2由最大容量LO2MAX限制。氧过剩/缺少量O2OUT从催化剂3的下游流出。

另一方面，当低速分量LO2小于最小容量时，例行程序转到步骤S45，并且把低速分量LO2由最小容量LO2MIN限制。

其次，将描述由控制器6完成的氧存储量的计算值的重置。通过重置氧存储量的计算值，消除至此已经积累的计算误差，并且能提高氧存储量的计算精度。

图8表示一个用来确定适用于重置的条件是否存在的例行程序。更具体地说，该例行程序由催化剂3下游的氧浓度确定用来重置氧存储量(高速分量HO2和低速分量LO2)的条件是否保持，并且设置一个标志Frich和一个标志Flean。

首先在步骤51，读检测催化剂3下游的氧浓度的后部氧传感器5的输出。以后，在步骤S52、S53，把后部氧传感器输出RO2与一个贫乏确定阈值LDT、和与一个丰富确定阈值RDT相比较。

当后部氧传感器输出RO2小于贫乏确定阈值LDT时，例行程序转到步骤S54，并且把标志Flean设置为表示用于氧存储量的贫乏复位条件保持的“1”。当后部氧传感器输出RO2超过丰富确定阈值RDT时，例行程序转到步骤S55，并且把标志Frich设置为表示用于氧存储量的丰富复位条件保持的“1”。

当后部氧传感器输出RO2位于贫乏确定阈值LDT与丰富确定阈值RDT之间时，例行程序转到步骤S56，并且把标志Flean和Frich设置为表示贫乏复位条件和丰富复位条件不保持的“0”。

图9表示一个用来复位氧存储量的例行程序。

根据该程序，步骤S61、S62根据标志Flean和Frich的值的变化确定贫乏复位条件或丰富复位条件是否保持。

当标志Flean从“0”变到“1”，并且确定贫乏复位条件保持时，例行程序转到步骤S63，并且把氧存储量的高速分量HO2复位到最大容量HO2MAX。在这时，不进行低速分量LO2的复位。另一方面，当标志Frich从“0”变到“1”，并且确定丰富复位条件保持时，例行程序转到步骤S64，并且把氧存储量的高速分量HO2和低速分量LO2分别复位到最小容量HO2MIN、LO2MIN。

在这些条件为什么进行复位的原因在于，当低速分量LO2的氧存储速率较慢时，即使当高速分量HO2达到最大容量时低速分量LO2还没有达到最大容量，在催化剂3的下游氧也过流，而当催化剂下游的废气空气燃料比率变得贫乏时，可以认为至少高速分量HO2已经达到最大容量。

当催化剂下游的废气空气燃料比率变得丰富时，由于从释放氧较慢的低速分量LO2不释放氧，所以可以认为高速分量HO2和低速分量LO2都处于其相应最小容值。

其次，将描述由控制器6进行的空气燃料比率控制(氧存储量恒定控制)。

图10表示一个用来根据氧存储量计算一个目标空气燃料比率的例行程序。

首先在步骤S71中，读当前氧存储量的高速分量HO2和低速分量LO2。在步骤S72，计算在当前高速分量HO2与高速分量的一个目标值TGHO2之间的一个偏差DHO2(＝由催化剂3需要的氧过剩/缺少量)。把高速分量的目标值TGHO2设置为例如高速分量的最大容量HO2MAX的一半。

在步骤S73，把计算的偏差DHO2转换成一个空气燃料比率等效值，并且设置发动机1的一个目标空气燃料比率T-A/F。在步骤S74，一个子例行程序依据低速分量LO2根据运行条件设置目标空气燃料比率T-A/F的下限LOLMT。这将在以后详细描述。

在步骤S75、S76中，把目标空气燃料比率T-A/F与上限UPLMT和下限LOLMT相比较。当目标空气燃料比率T-A/F超过上限UPLMT(例如15.0)时，例行程序转到步骤S77，并且目标空气燃料比率T-A/F由上限UPLMT限制。当它小于下限LOLMT时，目标空气燃料比率T-A/F由下限LOLMT限制。

因此，根据该例行程序，当高速分量HO2小于目标值TGHO2时，把发动机1的目标空气燃料比率设置为贫乏的，并且增大高速分量HO2；而它超过目标值TGHO2时，把发动机1的目标空气燃料比率设置为丰富的，并且减小高速分量HO2，但限制目标空气燃料比率，从而它不会超过上限UPLMT或下限LOLMT。以这种方式，防止驱动性和燃料成本性能的损害。

根据发动机运行状态和低速分量LO2设置在这时的目标空气燃料比率的下限LOLMT。这点将参照图11描述。表示在图11中的例行程序按以上描述的图10的一个子例行程序(步骤S74)执行。

首先在步骤S81，确定是否由于减速等进行发动机1的燃料切断和从燃料切断的恢复出现。通过监视来自燃料控制系统的信号、或通过检测燃料切断条件，确定燃料切断的存在或不存在。例如，当发动机转速大于一个基准值、没有压下加速踏板、及变速箱的齿轮位置不在中位时，执行由减速造成的燃料切断。当发动机转速已经变得小于一个下基准值，或者压下加速踏板时，终止对于这些条件开始的燃料切断。因此，通过监视这些条件，能确定在减速期间从燃料切断的恢复。

当在步骤S81确定有从燃料切断的恢复时，例行程序转到步骤S82。在步骤S82，把更多在丰富侧的一个极限值LOLMT1设置为一个新的下限LOLMT，并且把一个标志FHi设置到“1”，表示由于下限LOLMT的改进适用的空气燃料比率已经在丰富方向上扩展。在初始状态下，标志FHi是“0”。把下限LOLMT例如通常设置到约14.4，而把极限值LOLMT1设置到约14.0。

另一方面，当在步骤S81确定从燃料切断的恢复没有出现时，例行程序转到步骤S83。并且确定标志FHi是否是“1”。当标志FHi是“1”，意味着如上述那样适用空气燃料比率正在扩展时，例行程序转到步骤S84。

在步骤S84，确定后部氧传感器输出RO2是否小于一个丰富确定阈值RDT2。当它小于丰富确定阈值RDT2时，终止例行程序，保持在步骤S82中设置的下限LOLMT(＝LOLMT1)，并且适用空气燃料比率的扩展继续。另一方面，当后部氧传感器输出RO2大于丰富确定阈值RDT2时，确定催化剂3的氧存储量已经有效地返回目标量，所以在步骤S85把标志FHi设置到“0”以终止适用空气燃料比率的扩展处理。可能注意到，当催化剂3的计算氧存储量已经达到一个预定目标值时，下限可以返回到其与以后描述的低速分量LO2一致的原始值。

当发动机的运行状态免于燃料切断(即“没有燃料切断”)时，或者当终止适用空气燃料比率的以上扩展处理时，标志FHi是“0”。在这种情况下，例行程序从步骤S83转到步骤S86，并且根据氧存储量的低速分量LO2设置目标空气燃料比率的下限值LOLMT。特别是，下限LOLMT例如通过查阅一个预定表格设置。当低速分量LO2在从零至一个预定量的范围内的同时，把它设置到一个稍小于化学计量空气燃料比率的值(例如14.4)，并且当低速分量大于预定量时，把它设置到一个更小的值(例如12.0)。以这种方式，当低速分量LO2较大，并且高速分量HO2的释放速率正在下降时，下限LOLMT向丰富侧变化，以便使高速分量HO2迅速在目标值TGHO2上收敛。

这里，当检测到从燃料切断的恢复时(步骤S81)，下限LOLMT向丰富侧变化。然而，当后部氧传感器输出RO2变得小于一个贫乏确定阈值LDT2时，即当流出催化剂的废气的空气燃料比率已经成为小于一个预定值时，可能产生这种向丰富侧的变化，假定发动机1已经运行在贫乏空气燃料比率下。

其次，将描述由以上控制进行的整个动作。

在根据本发明的废气净化装置中，当发动机1启动时，催化剂3的氧存储量的计算开始，并且控制发动机1的空气燃料比率，从而催化剂3的氧存储量是恒定的，以便把催化剂3的转换效率保持在一个最大值下。

根据流入催化剂3的废气的空气燃料比率和发动机1的吸入空气量估计催化剂3的氧存储量，并且根据实际特性把氧存储量的计算划分成高速分量HO2和低速分量LO2。具体地说，进行计算，假定当存储氧时，最好按高速分量HO2存储氧，而当已不能按高速分量HO2存储氧时，按低速分量LO2开始存储氧。计算也假定，当释放氧，并且低速分量LO2和高速分量HO2的比(LO2/HO2)小于固定比例时，最好从高速分量HO2释放氧，而当比值LO2/HO2达到固定比例时，既从低速分量LO2又从高速分量HO2释放氧以保持该比值LO2/HO2。

当计算氧存储量的高速分量HO2大于目标值时，控制器6通过把发动机1的空气燃料比率控制成丰富的而减小高速分量，而当它小于目标值时，通过把空气燃料比率变成贫乏和增大高速分量HO2，把高速分量HO2收敛到目标值TGHO2。

在这时，由于目标空气燃料比率由上限UPLMT和下限LOLMT限制，所以防止使高速分量HO2收敛在目标值TGHO2上的空气燃料比率的过大变化，并且防止可驱动性或燃料成本性能的损害。然而，如果氧存储量在减速期间由于燃料切断而突然增大，如以上描述的那样，则NOx排放量增大，条件是该量不迅速返回一个适当值，所以在这些贫乏运行条件之后，把下限LOLMT变到一个比通常更丰富的值。因此，氧存储量的高速分量HO2能迅速返回目标值TGHO2，并且能把跟随产生贫乏条件的燃料切断等的NOx排放抑制到最小值。

图12表示其中在燃料切断之后改进下限LOLMT的情形。当低速分量LO2较大时，氧也从低速分量LO2释放，并且从高速分量HO2的氧释放变得更困难。结果，如果空气燃料比率由于下限不能变到一个相当丰富的值，则高速分量HO2收敛在目标值TGHO2上将占用时间。然而，根据本发明，当低速分量LO2较大时，把目标空气燃料比率的下限LOLMT向丰富侧校正，所以空气燃料比率能按必需的那样大大地移向一个丰富设置值移动，并且能诱导高速分量HO2迅速收敛回目标值TGHO2。

形成用于本申请的基础并且对于优先权的要求所基于的日本专利申请P2000-49178(于2000年2月25日申请)的全部内容通过参考包括在这里。

尽管通过参考有限个实施例以上已经描述了本发明，但并不如此限制本发明，并且按照以上讲授，上述实施例的改进和变化对于熟悉本专业的技术人员是不言自明的。参照如下权利要求书定义本发明的范围。

如上所述，根据本发明的废气净化装置，作为一种用于带有一种存储氧的催化剂的发动机系统的的废气净化装置是有用的。由于能迅速控制到一个目标量的催化剂的存储量/分量依赖于控制目的，所以有可能同时防止发动机空气燃料比率的过大变化，并且把废气催化剂的净化性能保持在一个希望的较高值。

Claims (17)

1.一种用于一个发动机(1)的废气净化装置，包括：

一种催化剂(3)，提供在发动机(1)的排气管(2)中，所述催化剂包含这样一种材料，这样的材料以从材料迅速吸收和释放一个第一量的形式存储氧，并且以从材料缓慢吸收和释放一个第二量的形式存储氧，

一个前部传感器(4)，检测流入催化剂(3)中的废气的空气燃料比率；及

一个处理器(6)被编程为：

根据检测的废气空气燃料比率计算存储在催化剂中的第一氧量；并且

计算要供给到发动机(1)的一个目标空气燃料比率，从而在废气中的氧量把第一氧量保持在一个预定目标值处。

2.根据权利要求1所述的废气净化装置，其中把处理器编程成：

把目标空气燃料比率限制到一个下限，此时计算的目标空气燃料比率小于该下限，

在发动机(1)已经运行在一个预定稀的空气燃料比率之后，向浓的一方降低下限，

根据限制之后的目标空气燃料比率，控制发动机(1)的空气燃料比率。

3.根据权利要求1所述的废气净化装置，其中把处理器进一步编程成：把目标空气燃料比率限制到一个上限，此时计算的目标空气燃料比率超过该上限。

4.根据权利要求1所述的废气净化装置，其中当发动机(1)运行在其中已经切断至发动机(1)的多个汽缸的至少一个的燃料供给的条件下时，产生预定的稀的空气燃料混合物。

5.根据权利要求1所述的废气净化装置，其中进一步包括一个检测流出催化剂(3)的废气的空气燃料比率是否比化学计量空气燃料比率浓或稀的后部传感器(5)，并且其中处理器(6)进一步编程成，当流出催化剂(3)的废气的空气燃料比率已经变得比一个预定阈值稀时，把下限从一个第一值向在浓的一方侧的一个第二值降低。

6.根据权利要求1所述的废气净化装置，其中处理器(6)进一步编程成，当流出催化剂(3)的废气的空气燃料比率变得比一个浓的确定阈值浓时，把下限升高回第一值。

7.根据权利要求1所述的废气净化装置，其中催化剂(3)总容量等于或大于发动机的发动机汽缸的总位移的1.1倍。

8.根据权利要求1至8所述的废气净化装置，其中处理器(6)进一步编程成，当确定催化剂(3)的氧存储量是一个预定量时，把下限升高到第一值。

9.根据权利要求1所述的废气净化装置，其中处理器(6)进一步编程成，分别计算第一量和第二量。

10.根据权利要求1所述的废气净化装置，其中处理器(6)进一步编程成，当计算的第二量大于一个预定量时，向浓的一方降低下限。

11.根据权利要求1所述的废气净化装置，其中所述催化剂(3)中包含的材料包括第一材料和第二材料；所述处理器(6)进一步编程为：

根据一个检测发动机操作参数，确定流入催化转换器中氧的总流量；

通过在一个预定时间段上积分总流量，估计存储在迅速吸收和释放氧的第一材料和比第一材料存储和释放氧更缓慢的第二材料上的氧存储量；

计算在存储在第一材料上的估计氧存储量与用于第一材料的目标氧存储值之间的差；

确定供给到把存储在第一材料上的氧量调节到第一材料的目标氧存储值的催化转换器的废气的空气燃料比率值的变化；

确定用于空气燃料比率变化的一个最大值；

把空气燃料比率的变化限制到比最大值小的一个值。

12.根据权利要求11所述的废气净化装置，其中处理器(6)进一步编程为：

确定第一材料是否已经用氧饱和；和

响应所述确定增大最大值。

13.根据权利要求1所述的废气净化装置，其中所述催化剂(3)中包含的材料包括第一材料和第二材料；所述处理器(6)进一步编程为：

把氧存储在催化转换器中一种迅速吸收和释放氧的的第一材料上；

把氧存储在催化转换器中一种比第一材料存储和释放氧更缓慢的第二材料上；及

及控制进入催化转换器的废气的空气燃料比率，以把在第一材料上吸收的氧量控制到一个比能吸收到第一材料上的最大氧量小的预定目标量。

14.根据权利要求1所述的废气净化装置，进一步包括：

一种第一材料，布置在催化转换器中，迅速吸收和释放氧；

一种第二材料，布置在催化转换器中，比第一材料更缓慢地吸收和释放氧；

一个控制装置，用来控制进入催化转换器的废气的空气燃料比率，以把在第一材料上吸收的氧量控制到一个在能吸收到第一材料上的最大与最小氧量之间的一个目标量。

15.根据权利要求13所述的废气净化装置，其中第一材料是贵金属，而第二材料是氧化铈。

16.根据权利要求13所述的废气净化装置，其中第一材料包括铂。

17.根据权利要求13所述的废气净化装置，其中催化剂是一种净化来自发动机的废气中的氮氧化物、CO及碳氢化合物的三元催化剂。

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