CN1712689A - 内燃机的空燃比控制装置 - Google Patents

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Abstract

一种内燃机的空燃比控制装置，具有：对催化剂(3)上游侧的氧气浓度(AF1)进行检测的氧气浓度传感器(4)；对催化剂(3)下游侧的氧气浓度(AF2)进行检测的氧气浓度传感器(5)；对向内燃机(1)供给的燃料进行调节的喷嘴驱动手段(7)；使空燃比(AF1)与第1目标空燃比(AFo1)保持一致的第1空燃比控制手段(8)；使空燃比(AF2)与第2目标空燃比(AFo2)保持一致的第2空燃比控制手段(9)；以及对第2目标空燃比(AFo2)进行设定的目标空燃比设定手段(10)。目标空燃比设定手段(10)将第2目标空燃(AFo2)设定成浓于理论空燃比的一侧，使催化剂劣化时的NOx净化率成为最大，即使催化剂劣化时也能维持高的NOx净化率。

Description

内燃机的空燃比控制装置
技术领域
本发明涉及比如搭载于车辆的内燃机的空燃比控制装置，特别是涉及即使在三元催化剂的劣化时也能维持于NOx净化率高的状态的技术。
背景技术
传统的内燃机的空燃比控制装置，具有：设置于内燃机的排气通路中、同时对排气中的HC、CO、NOx进行净化的三元催化剂(以下简称为“催化剂”)；对催化剂的上游侧的第1空燃比进行检测的第1空燃比传感器；对催化剂的下游侧的第2空燃比进行检测的第2空燃比传感器；以及对空燃比进行控制的控制器，从第1空燃比和吸入空气量算出催化剂的氧气存储量，使氧气存储量与目标氧气存储量一致，以此要求来对内燃机的空燃比进行控制(例如、参照专利文献1)。
下面说明上述传统装置的动作。
众所周知，催化剂在理论空燃比的附近能发挥出高净化性能，但当动作点偏离理论空燃比时，会使净化效率下降，故为了对应于暂时性的空燃比的偏差，在催化剂中设定有氧气存储能力。
根据上述的氧气存储能力，催化剂在稀于理论空燃比一侧时，吸取排气中的氧气，直至氧气存储量达到饱和，可将催化剂氛围维持于理论空燃比。
又，在浓于理论空燃比一侧时，将催化剂保持着的氧气放出，直至将氧气存储量消耗，可将催化剂氛围维持于理论空燃比。
控制器是从由第1空燃比换算所求取的氧气过剩率和该时刻的吸入空气量中，对被催化剂吸收或放出的氧气量进行累计，将氧气存储量控制成目标氧气存储量，由此来将催化剂氛围确保成理论空燃比。
又，第1空燃比传感器由于暴露在高排气温度中，会发生检测信号的输出变动，故为了修正这一变动，控制器使用第2空燃比传感器来修正与理论空燃比的误差，以将催化剂下游的空燃比确保成理论空燃比。
下面说明催化剂的新品时和劣化时的、与HC和NOx对应的净化特性。
比如，当催化剂是新品时，HC净化率相对于第2空燃比传感器的检测空燃比，在理论空燃比的附近为最大，随着离向浓的一侧或者稀的一侧，则逐渐下降，但下降幅度具有小且大致平坦的特性。
另一方面，NOx净化率在理论空燃比的附近为最大，在浓的一侧是缓慢地下降，而在稀的一侧则具有急速下降的特性。
又，HC的净化率，当催化剂正在进行劣化时，虽然相比于新品时要低，但在理论空燃比的附近保持着高净化率。
另一方面，NOx的净化率，偏离规定值(浓于理论空燃比的一侧)的附近的空燃比中的下降程度加大，即使在理论空燃比的附近也明显地下降。
考虑到与催化剂劣化的进展程度相对应的NOx净化率特性，随着劣化程度的加大，偏离上述规定值附近的空燃比中的净化率的下降程度进一步增大，即使是理论空燃比的附近，净化率也大幅度下降。
其结果，可以看出，在理论空燃比处，当催化剂是新品时，尽管可维持于大致最大的NOx净化率，但随着催化剂劣化的进展，NOx净化率会大幅度下降下去。
即，虽然催化剂是按照新品时HC、CO、NOx的净化率在理论空燃比附近为高的状态进行了设计，但在实际使用条件下，因各种因素会促使催化剂劣化的进展，使净化能力下降。
比如，作为热劣化的要因之一是高温的排气热，催化剂内的铂、钯、铑等的贵金属的粒子构造因高温而逐渐变形，使贵金属的净化能力下降。
又，作为被毒劣化的要因之一是在燃料中含有的铅、硫和磷等，这些成分被贵金属吸附而被毒化，使贵金属的净化能力下降。
即，在传统装置中，因将催化剂控制成理论空燃比，当催化剂是新品时，虽然可以保持高净化率，但当催化剂劣化进展时，则难以维持初期的净化性能。
[专利文献1]日本专利特开2001-234789号公报
在传统的内燃机的空燃比控制装置中，由于将催化剂的下游侧的空燃比控制成理论空燃比，当催化剂是新品时，无论HC、CO、NOx均能维持高净化率，但催化剂劣化时，虽然对于HC能维持高净化率，但存在着NOx净化率大幅度下降的问题。
发明内容
本发明就是为了解决上述问题而作成的，其目的在于，提供即使催化剂劣化时也能维持高NOx净化率的内燃机的空燃比控制装置。
本发明的内燃机的空燃比控制装置，具有：设置于内燃机的排气系统中、将排气中的有害物质除去用的催化剂；对催化剂的上游侧的排气的第1氧气浓度进行检测的第1氧气浓度传感器；对催化剂的下游侧的排气的第2氧气浓度进行检测的第2氧气浓度传感器；向内燃机供给燃料的喷嘴；对从喷嘴向内燃机供给的燃料进行调节的喷嘴驱动手段；对喷嘴驱动手段进行控制、以使对应于第1氧气浓度传感器的检测信号的第1空燃比与第1目标空燃比保持一致的第1空燃比控制手段；对第1目标空燃比进行设定、以使对应于第2氧气浓度传感器的检测信号的第2空燃比与第2目标空燃比保持一致的第2空燃比控制手段；以及对第2目标空燃比进行设定的目标空燃比设定手段，目标空燃比设定手段，存储有按照与内燃机的排气系统的空燃比相对应的催化剂的NOx净化率特性所形成的第1规定值，将第2目标空燃比设定成浓于理论空燃比一侧且在催化剂劣化时也成为最大NOx净化率的第1规定值。
采用本发明，即使催化剂劣化时，也能维持高NOx净化率的状态。
附图说明
图1为表示本发明的实施形态1中的内燃机的空燃比控制装置的区段结构图。
图2为表示催化剂的下游侧的氧气浓度传感器(λ型传感器)的输出电压特性的说明图。
图3为表示催化剂的上游侧的氧气浓度传感器(直线型传感器)的输出电压特性的说明图。
图4为表示催化剂对HC和NOx的净化率特性的说明图。
图5为表示与催化剂的劣化程度对应的NOx净化率特性变化的说明图。
图6为表示与催化剂劣化时的车辆行驶时的车速变化相对应的HC和NOx排出量的说明图。
图7为表示本发明的实施形态2中的内燃机的空燃比控制装置的区段结构图。
图8为表示与λ型的氧气浓度传感器的空燃比相对应的输出电压的温度特性的说明图。
图9为有关元件(日文：素子)温度方面对图8的输出电压特性进行整理所表示的说明图。
图10为表示根据图9的温度特性而设定的修正值的说明图。
图11为表示吸入空气量与元件温度的关系的说明图。
图12为表示不同的运转状态下的劣化后的催化剂的NOx净化率特性的说明图。
图13为表示本发明的实施形态3中的根据运转状态所设定的修正值的说明图。
图14为表示车辆行驶时的λ型的氧气浓度传感器的元件温度的频度分布的说明图。
图15为表示600℃的元件温度下的λ型的氧气浓度传感器的输出电压特性的说明图。
具体实施方式
[实施形态1]
下面参照附图说明本发明的实施形态1。
图1为表示本发明的实施形态1中的内燃机的空燃比控制装置的区段结构图。
图1中，构成内燃机的发动机1的排气管2中，设置有除去排气中的有害物质用的催化剂3。
在发动机1的吸气管中，设置有向发动机1供给燃料用的喷嘴11。
在催化剂3的上游侧，设置有作为第1氧气浓度传感器的直线型传感器氧气浓度传感器(以下简称为“氧气浓度传感器”)4。
氧气浓度传感器4，对催化剂3的上游侧的排气的第1氧气浓度进行检测，输出与第1空燃比AF1对应的检测信号。
在催化剂3的下游侧，设置有第2氧气浓度传感器(以下简称为“氧气浓度传感器”)5。
氧气浓度传感器5，对催化剂3的下游侧的排气的第2氧气浓度进行检测，输出与第2空燃比AF2对应的检测信号。
将氧气浓度传感器4和氧气浓度传感器5的各检测信号输入到控制器6。
又，在发动机1中，设置有检测发动机1的运转状态的各种传感器12，将各种传感器12的检测信号输入到控制器6中。
控制器6由微处理器、ROM、RAM、I/O接口等构成，根据与第1和第2的空燃比AF1、AF2对应的各检测信号和来自各种传感器12的检测信号(运转状态)，生成对喷嘴11的驱动控制信号，对供给于发动机1的燃料空燃比进行控制。
控制器6包括：生成对喷嘴11的驱动控制信号的喷嘴驱动手段7、生成对喷嘴驱动手段7的燃料修正系数Kc的第1空燃比控制手段8、设定对第1空燃比控制手段8的第1目标空燃比AFo1的第2空燃比控制手段9、以及设定对第2空燃比控制手段9的第2目标空燃比AFo2的目标空燃比设定手段10。
喷嘴驱动手段7，与燃料修正系数Kc对应地驱动喷嘴11，对供给于发动机1的燃料进行调节。
第1空燃比控制手段8，生成燃料修正系数Kc，以使对应于氧气浓度传感器4的检测信号的第1空燃比AF1与第1目标空燃比AFo1保持一致的状态对喷嘴驱动手段7进行控制。
第2空燃比控制手段9，以使对应于氧气浓度传感器5的检测信号的第2空燃比AF2与第2目标空燃比AFo2保持一致的状态对第1目标空燃比AFo1进行设定。
目标空燃比设定手段10中，存储有按照与发动机1的排气系统的空燃比相对应的催化剂3的NOx净化率特性所形成的第1规定值，并将第2目标空燃比AFo2设定成浓于理论空燃比(＝14.7)一侧且在催化剂3劣化时也成为最大NOx净化率的第1规定值。
具体来讲，目标空燃比设定手段10是将成为催化剂3的最大NOx净化率的电压值作为与氧气浓度传感器5的检测信号(输出电压)进行比较的基准电压值，作为第2目标空燃比AFo2来进行设定。
第2空燃比控制手段9具有减法运算器91和PI控制器92。
减法运算器91是将表示第2空燃比AF2的氧气浓度传感器5的检测信号与第2目标空燃比AFo2进行比较，算出两者的空燃比偏差(＝AFo2-AF2)。
PI控制器92对由减法运算器91算出的第2空燃比偏差进行PI控制，算出第1目标空燃比AFo1。
又，第1空燃比控制手段8具有减法运算器81和PID控制器82。
减法运算器81是将表示第1空燃比AF1的氧气浓度传感器4的检测信号与第1目标空燃比AFo1进行比较，算出两者的空燃比偏差(＝AFo1-AF1)。
PID控制器82对由减法运算器81算出的第1空燃比偏差进行PID控制，算出燃料修正系数Kc。
图2为表示催化剂3的下游侧的氧气浓度传感器5(λ型传感器)的输出电压[V]的特性的说明图。
图2中，氧气浓度传感器5的输出电压，具有与传感器氛围的空燃比的变化对应的、理论空燃比(空气过剩率λ＝1)的附近会发生急速变化那样的双值的特性。
即，氧气浓度传感器5的输出电压，在浓于空燃比的一侧约为0.8V，在稀于空燃比的一侧约为0.1V。
图3为表示催化剂3的上游侧的氧气浓度传感器4(直线型传感器)的输出电压[V]的特性的说明图。
图3中，氧气浓度传感器4的输出电压，具有与传感器氛围的空燃比的变化对应的直线性的特性。
即，氧气浓度传感器4的输出电压，在理论空燃比处表示2.5V，在空燃比的最小值(浓)的一侧约为0.5V，在空燃比的最大值(稀)的一侧约为3.5V。
图4为表示催化剂3对HC和NOx的净化率[％]的特性的说明图，横轴表示催化剂3的下游侧的空燃比，纵轴表示与下游侧的空燃比对应的催化剂3的净化率。
图4中，实线表示催化剂3是新品时的特性曲线，虚线表示催化剂3劣化时的特性曲线。
从图4中可以看出，催化剂3的净化率在催化剂3的劣化时会下降，但对于NOx的净化率，无论催化剂3的状态如何，在稀于空燃比的一侧会急速下降。
图5为表示与催化剂3的劣化程度对应的NOx净化率特性变化的说明图。
图5中，实线表示催化剂3是新品时的特性曲线，点划线表示催化剂3的劣化程度小时的特性曲线，虚线表示催化剂3的劣化程度中等时的特性曲线，点线表示催化剂3的劣化程度大时的特性曲线。
从图5中可以看出，催化剂3的净化率随着催化剂3的劣化进展而下降。
图6为表示与催化剂3劣化场合的车辆行驶时的车速变化相对应的HC和NOx排出量的说明图，表示使用了劣化催化剂3的试验性行驶时的实际排出量的状况。
图6中，横轴是经过时间t，纵轴表示车速(车辆的行驶速度)、NOx排出量(累计量)、HC排出量(累计量)。又，在NOx排出量和HC排出量中，虚线表示传统装置时的各排出量。
下面参照图2～图6说明图1所示的本发明的实施形态1中的空燃比控制动作。
发动机1运转时，催化剂3的下游侧的氧气浓度传感器5，将理论空燃比的附近急速变化的输出特性(参照图2)的检测信号(第2空燃比AF2)输入到控制器6内。
控制器6内，来自氧气浓度传感器5的检测信号(第2空燃比AF2)施加于第2空燃比控制手段9的减法运算器91的翻转(日文：反转)输入端子(-)。
又，控制器6内的目标空燃比设定手段10，生成与第2目标空燃比AFo2对应的基准电压值，将其施加于减法运算器91的非翻转输入端子(+)。
此时，来自目标空燃比设定手段10的基准电压值(第2目标空燃比AFo2)，被设定成与氧气浓度传感器5的规定输出电压值对应的状态。
即，基准电压值，被设定成与浓于理论空燃比(对于NOx的净化率大致为最大)一侧的规定空燃比(参照图4内的点线)相对应的输出电压值(参照图2)。
即使催化剂3劣化时(参照图4内的虚线)，基准电压值也作为第2目标空燃比AFo2输入到减法运算器91。
下面参照图4说明催化剂3是新品时的净化率特性(参照实线)。
图4中，对于HC的净化率，在理论空燃比的附近为高，离向浓于或稀于理论空燃比的一侧，则逐渐下降，稀的一侧和浓的一侧的净化率下降幅度是一种无大差别的平坦的特性。
另一方面，对于NOx的净化率，在理论空燃比的附近为高，浓的一侧是缓慢地下降，稀的一侧则是急速下降。
下面说明催化剂3正在进行劣化时的净化率特性(参照虚线)。
该场合，对于HC的净化率，虽然相比于新品时要低，但在理论空燃比的附近依然保持着高的状态。
另一方面，对于NOx的净化率，在浓于理论空燃比一侧的规定的设定值(参照点线)附近之外的空燃比中，下降程度较大，在理论空燃比的附近则明显地下降。
但是，在浓的一侧的设定值(参照点线)的附近，与催化剂是新品时或劣化程度无关，大致保持着最大的NOx净化率。
从图5中可以看出，对于NOx的净化率，随着催化剂3的劣化程度的加大，浓于理论空燃比一侧的设定值(参照点线)附近之外的空燃比中的净化率的下降程度增大，即使是理论空燃比的附近，净化率也大幅度下降。
即，可以确认，理论空燃比处的相对于NOx的净化率，尽管催化剂3是新品时大致处于最大的状态，但随着催化剂3的劣化进展会大幅度下降。
另一方面，可以确认，在浓于理论空燃比一侧的设定值(参照图4、图5的点线)附近，与催化剂3是新品时或劣化程度无关，可以维持大致最大的NOx净化率。
在第2空燃比控制手段9内，减法运算器91对第2目标空燃比AFo2与第2空燃比AF2的偏差(＝AFo2-AF2)进行运算，将其作为第2空燃比偏差输入到PI控制器92中。
PI控制器92，与第2空燃比偏差对应地执行比例(P)运算和积分(I)运算，设定具有与第2空燃比偏差相互抵消作用的基准电压值，将其作为第1目标空燃比AFo1施加于第1空燃比控制手段8内的减法运算器81的非翻转输入端子(+)。
通过第1空燃比控制手段8，将来自催化剂3的上游侧的氧气浓度传感器4的检测信号(第1空燃比AF1)施加于减法运算器81的翻转输入端子(-)。
减法运算器81，对第1目标空燃比AFo1与第1空燃比AF1的偏差(＝AFo1-AF1)进行运算，将其作为第1空燃比偏差输入到PID控制器82。
PID控制器82，与第1空燃比偏差对应地执行比例(P)运算、积分(I)运算和微分(D)运算，设定具有与第1空燃比偏差相互抵消作用的燃料修正系数Kc，将其输入到喷嘴驱动手段7中。
喷嘴驱动手段7，设定与燃料修正系数Kc对应的、向发动机1供给的目标燃料量，通过与目标燃料量对应的驱动控制信号，对喷嘴11进行驱动。
由此，向发动机1供给的燃料的空燃比，被控制成催化剂3的净化率对于NOx为最大的状态。
即，在控制器6中，将第1目标空燃比AFo1进行调节成消除第2目标空燃比AFo2与第2空燃比AF2的偏差的状态，将燃料供给量进行调节成消除第1目标空燃比AFo1与第1空燃比AF1的偏差的状态，因此，可以最终地控制成催化剂3的下游侧的第2空燃比AF2与第2目标空燃比AFo2保持一致。
此时，因第2目标空燃比AFo2被设定成浓于理论空燃比一侧的规定值(参照图4、图5内的点线)，故第2空燃比AF2被控制在浓的一侧的规定值上。
下面参照图6说明催化剂3劣化时的NOx排出量的变动状况。
比如，在前述的传统装置中，因催化剂3的下游侧的空燃比被控制在理论空燃比的附近，故催化剂3劣化时的理论空燃比的附近的NOx净化性能(参照图4内的虚线)会大幅度下降，NOx排出量如图6内的虚线那样变化。
另一方面，若采用本发明的实施形态1，则第2目标空燃比AFo2被设定成浓的一侧的规定值，在浓的一侧的设定值(参照图4、图5内的点线)中，能将NOx的净化性能(参照图4的虚线)维持于高的状态，故与传统装置的场合(参照虚线)相比，可将NOx排出量(参照图6内的实线)大幅度减少至约三分之一。
下面参照图6说明HC排出量的变化。
HC净化性能如图4所示，因在理论空燃比的附近维持着高的状态，故在将空燃比控制在理论空燃比的附近的传统装置中，HC排出量如图6内的虚线所示起着变化。
另一方面，本发明的实施形态1中的HC净化性能，因将催化剂3的下游侧的空燃比控制成浓的一侧的设定值(参照图4、图5内的点线)，故如图6的实线所示，与传统装置的场合(参照虚线)相比要稍许低一些。
但是，如图4所示，因相对于HC的净化率特性变化小，故如图6所示能将HC排出量的恶化抑制成极少。
这样，具有：设置于催化剂的上游侧和下游侧的氧气浓度传感器4、5；向发动机1供给燃料、对空燃比进行调节的喷嘴11及喷嘴驱动手段7；对空燃比进行控制、以使来自氧气浓度传感器4的第1空燃比AF1与第1目标空燃比AFo1保持一致的第1空燃比控制手段8；对空燃比进行控制、以使来自氧气浓度传感器5的第2空燃比AF2与第2目标空燃比AFo2保持一致的第2空燃比控制手段9；以及对第2目标空燃比AFo2进行设定的目标空燃比设定手段10，通过将第2(催化剂3的下游侧)的目标空燃比AFo2设定成浓于理论空燃比一侧的规定值(催化剂3的NOx净化率在催化剂3劣化时也成为大致最大的空燃比)，不仅能将催化剂3劣化时的HC排出量的恶化抑制成极少，而且能大幅度减少NOx排出量。
[实施形态2]
上述实施形态1(参照图1)是将从目标空燃比设定手段10生成的第2目标空燃比AFo2直接输入到第2空燃比控制手段9，而如图7所示，也可将氧气浓度传感器5的检测信号(第2空燃比AF2)的温度特性补偿后的值，作为补偿后的目标空燃比AFo2’输入到第2空燃比控制手段9中。
图7为表示本发明的实施形态2中的内燃机的空燃比控制装置的区段结构图，在与前述(参照图1)的同一部分标记与前述相同的符号，或在符号后面带上「A」，省略其详细说明。
图7中，各种传感器12，包含有对催化剂3的下游侧的氧气浓度传感器5的元件温度T5进行检测的温度传感器，通过温度传感器检测的元件温度T5，与其它的运转状态信息一起被输入到控制器6A。
控制器6A具有：作为生成修正后的目标空燃比AFo2’用的目标值修正手段、即与对氧气浓度传感器5的元件温度T5对应地设定第2目标空燃比AFo2的修正值Co进行设定的修正值设定手段101；以及利用修正值Co对第2目标空燃比AFo2进行修正的运算器102。
来自各种传感器12的元件温度T5，被输入到控制器6A内的修正值设定手段101中。
修正值设定手段101中，预先存储有与氧气浓度传感器5的温度特性(使输出电压与元件温度T5对应的特性)对应的第2规定值，在抵消氧气浓度传感器5的检测信号(输出电压)的温度变化的第2规定值中，设定并生成有修正第2目标空燃比AFo2用的修正值Co。
运算器102，通过与来自目标空燃比设定手段10的第2目标空燃比AFo2对应地对修正值Co执行加法、减法或乘法，将对氧气浓度传感器5的温度特性作了补偿的修正后的目标空燃比AFo2’输入到第2空燃比控制手段9中。
其结果，在目标值修正手段101、102中，来自目标空燃比设定手段10的第2目标空燃比AFo2被变换成能反映氧气浓度传感器5的输出电压的温度特性的修正后的目标空燃比AFo2’。
图8为表示与λ型(在理论空燃比处使输出电压急速翻转的特性)的氧气浓度传感器5的空燃比相对应的输出电压的温度特性的说明图，分别表示与各元件温度T5(400℃～800℃)对应的特性曲线。
图8中，横轴是催化剂3的下游侧的空燃比，纵轴是氧气浓度传感器5的输出电压。
图9为在输出电压方面对图8的输出电压特性进行整理的说明图，图9中，横轴表示氧气浓度传感器5的元件温度T5[℃]，纵轴表示浓的一侧的规定空燃比(与最大的NOx净化率相对应)时的氧气浓度传感器5的输出电压[V]。
从图9中可以看出，氧气浓度传感器5的输出电压随着元件温度T5的上升而下降。
图10为表示根据图9的温度特性而设定的修正值Co的说明图，横轴表示元件温度T5，纵轴表示修正值Co。
图10中，相对于第2目标空燃比AFo2的修正值Co，作为与元件温度T5对应的乘法修正值而设定，与元件温度T5的上升(氧气浓度传感器5的输出电压的减少)相对应地进行减少设定。
下面参照图8～图10，对图7所示的本发明的实施形态2中的空燃比控制动作进行说明。
如图8所示，与元件温度T5对应的氧气浓度传感器5的输出电压特性，在理论空燃比的附近表示大致同一的特性，但在偏离理论空燃比的区域中，随着元件温度T5的上升而朝下降方向变化。
这样，若将第2目标空燃比AFo2设定成理论空燃比的附近，则即使元件温度T5变化。也能得到同一的传感器输出特性，故容易地将催化剂3的下游侧的空燃比控制成目标值。
然而，本发明中，因将第2目标空燃比AFo2设定在了浓的一侧的规定值上，故即使是同一空燃比，随着元件温度T5的变化，氧气浓度传感器5的输出特性也起变化(参照图8)。在此状态下，不能正确地将催化剂3的下游侧的空燃比控制成一定值。
为此，在本发明的实施形态2中，通过控制器6A内的目标值修正手段101、102实施了以下的温度补偿处理。
即，根据与元件温度T5对应的氧气浓度传感器5的输出电压的特性(参照图9)，修正值设定手段101求出与元件温度T5对应的修正值Co(参照图10)，运算器102通过将修正值Co乘以第2目标空燃比AFo2，算出抵消了温度特性的修正后的目标空燃比AFo2’，将其输入到第2空燃比控制手段9中。
在此，将以「1.0」为中心值的修正值Co乘以第2目标空燃比AFo2，求出修正后的目标空燃比AFo2’，但也可以进行修正值的加减运算，也可以从与元件温度T5对应的图表数据中直接求出修正后的目标空燃比AFo2’。
为了取得催化剂3的下游侧的氧气浓度传感器5的元件温度T5，在氧气浓度传感器5中(或在氧气浓度传感器5的周边)设置温度传感器，直接将实际的温度计测值作为元件温度T5来使用，设定了与元件温度T5相对应的修正值Co，但在修正值设定手段101中，也可采用吸入空气量与元件温度T5[℃]的关系来设定修正值Co。
图11为表示吸入空气量与元件温度T5的关系的说明图，表示了预先通过实验求出的吸入空气量[g/sec]与元件温度T5[℃]的相关性。
下面，对控制器6A内的修正值设定手段101中、使用从各种传感器12得到的吸入空气量来算出元件温度T5的场合的一例进行说明。
各种传感器12通常具有检测发动机1的吸入空气量的气流传感器，将表示吸入空气量的信息输入到控制器6A中。
在此，因发动机1的空燃比被控制成规定值，故吸入空气量与燃料喷射量相互处于正比例关系。
排气温度因与燃料喷射量的增大呈正比例增大，故元件温度T5也与燃料喷射量(吸入空气量)呈正比例上升。
由此，如图11所示，元件温度T5相对于吸入空气量表示出正比例关系。
该场合，利用图11的特性，控制器6A推定运算出与吸入空气量对应的元件温度T5。
其后，与前述一样，利用图10的特性，运算出与元件温度T5对应的修正值Co，对第2目标空燃比AFo2执行修正运算。
这样，采用本发明的实施形态2，即使λ型的氧气浓度传感器5的元件温度T5发生变化，也能高精度控制催化剂3的下游侧的空燃比，故可提高排气的净化率。
[实施形态3]
上述实施形态2中，与氧气浓度传感器5的元件温度T5对应地对第2目标空燃比AFo2进行修正，但也可与发动机1的运转状态对应地对第2目标空燃比AFo2进行修正。
下面，对本发明的实施形态3中的、与运转状态对应地对第2目标空燃比AFo2进行修正的结构作出说明。
该场合，控制器6A的结构与图7所示的结构相同，控制器6A内的修正值设定手段101(参照图7)，根据从各种传感器12得到的发动机1的运转状态(转速、充填效率等)，设定与第2目标空燃比AFo2相对应的修正值Co。
图7中，由修正值设定手段101和运算器102构成的目标空燃比修正手段，比如与运转状态对应地对第2目标空燃比AFo2进行修正。
与前述的实施形态2的不同之点，仅在于相对于第2目标空燃比AFo2的修正值Co的设定方法。
图12为表示劣化后的催化剂3的NOx净化率特性的说明图，表示不同的运转条件的各特性曲线，即，低转速且低充填效率的低负载运转状态(参照实线)、中等转速且中等充填效率的中等负载运转状态(参照虚线)、高转速且高充填效率的高负载运转状态(参照点线)。
从图12中可以看出，NOx净化率为最大时的空燃比的值，因不同的运转状态而变化，通过与运转状态对应地对第2目标空燃比AFo2进行修正，可对催化剂3的下游侧的空燃比进行控制，以使其催化剂3的NOx净化率始终成为最大。
图13为表示由本发明的实施形态3设定的修正值Co的说明图。
图13中，横轴是转速[rpm]，纵轴是充填效率[％]，利用与运转状态对应的各个区段的图表数据来设定修正值Co。
如图13所示，修正值Co随着转速或充填效率的上升而处于高负载运转状态，同时与NOx净化率的特性(参照图12)对应地设定成比「1.00」大的值。
下面参照图7、图12和图13，说明本发明的实施形态3中的修正值Co的设定动作。
众所周知，作为左右催化剂3的净化性能的代表性的影响因素，可以列举出排气流量、排气成分浓度及温度。
催化剂3的贵金属具有的承载量，即使是处于排气流量的最大值、排气成分的最大浓度及最大的催化剂温度下，也被设定成可维持净化性能的值。
由此，当排气流量小于最大值的场合，催化剂3的反应量比排气最大流量时低，催化剂3的反应热与其对应地也下降，催化剂3的净化性能产生出差异。
又，因排气成分为高浓度场合的反应量与低浓度场合的反应量互相不同，故排气成分的浓度对催化剂3的温度造成影响，同时催化剂3的温度对催化剂3的反应造成影响。
其结果，一旦发动机1的运转状态起了变化，则对于催化剂3的净化性能的影响因素变化，故催化剂3的净化率发生变化。
在此，作为表示发动机1的运转状态的参数，利用发动机1转速以及与发动机1的负载对应的充填效率，对第2目标空燃比AFo2进行修正，以使与其各运转条件下的劣化后的催化剂3的NOx净化率特性(参照图12)的变化相互抵消。
控制器6A内的修正值设定手段101，从各种传感器12中取入表示发动机1的转速和充填效率的信息，根据转速和充填效率的信息，在各个区段中读出修正值Co(参照图13)并设定成使成为与NOx净化率的大致最大值相对应的空燃比。
其后，运算器102对于第2目标空燃比AFo2，执行使用了修正值Co的修正运算(此时是使用修正值Co的乘法运算)。
由此，修正后的目标空燃比AFo2’，与发动机1的运转条件对应地进行了修正，即使在运转状态发生了变化的场合，也能将排气的NOx净化率维持于高的状态。
图13的修正例只不过是一例，可以根据其它不同的运转条件来执行任意的修正运算，当然也可得到同样的作用效果。
[实施形态4]
上述实施形态1～3中，未对第2目标空燃比AFo2的具体的设定值作出说明，但也可以设定成与氧气浓度传感器5的输出电压的最高频度相对应的0.75V附近的电压值。
下面，对本发明的实施形态4中的、根据元件温度T5的发生频度将与第2目标空燃比AFo2对应的基准电压值设定成0.75V附近的状况作出说明。
该场合，控制器6的结构与图1所示的结构相同，只是在使从控制器6内的目标空燃比设定手段10生成的第2目标空燃比AFo2的电压值具体化的方面与前述不同。
即，目标空燃比设定手段10，作为与浓于理论空燃比一侧相当的第2目标空燃比AFo2对应的基准电压值(与λ型的氧气浓度传感器5的输出电压相对应)，输出0.75V左右的电压值，形成催化剂劣化时的NOx净化率在600℃为最大的状态。
下面参照图14和图15的说明图，对本发明的实施形态4中的第2目标空燃比AFo2的设定动作进行说明。
图14为表示车辆行驶时的λ型的氧气浓度传感器5的元件温度T5[℃]的频度分布的说明图，表示试验性行驶时的各元件温度T5(200℃～900℃)的频度分布。
图14中，频度分布高的元件温度T5处于600℃附近。
又，可以看出，图14的频度分布作成时所使用的试验模式是模拟市场上的代表性的行驶模式，实际使用时也具有大致相同的结果。
图15为表示λ型的氧气浓度传感器5的输出电压特性的说明图，表示元件温度T5为600℃(车辆行驶时的最高频度时的温度)的条件下的特性曲线。
从图15中可以看出，在与高的NOx净化率对应的目标空燃比AFo2(浓的一侧的设定值)时，λ型的氧气浓度传感器5的输出电压约为0.75V。
由此，作为第2目标空燃比AFo2的设定值，通过使用0.75V左右的值，能对空燃比进行控制，以使在发动机1的运转时发生频度最高的元件温度T5(＝600℃)时催化剂3的NOx净化率成为最高，即使不使用特别的修正手段，也能充分提高空燃比的控制性能。
另外，对于0.75V左右的基准电压值，也可使用目标值修正手段101、102(参照图7)。
上述实施形态1～4中，作为催化剂3的上游侧的氧气浓度传感器4，使用了相对于空燃比变化显示出直线性输出特性(参照图3)的直线型传感器，作为催化剂3的下游侧的氧气浓度传感器5，使用了相对于空燃比变化显示出双值的输出特性(参照图2)的λ型传感器，但作为氧气浓度传感器4、5，使用直线型传感器或λ型传感器均可，无论哪种场合均可得到与前述相同的作用效果。
又，在第1空燃比控制手段8中，使用了执行比例(P)、积分(I)和微分(D)运算的PID控制器82，在第2空燃比控制手段9中，使用了执行比例(P)和积分(I)运算的PI控制器92，但比例、积分或微分运算，既可单独地使用，也可任意组合使用，无论哪种场合均可得到与前述相同的作用效果。

Claims (4)

1.一种内燃机的空燃比控制装置，其特征在于，具有：
设置于内燃机的排气系统中、将排气中的有害物质除去用的催化剂；
对所述催化剂的上游侧的所述排气的第1氧气浓度进行检测的第1氧气浓度传感器；
对所述催化剂的下游侧的所述排气的第2氧气浓度进行检测的第2氧气浓度传感器；
向所述内燃机供给燃料的喷嘴；
对从所述喷嘴向所述内燃机供给的燃料进行调节的喷嘴驱动手段；
对所述喷嘴驱动手段进行控制、以使与所述第1氧气浓度传感器的检测信号对应的第1空燃比与第1目标空燃比保持一致的第1空燃比控制手段；
对所述第1目标空燃比进行设定、以使与所述第2氧气浓度传感器的检测信号对应的第2空燃比与第2目标空燃比保持一致的第2空燃比控制手段；以及
对所述第2目标空燃比进行设定的目标空燃比设定手段，
目标空燃比设定手段是，存储有按照与所述内燃机的排气系统的空燃比相对应的所述催化剂的NOx净化率特性所形成的第1规定值，将所述第2目标空燃比设定成浓于理论空燃比一侧且在所述催化剂劣化时也成为最大NOx净化率的所述第1规定值。
2.如权利要求1所述的内燃机的空燃比控制装置，其特征在于，包括：
对所述第2氧气浓度传感器的温度进行检测的温度检测手段；以及
根据所述第2氧气浓度传感器的温度、对所述第2目标空燃比进行修正的目标值修正手段，
所述目标值修正手段是，存储有与所述第2氧气浓度传感器的检测信号的温度特性相对应的第2规定值，由抵消了所述第2氧气浓度传感器的检测信号的温度变化的所述第2规定值，对所述第2目标空燃比进行修正，将修正后的第2目标空燃比输入到所述第2空燃比控制手段中。
3.如权利要求1所述的内燃机的空燃比控制装置，其特征在于，包括：
对所述内燃机的运转状态进行检测的运转状态检测手段；以及
根据所述运转状态对所述第2目标空燃比进行修正的目标空燃比修正手段。
4.如权利要求1至3中任一项所述的内燃机的空燃比控制装置，其特征在于，
所述第2氧气浓度传感器，由具有在理论空燃比的附近使输出电压急速变化的双值特性的λ型传感器构成，
所述目标空燃比设定手段，作为与浓于所述理论空燃比一侧的设定值相当的所述第2目标空燃比对应的基准电压值，输出0.75V左右的电压值，以使所述催化剂劣化时的NOx净化率成为最大的状态。
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