空燃比控制裝置以及方法

2023-10-24 03:56:22 1

專利名稱：空燃比控制裝置以及方法
技術領域：
本發明總體涉及一種用於控制發動機空燃比的空燃比控制裝置。更具體 地說，本發明涉及一種在不增加排放的情況下控制空燃比的空燃比控制裝置。
背景技術：
多數車輛設置有包括車廂地板下的催化轉換器的排氣淨化系統。當車廂 地板下的催化轉換器設置在地板下方的排氣通路或者與發動機相距一段距 離以用於淨化從車輛發動機流過的排氣時，需要時間進行激活從而獲得充分 的淨化操作。另一方面，將車廂地板下的催化轉換器設置在排氣通道中的發 動機附近的位置會造成由於熱惡化而耐久性降低的問題。一些車輛設置有包括主(車廂地板下)催化轉換器和旁通路催化轉換器 的排氣淨化系統。這種類型的排氣淨化系統的一項實例公開在日本未審公開 專利申請No. 5-321644中。在該出版物中，車廂地板下的催化轉換器設置在 排氣通道的主通道的下遊側上，旁通路催化轉換器設置在車廂地板下的催化 轉換器的上遊側上的旁路通道中。用於切換主通道與旁路通道之間的排氣流 的切換閥設置在主通道中的車廂地板下的催化轉換器的上遊側。排氣由此流 向旁路通道，直到車廂地板下的催化轉換器被激活，然後排氣由先前激活的 旁通路催化轉換器淨化，由此可改善車輛的排氣淨化效率。鑑於上述情況，本領域技術人員從該公開內容中可知需要一種改善的空 燃比控制裝置。本發明解決這一需求以及其他需求，本領域技術人員從本公 開內容中可清楚地得知。發明內容在日本未審公開專利申請No. 5-321644描述的空燃比控制裝置中已經 發現，當切換閥打開時，剩餘在切換閥上遊的主通道中的排氣(下文稱為"滯 留氣體，，)向下遊流動從而允許排氣流過主通道。滯留氣體的溫度低於剛從發動機排放的排氣。因此，滯留氣體冷卻設置在切換閥下遊的空燃比傳感器。 結果，存在空燃比傳感器的檢測精度下降的問題。同樣，當根據傳感器的檢 測值控制發動機的空燃比時，不能精確地控制空燃比，造成排放變差。鑑於上述情況，本發明的一個目的是提供一種即使在切換閥已經打開時 在不允許排放變差的情況下控制空燃比的空燃比控制裝置。上述目的基本上通過設置一種基本包括排氣系統、第一傳感器、第二傳 感器和控制器的空燃比控制裝置來實現。排氣系統包括排氣通道、旁路通道 和閥機構，主催化轉換器設置在所述排氣通道中，旁通路催化轉換器設置在 所述旁路通道中，所述閥機構設置在所述主催化轉換器的上遊側的所述旁路 通道的分支部分與所述旁路通道的匯合部分之間，從而選擇性地打開和關閉道。所述第 一傳感器用以檢測在旁路通道中流動的排氣的空燃比的特性指 標。所述第二傳感器用以在閥機構的下遊側的一點處檢測在排氣通道中流動 的排氣的空燃比的特性指標。所述控制器包括用以根據所述第一傳感器的輸 出控制發動機的空燃比的第一空燃比控制部分、用以根據所述第二傳感器的 輸出控制所述發動機空燃比的第二空燃比控制部分和控制模式切換部分，所經經過規定的時間間隔之後，從由所述第一空燃比控制部分進行的控制切換 至由所述第二空燃比控制部分進行的控制。本領域技術人員通過下述詳細說明將清楚地了解本發明的這些和其他 目的、特徵、方面和優勢，下述詳細說明結合附圖^^開了本發明的優選實施例。


現在參照形成本初始7>開的部分內容的附圖圖1是根據第 一實施例的用於控制發動機的空燃比的空燃比控制裝置的 簡4匕圖；圖2A是圖1所示的空燃比控制裝置的筒化圖，示出當切換閥關閉時從發動機燃燒室排出的排氣流；圖2B是圖1和2A所示的空燃比控制裝置的簡化圖，但是示出當切換 閥打開時從發動機燃燒室排出的排氣流；圖3是示出由根據第一實施例的空燃比控制裝置執行的程序步驟的流程圖；圖4是示出當執行根據第一實施例的控制模式判定時由空燃比控制裝置 執行的程序步驟的流程圖；以及圖5是示出當執行根據第二實施例的控制模式判定時由空燃比控制裝置 執行的程序步驟的流程圖。
具體實施方式
下面將參照

本發明的選定實施例。本領域技術人員從該公開內 容可知，本發明的實施例的下述說明只是示意性的，並不是為了限定本發明 的範圍。首先參照圖1,空燃比控制裝置100是示出根據第一實施例的空燃比控 制裝置100的簡化圖。空燃比控制裝置100基本上包括發動機1、進氣系統 20、排氣系統30和控制器40。空燃比控制裝置IOO控制發動機I的空燃比。發動機1採用本領域公知的傳統內燃機。由於內燃機在本領域中已經公 知，所以這裡不再詳細討論或示出發動機1的結構。此外，只有發動機l的 空燃比的控制是不同的。因此，下面將只討論理解本發明所需的發動機1的 部件。發動機1包括具有多個燃燒室11 (只示出一個)的氣缸頭10、用於每 個氣缸的進氣口 12和用於每個氣缸的排氣口 13。進氣口 12用以接收外部空 氣(進氣)並且將進氣傳送至燃燒室11的相應一個。排氣口 13用以傳送發 動機1的相應一個燃燒室11的排氣。藉助可滑動地布置在氣缸塊中的多個活塞(只示出一個)，使燃料在燃 燒室11中燃燒。燃料噴射閥14根據車輛的車輛操作狀態將燃料噴入進氣口 12。通過噴入進氣口 12的燃料和從外部吸入進氣口 12的進氣形成空氣燃料 混合物。火花塞15設置在氣缸頭10中的相應於每個氣缸的燃燒室11的上表面側，從而伸入每個氣缸的的燃燒室11。通過以規定的正時放出火花，火花塞 15點燃燃燒室11中的空氣燃料混合物，並且使得空氣燃料混合物燃燒。
進氣系統20包括從外部吸入新鮮空氣的進氣系統20的進氣通道21 。進 氣通道21流體連接至形成在氣缸頭10中的進氣口 12。進氣通道21的中間 點設置有節流室22和集氣箱23。
節流室22設置在進氣通道21的上遊側。節流閥24設置在節流室22中 從而控制通過進氣通道21的進氣的進氣率。節流閥24通過根據車輛的車輛 操作狀態調整節氣門的位置來控制進氣率。
氣流計25設置在進氣通道21中的節流室22上側。氣流計25檢測從外 部吸入的新鮮空氣(進氣)的進氣率。集氣箱23設置在進氣通道21的節流 閥24下遊側上。集氣箱23臨時存放從上遊流過的空氣。
排氣系統30包括旁路通道31和主排放通道32。排氣系統30的主排放 通道32連接至形成在氣缸頭10中的排氣口 13。主排放通道32傳送從發動 機1排出的排放氣體。
旁路通道31的直徑小於主排放通道32。旁路通道31具有在分支部分 33處從主排放通道32分出的上遊端以及在分支部分的下遊的匯合部分34 處與主排放通道32匯合的下遊端。旁路通道31設置有旁通路催化轉換器35 和空燃比傳感器36(下文稱為"第一空燃比傳感器")。旁通路催化轉換器 35設置在旁路通道31的上遊側，鄰近發動機l,從而實現早激活。旁通路 催化轉換器35是具有極佳低溫活性的催化轉換器。
主排放通道32包括切換閥37、主催化轉換器38和空燃比傳感器39(下 文稱為"第二空燃比傳感器，，)。旁通路催化轉換器35的容量小於主催化轉 換器38(下文稱為"車廂地板下的催化轉換器")。車廂地板下的催化轉換器 38設置在匯合部分34的下遊。
第一空燃比傳感器36在旁路通道31中且比旁通路催化轉換器35更加 位於上遊。第一空燃比傳感器36檢測流入旁路通道31的排氣的氧氣濃度， 並且可獲得與氧氣濃度成比例的輸出。
另一方面，主排放通道32的直徑大於旁路通道31,因此阻礙排氣流動 的通道阻力小於旁路通道31。切換閥37設置在主排放通道32的分支部分 33和匯合部分34之間。切換閥37根據車輛的車輛操作狀態打開和關閉主排 放通道32。因此，切換閥37切換用於傳送從發動機1排出的排氣的排氣通道。
車廂地板下的催化轉換器38設置在主排放通道32的匯合部分34的下 遊。-車廂地板下的催化轉換器38採用容量大於旁通路催化轉換器35的三路 催化轉換器。車廂地板下的催化轉換器38淨化流過主排放通道32的排氣。
第二空燃比傳感器39設置在主排放通道32中的車廂地板下的催化轉換 器38的上遊側。採用第二空燃比傳感器39，流過主排放通道32的排氣中的 氧氣濃度可採用與設置在旁路通道31中的第一空燃比傳感器36相同的方式 進行檢測。
控制器40優選地包括具有空燃比控制程序的微電腦，用於如下所述控 制噴射閥14、節流閥24和切換閥37。控制器40的微電腦優選地包括其他 傳統部件，諸如輸入/輸出接口電路和存儲裝置，諸如ROM(只讀內存)裝 置和RAM (隨機讀取內存)。控制器40的微電腦編程以控制噴射閥14、節 流閥24和切換閥37的操作，如下文所述。內存線路存儲處理結果並且控制 用於執行空燃比控制裝置100的操作的程序。本領域技術人員從本公開內容 中可知，控制器40的精確結構和算法可以是能夠執行本發明功能的硬體和 軟體的任何組合。
將氣流計25、第一和第一空燃比傳感器36和39以及檢測車輛操作狀態 的其他傳感器的輸出輸入至控制器40。控制器40採用下述方式根據車廂地 板下的催化轉換器38的催化劑溫度打開和關閉切換閥37。因此，控制器40 將傳送從發動機1排放的排氣的通道切換為旁路通道31或主排放通道32。 控制器40根據第一空燃比傳感器36和第二空燃比傳感器39的傳感器元件 的電阻值控制加熱器50的施加電壓，並且將傳感器元件的溫度提升至規定 溫度。控制器40根據空燃比傳感器36和39的輸出值調整節流閥24的位置 和燃料噴射閥14的燃料噴射率，並且控制發動機1的空燃比。
圖2A和2B是示出從發動機1排出的排氣流的示意圖。圖2A示出當切 換閥37處於打開狀態時的排氣流。圖2B示出當切換閥37處於打開狀態時 的排氣流。排氣流由示意圖中的箭頭示出，排氣的流率通過線的厚度示出。
在發動機1已經起動之後以及在發動機溫度和排氣溫度較低的其他時 間，立即關閉切換閥37並且阻斷主排放通道32,如圖2A所示。為此原因， 從發動機1排出的所有排氣通過旁路通道31流過分支部分33並且由旁通路 催化轉換器35淨化。旁通路催化轉換器35設置的位置鄰近發動機1,因此被快速激活並且可在較早階段淨化排氣。由旁通路催化轉換器35淨化的排 氣流至旁路通道31的下遊側，並且從匯合部分34流入主排方t通道32，並且 在通過車廂地板下的催化轉換器38之後釋放至外部空氣。
採用這種方式，在起動以及發動機低溫和排氣低溫時，切換閥37處於 關閉狀態使得排氣流過旁路通道31。在這種情況下，設置在旁路通道31中 的第一空燃比傳感器36檢測流過旁路通道31的排氣的氧氣濃度。控制器40 然後根據第一空燃比傳感器36的檢測值調整節流閥24的位置和燃料噴射率 並且根據發動機1的發動機操作狀態控制空燃比。
另一方面，當車廂地板下的催化轉換器38通過發動機1的排氣升溫和 激活時或者當響應於司機下壓油門而增加扭矩以及排氣流率增加時，那麼切 換閥37以圖2B所示的方式打開。控制器40然後根據第二空燃比傳感器39 的檢測值調整節流閥24的位置和燃料噴射率並且根據發動機1的發動機操 作狀態控制空燃比。
當打開切換閥37時，從發動機1排出的排氣的大部分流過主排放通道 32。 一部分排氣也流入旁路通道31。但是，由於旁路通道31的通道截面面 積小於主排放通道32,所以通過旁路通道31的排氣流率小於主排放通道32。 為此原因，當高溫排氣通過旁通路催化轉換器35時產生的旁通路催化轉換 器35的熱惡化得以減少。已經流過主排放通道32和旁路通道31的排氣由 車廂地板下的催化轉換器38淨化並且釋放至外部空氣。
釆用這種方式，當切換閥37打開時，流過主排放通道32的排氣的排氣 流率大於流過旁路通道31的排氣。因此，當打開切換閥37時，通過從設置 在旁路通道31中的第一空燃比傳感器36轉換至設置在主排放通道32中的 第二空燃比傳感器39,可精確地測量排氣的氧氣濃度。可根據第二空燃比傳 感器39的檢測值作出調整，使得節流閥24的位置和燃料噴射率對應於發動 機1的發動機操作狀態，並且根據發動機1的發動機操作狀態控制空燃比。
當切換閥37處於關閉狀態時，發動機1的一部分排氣仍然存在於主排 放通道32中鄰近切換岡37的位置。剩餘氣體(滯留氣體)在滯留期間藉助 主排放通道32和切換閥37釋放熱量。因此，該剩餘氣體(滯留氣體)的溫 度低於從發動機1剛剛排放出的排氣。當滯留氣體由切換閥37和其他部件 冷卻時，滯留氣體中的水分冷凝並且附著在切換閥37和其他部件上。當切 換閥37打開時，水分被衝向下遊。當水分附著在已經被升溫至激活溫度的第二空燃比傳感器39上時，第二空燃比傳感器39快速冷卻。可能存在下述 問題，即當第二空燃比傳感器39採用這種方式快速冷卻時，第二空燃比傳 感器39的傳感器元件開裂並且無法精確地檢測到排氣中的氧氣濃度。鑑於 這種情況，第二空燃比傳感器39優選地設置在上述冷凝水分和其他類型的 水分不太易於附著的位置。
採用這種方式，在第二空燃比傳感器39設置在水分不太可能被附著的 位置的情況下，當切換閥37從關閉狀態打開並且低溫滯留氣體流向位於主 排放通道32下遊的車廂地板下的催化轉換器38時，對第二空燃比傳感器39 進行冷卻。存在下述問題，即當將第二空燃比傳感器39冷卻至小於激活溫 度的溫度時，第二空燃比傳感器39的檢測精度受到影響。同樣，當在這種 狀態下從第一空燃比傳感器36切換至第二空燃比傳感器39以控制發動機1 的空燃比時，無法精確地控制發動機l的空燃比並且排放變得更差。
因此，需要經由第二空燃比傳感器39起動空燃比反饋控制，從而在更 早的階段以良好的精度控制燃料噴射率，以改善起動時的排氣性能。但是， 當在切換閥37切換的同時從第一空燃比傳感器36切換至第二空燃比傳感器 39時，當主排放通道32和旁路通道31的切換閥37從關閉切換至打開時處 於分支部分與切換閥37之間的空間的相對冷的空氣(與發動機排氣相比) 在第二 (下遊側)空燃比傳感器39的附近通過，由此作用於下遊測上的第 二空燃比傳感器39的輸出。尤其地，將第二空燃比傳感器39的傳感器元件 的溫度瞬時地減小至非活性溫度。因此，如果輸出第二空燃比傳感器39的 檢測值，那麼空燃比反饋控制會被不利地影響，排氣可能惡化。
鑑於這種情況，在所示實施例中，通過考慮切換閥37打開主排放通道 32時第二空燃比傳感器39的減小溫度以及設定判定是否保持激活狀態的控 制模式並且然後從第一空燃比傳感器36切換至第二空燃比傳感器39來防止 排放由於滯留氣體而惡化。
這裡，現在將參照圖3說明由控制器40執行的第一實施例的空燃比控 制裝置100的控制細節。圖3是示出第一實施例的空燃比控制裝置100的控 製程序的流程圖。該控制與發動機1的起動共同執行並且以固定的周期執行， 例如IO毫秒周期，直到起動由第二空燃比傳感器39執行的空燃比控制。
在步驟Sl，控制器40判定切換鬧37是否已經打開主排放通道32。這 裡，在切換閥37處於關閉狀態的情況下，程序前進至步驟S2，在切換閥37處於打開狀態的情況下，程序前進至步驟S7.在步驟S2，控制器40向使空燃比傳感器36和39的傳感器元件升溫的 加熱器50和51施加電壓。加熱器將第一空燃比傳感器36的傳感器元件的 溫度提升至激活溫度，然後步驟前進至步驟S3。在步驟S3，控制器40判定設置在旁路通道31中的第一空燃比傳感器 36是否處於活性狀態。根據第一空燃比傳感器36的傳感器元件溫度作出激 活判定。當已經判定第一空燃比傳感器36已經處於活性狀態時(即，第一 空燃比傳感器36的傳感器元件溫度已經達到規定溫度)，然後程序前進至步 驟S4。當已經判定第一空燃比傳感器36沒有處於活性狀態時(即，第一空 燃比傳感器36的傳感器元件溫度低於規定溫度)，第一和第一空燃比傳感器 36和39的加熱器保持打開，當前程序結束。在步驟S4,控制器40根據第一空燃比傳感器36的檢測值控制發動機1 的空燃比。具體地說，當切換閥37關閉時，燃燒室11的排氣流過旁路通道 31。因此，在步驟S4,設置在旁路通道31的第一空燃比傳感器36檢測流 過旁路通道31的排氣的氧氣濃度，並且根據檢測值使氧氣濃度達到對應於 發動機l的發動機操作狀態的空燃比。步驟S4構成第一空燃比控制部分。在步驟S5，控制器40根據催化劑溫度(即，如果車廂地板下的催化轉 換器38的催化劑溫度達到規定溫度，那麼車廂地板下的催化轉換器38被激 活)判定車廂地板下的催化轉換器38是否被激活。因此，達到程序的這一 點時，已經流過旁路通道31的排氣由旁通路催化轉換器35淨化並且在匯合 部分34處進入主排放通道32。已經經由旁路通道31流入主通道的排氣通過 設置在主排放通道32下遊的車廂地板下的催化轉換器38。因此，將車廂地 板下的催化轉換器38逐漸地提升到催化劑激活溫度。當車廂地板下的催化 轉換器38已經達到激活溫度時，程序前進至步驟S6。如果還沒有達到車廂 地板下的催化轉換器38的激活溫度，那麼結束當前程序循環。在步驟S6,當車廂地板下的催化轉換器38被激活時，控制器40從關 閉狀態打開切換閥37,並且切換排氣流過的通道。不僅當車廂地板下的催化 轉換器38被激活時，而且當駕駛員下壓油門以施加扭矩並且使得排氣率增 加時，打開切:換閥37。在步驟S7，控制器40判定控制模式是否處於藉助第一空燃比傳感器36 控制發動機l的空燃比的第一空燃比傳感器控制模式，或者藉助第二空燃比傳感器39控制發動機1的空燃比的第二空燃比傳感器控制模式。該判定如圖4或5的流程圖示出。在步驟S8,控制器40判定控制模式是否處於第二空燃比傳感器控制模 式。這裡，當控制模式處於第一空燃比傳感器控制模式時，程序前進至步驟 SIO。在步驟S10,控制器40根據第一空燃比傳感器36的檢測值反饋控制 發動機l的空燃比。另一方面，當控制模式處於第二空燃比傳感器控制模式 時，程序前進至步驟S9。在步驟S9，控制器40根據第二空燃比傳感器39的檢測值調整節流閥 的位置和燃料噴射率，並且根據發動機1的發動機操作狀態反饋控制空燃比。 步驟S9構成第二空燃比控制部分。在發動機1的空燃比控制已經藉助第二空燃比傳感器39起動時，在步 驟Sll關閉第一空燃比傳感器36的加熱器，然後程序結束。接下來，將參照圖4根據第一實施例的步驟S7的控制模式判定。圖4 是示出步驟S7中的控制模式判定的控制程序的流程圖。步驟S7構成控制模 式切換部分。在步驟S71，在切換閥37已經打開之後，控制器40判定低溫滯留氣體 是否已經通過設置在主排放通道32中的空燃比傳感器39。根據在切換閥37 打開之後作為規定參考值的滯留氣體通過時間(例如，0.3秒至0.5秒)是否 已經經過而作出這一判定。通過根據當前發動機轉速或當前發動機載荷計算這裡，當滯留氣體通過時間已經經過時，程序前進至步驟S72。當滯留 氣體通過時間還沒有經過時程序前進至步驟S 75，並且將控制模式設定為第 一空燃比傳感器控制模式。在步驟S72，控制器40判定第二空燃比傳感器39是否處於活性狀態。 步驟S72構成活性判定部分。根據傳感器元件的溫度判定第二空燃比傳感器 39的活性。當第二空燃比傳感器39處於活性狀態時，程序前進至步驟S73。 當第二空燃比傳感器39處於非活性狀態時，程序前進至步驟S75,並且將 控制模式設定為第 一 空燃比傳感器控制模式。在步驟S73,控制器40比較第一空燃比傳感器36的檢測值(AF1》和 第二空燃比傳感器39的檢測值(AF2)。步驟S73構成連續時間判定部分。 由於旁路通道31和主排放通道32具有不同的剖面積，所以流過旁路通道31和主排放通道32的排氣的排氣流率也不同。為此原因，當加速或其他操作 期間發動機1的空燃比波動明顯時，AF1與AF2之間的差值可能明顯，並 且當從第一空燃比傳感器36切換至第二空燃比傳感器39以控制發動機1的 空燃比時，空燃比快速變化並且排放惡化。因此，在步驟S73判定AF1與 AF2之間的差值的絕對值是否為規定值(AFR)或更小，如公式(1)所示。 將該值設定為不允許排放惡化的量值。1AF1-AF2I芸AFR (1) 其中，AF1:第一空燃比傳感器36的檢測值； ' AF2:第二空燃比傳感器39的檢測值；以及 AFR: -見定值當滿足公式(1)的狀態持續固定的時間段時，控制器40判定發動機1 的空燃比波動穩定並且即使從第一空燃比傳感器36切換至第二空燃比傳感 器39時排放也不會惡化。該程序前進至步驟S 74並且將控制模式設定為第 二空燃比傳感器控制模式。當滿足公式(1)的狀態沒有持續固定的時間段 時，如果切換空燃比傳感器，那麼判定排放會惡化。程序前進至步驟S75並 且將控制模式設定為第一空燃比傳感器控制模式。可根據車輛操作狀態設定上述規定值(AFR)。例如，當車輛空轉時切 換閥37打開，在正常行駛期間或者車速波動較小以及空燃比波動較低的其 他時間，可設定第一規定值(AFR1)(例如，0.3秒)，當車輛加速或減速期 間閥打開或者車速波動較大並且空燃比波動較高的其他時間，可選擇大於第 一規定值的第二規定值(AFR2 )(例如，0.5秒)。在如上所述已經在步驟S71至S75中執行控制模式判定之後，程序前進 至圖3所示的步驟S8。根據上述內容，第一實施例的空燃比控制裝置IOO可獲得下述效果。當切換閥37打開時，在主排放通道32中剩餘的切換閥37附近的低溫 滯留氣體流向第二空燃比傳感器39。由於滯留氣體的溫度低於剛剛從發動機 1排出的排氣的溫度，所以當滯留氣體通過時第二空燃比傳感器39的傳感器 溫度下降，第二空燃比傳感器39的檢測精度減小。在第二空燃比傳感器的 檢測精度已經在這種方式下惡化的狀態下，當發動機l的空燃比受控時排放 將惡化。在第一實施例，當切換閥37打開時，判定控制模式從而從第一空燃比傳感器36切換至第二空燃比傳感器39。在控制模式判定的步驟S72,在滯 留氣體已經通過之後判定第二空燃比傳感器39是否處於活性狀態，並且當 第二空燃比傳感器39處於活性狀態時，從第一空燃比傳感器36切換至第二 空燃比傳感器39。為此原因，可根據處於活性狀態的第二空燃比傳感器39 的檢測值精確地控制發動機1的空燃比，並且可防止排放惡化。當在滯留氣體已經通過第二空燃比傳感器39之前、從第一空燃比傳感 器36切換至第二空燃比傳感器39時，第二空燃比傳感器39檢測滯留氣體 的氧氣濃度，該濃度不對應於發動機l的操作狀態。當根據滯留氣體的氧氣 濃度控制發動機1的空燃比時，無法精確地控制空燃比並且排放將惡化。在 判定根據第一實施例的控制模式的步驟S71時，由於在滯留氣體已經通過第 二空燃比傳感器39之後、從第一空燃比傳感器36切換至第二空燃比傳感器 39,所以第二空燃比傳感器39不會檢測到滯留氣體的氧氣濃度。因此，可 根據第二空燃比傳感器39的檢測值精確地控制發動機1的空燃比，並且可 防止排放惡化。當發動機l的空燃比波動較高或者即使在滯留氣體已經通過第二空燃比 傳感器39並且第二空燃比傳感器39處於活性狀態之後的其他時間，第一空 燃比傳感器36和第二空燃比傳感器的檢測值之間的差值會明顯不同。當在 這種狀態下從第一空燃比傳感器36切換至第二空燃比傳感器39時，發動機 1的空燃比快速變化，不僅排放惡化，而且會產生扭矩沖擊。在判定根據第 一實施例的控制模式的步驟S73中，當第一和第一空燃比傳感器36和39的 檢測值之間的差值的絕對值為規定值或更小時並且這種狀態持續固定的時 間段時，從第一空燃比傳感器36切換至第二空燃比傳感器39。為此原因， 由於第一空燃比傳感器切換至第二空燃比傳感器39，所以可防止排放惡化， 並且由於空燃比急劇變化造成的扭矩沖擊可被減小。第二實施例下面將參照圖5說明空燃比控制裝置100的第二實施例。第二實施例的 基本構成與第一實施例的構成相同，但是控制器40的控制模式判定的構成 不同。具體地說，設置有故障防護功能，使得當車輛處於規定操作狀態時， 強制切換空燃比傳感器。因此，下述說明將主要集中在與第一實施例的這一 不同點上。圖5是在第二實施例中的控制模式判定的控制程序的流程圖。步驟S71至S75的控制程序與第一實施例相同，為了簡潔起見，對其說明在此省略。 在步驟S73,以與第一實施例相同的方式比較第一空燃比傳感器36的 檢測值和第二空燃比傳感器39的檢測值，並且判定滿足公式(1 )的狀態是 否已經持續規定的時間段。當滿足公式(1)的狀態已經持續規定的時間段 時，程序前進至步驟S75並且將控制模式設定為第二空燃比傳感器模式。但 是，當滿足公式(1 )的狀態還沒有持續固定的時間段時，程序前進至步驟 S76。在步驟S76,控制器40判定是否已經滿足強制切換的條件。步驟S76 構成條件判定部分。在第一實施例中，當滿足公式(1)的狀態還沒有持續規定的時間段時 根據第一空燃比傳感器36的檢測值控制發動機1的空燃比。但是，由於切 換閥37打開時發動機1的大部分排氣流過主排放通道32並且流過旁路通道 31的排氣量較低，所以存在無法由設置在旁路通道31 (在空燃比的波動明 顯的操作狀態下，該旁路通道中的排氣流率較低)中的第一空燃比傳感器36 以良好的精度檢測空燃比波動的情況。鑑於上述內容，在第二實施例中，設置有故障防護功能，在規定的時間 段已經經過之後、滿足公式(1)的狀態還沒有持續固定的時間段時，在步 驟S76中，該故障防護功能促使從第一空燃比傳感器36切換至第二空燃比 傳感器39。沒有滿足公式(1)的狀態，即，當第一和第二空燃比傳感器36和39 的檢測值之間的差值明顯時，從第一空燃比傳感器36切換至第二空燃比傳 感器39時空燃比急劇變化，並且由於空燃比的變化產生扭矩衝擊而使乘坐 舒適性受到影響。為此原因，在第二實施例中，— 諸如當車速波動明顯時的加 速和減速期間、鎖止離合器脫離接合期間、或者當司機不太可能感覺到扭矩 沖擊的其他時間，選擇操作狀態，並且在即使沒有滿足公式(1)而規定的 時間段已經經過之後，強制地切換空燃比傳感器。採用這種方式，當控制器40判定在步驟S76已經滿足強制切換條件時， 程序前進至步驟S74。當還沒有滿足強制切換條件時，'程序前進至步驟S75。在步驟S74，控制器40將控制模式設定為第二空燃比傳感器控制模式。 在步驟S75,控制器40將控制模式設定為第一空燃比傳感器控制模式。根據上述內容，第二實施例的空燃比控制裝置IOO可得到下述效果。在第二實施例中，因為當切換閥37已經打開時判定控制模式從第一空燃比傳感器36切換至第二空燃比傳感器39，所以可獲得與第一實施例相同 的效果。在控制模式判定中，當滿足公式(1)的條件還沒有持續規定的時間段 時、在扭矩衝擊不太可能被檢測到的操作狀態下，強制從第一空燃比傳感器 36切換至第二空燃比傳感器39。因此，當第一和第一空燃比傳感器36和39 的檢測值的差值明顯時，由於空燃比傳感器的切換，可防止乘坐舒適性受到 影響。在第 一 實施例和第二實施例中，空燃比傳感器36和39可採用氧氣傳感 器代替，使得排氣中的氧氣濃度可由氧氣傳感器檢測到，而不是由空燃比傳 感器36和39檢測到。因此，可根據氧氣傳感器的檢測值控制發動機1的空 燃比。術語的總體解釋在理解本發明的範圍時，術語"包括"和其派生詞，如這裡使用的，意 在作為說明所述特徵、元件、部件、組、整數和/或步驟的存在的開放術語， 但是不排除其他未說明特徵、元件、部件、組、整數和/或步驟的存在。上述 內容也適用以具有類似含義的詞語，諸如術語"包含"、"具有"和其派生詞。 同樣，當單數使用術語"部件"、"區段"、"部分"、"組成部分"或"元件" 時可具有單一部件或多個部件的雙重含義。這裡^^用的用於描述由部件、部 分、裝置等執行的操作或功能的術語"檢測"包括不需要物理檢測的部件、 部分、裝置等，而且包括執行操作或功能的判定、測量、制模、預測或計算 等。這裡使用的描述裝置的部件、區段或部分的術語"用以"包括構造和/ 或編程為執行所需功能的硬體和/或軟體。雖然只有選定的實施例用於示出本發明，但是本領域技術人員從公開的 內容可知，在不脫離發明範圍的情況下可在這裡進行各種變化和改進。例如， 可按照需要和/或要求改變各種部件的尺寸、形狀、位置或方向。如圖所示直 接相互連接或接觸的部件可具有設置在其間的中間結構。 一個元件的功能可 以由兩個^l行，反之亦然。 一項實施例的結構和功能可在其他實施例中採用。 所有的優勢並不必要同時出現在具體實施例中。不同於現有技術的每個特 徵，單獨或者與其他特徵相結合，也應該認為是由申請人作出的對其他發明 的獨立說明，包括由這種(各)特徵實現的結構和/或功能概念。因此，根據本發明的實施例的前述說明僅僅是示出的目的，並不是為了限制本發明的範圍。
權利要求
1、一種空燃比控制裝置，包括包括排氣通道、旁路通道和閥機構的排氣系統，主催化轉換器設置在所述排氣通道中，旁路催化轉換器設置在所述旁路通道中，所述閥機構設置在所述主催化轉換器上遊側的所述旁路通道的分支部分與所述旁路通道的匯合部分之間，以選擇性地打開和關閉所述排氣通道從而將用於排氣的通路從所述排氣通道切換至所述旁路通道；第一傳感器，所述第一傳感器用以檢測在所述旁路通道中流動的排氣的空燃比特性；第二傳感器，所述第二傳感器用以檢測所述閥機構下遊位置處的、在所述排氣通道中流動的排氣的空燃比的特性；以及控制器，所述控制器包括第一空燃比控制部分、第二空燃比控制部分和控制模式切換部分，所述第一空燃比控制部分用以根據所述第一傳感器的輸出控制發動機空燃比，所述第二空燃比控制部分用以根據所述第二傳感器的輸出控制所述發動機空燃比，所述控制模式切換部分用以在從所述閥機構由關閉狀態切換至打開狀態時起已經過去規定的時間間隔之後，將由所述第一空燃比控制部分進行的控制切換至由所述第二空燃比控制部分進行的控制。
2、 根據權利要求1所述的空燃比控制裝置，其中所述控制器用以根據在所述閥機構切換至所述關閉狀態時、在從所述分 支部分延伸至所述閥機構的排氣通道部分中的排氣通過所述第二傳感器所 需的時間，確定所述規定時間間隔。
3、 根據權利要求1所述的空燃比控制裝置，其中 所述控制器還用以根據在所述第二傳感器由於所述閥機構切換至所述打開狀態而冷卻之後、所述第二傳感器的溫度達到規定溫度所需的時間，確 定所述規定時間間隔。
4、 根據權利要求1所述的空燃比控制裝置，其中， 所述控制器包括活性判定部分，所述活性判定部分用以在所述閥機構由之後，判定所述第二傳感器的活性狀態，以及 所述控制緊時、定時間段並且所述活性判定部分已經判定所述第二傳感器處於活性狀態之 後、進行從所述第一空燃比控制部分向所述第二空燃比控制部分的控制切換。
5、 根據權利要求4所述的空燃比控制裝置，其中經判定所述第二傳感器處於活性狀態之後，判定所述第一和第二傳感器的片全 測值之間的差值的絕對值是否在固定的連續時間段中為規定值或低於規定值，所述控制器還用以在所述第二傳感器被判定為處於活性狀態並且所述 第 一和第二傳感器的所述檢測值之間的差值的絕對值被判定為在固定的連 續時間段中為規定值或低於規定值時，進行從所述第一空燃比控制部分向所 述第二空燃比控制部分的控制切換。
6、 根據權利要求5所述的空燃比控制裝置，其中當車速波動小時，所述連續時間判定部分將第一規定值設定為所述規定 值，當所述車速波動率大於預定車速波動率時，所述連續時間判定部分設定 大於所述第 一規定值的第二規定值。
7、 根據權利要求5所述的空燃比控制裝置，其中，還包括條件判定部分還用以在從已經由所述連續時間判定部分執行判定起過 去規定的時間段之後，判定規定車輛操作狀態是否存在；以及戶/TiT控-制—器還—用，:r當-所-iT連緣時間-判-定-部-分-判定-一和-第二傳-感 器的所述檢測值之間的差值的絕對值沒有在所述固定連續時間段中處於所過去所述規定時間段時以及所述條件判定部分已經判定所述車輛規定操作 狀態存在之後，將這種控制強制從所述第一空燃比控制部分切換至所述第二 空燃比控制部分。
8、 根據權利要求7所述的空燃比控制裝置，其中 所述控制器還用以當車速波動大於預定波動量時判定存在所述規定車輛操作狀態。
9、 根據權利要求7所述的空燃比控制裝置，其中所述控制器用以當鎖止離合器脫離接合時判定存在所述規定車輛操作狀態,
10、 根據權利要求7所述的空燃比控制裝置，其中所述控制器用以在發動機高載荷操作期間判定存在所述規定車輛操作狀態。
11、 一種用於排氣系統的空燃比控制方法包括排氣通道、旁路通道和閥機構的排氣系統，主催化轉換器設置在所 述排氣通道中，旁通路催化轉換器設置在所述旁路通道中，所述閥機構設置 在所述主催化轉換器的上遊側的所述旁路通道的分支部分與所述旁路通道 的匯合部分之間，以選擇性地打開和關閉所述排氣通道從而將用於排氣的通 路從所述排氣通道切換至所述旁路通道，該方法包括；使用第一傳感器檢測在所述旁路通道中流動的排氣的空燃比特性；使用第二傳感器用以檢測所述閥機構下遊位置處的、在所述排氣通道中 流動的排氣的空燃比的特性；當所述閥機構關閉時根據由所述第 一傳感器檢測的所述空燃比控制發 動機空燃比；以及間隔之後，根據由所述第二傳感器檢測的所述空燃比控制所述發動機空燃 比。
12、 根據權利要求11所述的空燃比控制方法，其中，還包括 根據在所述閥機構切換至所述關閉狀態時、在從所述分支部分延伸至所逸閥-才;i7稱的-排t通-道-部-分卞的-排-^7通-過所迷第二伶感器予斤需—的-日t間，確定所 述步見定時間間隔。
13、 根據權利要求11所述的空燃比控制方法，其中，還包括 根據在所述第二傳感器由於所述閥機構切換至所述打開狀態而冷卻之後、所述第二傳感器的溫度達到規定溫度所需的時間，確定所述規定時間間 隔。
14、 根據權利要求11所述的空燃比控制方法，其中，還包括去所述規定時間間隔之後，判定所述第二傳感器的活性狀態，以及 規定時間段並且已經判定所述第二傳感器處於活性狀態之後、從基於所述第一傳感器的控制切換至基於所述第二傳感器的控制。
15、 根據權利要求14所述的空燃比控制方法，其中，還包括在已經判定所述第二傳感器處於活動狀態之後，判定所述第一和第二傳 感器的檢測值之間的差值的絕對值是否在固定的連續時間段中為規定值或 低於規定值，以及在所述第二傳感器被判定為處於活性狀態並且所述第一和第二傳感器 的所述檢測值之間的差值的絕對值被判定為在固定的連續時間段中為規定 值或低於規定值時，從基於所述第一傳感器的控制切換至基於所述第二傳感 器的控制。
16、 根據權利要求15所述的空燃比控制方法，其中 當車速波動小時，將第一規定值設定為所述規定值，當所述車速波動率大於預定車速波動率時，設定大於所述第 一規定值的第二規定值。
17、 根據權利要求15所述的空燃比控制方法，其中，還包括 在從判定所述第 一和第二傳感器的所述檢測值之間的差值的絕對值沒定的時間段之後，判定規定車輛操作狀態是否存在；以及在從判定所述第一和第二傳感器的所述檢測值之間的差值的絕對值沒規定時間段之後、判定所述規定車輛操作狀態存在時，.將基於所述第一傳感 器的控制強制切換至基於所述第二傳感器的控制。
18、 根據權利要求17所述的空燃比控制方法，其中，還包括 當車速波動大於預定波動量時判定存在所述規定車輛操作狀態。
19、 根據權利要求17所述的空燃比控制方法，其中當鎖止離合器脫離接合時判定存在所述規定車輛操作狀態。
20、 根據權利要求17所述的空燃比控制方法，其中 在發動機高載荷操作期間判定存在所述規定車輛操作狀態。
全文摘要
一種空燃比控制裝置基本包括排氣系統、第一傳感器和控制器。排氣系統包括具有主催化轉換器的排氣通道、具有旁通路催化轉換器的旁路通道和設置在排氣通道中的閥機構，將用於排氣氣體的通路從排氣通道切換至旁路通道。各傳感器輸出表示在它們相應通道中流動的排氣的空燃比的信號。控制器具有分別根據各傳感器的輸出控制發動機的空燃比的第一和第二空燃比控制部分。該控制器具有控制模式切換部分，用於在從閥機構由關閉狀態切換至打開狀態起已經經過規定的時間間隔之後將控制從第一空燃比控制部分切換至第二空燃比控制部分。
文檔編號F02D41/04GK101220777SQ20081000263
公開日2008年7月16日 申請日期2008年1月14日 優先權日2007年1月12日
發明者古賀正揮, 大嶽佳幸, 永井宏幸, 石塚靖二 申請人:日產自動車株式會社