專利名稱：用于內(nèi)燃機(jī)中排氣凈化的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于內(nèi)燃機(jī)中廢氣凈化的設(shè)備和方法，內(nèi)燃機(jī)的廢氣通道中設(shè)有三向催化劑，本發(fā)明特別涉及用于在內(nèi)燃機(jī)剛起動(dòng)后提高排氣凈化的空氣燃料比控制。
背景技術(shù)：
在較早的一種用于在內(nèi)燃機(jī)剛起動(dòng)后提高排氣凈化的空氣燃料比控制技術(shù)中，由于在內(nèi)燃機(jī)剛起動(dòng)后催化劑中的NOx的轉(zhuǎn)換率在空氣燃料比的低百分比的范圍內(nèi)突然比一個(gè)化學(xué)計(jì)算值低很多，因此在空氣燃料比控制中的一個(gè)目標(biāo)空氣燃料比被改變到大于化學(xué)計(jì)算值的高百分比一側(cè)，從而提高了NOx的轉(zhuǎn)換效率。
在另一個(gè)較早的空氣燃料比控制技術(shù)中(日本未審定專利申請(qǐng)No.7-189768)，在內(nèi)燃機(jī)剛起動(dòng)后，空氣燃料比被控制到一個(gè)低百分比的范圍，并且在加速時(shí)，空氣燃料比被控制到一個(gè)高百分比的范圍。
即，在內(nèi)燃機(jī)剛起動(dòng)后的一個(gè)預(yù)定的時(shí)間段中，在低百分比的范圍內(nèi)進(jìn)行反饋控制，并且在低百分比的范圍內(nèi)進(jìn)行反饋控制的過程中檢測(cè)到一個(gè)加速狀態(tài)時(shí)，空氣燃料比被控制到一個(gè)高百分比的范圍。
在另一個(gè)較早的空氣燃料比控制技術(shù)中(日本未審定專利申請(qǐng)No.7-301140)，在內(nèi)燃機(jī)剛起動(dòng)后，空氣燃料比被控制到一個(gè)化學(xué)計(jì)算值，接著被控制到一個(gè)低百分比的范圍，然后被控制到一個(gè)高百分比的范圍。
即，在內(nèi)燃機(jī)剛起動(dòng)后，通過將空氣燃料比反饋控制到化學(xué)計(jì)算值來存儲(chǔ)一個(gè)反饋調(diào)整值(在變?yōu)榈桶俜直戎?，并且將空氣燃料比反饋控制到低百分比的范圍直至進(jìn)行催化劑活化，接著通過將空氣燃料比反饋控制到化學(xué)計(jì)算值來存儲(chǔ)一個(gè)反饋調(diào)整值(在變?yōu)榈桶俜直戎?。
利用當(dāng)前的反饋調(diào)整值(在變?yōu)榈桶俜直戎?和先前的反饋調(diào)整值(在變?yōu)榈桶俜直戎?結(jié)合控制調(diào)整利用向前反饋控制在低百分比范圍控制的低百分比空氣燃料比目標(biāo)值。
在另一個(gè)較早的空氣燃料比控制技術(shù)中(日本未審定專利申請(qǐng)No.9-242528)，其中根據(jù)將輔助空氣引入到排氣歧管中改變?cè)诖呋瘎┲暗呐艢馄绻苤械目諝馊剂媳?。即，在催化劑之前的排氣歧管中的空氣燃料比被控制到在冷催化劑的低百分比范圍，接著在催化劑完成活化后將其中的空氣燃料比控制到高百分比范圍?br> 即，在冷催化劑(從部分活化到完全活化)，排氣歧管中的空氣燃料比被控制到低百分比范圍并且在完成活化后通過將其中的空氣燃料比控制到高百分比范圍來去除硫酸鹽。
在另一個(gè)較早的空氣燃料比控制技術(shù)中(日本未審定專利申請(qǐng)No.9-151759)，空氣燃料比被控制到低百分比范圍直至進(jìn)行催化劑活化并且在催化劑活化后，將空氣燃料比控制到一個(gè)化學(xué)計(jì)算值。
即，當(dāng)水溫沒有達(dá)到催化劑活化溫度時(shí)空氣燃料比被控制到低百分比范圍，當(dāng)水溫達(dá)到催化劑活化溫度后空氣燃料比被控制到化學(xué)計(jì)算值。

發(fā)明內(nèi)容
如在較早的空氣燃料比控制技術(shù)中所述的，在引擎剛起動(dòng)后當(dāng)空氣燃料比以一定的量變到高百分比的范圍時(shí)，可適當(dāng)?shù)剡_(dá)到一定的NOx轉(zhuǎn)換效率，但是由于空氣燃料比變到高百分比的范圍而不僅使催化劑的活化延遲而且在催化劑活化之前和之后使HC和CO的轉(zhuǎn)換效率降低。
因此，本發(fā)明人首先提出，在引擎剛起動(dòng)后將空氣燃料比控制在低百分比的范圍，接著切換至高百分比的范圍，這是由于在引擎剛起動(dòng)后的較早的時(shí)間段中(在引擎剛起動(dòng)后大約0-20秒)在引擎出口處的NOx密度的百分比很低并且在引擎出口處的HC密度很高。
可是，在從低百分比切換至高百分比的范圍時(shí)，當(dāng)無差別地以一定的量將空氣燃料比控制到高百分比的范圍時(shí)，對(duì)于HC和NOx的排氣量特征以及在一種催化劑的轉(zhuǎn)換效率，這種控制不必是最佳的。
作為本發(fā)明的一個(gè)方面，本發(fā)明提供一種用于內(nèi)燃機(jī)中排氣凈化的設(shè)備，所述內(nèi)燃機(jī)的排氣通道中設(shè)有三向催化劑，所述設(shè)備能夠在引擎剛起動(dòng)后提高排氣凈化性能。
因此，作為本發(fā)明的一個(gè)方面，首先在引擎剛起動(dòng)后將空氣燃料比控制在百分比低的范圍，接著根據(jù)關(guān)于在引擎出口處的NOx密度或者其中催化劑的溫度的參數(shù)改變空氣燃料比使其從低百分比到高百分比。
根據(jù)上述參數(shù)將被控制在百分比高范圍的空氣燃料比設(shè)定為多個(gè)數(shù)值并且當(dāng)參數(shù)表示高密度或高溫度時(shí)將空氣燃料比設(shè)定為百分比較高的范圍。
從下面參照附圖對(duì)本發(fā)明的詳細(xì)描述中可以理解本發(fā)明的這些和其它方面和特征。


圖1是本發(fā)明所涉及的第一實(shí)施例至第四實(shí)施例通用的內(nèi)燃機(jī)的系統(tǒng)布置圖。
圖2是在引擎剛起動(dòng)后的HC和NOx的排出量的特征圖。
圖3是第一實(shí)施例的空氣燃料比控制的流程圖。
圖4是第一實(shí)施例的在引擎剛起動(dòng)后的時(shí)間圖。
圖5是第二實(shí)施例的空氣燃料比控制的流程圖。
圖6是第二實(shí)施例的在引擎剛起動(dòng)后的時(shí)間圖。
圖7是第三實(shí)施例的空氣燃料比控制的流程圖。
圖8是第三實(shí)施例的在引擎剛起動(dòng)后的時(shí)間圖。
圖9是對(duì)于每一種催化劑在一個(gè)溫度下的HC和NOx的保持率的特征圖。
圖10是第四實(shí)施例的空氣燃料比控制的流程圖。
圖11是第四實(shí)施例的在引擎剛起動(dòng)后的時(shí)間圖。
具體實(shí)施例方式
下面將參照附圖對(duì)本發(fā)明所涉及的實(shí)施例進(jìn)行描述。
圖1中示出了第一實(shí)施例至第四實(shí)施例通用的內(nèi)燃機(jī)的系統(tǒng)布置。
在圖1中，其中示出了位于內(nèi)燃機(jī)1中的進(jìn)氣通道2中的進(jìn)氣歧管3上游的節(jié)流閥4和用于檢測(cè)進(jìn)氣通道2中的節(jié)流閥4上游的進(jìn)氣量QA的空氣流量計(jì)5。
用于燃料供給的燃料噴射閥(噴射器)6被設(shè)置在用于每一個(gè)缸體的進(jìn)氣歧管3中。從內(nèi)燃機(jī)控制單元10對(duì)每一個(gè)缸以預(yù)定的燃料噴射定時(shí)輸出的燃料噴射脈沖信號(hào)接通并且打開燃料噴射閥6，其燃料噴射量是由脈沖寬度控制的。
用于排氣凈化的三向催化劑(歧管催化劑)8設(shè)置在內(nèi)燃機(jī)1的排氣通道7中(排氣通道的正下方)。
除了來自于空氣流量計(jì)5的信號(hào)，來自于用于檢測(cè)內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速NE的曲柄角傳感器11的信號(hào)、來自于用于在節(jié)流閥4處于完全關(guān)閉位置處接通的空轉(zhuǎn)開關(guān)(idle switch)12的信號(hào)以及來自于用于檢測(cè)內(nèi)燃機(jī)1的冷卻水溫度TW的水溫傳感器13的信號(hào)被輸入到內(nèi)燃機(jī)控制單元10。
用于檢測(cè)排氣中的排氣成分的排氣傳感器14、15(前排氣傳感器14和后排氣傳感器15)分別被設(shè)置在排氣通道7中的催化劑8的上游和下游并且這些信號(hào)被輸入到內(nèi)燃機(jī)控制單元10。
如果需要的話，還可設(shè)置用于直接檢測(cè)催化劑8的溫度TC(催化劑溫度TC)或者間接檢測(cè)接近催化劑溫度TC的排氣溫度的催化劑溫度傳感器16并且該信號(hào)也被輸入到內(nèi)燃機(jī)控制單元10。利用來自于A/T控制單元22的信號(hào)控制與內(nèi)燃機(jī)1的輸出軸相連的自動(dòng)變速器20，A/T控制單元22用于接收來自于換檔選擇器21的信號(hào)等。
內(nèi)燃機(jī)控制單元10和A/T控制單元22通過通信線路23連接在一起，因此內(nèi)燃機(jī)控制單元10可檢測(cè)在自動(dòng)變速器20中從N(空檔范圍)至D(驅(qū)動(dòng)范圍)的換檔。
為了應(yīng)對(duì)近年來嚴(yán)格的廢氣排放規(guī)定，已經(jīng)制訂了廢氣排放指標(biāo)等于大氣標(biāo)準(zhǔn)的目標(biāo)，但是存在著當(dāng)冷引擎起動(dòng)時(shí)從尾管排出的NOx量和HC量大的情況。
關(guān)于排氣模式測(cè)試，從尾管排出的NOx量在第一階段(引擎起動(dòng)后0-125秒)占總量(所有階段)的很大部分(80％-90％)。
圖2示出了在排氣模式測(cè)試的第一階段，分別在引擎起動(dòng)后0-20秒(第一空轉(zhuǎn))和在引擎起動(dòng)后20-125秒(機(jī)動(dòng)車起動(dòng)-第一階段結(jié)束)，從尾管排出的HC量和NOx量隨空氣燃料比(A/F)變化的各個(gè)積分值。
如圖2(a)中所示，在引擎起動(dòng)后0-20秒的短時(shí)間內(nèi)從尾管排出的HC量很大，在引擎起動(dòng)后20-125秒的長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)從尾管排出的HC量小。對(duì)于任何一個(gè)時(shí)間段，減小空氣燃料比可以降低從尾管排出的HC量，增大空氣燃料比可以提高從尾管排出的HC量。
如圖2(b)中所示，在引擎起動(dòng)后0-20秒的時(shí)間內(nèi)從尾管排出的NOx量很小而與A/F的變化無關(guān)，在引擎起動(dòng)后20-125秒的時(shí)間內(nèi)，減小空氣燃料比可以迅速提高從尾管排出的NOx量，增大空氣燃料比可以迅速降低從尾管排出的NOx量。
即，引擎溫度很低并且在引擎起動(dòng)后0-20秒的時(shí)間內(nèi)引擎出口處的NOx密度低。因此，從尾管排出的NOx量很小而與A/F的變化無關(guān)。另一方面，在該時(shí)間段，引擎出口處的HC密度最高并且歧管催化還沒有被充分地活化，因此，從尾管排出的HC量大。因此，在該時(shí)間段，通過優(yōu)先進(jìn)行HC凈化并且控制空氣燃料比處于一個(gè)百分比低的范圍內(nèi)，可以提高HC轉(zhuǎn)換效率和促進(jìn)歧管催化劑活化。
在引擎起動(dòng)后20-125秒的時(shí)間內(nèi)歧管催化劑基本上被活化，在該時(shí)間段內(nèi)，由于引擎出口處的HC密度減小并且由于歧管催化劑的活化而使從尾管排出的HC量減小，但是，由于引擎出口處的NOx密度增大而使從尾管排出的NOx量提高。
另一方面，增大A/F可以降低NOx的排出量并且使HC排出量的增加減弱。因此，通過使空氣燃料比變?yōu)榘俜直雀叩姆秶?在該時(shí)間段優(yōu)先進(jìn)行NOx凈化)，可使NOx的排出量減少較大的差值，同時(shí)使HC排出量保持最小。
因此，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，首先在引擎剛起動(dòng)后將空氣燃料比控制在百分比低的范圍，接著根據(jù)關(guān)于在引擎出口處的NOx密度或者其中催化劑的溫度的參數(shù)改變空氣燃料比，使其從低百分比到高百分比。
根據(jù)上述參數(shù)將被控制在百分比高范圍的空氣燃料比設(shè)定為多個(gè)數(shù)值并且當(dāng)參數(shù)表示高密度或高溫度時(shí)將空氣燃料比設(shè)定為百分比較高的范圍。
由于在催化劑下游的排氣傳感器(后排氣傳感器)的啟動(dòng)，因此空氣燃料比持續(xù)處于高百分比的狀態(tài)直至能夠進(jìn)行空氣燃料比反饋控制，在后排氣傳感器啟動(dòng)后，基于傳感器的輸出將空氣燃料比反饋控制到一個(gè)化學(xué)計(jì)算值(λ＝1)。
在引擎剛起動(dòng)后，可以從這樣一種布置進(jìn)行這樣的空氣燃料比控制，其中在引擎控制單元10處設(shè)定用于燃料噴射閥6的燃料噴射量計(jì)算的目標(biāo)空氣燃料比(目標(biāo)A/F)。
下面將分別對(duì)第一實(shí)施例-第四實(shí)施例的當(dāng)引擎剛起動(dòng)后在引擎控制單元10處的空氣燃料比控制。首先，對(duì)本發(fā)明所涉及的第一實(shí)施例進(jìn)行描述。
在該實(shí)施例中，一種引擎載荷(特別是，燃料噴射量)用作與在引擎出口處的NOx密度相關(guān)的參數(shù)。
圖3是第一實(shí)施例的空氣燃料比控制的流程圖。
在步驟S1，讀出在引擎起動(dòng)時(shí)間的水溫TWINI。在引擎起動(dòng)時(shí)間根據(jù)水溫傳感器13的信號(hào)檢測(cè)水溫TW并且作為在引擎起動(dòng)時(shí)間的水溫TWINI存儲(chǔ)(TWINI＝TW)。
在步驟S2，判斷在引擎起動(dòng)時(shí)間的水溫TWINI是否大于冷判斷水溫TWAFCLH。當(dāng)TWINI＜TWAFCLH時(shí)，引擎處于冷引擎起動(dòng)并且程序執(zhí)行步驟S3。當(dāng)TWINI≥TWAFCLH時(shí)，引擎處于熱引擎起動(dòng)并且程序執(zhí)行步驟S9，其中目標(biāo)A/F被設(shè)定為一個(gè)化學(xué)計(jì)算值(14.7；λ＝1)并且程序返回。在步驟S3，后排氣傳感器15的輸出被讀出，接著在步驟S4，判斷后排氣傳感器15是否被啟動(dòng)。后排氣傳感器的輸出在后排氣傳感器啟動(dòng)之前沒有從某一個(gè)電平改變，其隨著后排氣傳感器的啟動(dòng)而改變。
因此，根據(jù)后排氣傳感器的輸出判斷后排氣傳感器15的啟動(dòng)。當(dāng)后排氣傳感器沒有被啟動(dòng)時(shí)，程序執(zhí)行步驟S5。當(dāng)后排氣傳感器啟動(dòng)時(shí)，程序執(zhí)行步驟S9，其中目標(biāo)A/F被設(shè)定為一個(gè)化學(xué)計(jì)算值(14.7；λ＝1)并且程序返回。
在步驟S5，在冷引擎剛起動(dòng)時(shí)，引擎處于一個(gè)狀態(tài)，因此，首先一種引擎載荷，即表示引擎載荷的燃料噴射量(燃料噴射脈沖寬度)TP作為與在引擎出口處的Nox釋放量相關(guān)的參數(shù)被讀出。根據(jù)進(jìn)氣量QA和引擎轉(zhuǎn)速NE計(jì)算燃料噴射量TP。
在步驟S6，通過比較燃料噴射量TP與一個(gè)預(yù)定的高百分比改變判斷值TP1來判斷是否TP≥TP1。
當(dāng)TP＜TP1時(shí)，程序執(zhí)行步驟S7，其中目標(biāo)空氣燃料比被設(shè)定為一個(gè)用于優(yōu)先提高HC凈化性能的低百分比范圍ABFL并且程序返回。
當(dāng)TP≥TP1時(shí)，程序執(zhí)行步驟S8，其中目標(biāo)空氣燃料比被設(shè)定為一個(gè)用于提高NOx排出性能的高百分比范圍并且程序返回。當(dāng)燃料噴射量TP變大時(shí)，空氣燃料比根據(jù)燃料噴射量TP被設(shè)定為百分比較高的范圍。
詳細(xì)地，目標(biāo)空氣燃料比被設(shè)定為多個(gè)數(shù)值(至少兩個(gè))。例如，TP1≤TP＜TP2------目標(biāo)空氣燃料比＝ABFR1。
TP2≤TP＜TP3------目標(biāo)空氣燃料比＝ABFR2。
TP3≤TP------目標(biāo)空氣燃料比＝ABFR3，其中ABFR1＞ABFR2＞ABFR3。
ABFR3是百分比最高的目標(biāo)空氣燃料比，這樣，該空氣燃料比以三種數(shù)值(但不限于三種數(shù)值)被控制到百分比高的范圍。
圖4是表示第一實(shí)施例的空氣燃料比控制的一個(gè)示例的時(shí)間圖。由于在引擎剛起動(dòng)后的燃料噴射量小于TP1，因此空氣燃料比被設(shè)定為一個(gè)百分比低的范圍(ABFL)。
此時(shí)，在引擎出口處的NOx排出量小并且在引擎出口處的HC排出量大。因此，通過將空氣燃料比變?yōu)橛糜趦?yōu)先提高HC凈化性能的百分比低的范圍來提高HC轉(zhuǎn)換效率和催化劑活化。
當(dāng)燃料噴射量超過TP1時(shí)(在該示例中，選擇從N范圍到D范圍的相同時(shí)間)，阻止空氣燃料比變?yōu)榘俜直鹊偷姆秶⑶夷繕?biāo)空氣燃料比被設(shè)定為百分比高的范圍(ABFR1)。
當(dāng)燃料噴射量進(jìn)一步增大并且超過TP2和TP3時(shí)，目標(biāo)空氣燃料比被設(shè)定為更高的百分比(ABFR2、ABFR3)。當(dāng)引擎載荷(燃料噴射量)變大時(shí)，HC排出量降低，另一方面，NOx排出量增大。因此，通過阻止變?yōu)榘俜直鹊偷姆秶约巴ㄟ^控制空氣燃料比使之百分比更高，可以提高NOx轉(zhuǎn)換效率。
接著，當(dāng)由于后排氣傳感器15的輸出變化而確定后排氣傳感器15被啟動(dòng)時(shí)，目標(biāo)空氣燃料比被設(shè)定為一個(gè)化學(xué)計(jì)算值并且將開始對(duì)其進(jìn)行空氣燃料比反饋控制。
根據(jù)第一實(shí)施例，由于在引擎剛起動(dòng)后較早的時(shí)間內(nèi)(大約0-20秒)在引擎出口處的NOx密度很低并且在引擎出口處的HC密度很高，因此通過優(yōu)先進(jìn)行HC凈化，即，在引擎剛起動(dòng)后首先控制空氣燃料比到百分比低的范圍，可以提高排氣凈化性能。
接著，通過根據(jù)與在引擎出口處的NOx密度相關(guān)的參數(shù)從低百分比到高百分比改變空氣燃料比，通過根據(jù)NOx排出量的增大優(yōu)先進(jìn)行NOx凈化，可以提高排氣凈化性能。
根據(jù)與在引擎出口處的NOx密度相關(guān)的參數(shù)將被控制在百分比高的范圍的空氣燃料比設(shè)定為多個(gè)數(shù)值并且當(dāng)該參數(shù)變大時(shí)將空氣燃料比控制在百分比更大的范圍，因此，可以對(duì)應(yīng)于NOx排出量增大的程度以最佳的形式改變空氣燃料比到百分比高的范圍并且可以達(dá)到總的排氣凈化效果。
根據(jù)第一實(shí)施例，引擎載荷(燃料噴射量)用作與在引擎出口處的NOx密度相關(guān)的參數(shù)，這是由于引擎載荷與NOx密度之間具有緊密的關(guān)系(一般說來，由于引擎載荷的增大而使NOx密度增大)并且引擎載荷還是引擎控制的一個(gè)必要的參數(shù)。因此，在不增加另外的傳感器的情況下，可以進(jìn)行空氣燃料比的控制。
另外，根據(jù)第一實(shí)施例，通過由于在催化劑下游的排氣傳感器的啟動(dòng)而使空氣燃料比保持在百分比高的范圍直至能夠進(jìn)行空氣燃料比反饋控制，并且還通過在啟動(dòng)排氣傳感器后根據(jù)排氣傳感器的輸出將空氣燃料比反饋控制到化學(xué)計(jì)算值，從而可在排氣傳感器啟動(dòng)之前和之后提高排氣凈化效果。
下面將對(duì)本發(fā)明的第二實(shí)施例進(jìn)行描述。該實(shí)施例涉及利用空轉(zhuǎn)開關(guān)進(jìn)行空氣燃料比控制。
圖5是第二實(shí)施例所涉及的空氣燃料比控制的流程圖。在圖5中所示的流程圖中的步驟S1-步驟S4和步驟S9與圖3中所示的流程圖中的相同，因此省略對(duì)其的描述。
當(dāng)在步驟S2，判斷在引擎起動(dòng)時(shí)間的水溫TWINI＜冷判斷水溫TWAFCLH并且在步驟S4，后排氣傳感器沒有被啟動(dòng)(在冷引擎剛起動(dòng)后)，程序執(zhí)行步驟S21。在步驟S21，空轉(zhuǎn)開關(guān)12作為引擎載荷的示值被讀出。
在步驟S22，判斷空轉(zhuǎn)開關(guān)12是否斷開(加速狀態(tài))。當(dāng)空轉(zhuǎn)開關(guān)12接通(空轉(zhuǎn)狀態(tài))，程序執(zhí)行步驟S23，其中目標(biāo)A/F被設(shè)定為一個(gè)百分比低的空氣燃料比，該空氣燃料比是預(yù)定的并且適于優(yōu)先進(jìn)行HC凈化并且程序返回。
當(dāng)空轉(zhuǎn)開關(guān)12斷開(加速狀態(tài))時(shí)，程序執(zhí)行步驟S24，其中表示引擎載荷的燃料噴射量TP被讀出并且程序執(zhí)行步驟S25，其中目標(biāo)A/F被設(shè)定為一個(gè)百分比高的空氣燃料比，該空氣燃料比用于優(yōu)先進(jìn)行NOx凈化并且程序返回。
當(dāng)燃料噴射量TP變大時(shí)，空氣燃料比根據(jù)燃料噴射量TP被設(shè)定為百分比較高的范圍。
詳細(xì)地，目標(biāo)空氣燃料比被設(shè)定為多個(gè)數(shù)值(至少兩個(gè))。例如，TP＜TP4------目標(biāo)空氣燃料比＝ABFR1。
TP≥TP4------目標(biāo)空氣燃料比＝ABFR2，其中ABFR1＞ABFR2。
ABFR2是百分比較高的目標(biāo)空氣燃料比，這樣，該空氣燃料比以兩種數(shù)值(但不限于兩種數(shù)值)被控制到百分比高的范圍，該空氣燃料比可被控制為多于兩種數(shù)值。
圖6是表示第二實(shí)施例的空氣燃料比控制的一個(gè)示例的時(shí)間圖。由于在引擎剛起動(dòng)后引擎處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)，因此空氣燃料比被設(shè)定為一個(gè)百分比低的范圍(ABFL)。
此時(shí)，在引擎出口處的NOx排出量小并且在引擎出口處的HC排出量大。因此，通過將空氣燃料比變?yōu)橛糜趦?yōu)先提高HC凈化性能的百分比低的范圍來提高HC轉(zhuǎn)換效率和催化劑活化。
當(dāng)通過壓下加速器踏板(機(jī)動(dòng)車移動(dòng))斷開空轉(zhuǎn)開關(guān)(加速狀態(tài))時(shí)，阻止空氣燃料比變?yōu)榘俜直鹊偷姆秶⑶夷繕?biāo)空氣燃料比被設(shè)定為百分比高的范圍(ABFR1)。
當(dāng)燃料噴射量進(jìn)一步增大并且超過TP4時(shí)，目標(biāo)空氣燃料比被設(shè)定為更高的百分比(ABFR2)。當(dāng)在加速狀態(tài)下引擎載荷(燃料噴射量)變大時(shí)，HC排出量降低較多，另一方面，NOx排出量增大較多。因此，通過阻止變?yōu)榘俜直鹊偷姆秶约巴ㄟ^控制空氣燃料比使之百分比更高以優(yōu)先進(jìn)行NOx凈化，可以提高NOx轉(zhuǎn)換效率。
根據(jù)第二實(shí)施例，特別是，通過在加速狀態(tài)下(空轉(zhuǎn)開關(guān)斷開)阻止低百分比的空氣燃料比控制以及變?yōu)楦甙俜直鹊目諝馊剂媳瓤刂?，可在機(jī)動(dòng)車移動(dòng)之前和之后之間使控制適當(dāng)?shù)胤蛛x并且可防止高百分比范圍的變換時(shí)限的延遲。代替確定空轉(zhuǎn)開關(guān)作為一種加速狀態(tài)，可確定在自動(dòng)變速器中從N至D的換檔并且可通過阻止在從N到D的換檔時(shí)限進(jìn)行低百分比的空氣燃料比控制來將空氣燃料比控制切換到高百分比范圍。
下面將對(duì)本發(fā)明所涉及的第三實(shí)施例進(jìn)行描述。該實(shí)施例使用關(guān)于催化劑溫度的參數(shù)。
圖7是第三實(shí)施例所涉及的空氣燃料比控制的流程圖。在圖7中所示的流程圖中的步驟S1-步驟S4和步驟S9與圖3中所示的流程圖中的相同，因此省略對(duì)其的描述。
當(dāng)在步驟S2，判斷在引擎起動(dòng)時(shí)間的水溫TWINI＜冷判斷水溫TWAFCLH并且在步驟S4，后排氣傳感器沒有被啟動(dòng)(在冷引擎剛起動(dòng)后)，程序執(zhí)行步驟S31。在步驟S31，作為關(guān)于催化劑溫度的一個(gè)參數(shù)，讀出利用催化劑溫度傳感器16直接檢測(cè)或者間接檢測(cè)的催化劑溫度TC或者根據(jù)流入到催化劑中的氣體量的計(jì)算而估算溫度TC。
在步驟S32，通過比較催化劑溫度TC與一個(gè)預(yù)定的高百分比改變判斷值TC1來判斷是否TC≥TC1。
當(dāng)TC＜TC1時(shí)，程序執(zhí)行步驟S33，其中目標(biāo)空氣燃料比被設(shè)定為一個(gè)低百分比范圍ABFL并且程序返回，該低百分比范圍ABFL是預(yù)定的以用于優(yōu)先提高HC凈化性能。
當(dāng)TC≥TC1時(shí)，程序執(zhí)行步驟S34，其中目標(biāo)空氣燃料比被設(shè)定為一個(gè)用于提高NOx排出性能的高百分比范圍并且程序返回。當(dāng)催化劑溫度TC變大時(shí)，空氣燃料比根據(jù)催化劑溫度TC被設(shè)定為百分比較高的范圍。
詳細(xì)地，目標(biāo)空氣燃料比被設(shè)定為多個(gè)數(shù)值(至少兩個(gè))。例如，TC1≤TC＜TC2------目標(biāo)空氣燃料比＝ABFR1。
TC2≤TC------目標(biāo)空氣燃料比＝ABFR2，其中ABFR1＞ABFR2。
ABFR2是百分比較高的目標(biāo)空氣燃料比，這樣，該空氣燃料比以兩種數(shù)值(但不限于兩種數(shù)值)被控制到百分比高的范圍，該空氣燃料比可被控制為多于兩種數(shù)值。
圖8是表示第三實(shí)施例的空氣燃料比控制的一個(gè)示例的時(shí)間圖。由于在引擎剛起動(dòng)后的催化劑溫度小于TC1，因此空氣燃料比被設(shè)定為一個(gè)百分比低的范圍(ABFL)。
此時(shí)，在引擎出口處的NOx排出量小并且在引擎出口處的HC排出量大。因此，通過將空氣燃料比變?yōu)橛糜趦?yōu)先提高HC凈化性能的百分比低的范圍來提高HC轉(zhuǎn)換效率和催化劑活化。
當(dāng)催化劑溫度超過TC1時(shí)，阻止空氣燃料比變?yōu)榘俜直鹊偷姆秶⑶夷繕?biāo)空氣燃料比被設(shè)定為百分比高的范圍(ABFR1)。當(dāng)催化劑溫度進(jìn)一步增大并且超過TC2時(shí)，目標(biāo)空氣燃料比被設(shè)定為更高的百分比(ABFR2)。
當(dāng)催化劑溫度升高時(shí)，HC排出量降低，另一方面，NOx排出量增大。因此，通過阻止變?yōu)榘俜直鹊偷姆秶约巴ㄟ^控制空氣燃料比使之百分比更高以優(yōu)先進(jìn)行NOx凈化，可以提高NOx轉(zhuǎn)換效率。
圖9示出了對(duì)應(yīng)于A/F的變化(化學(xué)計(jì)算值、高百分比、低百分比)在各個(gè)催化劑溫度(350℃、400℃、450℃、500℃)在催化劑中的HC保持率和NOx保持率。從圖9中可以看出，在低溫度范圍(350℃、400℃)，特別是在高百分比的范圍，由于HC轉(zhuǎn)換效率降低而使HC保持率較高，但是由于變?yōu)榈桶俜直鹊姆秶筃Ox保持率變高。因此，最好空氣燃料比處于高百分比的范圍的化學(xué)計(jì)算值一側(cè)。在高溫度范圍(450℃、500℃)，由于HC轉(zhuǎn)換效率提高而使HC保持率降低的很多，另一方面，NOx保持率在低百分比的范圍快速增加。這表示，此時(shí)空氣燃料比應(yīng)該被控制在百分比較高的范圍。
根據(jù)第三實(shí)施例，由于在引擎剛起動(dòng)后較早的時(shí)間內(nèi)(大約0-20秒)在引擎出口處的NOx密度很低并且在引擎出口處的HC密度很高，因此通過優(yōu)先進(jìn)行HC凈化，即，在引擎剛起動(dòng)后首先控制空氣燃料比到百分比低的范圍，可以提高排氣凈化性能。
接著，通過根據(jù)與在引擎出口處的NOx密度相關(guān)的參數(shù)從低百分比到高百分比改變空氣燃料比，通過根據(jù)NOx排出量的增大優(yōu)先進(jìn)行NOx凈化，可以提高排氣凈化性能。
根據(jù)與催化劑溫度相關(guān)的參數(shù)將被控制在百分比高的范圍的空氣燃料比設(shè)定為多個(gè)數(shù)值并且當(dāng)該參數(shù)變大時(shí)將空氣燃料比控制在百分比更大的范圍，因此，可以根據(jù)在催化劑的提高的HC轉(zhuǎn)換效率的程度以最佳的形式改變空氣燃料比到百分比高的范圍并且可以達(dá)到總的排氣凈化效果。
根據(jù)第三實(shí)施例，檢測(cè)的或者估算的催化劑溫度用作關(guān)于催化劑溫度的一個(gè)參數(shù)。這可通過安裝一個(gè)催化劑溫度傳感器或者根據(jù)引擎操作狀態(tài)進(jìn)行估算容易地實(shí)現(xiàn)。
下面將對(duì)本發(fā)明所涉及的第四實(shí)施例進(jìn)行描述。在該實(shí)施例中，引擎溫度(特別是水溫)用作關(guān)于催化劑溫度的參數(shù)。
圖10是第四實(shí)施例所涉及的空氣燃料比控制的流程圖。在圖10中所示的流程圖中的步驟S1-步驟S4和步驟S9與圖3中所示的流程圖中的相同，因此省略對(duì)其的描述。
當(dāng)在步驟S2，判斷在引擎起動(dòng)時(shí)間的水溫TWINI＜冷判斷水溫TWAFCLH并且在步驟S4，后排氣傳感器沒有被啟動(dòng)(在冷引擎剛起動(dòng)后)，程序執(zhí)行步驟S41。在步驟S41，根據(jù)來自于一個(gè)水傳感器13的信號(hào)讀出作為關(guān)于催化劑溫度的一個(gè)參數(shù)的引擎溫度，即水溫TW。
在步驟S42，通過比較測(cè)定的水溫TW與一個(gè)預(yù)定的高百分比改變判斷值TW1來判斷是否TW≥TW1。
當(dāng)TW＜TW1時(shí)，程序執(zhí)行步驟S43，其中目標(biāo)空氣燃料比被設(shè)定為一個(gè)低百分比范圍ABFL并且程序返回，該低百分比范圍ABFL用于優(yōu)先提高HC凈化性能。
當(dāng)TW≥TW1時(shí)，程序執(zhí)行步驟S44，其中目標(biāo)空氣燃料比被設(shè)定為一個(gè)用于提高NOx排出性能的高百分比范圍并且程序返回。當(dāng)水溫TW變大時(shí)，空氣燃料比根據(jù)水溫TW被設(shè)定為百分比較高的范圍。
詳細(xì)地，目標(biāo)空氣燃料比被設(shè)定為多個(gè)數(shù)值(至少兩個(gè))。例如，TW1≤TW＜TW2------目標(biāo)空氣燃料比＝ABFR1。
TW2≤TW------目標(biāo)空氣燃料比＝ABFR2，其中ABFR1＞ABFR2。
ABFR2是百分比較高的目標(biāo)空氣燃料比，這樣，該空氣燃料比以兩種數(shù)值(但不限于兩種數(shù)值)被控制到百分比高的范圍，該空氣燃料比可被控制為多于兩種數(shù)值。
圖11是表示第四實(shí)施例的空氣燃料比控制的一個(gè)示例的時(shí)間圖。由于在引擎剛起動(dòng)后的水溫小于TW1，因此空氣燃料比被設(shè)定為一個(gè)百分比低的范圍(ABFL)。
此時(shí)，在引擎出口處的NOx排出量小并且在引擎出口處的HC排出量大。因此，通過將空氣燃料比變?yōu)橛糜趦?yōu)先提高HC凈化性能的百分比低的范圍來提高HC轉(zhuǎn)換效率和催化劑活化。
當(dāng)催化劑溫度超過TW1時(shí)，阻止空氣燃料比變?yōu)榘俜直鹊偷姆秶⑶夷繕?biāo)空氣燃料比被設(shè)定為百分比高的范圍(ABFR1)。當(dāng)水溫進(jìn)一步增大并且超過TW2時(shí)，目標(biāo)空氣燃料比被設(shè)定為更高的百分比(ABFR2)。
當(dāng)水溫升高時(shí)，由于催化劑溫度隨之升高，HC排出量會(huì)因HC轉(zhuǎn)換效率的提高而降低，另一方面，NOx排出量由于溫度升高而增大。因此，通過阻止變?yōu)榘俜直鹊偷姆秶约巴ㄟ^控制空氣燃料比使之百分比更高以優(yōu)先進(jìn)行NOx凈化，可以提高NOx轉(zhuǎn)換效率。
根據(jù)第四實(shí)施例，特別是在引擎溫度用作與催化劑溫度相關(guān)的參數(shù)，這是由于引擎溫度與催化劑溫度之間具有緊密的關(guān)系并且引擎溫度還是引擎控制的一個(gè)必要的參數(shù)，因此可容易地實(shí)施該實(shí)施例。
對(duì)于第三和第四實(shí)施例，可增加一種控制，在確定加速狀態(tài)時(shí)(空轉(zhuǎn)開關(guān)斷開或者換檔時(shí)限從N到D)，如在第二實(shí)施例中所述的，阻止空氣燃料比變換到低百分比的范圍并且將空氣燃料比切換到高百分比的范圍。
本申請(qǐng)要求于2002年1月11日申請(qǐng)的日本專利申請(qǐng)No.2002-004643的優(yōu)先權(quán)。日本專利申請(qǐng)No.2002-004643所披露的全部?jī)?nèi)容在這里作為參考。
盡管選擇了一些實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行描述，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員顯然可在不脫離由附屬的權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的保護(hù)范圍的基礎(chǔ)上對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行各種改進(jìn)和變型。
另外，上面關(guān)于對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例的詳細(xì)描述僅是為了說明，不是對(duì)本發(fā)明的限定，本發(fā)明的保護(hù)范圍是由附屬的權(quán)利要求及其等同限定的。
權(quán)利要求
1.一種用于內(nèi)燃機(jī)中排氣凈化的設(shè)備包括設(shè)置在內(nèi)燃機(jī)排氣通道中的三向催化劑；用于將燃料供給到內(nèi)燃機(jī)中的燃料噴射器；引擎操作狀態(tài)檢測(cè)單元，所述引擎操作狀態(tài)檢測(cè)單元用于檢測(cè)引擎的操作狀態(tài)；以及引擎控制單元，所述引擎控制單元能夠根據(jù)引擎操作狀態(tài)設(shè)定空氣燃料比并且根據(jù)空氣燃料比控制燃料噴射器的燃料噴射量，其特征在于，所述引擎控制單元獲得與在引擎出口處的NOx密度或者催化劑溫度相關(guān)的一個(gè)參數(shù)，所述引擎控制單元在引擎剛起動(dòng)后將空氣燃料比控制在低的范圍，接著將空氣燃料比控制在高的范圍，并且根據(jù)所述參數(shù)轉(zhuǎn)換空氣燃料比使其從低到高；所述引擎控制單元根據(jù)所述參數(shù)將被控制在高范圍的空氣燃料比設(shè)定為多個(gè)數(shù)值中的一個(gè)，并且當(dāng)參數(shù)表示高NOx密度或高催化劑溫度時(shí)將空氣燃料比設(shè)定為較高。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述與在引擎出口處的NOx密度相關(guān)的參數(shù)是引擎載荷。
3.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述與催化劑溫度相關(guān)的參數(shù)是檢測(cè)的或者估算的催化劑溫度。
4.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述與催化劑溫度相關(guān)的參數(shù)是引擎溫度。
5.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，當(dāng)檢測(cè)到一個(gè)加速狀態(tài)時(shí)，所述引擎控制單元阻止將空氣燃料比控制到低的范圍并且將空氣燃料比切換到高的范圍。
6.如權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備還包括設(shè)置在進(jìn)氣通道中的節(jié)流閥；以及在節(jié)流閥處于完全關(guān)閉的狀態(tài)下接通的空轉(zhuǎn)開關(guān)，其中所述加速狀態(tài)是由空轉(zhuǎn)開關(guān)的斷開測(cè)定的。
7.如權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備還包括與所述引擎相連的自動(dòng)變速器，其中，所述加速狀態(tài)是由在自動(dòng)變速器中從N范圍到D范圍的換檔確定的。
8.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備還包括設(shè)置在排氣通道中的催化劑下游的排氣傳感器，其中，由于排氣傳感器的啟動(dòng)，所述引擎控制單元持續(xù)控制空氣燃料比處于高的狀態(tài)直至能夠進(jìn)行空氣燃料比反饋控制。
9.如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其特征在于，在排氣傳感器啟動(dòng)后，基于排氣傳感器的輸出將空氣燃料比反饋控制到一個(gè)化學(xué)計(jì)算值。
10.一種用于內(nèi)燃機(jī)中排氣凈化的設(shè)備包括設(shè)置在內(nèi)燃機(jī)排氣通道中的三向催化劑；用于將燃料供給到內(nèi)燃機(jī)中的燃料噴射器；引擎操作狀態(tài)檢測(cè)單元，所述引擎操作狀態(tài)檢測(cè)單元用于檢測(cè)引擎的操作狀態(tài)；以及引擎控制單元，所述引擎控制單元能夠根據(jù)引擎操作狀態(tài)設(shè)定空氣燃料比并且根據(jù)空氣燃料比控制燃料噴射器的燃料噴射量，其中，所述引擎控制單元包括參數(shù)獲得裝置，所述參數(shù)獲得裝置能夠獲得與在引擎出口處的NOx密度或者與催化劑溫度相關(guān)的一個(gè)參數(shù)，空氣燃料比切換裝置，所述空氣燃料比切換裝置在引擎剛起動(dòng)后將空氣燃料比控制在百分比低的范圍，接著將空氣燃料比控制在百分比高的范圍，并且根據(jù)所述參數(shù)改變空氣燃料比使其從低百分比到高百分比；以及高百分比空氣燃料比設(shè)定裝置，所述高百分比空氣燃料比設(shè)定裝置根據(jù)所述參數(shù)將被控制在百分比高范圍的空氣燃料比設(shè)定為多個(gè)數(shù)值中的一個(gè)，并且當(dāng)參數(shù)表示高NOx密度或高催化劑溫度時(shí)將空氣燃料比設(shè)定為百分比較高的范圍。
11.一種用于內(nèi)燃機(jī)中排氣凈化的方法，所述內(nèi)燃機(jī)的排氣通道中設(shè)有三向催化劑，所述方法包括利用燃料噴射器將燃料供給到所述引擎；檢測(cè)引擎的操作狀態(tài)；根據(jù)引擎操作狀態(tài)設(shè)定空氣燃料比；根據(jù)空氣燃料比控制燃料噴射器的燃料噴射量；獲得與在引擎出口處的NOx密度或者與催化劑溫度相關(guān)的一個(gè)參數(shù)；在引擎剛起動(dòng)后將空氣燃料比控制在百分比低的范圍，接著將空氣燃料比控制在百分比高的范圍；根據(jù)所述參數(shù)進(jìn)行空氣燃料比的切換，使其從低百分比到高百分比；以及根據(jù)所述參數(shù)將被控制在百分比高范圍的空氣燃料比設(shè)定為多個(gè)數(shù)值中的一個(gè)，并且當(dāng)參數(shù)表示較高NOx密度或較高催化劑溫度時(shí)將空氣燃料比設(shè)定為百分比較高的范圍。
12.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于，根據(jù)燃料噴射量確定引擎載荷。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于內(nèi)燃機(jī)中排氣凈化的設(shè)備和方法，為了在冷引擎剛起動(dòng)后提高排氣凈化效率，首先對(duì)于HC凈化，在引擎剛起動(dòng)后，將空氣燃料比控制在一個(gè)低百分比的范圍。接著對(duì)于NOx凈化，根據(jù)與在引擎出口處的NOx密度的一個(gè)參數(shù)(引擎載荷，即燃料噴射量)或者與催化劑溫度(催化劑溫度或者水溫)相關(guān)的一個(gè)參數(shù)將空氣燃料比從低百分比的范圍切換到高百分比的范圍。根據(jù)上述參數(shù)將被控制在百分比高范圍的空氣燃料比設(shè)定為多個(gè)數(shù)值并且當(dāng)參數(shù)表示高密度或高溫度時(shí)將空氣燃料比設(shè)定為百分比較高的范圍。
文檔編號(hào)F02D41/10GK1431393SQ0310153
公開日2003年7月23日 申請(qǐng)日期2003年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月11日
發(fā)明者小熊元 申請(qǐng)人:日產(chǎn)自動(dòng)車株式會(huì)社