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CN106460692B - 内燃机的控制系统 - Google Patents

内燃机的控制系统 Download PDF

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CN106460692B CN201580026700.0A CN201580026700A CN106460692B CN 106460692 B CN106460692 B CN 106460692B CN 201580026700 A CN201580026700 A CN 201580026700A CN 106460692 B CN106460692 B CN 106460692B
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Abstract

内燃机包括排气净化催化剂20。该内燃机的控制系统包括在排气净化催化剂的下游侧的下游侧空气‑燃料比传感器41，以及控制废气的空气‑燃料比的空气‑燃料比控制装置。当传感器的输出空气‑燃料比变为富判定空气‑燃料比或更低时，目标空气‑燃料比被设定为贫空气‑燃料比，以及当输出空气‑燃料比变为贫判定空气‑燃料比或更高时，目标空气‑燃料比被设定为富空气‑燃料比。当内燃机运转状态是稳定运转状态并且是低负荷运转状态时，在目标空气‑燃料比被设定为贫空气‑燃料比时的目标空气‑燃料比的平均贫度和在目标空气‑燃料比被设定为富空气‑燃料比时的目标空气‑燃料比的平均富度中的至少一者被增大。

Description

内燃机的控制系统
技术领域
本发明涉及内燃机的控制系统。
背景技术
过去广为人知的是这样一种内燃机的控制系统：其在内燃机的排气通道中设置有空气-燃料比传感器，并且基于该空气-燃料比传感器的输出而控制被提供给内燃机的燃料量。特别地，作为这样的控制系统，已知如下的控制系统：该控制系统在被设置于内燃机排气通道中的排气净化催化剂的排气流动方向上的上游侧(在下文中，简称为“上游侧”)设置有空气-燃料比传感器，并且在排气流动方向上的下游侧(在下文中，简称为“下游侧”)设置有氧传感器(例如，PTL 1和2)。
例如，在PTL 1所描述的控制系统中，流入排气净化催化剂的废气的目标空气-燃料比在富于化学计量空气-燃料比的富空气-燃料比与贫于化学计量空气-燃料比的贫空气-燃料比之间交替切换，以使得排气净化催化剂的储氧量在最大可储氧量与零之间交替波动。具体而言，在PTL 1所描述的控制系统中，被交替切换到的富空气-燃料比的富度(rich degree)被设定为变得大于被交替切换到的贫空气-燃料比的贫度(lean degree)。根据PTL 1，由此，当使得目标空气-燃料比为贫空气-燃料比时，贫度小，因此认为在将目标空气-燃料比设定为贫空气-燃料比时可以防止大转矩波动发生。
引用列表
专利文献
PTL 1：公开号为2004-285948A的日本专利公开
PTL 2：公开号为2004-251123A的日本专利公开
发明内容
技术问题
在这方面，排气净化催化剂的储氧能力通过反复地吸收和释放氧来维持。因此，如果将排气净化催化剂长期维持在储氧状态下或释氧状态下，则储氧能力将下降，并且将导致排气净化催化剂的净化性能降低。具体而言，例如，排气净化催化剂的最大可储氧量将下降。因此，为了将排气净化催化剂的储氧能力维持为高的，按照与PTL 1所描述的控制系统相同的方式，将流入排气净化催化剂的废气的目标空气-燃料比交替地设定为富空气-燃料比和贫空气-燃料比是有效的。
这里，根据本申请的发明人，了解到排气净化催化剂的储氧能力被维持得越高，当目标空气-燃料比被设定为贫空气-燃料比时的贫度(与化学计量空气-燃料比的差)越大，并且当目标空气-燃料比被设定为富空气-燃料比时的富度(与化学计量空气-燃料比的差)越大。因此，为了将排气净化催化剂的储氧能力维持为高的，优选地使目标空气-燃料比在大贫度的贫空气-燃料比和大富度的富空气-燃料比之间交替。
另一方面，如果使目标空气-燃料比的富度和贫度越大，则当包含大量未燃烧气体或NOX等的废气暂时流入排气净化催化剂时或者当排气净化催化剂的储氧量达到最大可储氧量或零时，从排气净化催化剂流出的未燃烧气体或NOX的量将变得越大。
因此，考虑到上面的问题，本发明的目的是提供一种在将排气净化催化剂的净化性能维持为高的同时，可以使从排气净化催化剂流出的未燃烧气体或NOX的量保持为少的。
问题解决方案
为了解决此问题，在本发明的第一方面中，提供一种内燃机的控制系统，所述内燃机包括排气净化催化剂，所述排气净化催化剂被设置在所述内燃机的排气通道中并且能够储氧，所述控制系统包括：下游侧空气-燃料比传感器，其被设置在所述排气净化催化剂的排气流动方向上的下游侧，并且检测从所述排气净化催化剂流出的废气的空气-燃料比；以及空气-燃料比控制装置，其控制所述废气的空气-燃料比，以使流入所述排气净化催化剂的所述废气的空气-燃料比变为目标空气-燃料比，其中，当由所述下游侧空气-燃料比传感器检测到的废气空气-燃料比变为富判定空气-燃料比或更低时，所述目标空气-燃料比被设定为贫空气-燃料比，所述富判定空气-燃料比富于化学计量空气-燃料比，所述贫空气-燃料比贫于所述化学计量空气-燃料比，以及当由所述下游侧空气-燃料比传感器检测到的废气空气-燃料比变为贫判定空气-燃料比或更高时，所述目标空气-燃料比被设定为富空气-燃料比，所述贫判定空气-燃料比贫于所述化学计量空气-燃料比，所述富空气-燃料比富于所述化学计量空气-燃料比；并且，与当内燃机运转状态不是稳定运转状态并且是中高负荷运转状态时相比，当所述内燃机运转状态是稳定运转状态并且是低负荷运转状态时，在所述目标空气-燃料比被设定为贫空气-燃料比时的所述目标空气-燃料比的平均贫度和在所述目标空气-燃料比被设定为富空气-燃料比时的所述目标空气-燃料比的平均富度中的至少一者被增大。
在本发明的第二方面中，提供有本发明的第一方面，其中，与当所述内燃机运转状态不是稳定运转状态并且是中高负荷运转状态时相比，当所述内燃机运转状态是稳定运转状态并且是低负荷运转状态时，在所述目标空气-燃料比被设定为贫空气-燃料比时的所述目标空气-燃料比的贫度的最大值和在所述目标空气-燃料比被设定为富空气-燃料比时的所述目标空气-燃料比的富度的最大值中的至少一者被增大。
在本发明的第三方面中，提供有本发明的第一或第二方面，其中，当由所述下游侧空气-燃料比传感器检测到的废气空气-燃料比变为富判定空气-燃料比或更低时，所述目标空气-燃料比被切换到贫于所述目标空气-燃料比的贫设定空气-燃料比，从在所述目标空气-燃料比被设定为所述贫设定空气-燃料比之后并且在由所述下游侧空气-燃料比传感器检测到的所述废气空气-燃料比变为所述贫判定空气-燃料比或更高之前的贫度改变时机起，所述目标空气-燃料比被设定为具有小于所述贫设定空气-燃料比的贫度的贫空气-燃料比，直至由所述下游侧空气-燃料比传感器检测到的所述废气空气-燃料比变为所述贫判定空气-燃料比或更高，当由所述下游侧空气-燃料比传感器检测到的所述废气空气-燃料比变为所述贫判定空气-燃料比或更高时，所述目标空气-燃料比被切换到富于所述化学计量空气-燃料比的富设定空气-燃料比，以及从在所述目标空气-燃料比被设定为所述富设定空气-燃料比之后并且在由所述下游侧空气-燃料比传感器检测到的所述废气空气-燃料比变为所述富判定空气-燃料比或更低之前的富度改变时机起，所述目标空气-燃料比设定为具有小于所述富设定空气-燃料比的富度的富空气-燃料比，直至由所述下游侧空气-燃料比传感器检测到的所述废气空气-燃料比变为所述富判定空气-燃料比或更低。
在本发明的第四方面中，提供有本发明的第三方面，其中，与当所述内燃机运转状态不是稳定运转状态并且是中高负荷运转状态时相比，当所述内燃机运转状态是稳定运转状态并且是低负荷运转状态时，所述贫设定空气-燃料比的贫度和所述富设定空气-燃料比的富度中的至少一者被增大，以及与当所述内燃机运转状态不是稳定运转状态并且是中高负荷运转状态时相比，当所述内燃机运转状态是稳定运转状态并且是低负荷运转状态时，在所述富度改变时机之后的所述目标空气-燃料比的平均富度和在所述贫度改变时机之后的所述目标空气-燃料比的平均贫度中的至少一者被增大。
在本发明的第五方面中，提供有本发明的第三方面，其中，与当所述内燃机运转状态不是稳定运转状态并且是中高负荷运转状态时相比，当所述内燃机运转状态是稳定运转状态并且是低负荷运转状态时，所述贫设定空气-燃料比的贫度和所述富设定空气-燃料比的富度中的至少一者被增大，并且，在当所述内燃机运转状态是稳定运转状态并且是低负荷运转状态时与当所述内燃机运转状态不是稳定运转状态并且是中高负荷运转状态时之间，在所述富度改变时机之后的所述目标空气-燃料比的平均贫度和在所述贫度改变时机之后的所述目标空气-燃料比的平均富度不改变。
本发明的有益效果
根据本发明，提供这样一种内燃机的控制系统：其在将排气净化催化剂的净化性能维持为高的同时，可以使从排气净化催化剂流出的未燃烧气体或NOX的量保持为少的。
附图说明
图1是示意性地示出其中使用本发明的控制系统的内燃机的图。
图2是示出排气净化催化剂的储氧量与从排气净化催化剂流出的废气中的NOX的浓度或HC和CO的浓度之间的关系的图。
图3是示出在不同的废气空气-燃料比下的传感器施加电压与输出电流之间的关系的图。
图4是示出使传感器施加电压恒定时的废气空气-燃料比与输出电流之间的关系的图。
图5是当通过根据本实施例的内燃机的控制系统进行基本空气-燃料比控制时的空气-燃料比校正量的时间图。
图6是当进行用于设定不同的设定空气-燃料比的控制时的空气-燃料比校正量等的与图5类似的时间图。
图7是控制系统的功能框图。
图8是示出用于计算空气-燃料比校正量的控制中的控制例程的流程图。
图9是示出用于设定富设定空气-燃料比和贫设定空气-燃料比的控制中的控制例程的流程图。
图10是当进行用于设定不同的设定空气-燃料比的控制时的空气-燃料比校正量等的时间图。
具体实施方式
下面，参考附图，详细说明本发明的实施例。应注意，在下面的说明中，相同的部件被分配相同的参考标号。
<作为整体的内燃机的说明>
图1是示意性地示出其中使用根据本发明的控制装置的内燃机的图。参考图1，1指示内燃机主体，2指示气缸体，3指示在气缸体2中往复运动的活塞，4指示被固定到气缸体2的气缸盖，5指示在活塞3与气缸盖4之间形成的燃烧室，6指示进气阀，7指示进气口，8指示排气阀，9指示排气口。进气阀6打开和关闭进气口7，而排气阀8打开和关闭排气口9。
如图1所示，火花塞10被设置在气缸盖4的内壁面的中心部处，燃料喷射器11被设置在气缸盖4的内壁面的周边部处。火花塞10被配置为根据点火信号而产生火花。另外，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中。应注意，燃料喷射器11也可以被设置为将燃料喷射到进气口7中。另外，在本实施例中，作为燃料，使用具有14.6的化学计量空气-燃料比的汽油。然而，本实施例的内燃机也可以使用另一种燃料。
每个气缸的进气口7通过对应的进气支管(runner)13而被连接到稳压罐(surgetank)14，而稳压罐14通过进气管15而被连接到空气滤清器(air cleaner)16。进气口7、进气支管13、稳压罐14和进气管15形成进气通道。另外，在进气管15内部，设置由节流阀驱动致动器17驱动的节流阀18。可以通过节流阀驱动致动器17而使节流阀18工作，从而改变进气通道的孔径面积。
另一方面，每个气缸的排气口9被连接到排气歧管19。排气歧管19具有被连接到排气口9的多个支管以及其中汇集(collect)这些支管的汇集部。排气歧管19的汇集部被连接到容纳上游侧排气净化催化剂20的上游侧套管(casing)21。上游侧套管21通过排气管22而被连接到容纳下游侧排气净化催化剂24的下游侧套管23。排气口9、排气歧管19、上游侧套管21、排气管22和下游侧套管23形成排气通道。
电子控制单元(ECU)31由数字计算机构成，该数字计算机设置有通过双向总线32连接在一起的诸如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的组件。在进气管15中，设置用于检测流过进气管15的空气的流量的空气流量计39。该空气流量计39的输出通过对应的AD变换器38而被输入到输入端口36。另外，在排气歧管19的汇集部处，设置上游侧空气-燃料比传感器40，其检测流过排气歧管19的内部的废气(即，流入上游侧排气净化催化剂20的废气)的空气-燃料比。此外，在排气管22中，设置下游侧空气-燃料比传感器41，其检测流过排气管22的内部的废气(即，从上游侧排气净化催化剂20流出并且流入下游侧排气净化催化剂24的废气)的空气-燃料比。这些空气-燃料比传感器40和41的输出也通过对应的AD变换器38而被输入到输入端口36。
另外，加速踏板42被连接到负荷传感器43，该负荷传感器43产生与加速踏板42的下压量成比例的输出电压。负荷传感器43的输出电压通过对应的AD变换器38而被输入到输入端口36。曲柄角传感器14每当例如曲柄轴旋转15度时产生输出脉冲。该输出脉冲被输入到输入端口36。CPU35根据该曲柄角传感器44的输出脉冲而计算内燃机速度。另一方面，输出端口37通过对应的驱动电路45而被连接到火花塞10、燃料喷射器11和节流阀驱动致动器17。应注意，ECU 31用作用于控制内燃机的控制装置。
应注意，根据本实施例的内燃机是以汽油作为燃料的非增压内燃机，但是根据本发明的内燃机不限于上面的配置。例如，根据本发明的内燃机可以具有不同于上面的内燃机的气缸阵列、燃料的喷射状态、进气和排气系统的配置、阀机构的配置、增压器的存在和/或增压状态等等。
<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在每种情况下具有相似的配置。排气净化催化剂20和24是具有储氧能力的三元催化剂。具体地，排气净化催化剂20和24被这样形成：在由陶瓷构成的基底上承载(carry)具有催化作用的贵金属(例如，铂(Pt))和具有储氧能力的物质(例如，二氧化铈(CeO2))。当达到预定的活化温度时，排气净化催化剂20和24呈现出同时去除未燃烧气体(HC、CO等)和氧化氮(NOX)的催化作用，此外还呈现出储氧能力。
根据排气净化催化剂20和24的储氧能力，当流入排气净化催化剂20和24的废气的空气-燃料比贫于化学计量空气-燃料比(贫空气-燃料比)时，排气净化催化剂20和24存储废气中的氧。另一方面，当流入的废气的空气-燃料比富于化学计量空气-燃料比(富空气-燃料比)时，排气净化催化剂20和24释放被存储在排气净化催化剂20和24中的氧。
排气净化催化剂20和24具有催化作用和储氧能力，从而具有根据氧储量而净化NOX和未燃烧气体的作用。也就是，在流入排气净化催化剂20和24的废气的空气-燃料比为贫空气-燃料比的情况下，如图2A所示，当氧储量小时，排气净化催化剂20和24存储废气中的氧。另外，与此相随，废气中的NOX被还原和净化。另一方面，如果氧储量变大而超过最大可储氧量(上限储量)Cmax附近的特定储量(在图中为Cuplim)，则从排气净化催化剂20和24流出的废气中的氧和NOX的浓度迅速升高。
另一方面，在流入排气净化催化剂20和24的废气的空气-燃料比为富空气-燃料比的情况下，如图2B所示，当氧储量大时，存储在排气净化催化剂20和24中的氧被释放，并且废气中的未燃烧气体被氧化和净化。另一方面，如果氧储量变小，则在零(下限储量)附近的特定储量(在图中为Clowlim)处从排气净化催化剂20和24流出的废气中的未燃烧气体的浓度迅速升高。
以上面的方式，根据在本实施例中使用的排气净化催化剂20和24，废气中的NOX和未燃烧气体的净化特性依赖于流入排气净化催化剂20和24的废气的空气-燃料比和氧储量而变化。应注意，如果具有催化作用和储氧能力，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。
<空气-燃料比传感器的输出特性>
接下来，参考图3和4，将说明本实施例中的空气-燃料比传感器40和41的输出特性。图3是示出本实施例的空气-燃料比传感器40和41的电压-电流(V-I)特性的图。图4是示出当使施加电压恒定时在空气-燃料比传感器40和41周围流动的废气的空气-燃料比(在下文中，称为“废气空气-燃料比”)与输出电流I之间的关系的图。应注意，在该实施例中，使用具有相同配置的空气-燃料比传感器作为空气-燃料比传感器40和41。
如从图3将理解的，在本实施例的空气-燃料比传感器40和41中，输出电流I变得越大，废气空气-燃料比变得越高(越贫)。另外，每个废气空气-燃料比的V-I线具有基本平行于V轴的区域，即，其中即使传感器的施加电压变化，输出电流也几乎不变的区域。该电压区域被称为“限制电流区域”。此时的电流被称为“限制电流”。在图3中，当废气空气-燃料比为18时的限制电流区域和限制电流分别由W18和I18示出。因此，空气-燃料比传感器40和41可以被称为“限制电流型空气-燃料比传感器”。
图4是示出当使施加电压恒定在大约0.45V时的废气空气-燃料比与输出电流I之间的关系的图。如从图4将理解的，在空气-燃料比传感器40和41中，输出电流I相对于废气空气-燃料比成线性(成比例地)变化，从而废气空气-燃料比越高(即，越贫)，来自空气-燃料比传感器40和41的输出电流I越大。此外，空气-燃料比传感器40和41被配置为使得当废气空气-燃料比为化学计量空气-燃料比时，输出电流I变为零。另外，当废气空气-燃料比在一定或更大程度上变大时，或者当废气空气-燃料比在一定或更大程度上变小时，输出电流的变化与废气空气-燃料比的变化的比变小。
应注意，在上面的实例中，作为空气-燃料比传感器40和41，使用限制电流型空气-燃料比传感器。然而，作为空气-燃料比传感器40和41，也可以使用非限制电流型的空气-燃料比传感器或任何其它空气-燃料比传感器，只要输出电流相对于废气空气-燃料比线性变化即可。另外，空气-燃料比传感器40和41可以具有彼此不同的结构。
<基本空气-燃料比控制的概要>
接下来，将简要地说明本发明的内燃机的控制系统中的空气-燃料比控制。在本实施例中，基于上游侧空气-燃料比传感器40的输出空气-燃料比而进行反馈控制以控制来自燃料喷射器11的燃料喷射量，使得上游侧空气-燃料比传感器40的输出空气-燃料比变为目标空气-燃料比。应注意，“输出空气-燃料比”意味着与空气-燃料比传感器的输出值对应的空气-燃料比。
另一方面，在本实施例的空气-燃料比控制中，基于下游侧空气-燃料比传感器41的输出空气-燃料比等而进行目标空气-燃料比设定控制以设定目标空气-燃料比。在目标空气-燃料比设定控制中，当下游侧空气-燃料比传感器41的输出空气-燃料比变为富判定空气-燃料比(例如，14.55)或更低时，判定由下游侧空气-燃料比传感器41检测到的废气的空气-燃料比已变为富空气-燃料比，所述富判定空气-燃料比仅稍富于化学计量空气-燃料比。此时，目标空气-燃料比被设定为贫设定空气-燃料比。应注意，“贫设定空气-燃料比”是以一定程度贫于化学计量空气-燃料比(作为控制的中心的空气-燃料比)的预定空气-燃料比，例如，14.65至20，优选地为14.65至18，更优选地为14.65至16左右。
之后，如果在目标空气-燃料比被设定为贫设定空气-燃料比的状态下，下游侧空气-燃料比传感器41的输出空气-燃料比变为贫于富判定空气-燃料比的空气-燃料比(比富判定空气-燃料比更接近化学计量空气-燃料比的空气-燃料比)，则判定由下游侧空气-燃料比传感器41检测到的废气的空气-燃料比已基本变为化学计量空气-燃料比。此时，目标空气-燃料比被设定为弱贫设定空气-燃料比。应注意，弱贫设定空气-燃料比是具有比贫设定空气-燃料比小的贫度的贫空气-燃料比(与化学计量空气-燃料比的差更小)，例如，14.62至15.7，优选地为14.63至15.2，更优选地为14.65至14.9左右。
另一方面，当下游侧空气-燃料比传感器41的输出空气-燃料比变为稍贫于化学计量空气-燃料比的贫判定空气-燃料比(例如，14.65)或更高时，判定由下游侧空气-燃料比传感器41检测到的废气的空气-燃料比已变为贫空气-燃料比。此时，目标空气-燃料比被设定为富设定空气-燃料比。应注意，“富设定空气-燃料比”是以一定程度富于化学计量空气-燃料比(作为控制中心的空气-燃料比)的预定空气-燃料比，例如，10至14.55，优选地为12至14.52，更优选地为13至14.5左右。
之后，如果在目标空气-燃料比被设定为富设定空气-燃料比的状态下，下游侧空气-燃料比传感器41的输出空气-燃料比变为富于贫判定空气-燃料比的空气-燃料比(比贫判定空气-燃料比更接近化学计量空气-燃料比的空气-燃料比)，则判定由下游侧空气-燃料比传感器41检测到的废气的空气-燃料比已基本变为化学计量空气-燃料比。此时，目标空气-燃料比被设定为弱富设定空气-燃料比。应注意，“弱富设定空气-燃料比”是具有比富设定空气-燃料比小的富度的富空气-燃料比(与化学计量空气-燃料比的差更小)，例如，13.5至14.58，优选地为14至14.57，更优选地为14.3至14.55左右。
结果，在本实施例中，如果下游侧空气-燃料比传感器41的输出空气-燃料比变为富判定空气-燃料比或更低时，首先，将目标空气-燃料比设定为贫设定空气-燃料比。之后，如果下游侧空气-燃料比传感器41的输出空气-燃料比变得大于富判定空气-燃料比，则将目标空气-燃料比设定为弱贫设定空气-燃料比。另一方面，如果下游侧空气-燃料比传感器41的输出空气-燃料比变为贫判定空气-燃料比或更高，首先，将目标空气-燃料比设定为富设定空气-燃料比。之后，如果下游侧空气-燃料比传感器41的输出空气-燃料比变得小于贫判定空气-燃料比，则将目标空气-燃料比设定为弱富设定空气-燃料比。之后，重复类似的控制。
应注意，富判定空气-燃料比和贫判定空气-燃料比被设定为在化学计量空气-燃料比的1％以内，优选地0.5％以内，更优选地0.35％以内的空气-燃料比。因此，当化学计量空气-燃料比为14.6时，富判定空气-燃料比和贫判定空气-燃料比与化学计量空气-燃料比的差为0.15或更小，优选地为0.073或更小，更优选地为0.051或更小。另外，目标空气-燃料比(例如，弱富设定空气-燃料比或贫设定空气-燃料比)与化学计量空气-燃料比的差被设定为大于上面的差。
<使用时间图的控制的说明>
参考图5，将详细说明上述操作。图5是在通过根据本实施例的内燃机的控制系统进行基本空气-燃料比控制的情况下，空气-燃料比校正量AFC、上游侧空气-燃料比传感器40的输出空气-燃料比AFup、上游侧排气净化催化剂20中的储氧量OSA、流入上游侧排气净化催化剂20的废气的累积的氧过剩/不足量ΣOED、以及下游侧空气-燃料比传感器41的输出空气-燃料比AFdwn的时间图。
应注意，空气-燃料比校正量AFC是与流入上游侧排气净化催化剂20的废气的目标空气-燃料比相关的校正量。当空气-燃料比校正量AFC为0时，目标空气-燃料比被设定为等于作为控制中心的空气-燃料比(在下文中，称为“控制中心空气-燃料比”)的空气-燃料比(在本实施例中，为化学计量空气-燃料比)。当空气-燃料比校正量AFC为正值时，目标空气-燃料比变为贫于控制中心空气-燃料比的空气-燃料比(在本实施例中，为贫空气-燃料比)，当空气-燃料比校正量AFC为负值时，目标空气-燃料比变为富于控制中心空气-燃料比的空气-燃料比(在本实施例中，为富空气-燃料比)。另外，“控制中心空气-燃料比”意味着根据内燃机运转状态而向其添加空气-燃料比校正量AFC的空气-燃料比，也就是，当使目标空气-燃料比根据空气-燃料比校正量AFC而变化时作为基准的空气-燃料比。
在所示例的实例中，在时刻t1之前的状态下，空气-燃料比校正量AFC被设定为弱富设定校正量AFCsrich(与弱富设定空气-燃料比对应)。也就是说，目标空气-燃料比被设定为富空气-燃料比，与此相随，上游侧空气-燃料比传感器40的输出空气-燃料比变为富空气-燃料比。流入上游侧排气净化催化剂20的废气中包含的未燃烧气体通过上游侧排气净化催化剂20而被去除。与此相随，上游侧排气净化催化剂20的储氧量OSA逐渐减少。另一方面，由于在上游侧排气净化催化剂20处的净化，从上游侧排气净化催化剂20流出的废气不包含未燃烧气体，因此，下游侧空气-燃料比传感器41的输出空气-燃料比AFdwn基本变为化学计量空气-燃料比。
如果上游侧排气净化催化剂20的储氧量OSA逐渐减少，则储氧量OSA在时刻t1接近零(例如，在图2中，Clowlim)。与此相随，流入上游侧排气净化催化剂20的未燃烧气体的一部分在未被上游侧排气净化催化剂20去除的情况下开始流出。因此，在时刻t1之后，下游侧空气-燃料比传感器41的输出空气-燃料比AFdwn逐渐下降。结果，在所示例的实例中，在时刻t2，储氧量OSA基本变为零，并且下游侧空气-燃料比传感器41的输出空气-燃料比AFdwn达到富判定空气-燃料比AFrich。
在本实施例中，如果下游侧空气-燃料比传感器41的输出空气-燃料比AFdwn变为富判定空气-燃料比AFrich或更低，则空气-燃料比校正量AFC被切换到贫设定校正量AFClean(与贫设定空气-燃料比对应)，以使储氧量OSA增加。因此，目标空气-燃料比从富空气-燃料比被切换到贫空气-燃料比。
应注意，在本实施例中，空气-燃料比校正量AFC不是在下游侧空气-燃料比传感器41的输出空气-燃料比AFdwn从化学计量空气-燃料比改变为富空气-燃料比之后立刻被切换，而是在达到富判定空气-燃料比AFrich之后被切换。这是因为，即使上游侧排气净化催化剂20的储氧量OSA充足，从上游侧排气净化催化剂20流出的废气的空气-燃料比有时也会稍微偏离化学计量空气-燃料比。反过来说，使富判定空气-燃料比为这样的空气-燃料比：当上游侧排气净化催化剂20的储氧量充足时，从上游侧排气净化催化剂20流出的废气的空气-燃料比将不会达到该空气-燃料比。应注意，这同样适用于上述贫判定空气-燃料比。
如果在时刻t2将目标空气-燃料比切换到贫空气-燃料比，则流入上游侧排气净化催化剂20的废气的空气-燃料比从富空气-燃料比改变为贫空气-燃料比。另外，与此相随，上游侧空气-燃料比传感器40的输出空气-燃料比AFup变为贫空气-燃料比(实际上，从切换目标空气-燃料比时到流入上游侧排气净化催化剂20的废气的空气-燃料比发生变化时产生延迟，但是在所示例的实例中，为了方便起见，假设它们同时发生变化)。如果在时刻t2，流入上游侧排气净化催化剂20的废气的空气-燃料比改变为贫空气-燃料比，则上游侧排气净化催化剂20的储氧量OSA增加。
如果以此方式上游侧排气净化催化剂20的储氧量OSA增加，则从上游侧排气净化催化剂20流出的废气的空气-燃料比朝着化学计量空气-燃料比变化。在图5所示的实例中，在时刻t3，下游侧空气-燃料比传感器41的输出空气-燃料比AFdwn变为大于富判定空气-燃料比AFrich的值。也就是说，下游侧空气-燃料比传感器41的输出空气-燃料比AFdwn基本变为化学计量空气-燃料比。这意味着上游侧排气净化催化剂20的储氧量OSA在一定程度上变大。
因此，在本实施例中，当下游侧空气-燃料比传感器41的输出空气-燃料比AFdwn改变为大于富判定空气-燃料比AFrich的值时，空气-燃料比校正量AFC被切换到弱贫设定校正量AFCslean(与弱贫设定空气-燃料比对应)。因此，在时刻t3，目标空气-燃料比的贫度减小。在下文中，时刻t3被称为“贫度改变时机(timing)”。
在时刻t3的贫度改变时机，如果空气-燃料比校正量AFC被切换到弱贫设定校正量AFCslean，则流入上游侧排气净化催化剂20的废气的贫度也变小。与此相随，上游侧空气-燃料比传感器40的输出空气-燃料比AFup变小，并且上游侧排气净化催化剂20的储氧量OSA的增加速度下降。
在时刻t3之后，上游侧排气净化催化剂20的储氧量OSA逐渐增加，尽管增加速度缓慢。如果上游侧排气净化催化剂20的储氧量OSA逐渐增加，则储氧量OSA最终接近最大可储氧量Cmax(例如，图2的Cuplim)。如果在时刻t4，储氧量OSA接近最大可储氧量Cmax，则流入上游侧排气净化催化剂20的氧的一部分开始流出而不被存储在上游侧排气净化催化剂20中。因此，下游侧空气-燃料比传感器41的输出空气-燃料比AFdwn逐渐上升。结果，在所示例的实例中，在时刻t5，储氧量OSA达到最大可储氧量Cmax，并且下游侧空气-燃料比传感器41的输出空气-燃料比AFdwn达到贫判定空气-燃料比AFlean。
在本实施例中，如果下游侧空气-燃料比传感器41的输出空气-燃料比AFdwn变为贫判定空气-燃料比AFlean或更高，则空气-燃料比校正量AFC被切换到富设定校正量AFCrich，以使储氧量OSA减少。因此，目标空气-燃料比从贫空气-燃料比被切换到富空气-燃料比。
如果在时刻t5将目标空气-燃料比切换到富空气-燃料比，则流入上游侧排气净化催化剂20的废气的空气-燃料比从贫空气-燃料比改变为富空气-燃料比。另外，与此相随，上游侧空气-燃料比传感器40的输出空气-燃料比AFup变为富空气-燃料比(实际上，从切换目标空气-燃料比时到流入上游侧排气净化催化剂20的废气的空气-燃料比发生变化时产生延迟，但是在所示例的实例中，为了方便起见，假设它们同时发生变化)。如果在时刻t5，流入上游侧排气净化催化剂20的废气的空气-燃料比改变为富空气-燃料比，则上游侧排气净化催化剂20的储氧量OSA减少。
如果以此方式上游侧排气净化催化剂20的储氧量OSA减少，则从上游侧排气净化催化剂20流出的废气的空气-燃料比朝着化学计量空气-燃料比而变化。在图5所示的实例中，在时刻t6，下游侧空气-燃料比传感器41的输出空气-燃料比AFdwn变为小于贫判定空气-燃料比AFlean的值。也就是说，下游侧空气-燃料比传感器41的输出空气-燃料比AFdwn基本变为化学计量空气-燃料比。这意味着上游侧排气净化催化剂20的储氧量OSA在一定程度上变小。
因此，在本实施例中，当下游侧空气-燃料比传感器41的输出空气-燃料比AFdwn改变为比贫判定空气-燃料比AFclean小的值时，空气-燃料比校正量AFC从富设定校正量被切换到弱富设定校正量AFCsrich(与弱富设定空气-燃料比对应)。
如果在时刻t6将空气-燃料比校正量AFC切换到弱富设定校正量AFCsrich，则流入上游侧排气净化催化剂20的废气的空气-燃料比的富度也变小。与此相随，上游侧空气-燃料比传感器40的输出空气-燃料比AFup增大，并且上游侧排气净化催化剂20的储氧量OSA的减少速度下降。
在时刻t6之后，上游侧排气净化催化剂20的储氧量OSA逐渐减少，尽管减少速度缓慢。如果上游侧排气净化催化剂20的储氧量OSA逐渐减少，则储氧量OSA以与时刻t1相同的方式最终在时刻t7接近零，并且下降到图2的Cdwnlim。然后，在时刻t8，以与时刻t2相同的方式，下游侧空气-燃料比传感器41的输出空气-燃料比AFdwn达到富判定空气-燃料比AFrich。然后，重复与从时刻t1到时刻t6的操作类似的操作。
<基本控制的优点>
根据上述基本空气-燃料比控制，在当目标空气-燃料比从富空气-燃料比被改变为贫空气-燃料比的时刻t2之后紧接的时刻，以及在当目标空气-燃料比从贫空气-燃料比被改变为富空气-燃料比的时刻t5之后紧接的时刻，与化学计量空气-燃料比的差为大的(也就是说，富度或贫度为大的)。因此，可以使得在时刻t2从上游侧排气净化催化剂20流出的未燃烧气体和在时刻t5从上游侧排气净化催化剂20流出的NOX迅速减少。因此，可以抑制未燃烧气体和NOX从上游侧排气净化催化剂20流出。
另外，根据本实施例的空气-燃料比控制，在时刻t2，目标空气-燃料比被设定为贫设定空气-燃料比，然后在未燃烧气体从上游侧排气净化催化剂20的流出被停止并且上游侧排气净化催化剂20的储氧量OSA以一定程度恢复之后，目标空气-燃料比在时刻t3被切换到弱贫设定空气-燃料比。通过以此方式使目标空气-燃料比的富度(与化学计量空气-燃料比的差)为小的，即使NOX从上游侧排气净化催化剂20流出，每单位时间的流出量也可以减少。特别地，根据上面的空气-燃料比控制，尽管在时刻t5处NOX从上游侧排气净化催化剂20流出，但是仍可以使此时的流出量保持为少的。
此外，根据本实施例的空气-燃料比控制，在时刻t5，目标空气-燃料比被设定为富设定空气-燃料比，然后在NOX(氧气)从上游侧排气净化催化剂20的流出停止并且上游侧排气净化催化剂20的储氧量OSA以一定程度减少之后，目标空气-燃料比在时刻t6被切换到弱富设定空气-燃料比。通过以此方式使目标空气-燃料比的富度(与化学计量空气-燃料比的差)为更小的，即使未燃烧气体从上游侧排气净化催化剂20流出，每单位时间的流出量也可以减少。特别地，根据上面的空气-燃料比控制，尽管在时间t2和t8处未燃烧气体从上游侧排气净化催化剂20流出，但是在此时也可以使其流出量保持为少的。
此外，在本实施例中，作为用于检测在下游侧的废气的空气-燃料比的传感器，使用空气-燃料比传感器41。与氧传感器不同，该空气-燃料比传感器41不具有滞后现象。因此，根据相对于实际废气空气-燃料比具有高响应性的空气-燃料比传感器41，可以迅速检测到未燃烧气体和氧(以及NOX)从上游侧排气净化催化剂20的流出。因此，这种情况下同样地，根据该实施例，可以抑制未燃烧气体和NOX(以及氧)从上游侧排气净化催化剂20的流出。
另外，在可以储氧的排气净化催化剂中，如果维持储氧量基本恒定，则将导致储氧能力的下降。因此，为了尽可能维持储氧能力，在使用排气净化催化剂时，需要使储氧量上下变化。按照根据本实施例的空气-燃料比控制，上游侧排气净化催化剂20的储氧量OSA反复地在接近零与接近最大可储氧量之间上下变化。因此，可以尽可能地将上游侧排气净化催化剂20的储氧量OSA维持为高的。
应注意，在上面的实施例中，当在时刻t3，下游侧空气-燃料比传感器41的输出空气-燃料比AFdwn变为大于富判定空气-燃料比AFrich的值时，空气-燃料比校正量AFC从贫设定校正量AFlean被切换到弱贫设定校正量AFCslean。另外，在上面的实施例中，当在时刻t6，下游侧空气-燃料比传感器41的输出空气-燃料比AFdwn变为小于贫判定空气-燃料比AFlean的值时，空气-燃料比校正量AFC从富设定校正量AFCrich被切换到弱富设定校正量AFCsrich。然而，用于切换空气-燃料比校正量AFC的时机不一定必须基于下游侧空气-燃料比传感器41的输出空气-燃料比AFdwn而被确定，也可以基于其它参数而被确定。
例如，用于切换空气-燃料比校正量AFC的时机也可以基于上游侧排气净化催化剂20的储氧量OSA而被确定。例如，如图5所示，当在目标空气-燃料比在时刻t2被切换到贫空气-燃料比之后上游侧排气净化催化剂20的储氧量OSA达到预定量α时，空气-燃料比校正量AFC被切换到弱贫设定校正量AFCslean。另外，当在目标空气-燃料比在时刻t5被切换到富空气-燃料比之后上游侧排气净化催化剂20的储氧量OSA减少了预定量α时，空气-燃料比校正量AFC被切换到弱富设定校正量。
在这种情况下，基于流入上游侧排气净化催化剂20的废气的累积的氧气过剩/不足量而推定上游侧排气净化催化剂20的储氧量OSA。“氧过剩/不足量”意味着当尝试使流入上游侧排气净化催化剂20的废气的空气-燃料比成为化学计量空气-燃料比时，变得过剩的氧或变得不足的氧(过剩的未燃烧气体的量等等)。特别地，当目标空气-燃料比变为贫设定空气-燃料比时，流入上游侧排气净化催化剂20的废气变得过剩。该过剩氧被存储在上游侧排气净化催化剂20中。因此，氧过剩/不足量的累积值(在下文中，称为“累积的氧过剩/不足量”)可以说是表示上游侧排气净化催化剂20的储氧量OSA。如图5所示，在本实施例中，当目标空气-燃料比改变为超过化学计量空气-燃料比时，累积的氧过剩/不足量ΣOED被重置为零。
应注意，氧过剩/不足量基于上游侧空气-燃料比传感器40的输出空气-燃料比AFup和进入燃烧室5的进气量(基于空气流量计39等而被计算出)的推定值或者来自燃料喷射器11的燃料的供给量等而被计算出。具体地，氧气过剩/不足量OED例如通过以下式子(1)而被计算出：
OED＝0.23·Qi·(AFup-14.6)…(1)
这里，0.23是空气中的氧浓度，Qi指示燃料喷射量，AFup指示上游侧空气-燃料比传感器40的输出空气-燃料比。
或者，将空气-燃料比校正量AFC切换到弱贫设定校正量AFCslean的时机(贫度改变时机)可以基于从将目标空气-燃料比切换到贫空气-燃料比时(时刻t2)起所经过的时间或累积的进气量等而被确定。类似地，将空气-燃料比校正量AFC切换到弱富设定校正量AFCsrich的时机(富度改变时机)可以基于从将目标空气-燃料比切换到富空气-燃料比时(时刻t5)起所经过的时间或累积的进气量等而被确定。
以此方式，富度改变时机或贫度改变时机基于各种参数而被确定。无论在什么情况下，贫度改变时机均被设定为在将目标空气-燃料比设定为贫设定空气-燃料比之后并且在下游侧空气-燃料比传感器41的输出空气-燃料比AFdwn变为贫设定空气-燃料比或更高之前的时机。类似地，富度改变时机被设定为在将目标空气-燃料比设定为富设定空气-燃料比之后并且在下游侧空气-燃料比传感器41的输出空气-燃料比AFdwn变为富设定空气-燃料比或更低之前的时机。
另外，在上面的实施例中，从时刻t2至时刻t3，空气-燃料比校正量AFC被维持恒定在贫设定空气-燃料比AFClean。然而，在该时段期间，空气-燃料比校正量AFC不需要一定维持恒定，例如，也可以改变以逐渐下降(接近化学计量空气-燃料比)。类似地，在上面的实施例中，从时刻t3至时刻t5，空气-燃料比校正量AFC被维持恒定在弱贫设定空气-燃料比AFClean。然而，在该时段期间，空气-燃料比校正量AFC不一定必须维持恒定。例如，其也可以改变以逐渐下降(接近化学计量空气-燃料比)。另外，这同样适用于时刻t5至t6，以及时刻t6至t8。
<空气-燃料比控制中的问题>
此外，在上述空气-燃料比控制中，目标空气-燃料比交替地在富空气-燃料比与贫空气-燃料比之间被切换。另外，富设定空气-燃料比和弱富设定空气-燃料比的富度(与化学计量空气-燃料比的差)被保持为相对小的。这是为了在安装有该内燃机的车辆的快速加速等导致流入上游侧排气净化催化剂20的废气的空气-燃料比暂时被干扰的情况下，或者在上游侧排气净化催化剂20的储氧量OSA基本变为零，从而使富空气-燃料比废气从上游侧排气净化催化剂20流出的情况下，使废气中的未燃烧气体的浓度保持为尽可能低的。
类似地，贫设定空气-燃料比和弱贫设定空气-燃料比的贫度(与化学计量空气-燃料比的差)也被保持为相对小的。这是为了在安装有该内燃机的车辆的快速减速等导致流入上游侧排气净化催化剂20的废气的空气-燃料比暂时被干扰的情况下，或者在某种其他原因导致上游侧排气净化催化剂20的储氧量OSA达到最大可储氧量Cmax，从而使贫空气-燃料比废气从上游侧排气净化催化剂20流出的情况下，使废气中的NOX的浓度保持为尽可能低的。
另一方面，排气净化催化剂的储氧能力根据流入排气净化催化剂的废气的空气-燃料比的富度和贫度而变化。具体地，流入排气净化催化剂的废气的空气-燃料比的富度和贫度越大，使得可以被存储在排气净化催化剂中的氧量越大。然而，如上所述，对于从上游侧排气净化催化剂20流出的废气中的未燃烧气体浓度或NOX浓度的角度来看，富设定空气-燃料比和弱富设定空气-燃料比的富度以及贫设定空气-燃料比和弱贫设定空气-燃料比的贫度被保持为相对小的。因此，如果进行这样的控制，则上游侧排气净化催化剂20的储氧能力不能被维持为足够高的。
这里，当内燃机运转状态不是稳定运转状态时，流入上游侧排气净化催化剂20的废气变为被暂时干扰(外部干扰)。反过来说，当内燃机运转状态是稳定运转状态时，外部干扰很少产生。此外，内燃机负荷越低，也就是，内燃机运转状态的负荷越低，即使发生暂时干扰，流入上游侧排气净化催化剂20的废气的空气-燃料比的变化也越小。
因此，当内燃机运转状态是稳定运转状态或者当内燃机运转状态是低负荷运转状态时，即使使富设定空气-燃料比的富度或贫设定空气-燃料比的贫度变大，NOX或未燃烧气体从上游侧排气净化催化剂20流出的可能性也很小。另外，即使NOX或未燃烧气体从上游侧排气净化催化剂20中流出，也可以使流出的量保持为小的。应注意，“当内燃机运转状态是稳定运转状态时”意味着，例如，当内燃机的内燃机负荷的每单位时间的变化量为预定变化量或更小时，或者当内燃机进气量的每单位时间的变化量为预定变化量或更小时。
<对设定空气-燃料比的设定控制>
因此，在本实施例中，与当内燃机运转状态不是稳定运转状态并且是中高负荷运转状态时相比，当内燃机运转状态是稳定运转状态并且是低负荷运转状态时，使目标空气-燃料比为富空气-燃料比时的富度和使目标空气-燃料比为贫空气-燃料比时的贫度被设定为较大的。应注意，关于在说明书中的低负荷、中负荷和高负荷，当将总内燃机负荷分为三个相等部分时，最低负荷区域被称为“低负荷”，中间程度负荷区域被称为“中负荷”，最高负荷区域被称为“高负荷”。
图6是当进行控制以对设定空气-燃料比进行设定时的目标空气-燃料比等的与图5类似的时间图。在图6所示的实例中，进行与图5中所示的实例类似的控制直到时刻t9。因此，当下游侧空气-燃料比传感器41的输出空气-燃料比AFdwn在时刻t1和t5变为富判定空气-燃料比AFrich或更小时，空气-燃料比校正量AFC被切换到贫设定空气-燃料比AFClean1(在下文中，称为“通常的贫设定空气-燃料比”)。然后，如果下游侧空气-燃料比传感器41的输出空气-燃料比AFdwn在时刻t2和t6变得大于富判定空气-燃料比AFrich，则空气-燃料比校正量AFC被切换到弱贫设定空气-燃料比AFCslean1(在下文中，称为“通常的弱贫设定空气-燃料比”)。
另一方面，当下游侧空气-燃料比传感器41的输出空气-燃料比AFdwn在时刻t3和t7变为贫判定空气-燃料比AFlean或更大时，空气-燃料比校正量AFC被切换到富设定空气-燃料比AFCrich1(在下文中，称为“通常的富设定空气-燃料比”)。然后，如果下游侧空气-燃料比传感器41的输出空气-燃料比AFdwn在时刻t4和t8变得小于贫判定空气-燃料比AFlean，则空气-燃料比校正量AFC被切换到弱富设定空气-燃料比AFCsrich1(在下文中，称为“通常的弱富设定空气-燃料比”)。应注意，直到时刻t9，内燃机运转状态是稳定运转状态且不是低负荷运转状态。因此，在内燃机运转状态是稳定运转状态并且是低负荷运转状态时被接通的恒定低负荷标志被设定为关断(OFF)。
另一方面，如果在时刻t9，内燃机运转状态是稳定运转状态并且是低负荷运转状态，因此恒定低负荷标志被设定为接通(ON)，则使贫设定校正量AFClean、弱贫设定校正量AFCslean、富设定校正量AFCrich和弱富设定校正量AFCsrich(在下文中，这些一起被称为“设定校正量”)的绝对值增大。
结果，在时刻t9，空气-燃料比校正量AFC从通常的弱富设定校正量AFCsrich1被改变为增大的弱富设定校正量AFCsrich2，该增大的弱富设定校正量AFCsrich2具有比通常的弱富设定校正量AFCsrich1大的绝对值。也就是说，目标空气-燃料比被设定为增大的富设定空气-燃料比，其具有比通常的富设定空气-燃料比大的富度。因此，在时刻t9之后，上游侧排气净化催化剂20的储氧量OSA的减少速度变快。
然后，如果在时刻t10，下游侧空气-燃料比传感器41的输出空气-燃料比AFdwn变为富判定空气-燃料比AFrich或更低，则空气-燃料比校正量AFC被切换到增大的贫设定校正量AFClean2，该增大的贫设定校正量AFClean2具有比通常的贫设定校正量AFClean1大的绝对值。也就是说，目标空气-燃料比被设定为增大的弱贫设定空气-燃料比，其具有比通常的弱贫设定空气-燃料比大的贫度。因此，在时刻t10之后的上游侧排气净化催化剂20的储氧量OSA的增加速度变得快于在时刻t1至t2以及时刻t5至t6期间的增加速度。
如果在时刻t11，下游侧空气-燃料比传感器41的输出空气-燃料比AFdwn变为大于富判定空气-燃料比AFrich，则空气-燃料比校正量AFC被切换到增大的弱贫设定校正量AFCslean2，该增大的弱贫设定校正量AFCslean2具有比通常的弱贫设定校正量AFCslean1大的绝对值。也就是说，目标空气-燃料比被设定为增大的弱贫设定空气-燃料比，其具有比通常的弱贫设定空气-燃料比大的贫度。因此，在时刻t11之后的上游侧排气净化催化剂20的储氧量OSA的增加速度变得快于在时刻t2至t3以及时刻t6至t7期间的增加速度。
然后，如果在时刻t12，下游侧空气-燃料比传感器41的输出空气-燃料比AFdwn变为贫判定空气-燃料比AFlean或更高，则空气-燃料比校正量AFC被切换到增大的富设定校正量AFCrich2，该增大的富设定校正量AFCrich2具有比通常的富设定校正量AFCrich1大的绝对值。也就是说，目标空气-燃料比被设定为增大的富设定空气-燃料比，其具有比通常的富设定空气-燃料比大的富度。因此，在时刻t12之后的上游侧排气净化催化剂20的储氧量OSA的减少速度变得快于在时刻t3至t4以及时刻t7至t8期间的减少速度。
如果在时刻t13，下游侧空气-燃料比传感器41的输出空气-燃料比AFdwn变得小于贫判定空气-燃料比AFlean，则空气-燃料比校正量AFC被切换到增大的弱富设定校正量AFCsrich2，该增大的弱富设定校正量AFCsrich2具有比通常的弱富设定校正量AFCsrich1大的绝对值。也就是说，目标空气-燃料比被设定为增大的弱富设定空气-燃料比，其具有比通常的弱富设定空气-燃料比大的富度。因此，在时刻t13之后的上游侧排气净化催化剂20的储氧量OSA的减少速度变得快于在时刻tr至t5以及时刻t8至t9期间的减少速度。然后，只要内燃机运转状态是稳定运转状态并且是低负荷运转状态，便重复在时刻t10至t14期间的操作。
根据该实施例，当内燃机运转状态是稳定运转状态并且是低负荷运转状态时，富设定空气-燃料比和弱富设定空气-燃料比的富度被设定为较大的，并且贫设定空气-燃料比和弱贫设定空气-燃料比的贫度被设定为较大的。因此，可以使NOX或未燃烧气体从上游侧排气净化催化剂20的流出保持为尽可能小的，同时将上游侧排气净化催化剂20的储氧能力维持为较高的。
应注意，在上面的实施例中，当内燃机运转状态是处于稳定运转状态并且是低负荷运转状态时，富设定空气-燃料比和弱富设定空气-燃料比的富度以及贫设定空气-燃料比和弱贫设定空气-燃料比的贫度均被设定为较大的。然而，不一定需要使富度和贫度均为较大的。也可以使这些富度和贫度中的任一者增大。在这种情况下，从使得从上游侧排气净化催化剂20流出的NOX为尽可能少的观点，优选地不使贫设定空气-燃料比和弱贫设定空气-燃料比的贫度增大，而是仅使富设定空气-燃料比和弱富设定空气-燃料比的富度增大。
另外，在上面的实施例中，当内燃机运转状态是稳定运转状态并且是低负荷运转状态时，设定空气-燃料比的富度和贫度被增大。然而，不考虑内燃机运转状态不是稳定运转状态并且是中高负荷运转状态的情况，也可以在除了当内燃机运转状态是稳定运转状态并且是低负荷运转状态时之外的时刻使设定空气-燃料比的富度和贫度增大。例如，也可以在内燃机运转状态是稳定运转状态并且是中负荷运转状态或中高负荷运转状态时使设定空气-燃料比的富度和贫度增大。
<具体控制的说明>
接下来，参考图7到图9，将具体说明上面的实施例中的控制系统。本实施例中的控制系统由图7的功能框图中的功能框A1到A7构成。下面，将参考图7说明这些功能框。这些功能框A1到A7的操作基本在ECU 31中进行。
<燃料喷射量的计算>
首先，将说明燃料喷射量的计算。在计算燃料喷射量时，使用气缸进气量计算装置A1、基本燃料喷射量计算装置A2和燃料喷射量计算装置A3。
气缸进气量计算装置A1基于进气的流量Ga、内燃机速度NE，以及被存储在ECU 31的ROM 34中的图(map)或计算式而计算气缸的进气量MC。进气的流量Ga由空气流量计39测量，而内燃机速度NE基于曲柄角传感器44的输出而被计算出。
基本燃料喷射量计算装置A2将由气缸进气量计算装置A1计算出的气缸进气量Mc除以目标空气-燃料比AFT，从而计算出基本燃料喷射量Qbase(Qbase＝Mc/AFT)。目标空气-燃料比AFT由稍后说明的目标空气-燃料比设定装置A5计算出。
燃料喷射量计算装置A3将由基本燃料喷射量计算装置A2计算出的基本燃料喷射量Qbase和稍后说明的F/B校正量DFi进行相加，从而计算出燃料喷射量Qi(Qi＝Qbase+DFi)。燃料喷射器11被指示喷射燃料，以从燃料喷射器11中喷射由此计算出的燃料喷射量Qi的燃料。
<目标空气-燃料比的计算>
接下来，将说明目标空气-燃料比的计算。在计算目标空气-燃料比时，使用空气-燃料比校正量计算装置A4和目标空气-燃料比设定装置A5。
在空气-燃料比校正量计算装置A4中，基于下游侧空气-燃料比传感器41的输出空气-燃料比AFdwn而计算目标空气-燃料比的空气-燃料比校正量AFC。具体地，空气-燃料比校正量AFC基于图8或图9所示的流程图而被计算出。
目标空气-燃料比设定装置A5通过将控制中心空气-燃料比(在本实施例中，指化学计量空气-燃料比)AFR和由空气-燃料比校正量计算装置A4计算出的空气-燃料比校正量AFC进行相加而计算目标空气-燃料比AFT。由此计算出的目标空气-燃料比AFT被输入到基本燃料喷射量计算装置A2和稍后说明的空气-燃料比偏差计算装置A6。
<F/B校正量的计算>
接下来，将说明基于上游侧空气-燃料比传感器40的输出空气-燃料比AFup的F/B校正量的计算。在计算F/B校正量时，使用空气-燃料比偏差计算装置A6和F/B校正量计算装置A7。
空气-燃料比偏差计算装置A6从上游侧空气-燃料比传感器40的输出空气-燃料比AFup减去由目标空气-燃料比设定装置A5计算出的目标空气-燃料比AFT，从而计算出空气-燃料比偏差DAF(DAF＝AFup-AFT)。该空气-燃料比偏差DAF是表示相对于目标空气-燃料比AFT的燃料供给量的过剩/不足量的值。
F/B校正量计算装置A7通过比例-积分-微分处理(PID处理)而处理由空气-燃料比偏差计算装置A6计算出的空气-燃料比偏差DAF，以基于以下式子(2)计算用于补偿燃料供给量过剩/不足的F/B校正量DFi。由此计算出的F/B校正量DFi被输入到燃料喷射量计算装置A3。
DFi＝Kp·DAF+Ki·SDAF+Kd·DDAF…(2)
应注意，在上面的式子(2)中，Kp是预设比例增益(比例常数)，Ki是预设积分增益(积分常数)，Kd是预设微分增益(微分常数)。另外，DDAF是空气-燃料比偏差DAF的时间微分值，并且通过将当前更新的空气-燃料比偏差DAF与先前更新的空气-燃料比偏差DAF之间的差除以对应于更新间隔的时间而被计算出。另外，SDAF是空气-燃料比偏差DAF的时间积分值。该时间积分值DDAF通过将先前更新的时间积分值DDAF和当前更新的空气-燃料比偏差DAF进行相加而被计算出(SDAF＝DDAF+DAF)。
<流程图>
图8是示出用于计算空气-燃料比校正量的控制中的控制例程的流程图。所示例的控制例程通过以固定时间间隔的中断而被进行。
如图8所示，首先，在步骤S11中，判定用于计算空气-燃料比校正量AFC的条件是否成立。用于计算空气-燃料比校正量AFC的条件成立的情况例如意味着，例如，在通常的控制期间，例如，而不在燃料切断控制期间等等。当在步骤S11中判定用于计算空气-燃料比校正量AFC的条件成立时，例程前进到步骤S12。
在步骤S12中，判定贫设定标志F1是否被设定为关断。贫设定标志F1是当目标空气-燃料比被设定为贫空气-燃料比时，也就是，当空气-燃料比校正量AFC被设定为0或更大时，被设定为接通，在其它情况下被设定为关断的标志。当在步骤S12中判定贫设定标志F1被设定为关断时，例程前进到步骤S13。在步骤S13中，判定下游侧空气-燃料比传感器41的输出空气-燃料比AFdwn是否为富判定空气-燃料比AFrich或更低。
当在步骤S13中判定下游侧空气-燃料比传感器41的输出空气-燃料比AFdwn大于富判定空气-燃料比AFrich时，例程前进到步骤S14。在步骤S14中，判定下游侧空气-燃料比传感器41的输出空气-燃料比AFdwn是否小于贫判定空气-燃料比AFlean。当判定输出空气-燃料比AFdwn为贫判定空气-燃料比AFlean或更高时，例程前进到步骤S15。在步骤S15中，将空气-燃料比校正量AFC设定为富设定校正量AFCrich，并且结束控制例程。
之后，如果下游侧空气-燃料比传感器41的输出空气-燃料比AFdwn接近化学计量空气-燃料比并且变得小于贫判定空气-燃料比AFlean，则在下一控制例程中，例程从步骤S14前进到步骤S16。在步骤S16中，将空气-燃料比校正量AFC设定为弱富设定校正量AFCsrich，并且结束控制例程。
然后，如果上游侧排气净化催化剂20的储氧量OSA基本变为零并且下游侧空气-燃料比传感器41的输出空气-燃料比AFdwn变为富判定空气-燃料比AFrich或更低，则在下一控制例程中，例程从步骤S13前进到步骤S17。在步骤S17中，将空气-燃料比校正量AFC设定为贫设定校正量AFClean。接下来，在步骤S18中，将贫设定标志F1设定为接通，并且结束控制例程。
如果贫设定标志F1被设定为接通，则在下一控制例程中，例程从步骤S12前进到步骤S19。在步骤S19中，判定下游侧空气-燃料比传感器41的输出空气-燃料比AFdwn是否为贫判定空气-燃料比AFlean或更高。
当在步骤S19中判定下游侧空气-燃料比传感器41的输出空气-燃料比AFdwn小于贫判定空气-燃料比AFlean时，例程前进到步骤S20。在步骤S20中，判定下游侧空气-燃料比传感器41的输出空气-燃料比AFdwn是否大于富判定空气-燃料比AFrich。如果判定输出空气-燃料比AFdwn为富判定空气-燃料比AFrich或更低，则例程前进到步骤S21。在步骤S21中，空气-燃料比校正量AFC继续被设定为贫设定校正量AFClean，并且结束控制例程。
之后，如果下游侧空气-燃料比传感器41的输出空气-燃料比AFdwn接近化学计量空气-燃料比并且变得大于富判定空气-燃料比AFrich，则在下一控制例程中，例程从步骤S20前进到步骤S22。在步骤S22中，将空气-燃料比校正量AFC设定为弱贫设定空气-燃料比AFCslean，并且结束控制例程。
之后，如果上游侧排气净化催化剂20的储氧量OSA基本变为最大可储氧量并且下游侧空气-燃料比传感器41的输出空气-燃料比AFdwn变为贫判定空气-燃料比AFlean或更高，则在下一控制例程中，例程从步骤S19前进到步骤S23。在步骤S23中，将空气-燃料比校正量AFC设定为富设定校正量AFCrich。接下来，在步骤S24中，将贫设定标志F1重置为关断，并且结束控制例程。
图9是示出用于设定富设定空气-燃料比和贫设定空气-燃料比的控制中的控制例程的流程图。所示例的控制例程通过以固定时间间隔的中断而被进行。
首先，在步骤S31中，判定内燃机运转状态是否为稳定运转状态并且是内燃机低负荷运转状态。具体地，例如，当由负荷传感器43检测到的内燃机的内燃机负荷的每单位时间的变化量为预定变化量或更小时，或者当由空气流量计39检测到的内燃机的进气量的每单位时间的变化量为预定变化量或更小时，判定内燃机运转状态是稳定运转状态，否则，判定内燃机运转状态为过渡运转状态(非稳定运转状态)。
当在步骤S31中判定内燃机运转状态不是稳定运转状态或者是中高负荷运转状态时，例程前进到步骤S32。在步骤S32中，将富设定校正量AFCrich设定为通常的富设定校正量AFCrich1。因此，在图8所示的流程图中的步骤S15和S23中，将空气-燃料比校正量AFC设定为通常的富设定校正量AFCrich1。此外，在步骤S32中，将弱富设定校正量AFCsrich设定为通常的弱富设定校正量AFCsrich1。因此，在图8所示的流程图中的步骤S16中，将空气-燃料比校正量AFC设定为通常的富设定校正量AFCrich1。
接下来，在步骤S33中，将贫设定校正量AFClean设定为通常的贫设定校正量AFClean1。因此，在图8所示的流程图中的步骤S17和S21中，将空气-燃料比校正量AFC设定为通常的贫设定校正量AFClean1。此外，在步骤S33中，将弱贫设定校正量AFCslean设定为通常的弱贫设定校正量AFCslean1。因此，在图8所示的流程图中的步骤S22中，将空气-燃料比校正量AFC设定为通常的贫设定校正量AFClean1。
另一方面，当在步骤S31中判定内燃机运转状态是稳定运转状态并且是内燃机低负荷运转状态时，例程前进到步骤S34。在步骤S34中，将富设定校正量AFCrich设定为增大的富设定校正量AFCrich2。此外，将弱富设定校正量AFCsrich设定为增大的弱富设定校正量AFCsrich2。接下来，在步骤S35中，将贫设定校正量AFClean设定为增大的贫设定校正量AFClean2。此外，将弱贫设定校正量AFCslean设定为增大的弱贫设定校正量AFCslean2。
<其他实施例>
在上面的实施例中，与当内燃机运转状态不是稳定运转状态并且是中高负荷运转状态时相比，当内燃机运转状态是稳定运转状态并且是低负荷运转状态时，贫设定校正量AFClean、弱贫设定校正量AFCslean、富设定校正量AFCrich和弱富设定校正量AFCsrich中的全部的绝对值被增大。然而，无需增大所有这些绝对值。也可以增大至少一个设定校正量的绝对值。
因此，例如，如图10所示，与内燃机运转状态不是稳定运转状态并且是中高负荷运转状态的情况相比，当内燃机运转状态是稳定运转状态并且是低负荷运转状态时，仅仅贫设定校正量和富设定校正量可以被增大，而弱贫设定校正量和弱富设定校正量可以被维持不变。因此，例如，在时刻t10或时刻t12，即使NOX或未燃烧气体从上游侧排气净化催化剂20流出，也可以将流出的量保持为小的。
另外，在上面的实施例中，进行作为基本空气-燃料比控制的控制，使得在目标空气-燃料比被设定为富空气-燃料比的时段的中间，富度减小，以及使得在目标空气-燃料比被设定为贫空气-燃料比的时段的中间，贫度减小。然而，不需要使用该空气-燃料比控制作为基本空气-燃料比控制。也可以进行控制，以使得在目标空气-燃料比被设定为富空气-燃料比时，目标空气-燃料比被维持在特定的固定富空气-燃料比，以及使得在目标空气-燃料比被设定为贫空气-燃料比时，目标空气-燃料比被维持在特定的固定贫空气-燃料比。
而且，如上所述，例如，在图5中的时刻t2至t3、时刻t3至t5等期间，空气-燃料比校正量AFC不需要在这些时段期间被维持在固定值。以此方式，当空气-燃料比校正量AFC在这些时段内不维持恒定时，在这些时段内的空气-燃料比校正量AFC的平均值在当内燃机运转状态是稳定运转状态并且是低负荷运转状态时与当内燃机运转状态不是稳定运转状态并且是中高负荷运转状态时之间被改变。
因此，总括而言，在本发明的实施例中，如果与当内燃机运转状态不是稳定运转状态并且是中高负荷运转状态时相比，当内燃机运转状态是稳定运转状态并且是低负荷运转状态时，可以说，在目标空气-燃料比被设定为贫空气-燃料比时的目标空气-燃料比的平均贫度和在目标空气-燃料比被设定为富空气-燃料比时的目标空气-燃料比的平均富度中的至少一者被增大。
或者，如果换个视角，在本发明的实施例中，与当内燃机运转状态不是稳定运转状态并且是中高负荷运转状态时相比，当内燃机运转状态是稳定运转状态并且是低负荷运转状态时，可以说，在目标空气-燃料比被设定为贫空气-燃料比时的目标空气-燃料比的贫度的最大值和在目标空气-燃料比被设定为富空气-燃料比时的目标空气-燃料比的富度的最大值中的至少一者被增大。
[参考标号列表]
1.内燃机体
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.上游侧空气-燃料比传感器
41.下游侧空气-燃料比传感器

Claims (5)

1.一种内燃机的控制系统，所述内燃机包括排气净化催化剂，所述排气净化催化剂被设置在所述内燃机的排气通道中并且能够储氧，所述控制系统包括：
下游侧空气-燃料比传感器，其被设置在所述排气净化催化剂的排气流动方向上的下游侧，并且检测从所述排气净化催化剂流出的废气的空气-燃料比；以及空气-燃料比控制装置，其控制所述废气的空气-燃料比，以使流入所述排气净化催化剂的所述废气的空气-燃料比变为目标空气-燃料比，
其中，当由所述下游侧空气-燃料比传感器检测到的废气空气-燃料比变为富判定空气-燃料比或更低时，所述目标空气-燃料比被设定为贫空气-燃料比，所述富判定空气-燃料比富于化学计量空气-燃料比，所述贫空气-燃料比贫于所述化学计量空气-燃料比，以及当由所述下游侧空气-燃料比传感器检测到的废气空气-燃料比变为贫判定空气-燃料比或更高时，所述目标空气-燃料比被设定为富空气-燃料比，所述贫判定空气-燃料比贫于所述化学计量空气-燃料比，所述富空气-燃料比富于所述化学计量空气-燃料比；并且，
与当内燃机运转状态不是稳定运转状态并且是中高负荷运转状态时相比，当所述内燃机运转状态是稳定运转状态并且是低负荷运转状态时，在所述目标空气-燃料比被设定为贫空气-燃料比时的所述目标空气-燃料比的平均贫度和在所述目标空气-燃料比被设定为富空气-燃料比时的所述目标空气-燃料比的平均富度中的至少一者被增大。
2.根据权利要求1所述的内燃机的控制系统，其中，与当所述内燃机运转状态不是稳定运转状态并且是中高负荷运转状态时相比，当所述内燃机运转状态是稳定运转状态并且是低负荷运转状态时，在所述目标空气-燃料比被设定为贫空气-燃料比时的所述目标空气-燃料比的贫度的最大值和在所述目标空气-燃料比被设定为富空气-燃料比时的所述目标空气-燃料比的富度的最大值中的至少一者被增大。
3.根据权利要求1或2所述的内燃机的控制系统，其中，
当由所述下游侧空气-燃料比传感器检测到的废气空气-燃料比变为富判定空气-燃料比或更低时，所述目标空气-燃料比被切换到贫于所述目标空气-燃料比的贫设定空气-燃料比，
从贫度改变时机起，所述目标空气-燃料比被设定为贫空气-燃料比，直至由所述下游侧空气-燃料比传感器检测到的所述废气空气-燃料比变为所述贫判定空气-燃料比或更高，其中所述贫度改变时机是在所述目标空气-燃料比被设定为所述贫设定空气-燃料比之后并且在由所述下游侧空气-燃料比传感器检测到的所述废气空气-燃料比变为所述贫判定空气-燃料比或更高之前，其中所述贫空气-燃料比具有小于所述贫设定空气-燃料比的贫度，
当由所述下游侧空气-燃料比传感器检测到的所述废气空气-燃料比变为所述贫判定空气-燃料比或更高时，所述目标空气-燃料比被切换到富于所述化学计量空气-燃料比的富设定空气-燃料比，以及
从富度改变时机起，所述目标空气-燃料比被设定为富空气-燃料比，直至由所述下游侧空气-燃料比传感器检测到的所述废气空气-燃料比变为所述富判定空气-燃料比或更低，其中所述富度改变时机是在所述目标空气-燃料比被设定为所述富设定空气-燃料比之后并且在由所述下游侧空气-燃料比传感器检测到的所述废气空气-燃料比变为所述富判定空气-燃料比或更低之前，其中所述富空气-燃料比具有小于所述富设定空气-燃料比的富度。
4.根据权利要求3所述的内燃机的控制系统，其中
与当所述内燃机运转状态不是稳定运转状态并且是中高负荷运转状态时相比，当所述内燃机运转状态是稳定运转状态并且是低负荷运转状态时，所述贫设定空气-燃料比的贫度和所述富设定空气-燃料比的富度中的至少一者被增大，以及
与当所述内燃机运转状态不是稳定运转状态并且是中高负荷运转状态时相比，当所述内燃机运转状态是稳定运转状态并且是低负荷运转状态时，在所述富度改变时机之后的所述目标空气-燃料比的平均富度和在所述贫度改变时机之后的所述目标空气-燃料比的平均贫度中的至少一者被增大。
5.根据权利要求3所述的内燃机的控制系统，其中
与当所述内燃机运转状态不是稳定运转状态并且是中高负荷运转状态时相比，当所述内燃机运转状态是稳定运转状态并且是低负荷运转状态时，所述贫设定空气-燃料比的贫度和所述富设定空气-燃料比的富度中的至少一者被增大，并且
在当所述内燃机运转状态是稳定运转状态并且是低负荷运转状态时与当所述内燃机运转状态不是稳定运转状态并且是中高负荷运转状态时之间，在所述富度改变时机之后的所述目标空气-燃料比的平均贫度和在所述贫度改变时机之后的所述目标空气-燃料比的平均富度不改变。
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