CN101432517B - 用于内燃机的空燃比控制***及控制方法 - Google Patents

Abstract

一种空燃比控制***，其包括位于排气净化催化剂的上游或者下游的空燃比传感器(23、24)，并且所述空燃比控制***执行燃料供给量的反馈控制以使得所述空燃比传感器的输出值被控制到目标空燃比。所述反馈控制是通过计算校正量并基于获得的所述校正量校正所述燃料供给量来执行的，所述校正量是将比例值和基于所述空燃比传感器的输出值与所述目标空燃比之间的偏差计算出的积分值相加获得的。在所述内燃机冷起动时，从所述内燃机起动到经过预定期间，将所述积分值设定为较小的值。

Description

用于内燃机的空燃比控制***及控制方法

技术领域

本发明涉及一种用于内燃机的空燃比控制***及控制方法。 

背景技术

内燃机排放的废气含有如碳氢化合物(HC)、一氧化碳(CO)，以及氮氧化物(NOx)的成分。三元催化剂用于净化这些成分。当废气的空燃比(以下简称为“排气空燃比”)大约维持在理论空燃比时，这种三元催化剂的净化性能较高，因此，为了使用三元催化剂来净化废气，需要控制供给到燃烧室的燃料的量和其他参数，以便使排气空燃比约为理论空燃比。 

为此，大多数内燃机设置有位于发动机排气通道中并在三元催化剂的上游以检测排气空燃比的空燃比传感器。控制供给到燃烧室的燃料的量，以便通过反馈(F/B)控制(以下简称为“主F/B控制”)使由空燃比传感器检测到的排气空燃比约为理论空燃比。 

但是，空燃比传感器位于三元催化剂的上游，由于非均匀的排气空燃比传感器可能会产生不稳定的输出，或可能被废气的热损坏。因此，空燃比传感器可能无法精确地检测实际空燃比。在这种情况下，通过上述主F/B控制的空燃比的控制精度就降低了。 

考虑到这一点，实际应用中已出现了所谓的“双传感器***”。双传感器***设置有同样位于发动机排气通道中但在三元催化剂下游的另外的空燃比传感器以检测排气空燃比。双传感器***通过执行次F/B控制能够提高空燃比传感器的控制精度，所述次F/B控制基于下游空燃比传感器的输出来校正上游空燃比传感器的输出值(因此 校正了燃料供给量)，从而上游空燃比传感器的输出值与实际空燃比一致。 

例如，在内燃机的冷起动时，执行起动燃料量增加控制，在起动燃料量增加控制中，为了稳定燃烧室中混合气的燃烧，与内燃机处于正常操作时的燃料供给量相比，燃料供给量被增加。在起动燃料量增加控制期间，调节燃料供给量，且空燃比经历开启控制(opencontrol)。在起动燃料量增加控制结束后，执行F/B控制。 

但是，在这种情况下，直到起动燃料量增加控制结束，F/B控制才开始，而从内燃机的起动到开始F/B控制需要较长的时间。在开始F/B控制前，排气空燃比通常没有达到目标空燃比，这会不利地影响废气排放。因此，需要在内燃机的冷起动后立即开始F/B控制。 

公开号为JP-A-2003-3891的日本专利申请公开了一种空燃比控制***，该***开始F/B控制以便使实际排气空燃比为目标空燃比，并减少当发动机操作条件满足预定条件时，燃料供给量的增加由于起动燃料量增加控制而被减少的比例，直至起动燃料量增加控制结束前。该***允许F/B控制的立即开始，以及从开启控制平稳切换至至F/B控制。 

在上述双传感器***中，主F/B控制和次F/B控制都采用PID控制或PI控制。在PID控制和PI控制中，基于空燃比传感器的输出值与目标空燃比之间的偏差，计算比例值和积分值(以及在PID控制情况下的微分值)，将获得的比例值和积分值相加来计算校正量，并基于获得的校正量来校正燃料供给量和上游空燃比传感器的输出值。 

从开始F/B控制起，积分值是同空燃比传感器的输出值与目标空燃比之间的偏差的积分成比例的。此处，由于在起动燃料量增加控制期间燃料量的增加，空燃比传感器的输出值与目标空燃比之间的偏差较大。因此，如果F/B控制是在起动燃料量增加控制结束前开始的，则基于所述大偏差来计算积分值，这会导致该积分值在起动燃料量增加控制结束后极大地偏离适当值。 

[0010a]美国专利5,095,878公开了一种与内燃机一起使用的空燃比控制***。该***包括设置在催化转化器上游侧以从废气的成分来检测发动机的空燃比的第一空燃比检测器，设置在排气***中且具有比第一空燃比检测器低的检测响应速度的第二空燃比检测器，用于在第一空燃比检测器的检测值与预定的第一参考值之间的比较结果的基础来控制发动机的空燃比的设备，用于由空燃比控制设备以第二空燃比检测器的检测值与预定的第二参考值之间的比较结果为基础来实现对空燃比的控制的校正的设备，以及用于在发动机的特定操作状态下将第二参考值转变到稀空燃比侧的设备。 

[0010b]美国专利5,832,724公开了另一种用于内燃机的空燃比控制***。该空燃比控制***配备有排气***，该排气***具有催化转化器、线性O₂传感器，以及用于在至少来自线性O₂传感器的代表氧含量的输出的基础上反馈控制空燃比的蓝达O₂传感器(lambda O₂sensor)。该空燃比控制***提供混合气体的目标空燃比。在线性O₂传感器被有效地激活前，决定输出(determinant output)从线性O₂传感器的输出转变到蓝达O₂传感器的输出，所述空燃比是基于该决定输出而被反馈控制的。 

发明内容

本发明的目的是提供一种用于内燃机的空燃比控制***，该控制***在仍执行燃料量增加控制的同时执行F/B控制，并能防止用 于PI控制或其他控制的积分值在所述量增加控制结束后极大地偏离适当值。 

本发明的第一方案是针对一种用于内燃机的空燃比控制***。所述用于内燃机的空燃比控制***包括位于设置在发动机排气通道中的排气净化催化剂的上游或下游以检测废气的空燃比的空燃比传感器，并且所述空燃比控制***执行燃料供给量的反馈控制以使得所述空燃比传感器的输出值被控制到目标空燃比。所述反馈控制是通过计算校正量并基于获得的所述校正量校正所述燃料供给量来执行的，所述校正量是通过将基于所述空燃比传感器的输出值与所述目标空燃比之间的偏差计算出的比例值和积分值相加获得的。另外，在所述内燃机冷起动时，从所述内燃机起动到经过预定期间，所述反馈控制将基于所述偏差计算出的所述积分项的值设定为比在正常操作期间基于相同偏差计算出的所述积分项的值小的值。所述预定期间长于从所述内燃机的所述冷起动到激活所述空燃比传感器的期间。 

在所述内燃机冷起动时可执行起动燃料量增加控制，在所述起动燃料量增加控制中，所述燃料供给量与在正常操作期间的燃料供给量相比被增加。所述预定期间可以长于从所述冷起动到所述起动燃料量增加控制结束的期间。 

本发明的第二方案也是针对一种用于内燃机的空燃比控制***。所述用于内燃机的空燃比控制***包括位于设置在发动机排气通道中的排气净化催化剂的上游或下游以检测废气的空燃比的空燃比 传感器，并且所述空燃比控制***执行燃料供给量的反馈控制以使得所述空燃比传感器的输出值被控制到目标空燃比，以及执行燃料量增加控制，在所述燃料量增加控制中，与当所述内燃机处于正常操作时的燃料量相比，供给到所述内燃机的燃料量根据发动机操作条件而增加。所述反馈控制是通过计算校正量并基于获得的所述校正量校正所述燃料供给量来执行的，所述校正量是将基于所述空燃比传感器的输出值与所述目标空燃比之间的偏差计算出的比例值和积分值相加而获得的。从所述燃料量增加控制开始到经过预定期间，将基于所述偏差计算出的所述积分值设定为比在正常操作期间基于相同偏差计算出的所述积分值小的值。 

在本发明的第二方案中，所述预定期间可长于从所述燃料量增加控制开始到结束的期间。 

在本发明的每个方案中，比在正常操作期间计算的所述积分值小的所述值可以为0。 

所述预定期间可根据综合进气量而变化。 

当将基于所述偏差计算出的所述积分值设定为比在正常操作期间基于相同偏差计算出的所述积分值小的值时，基于所述偏差计算出的所述比例值可以与在正常操作期间基于相同偏差计算的所述比例值相同。 

本发明的第三方案是针对一种用于内燃机的空燃比控制***的控制方法。所述控制方法是针对一种用于内燃机的空燃比控制***，所述空燃比控制***包括位于设置在发动机排气通道中的排气净化催化剂的上游或下游以检测废气的空燃比的空燃比传感器，并且所述空燃比控制***执行燃料供给量的反馈控制以使得所述空燃比传感器的输出值被控制到目标空燃比。所述反馈控制包括以下步骤：通过将基于所述空燃比传感器的输出值与所述目标空燃比之间的偏差计算 出的比例值和积分值相加来计算校正量，并基于获得的所述校正量校正所述燃料供给量；以及在所述内燃机冷起动时，从所述内燃机起动到经过预定期间，将基于所述偏差计算出的所述积分值设定为比在正常操作期间基于相同偏差计算出的所述积分值小的值，所述预定期间长于从所述内燃机的起动到激活所述空燃比传感器的期间。 

本发明的第四方案是针对一种用于内燃机的空燃比控制***的控制方法。所述控制方法是针对一种用于内燃机的空燃比控制***，所述空燃比控制***包括位于设置在发动机排气通道中的排气净化催化剂的上游或下游以检测废气的空燃比的空燃比传感器，并且所述空燃比控制***执行燃料供给量的反馈控制以使得所述空燃比传感器的输出值被控制到目标空燃比，以及执行燃料量增加控制，在所述燃料量增加控制中，与当所述内燃机处于正常操作时的燃料量相比，供给到所述内燃机的燃料量根据发动机操作条件而增加。所述反馈控制包括以下步骤：通过将基于所述空燃比传感器的输出值与所述目标空燃比之间的偏差计算出的比例值和积分值相加来计算校正量，并基于获得的所述校正量校正所述燃料供给量；以及从所述量增加控制开始到经过预定期间，将基于所述偏差计算出的所述积分值设定为比在正常操作期间基于相同偏差计算出的所述积分值小的值。 

本发明的每个方案能够提供一种用于内燃机的空燃比控制***，该控制***在仍执行燃料量增加控制的同时执行F/B控制，并能防止用于PI控制等的积分项的值在所述量增加控制结束后极大地偏离适当值。 

附图说明

结合附图通过下述优选实施例的描述，本发明的上述以及进一步的目的、特征和优点将变得明显，在附图中使用相同的标记来代表相同的元件，其中：

图1示出了应用了本发明的用于内燃机的空燃比控制***的整个内燃机。 

图2示出了排气空燃比与空燃比传感器的输出电压之间的关系。 

图3示出了排气空燃比与氧传感器的输出电压之间的关系。 

图4是示出用于计算目标燃料供给量的控制程序的流程图。 

图5是示出在起动燃料量增加控制中的燃料供给量的增加量和在PID控制中的积分校正值的时间图。 

图6是类似于图5的时间图，其示出了在起动燃料量增加控制中燃料供给量的增加量和在PID控制中的积分校正值。 

图7是示出了内燃机冷起动时的发动机冷却液温度与参考值α之间的关系的图。 

图8是示出了在主F/B控制中用于计算燃料校正量的控制程序的流程图的第一部分。 

图9是示出了在主F/B控制中用于计算燃料校正量的控制程序的流程图的第二部分。 

图10是示出了实际排气空燃比、氧传感器的输出值和用于空燃比传感器的输出校正值的时间图。 

图11是示出了在第一实施例的次F/B控制中用于计算空燃比传感器的输出校正值的控制程序的流程图的第一部分。 

图12是示出了在第一实施例的次F/B控制中用于计算空燃比传感器的输出校正值的控制程序的流程图的第二部分。 

图13是示出了在第二实施例的次F/B控制中用于计算空燃比传感器的输出校正值的控制程序的流程图的第一部分。

图14是示出了在第二实施例的次F/B控制中用于计算空燃比传感器的输出校正值的控制程序的流程图的第二部分。 

具体实施方式

以下将结合附图描述本发明的第一实施例的用于内燃机的空燃比控制***。图1示出了具有本发明的空燃比控制***的整个内燃机。在图1所述的实施例中，本发明的空燃比控制***是用于缸内直喷火花点火内燃机。不过，该***也可用于其他类型的火花点火内燃机。 

参照图1，附图标记分别为发动机主机体1、气缸体2、在气缸体2内做往复运动的活塞3、固定在气缸体2的顶部的气缸盖4、在活塞3与气缸盖4之间限定的燃烧室5、进气阀6、进气口7、排气阀8和排气口9。如图1所示，火花塞10设置在气缸盖4的内壁面的中心处，燃料喷射阀11设置在气缸盖4的内壁面的***。在活塞3的顶面上，从燃料喷射阀11下方的位置到火花塞10下方的位置形成有空腔12。 

各气缸的进气口7经由对应的进气支管13连结到浪涌调整槽(surge tank)14，浪涌调整槽14经由进气管15连结到空气滤清器(未示出)。空气流量计16和由步进电动机17驱动的节流阀18设置在进气管15中。同时，各气缸的排气口9连结到排气歧管19，排气歧管19连结到带有内置三元催化剂(排气净化催化剂)20的催化转换器21。催化转换器21的出口连结到排气管22。空燃比传感器23设置在排气歧管19中，也即在三元催化剂20上游的排气通道中。氧传感器24设置在排气管22中，也即在三元催化剂20下游的排气通道中。 

电子控制单元31由数字计算机构成，该数字计算机包括经由双向总线32互连的RAM(随机存取存储器)33、ROM(只读存储器)34、CPU(中央处理器)35、输入端口36和输出端口37。空气流 量计16产生与进气流量成比例的输出电压。该输出电压经由对应的AD转换器38输入到输入端口36。如图2所示，基于废气中所含的氧的浓度，空燃比传感器23产生与流经排气歧管19的废气的空燃比大约成比例的输出电压。同时，如图3所示，基于废气中所含的氧的浓度，根据流经排气管22的废气也即流经三元催化剂20后的废气的空燃比是浓于还是稀于理论空燃比(约14.7)，氧传感器24产生极为不同的输出电压。这些输出电压经由对应的AD转换器38输入到输入端口36。 

负载传感器41连接到加速踏板40。负载传感器41产生与加速踏板40的偏移量成比例的输出电压。该输出电压经由对应的AD转换器38输入到输入端口36。每当曲轴转动例如30度时，曲轴转角传感器42产生输出脉冲。该输出脉冲输入到输入端口36。CPU35基于曲轴转角传感器42的输出脉冲来计算发动机转速。输出端口37经由对应的驱动电路39连接到火花塞10、燃料喷射阀11和步进电动机17。 

上述的三元催化剂20具有储氧能力。通过这种能力，当废气的空燃比稀时，三元催化剂20能够储存流入其中的废气中所含的氧。同样，当废气的空燃比浓时，三元催化剂20通过释放已储存的氧来氧化和净化流入其中的废气所含的HC和CO。 

为了有效利用三元催化剂20的储氧能力，需要将储存在三元催化剂20中的氧的量维持在预定量(例如，最大氧储存量的一半)，以使不论之后的废气的空燃比是浓还是稀都能够净化废气。如果储存在三元催化剂20中的氧的量维持在预定量，则三元催化剂20始终能够储存和释放定量的氧。结果，三元催化剂20始终能够氧化和减少废气中所含的成分。因此，在本实施例中，为了维持三元催化剂20的排 气净化性能，执行空燃比控制以便将储存在三元催化剂20中的氧的量维持在恒定水平。 

为此，在本实施例中，设置在三元催化剂20的上游的空燃比传感器23(上游空燃比传感器)检测排气空燃比(供给到三元催化剂20的上游的排气通道、燃烧室5和进气通道中的空气和燃料的比值)，对从燃料喷射阀11供给的燃料的量执行F/B控制以使空燃比传感器23的输出值对应于理论空燃比(该F/B控制以下将称为“主F/B控制”)。以这种方式，可以将排气空燃比大约维持为理论空燃比，并使储存在三元催化剂中的氧的量维持在恒定水平，从而改善废气排放。 

以下将具体描述主F/B控制。在本实施例中，用以下方程式(1)来计算从燃料喷射阀11供给到各气缸的所需燃料量(以下称为“目标燃料供给量”)Qft(n)。 

Qft(n)＝Mc(n)/AFT+DQf(n)...(1) 

在方程式(1)中，“n”表示由ECU31执行的计算次数。例如，Qft(n)表示在第n次计算(即，在次数“n”)中计算的目标燃料供给量。Mc(n)表示截至进气阀6关闭时预计已进入各气缸的空气的量(以下称为“气缸内进气量”)。气缸内进气量Mc(n)是基于预先实验性确定或计算出的设定表或计算公式获得的，例如，该设定表或计算公式具有发动机转速“Ne”及流经进气管15的空气的量(以下称为“进气管空气流量”)“mt”作为自变量(argument)。该设定表或计算公式储存在ECU31的ROM34中。气缸内进气量Mc(n)是使用基于在发动机运行期间检测到的发动机转速Ne和进气管空气流量“mt”的设定表或计算公式计算的。AFT表示排气空燃比的目标值，其在本实施例中为理论空燃比(14.7)。DQf表示关于稍后描述的主F/B控制而计算的燃料校正量。燃料喷射阀11喷射的燃料量对应于用此方式计算出的目标燃料供给量。

上述描述中，气缸内进气量Mc(n)是基于具有发动机转速Ne和进气管空气流量“mt”作为自变量的设定表等来计算的，与上述描述不同，可以通过其他方式来计算气缸内进气量Mc(n)，例如通过基于节流阀18的开度、大气压力等的计算公式来计算。 

图4是示出了用于计算来自燃料喷射阀11的目标燃料供给量Qft(n)的控制程序的流程图。通过以预定时间间隔的中断来执行图中所示的控制程序。 

在步骤101中，用曲轴转角传感器42和空气流量计16来分别检测发动机转速Ne和进气管空气流量“mt”。然后，在步骤102中，基于在步骤101中检测到的发动机转速Ne和进气管空气流量“mt”，使用设定表或计算公式来计算在第n次计算中的气缸内进气量Mc(n)。然后，在步骤103中，基于在步骤102中计算出的气缸内进气量Mc(n)和在以下描述的主F/B控制中计算出的在第n次计算中的燃料校正量DQf(n)，用上述方程式(1)来计算目标燃料供给量Qft(n)。然后，结束控制程序。燃料喷射阀11喷射的燃料量等于用这种方式计算出的目标燃料供给量Qft(n)。 

现在，将描述主F/B控制。在本实施例的主F/B的控制中，在每次计算中计算在基于空燃比传感器23的输出值计算出的实际排气空燃比AFR与目标空燃比AFT之间的空燃比偏差量ΔAF，以计算使空燃比偏差量ΔAF为0的这种燃料校正量DQf。具体来说，用以下方程式(2)来计算燃料校正量DQf。也即，由PID控制来执行本实施例中的F/B控制，该F/B控制基于空燃比偏差量ΔAF来校正燃料供给量。 

$\mathrm{DQf}\left(n\right)=\mathrm{DQf}(n-1)+\mathrm{Kmp}\·\mathrm{\ΔAF}\left(n\right)+\mathrm{Kmi}\·\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\ΔAF}\left(k\right)+\mathrm{Kmd}\·(\mathrm{\ΔAF}\left(n\right)-\mathrm{\ΔAF}(n-1))$

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　…(2)

在上述方程式(2)中，DQf(n-1)表示在第(n-1)次也即前一次计算中的燃料校正量。同样，在方程式(2)中，Kmp·ΔAF(n)、Kmi·ΣΔAF和Kmd·(ΔAF(n)-ΔAF(n-1))分别表示比例、积分和微分。在下面的描述中，比例值、积分值和微分值分别称为“比例校正值”、“积分校正值”和“微分校正值”。Kmp、Kmi和Kmd分别表示比例增益、积分增益和微分增益。这些比例增益Kmp、积分增益Kmi和微分增益Kmd可以是预定的固定值，或者可以是根据发动机操作条件而变化的值。 

通常，在内燃机冷起动时，执行起动燃料量增加控制，在起动燃料量增加控制中，增加供给到燃烧室5的燃料量。执行该起动燃料量增加控制，以便通过增加供给到燃烧室5的燃料量来抑制由于燃烧室5的壁的低温等导致的在冷起动时燃烧室5中的燃烧条件的恶化。 

图5是示出了在起动燃料量增加控制中的燃料供给量的增加量和在PID控制中的积分校正值的时间图。从图中可以看出，在起动燃料量增加控制期间，增加燃料供给量，且增加量随着时间的推移而逐渐减少。也即，因为燃烧室5的壁的温度等随着时间的推移逐渐增加，相应地燃料供给量逐渐减少。然后，在时间t2即起动燃料量增加控制结束时，燃料供给量的增加量为0。 

同时，在内燃机的冷起动时，空燃比传感器23未被激活，从而无法检测排气空燃比。由此，如图5所示，在现有技术中，在空燃比传感器23被激活(图5中的时间t₁)的同时开始主F/B控制。在激活空燃比传感器23的同时开始PID控制的情况下，在通过起动燃料量增加控制来增加燃料供给量的同时，开始PID控制中积分校正值的积分。在起动燃料量增加控制期间，因为燃料供给量增加因而实际空燃比远离理论空燃比，所以如图5所示，积分校正值的绝对值突然增加。当燃料量增加控制结束时，积分校正值的绝对值相当大，因此显 著地偏离在没有执行所述量增加控制的正常操作期间期望通过积分校正值而获得的值。 

在这种情况下，在起动燃料量增加控制结束后，积分校正值没有立即达到适当值，这需要些时间。在积分校正值没有达到适当值的期间内，在主F/B控制中也很难将实际空燃比控制到理论空燃比。这使得这段期间的废气排放恶化。 

在本实施例中，在内燃机的冷起动时，在起动燃料量增加控制期间，在激活空燃比传感器23后，不是立即执行PID控制而是立即执行PD控制，在内燃机冷起动后当经过预定期间时执行PID控制。也即，在内燃机冷起动后到经过预定期间，即使当激活空燃比传感器23时，积分校正值不被积分而是维持为0，当已经过预定期间时，开始该积分校正值的积分。 

图6是类似于图5的时间图，示出了在起动燃料量增加控制中燃料供给量的增加量和在PID控制中的积分校正值。从图中可以看出，在时间t₃到时间t₅期间执行PD控制，其中在时间t₃激活空燃比传感器23，在时间t₅后执行PID控制。因此，如图6所示，直到时间t₅积分校正值维持为0，以后对该积分校正值积分。 

在本实施例中，所述预定期间长于从内燃机的冷起动到激活空燃比传感器23的期间。这将确保在主F/B控制开始后没有立即开始积分校正值的积分。结果，积分校正值的积分的开始相对于主F/B控制的开始而延迟。因此，延迟积分校正值的积分的开始防止了积分校正值的绝对值在实际空燃比明显地偏离理论空燃比的同时变大。这防止了当起动燃料量增加控制结束时积分校正值的绝对值很大，从而抑制了废气排放的恶化。 

在本实施例中，所述预定期间是从内燃机的冷起动时起到进气量的积分ΣGa变为参考值α或更大时的期间。参考值α根据在内燃 机冷起动时的发动机冷却液温度而变化。如图7所示，当起动冷却液温度较低时，参考值α较大；当起动冷却液温度较高时，参考值α较小。因此，在内燃机冷起动时发动机冷却液温度较低的情况下，也即在较长期间内执行起动燃料量增加控制的情况下，较大的参考值α导致较长的预定期间。相反，在内燃机冷起动时发动机冷却液温度较高的情况下，也即在较短期间内执行起动燃料量增加控制的情况下，较小的参考值α导致较短的预定期间。 

在图6所示的实例中，在起动燃料量增加控制结束(在时间t₄)后，开始积分校正值的积分(在时间t₅)。然而，可以在起动燃料量增加控制结束之前开始积分校正值的积分。同样在这种情况下，积分校正值的积分的开始相对于传感器的激活而延迟，从而抑制了废气排放的恶化。 

图8和图9是示出了在本实施例的主F/B控制中用于计算燃料校正量DQf的控制程序的流程图。图中所示的控制程序是通过以恒时间间隔的中断来执行的。 

如图8和图9所示，在步骤131中，判断内燃机是否起动。例如，当点火开关打开时判定为内燃机起动了。如果在步骤131判定为内燃机起动了，则处理进行至步骤132。在步骤132中，基于在内燃机起动时的发动机冷却液温度，使用图7所示的设定表来计算参考值α。然后，在步骤133中，将积分标记Xint设定为0。当执行积分校正值的积分时将积分标记Xint设定为“1”，当不执行积分校正值的积分时将积分标记Xint设定为“0”。另一方面，如果在步骤131判定为内燃机未起动时，则跳过步骤132和步骤133。 

然后，在步骤134中，判断空燃比传感器23是否已被激活。如果判定为空燃比传感器23尚未激活，则处理进行至步骤135、步骤136和步骤137，在步骤135、步骤136和步骤137中将比例校正值 Mmp、微分校正值Mmd和积分校正值Mmi分别设定为0。因而，主F/B控制尚未开始，并结束控制程序。 

另一方面，如果在步骤134中判定为空燃比传感器23已被激活，则处理进行至步骤138。在步骤138中，检测在第n次计算中的空燃比传感器23的输出值VAF(n)。然后，在步骤139中，将用于空燃比传感器23的输出校正值efsfb(n)与在步骤138中检测出的输出值VAF(n)相加，以通过校正空燃比传感器23的输出值(VAF’(n)＝VAF(n)+efsfb(n))来计算校正后的输出值VAF’(n)。通过稍后描述的次F/B控制的控制程序来计算输出校正值efsfb(n)。 

然后，在步骤140中，基于在步骤139中计算出的校正后的输出值VAF’(n)，使用图2所示的设定表来计算在第n次计算中的实际空燃比AFR(n)。因此，在第n次计算时，计算出的实际空燃比AFR(n)与流入三元催化剂20内的废气的实际空燃比大致相同。 

然后，在步骤141中，从在步骤140中计算出的实际空燃比AFR(n)减去目标空燃比AFT(在本实施例中为理论空燃比)，以便获得在第n次计算中的空燃比偏差量ΔAF(n)(ΔAF(n)＝AFR(n)-AFT(n))。 

然后，在步骤142中，用于主F/B控制的比例增益Kmp乘以在步骤141中计算出的空燃比偏差量ΔAF(n)，以获得比例校正值Mmp(Mmp＝Kmp·ΔAF(n))。在步骤143中，用从本次计算中的空燃比偏差量ΔAF(n)减去前一次计算中的空燃比偏差量ΔAF(n-1)后获得的值乘以用于主F/B控制的微分增益Kmd，以获得微分校正值Mmd(Mmd＝Kmd·(ΔAF(n)-ΔAF(n-1)))。 

然后，在步骤144中，判断积分标记Xint是否为“1”，也即积分校正值Mmi的积分是否已经开始。如果积分校正值Mmi的积分尚未开始，在这种情况下，积分标记Xint已设定为“0”，则判定出积分标记Xint不为“1”，然后处理进行至步骤145。在步骤145中，判断进 气量的积分值ΣGa是否小于在步骤132中计算出的参考值α。如果在步骤145中判定为进气量的积分ΣGa小于参考值α，也即在内燃机起动后尚未经过预定期间，则处理进行至步骤137，在步骤137中将积分校正值Mmi设定为0，并结束控制程序。 

另一方面，如果在步骤145中判定为进气量的积分ΣGa不小于参考值α，也即在内燃机起动后已经过预定期间，则处理进行至步骤146。在步骤146中，将当前的计算次数“n”设定作为在开始积分校正值Mmi的积分时的计算次数n₀。然后，在步骤147中将积分标记Xint设定为“1”，且处理进行至步骤148。 

在步骤148中，用以下方程式(3)来计算积分校正值Mmi。然后，在步骤149中，如以下方程式(4)所示，用在步骤142或步骤135中计算出的比例校正值Mmp、在步骤143或步骤136中计算出的微分校正值Mmd及在步骤148或步骤137中计算出的积分校正值Mmi与前一次计算中的燃料校正量DQf(n-1)相加，以获得本次计算中的燃料校正量DQf(n)。在随后的控制程序中，在步骤144中判定为积分标记已设定为“1”，然后处理从步骤144进行至步骤148。 

$\mathrm{Mmi}=\mathrm{Kmi}\·\underset{k=n_0}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\ΔAF}\left(k\right)\·\·\·\left(3\right)$

DQf(n)＝DQf(n-1)+Mmp+Mmi+Mmd…(4) 

例如因为空燃比传感器23由于废气的热而损坏，使得空燃比传感器23的输出可能偏离。在这种情况下，例如，通常产生图2的实线所示的输出值的空燃比传感器23会产生图2的虚线所示的输出值。在如上述空燃比传感器23的输出值偏离的情况下，当排气空燃比稀于理论空燃比时，空燃比传感器23产生通常当排气空燃比为理论空燃比时所产生的输出电压。在本实施例中，空燃比传感器23的输出值的这种偏差是通过次F/B控制使用氧传感器(下游空燃比传感器)24来补偿的，以使空燃比传感器23的输出值对应实际排气空燃比。

如图3所示，氧传感器24能够检测排气空燃比是浓于还是稀于理论空燃比，在确定是浓还是稀时基本没有偏差。当实际排气空燃比稀时，氧传感器24的输出电压低；当实际排气空燃比浓时，氧传感器24的输出电压高。因此，当实际排气空燃比大约为理论空燃比时，也即反复地超过和低于理论空燃比时，氧传感器24的输出电压在高值和低值之间反复地变换。从这个角度来看，在本实施例中，校正空燃比传感器23的输出值以使氧传感器24的输出电压在高值和低值之间反复地变换。 

图10是示出了实际排气空燃比、氧传感器的输出值和用于空燃比传感器23的输出校正值efsfb的时间图。图10的时间图示出了即使执行控制以使实际排气空燃比为理论空燃比，但是空燃比传感器23仍产生偏差且实际排气空燃比不为理论空燃比的状态，以及逐渐补偿这种偏差的状态。 

在图10所示的实例中，在时间t₆时实际排气空燃比稀于理论空燃比。这是因为空燃比传感器23的偏差，该偏差导致当实际排气空燃比稀于理论空燃比时空燃比传感器23输出对应于理论空燃比的值。此时，氧传感器24输出低值。 

如上所述，在图8的步骤139中，用于空燃比传感器23的输出校正值efsfb与输出值VAF(n)相加，以计算校正的输出值VAF’(n)。因此，当输出校正值efsfb为正时，空燃比传感器23的输出值被校正到稀侧，当输出校正值efsfb为负时，空燃比传感器23的输出值被校正到浓侧。因为输出校正值efsfb的绝对值较大，所以空燃比传感器23的输出值被校正到更大的程度。 

即使空燃比传感器23的输出值大约为理论空燃比，当氧传感器24输出低值时，这表明空燃比传感器23的输出值已经偏离到浓侧。因此，在本实施例中，当氧传感器24输出低值时，增加输出校正 值efsfb以将空燃比传感器23的输出值校正到稀侧。另一方面，即使空燃比传感器23的输出值大约为理论空燃比，当氧传感器24输出高值时，减小输出校正值efsfb以将空燃比传感器23的输出值校正到浓侧。 

具体来说，用以下方程式(5)来计算输出校正值efsfb。在以下方程式(5)中，esfsb(n-1)表示在第(n-1)次计算中也即在前一次计算中的输出校正值。同样在方程式(5)中，Ksp·ΔVO(n)、Ksi·ΣΔVO和Ksd·(ΔVO(n)-ΔVO(n-1))分别表示比例、积分和微分。Ksp、Ksi和Ksd分别表示比例增益、积分增益和微分增益。这些比例增益Ksp、积分增益Ksi和微分增益Ksd可以是预定的固定值，或者可以是根据发动机操作条件而变化的值。ΔVO(n)表示在第n次计算中的氧传感器24的输出值与目标输出值(在本实施例中，为对应理论空燃比的值)之间的输出偏差量。 

$\mathrm{efsfb}\left(n\right)=\mathrm{efsfb}(n-1)+\mathrm{Ksp}\·\mathrm{\ΔVO}\left(n\right)+\mathrm{Ksi}\·\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\ΔVO}\left(k\right)+\mathrm{Ksd}\·(\mathrm{\ΔVO}\left(n\right)-\mathrm{\ΔVO}(n-1))$

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　…(5) 

如同在上述主F/B控制中，如果在氧传感器24被激活的同时开始次F/B控制，则积分校正值的绝对值变大，因而导致废气排放的暂时恶化。 

在本实施例中，同样在次F/B控制中，在内燃机冷起动时，在起动燃料量增加控制期间，在氧传感器24被激活后不是立即执行PID控制而是立即执行PD控制，且在内燃机冷起动后当已经过预定期间后执行PID控制。也即，即使当氧传感器24被激活时，积分校正值不被积分而是维持为0直到内燃机冷起动后经过预定期间，当已经过预定期间时，开始该积分校正值的积分。

在本实施例中，同样在次F/B控制中，所述预定期间是从内燃机的冷起动时起到进气量的积分ΣGa变为参考值α’或更大时的期间。参考值α’根据在内燃机冷起动时的发动机冷却液温度而变化。如图7所示的参考值α，当起动冷却液温度较低时，参考值α’较大，当起动冷却液温度较高时，参考值α’较小。在本实施例中，次F/B控制中的参考值α’等于主F/B控制中的参考值α。但是，这些参考值可以不必彼此相等，也可以彼此不同。 

图11和图12是示出了在本实施例的次F/B控制中用于计算空燃比传感器23的输出校正值efsfb的控制程序的流程图。图中所示的控制程序是通过以恒定时间间隔的中断来执行的。 

因为图11和图12中所示的次/F/B控制的控制程序类似于图8和9中所示的主/F/B控制的控制程序，所以以下描述中将不再描述与后者中的步骤相类似的前者中的步骤。 

如图11和图12所示，如果在步骤164中判定为氧传感器24已被激活，则处理进行至步骤168。在步骤168中，检测在第n次计算中的氧传感器24的输出值VO(n)。然后，在步骤169中，从在步骤168中计算出的输出值VO(n)减去氧传感器24的目标输出值VOT(在本实施例中，为对应于理论空燃比的值)，以获得在第n次计算中的输出偏差量ΔVO(n)(ΔVO(n)＝VO(n)-VOT)。 

然后，在步骤170中，用于次F/B控制的比例增益Ksp乘以在步骤169中计算出的输出偏差量ΔVO(n)，以获得比例校正值Msp(Msp＝Ksp·ΔVO(n))。然后，在步骤171中，用从本次计算中的输出偏差量ΔVO(n)减去在前一次计算中的输出偏差量ΔVO(n-1)后获得的值乘以用于次F/B控制的微分增益Ksd，以获得微分校正值Msd(Msd＝Ksd·(ΔVO(n)-ΔVO(n-1)))。

在步骤176中，用以下方程式(6)来计算积分校正值Msi。然后，在步骤177中，如以下方程式(7)所示，将在步骤170或步骤165中计算出的比例校正值Msp、在步骤171或步骤166中计算出的微分校正值Msd及在步骤176或步骤167中计算出的积分校正值Msi与在前一次计算中的输出校正值efsfb(n-1)相加，以获得本次计算中的输出校正值efsfb(n)。 

$\mathrm{Msi}=\mathrm{Ksi}\·\underset{k=n_0}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\ΔVO}\left(k\right)\·\·\·\left(6\right)$

efsfb(n)＝efsfb(n-1)+Msp+Msi+Msd…(7) 

在上述实施例中，在内燃机冷起动后直到经过预定期间，积分校正值不是被积分而是维持为0。但是，积分校正值可以被积分，只要积分后的积分校正值被修改为小于正常操作期间的积分后的积分校正值。在这种情况下，例如，在内燃机冷起动后直到经过预定期间，用以下方程式(8)来计算主F/B控制中的积分校正值Mmi。在方程式(8)中，“k”是从0到1的系数(0<k<1)。为了在内燃机冷起动后已经过预定期间后计算积分校正值Mmi，将冷起动后经过预定期间前计算出的空燃比偏差量ΔAF乘以系数“k”后进行积分，而在已经过预定期间后计算出的空燃比偏差量ΔAF不乘以系数“k”就进行积分。 

$\mathrm{Mmi}=\mathrm{Kmi}\&CenterDot;\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}k\&CenterDot;\mathrm{\&Delta;AF}\left(k\right)\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(8\right)$

也即，即使实际排气空燃比与目标空燃比之间的空燃比偏差量ΔAF大，通过将空燃比偏差量ΔAF乘以系数“k”也能够将积分校正值Mmi修改为相对较小的值。这防止了燃料量增加控制结束时积分校正值的绝对值的变大，从而抑制了废气排放的恶化。

在上述实施例中，执行用于主F/B控制和次F/B控制的PID控制。然而，只要包括积分控制，还可以执行PI控制或其他控制替代PID控制。 

在上述实施例中，所述排气净化催化剂是三元催化剂。然而，排气净化催化剂并不局限于此，其可以是具有储氧能力的任何催化剂，例如具有NO_x储存能力的NO_x吸附还原催化剂(storage reductioncatalyst)。 

在上述实施例中，当在内燃机冷起动时执行燃料量增加控制时，延迟积分校正值的积分的开始。与内燃机正常操作期间的燃料量增加控制相比，增加燃料供给量的燃料量增加控制除了在冷起动时的燃料量增加控制以外，还包括在排气净化催化剂的温度很高时被执行以冷却排气净化催化剂的高温量增加控制，当发动机负载高时被执行以增加发动机输出的动力量增加控制。因而，上述实施例不仅可以应用于在冷起动时的燃料量增加控制，而且可以应用于所述其他类型的量增加控制。在后一种情况下，在所述量增加控制开始的同时停止积分校正值的积分，并在例如在所述量增加控制开始后经过预定期间后，重新开始积分校正值的积分。 

现在，将描述本发明的第二实施例的空燃比控制***。第二实施例的空燃比控制***的结构与第一实施例的空燃比控制***的结构基本类似，因此将不再描述。 

在上述第一实施例的空燃比控制***中，在内燃机冷起动后直到进气量的积分ΣGa成为参考值α或更大时，才对积分校正值积分。在第二实施例的空燃比控制***中，在所述量增加控制结束后直到进气量的积分ΣGa成为参考值β或更大时，才对积分校正值积分。 

此处，将讨论当执行起动燃料量增加控制时在三元催化剂20中的废气中的空气。在起动燃料量增加控制期间，流入三元催化剂20的废气的空燃比基本上较浓，因而在整个三元催化剂20中的废气中 的空气较浓。但是，在这之后，例如，即使当起动燃料量增加控制结束及流入三元催化剂20的废气的空燃比已变稀时，在三元催化剂20中的废气中的空气不会马上变稀，而是从三元催化剂20的上游侧逐渐变稀。因此，即使在起动燃料量增加控制结束后，仍需要一些时间使整个三元催化剂20中的空气变得与流入三元催化剂20的废气中的空气一致。 

当整个三元催化剂20中的空气与流入三元催化剂20的废气中的空气不一致时，设置在三元催化剂20的下游的氧传感器24无法适当地检测排气空燃比。因此，直到整个三元催化剂20中的空气变得与流入三元催化剂20的废气中的空气一致，氧传感器24才输出适当值。如果在没有达到这种完全一致前就对积分校正值积分，则需要一些时间使积分校正值达到适当值，因而会恶化废气排放。 

在本实施例中，在内燃机冷起动时，在起动燃料量增加控制期间，在氧传感器24被激活后不是立即执行PID控制而是立即执行PD控制，在起动燃料量增加控制结束后已经过预定期间后执行PID控制。也即，即使当氧传感器24被激活时，积分校正值不被积分而是维持为0直到起动燃料量增加控制结束后经过预定期间，当已经过预定期间时开始该积分校正值的积分。 

在本实施例中，所述预定期间是从起动燃料量增加控制结束后直到进气量的积分ΣGa成为参考值β或更大的期间。参考值β是预定的固定值，例如，是对应于使整个三元催化剂20中的空气变得与流入三元催化剂20中的废气一致而通常所需的空气量的值。 

图13和图14是示出了在第二实施例的次F/B控制中用于计算空燃比传感器23的输出校正值efsfb的控制程序的流程图。图中所示的控制程序是通过以恒定时间间隔的中断来执行的。 

步骤191至步骤201与图11和图12所示的步骤161至步骤171类似，将不再描述。

在步骤202中，判断积分标记Xint是否为“1”，也即积分校正值Msi的积分是否已经开始。如果积分校正值Msi的积分尚未开始，在这种情况下，积分标记Xint已设定为“0”，则判定出积分标记Xint不为“1”，然后处理进行至步骤203。在步骤203中，判断通过起动燃料量增加控制的增加量是否为0，也即起动燃料量增加控制是否已经结束。如果在步骤203中判定出起动燃料量增加控制尚未结束，则处理进行至步骤196。在步骤196中，将进气量的积分ΣGa重置为0。然后，在步骤197中，将积分校正值Msi设定为0。 

另一方面，如果在步骤203中判定出起动燃料量增加控制已经结束，则处理进行至步骤204。在步骤204中，在起动燃料量增加控制结束后的进气量的积分ΣGa被更新。然后，在步骤205中判断在步骤204中计算出的进气量的积分ΣGa是否小于参考值β，也即在起动燃料量增加控制结束后是否经过了预定期间。如果判定出积分ΣGa小于参考值β，则处理进行至步骤197，在步骤197中将积分校正值Msi设定为0。 

另一方面，如果在步骤205中判定出积分ΣGa不小于参考值β，则处理进行至步骤206。在步骤206中，将当前的计算次数“n”设定作为开始积分校正值Msi的积分时的计算次数n₀。然后，在步骤207将积分标记Xint设定为“1”，且处理进行至步骤208。 

在步骤208中，用上述方程式(6)来计算积分校正值Msi。然后，在步骤209中，用上述方程式(7)来计算输出校正值efsfb(n)。然后，结束控制程序。在随后的控制程序中，在步骤202中判定出积分标记已设定为“1”，然后处理从步骤202进行至步骤208。 

尽管已经结合优选实施例描述了本发明，但应该理解的是，本发明不局限于已公开的实施例或结构。相反，本发明旨在覆盖各种改进和等同的布局。另外，虽然公开的发明中的各种元件以各种示例性的组合和构造出现，但是包括更多、更少或仅一个元件的其他组合和构造也在附随的权利要求的范围内。

Claims (9)

1.一种用于内燃机(1)的空燃比控制***，其包括位于设置在发动机排气通道中的排气净化催化剂(20)的上游或者下游以检测废气的空燃比的空燃比传感器(23、24)，并且所述空燃比控制***执行燃料供给量的反馈控制以使得所述空燃比传感器的输出值被控制到目标空燃比，所述用于内燃机的空燃比控制***的特征在于，

所述反馈控制是通过计算校正量并基于获得的所述校正量校正所述燃料供给量来执行的，所述校正量是将基于所述空燃比传感器的输出值与所述目标空燃比之间的偏差计算出的比例值和积分值相加获得的，以及，在所述内燃机冷起动时，从所述内燃机起动到经过预定期间，即使当在所述内燃机冷起动时执行的起动燃料量增加控制期间激活所述空燃比传感器时，将基于所述偏差计算出的所述积分值设定为比在正常操作期间基于相同偏差计算出的所述积分值小的值，在所述起动燃料量增加控制中，所述燃料供给量与在正常操作期间的燃料供给量相比被增加，所述预定期间长于从所述内燃机的所述起动到激活所述空燃比传感器的期间。

2.根据权利要求1所述的用于内燃机的空燃比控制***，其中

所述预定期间长于从所述冷起动到所述起动燃料量增加控制结束的期间。

3.一种用于内燃机(1)的空燃比控制***，其包括位于设置在发动机排气通道中的排气净化催化剂(20)的上游或者下游以检测废气的空燃比的空燃比传感器(23、24)，并且所述空燃比控制***执行燃料供给量的反馈控制以使得所述空燃比传感器的输出值被控制到目标空燃比，以及执行燃料量增加控制，在所述燃料量增加控制中，与当所述内燃机处于正常操作时的燃料量相比，供给到所述内燃机的燃料量根据发动机操作条件而增加，所述用于内燃机的空燃比控制***的特征在于，

所述反馈控制是通过计算校正量并基于获得的所述校正量校正所述燃料供给量来执行的，所述校正量是将基于所述空燃比传感器的输出值与所述目标空燃比之间的偏差计算出的比例值和积分值相加获得的，并且，从所述燃料量增加控制开始到经过预定期间，即使当激活所述空燃比传感器时，将基于所述偏差计算出的所述积分值设定为比在正常操作期间基于相同偏差计算出的所述积分值小的值。

4.根据权利要求3所述的用于内燃机的空燃比控制***，其中

所述预定期间长于从所述燃料量增加控制开始到结束的期间。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的用于内燃机的空燃比控制***，其中

比在正常操作期间计算的所述积分项的值小的所述值为0。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的用于内燃机的空燃比控制***，其中

所述预定期间根据综合进气量而变化。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的用于内燃机的空燃比控制***，其中

当将基于所述偏离计算出的所述积分项的值设定为比在正常操作期间基于相同偏差计算出的所述积分值小的值时，基于所述偏差计算出的所述比例值与在正常操作期间基于相同偏差计算的所述比例值相同。

8.一种用于内燃机(1)的空燃比控制***的控制方法，所述用于内燃机的空燃比控制***包括位于设置在发动机排气通道中的排气净化催化剂(20)的上游或者下游以检测废气的空燃比的空燃比传感器(23、24)，并且所述空燃比控制***执行燃料供给量的反馈控制以使得所述空燃比传感器的输出值被控制到目标空燃比，所述用于内燃机的空燃比控制***的控制方法的特征在于所述反馈控制包括：

通过将基于所述空燃比传感器的输出值与所述目标空燃比之间的偏差计算出的比例值和积分值相加来计算校正量，并基于获得的所述校正量校正所述燃料供给量，以及

在所述内燃机冷起动时，从所述内燃机起动到经过预定期间，即使当在所述内燃机冷起动时执行的起动燃料量增加控制期间激活所述空燃比传感器时，将基于所述偏差计算出的所述积分值设定为比在正常操作期间基于相同偏差计算出的所述积分值小的值，在所述起动燃料量增加控制中，所述燃料供给量与在正常操作期间的燃料供给量相比被增加，所述预定期间长于从所述内燃机的所述起动到激活所述空燃比传感器的期间。

9.一种用于内燃机(1)的空燃比控制***的控制方法，所述用于内燃机的空燃比控制***包括位于设置在发动机排气通道中的排气净化催化剂(20)的上游或者下游以检测废气的空燃比的空燃比传感器(23、24)，并且所述空燃比控制***执行燃料供给量的反馈控制以使得所述空燃比传感器的输出值被控制到目标空燃比，以及执行燃料量增加控制，在所述燃料量增加控制中，与当所述内燃机处于正常操作时的燃料量相比，供给到所述内燃机的燃料量根据发动机操作条件而增加，所述反馈控制包括：

通过将基于所述空燃比传感器的输出值与所述目标空燃比之间的偏差计算出的比例值和积分值相加来计算校正量，并基于获得的所述校正量校正所述燃料供给量，以及

从所述燃料量增加控制开始到经过预定期间，即使当激活所述空燃比传感器时，将基于所述偏差计算出的所述积分值设定为比在正常操作期间基于相同偏差计算出的所述积分值小的值。

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