CN101657626A - 用于内燃机的空燃比控制装置和空燃比控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种空燃比控制装置，包括设置在三元催化器(20)上游的空燃比传感器(23)和设置在三元催化器下游的氧气传感器(24)。所述空燃比控制装置基于氧气传感器的输出控制燃料供给量，并且通过基于氧气传感器的输出修正燃料供给量来补偿空燃比传感器中的误差。基于对下游空燃比传感器的输出和目标空燃比之间的偏差进行积分的积分项计算燃料供给修正量。当执行燃料供给调整控制时，在燃料供给调整控制结束之后一段预定的时间段内不更新次反馈控制中积分项的值。从而以合适的方式使实际空燃比称为目标空燃比。

Description

用于内燃机的空燃比控制装置和空燃比控制方法

技术领域

[0001]本发明涉及用于内燃机的空燃比控制装置及空燃比控制方法。

背景技术

[0002]内燃机排出的排气中包含有诸如碳氢化合物(HC)，一氧化碳(CO)以及氮氧化物(NOx)等成分。三元催化器用来将这些成分转换为低毒物质。在排气的空燃比(以下称为排气空燃比)基本上为理想空燃比时，这种三元催化器的性能会增强。从而，为了利用三元催化器净化排气，需要将供给至燃烧室的燃料量控制成使得排气空燃比基本上为理想空燃比。

[0003]因此，在大多数的内燃机中，在发动机排气通道内三元催化器的上游设置有检测排气空燃比的空燃比传感器。执行控制供给至燃烧室的燃料量的反馈控制(F/B)，使得由所述空燃比传感器检测出的排气空燃比基本上为理论空燃比。

[0004]然而，在三元催化器的上游侧，空燃比传感器的输出可能会由于排气没有充分混合而变得不稳定，或者空燃比传感器的性能可能会由于排气的热而下降，使得空燃比传感器不能精确地检测实际的空燃比。在这些情况下，基于上述反馈控制的空燃比的控制精度会降低。

[0005]为此，所谓的“双传感器***”已经被实际使用。在该双传感器***中，在发动机排气通道内三元催化器的下游设置有第二空燃比传感器。双传感器***通过执行次反馈控制来提高空燃比的控制精度，该次反馈控制基于下游空燃比传感器的输出修正上游空燃比传感器的输出值(由此修正燃料供给量)，使得上游空燃比传感器的输出值与实际的排气空燃比匹配。

[0006]在该双传感器***中，基于次反馈控制中的修正量计算学习值，所述学习值与上游空燃比传感器的输出值和实际的排气空燃比之间的稳态误差相对应。基于算出的学习值执行学习控制，以修正上游空燃比传感器的输出值。例如，因为在发动机停止期间，所述学习值也存储在ECU的RAM里，所以即使在内燃机重新起动之后，通过次反馈控制还没有充分地修正上游空燃比传感器的输出时，也可以通过学习值来恰当地修正输出值。从而能够防止空燃比控制的精度降低，并由此防止排气排放的恶化。

[0007]在发动机运转过程中，执行不考虑目标空燃比而增加或者减少燃料供给量的燃料增加或减少控制(例如，燃料中断控制或者发动机起动时的燃料增加控制)之后，在排气净化催化器中积蓄有过剩的氧气或过剩的燃料。在这种情况下，例如，从燃烧室排出的排气的空燃比和从排气净化催化器流出的排气的空燃比之间存在大的偏差。在这种状态下执行上述主反馈控制、次反馈控制、学习控制等就无法以恰当的方式控制空燃比。

[0008]因此，已经提出在完成燃料中断控制后禁止执行学习控制一段固定的时间段(参见日本专利申请公开No.2005-105834(JP-A-2005-105834))。这种方案在从燃烧室排出的排气的空燃比和从排气净化催化器流出的排气的空燃比之间存在大的偏差时，也就是在下游空燃比传感器的输出不恰当时，防止更新学习值。从而抑制了空燃比的不适当的控制。

[0009]如上所述，在次反馈控制中，执行比例-积分-微分(PID)控制或者比例-积分(PI)控制，以便基于下游空燃比传感器的输出修正上游空燃比传感器的输出值(由此修正燃料供给量)，使得上游空燃比传感器的输出值与实际的排气空燃比匹配。在上述学习控制中，基于次反馈控制的积分控制中使用的积分项的值改变学习值。一般地，积分项的值越大，则学习值的改变量就越大。

[0010]另一方面，如上所述，在燃料中断控制结束之后的预定时间段内由下游空燃比传感器检测出的排气的空燃比与从燃烧室排出的排气的空燃比不同。在这点上，在JP-A-2005-105834中描述的装置中，虽然在燃料中断控制结束之后的预定时间段内禁止学习控制，但是没有禁止次反馈控制中的积分控制。因此，对于次反馈控制的积分项的值，在上述固定时间段内，基于与从燃烧室排出的排气的空燃比不同的空燃比进行积分。因此，到所述固定时间段结束时，积分项的值中的误差将变得非常大。这意味着，在所述固定时间段结束后再次执行学习控制的情况下，基于误差非常大的积分项的值计算学习值，使得由此获得的学习值为不适当的值，从而导致排气排放的恶化。

发明内容

[0011]本发明提供一种空燃比控制装置以及空燃比控制方法，使得即使在执行燃料增加或者减少控制之后，也能够以合适的方式将实际的空燃比保持为目标空燃比。

[0012]本发明的第一个方面涉及一种用于内燃机的空燃比控制装置，包括：上游空燃比传感器和下游空燃比传感器，所述上游空燃比传感器布置在排气净化催化器的排气上游并且检测排气的空燃比，所述排气净化催化器设置在发动机排气通道内，所述下游空燃比传感器布置在所述排气净化催化器的下游侧并且检测排气的空燃比。所述空燃比控制装置执行主反馈控制，所述主反馈控制基于所述上游空燃比传感器的输出值控制燃料供给量，使得排气空燃比达到目标空燃比。所述空燃比控制装置还执行次反馈控制，所述次反馈控制通过基于所述下游空燃比传感器的输出值修正所述燃料供给量来补偿所述上游空燃比传感器的所述输出值和实际的排气空燃比之间的偏差，使得所述排气空燃比达到所述目标空燃比。基于对所述下游空燃比传感器的所述输出值和所述目标空燃比之间的偏差进行积分的积分项的值在所述次反馈控制中计算用于所述燃料供给量的修正量，并且当执行不考虑所述目标空燃比而增加或减少所述燃料供给量的燃料增加或减少控制时，在所述燃料增加或减少控制完成之后的预定时间段内停止更新在所述次反馈控制中的所述积分项。根据第一个方面，在所述燃料增加或减少控制完成之后的预定时间段内停止在所述次反馈控制中的所述积分项的积分。这防止了在上述预定时间段内基于与从燃烧室排出的排气的空燃比不同的空燃比进行积分项的积分，从而防止积分项的值中的误差变得非常大。因此，当比如执行学习控制时，不太可能基于误差非常大的积分项计算学习值，从而防止学习值取得不适当的值。

[0013]所述空燃比控制装置还包括学习装置，所述学习装置基于所述积分项的值计算学习值并且基于计算出的所述学习值修正所述燃料供给量，所述学习值与所述上游空燃比传感器的输出值和所述实际的排气空燃比之间的稳态误差相对应。

[0014]此外，即使在所述燃料增加或减少控制完成之后的所述预定时间段内，所述学习装置也计算所述学习值。

[0015]在所述次反馈控制中用于所述燃料供给量的所述修正值可基于比例项的值以及所述积分项的值而计算出的，所述比例项将所述下游空燃比传感器的所述输出值和目标空燃比之间的偏差乘以比例增益获得的，所述比例项的值在所述燃料增加或减少控制完成之后的所述预定时间段期间比在所述预定时间段以外的时间段内大。

[0016]此外，所述预定时间段是从所述燃料增加或减少控制完成到从所述排气净化催化器排出的排气的空燃比变为接近所述目标空燃比为止的时间段。

[0017]根据第一个方面，因为即使在燃料增加或者减少控制执行之后，也能防止学习值取得不适当的值，所以能够以合适的方式使实际的目标空燃比变为目标空燃比。

[0018]本发明的第二个方面涉及一种用于内燃机的空燃比控制方法，所述内燃机包括：上游空燃比传感器和下游空燃比传感器，所述上游空燃比传感器布置在排气净化催化器的排气上游侧并且检测排气的空燃比，所述排气净化催化器设置在发动机排气通道内，所述下游空燃比传感器布置在所述排气净化催化器的排气下游侧并且检测排气的空燃比，所述空燃比控制方法包括：执行主反馈控制和执行次反馈控制，所述主反馈控制基于所述上游空燃比传感器的输出值控制燃料供给量，使得排气空燃比变为目标空燃比，所述次反馈控制通过基于所述下游空燃比传感器的输出值修正所述燃料供给量来补偿所述上游空燃比传感器的所述输出值和实际的排气空燃比之间的误差，使得所述排气空燃比变为所述目标空燃比。基于对所述下游空燃比传感器的所述输出值和所述目标空燃比之间的偏差进行积分的积分项的值计算用于所述燃料供给量的修正量；以及当执行不考虑所述目标空燃比而增加或减少所述燃料供给量的燃料增加或减少控制时，在所述燃料增加或减少控制完成之后的预定时间段内停止更新在所述次反馈控制中所述积分项的值。根据第二个方面，在所述燃料增加或减少控制完成之后的预定时间段内停止在所述次反馈控制中的所述积分项的积分。这防止了在上述预定时间段内基于与从燃烧室排出的排气的空燃比不同的空燃比进行积分项的积分，从而防止积分项的值中的误差变得非常大。因此，当比如执行学习控制时，不太可能基于误差非常大的积分项计算学习值，从而防止学习值取得不适当的值。

附图说明

[0019]从以下参考附图的示例性实施例的说明中，本发明的前述和进一步的特征和优点将会变得明显，相同的附图标记用于表示相似的元件，其中：

图1为整个内燃机的示意图，根据本发明的空燃比控制装置应用到该内燃机；

图2为排气空燃比和空燃比传感器的输出电压之间的关系示意图；

图3为排气空燃比和氧气传感器的输出电压之间的关系示意图；

图4为用于计算目标燃料供给的目标燃料供给量计算控制的控制程序的流程图；

图5为用于计算燃料修正量的主反馈控制的控制程序的流程图；

图6为排气空燃比、氧气传感器的输出值、空燃比传感器的输出修正值以及次反馈学习值的时序图；

图7为燃料中断控制时的各种参数的时序图；

图8为用于计算输出修正值的次反馈控制的控制程序的流程图的一部分；

图9为用于计算输出修正值的次反馈控制的控制程序的流程图的一部分。

具体实施方式

[0020]以下将参考附图说明根据本发明的用于内燃机的空燃比控制装置。图1为整个内燃机的示意图，根据本发明的控制装置安装在该内燃机中。虽然图1示出了根据本发明的空燃比控制装置应用于缸内直喷火花点火式内燃机的实施例，但是本发明也可以应用于其它类型的火花点火式内燃机、压缩自燃式内燃机等。

[0021]图1示出了发动机1、气缸体2、在气缸体2内往复运动的活塞3、固定在气缸体2上的气缸盖4、形成在活塞3和气缸盖4之间的燃烧室5、进气门6、进气口7、排气门8和排气口9。如图1所示，气缸盖4的内壁表面的中心部分设置有火花塞10。气缸盖4的内壁表面的周边部分设置有燃料喷射阀11。此外，在活塞3的顶部表面上形成有从燃料喷射阀11的下方延伸到火花塞10的下方的腔体12。

[0022]各个气缸的进气口7通过相应的进气歧管13结合至缓冲罐14。缓冲罐14通过进气管15结合至空气滤清器(未示出)。进气管15内配置有空气流量计16和由步进马达17驱动的节气门18。另一方面，各个气缸的排气口9结合至排气歧管19。该排气歧管19结合至内建有三元催化器20的催化转化器21。催化转化器21的出口结合至排气管22。排气歧管19内，也就是三元催化器20上游侧的排气通道内配置有空燃比传感器23。同时排气管22内，也就是三元催化器20的下游侧的排气通道内配置有氧气传感器24。

[0023]电子控制单元31由数字计算机组成，包括通过双向性总线32互相连接的RAM(随机访问存储器)33、ROM(只读存储器)34、CPU(微处理器)35、输入端口36以及输出端口37。空气流量计16输出与进气流量成比例的输出电压。该输出电压通过对应的AD转换器38输入到输入端口36。如图2所示，基于穿过排气歧管19的排气中的氧气浓度，空燃比传感器23产生与此排气的空燃比基本上成比例的输出电压(输出值)。另一方面，如图3所示，基于已经穿过三元催化器20并且进入排气管22内的排气的氧气浓度，氧气传感器24产生根据排气的空燃比是否浓于或稀于理论空燃比(约14.7)而极大地变化的输出电压(输出值)。该输出电压每个都通过对应的AD转换器38输入到输入端口36。应当注意到，任何空燃比传感器23和氧气传感器24都足以能够检测排气的空燃比，在这一点上，空燃比传感器23和氧气传感器24都可以称为空气/燃料传感器。

[0024]加速踏板40上连接有负荷传感器41，该负荷传感器41用于产生与加速踏板40的下降量成比例的输出电压。负荷传感器41的输出电压通过对应的AD变换器38输入到输入端口36。曲轴角传感器42在曲轴每旋转比如30度时产生输出脉冲。该输出脉冲输入到输入端口36。CPU35从曲轴角传感器42的输出脉冲计算发动机的转速。输出端口37通过对应的驱动电路39连接至火花塞10、燃料喷射阀11以及步进马达17。

[0025]上述三元催化器20具有氧气存储能力。因此，当流入三元催化器20内的排气的空燃比稀时，三元催化器20存储包含在排气中的氧气，当流入三元催化器20内的排气的空燃比浓时，三元催化器20释放存储的氧气，以便氧化排气中含有的HC或CO而使其净化。

[0026]为了有效地利用三元催化器20的这种氧气存储能力，需要将三元催化器20中的氧气存储量维持在指定量(比如最大氧气存储量的一半)，使不论排气的空燃比过后是浓或稀都可以净化排气。如果存储在三元催化器20中的氧气量维持在上述指定量，那么三元催化器20就可以在一定程度上维持氧气存储作用和氧气释放作用。结果，三元催化器20总是可以氧化或者还原排气中的成分。从而，在这个实施例中，为了维持三元催化器20的排气净化性能，要执行空燃比控制，以便维持三元催化器中的氧气存储量不变。

[0027]因此，在这个实施例中，由设置在三元催化器20上游的空燃比传感器(上游空燃比传感器)23检测排气空燃比(供给至三元催化器20上游侧的排气通道、燃烧室5和进气通道的空气和燃料之间的比)。同样，相对于从燃料喷射阀11供给的燃料量执行反馈控制，使得空燃比传感器23的输出值与理论空燃比相对应(下文中，该反馈控制称为“主反馈控制”)。从而，排气空燃比保持接近理论空燃比，结果三元催化器中存储的氧气量保持不变，由此获得改进的排气排放。

[0028]现在将具体说明主反馈控制。首先，在这个实施例中，利用下面的方程式(1)计算从燃料喷射阀11供给至各个气缸的燃料量(以下称为“目标燃料供给量”)。

Qft(n)＝Mc(n)/AFT+DQf(n-1)       …(1)

[0029]在方程式(1)中，“n”代表由ECU 31执行的计算的次数。例如，Qft(n)代表第n次计算算出的目标燃料供给量。Mc(n)代表的是到进气门6关闭时预期的已经进入各个气缸内的空气量(以下称为“缸内进气量”)。缸内进气量Mc(n)可以以如下的方式计算。也就是，事先通过试验或者通过计算获得以比如发动机转速Ne和穿过进气管15的空气流量(以下称为“进气管空气流量”)“mt”作为自变量的脉谱图(map)或计算公式。该脉谱图或计算公式存储在ECU 31的ROM 34中。基于在发动机运转期间检测到的发动机转速Ne和进气管空气流量“mt”，利用该脉谱图或计算公式计算缸内进气量Mc(n)。AFT代表目标排气空燃比(目标空燃比)，在该实施例中该目标排气空燃比是理论空燃比(14.7)。DQf代表就后述主反馈控制算出的燃料修正量。燃料喷射阀11中喷射出这样算出的目标燃料供给量对应的量的燃料。

[0030]虽然上述说明涉及利用以发动机转速Ne和进气管空气流量“mt”作为自变量的脉谱图来计算缸内进气量Mc(n)，但是，也可以通过其他的方法计算缸内进气量Mc(n)，比如利用基于节气门18的开度和大气压力的计算公式等。

[0031]图4为用于计算从燃料喷射阀11供给的目标燃料供给量Qft(n)的目标燃料供给量计算控制的控制程序的流程图。图中所示的控制程序以预定时间间隔的中断地执行。

[0032]在目标燃料供给量计算控制中，首先在步骤101中，由曲轴角传感器42和空气流量计16检测发动机转速Ne和进气管空气流量mt。接着，在步骤102中，利用基于在步骤101中检测到的发动机转速Ne和进气管空气流量mt的脉谱图或计算公式计算第n次的缸内进气量Mc(n)。接着，在步骤103中，基于在步骤102中算出的缸内进气量Mc(n)和由下述主反馈控制算出的第n-1次的燃料修正量DQf(n-1)，利用方程式(1)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喷射与算出的目标燃料供给量Qft(n)相等的燃料量。

[0033]接下来将说明主反馈控制。在这个实施例中，PI控制被执行为主反馈控制。根据PI控制，在每次计算时计算基于空燃比传感器23的输出计算出的实际排气燃料供给量和上述目标空燃比Qft之间的空燃比偏差ΔQf，并且计算使该空燃比偏差ΔQf变为零的燃料修正量DQf。具体地，在这个实施例中，利用下面的方程式(2)计算燃料修正量DQf。在方程式(2)中，Kmp和Kmi分别代表比例增益和积分增益。同样，Kmp·ΔQf(n)和Kmi·∑ΔQf分别代表比例项和积分项。比例增益Kmp和积分增益Kmi可以是预定的常数，或者可以根据发动机运转工况变化。

$\mathrm{DQf}\left(n\right)=\mathrm{Kmp}\·\mathrm{\ΔQf}\left(n\right)+\mathrm{Kmi}\·\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\ΔQf}\left(k\right)...\left(2\right)$

[0034]虽然在这个实施例中PI控制被执行为主反馈控制，但是，也可以执行诸如PID控制的任何其它类型的控制，只要其可以计算使该空燃比偏差ΔQf变为零的燃料修正量DQf。

[0035]图5为用于计算燃料修正量DQf的主反馈控制的控制程序的流程图。图中所示的控制程序以预定时间间隔的中断地执行。

[0036]首先，在步骤121中，判定是否满足用于执行主反馈控制的条件。确定满足用于执行主反馈控制的条件的情况是，比如当内燃机没有进行冷起动(也就是发动机冷却液的温度等于或大于固定的温度，并且在起动时没有执行燃料增加控制等)时，当在发动机运转期间不执行燃料中断控制停止从燃料喷射阀进行燃料喷射的燃料中断控制，等等。如果在步骤121中确定满足用于执行主反馈控制的条件时，程序进行到步骤122。

[0037]在步骤122中，检测第n次计算时的空燃比传感器23的输出值VAF(n)。接着，在步骤123中，由下述次反馈控制的控制程序计算的次反馈学习值efgfsb和用于空燃比传感器23的输出修正值efsfb(n)添加到在步骤122中检测的输出值VAF(n)，从而修正空燃比传感器23的输出值，以便计算第n次计算中的修正的输出值VAF’(n)(VAF’(n)＝VAF(n)+efsfb(n)+efgfsb(n))。

[0038]接着，在步骤124中，利用图2中所示的脉谱图，基于在步骤123中算出的修正的输出值VAF’(n)，计算第n次的实际空燃比AFR(n)。从而，在进行第n次计算时，算出的实际空燃比AFR(n)基本上与流入三元催化器20的排气的实际空燃比一致。

[0039]接着，在步骤125中，利用下面的方程式(3)计算基于空燃比传感器23的输出算出的燃料供给量和上述目标燃料供给量Qft之间的空燃比偏差ΔQf。应当注意，在方程式(3)中，第n次计算的值用于缸内进气量Mc和目标燃料供给量Qft，同样还可使用第你次计算之前的值。

ΔQf(n)＝Mc(n)/AFR(n)-Qft(n)        …(3)

[0040]在步骤126中，由下述方程式(2)计算第n次时的燃料修正量DQf(n)，并且结束控制程序。在图4中所示的控制程序的步骤103中使用所算出的燃料修正量DQf(n)。另一方面，如果在步骤121中确定不满足用于执行主反馈控制的条件，那么结束控制程序，不更新燃料修正量DQf(n)。

[0041]比如由于排气的热而导致的空燃比传感器23的性能下降可能使得在空燃比传感器23的输出中出现误差。在这种情况下，通常将产生如图2中的实线所表示的输出值的空燃比传感器23相反可能会产生比如如图2中的虚线所表示的输出值。当排气空燃比比理想空燃比稀时，如果在空燃比传感器23的输出中出现这样的误差，那么空燃比传感器23产生通常仅仅在排气空燃比为理想空燃比时产生的输出值。因此，在这个实施例中，由次反馈控制利用氧气传感器(下游空燃比传感器)24补偿空燃比传感器23的输出值中的这种误差，使得空燃比传感器23的输出值与实际的排气空燃比相对应。

[0042]也就是，如图3所示，氧气传感器24检测排气空燃比是浓于理想空燃比还是稀于理想空燃比，在确定排气空燃比是浓于理想空燃比还是稀于理想空燃比时误差小。因此，当实际排气空燃比稀时，氧气传感器24的输出电压低，当实际排气空燃比浓时，氧气传感器24的输出电压高。因此，当实际排气空燃比基本上为理想空燃比时，即在理想空燃比附近重复波动时，氧气传感器24的输出值在较高的值和较低的值之间反复地翻转。由此，在这个实施例中，空燃比传感器23的输出值被修正为使得氧气传感器24的输出值在较高的值和较低的值之间反复地翻转。

[0043]图6为实际排气空燃比、氧气传感器的输出值、空燃比传感器23的输出修正值efsfb以及次反馈学习值efgfsb的时序图。如图6的时序图所示，当空燃比传感器23中出现误差并且实际排气空燃比不为理想空燃比时，即使通过执行控制使实际排气空燃比为理论空燃比，也会随着时间流逝补偿空燃比传感器23中的误差。

[0044]在图6所示的例子中，在时间t0处，实际排气空燃比不为理想空燃比但是稀于理想空燃比。这是因为，由于空燃比传感器23中的误差，当实际排气空燃比稀于理想空燃比时由空燃比传感器23输出与理想空燃比对应的输出值。此时，氧气传感器24的输出值低。

[0045]如上所述，在图5的步骤123中，用于空燃比传感器23的输出修正值efsfb添加到输出值VAF(n)，以便计算修正的输出值VAF’(n)。从而，当输出修正值efsfb为正时，空燃比传感器23的输出值修正到稀的一侧，当输出修正值efsfb为负时，空燃比传感器23的输出值修正到浓的一侧。输出修正值efsfb的绝对值越大，则空燃比传感器23的输出值的修正将会越大。

[0046]如果即使空燃比传感器23的输出值基本上表示理想空燃比，氧气传感器24也输出低的值，那么这意味着空燃比传感器23的输出值变换到了浓的一侧。因此，在这个实施例中，当氧气传感器24输出低的值时，增大输出修正值efsfb，以便将空燃比传感器23的输出值修正到稀的一侧。另一方面，如果即使空燃比传感器23的输出值基本上表示理想空燃比，氧气传感器24也输出高的值，那么降低输出修正值efsfb，以便将空燃比传感器23的输出值修正到浓的一侧。

[0047]具体地，利用下面的方程式(4)计算输出修正值efsfb。在方程式(4)中，ΔVO(n)代表氧气传感器24在第n次计算时的输出值和目标输出值(在这个实施例中，为与理论空燃比相对应的值)之间的输出偏差。Ksp和Ksi分别代表比例增益和积分增益。Ksp·ΔVO(n)和Ksi·∑ΔVO分别代表比例项和积分项。比例增益Ksp和积分增益Ksi可以是预定的常数，或者可以是根据发动机运转工况变化的值。

$\mathrm{efsfb}=\mathrm{Ksp}\·\mathrm{\ΔVO}\left(n\right)+\mathrm{Ksi}\·\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\ΔVO}\left(k\right)...\left(4\right)$

[0048]虽然在这个实施例中PI控制被执行为次反馈控制，但是，也可以执行诸如PID控制的任何其它类型的控制，只要包含有积分控制。

[0049]如上所述，在图6所示的例子中，当用于空燃比传感器23的输出修正值efsfb的值增大时，空燃比传感器23的输出值中的误差被修正，使得实际排气空燃比逐渐地接近理论空燃比。

[0050]空燃比传感器23的输出值被次反馈控制以这样的方式合适地修正。此时，例如，在比如当内燃机停止时或当执行燃料中断控制时的情况下，中断次反馈控制，从而将输出修正值efsfb复位至零。在比如当内燃机再次起动时或结束燃料中断控制时的情况下，恢复次反馈控制。然而，因为输出修正值efsfb复位至零，所以要花费一些时间来将空燃比传感器23的输出值再次修正到合适的值。

[0051]因此，在这个实施例中，次反馈学习值efgfsb与空燃比传感器23的输出值和实际排气空燃比之间的稳态误差相对应，基于上述次反馈控制中的输出修正值efsfb的积分项的值计算该次反馈学习值efgfsb。同样，如图5的步骤123所示，根据算出的次反馈学习值efgfsb(在下文中该控制将被称为“学习控制”)修正空燃比传感器23的输出值VAF。即使当比如内燃机停止时也不将次反馈学习值efgfsb复位为零。因此，即使在内燃机停止之后，空燃比传感器23的输出值也可以通过次反馈控制较为快速地再次修正到合适的值。

[0052]具体地，如果从前一个学习(也就是计算次反馈学习值efgfsb的时间)开始过去一段预定时间段ΔT之后，输出修正值efsfb为正，那么次反馈学习值efgfsb增大，如果输出修正值efsfb为负，那么次反馈学习值efgfsb减小。次反馈学习值efgfsb增大或减小的量随着输出修正值efsfb的绝对值的增大而增大。

[0053]具体地，在这个实施例中，当过去一段预定时间段ΔT时，分别用下面的方程式(5)和(6)更新输出修正值efsfb和次反馈学习值efgfsb。应当注意到，在下面的方程式(5)和(6)中，α代表慢化比(moderating ratio)，其是预定的不大于1的正值(0＜α≤1)。因此，由于输出修正值efsfb在图6所示的例子中的时间t1处为正，所以输出修正值efsfb基于下面的方程式(5)和(6)减小，而次反馈学习值efgfsb增大。同样，由于输出修正值efsfb在时间t2处也为正，所以输出修正值efsfb基于下面的方程式(5)和(6)减小，而次反馈学习值efgfsb增大。

efsfb＝efsfb-Msi·α    …(5)

efgfsb＝efgfsb+Msi·α  …(6)

[0054]如上所述，以这种方式算出的用于空燃比传感器23的次反馈学习值efgfsb和输出修正值efsfb添加到VAF(n)，以便在图5的步骤123中计算修正的输出值VAF’(n)。例如，当内燃机停止时，次反馈学习值efgfsb不复位。从而，即使在发动机运转停止之后重新开始运转时输出修正值efsfb已经复位至零，空燃比传感器23的输出值也能快速地修正至合适的值。

[0055]根据发动机运转状况，存在供给至燃烧室的混合气的空燃比被控制为不同于目标空燃比的值的情况，也就是燃料供给量的增大或减小与目标空燃比无关。这种情况的例子包括：为了在内燃机冷起动时增加发动机1和三元催化器20的温度而执行的燃料增加控制、当内燃机减速时执行的燃料减少控制或燃料中断控制、为了在三元催化器20的温度太高时降低三元催化器的温度而执行的燃料增加控制以及为了在发动机负荷高时增加内燃机的输出而执行的燃料增加控制。

[0056]在燃料供给量增加或减少控制(下文中称为“燃料增加或减少控制”)期间，没有将供给至燃烧室5的混合气的空燃比控制为目标空燃比。因此，如果此时基于排气空燃比执行次反馈控制或学习控制，那么不可能合适地补偿空燃比传感器23的输出值。因此，建议在执行燃料增加或减少控制期间中断次反馈控制或学习控制，并且在燃料增加或减少控制完成之后重新开始次反馈控制或学习控制。

[0057]然而，频繁发生的是，即使在燃料增加或减少控制完成之后通过次反馈控制将供给至燃烧室5的混合气的空燃比控制为理想空燃比，从三元催化器20排放的排气的空燃比也不会在燃料增加或减少控制完成之后立即为理想空燃比。也就是，在执行燃料增加控制期间，未燃烧的燃料等附着至三元催化器20，在执行燃料减少控制期间，氧气存储在三元催化器20中。因此，即使流入到三元催化器20中的排气的空燃比为理想空燃比，从三元催化器20排放的排气的空燃比也会与理想空燃比不同，这是因为从三元催化器20排放的排气包含三元催化器20中的未燃烧的燃料或氧气。从而，不能通过布置在三元催化器20的排气下游侧的氧气传感器24精确地检测供给至燃烧室5的混合气的空燃比。

[0058]因此，在这个实施例中，停止上述次反馈控制中的积分项的积分，一直到三元催化器20中的大气在燃料增加或减少控制结束之后变得合适为止，也就是，一直到任何过量的未燃烧的燃料或过量的氧气消失并且空燃比变得基本上为理想空燃比为止。

[0059]图7为燃料中断控制时燃料中断控制的执行或不执行、氧气传感器24的输出值、次反馈控制中的积分项的积分的执行或不执行、学习控制的执行或不执行、次反馈控制中积分项的值以及次反馈学习值的时序图。

[0060]在图7所示的例子中，在时间t3处开始燃料中断控制。在开始燃料中断控制之前，氧气传感器24的输出值高，表示从三元催化器20流出的排气的空燃比比理想空燃比浓。当燃料中断控制开始时，氧气传感器24的输出值突然下降到低的值，表示从三元催化器20流出的排气的空燃比明显稀于理想空燃比。此外，在开始燃料中断控制的同时停止次反馈控制中积分项的值的积分。从而，在燃料中断控制开始之后，次反馈控制中积分项的值变得恒定。另一方面，在这个实施例中，即使在燃料中断控制开始之后也不停止学习控制(参见图7中的实线)。

[0061]然后，在时间t4处结束燃料中断控制。由于大量的氧气存储在三元催化器20中，所以即使在结束燃料中断控制之后，氧气传感器24的输出值也仍然保持为低的值。在这个实施例中，即使在燃料中断控制结束之后也不执行次反馈控制中积分项的值的积分。另一方面，继续执行学习控制。

[0062]因为在燃料中断控制期间和燃料中断控制结束之后都连续地执行学习控制，所以即使在上述时间段内，积分项的值的一部分也基于方程式(5)和(6)合并到次反馈学习值中。在图7所示的例子中，在燃料中断控制期间和燃料中断控制结束之后，首先，在从积分项的值的最近一次合并开始流逝一段预定时间ΔT之后的时间t5处执行积分项的值的合并。之后，在从时间t5处流逝一段预定时间ΔT之后的时间t6处以及在从时间t6处流逝一段预定时间ΔT之后的时间t6处执行积分项的值的合并。

[0063]之后，当氧气传感器24的输出在时间t8处从低的值翻转至高的值时，也就是当穿过氧气传感器24的排气的空燃比由稀变浓时，认为去除了三元催化器20中包含的过量氧气，从而重新开始次反馈控制中积分项的值的积分。

[0064]也就是，在这个实施例中，在从燃料中断控制开始直到氧气传感器24的输出值翻转为止的时间段内，仅仅停止次反馈控制中积分项的值的积分，并且继续讲积分项的值合并到次反馈学习值等中。换句话说，根据这个实施例，如果氧气由于燃料中断控制而存储在三元催化器20中，从而从三元催化器20排放的排气的空燃比变得与供给燃烧室5中的混合气的空燃比不同，也就是，如果氧气传感器24不能精确地检测供给燃烧室5中的混合气的空燃比，那么停止次反馈控制中积分项的值的积分。从而，不会基于氧气传感器24的不合适的输出更新次反馈控制中的积分项。因此，即使在执行燃料中断控制时也保持次反馈控制中积分项的合适的值。同时，也保持合适的次反馈学习值。具体地，因为在燃料中断控制期间以及燃料中断控制结束之后一段固定时间段内，积分项的值合并到次反馈学习值中，所以可以在这段时间段内以合适的方式更新次反馈学习值。

[0065]在这个实施例中，当暂停次反馈控制中积分项的值的积分时，比例项的值大于当停止积分项的值的积分时的值。具体地，在燃料中断控制期间以及燃料中断控制结束之后一段固定时间段内，通过增大比例增益Ksp或者通过将方程式(4)中比例项的值乘以等于或大于1的修正因素β来增大比例项的值。

[0066]在某些情况下，当停止积分项的值的积分时，次反馈控制中输出修正值的响应可能会变差。具体地，当如上所述基于来自氧气传感器24的输出值的翻转来设定上述固定时间段时，也就是当基于该输出值的翻转设定用于停止积分项的值的积分的时间段时，可能会出现氧气传感器24的输出值不会单独由比例控制翻转的情况。

[0067]相反，通过在停止积分项的值的积分时增大比例项的值，如本实施例所示，可以保持次反馈控制的响应速度。此外，当存储在三元催化器20中的氧气量减少时，来自氧气传感器24的输出值翻转，从而能够以合适的方式重新开始积分项的值的积分。

[0068]在上述实施例中，在燃料中断控制期间以及燃料中断控制结束之后一段固定时间段内都执行将积分项的值合并到次反馈学习值中。然而，在这个时间段内也可以停止将积分项的值合并到次反馈学习值中。在这种情况下，在这个时间段内不更新次反馈控制学习值。从而，在诸如当开始燃料中断控制之前积分项的值中可能马上出现误差时的情况下，能够妨碍以合适的方式更新次反馈学习值。

[0069]在上述实施例中，重新开始积分项的值的积分的条件是氧气传感器24的输出值翻转一次。然而，该条件并不限于氧气传感器24的输出值翻转一次，还可以是输出值翻转多次。此外，这样的条件并不限于基于氧气传感器24的值翻转的次数的条件，还可以是使得三元催化器24中的大气合适的任何条件。例如，可以基于燃料中断控制结束之后流逝的时间等来设定该条件。

[0070]图8和9为用于计算输出修正值efsfb的次反馈控制的控制程序的流程图。图中所示的控制程序以预定时间间隔的中断地执行。

[0071]首先，在步骤141中，检测第n次的氧气传感器24的输出值VO(n)。接着，在步骤142中，计算在步骤141中检测到的氧气传感器24的输出值VO(n)和目标输出值VOT之间的输出偏差ΔVO(n)(ΔVO(n)←VO(n)-VOT)。在步骤143中，利用下面的方程式(7)计算第n次的比例项的值Msp(n)。

Msp(n)＝Ksp·ΔVO(n)     …(7)

[0072]接着，在步骤144中，确定积分标记Xint是否为“1”。积分标记Xint在积分项的值Msi的积分期间设定为1，其它情况下设定为0。因此，在步骤144中，确定当前是否停止积分项的值Msi的积分。如果在步骤144中确定当前没有停止积分项的值Msi的积分(Xint＝0)，那么程序进行到步骤145。在步骤145中，确定是否已经开始燃料增加或减少控制。如果确定已经开始燃料增加或减少控制，那么程序进行到步骤146。在步骤146中，将积分标记Xint设定为1，并且程序进行到步骤147。如果确定还没有开始燃料增加或减少控制，那么跳过步骤146。

[0073]在步骤147中，利用下面的方程式(8)计算第n次的积分项的值Msi(n)。也就是，通常在步骤147中执行积分项的值的积分。之后，程序进行到步骤152。

Msi(n)＝Msi(n-1)+Ksi·VO(n)      …(8)

[0074]另一方面，如果在步骤144中确定当前停止积分项的值Msi的积分(Xint＝1)，那么程序进行到步骤148。在步骤148中，确定氧气传感器24的输出是否已经从表示稀的条件的值变为表示浓的条件的值，反之亦然，即确定氧气传感器24的输出是否已经翻转。如果确定氧气传感器24的输出已经翻转，那么程序进行到步骤149，在步骤149中将积分标记复位为0。之后，程序进行到步骤150。另一方面，如果在步骤148中确定氧气传感器24的输出还没有翻转，那么跳过步骤149。在步骤150中，将第n次的积分项的值Msi(n)设定为第n-1次的积分项的值Msi(n-1)。也就是，在步骤150中不执行积分项的值Msi的积分。接着，在步骤151中，将在步骤143中算出的比例项的值Msp(n)乘以因素β而设定为比例项的值(Msp(n)＝Msp(n)·β)。接着，程序进行到步骤152。

[0075]在步骤152中，确定当前时刻是否为学习时刻，也就是确定从上次学习时刻开始是否过去了上述预定的时间ΔT。如果确定当前时刻为学习时刻，那么程序进行到步骤153。在步骤153中，利用上述方程式(5)和(6)，将积分项的值Msi(n)减小或增大预定的量，并且将次反馈学习值efgfsb增大或减小预定的量，程序进行到步骤154。另一方面，如果在步骤152中确定当前时刻不是学习时刻，那么跳过步骤153。

[0076]接着，在步骤154中，利用下面的方程式(9)计算输出修正量efsfb(n)，结束控制程序。

efsfb(n)＝Msp(n)+Msi(n)     …(9)

[0077]尽管在上述实施例中修正的是传感器的输出值，但是也可以修正燃料喷射量。此外，尽管在上述实施例中执行的是PI控制，但是可以是任何控制，只要包含有积分控制。

[0078]虽然已经参考示例性实施例说明了本发明，但是应当理解本发明并不限于所述的实施例或结构。相反，本发明试图覆盖各种变化和等效结构。此外，虽然以各种组合和结构示出了示例性实施例的各种元件，但是包括更多、更少或仅仅一个元件的其它组合和结构也处在本发明的范围内。

Claims (9)

1.一种用于内燃机的空燃比控制装置，包括：上游空燃比传感器和下游空燃比传感器，所述上游空燃比传感器布置在排气净化催化器的排气上游侧并且检测排气的空燃比，所述排气净化催化器设置在发动机排气通道内，所述下游空燃比传感器布置在所述排气净化催化器的排气下游侧并且检测排气的空燃比，

所述空燃比控制装置执行：主反馈控制和次反馈控制，所述主反馈控制基于所述上游空燃比传感器的输出值控制燃料供给量，使得排气空燃比变为目标空燃比，所述次反馈控制通过基于所述下游空燃比传感器的输出值修正所述燃料供给量来补偿所述上游空燃比传感器的所述输出值和实际的排气空燃比之间的误差，使得所述排气空燃比变为所述目标空燃比，其特征在于：

所述空燃比控制装置基于对所述下游空燃比传感器的所述输出值和所述目标空燃比之间的偏差进行积分的积分项的值在所述次反馈控制中计算用于所述燃料供给量的修正量，并且当执行不考虑所述目标空燃比而增加或减少所述燃料供给量的燃料增加或减少控制时，所述空燃比控制装置在所述燃料增加或减少控制完成之后的预定时间段内停止更新在所述次反馈控制中的所述积分项。

2.根据权利要求1所述的用于内燃机的空燃比控制装置，其特征在于，还包括：

学习装置，所述学习装置基于所述积分项计算学习值并且基于计算出的所述学习值修正所述燃料供给量，所述学习值与所述上游空燃比传感器的输出值和所述实际的排气空燃比之间的稳态误差相对应。

3.根据权利要求2所述的用于内燃机的空燃比控制装置，其中，即使在所述燃料增加或减少控制完成之后的所述预定时间段内，所述学习装置也计算所述学习值。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的用于内燃机的空燃比控制装置，其中：

在所述次反馈控制中用于所述燃料供给量的所述修正值是基于比例项的值以及所述积分项的值而计算出的，所述比例项将所述下游空燃比传感器的所述输出值和目标空燃比之间的偏差乘以比例增益；以及

所述比例项的值在所述燃料增加或减少控制完成之后的所述预定时间段期间比在所述预定时间段以外的时间段内大。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的用于内燃机的空燃比控制装置，其中，所述预定时间段是从所述燃料增加或减少控制完成到从所述排气净化催化器排出的排气的空燃比变为接近所述目标空燃比为止的时间段。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的用于内燃机的空燃比控制装置，其中，所述下游空燃比传感器为氧传感器，所述氧传感器根据所述排气的空燃比比理论空燃比浓或稀而产生显著变化的输出电压。

7.根据权利要求5所述的用于内燃机的空燃比控制装置，其中所述预定时间段是从所述燃料增加或减少控制完成到所述氧气传感器的输出电压翻转为止的时间段。

8.一种用于内燃机的空燃比控制方法，所述内燃机包括：上游空燃比传感器和下游空燃比传感器，所述上游空燃比传感器布置在排气净化催化器的排气上游侧并且检测排气的空燃比，所述排气净化催化器设置在发动机排气通道内，所述下游空燃比传感器布置在所述排气净化催化器的排气下游侧并且检测排气的空燃比，

所述空燃比控制方法包括：执行主反馈控制和执行次反馈控制，所述主反馈控制基于所述上游空燃比传感器的输出值控制燃料供给量，使得排气空燃比变为目标空燃比，所述次反馈控制通过基于所述下游空燃比传感器的输出值修正所述燃料供给量来补偿所述上游空燃比传感器的所述输出值和实际的排气空燃比之间的误差，使得所述排气空燃比变为所述目标空燃比，其特征在于：

当执行所述次反馈控制时，基于对所述下游空燃比传感器的所述输出值和所述目标空燃比之间的偏差进行积分的积分项的值计算用于所述燃料供给量的修正量；以及

当执行不考虑所述目标空燃比而增加或减少所述燃料供给量的燃料增加或减少控制时，在所述燃料增加或减少控制完成之后的预定时间段内停止更新在所述次反馈控制中所述积分项的值。

9.一种用于内燃机的空燃比控制装置，包括：

上游空燃比传感器，所述上游空燃比传感器布置在排气净化催化器的排气上游侧并且检测排气的空燃比，所述排气净化催化器设置在发动机排气通道内；

下游空燃比传感器，所述下游空燃比传感器布置在所述排气净化催化器的排气下游侧并且检测排气的空燃比；以及

控制器，所述控制器执行主反馈控制和次反馈控制，所述主反馈控制基于所述上游空燃比传感器的输出值控制燃料供给量，使得排气空燃比变为目标空燃比，所述次反馈控制通过基于所述下游空燃比传感器的输出值修正所述燃料供给量来补偿所述上游空燃比传感器的所述输出值和实际的排气空燃比之间的误差，使得所述排气空燃比变为所述目标空燃比，其中

所述控制器基于对所述下游空燃比传感器的所述输出值和所述目标空燃比之间的偏差进行积分的积分项的值在所述次反馈控制中计算用于所述燃料供给量的修正量，并且当执行不考虑所述目标空燃比而增加或减少所述燃料供给量的燃料增加或减少控制时，所述控制器在所述燃料增加或减少控制完成之后的预定时间段内停止更新在所述次反馈控制中所述积分项的值。

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