CN1719014A - 内燃机的空燃比控制装置 - Google Patents

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Abstract

一种内燃机的空燃比控制装置，利用积分运算停止·再运行控制部(13)，与向燃料断开状态的移行响应而使在上游侧目标值变更部(9)中的积分运算停止，并对下游侧的积分值进行保持。然后从燃料断开状态被解除后的时刻由累计空气量检测部(12)对被发动机吸入的累计空气量进行检测。并且，当该累计空气量到达规定空气量时，利用积分运算停止·再运行控制部(13)，再运行上游侧目标值变更部(9)中的积分运算，按时间顺序依次对下游侧的积分值进行更新。即，将成为燃料断开状态并停止的催化剂转换器下游侧的积分运算的再运行时期，作为表示在催化剂转换器中的氧气存储量变动的燃料断开后的累计空气量到达规定空气量的时刻。本发明可对燃料断开后的喷射恶化等进行抑制。

Description

内燃机的空燃比控制装置
技术领域
本发明涉及内燃机的空燃比控制技术。
背景技术
在内燃机的排气路径中，一般，设置同时对排气中的HC、CO、NOx进行净化的3元催化剂。在该催化剂中，在规定的空燃比(理论空燃比)附近，HC、CO、NOx的任一种的净化率都高。因此，通常将氧气浓度传感器设置在催化剂上游侧，从其检测结果控制成使特定的空燃比接近于理论空燃比的状态。
但是，由于设在催化剂上游侧的氧气浓度传感器暴露在高的排气温度下而产生特性变动(误差)，故提出了在催化剂下游也设置氧气浓度传感器、并根据该催化剂下游侧的氧气浓度传感器的输出值能对误差进行修正的内燃机的控制装置(例如，专利文献1)的方案。即，在专利文献1中提出的装置中，将催化剂中的氛围保持在理论空燃比附近地将氧气浓度传感器配置在催化剂的上下游来控制空燃比。
在该专利文献1中所提出的装置中，通过对于催化剂下游侧根据氧气浓度传感器的输出与目标值的比较结果进行比例和积分运算，对催化剂上游侧的目标值进行修正，通过对于催化剂上游侧使用比例和积分运算，使氧气浓度传感器的输出与目标值一致地对向内燃机的燃料供给量进行调节。因此，能防止控制的响应延迟及过修正。
另外，在专利文献1提出的装置中，在利用节流阀急剧地进行关闭等使内燃机成为过渡状态时，从向过渡状态的切换时刻至经过规定期间后，使催化剂下游侧的积分运算停止。并且，这时，通过将利用积分运算求得的积分值保持成过渡状态的当前值，能抑制在从过渡状态脱离时产生的上游侧的空燃比的目标值的过修正。即，能对因过渡状态引起的空燃比的偏差进行抑制。
但是，在上述的内燃机的排气路径中所设置的催化剂中，为了对来自内燃机中空燃比的理论空燃比的暂时的偏差进行补偿，具有根据排气中的氧气浓度对氧气进行蓄积的能力(氧气存储能力)。利用该氧气存储能力，在空燃比比理论空燃比偏稀一侧的场合，催化剂将排气中的氧气取入并蓄积，另一方面，在空燃比比理论空燃比偏浓一侧的场合，将蓄积在催化剂中的氧气放出。其结果，能将催化剂转换器中的氛围保持在理论空燃比附近。但是，在过渡状态的空燃比的偏向大、氧气存储量到达0或上限值的场合，催化剂内的氛围不能维持在理论空燃比附近，与理论空燃比有较大的偏离。
如上所述，3元催化剂
在理论空燃比附近，对排气中的HC、CO、NOx的任一种的净化率都高，而在氧气存储量成为上限值的一半程度的适当量的场合，净化率为最高。另外，催化剂中的氧气存储量，能通过在催化剂下游侧的空燃比在理论空燃比附近的微小变化进行检测。因此，通过根据利用催化剂下游侧的氧气浓度传感器所检测出的值对催化剂上游侧的空燃比进行控制，能将氧气存储量控制成适当的量，能较高地保持催化剂的净化率。
作为有关这样的技术的先行技术文献，有以下那样的文献。
[专利文献1]日本专利特开平6-42387号公报
但是，催化剂中的氧气存储的功能，有成为空燃比控制的响应延迟的原因的作用。即，利用反馈控制，即使催化剂上游侧的空燃比向浓侧或稀侧变化，催化剂下游侧的空燃比也不立即响应，而是经过催化剂中的氧气存储量的变化之后，催化剂下游侧的空燃比才进行变化。
因此，如专利文献1中所提出的装置那样，由于不考虑氧气存储量的变动，而在从向内燃机的燃料停止供给后的状态(燃料断开状态)移行的时刻、经过一定时期后再运行催化剂下游侧的积分运算，故导致在反馈控制中的误动作(过修正)及本来的功能的减退等。其结果，切断燃料供给后的空燃比容易偏离理论空燃比，导致喷射(日文：エミツシヨン)的恶化等。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而作成的，其目的在于，提供能对在切断燃料供给后的喷射恶化等进行抑制的内燃机的空燃比控制技术。
为了解决上述问题，本发明技术方案1的内燃机的空燃比控制装置的特征在于，具有：上游侧检测装置，其设在内燃机的排气***中，对排气进行净化的催化剂转换器上游侧的排气中的特定成分浓度进行检测；对所述催化剂转换器下游侧的排气中的特定成分浓度进行检测的下游侧检测装置；通过调节向所述内燃机的燃料供给量、对空燃比进行调整的空燃比调整装置；将所述空燃比调整装置控制成使所述上游侧检测装置的输出值与上游侧目标值呈一致状态的控制装置；为使所述下游侧检测装置的输出值与下游侧目标值一致、而使用比例运算和积分运算对所述上游侧目标值进行变更的目标值变更装置；对停止向所述内燃机的燃料供给的燃料断开状态进行检测的状态检测装置；从所述燃料断开状态被解除的时刻对被所述内燃机吸入的累计空气量进行检测的累计量检测装置；以及停止·再运行装置，其与利用所述状态检测装置的所述燃料断开状态的检测响应并停止所述积分运算，与所述累计空气量到达规定空气量的情况响应并使所述积分运算再运行。
另外，本发明技术方案4的内燃机的空燃比控制装置的特征在于，具有：上游侧检测装置，其设在内燃机的排气***中，对排气进行净化的催化剂转换器的上游侧的排气中的特定成分浓度进行检测；对所述催化剂转换器的下游侧中的排气中的特定成分浓度进行检测的下游侧检测装置；通过调节向所述内燃机的燃料供给量、对空燃比进行调整的空燃比调整装置；将所述空燃比调整装置控制成使所述上游侧检测装置的输出值与上游侧目标值呈一致状态的控制装置；为使所述下游侧检测装置的输出值与下游侧目标值一致而使用比例运算和积分运算对所述上游侧目标值进行变更的目标值变更装置；对停止向所述内燃机的燃料供给的燃料断开状态进行检测的状态检测装置；以及停止·再运行装置，其与向所述燃料断开状态的移行响应并停止所述积分运算，且在所述燃料断开状态解除后，与所述下游侧检测装置的输出值与所述下游侧目标值的一致响应并使所述积分运算再运行。
采用权利要求1～3的发明，对于催化剂转换器下游侧，为使特定成分浓度的输出值与目标值一致而使用比例运算和积分运算，对催化剂转换器上游侧的目标值进行变更，对于催化剂转换器上游侧，在使特定成分浓度的输出值与目标值一致地调整空燃比时，与向燃料断开状态的移行响应并使催化剂转换器下游侧的积分运算停止，然后，与被内燃机吸入的空气量从燃料断开状态被解除的时刻到达规定量的情况响应，并通过再运行催化剂转换器下游侧的积分运算，从而能对空燃比的反馈控制中的误动作进行抑制，另一方面，还能抑制因积分运算停止引起的功能不足。其结果，由于能将燃料断开后的空燃比控制成适当的值，故能对在燃料断开后的喷射恶化等进行抑制。
另外，采用权利要求4或5的发明，在催化剂转换器下游侧中，为使特定成分浓度的输出值与目标值一致而使用比例运算和积分运算，对催化剂转换器上游侧的目标值进行变更，在催化剂转换器上游侧中，在使特定成分浓度的输出值与目标值一致地调整空燃比时，与向燃料断开状态的移行响应并使催化剂转换器下游侧的积分运算停止，在该燃料断开状态的解除后，在催化剂转换器下游侧中，当使特定成分浓度的输出值与目标值一致时，由于通过再运行催化剂转换器下游侧的积分运算，而能对空燃比的反馈控制中的误动作进行抑制，故能将燃料断开后的空燃比控制成适当的值。其结果，能对在燃料断开后的喷射恶化等进行抑制。
附图说明
图1是表示本发明的实施形态的空燃比控制装置100的概要的概略图。
图2是表示空燃比控制装置100的功能结构的方框图。
图3是下游侧氧气浓度传感器5的输出特性的例示图。
图4是上游侧氧气浓度传感器4的输出特性的例示图。
图5是表示累计空气量Qa的运算处理流程的流程图。
图6是表示积分运算的停止·再运行控制流程的流程图。
图7是空燃比控制动作的时间图。
图8是空燃比控制动作的时间图。
图9是表示上游侧氧气浓度传感器4的特性变动的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施形态进行说明。
[空燃比控制装置的概要]
图1是表示本发明的实施形态的空燃比控制装置100的概要的概略图。
如图1所示，空燃比控制装置100是对向作为内燃机的发动机1供给的燃料与空气的比率(空燃比)进行控制的装置。该空燃比控制装置100具有氧气浓度传感器4、5和控制器6。
在发动机1的排气管2上设有将从发动机1排出的排气进行净化的催化剂转换器3。该催化剂转换器3，使用存在对于HC、CO、NOx的任一种净化率都高的规定的空燃比(理论空燃比)的3元催化剂来构成。并且，氧气浓度传感器(以下也称为“上游侧氧气传感器”)4，在排气管2中被设在催化剂转换器3的上游侧。另外，氧气浓度传感器(以下也称为“下游侧氧气传感器”)5，在排气管2中被设在催化剂转换器3的下游侧。
控制器6具有：微处理器、ROM、RAM和I/O接口等，根据从上游和下游侧氧气传感器的输出，通过对从燃料喷射阀110向发动机1所供给的燃料量进行调整来控制空燃比。
图2是表示空燃比控制装置100的功能结构的方框图。
控制器6，通过向微处理器读入存储在ROM内等中的各种程序来实现各种功能。另外，在图2中，为方便起见，以物理的结构表示由控制器6所实现的功能。
如图2所示，作为控制器6的功能，具有：空燃比调整部7；燃料供给量修正系数算出部8；上游侧目标值变更部9；下游侧目标值设定部10；燃料断开检测部11；累计空气量检测部12；积分运算停止·再运行控制部13。
空燃比调整部7，根据从燃料供给量修正系数算出部8输入的燃料供给量修正系数(对向发动机1供给的燃料量进行修正的系数)，通过对向发动机1供给的燃料进行调节来调整空燃比。具体地说，从空燃比调整部7向燃料喷射阀的驱动电路111输送控制信号，通过对燃料喷射阀110的驱动进行控制来调整向发动机1供给的燃料供给量。
燃料供给量修正系数算出部8，接受上游侧氧气传感器4的输出，使来自上游侧氧气传感器4的输出值与空燃比的上游侧的目标值(以下也称为“上游侧目标值”)一致而算出燃料供给量修正系数，向空燃比调整部7输出。即，燃料供给量修正系数算出部8，通过输出燃料供给量修正系数，对空燃比调整部7进行控制。
上游侧目标值变更部9，接受来自下游侧氧气传感器5的输出，使来自下游侧氧气传感器5的输出值与用下游侧目标值设定部10所设定的空燃比的下游侧的目标值(以下也称为“下游侧目标值”)一致而用比例运算和积分运算对上游侧目标值进行变更。将变更后的上游侧目标值向燃料供给量修正系数算出部8进行输出。
下游侧目标值设定部10，根据由使用者对操作部(未图示)进行的操作及存储在ROM内等中的各种数据，将与理论空燃比对应的下游侧氧气传感器5的输出值作为下游侧目标值进行设定、并存储在RAM等中。
燃料断开检测部11，对向发动机1供给的燃料的供给是否处于停止的运转状态(以下也称为“燃料断开状态”)进行检测。即，能对向燃料断开状态的移行进行检测。
累计空气量检测部12，对从利用燃料断开检测部11检测出的燃料断开状态被解除后的时刻(从燃料断开状态恢复后的时刻)起被发动机1吸入的空气量(吸入空气量)的累计值(以下也称为“累计空气量”)进行检测。
积分运算停止·再运行控制部13，与利用燃料断开检测部11对燃料断开状态的检测响应、并使上游侧目标值变更部9的积分运算停止(中断)。即，能与向燃料断开状态的移行响应而使积分运算停止。并且，在燃料断开状态解除后，与利用累计空气量检测部12所检测出的累计空气量到达规定的设定量响应、并使上游侧目标值变更部9的积分运算再运行。
[空燃比控制的基本动作]
上游和下游侧氧气传感器4、5，通过分别对催化剂转换器3的上游侧和下游侧的排气中的特定成分的氧气浓度进行检测，取得对排气管2内的空燃比进行特定用的信息。
图3是下游侧氧气传感器5的输出特性的例示图，在纵轴上表示输出值，在横轴上表示理论空燃比(空气过剩率λ)，用曲线Cv1表示输出特性。另外，对于横轴，在空气过剩率λ＝1时成为理论空燃比，越向图中左侧表示越浓的空燃比，越向图中右侧表示越稀的空燃比。
如图3所示，对于下游侧氧气传感器5，使用对于空燃比的变化在理论空燃比附近输出急剧地变化、在理论空燃比的前后表示大致双值的输出的λ型的氧气浓度传感器。将从该下游侧氧气传感器5向控制器6输入的输出值作为间接地表示该时刻的空燃比的输出值(以下称为“下游侧空燃比输出值”)向上游侧目标值变更部9输入。
下游侧目标值设定部10，将下游侧目标值设定在与理论空燃比对应的下游侧氧气传感器(λ型氧气浓度传感器)5的规定的输出值(这里为0.5V)附近，并向上游侧目标值变更部9输出该下游侧目标值。
上游侧目标值变更部9，通过运算求出下游侧目标值与下游侧空燃比输出值的偏差，执行对与该偏差相应的比例运算(以下也称为“P运算”)和积分运算(以下也称为“I运算”)进行的PI控制。在该PI控制中，算出利用比例运算求出的比例值(以下也称为“下游侧比例值”)和利用积分运算求出的积分值(以下也称为“下游侧积分值”)。并且，将上游侧目标值变更设定成向使该偏差向变无的方向起作用，并将其变更后的上游侧目标值向燃料供给量修正系数算出部8输出。对于该PI控制的方法，除了使后述的积分运算再运行的定时以外，能使用与在上述专利文献1中所示的方法同样的方法。
另外，在这里，积分运算，由于通过将偏差进行时间积分而生成输出，故显示较慢的响应性并利用下游侧氧气传感器5对上游侧氧气传感器4的常态的输出偏移(特性变动)进行检测，且起到消除的作用。另外，比例运算，由于与该时刻的偏差成正比地生成输出，故显示快的响应性并起到使因催化剂转换器3上游侧的空燃比的偏向引起的催化剂转换器3下游侧的空燃比的急速的偏移尽快地恢复的作用。
图4是上游侧氧气传感器4的输出特性的例示图，与图3同样，在纵轴上表示输出值，在横轴上表示理论空燃比(空气过剩率λ)，用曲线Cv2表示输出特性。另外，对于横轴，与图3同样，在空气过剩率λ＝1时成为理论空燃比，越向图中左侧表示越浓的空燃比，越向图中右侧表示越稀的空燃比。
如图4所示，对于上游侧氧气传感器4，使用对于空燃比的变化具有使输出值大致直线地进行变化的输出特性的直线型的氧气浓度传感器。将从该上游侧氧气传感器4向控制器6输入的输出值作为间接地表示空燃比的输出值(以下称为“上游侧空燃比输出值”)向燃料供给量修正系数算出部8输入。
燃料供给量修正系数算出部8，通过运算求出上游侧目标值与上游侧空燃比输出值的偏差，执行对与该偏差相应的比例运算、积分运算和微分运算(以下也称为“D运算”)进行的PID控制。在该PID控制中，将燃料供给量修正系数算出设定成在使上游侧目标值与上游侧空燃比输出值的偏差消失的方向起作用，并向空燃比调整部7输出。
并且，在空燃比调整部7中，根据燃料供给量修正系数对向发动机1供给的燃料量进行设定，在燃料喷射阀110的驱动电路111中通过与其相应地进行燃料喷射阀110的开闭驱动来控制发动机1的空燃比。
[氧气存储能力及问题]
在催化剂转换器3中，为了对空燃比相对理论空燃比的暂时的偏移进行补偿，具有根据排气中的氧气浓度对氧气进行蓄积的能力(氧气存储能力)。该氧气存储能力，通过在催化剂转换器3中添加具有氧气存储能力的物质而产生，根据该物质添加量的设计来决定氧气蓄积量(氧气存储量)的上限值。
如上所述，根据其氧气存储能力，在空燃比稀于理论空燃比的一侧的场合，通过将排气中的氧气取入催化剂转换器地蓄积，直到其氧气存储量饱和、使催化剂转换器中的氛围维持在理论空燃比附近。另外，在空燃比浓于理论空燃比一侧的场合，通过将蓄积在催化剂转换器中的氧气放出，直到蓄积的氧气消耗变无、使催化剂转换器中的氛围维持在理论空燃比附近。因此，即使发动机1的空燃比与理论空燃比相比偏向稀或浓，通过催化剂转换器的氧气存储量发生变化，能使催化剂转换器中的氛围维持在理论空燃比附近。
具体地说，仅在空燃比与理论空燃比相比为稀的场合，氧气存储量成为上限值附近，另一方面，在空燃比与理论空燃比相比为浓的场合，氧气存储量成为接近于0。并且，在空燃比为理论空燃比附近时，氧气存储量成为上限值的一半程度的量。但是，发动机1的运转状况在过渡状态中，空燃比的偏向增大，氧气存储量在0或到达上限值的场合，催化剂转换器3内的氛围，不是维持在理论空燃比附近，而是较大地偏离理论空燃比。
该催化剂转换器3，在理论空燃比附近，排气中的HC、CO、NOx的净化率都高，氧气存储量在成为上限值的一半程度的适当量的场合，净化率成为最高。并且，催化剂转换器3中的氧气存储量，能根据催化剂转换器3下游侧的空燃比在理论空燃比附近的微小变化进行检测。因此，通过根据利用下游侧氧气传感器5所输出的下游侧空燃比输出值对催化剂转换器3上游侧的空燃比进行控制，能将氧气存储量控制成适当的量，并能较高地维持催化剂转换器3的净化率。
但是，氧气存储的功能，由于与空燃比控制的响应延迟地起作用，故即使使催化剂转换器3上游侧的空燃比向浓或稀侧进行变化、催化剂转换器3下游侧的空燃比也不立即响应，经过氧气存储量的变化而进行变化。因此，例如在因燃料断开而催化剂转换器3下游侧的空燃比从理论空燃比向稀侧偏离的场合，即使利用比例运算使催化剂转换器3的空燃比向浓侧进行变化，催化剂转换器3下游侧的空燃比在至恢复至理论空燃比时产生时间延迟。该时间延迟，取决于氧气存储量的变动。
这里，对该氧气存储量的变动进行说明。
根据日本专利特开2000-120475号公报和特开平5-195842号公报等的说明，氧气存储量(OSC)，能从下式(1)、(2)精度较高地进行算出。
OSC＝∑(ΔA/F×KO2×qa×ΔT)……(1)
0≤OSC≤(氧气存储量的上限值)……(2)
在上式(1)、(2)中，将催化剂转换器3上游侧的空燃比与理论空燃比的偏差表示成ΔA/F(Δ空燃比)；将空燃比换算成氧气浓度的规定的系数表示成KO2；将吸入内燃机的吸入空气量表示成qa；将运算周期表示成ΔT。另外，由于将ΔT和KO2预先设定成规定值，故氧气存储量(OSC)的变动，取决于ΔA/F和qa的变化。另外，如上所述，由于氧气存储量(OSC)有上限值，故如上式(2)所示，以上限值和最小值0对氧气存储量进行限制。
被内燃机(即，发动机1)吸入的吸入空气量(qa)，能用以下(i)～(iv)的任一个信息进行检测。(i)来自设在节流阀(未图示)上游侧的空气量传感器(未图示)的信号信息；(ii)节流阀(未图示)的开度信息；(iii)来自配置在节流阀下游的压力传感器(未图示)的信号信息；(iv)发动机1的转速的信息。
这里，例如在燃料断开时，催化剂转换器3上游侧的空燃比，由于显著地稀至大致与发动机1外的通常的空气(大气)相当的程度，故氧气存储量变化至上限值。并且，在从燃料断开恢复后，在上游侧目标值变更部9中仅利用根据下游侧氧气传感器5的输出的比例运算对上游侧目标值进行变更设定，能将催化剂转换器3上游侧的空燃比恢复至上限值的一半程度的适当的量。
另外，在氧气存储量恢复至上限值一半程度的适当量的过程中，催化剂转换器3下游侧的空燃比与理论空燃比的偏差，以大致相同的值被推移。因此，根据与该偏差相应的比例运算所决定的催化剂转换器3上游侧的空燃比的调整量和ΔA/F在该过程中也成为大致相同。
但是，即使ΔA/F相同，氧气存储量的变化速度也根据式(1)与吸入空气量qa的大小成正比地进行改变。因此，从因燃料断开而受到干扰的氧气存储量恢复至上限值一半程度的适当的氧气存储量的速度，与吸入空气量qa成正比。并且，由于氧气存储量的变化量与吸入空气量qa的累计量成正比，从因燃料断开而到达上限值的氧气存储量、直到恢复至适当的氧气存储量的期间，与吸入空气量的累计量至成为规定的量(以下也称为“规定空气量”)的期间成为一致。
但是，吸入空气量qa，根据节流阀(未图示)的开度等的内燃机的运转状态较大地变化。例如，在节流阀的开度为最小时的吸入空气量qa成为4g/s程度的最小流量，另一方面，在节流阀的开度为最大时的吸入空气量qa成为70g/s程度的最大流量，成为十倍以上地变化。即，根据吸入空气量qa的变化，吸入空气量qa的累计量变化至规定空气量的时间也较大地变化。
因此，如专利文献1中所提出的装置那样，不考虑氧气存储量的变动，由于使从向燃料断开状态移行的时刻经过一定期间后，再运行催化剂转换器下游侧的积分运算，故导致反馈控制中的误动作(过修正)及本来的功能的减退等。
具体地说，在积分运算的停止期间不足的场合(过短的场合)，在氧气存储量稳定化之前积分运算再运行而产生误动作。另一方面，在积分运算的停止期间过多的场合(过长的场合)，会延迟氧气存储量稳定化之后的积分运算的再运行，积分运算的执行期间变短而对本来的功能(使空燃比与目标值一致的功能)产生不良情况。其结果，燃料断开后的空燃比容易与理论空燃比偏离，导致喷射恶化等。
因此，在本发明实施形态的空燃比控制装置100中，如后述那样，通过进行考虑了氧气存储量变动的空燃比的控制，可抑制喷射恶化等。
[考虑了氧气存储能力的空燃比控制的动作]
如上所述，氧气存储量，在因燃料断开而从到达上限值的状态至恢复成适当的量的期间，与在从燃料断开状态恢复后的吸入空气量qa的累计量(累计空气量)Qa至成为规定空气量Xqa的期间一致。因此，在对规定空气量Xqa预先进行设定、使累计空气量Qa与规定空气量Xqa一致的时刻，只要再运行上游侧目标值变更部9中的积分运算，就能抑制反馈控制中的误动作(过修正)及本来的功能的减退等。
首先，对规定空气量Xqa的求取方法进行说明。
规定空气量Xqa，在从燃料断开状态恢复后，催化剂转换器3下游侧的空燃比与至稳定于下游侧目标值附近的累计空气量的值大致一致。因此，以与空燃比控制装置100同样的结构执行燃料断开，并将催化剂转换器3的氧气存储量变化至上限值，在从燃料断开状态恢复后，通过在上游侧目标值变更部9中仅进行比例运算、并对催化剂转换器3下游侧的空燃比至稳定于下游侧目标值附近的累计空气量Qa进行检测，就能实验性求出规定空气量Xqa。在本实施形态中，作为一例，采用从燃料断开状态的解除时刻、仅在上游侧目标值变更部9中进行比例运算、并将催化剂转换器3下游侧的空燃比至与下游侧目标值一致的累计空气量Qa作为规定空气量Xqa实验地进行求取的方法。另外，催化剂转换器3中的氧气存储量的上限值，由于根据具有氧气存储能力的物质的添加量、即根据设计来决定，故使用上式(1)也能通过计算求得规定空气量Xqa。
接着，对在上游侧目标值变更部9中的对积分运算的停止和再运行进行控制用的燃料断开检测部11、累计空气量检测部12和积分运算停止·再运行控制部13中的动作进行说明。
燃料断开检测部11，对向发动机1供给燃料的供给是否处于执行停止的燃料断开的状态(燃料断开状态)进行检测(判定)。该燃料断开检测部11，在空燃比调整部7中将向被控制的发动机1的燃料供给量设定成0，在停止向发动机1供给燃料时，对处于燃料断开状态的情况进行检测(判定)。反之，在未停止向发动机1供给燃料时，对未处于燃料断开状态的情况进行检测(判定)。另外，之所以成为燃料断开状态，是由于考虑节流阀的开度成为0那样的情况。并且，将在燃料断开检测部11中的检测(判定)结果，向累计空气量检测部12和积分运算停止·再运行控制部13输出。
图5是例示累计空气量检测部12中的累计空气量的检测处理流程的流程图。由以下的步骤S1～S3构成的本流程，始终在进行空燃比控制时执行，在每个对吸入空气量qa进行累计的运算周期ΔT中，反复进行由步骤S1～S3构成的一系列的流程。
首先，在步骤S1中，利用燃料断开检测部11对是否检测出燃料断开状态进行判定。这里，若检测出燃料断开状态，则进入步骤S2，将累计空气量Qa复位至0(步骤S2)，并返回步骤S1。另一方面，若未检测出燃料断开状态，则进入步骤S3，将累计空气量Qa仅增加吸入空气量qa与运算周期ΔT的乘积值。通过这样的运算，累计空气量检测部12，检测出累计空气量Qa。另外，将有关利用累计空气量检测部12检测出的累计空气量Qa的信息向积分运算停止·再运行控制部13进行输出。
即，采用这样的结构，在向燃料断开状态移行、而处于燃料断开状态时，将累计空气量Qa复位至0，从燃料断开状态恢复后的时刻使吸入空气量qa的累计从0开始，能求得燃料断开后的累计空气量Qa。
图6是表示控制积分运算停止·再运行控制部13中的积分运算的停止和再运行的处理流程的流程图。由以下的步骤S11～S14构成的本流程，始终在进行空燃比控制时执行，在每个对吸入空气量qa进行累计的运算周期ΔT中，反复进行由步骤S11～S14构成的一系列的流程。
首先，在步骤S11中，利用燃料断开检测部11对是否检测出燃料断开状态进行判定。这里，若检测出燃料断开状态，则进入步骤S13，将积分运算的停止判定标志(RFBI)设定成1(步骤S13)，并返回步骤S11。另一方面，若未检测出燃料断开状态，则进入步骤S12，对燃料断开后的累计空气量Qa是否为规定空气量Xqa以上进行判定(步骤S12)。
在步骤S12中，在累计空气量Qa为规定空气量Xqa以上的场合，进入步骤S14，将积分运算的停止判定标志(RFBI)设定成0(步骤S14)，并返回步骤S11。另一方面，在累计空气量Qa不是规定空气量Xqa以上的场合，进入步骤S13，将积分运算的停止判定标志(RFBI)设定成1(步骤S13)，并返回步骤S11。另外，这里，在停止判定标志(RFBI)为1的场合，与上游侧目标值变更部9中的积分运算的停止(中断)对应；在停止判定标志(RFBI)为0的场合，与上游侧目标值变更部9中的积分运算的执行(或再运行)对应。
这样，在积分运算停止·再运行控制部13中，能对控制积分运算的停止(中断)和再运行进行控制用的停止判定标志(RFBI)进行设定。另外，能将用积分运算停止·再运行控制部13所设定的停止判定标志(RFBI)的信息，作为对上游侧目标值变更部9中的积分运算的停止或执行进行指令的信息而向上游侧目标值变更部9输出。
通过输出对来自积分运算停止·再运行控制部13的停止或执行进行指令的信息，在上游侧目标值变更部9中分别停止或执行积分运算。具体地说，在停止判定标志(RFBI)显示执行的0的场合，执行积分运算，并将积分值按时间顺序依次更新。另一方面，在停止判定标志(RFBI)显示停止的1的场合，停止积分运算，并且不进行积分值的更新而对积分值进行保持。
[利用考虑了氧气存储能力的空燃比控制所获得的效果]
这里，对利用本实施形态的空燃比控制装置100所获得的效果与以往技术进行比较并加以说明。
图7和图8是空燃比控制动作的时间流程图。并且，在图7和图8中，分别从上至下按顺序对于燃料喷射量、吸入空气量qa、累计空气量Qa、停止判定标志(RFBI)、下游侧空燃比输出、氧气存储量(OSC)、下游侧比例值、下游侧积分值和上游侧目标值，用实线表示燃料断开前后的各值的变化。
另外，图7表示在燃料断开前后的吸入空气量qa较少的情况；图8表示在燃料断开前后的吸入空气量qa比燃料断开前较多的情况。
并且，在图7和图8中，为了比较，如专利文献1中提出的装置那样，不考虑在积分运算的再运行时期中氧气存储量的变动，用点划线表示假定从向燃料断开状态移行后的时刻经过一定期间后使上游侧目标值变更部9中的积分运算再运行那样的场合(以下也称为“比较例”)中的各值的变化。另外，对于下游侧空燃比输出和氧气存储量(OSC)的变化，用剖面线表示本实施形态的值与比较例的值的不同。
首先，对图7所示的比较例中的各值的变化(点划线)进行说明。
燃料喷射量因燃料断开而暂时成为0(时刻t1)，并从时刻t2燃料断开状态恢复，至经过预先设定的规定时间T0(时刻t2～t3)，在上游侧目标值变更部9中仅进行比例运算、停止积分运算，并对下游侧积分值进行保持。并且，在时刻t3、经过规定时间T0时，再运行上游侧目标值变更部9的积分运算。这时，氧气存储量(OSC)不恢复至作为适当量的上限值的约一半，下游侧空燃比输出值与理论空燃比对应的下游侧目标值比较成为相当低的值。因此，在下游侧目标值与下游侧空燃比输出值之间产生大的偏差，若要遵循它，则要增大下游侧积分值(时刻t3～t4)，对上游侧目标值进行过修正，下游侧空燃比输出值与下游侧目标值相比较大地偏向浓侧。另外，与其相反，在时刻t4以后，下游侧空燃比输出值与下游侧目标值相比偏向稀侧，在从燃料断开状态恢复后，即使经过长时间、下游侧空燃比输出值也不稳定在下游侧目标值。其结果，大幅度地使喷射恶化。
与此相反，在本实施形态的空燃比控制装置100中，如图7中的实线所示，从时刻t2燃料断开状态恢复后的累计空气量Qa至到达规定空气量Xqa，在上游侧目标值变更部9中仅进行比例运算、停止积分运算，并对下游侧积分值进行保持(时刻t2～t4)。并且，在时刻t4，氧气存储量(OSC)恢复至作为适当量的上限值的约一半，下游侧空燃比输出值成为与理论空燃比大致对应的下游侧目标值。因此，在时刻t4，即使再运行上游侧目标值变更部9的积分运算，也由于在下游侧目标值与下游侧空燃比输出值之间几乎未产生偏差，故也不会对上游侧目标值进行过修正。其结果，能抑制在燃料断开后的喷射恶化等。
接着，对图8进行说明。
图8所示的各值的变化，对在燃料断开前在上游侧氧气传感器4中产生特性变动的情况假定地表示。该上游侧氧气传感器4的特性变动，通过在运转中运转条件的变化使排气温度进行变化的情况及通过时效变化产生一定的特性变动量，并考虑在运转停止时下游侧积分值发生在复位至初期值(例如2.5V)时等。另外，在运转停止中，下游侧积分值即使在电池备用机构中，也考虑到在将电池复位(日文：リセツト)时下游侧积分值也复位至初期值的情况。
并且，图8例示了如下情况：在燃料断开前，为通过增加下游侧积分值对特性变动进行补偿的动作在进行中、在燃料刚要断开时下游侧空燃比输出值比下游侧目标值减小的情况。
图9是表示上游侧氧气传感器4的特性变动的图。存在如下情况：表示省略补充(日文：デフオルト)状态的上游侧氧气传感器4的输出特性的曲线Cv2，根据特性变动而向表示输出特性的曲线Cv3变化。这里，将表示理论空燃比的输出值的变化量表示为特性变动。
首先，对图8所示的比较例中的各值的变化(点划线)进行说明。
燃料喷射量根据燃料断开暂时成为0(时刻t11)，并从时刻t12燃料断开状态恢复，至经过预先设定的规定时间T0(时刻t12～t14)，在上游侧目标值变更部9中仅进行比例运算、停止积分运算，并对下游侧积分值进行保持。并且，在时刻t14、当经过规定时间T0时，再运行上游侧目标值变更部9的积分运算。但是，如图8所示，因上游侧氧气传感器4的特性变动引起、燃料断开前的下游侧积分值未对特性变动进行补偿。并且，在时刻t13中，由于下游侧空燃比输出值和氧气存储量(OSC)不论是否恢复至燃料刚要断开前的值，都将未对特性变动中断补偿的下游侧积分值从时刻t13保持至时刻t14，故产生因积分运算停止引起的功能不足。其结果，喷射大幅度地恶化。
与此相反，在本实施形态的空燃比控制装置100中，如图8的实线所示，在从时刻t12燃料断开状态恢复后的累计空气量Qa至到达规定空气量Xqa，在上游侧目标值变更部9中仅进行比例运算、停止积分运算，并对下游侧积分值进行保持(时刻t12～t13)。并且，在时刻t13中，氧气存储量(OSC)大致恢复至燃料刚要断开前的值，下游侧空燃比输出值也大致恢复至燃料刚要断开前的值。因此，在时刻t13中，当强制地再运行上游侧目标值变更部9的积分运算时，应对上游侧氧气传感器4的特性变动进行补偿，下游侧积分值很快增加，下游侧空燃比输出值早期地到达下游侧目标值而稳定。其结果，能抑制燃料断开后的喷射恶化等。
如上所述，在本实施形态的空燃比控制装置100中，与向燃料断开状态的移行响应、停止上游侧目标值变更部9中的积分运算，并对下游侧积分值进行保持。然后，从燃料断开状态被解除的时刻被内燃机(这里是发动机1)吸入的空气量的累计值Qa到达规定空气量Xqa时、再运行上游侧目标值变更部9中的积分运算，按时间顺序依次对下游侧积分值进行更新。即，将成为燃料断开状态且在停止后的催化剂转换器3下游侧的积分运算的再运行时期、作为表示燃料断开后的氧气存储量变动的燃料断开后的累计空气量Qa到达规定空气量Xqa的时刻。通过作成这样的结构，能对在空燃比的反馈控制中的误动作进行抑制，另一方面，还能将因积分运算停止引起的功能不足抑制成较小。其结果，能将燃料断开后的空燃比控制成适当的值，能对燃料断开后的喷射恶化等进行抑制。
另外，在实验上，采用：从燃料断开状态的解除时刻仅用比例运算使下游侧空燃比输出值与下游侧目标值大致一致的状态对上游侧目标值进行调整，并将至使下游侧空燃比输出值与下游侧目标值为一致的累计空气量作为规定空气量Xqa进行求出。其结果，能根据测定而容易地预先设定规定空气量Xqa。
[变形例]
以上，对本发明的实施形态作了说明，但本发明不限于上述说明的内容。
◎例如，在上述实施形态中，与燃料断开状态被解除之后累计空气量Qa到达规定空气量Xqa的情况响应，并再运行上游侧目标值变更部9中的积分运算，但不限于此，例如，从累计空气量Qa到达规定空气量Xqa的时刻在经过少许规定期间(例如2秒程度)后，也可以再运行上游侧目标值变更部9中的积分运算。
在用上述那样的方法实验地求取规定空气量Xqa的场合，通过设定，在下游侧空燃比输出值与下游侧目标值一致后，在下游侧空燃比输出值相对下游侧目标值进行少许过度喷射(日文：オ一バ一シユ一ト)等、产生少许的过调量后，下游侧空燃比输出值也有稳定在下游侧目标值附近的情况。另外，与实验性求取规定空气量Xqa的情况相比，实际上在使发动机1进行运转时，也考虑到下游侧空燃比输出值难以稳定在下游侧目标值附近的情况。在这样的场合，在累计空气量Qa到达规定空气量Xqa之后、马上再运行上游侧目标值变更部9中的积分运算时，产生过修正、并导致PI控制的误动作。
因此，为了将从因燃料断开引起的过渡状态恢复至下游侧空燃比输出值稳定在下游侧目标值附近而设置富裕量，也可作成：从累计空气量Qa到达规定空气量Xqa的时刻至经过规定期间后，再运行上游侧目标值变更部9中的积分运算。即，也可以作成设置积分运算的再运行时间延迟(再运行延迟)的那种结构。
另外，在下游侧空燃比输出值相对下游侧目标值进行少许过度喷射等、产生少许的过调量后，由于下游侧空燃比输出值至稳定在下游侧目标值附近的时间与吸入空气量的累计量成正比，故也可以按将与再运行延迟部分相当的吸入空气量上载(日文：上乘せる)于规定空气量Xqa上的形式，设定对积分运算的时间进行规定的规定空气量Xqa。
这样，通过下游侧空燃比输出值至稳定在下游侧目标值附近而在积分运算的再运行时间中具有富裕量，能更可靠地对空燃比的反馈控制中的误动作进行抑制。
◎另外，在上述实施形态中，燃料断开状态被解除之后，与累计空气量Qa到达规定空气量Xqa的情况响应并再运行上游侧目标值变更部9中的积分运算，但不限于此，例如，在燃料断开状态的解除后，也可以与下游侧空燃比输出值与下游侧目标值一致的情况响应，再运行上游侧目标值变更部9中的积分运算。
即使作成这样的结构，如图7所示，也能对在空燃比的反馈控制中的误动作进行抑制。其结果，能将燃料断开后的空燃比控制成适当的值，能对燃料断开后的喷射恶化等进行抑制。
但是，这样的结构如图8所示，在上游侧氧气传感器4中产生特性变动，在燃料断开前，通过使下游侧积分值增加，对特性变动进行补偿的动作为再运行中，在燃料刚断开之前，难以应用于下游侧空燃比输出值比下游侧目标值较小的情况。这是由于在燃料断开后、对下游侧积分值进行保持时，下游侧空燃比输出值与下游侧目标值不一致的缘故。
但是，例如在预先存储燃料刚断开前的下游侧空燃比输出值、并解除燃料断开状态后，下游侧空燃比输出值与恢复至燃料刚断开前的下游侧空燃比输出值的情况响应，只要强制地再运行上游侧目标值变更部9中的积分运算，各值就进行如图8中用实线所示那样的变化。即，能起到与上述实施形态同样的效果。
并且，为了使从因燃料断开引起的过渡状态的恢复至下游侧空燃比输出值稳定在下游侧目标值附近而设置富裕量，例如，在燃料断开状态的解除后，在从下游侧空燃比输出值与下游侧目标值一致的时刻经过少许规定期间(例如2秒程度)后，也可以再运行上游侧目标值变更部9中的积分运算。即，也可以作成设置积分运算的再运行时间延迟(再运行延迟)的那种结构。这样，通过下游侧空燃比输出值至稳定在下游侧目标值附近而对积分运算的再运行时间具有富裕量，能进一步可靠地对在空燃比的反馈控制中的误动作进行抑制。
另外，在该场合，通过下游侧氧气传感器5对下游侧空燃比输出值的监控，在检测出下游侧空燃比输出值在下游侧目标值附近有一定程度的稳定后，也可以再运行上游侧目标值变更部9中的积分运算。并且，在检测出下游侧空燃比输出值在燃料刚断开前的下游侧空燃比输出值附近有一定程度的稳定后，也可以再运行上游侧目标值变更部9中的积分运算。
◎另外，在上述实施形态中，对于下游侧氧气传感器5，使用图3所示那样的相对空燃比的变化、在理论空燃比附近的输出急剧地变化，在理论空燃比的前后大致表示双值的输出的λ型的氧气浓度传感器，但不限于此，例如，使用图4所示那样的相对空燃比的变化具有使输出值大致直线状变化的输出特性的直线型氧气浓度传感器，也能起到与上述实施形态同样的效果。
◎另外，在上述实施形态中，对于下游侧氧气传感器4，使用图4所示那样的相对空燃比的变化、有使输出值大致直线地进行变化的输出特性的直线型的氧气浓度传感器，但不限于此，例如，使用图3所示那样的相对空燃比的变化而使理论空燃比附近的输出急剧变化、在理论空燃比的前后大致表示双值的输出的λ型氧气浓度传感器，也能起到与上述实施形态同样的效果。
◎另外，在上述实施形态中，作成在燃料供给量修正系数算出部8中、执行对比例运算、积分运算和微分运算进行的PID控制那样的结构，但不限于此，例如，即使进行使用比例运算、积分运算和微分运算中单独或任意的组合的控制，也能起到与上述实施形态同样的效果。
◎另外，在上述实施形态中，在上游侧目标值变更部9中，作成执行对比例运算和积分运算进行的PI控制那样的结构，但不限于此，例如，即使作成执行对比例运算、积分运算和微分运算进行的PID控制那样的结构，也能起到与上述实施形态同样的效果。

Claims (5)

1、一种内燃机的空燃比控制装置，其特征在于，具有：
上游侧检测装置，其设在内燃机的排气***中，对排气进行净化的催化剂转换器上游侧的排气中的特定成分浓度进行检测；
对所述催化剂转换器下游侧的排气中的特定成分浓度进行检测的下游侧检测装置；
通过调节向所述内燃机的燃料供给量、对空燃比进行调整的空燃比调整装置；
将所述空燃比调整装置控制成使所述上游侧检测装置的输出值与上游侧目标值呈一致状态的控制装置；
为使所述下游侧检测装置的输出值与下游侧目标值一致，而使用比例运算和积分运算对所述上游侧目标值进行变更的目标值变更装置；
对停止向所述内燃机的燃料供给的燃料断开状态进行检测的状态检测装置；
从所述燃料断开状态被解除的时刻，对被所述内燃机吸入的累计空气量进行检测的累计量检测装置；以及
停止·再运行装置，其与利用所述状态检测装置的所述燃料断开状态的检测响应而停止所述积分运算，与所述累计空气量到达规定空气量的情况响应并使所述积分运算再运行。
2、如权利要求1所述的内燃机的空燃比控制装置，其特征在于，所述停止·再运行装置，是在所述累计空气量从到达规定空气量的时刻至经过规定期间后再运行所述积分运算。
3、如权利要求1或2所述的内燃机的空燃比控制装置，其特征在于，在所述目标值变更装置中仅进行使用所述下游侧检测装置的输出值与下游侧目标值的偏差的比例运算的场合，在从所述燃料断开状态的解除时刻至所述下游侧检测装置的输出值与所述下游侧目标值一致的期间中，将作为被所述内燃机吸入的累计空气量所预先求出的值设定为所述规定空气量。
4、一种内燃机的空燃比控制装置，其特征在于，具有：
上游侧检测装置，其设在内燃机的排气***中，对排气进行净化的催化剂转换器上游侧的排气中的特定成分浓度进行检测；
对所述催化剂转换器下游侧的排气中的特定成分浓度进行检测的下游侧检测装置；
通过调节向所述内燃机的燃料供给量、对空燃比进行调整的空燃比调整装置；
将所述空燃比调整装置控制成使所述上游侧检测装置的输出值与上游侧目标值呈一致状态的控制装置；
为使所述下游侧检测装置的输出值与下游侧目标值一致、而使用比例运算和积分运算对所述上游侧目标值进行变更的目标值变更装置；
对停止向所述内燃机的燃料供给的燃料断开状态进行检测的状态检测装置；以及
停止·再运行装置，其与向所述燃料断开状态的移行响应并停止所述积分运算，在所述燃料断开状态解除后，与所述下游侧检测装置的输出值与所述下游侧目标值的一致响应并使所述积分运算再运行。
5、如权利要求4所述的内燃机的空燃比控制装置，其特征在于，所述停止·再运行装置，是在从所述下游侧检测装置的输出值与所述下游侧目标值一致的时刻经过规定期间后再运行所述积分运算。
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