空燃比控制装置以及方法

专利名称：空燃比控制装置以及方法
技术领域：
本发明总体涉及一种用于控制发动机空燃比的空燃比控制装置。更具体 地说，本发明涉及一种在不增加排放的情况下控制空燃比的空燃比控制装置。
背景技术：
多数车辆设置有包括车厢地板下的催化转换器的排气净化系统。当车厢 地板下的催化转换器设置在地板下方的排气通路或者与发动机相距一段距 离以用于净化从车辆发动机流过的排气时，需要时间进行激活从而获得充分 的净化操作。另一方面，将车厢地板下的催化转换器设置在排气通道中的发 动机附近的位置会造成由于热恶化而耐久性降低的问题。一些车辆设置有包括主(车厢地板下)催化转换器和旁通路催化转换器 的排气净化系统。这种类型的排气净化系统的一项实例公开在日本未审公开 专利申请No. 5-321644中。在该出版物中，车厢地板下的催化转换器设置在 排气通道的主通道的下游侧上，旁通路催化转换器设置在车厢地板下的催化 转换器的上游侧上的旁路通道中。用于切换主通道与旁路通道之间的排气流 的切换阀设置在主通道中的车厢地板下的催化转换器的上游侧。排气由此流 向旁路通道，直到车厢地板下的催化转换器被激活，然后排气由先前激活的 旁通路催化转换器净化，由此可改善车辆的排气净化效率。鉴于上述情况，本领域技术人员从该公开内容中可知需要一种改善的空 燃比控制装置。本发明解决这一需求以及其他需求，本领域技术人员从本公 开内容中可清楚地得知。发明内容在日本未审公开专利申请No. 5-321644描述的空燃比控制装置中已经 发现，当切换阀打开时，剩余在切换阀上游的主通道中的排气(下文称为"滞 留气体，，)向下游流动从而允许排气流过主通道。滞留气体的温度低于刚从发动机排放的排气。因此，滞留气体冷却设置在切换阀下游的空燃比传感器。 结果，存在空燃比传感器的检测精度下降的问题。同样，当根据传感器的检 测值控制发动机的空燃比时，不能精确地控制空燃比，造成排放变差。鉴于上述情况，本发明的一个目的是提供一种即使在切换阀已经打开时 在不允许排放变差的情况下控制空燃比的空燃比控制装置。上述目的基本上通过设置一种基本包括排气系统、第一传感器、第二传 感器和控制器的空燃比控制装置来实现。排气系统包括排气通道、旁路通道 和阀机构，主催化转换器设置在所述排气通道中，旁通路催化转换器设置在 所述旁路通道中，所述阀机构设置在所述主催化转换器的上游侧的所述旁路 通道的分支部分与所述旁路通道的汇合部分之间，从而选择性地打开和关闭道。所述第 一传感器用以检测在旁路通道中流动的排气的空燃比的特性指 标。所述第二传感器用以在阀机构的下游侧的一点处检测在排气通道中流动 的排气的空燃比的特性指标。所述控制器包括用以根据所述第一传感器的输 出控制发动机的空燃比的第一空燃比控制部分、用以根据所述第二传感器的 输出控制所述发动机空燃比的第二空燃比控制部分和控制模式切换部分，所经经过规定的时间间隔之后，从由所述第一空燃比控制部分进行的控制切换 至由所述第二空燃比控制部分进行的控制。本领域技术人员通过下述详细说明将清楚地了解本发明的这些和其他 目的、特征、方面和优势，下述详细说明结合附图^^开了本发明的优选实施例。


现在参照形成本初始7>开的部分内容的附图图1是根据第 一实施例的用于控制发动机的空燃比的空燃比控制装置的 简4匕图；图2A是图1所示的空燃比控制装置的筒化图，示出当切换阀关闭时从发动机燃烧室排出的排气流；图2B是图1和2A所示的空燃比控制装置的简化图，但是示出当切换 阀打开时从发动机燃烧室排出的排气流；图3是示出由根据第一实施例的空燃比控制装置执行的程序步骤的流程图；图4是示出当执行根据第一实施例的控制模式判定时由空燃比控制装置 执行的程序步骤的流程图；以及图5是示出当执行根据第二实施例的控制模式判定时由空燃比控制装置 执行的程序步骤的流程图。
具体实施方式
下面将参照

本发明的选定实施例。本领域技术人员从该公开内 容可知，本发明的实施例的下述说明只是示意性的，并不是为了限定本发明 的范围。首先参照图1,空燃比控制装置100是示出根据第一实施例的空燃比控 制装置100的简化图。空燃比控制装置100基本上包括发动机1、进气系统 20、排气系统30和控制器40。空燃比控制装置IOO控制发动机I的空燃比。发动机1采用本领域公知的传统内燃机。由于内燃机在本领域中已经公 知，所以这里不再详细讨论或示出发动机1的结构。此外，只有发动机l的 空燃比的控制是不同的。因此，下面将只讨论理解本发明所需的发动机1的 部件。发动机1包括具有多个燃烧室11 (只示出一个)的气缸头10、用于每 个气缸的进气口 12和用于每个气缸的排气口 13。进气口 12用以接收外部空 气(进气)并且将进气传送至燃烧室11的相应一个。排气口 13用以传送发 动机1的相应一个燃烧室11的排气。借助可滑动地布置在气缸块中的多个活塞(只示出一个)，使燃料在燃 烧室11中燃烧。燃料喷射阀14根据车辆的车辆操作状态将燃料喷入进气口 12。通过喷入进气口 12的燃料和从外部吸入进气口 12的进气形成空气燃料 混合物。火花塞15设置在气缸头10中的相应于每个气缸的燃烧室11的上表面侧，从而伸入每个气缸的的燃烧室11。通过以规定的正时放出火花，火花塞 15点燃燃烧室11中的空气燃料混合物，并且使得空气燃料混合物燃烧。
进气系统20包括从外部吸入新鲜空气的进气系统20的进气通道21 。进 气通道21流体连接至形成在气缸头10中的进气口 12。进气通道21的中间 点设置有节流室22和集气箱23。
节流室22设置在进气通道21的上游侧。节流阀24设置在节流室22中 从而控制通过进气通道21的进气的进气率。节流阀24通过根据车辆的车辆 操作状态调整节气门的位置来控制进气率。
气流计25设置在进气通道21中的节流室22上侧。气流计25检测从外 部吸入的新鲜空气(进气)的进气率。集气箱23设置在进气通道21的节流 阀24下游侧上。集气箱23临时存放从上游流过的空气。
排气系统30包括旁路通道31和主排放通道32。排气系统30的主排放 通道32连接至形成在气缸头10中的排气口 13。主排放通道32传送从发动 机1排出的排放气体。
旁路通道31的直径小于主排放通道32。旁路通道31具有在分支部分 33处从主排放通道32分出的上游端以及在分支部分的下游的汇合部分34 处与主排放通道32汇合的下游端。旁路通道31设置有旁通路催化转换器35 和空燃比传感器36(下文称为"第一空燃比传感器")。旁通路催化转换器 35设置在旁路通道31的上游侧，邻近发动机l,从而实现早激活。旁通路 催化转换器35是具有极佳低温活性的催化转换器。
主排放通道32包括切换阀37、主催化转换器38和空燃比传感器39(下 文称为"第二空燃比传感器，，)。旁通路催化转换器35的容量小于主催化转 换器38(下文称为"车厢地板下的催化转换器")。车厢地板下的催化转换器 38设置在汇合部分34的下游。
第一空燃比传感器36在旁路通道31中且比旁通路催化转换器35更加 位于上游。第一空燃比传感器36检测流入旁路通道31的排气的氧气浓度， 并且可获得与氧气浓度成比例的输出。
另一方面，主排放通道32的直径大于旁路通道31,因此阻碍排气流动 的通道阻力小于旁路通道31。切换阀37设置在主排放通道32的分支部分 33和汇合部分34之间。切换阀37根据车辆的车辆操作状态打开和关闭主排 放通道32。因此，切换阀37切换用于传送从发动机1排出的排气的排气通道。
车厢地板下的催化转换器38设置在主排放通道32的汇合部分34的下 游。-车厢地板下的催化转换器38采用容量大于旁通路催化转换器35的三路 催化转换器。车厢地板下的催化转换器38净化流过主排放通道32的排气。
第二空燃比传感器39设置在主排放通道32中的车厢地板下的催化转换 器38的上游侧。采用第二空燃比传感器39，流过主排放通道32的排气中的 氧气浓度可采用与设置在旁路通道31中的第一空燃比传感器36相同的方式 进行检测。
控制器40优选地包括具有空燃比控制程序的微电脑，用于如下所述控 制喷射阀14、节流阀24和切换阀37。控制器40的微电脑优选地包括其他 传统部件，诸如输入/输出接口电路和存储装置，诸如ROM(只读内存)装 置和RAM (随机读取内存)。控制器40的微电脑编程以控制喷射阀14、节 流阀24和切换阀37的操作，如下文所述。内存线路存储处理结果并且控制 用于执行空燃比控制装置100的操作的程序。本领域技术人员从本公开内容 中可知，控制器40的精确结构和算法可以是能够执行本发明功能的硬件和 软件的任何组合。
将气流计25、第一和第一空燃比传感器36和39以及检测车辆操作状态 的其他传感器的输出输入至控制器40。控制器40采用下述方式根据车厢地 板下的催化转换器38的催化剂温度打开和关闭切换阀37。因此，控制器40 将传送从发动机1排放的排气的通道切换为旁路通道31或主排放通道32。 控制器40根据第一空燃比传感器36和第二空燃比传感器39的传感器元件 的电阻值控制加热器50的施加电压，并且将传感器元件的温度提升至规定 温度。控制器40根据空燃比传感器36和39的输出值调整节流阀24的位置 和燃料喷射阀14的燃料喷射率，并且控制发动机1的空燃比。
图2A和2B是示出从发动机1排出的排气流的示意图。图2A示出当切 换阀37处于打开状态时的排气流。图2B示出当切换阀37处于打开状态时 的排气流。排气流由示意图中的箭头示出，排气的流率通过线的厚度示出。
在发动机1已经起动之后以及在发动机温度和排气温度较低的其他时 间，立即关闭切换阀37并且阻断主排放通道32,如图2A所示。为此原因， 从发动机1排出的所有排气通过旁路通道31流过分支部分33并且由旁通路 催化转换器35净化。旁通路催化转换器35设置的位置邻近发动机1,因此被快速激活并且可在较早阶段净化排气。由旁通路催化转换器35净化的排 气流至旁路通道31的下游侧，并且从汇合部分34流入主排方t通道32，并且 在通过车厢地板下的催化转换器38之后释放至外部空气。
采用这种方式，在起动以及发动机低温和排气低温时，切换阀37处于 关闭状态使得排气流过旁路通道31。在这种情况下，设置在旁路通道31中 的第一空燃比传感器36检测流过旁路通道31的排气的氧气浓度。控制器40 然后根据第一空燃比传感器36的检测值调整节流阀24的位置和燃料喷射率 并且根据发动机1的发动机操作状态控制空燃比。
另一方面，当车厢地板下的催化转换器38通过发动机1的排气升温和 激活时或者当响应于司机下压油门而增加扭矩以及排气流率增加时，那么切 换阀37以图2B所示的方式打开。控制器40然后根据第二空燃比传感器39 的检测值调整节流阀24的位置和燃料喷射率并且根据发动机1的发动机操 作状态控制空燃比。
当打开切换阀37时，从发动机1排出的排气的大部分流过主排放通道 32。 一部分排气也流入旁路通道31。但是，由于旁路通道31的通道截面面 积小于主排放通道32,所以通过旁路通道31的排气流率小于主排放通道32。 为此原因，当高温排气通过旁通路催化转换器35时产生的旁通路催化转换 器35的热恶化得以减少。已经流过主排放通道32和旁路通道31的排气由 车厢地板下的催化转换器38净化并且释放至外部空气。
釆用这种方式，当切换阀37打开时，流过主排放通道32的排气的排气 流率大于流过旁路通道31的排气。因此，当打开切换阀37时，通过从设置 在旁路通道31中的第一空燃比传感器36转换至设置在主排放通道32中的 第二空燃比传感器39,可精确地测量排气的氧气浓度。可根据第二空燃比传 感器39的检测值作出调整，使得节流阀24的位置和燃料喷射率对应于发动 机1的发动机操作状态，并且根据发动机1的发动机操作状态控制空燃比。
当切换阀37处于关闭状态时，发动机1的一部分排气仍然存在于主排 放通道32中邻近切换岡37的位置。剩余气体(滞留气体)在滞留期间借助 主排放通道32和切换阀37释放热量。因此，该剩余气体(滞留气体)的温 度低于从发动机1刚刚排放出的排气。当滞留气体由切换阀37和其他部件 冷却时，滞留气体中的水分冷凝并且附着在切换阀37和其他部件上。当切 换阀37打开时，水分被冲向下游。当水分附着在已经被升温至激活温度的第二空燃比传感器39上时，第二空燃比传感器39快速冷却。可能存在下述 问题，即当第二空燃比传感器39采用这种方式快速冷却时，第二空燃比传 感器39的传感器元件开裂并且无法精确地检测到排气中的氧气浓度。鉴于 这种情况，第二空燃比传感器39优选地设置在上述冷凝水分和其他类型的 水分不太易于附着的位置。
采用这种方式，在第二空燃比传感器39设置在水分不太可能被附着的 位置的情况下，当切换阀37从关闭状态打开并且低温滞留气体流向位于主 排放通道32下游的车厢地板下的催化转换器38时，对第二空燃比传感器39 进行冷却。存在下述问题，即当将第二空燃比传感器39冷却至小于激活温 度的温度时，第二空燃比传感器39的检测精度受到影响。同样，当在这种 状态下从第一空燃比传感器36切换至第二空燃比传感器39以控制发动机1 的空燃比时，无法精确地控制发动机l的空燃比并且排放变得更差。
因此，需要经由第二空燃比传感器39起动空燃比反馈控制，从而在更 早的阶段以良好的精度控制燃料喷射率，以改善起动时的排气性能。但是， 当在切换阀37切换的同时从第一空燃比传感器36切换至第二空燃比传感器 39时，当主排放通道32和旁路通道31的切换阀37从关闭切换至打开时处 于分支部分与切换阀37之间的空间的相对冷的空气(与发动机排气相比) 在第二 (下游侧)空燃比传感器39的附近通过，由此作用于下游测上的第 二空燃比传感器39的输出。尤其地，将第二空燃比传感器39的传感器元件 的温度瞬时地减小至非活性温度。因此，如果输出第二空燃比传感器39的 检测值，那么空燃比反馈控制会被不利地影响，排气可能恶化。
鉴于这种情况，在所示实施例中，通过考虑切换阀37打开主排放通道 32时第二空燃比传感器39的减小温度以及设定判定是否保持激活状态的控 制模式并且然后从第一空燃比传感器36切换至第二空燃比传感器39来防止 排放由于滞留气体而恶化。
这里，现在将参照图3说明由控制器40执行的第一实施例的空燃比控 制装置100的控制细节。图3是示出第一实施例的空燃比控制装置100的控 制程序的流程图。该控制与发动机1的起动共同执行并且以固定的周期执行， 例如IO毫秒周期，直到起动由第二空燃比传感器39执行的空燃比控制。
在步骤Sl，控制器40判定切换闹37是否已经打开主排放通道32。这 里，在切换阀37处于关闭状态的情况下，程序前进至步骤S2，在切换阀37处于打开状态的情况下，程序前进至步骤S7.在步骤S2，控制器40向使空燃比传感器36和39的传感器元件升温的 加热器50和51施加电压。加热器将第一空燃比传感器36的传感器元件的 温度提升至激活温度，然后步骤前进至步骤S3。在步骤S3，控制器40判定设置在旁路通道31中的第一空燃比传感器 36是否处于活性状态。根据第一空燃比传感器36的传感器元件温度作出激 活判定。当已经判定第一空燃比传感器36已经处于活性状态时(即，第一 空燃比传感器36的传感器元件温度已经达到规定温度)，然后程序前进至步 骤S4。当已经判定第一空燃比传感器36没有处于活性状态时(即，第一空 燃比传感器36的传感器元件温度低于规定温度)，第一和第一空燃比传感器 36和39的加热器保持打开，当前程序结束。在步骤S4,控制器40根据第一空燃比传感器36的检测值控制发动机1 的空燃比。具体地说，当切换阀37关闭时，燃烧室11的排气流过旁路通道 31。因此，在步骤S4,设置在旁路通道31的第一空燃比传感器36检测流 过旁路通道31的排气的氧气浓度，并且根据检测值使氧气浓度达到对应于 发动机l的发动机操作状态的空燃比。步骤S4构成第一空燃比控制部分。在步骤S5，控制器40根据催化剂温度(即，如果车厢地板下的催化转 换器38的催化剂温度达到规定温度，那么车厢地板下的催化转换器38被激 活)判定车厢地板下的催化转换器38是否被激活。因此，达到程序的这一 点时，已经流过旁路通道31的排气由旁通路催化转换器35净化并且在汇合 部分34处进入主排放通道32。已经经由旁路通道31流入主通道的排气通过 设置在主排放通道32下游的车厢地板下的催化转换器38。因此，将车厢地 板下的催化转换器38逐渐地提升到催化剂激活温度。当车厢地板下的催化 转换器38已经达到激活温度时，程序前进至步骤S6。如果还没有达到车厢 地板下的催化转换器38的激活温度，那么结束当前程序循环。在步骤S6,当车厢地板下的催化转换器38被激活时，控制器40从关 闭状态打开切换阀37,并且切换排气流过的通道。不仅当车厢地板下的催化 转换器38被激活时，而且当驾驶员下压油门以施加扭矩并且使得排气率增 加时，打开切:换阀37。在步骤S7，控制器40判定控制模式是否处于借助第一空燃比传感器36 控制发动机l的空燃比的第一空燃比传感器控制模式，或者借助第二空燃比传感器39控制发动机1的空燃比的第二空燃比传感器控制模式。该判定如图4或5的流程图示出。在步骤S8,控制器40判定控制模式是否处于第二空燃比传感器控制模 式。这里，当控制模式处于第一空燃比传感器控制模式时，程序前进至步骤 SIO。在步骤S10,控制器40根据第一空燃比传感器36的检测值反馈控制 发动机l的空燃比。另一方面，当控制模式处于第二空燃比传感器控制模式 时，程序前进至步骤S9。在步骤S9，控制器40根据第二空燃比传感器39的检测值调整节流阀 的位置和燃料喷射率，并且根据发动机1的发动机操作状态反馈控制空燃比。 步骤S9构成第二空燃比控制部分。在发动机1的空燃比控制已经借助第二空燃比传感器39起动时，在步 骤Sll关闭第一空燃比传感器36的加热器，然后程序结束。接下来，将参照图4根据第一实施例的步骤S7的控制模式判定。图4 是示出步骤S7中的控制模式判定的控制程序的流程图。步骤S7构成控制模 式切换部分。在步骤S71，在切换阀37已经打开之后，控制器40判定低温滞留气体 是否已经通过设置在主排放通道32中的空燃比传感器39。根据在切换阀37 打开之后作为规定参考值的滞留气体通过时间(例如，0.3秒至0.5秒)是否 已经经过而作出这一判定。通过根据当前发动机转速或当前发动机载荷计算这里，当滞留气体通过时间已经经过时，程序前进至步骤S72。当滞留 气体通过时间还没有经过时程序前进至步骤S 75，并且将控制模式设定为第 一空燃比传感器控制模式。在步骤S72，控制器40判定第二空燃比传感器39是否处于活性状态。 步骤S72构成活性判定部分。根据传感器元件的温度判定第二空燃比传感器 39的活性。当第二空燃比传感器39处于活性状态时，程序前进至步骤S73。 当第二空燃比传感器39处于非活性状态时，程序前进至步骤S75,并且将 控制模式设定为第 一 空燃比传感器控制模式。在步骤S73,控制器40比较第一空燃比传感器36的检测值(AF1》和 第二空燃比传感器39的检测值(AF2)。步骤S73构成连续时间判定部分。 由于旁路通道31和主排放通道32具有不同的剖面积，所以流过旁路通道31和主排放通道32的排气的排气流率也不同。为此原因，当加速或其他操作 期间发动机1的空燃比波动明显时，AF1与AF2之间的差值可能明显，并 且当从第一空燃比传感器36切换至第二空燃比传感器39以控制发动机1的 空燃比时，空燃比快速变化并且排放恶化。因此，在步骤S73判定AF1与 AF2之间的差值的绝对值是否为规定值(AFR)或更小，如公式(1)所示。 将该值设定为不允许排放恶化的量值。1AF1-AF2I芸AFR (1) 其中，AF1:第一空燃比传感器36的检测值； ' AF2:第二空燃比传感器39的检测值；以及 AFR: -见定值当满足公式(1)的状态持续固定的时间段时，控制器40判定发动机1 的空燃比波动稳定并且即使从第一空燃比传感器36切换至第二空燃比传感 器39时排放也不会恶化。该程序前进至步骤S 74并且将控制模式设定为第 二空燃比传感器控制模式。当满足公式(1)的状态没有持续固定的时间段 时，如果切换空燃比传感器，那么判定排放会恶化。程序前进至步骤S75并 且将控制模式设定为第一空燃比传感器控制模式。可根据车辆操作状态设定上述规定值(AFR)。例如，当车辆空转时切 换阀37打开，在正常行驶期间或者车速波动较小以及空燃比波动较低的其 他时间，可设定第一规定值(AFR1)(例如，0.3秒)，当车辆加速或减速期 间阀打开或者车速波动较大并且空燃比波动较高的其他时间，可选择大于第 一规定值的第二规定值(AFR2 )(例如，0.5秒)。在如上所述已经在步骤S71至S75中执行控制模式判定之后，程序前进 至图3所示的步骤S8。根据上述内容，第一实施例的空燃比控制装置IOO可获得下述效果。当切换阀37打开时，在主排放通道32中剩余的切换阀37附近的低温 滞留气体流向第二空燃比传感器39。由于滞留气体的温度低于刚刚从发动机 1排出的排气的温度，所以当滞留气体通过时第二空燃比传感器39的传感器 温度下降，第二空燃比传感器39的检测精度减小。在第二空燃比传感器的 检测精度已经在这种方式下恶化的状态下，当发动机l的空燃比受控时排放 将恶化。在第一实施例，当切换阀37打开时，判定控制模式从而从第一空燃比传感器36切换至第二空燃比传感器39。在控制模式判定的步骤S72,在滞 留气体已经通过之后判定第二空燃比传感器39是否处于活性状态，并且当 第二空燃比传感器39处于活性状态时，从第一空燃比传感器36切换至第二 空燃比传感器39。为此原因，可根据处于活性状态的第二空燃比传感器39 的检测值精确地控制发动机1的空燃比，并且可防止排放恶化。当在滞留气体已经通过第二空燃比传感器39之前、从第一空燃比传感 器36切换至第二空燃比传感器39时，第二空燃比传感器39检测滞留气体 的氧气浓度，该浓度不对应于发动机l的操作状态。当根据滞留气体的氧气 浓度控制发动机1的空燃比时，无法精确地控制空燃比并且排放将恶化。在 判定根据第一实施例的控制模式的步骤S71时，由于在滞留气体已经通过第 二空燃比传感器39之后、从第一空燃比传感器36切换至第二空燃比传感器 39,所以第二空燃比传感器39不会检测到滞留气体的氧气浓度。因此，可 根据第二空燃比传感器39的检测值精确地控制发动机1的空燃比，并且可 防止排放恶化。当发动机l的空燃比波动较高或者即使在滞留气体已经通过第二空燃比 传感器39并且第二空燃比传感器39处于活性状态之后的其他时间，第一空 燃比传感器36和第二空燃比传感器的检测值之间的差值会明显不同。当在 这种状态下从第一空燃比传感器36切换至第二空燃比传感器39时，发动机 1的空燃比快速变化，不仅排放恶化，而且会产生扭矩沖击。在判定根据第 一实施例的控制模式的步骤S73中，当第一和第一空燃比传感器36和39的 检测值之间的差值的绝对值为规定值或更小时并且这种状态持续固定的时 间段时，从第一空燃比传感器36切换至第二空燃比传感器39。为此原因， 由于第一空燃比传感器切换至第二空燃比传感器39，所以可防止排放恶化， 并且由于空燃比急剧变化造成的扭矩沖击可被减小。第二实施例下面将参照图5说明空燃比控制装置100的第二实施例。第二实施例的 基本构成与第一实施例的构成相同，但是控制器40的控制模式判定的构成 不同。具体地说，设置有故障防护功能，使得当车辆处于规定操作状态时， 强制切换空燃比传感器。因此，下述说明将主要集中在与第一实施例的这一 不同点上。图5是在第二实施例中的控制模式判定的控制程序的流程图。步骤S71至S75的控制程序与第一实施例相同，为了简洁起见，对其说明在此省略。 在步骤S73,以与第一实施例相同的方式比较第一空燃比传感器36的 检测值和第二空燃比传感器39的检测值，并且判定满足公式(1 )的状态是 否已经持续规定的时间段。当满足公式(1)的状态已经持续规定的时间段 时，程序前进至步骤S75并且将控制模式设定为第二空燃比传感器模式。但 是，当满足公式(1 )的状态还没有持续固定的时间段时，程序前进至步骤 S76。在步骤S76,控制器40判定是否已经满足强制切换的条件。步骤S76 构成条件判定部分。在第一实施例中，当满足公式(1)的状态还没有持续规定的时间段时 根据第一空燃比传感器36的检测值控制发动机1的空燃比。但是，由于切 换阀37打开时发动机1的大部分排气流过主排放通道32并且流过旁路通道 31的排气量较低，所以存在无法由设置在旁路通道31 (在空燃比的波动明 显的操作状态下，该旁路通道中的排气流率较低)中的第一空燃比传感器36 以良好的精度检测空燃比波动的情况。鉴于上述内容，在第二实施例中，设置有故障防护功能，在规定的时间 段已经经过之后、满足公式(1)的状态还没有持续固定的时间段时，在步 骤S76中，该故障防护功能促使从第一空燃比传感器36切换至第二空燃比 传感器39。没有满足公式(1)的状态，即，当第一和第二空燃比传感器36和39 的检测值之间的差值明显时，从第一空燃比传感器36切换至第二空燃比传 感器39时空燃比急剧变化，并且由于空燃比的变化产生扭矩冲击而使乘坐 舒适性受到影响。为此原因，在第二实施例中，— 诸如当车速波动明显时的加 速和减速期间、锁止离合器脱离接合期间、或者当司机不太可能感觉到扭矩 沖击的其他时间，选择操作状态，并且在即使没有满足公式(1)而规定的 时间段已经经过之后，强制地切换空燃比传感器。采用这种方式，当控制器40判定在步骤S76已经满足强制切换条件时， 程序前进至步骤S74。当还没有满足强制切换条件时，'程序前进至步骤S75。在步骤S74，控制器40将控制模式设定为第二空燃比传感器控制模式。 在步骤S75,控制器40将控制模式设定为第一空燃比传感器控制模式。根据上述内容，第二实施例的空燃比控制装置IOO可得到下述效果。在第二实施例中，因为当切换阀37已经打开时判定控制模式从第一空燃比传感器36切换至第二空燃比传感器39，所以可获得与第一实施例相同 的效果。在控制模式判定中，当满足公式(1)的条件还没有持续规定的时间段 时、在扭矩冲击不太可能被检测到的操作状态下，强制从第一空燃比传感器 36切换至第二空燃比传感器39。因此，当第一和第一空燃比传感器36和39 的检测值的差值明显时，由于空燃比传感器的切换，可防止乘坐舒适性受到 影响。在第 一 实施例和第二实施例中，空燃比传感器36和39可采用氧气传感 器代替，使得排气中的氧气浓度可由氧气传感器检测到，而不是由空燃比传 感器36和39检测到。因此，可根据氧气传感器的检测值控制发动机1的空 燃比。术语的总体解释在理解本发明的范围时，术语"包括"和其派生词，如这里使用的，意 在作为说明所述特征、元件、部件、组、整数和/或步骤的存在的开放术语， 但是不排除其他未说明特征、元件、部件、组、整数和/或步骤的存在。上述 内容也适用以具有类似含义的词语，诸如术语"包含"、"具有"和其派生词。 同样，当单数使用术语"部件"、"区段"、"部分"、"组成部分"或"元件" 时可具有单一部件或多个部件的双重含义。这里^^用的用于描述由部件、部 分、装置等执行的操作或功能的术语"检测"包括不需要物理检测的部件、 部分、装置等，而且包括执行操作或功能的判定、测量、制模、预测或计算 等。这里使用的描述装置的部件、区段或部分的术语"用以"包括构造和/ 或编程为执行所需功能的硬件和/或软件。虽然只有选定的实施例用于示出本发明，但是本领域技术人员从公开的 内容可知，在不脱离发明范围的情况下可在这里进行各种变化和改进。例如， 可按照需要和/或要求改变各种部件的尺寸、形状、位置或方向。如图所示直 接相互连接或接触的部件可具有设置在其间的中间结构。 一个元件的功能可 以由两个^l行，反之亦然。 一项实施例的结构和功能可在其他实施例中采用。 所有的优势并不必要同时出现在具体实施例中。不同于现有技术的每个特 征，单独或者与其他特征相结合，也应该认为是由申请人作出的对其他发明 的独立说明，包括由这种(各)特征实现的结构和/或功能概念。因此，根据本发明的实施例的前述说明仅仅是示出的目的，并不是为了限制本发明的范围。
权利要求
1、一种空燃比控制装置，包括包括排气通道、旁路通道和阀机构的排气系统，主催化转换器设置在所述排气通道中，旁路催化转换器设置在所述旁路通道中，所述阀机构设置在所述主催化转换器上游侧的所述旁路通道的分支部分与所述旁路通道的汇合部分之间，以选择性地打开和关闭所述排气通道从而将用于排气的通路从所述排气通道切换至所述旁路通道；第一传感器，所述第一传感器用以检测在所述旁路通道中流动的排气的空燃比特性；第二传感器，所述第二传感器用以检测所述阀机构下游位置处的、在所述排气通道中流动的排气的空燃比的特性；以及控制器，所述控制器包括第一空燃比控制部分、第二空燃比控制部分和控制模式切换部分，所述第一空燃比控制部分用以根据所述第一传感器的输出控制发动机空燃比，所述第二空燃比控制部分用以根据所述第二传感器的输出控制所述发动机空燃比，所述控制模式切换部分用以在从所述阀机构由关闭状态切换至打开状态时起已经过去规定的时间间隔之后，将由所述第一空燃比控制部分进行的控制切换至由所述第二空燃比控制部分进行的控制。
2、 根据权利要求1所述的空燃比控制装置，其中所述控制器用以根据在所述阀机构切换至所述关闭状态时、在从所述分 支部分延伸至所述阀机构的排气通道部分中的排气通过所述第二传感器所 需的时间，确定所述规定时间间隔。
3、 根据权利要求1所述的空燃比控制装置，其中 所述控制器还用以根据在所述第二传感器由于所述阀机构切换至所述打开状态而冷却之后、所述第二传感器的温度达到规定温度所需的时间，确 定所述规定时间间隔。
4、 根据权利要求1所述的空燃比控制装置，其中， 所述控制器包括活性判定部分，所述活性判定部分用以在所述阀机构由之后，判定所述第二传感器的活性状态，以及 所述控制紧时、定时间段并且所述活性判定部分已经判定所述第二传感器处于活性状态之 后、进行从所述第一空燃比控制部分向所述第二空燃比控制部分的控制切换。
5、 根据权利要求4所述的空燃比控制装置，其中经判定所述第二传感器处于活性状态之后，判定所述第一和第二传感器的片全 测值之间的差值的绝对值是否在固定的连续时间段中为规定值或低于规定值，所述控制器还用以在所述第二传感器被判定为处于活性状态并且所述 第 一和第二传感器的所述检测值之间的差值的绝对值被判定为在固定的连 续时间段中为规定值或低于规定值时，进行从所述第一空燃比控制部分向所 述第二空燃比控制部分的控制切换。
6、 根据权利要求5所述的空燃比控制装置，其中当车速波动小时，所述连续时间判定部分将第一规定值设定为所述规定 值，当所述车速波动率大于预定车速波动率时，所述连续时间判定部分设定 大于所述第 一规定值的第二规定值。
7、 根据权利要求5所述的空燃比控制装置，其中，还包括条件判定部分还用以在从已经由所述连续时间判定部分执行判定起过 去规定的时间段之后，判定规定车辆操作状态是否存在；以及戶/TiT控-制—器还—用，:r当-所-iT连缘时间-判-定-部-分-判定-一和-第二传-感 器的所述检测值之间的差值的绝对值没有在所述固定连续时间段中处于所过去所述规定时间段时以及所述条件判定部分已经判定所述车辆规定操作 状态存在之后，将这种控制强制从所述第一空燃比控制部分切换至所述第二 空燃比控制部分。
8、 根据权利要求7所述的空燃比控制装置，其中 所述控制器还用以当车速波动大于预定波动量时判定存在所述规定车辆操作状态。
9、 根据权利要求7所述的空燃比控制装置，其中所述控制器用以当锁止离合器脱离接合时判定存在所述规定车辆操作状态,
10、 根据权利要求7所述的空燃比控制装置，其中所述控制器用以在发动机高载荷操作期间判定存在所述规定车辆操作状态。
11、 一种用于排气系统的空燃比控制方法包括排气通道、旁路通道和阀机构的排气系统，主催化转换器设置在所 述排气通道中，旁通路催化转换器设置在所述旁路通道中，所述阀机构设置 在所述主催化转换器的上游侧的所述旁路通道的分支部分与所述旁路通道 的汇合部分之间，以选择性地打开和关闭所述排气通道从而将用于排气的通 路从所述排气通道切换至所述旁路通道，该方法包括；使用第一传感器检测在所述旁路通道中流动的排气的空燃比特性；使用第二传感器用以检测所述阀机构下游位置处的、在所述排气通道中 流动的排气的空燃比的特性；当所述阀机构关闭时根据由所述第 一传感器检测的所述空燃比控制发 动机空燃比；以及间隔之后，根据由所述第二传感器检测的所述空燃比控制所述发动机空燃 比。
12、 根据权利要求11所述的空燃比控制方法，其中，还包括 根据在所述阀机构切换至所述关闭状态时、在从所述分支部分延伸至所逸阀-才;i7称的-排t通-道-部-分卞的-排-^7通-过所迷第二伶感器予斤需—的-日t间，确定所 述步见定时间间隔。
13、 根据权利要求11所述的空燃比控制方法，其中，还包括 根据在所述第二传感器由于所述阀机构切换至所述打开状态而冷却之后、所述第二传感器的温度达到规定温度所需的时间，确定所述规定时间间 隔。
14、 根据权利要求11所述的空燃比控制方法，其中，还包括去所述规定时间间隔之后，判定所述第二传感器的活性状态，以及 规定时间段并且已经判定所述第二传感器处于活性状态之后、从基于所述第一传感器的控制切换至基于所述第二传感器的控制。
15、 根据权利要求14所述的空燃比控制方法，其中，还包括在已经判定所述第二传感器处于活动状态之后，判定所述第一和第二传 感器的检测值之间的差值的绝对值是否在固定的连续时间段中为规定值或 低于规定值，以及在所述第二传感器被判定为处于活性状态并且所述第一和第二传感器 的所述检测值之间的差值的绝对值被判定为在固定的连续时间段中为规定 值或低于规定值时，从基于所述第一传感器的控制切换至基于所述第二传感 器的控制。
16、 根据权利要求15所述的空燃比控制方法，其中 当车速波动小时，将第一规定值设定为所述规定值，当所述车速波动率大于预定车速波动率时，设定大于所述第 一规定值的第二规定值。
17、 根据权利要求15所述的空燃比控制方法，其中，还包括 在从判定所述第 一和第二传感器的所述检测值之间的差值的绝对值没定的时间段之后，判定规定车辆操作状态是否存在；以及在从判定所述第一和第二传感器的所述检测值之间的差值的绝对值没规定时间段之后、判定所述规定车辆操作状态存在时，.将基于所述第一传感 器的控制强制切换至基于所述第二传感器的控制。
18、 根据权利要求17所述的空燃比控制方法，其中，还包括 当车速波动大于预定波动量时判定存在所述规定车辆操作状态。
19、 根据权利要求17所述的空燃比控制方法，其中当锁止离合器脱离接合时判定存在所述规定车辆操作状态。
20、 根据权利要求17所述的空燃比控制方法，其中 在发动机高载荷操作期间判定存在所述规定车辆操作状态。
全文摘要
一种空燃比控制装置基本包括排气系统、第一传感器和控制器。排气系统包括具有主催化转换器的排气通道、具有旁通路催化转换器的旁路通道和设置在排气通道中的阀机构，将用于排气气体的通路从排气通道切换至旁路通道。各传感器输出表示在它们相应通道中流动的排气的空燃比的信号。控制器具有分别根据各传感器的输出控制发动机的空燃比的第一和第二空燃比控制部分。该控制器具有控制模式切换部分，用于在从阀机构由关闭状态切换至打开状态起已经经过规定的时间间隔之后将控制从第一空燃比控制部分切换至第二空燃比控制部分。
文档编号F02D41/04GK101220777SQ20081000263
公开日2008年7月16日 申请日期2008年1月14日 优先权日2007年1月12日
发明者古贺正挥, 大岳佳幸, 永井宏幸, 石塚靖二 申请人:日产自动车株式会社