专利名称：用于内燃机中排气净化的设备和方法
技术领域：
本发明涉及用于内燃机中废气净化的设备和方法，内燃机的废气通道中设有三向催化剂，本发明特别涉及用于在内燃机刚起动后提高排气净化的空气燃料比控制。
背景技术：
在较早的一种用于在内燃机刚起动后提高排气净化的空气燃料比控制技术中，由于在内燃机刚起动后催化剂中的NOx的转换率在空气燃料比的低百分比的范围内突然比一个化学计算值低很多，因此在空气燃料比控制中的一个目标空气燃料比被改变到大于化学计算值的高百分比一侧，从而提高了NOx的转换效率。
在另一个较早的空气燃料比控制技术中(日本未审定专利申请No.7-189768)，在内燃机刚起动后，空气燃料比被控制到一个低百分比的范围，并且在加速时，空气燃料比被控制到一个高百分比的范围。
即，在内燃机刚起动后的一个预定的时间段中，在低百分比的范围内进行反馈控制，并且在低百分比的范围内进行反馈控制的过程中检测到一个加速状态时，空气燃料比被控制到一个高百分比的范围。
在另一个较早的空气燃料比控制技术中(日本未审定专利申请No.7-301140)，在内燃机刚起动后，空气燃料比被控制到一个化学计算值，接着被控制到一个低百分比的范围，然后被控制到一个高百分比的范围。
即，在内燃机刚起动后，通过将空气燃料比反馈控制到化学计算值来存储一个反馈调整值(在变为低百分比之前)，并且将空气燃料比反馈控制到低百分比的范围直至进行催化剂活化，接着通过将空气燃料比反馈控制到化学计算值来存储一个反馈调整值(在变为低百分比之后)。
利用当前的反馈调整值(在变为低百分比之前)和先前的反馈调整值(在变为低百分比之后)结合控制调整利用向前反馈控制在低百分比范围控制的低百分比空气燃料比目标值。
在另一个较早的空气燃料比控制技术中(日本未审定专利申请No.9-242528)，其中根据将辅助空气引入到排气歧管中改变在催化剂之前的排气歧管中的空气燃料比。即，在催化剂之前的排气歧管中的空气燃料比被控制到在冷催化剂的低百分比范围，接着在催化剂完成活化后将其中的空气燃料比控制到高百分比范围。
即，在冷催化剂(从部分活化到完全活化)，排气歧管中的空气燃料比被控制到低百分比范围并且在完成活化后通过将其中的空气燃料比控制到高百分比范围来去除硫酸盐。
在另一个较早的空气燃料比控制技术中(日本未审定专利申请No.9-151759)，空气燃料比被控制到低百分比范围直至进行催化剂活化并且在催化剂活化后，将空气燃料比控制到一个化学计算值。
即，当水温没有达到催化剂活化温度时空气燃料比被控制到低百分比范围，当水温达到催化剂活化温度后空气燃料比被控制到化学计算值。
发明内容
如在较早的空气燃料比控制技术中所述的，在引擎刚起动后当空气燃料比以一定的量变到高百分比的范围时，可适当地达到一定的NOx转换效率，但是由于空气燃料比变到高百分比的范围而不仅使催化剂的活化延迟而且在催化剂活化之前和之后使HC和CO的转换效率降低。
因此，本发明人首先提出，在引擎刚起动后将空气燃料比控制在低百分比的范围，接着切换至高百分比的范围，这是由于在引擎刚起动后的较早的时间段中(在引擎刚起动后大约0-20秒)在引擎出口处的NOx密度的百分比很低并且在引擎出口处的HC密度很高。
可是，在从低百分比切换至高百分比的范围时，当无差别地以一定的量将空气燃料比控制到高百分比的范围时，对于HC和NOx的排气量特征以及在一种催化剂的转换效率，这种控制不必是最佳的。
作为本发明的一个方面，本发明提供一种用于内燃机中排气净化的设备，所述内燃机的排气通道中设有三向催化剂，所述设备能够在引擎刚起动后提高排气净化性能。
因此，作为本发明的一个方面，首先在引擎刚起动后将空气燃料比控制在百分比低的范围，接着根据关于在引擎出口处的NOx密度或者其中催化剂的温度的参数改变空气燃料比使其从低百分比到高百分比。
根据上述参数将被控制在百分比高范围的空气燃料比设定为多个数值并且当参数表示高密度或高温度时将空气燃料比设定为百分比较高的范围。
从下面参照附图对本发明的详细描述中可以理解本发明的这些和其它方面和特征。
图1是本发明所涉及的第一实施例至第四实施例通用的内燃机的系统布置图。
图2是在引擎刚起动后的HC和NOx的排出量的特征图。
图3是第一实施例的空气燃料比控制的流程图。
图4是第一实施例的在引擎刚起动后的时间图。
图5是第二实施例的空气燃料比控制的流程图。
图6是第二实施例的在引擎刚起动后的时间图。
图7是第三实施例的空气燃料比控制的流程图。
图8是第三实施例的在引擎刚起动后的时间图。
图9是对于每一种催化剂在一个温度下的HC和NOx的保持率的特征图。
图10是第四实施例的空气燃料比控制的流程图。
图11是第四实施例的在引擎刚起动后的时间图。
具体实施例方式
下面将参照附图对本发明所涉及的实施例进行描述。
图1中示出了第一实施例至第四实施例通用的内燃机的系统布置。
在图1中，其中示出了位于内燃机1中的进气通道2中的进气歧管3上游的节流阀4和用于检测进气通道2中的节流阀4上游的进气量QA的空气流量计5。
用于燃料供给的燃料喷射阀(喷射器)6被设置在用于每一个缸体的进气歧管3中。从内燃机控制单元10对每一个缸以预定的燃料喷射定时输出的燃料喷射脉冲信号接通并且打开燃料喷射阀6，其燃料喷射量是由脉冲宽度控制的。
用于排气净化的三向催化剂(歧管催化剂)8设置在内燃机1的排气通道7中(排气通道的正下方)。
除了来自于空气流量计5的信号，来自于用于检测内燃机转速NE的曲柄角传感器11的信号、来自于用于在节流阀4处于完全关闭位置处接通的空转开关(idle switch)12的信号以及来自于用于检测内燃机1的冷却水温度TW的水温传感器13的信号被输入到内燃机控制单元10。
用于检测排气中的排气成分的排气传感器14、15(前排气传感器14和后排气传感器15)分别被设置在排气通道7中的催化剂8的上游和下游并且这些信号被输入到内燃机控制单元10。
如果需要的话，还可设置用于直接检测催化剂8的温度TC(催化剂温度TC)或者间接检测接近催化剂温度TC的排气温度的催化剂温度传感器16并且该信号也被输入到内燃机控制单元10。利用来自于A/T控制单元22的信号控制与内燃机1的输出轴相连的自动变速器20，A/T控制单元22用于接收来自于换档选择器21的信号等。
内燃机控制单元10和A/T控制单元22通过通信线路23连接在一起，因此内燃机控制单元10可检测在自动变速器20中从N(空档范围)至D(驱动范围)的换档。
为了应对近年来严格的废气排放规定，已经制订了废气排放指标等于大气标准的目标，但是存在着当冷引擎起动时从尾管排出的NOx量和HC量大的情况。
关于排气模式测试，从尾管排出的NOx量在第一阶段(引擎起动后0-125秒)占总量(所有阶段)的很大部分(80％-90％)。
图2示出了在排气模式测试的第一阶段，分别在引擎起动后0-20秒(第一空转)和在引擎起动后20-125秒(机动车起动-第一阶段结束)，从尾管排出的HC量和NOx量随空气燃料比(A/F)变化的各个积分值。
如图2(a)中所示，在引擎起动后0-20秒的短时间内从尾管排出的HC量很大，在引擎起动后20-125秒的长时间内从尾管排出的HC量小。对于任何一个时间段，减小空气燃料比可以降低从尾管排出的HC量，增大空气燃料比可以提高从尾管排出的HC量。
如图2(b)中所示，在引擎起动后0-20秒的时间内从尾管排出的NOx量很小而与A/F的变化无关，在引擎起动后20-125秒的时间内，减小空气燃料比可以迅速提高从尾管排出的NOx量，增大空气燃料比可以迅速降低从尾管排出的NOx量。
即，引擎温度很低并且在引擎起动后0-20秒的时间内引擎出口处的NOx密度低。因此，从尾管排出的NOx量很小而与A/F的变化无关。另一方面，在该时间段，引擎出口处的HC密度最高并且歧管催化还没有被充分地活化，因此，从尾管排出的HC量大。因此，在该时间段，通过优先进行HC净化并且控制空气燃料比处于一个百分比低的范围内，可以提高HC转换效率和促进歧管催化剂活化。
在引擎起动后20-125秒的时间内歧管催化剂基本上被活化，在该时间段内，由于引擎出口处的HC密度减小并且由于歧管催化剂的活化而使从尾管排出的HC量减小，但是，由于引擎出口处的NOx密度增大而使从尾管排出的NOx量提高。
另一方面，增大A/F可以降低NOx的排出量并且使HC排出量的增加减弱。因此，通过使空气燃料比变为百分比高的范围(在该时间段优先进行NOx净化)，可使NOx的排出量减少较大的差值，同时使HC排出量保持最小。
因此，根据本发明的一个方面，首先在引擎刚起动后将空气燃料比控制在百分比低的范围，接着根据关于在引擎出口处的NOx密度或者其中催化剂的温度的参数改变空气燃料比，使其从低百分比到高百分比。
根据上述参数将被控制在百分比高范围的空气燃料比设定为多个数值并且当参数表示高密度或高温度时将空气燃料比设定为百分比较高的范围。
由于在催化剂下游的排气传感器(后排气传感器)的启动，因此空气燃料比持续处于高百分比的状态直至能够进行空气燃料比反馈控制，在后排气传感器启动后，基于传感器的输出将空气燃料比反馈控制到一个化学计算值(λ＝1)。
在引擎刚起动后，可以从这样一种布置进行这样的空气燃料比控制，其中在引擎控制单元10处设定用于燃料喷射阀6的燃料喷射量计算的目标空气燃料比(目标A/F)。
下面将分别对第一实施例-第四实施例的当引擎刚起动后在引擎控制单元10处的空气燃料比控制。首先，对本发明所涉及的第一实施例进行描述。
在该实施例中，一种引擎载荷(特别是，燃料喷射量)用作与在引擎出口处的NOx密度相关的参数。
图3是第一实施例的空气燃料比控制的流程图。
在步骤S1，读出在引擎起动时间的水温TWINI。在引擎起动时间根据水温传感器13的信号检测水温TW并且作为在引擎起动时间的水温TWINI存储(TWINI＝TW)。
在步骤S2，判断在引擎起动时间的水温TWINI是否大于冷判断水温TWAFCLH。当TWINI＜TWAFCLH时，引擎处于冷引擎起动并且程序执行步骤S3。当TWINI≥TWAFCLH时，引擎处于热引擎起动并且程序执行步骤S9，其中目标A/F被设定为一个化学计算值(14.7；λ＝1)并且程序返回。在步骤S3，后排气传感器15的输出被读出，接着在步骤S4，判断后排气传感器15是否被启动。后排气传感器的输出在后排气传感器启动之前没有从某一个电平改变，其随着后排气传感器的启动而改变。
因此，根据后排气传感器的输出判断后排气传感器15的启动。当后排气传感器没有被启动时，程序执行步骤S5。当后排气传感器启动时，程序执行步骤S9，其中目标A/F被设定为一个化学计算值(14.7；λ＝1)并且程序返回。
在步骤S5，在冷引擎刚起动时，引擎处于一个状态，因此，首先一种引擎载荷，即表示引擎载荷的燃料喷射量(燃料喷射脉冲宽度)TP作为与在引擎出口处的Nox释放量相关的参数被读出。根据进气量QA和引擎转速NE计算燃料喷射量TP。
在步骤S6，通过比较燃料喷射量TP与一个预定的高百分比改变判断值TP1来判断是否TP≥TP1。
当TP＜TP1时，程序执行步骤S7，其中目标空气燃料比被设定为一个用于优先提高HC净化性能的低百分比范围ABFL并且程序返回。
当TP≥TP1时，程序执行步骤S8，其中目标空气燃料比被设定为一个用于提高NOx排出性能的高百分比范围并且程序返回。当燃料喷射量TP变大时，空气燃料比根据燃料喷射量TP被设定为百分比较高的范围。
详细地，目标空气燃料比被设定为多个数值(至少两个)。例如，TP1≤TP＜TP2------目标空气燃料比＝ABFR1。
TP2≤TP＜TP3------目标空气燃料比＝ABFR2。
TP3≤TP------目标空气燃料比＝ABFR3，其中ABFR1＞ABFR2＞ABFR3。
ABFR3是百分比最高的目标空气燃料比，这样，该空气燃料比以三种数值(但不限于三种数值)被控制到百分比高的范围。
图4是表示第一实施例的空气燃料比控制的一个示例的时间图。由于在引擎刚起动后的燃料喷射量小于TP1，因此空气燃料比被设定为一个百分比低的范围(ABFL)。
此时，在引擎出口处的NOx排出量小并且在引擎出口处的HC排出量大。因此，通过将空气燃料比变为用于优先提高HC净化性能的百分比低的范围来提高HC转换效率和催化剂活化。
当燃料喷射量超过TP1时(在该示例中，选择从N范围到D范围的相同时间)，阻止空气燃料比变为百分比低的范围并且目标空气燃料比被设定为百分比高的范围(ABFR1)。
当燃料喷射量进一步增大并且超过TP2和TP3时，目标空气燃料比被设定为更高的百分比(ABFR2、ABFR3)。当引擎载荷(燃料喷射量)变大时，HC排出量降低，另一方面，NOx排出量增大。因此，通过阻止变为百分比低的范围以及通过控制空气燃料比使之百分比更高，可以提高NOx转换效率。
接着，当由于后排气传感器15的输出变化而确定后排气传感器15被启动时，目标空气燃料比被设定为一个化学计算值并且将开始对其进行空气燃料比反馈控制。
根据第一实施例，由于在引擎刚起动后较早的时间内(大约0-20秒)在引擎出口处的NOx密度很低并且在引擎出口处的HC密度很高，因此通过优先进行HC净化，即，在引擎刚起动后首先控制空气燃料比到百分比低的范围，可以提高排气净化性能。
接着，通过根据与在引擎出口处的NOx密度相关的参数从低百分比到高百分比改变空气燃料比，通过根据NOx排出量的增大优先进行NOx净化，可以提高排气净化性能。
根据与在引擎出口处的NOx密度相关的参数将被控制在百分比高的范围的空气燃料比设定为多个数值并且当该参数变大时将空气燃料比控制在百分比更大的范围，因此，可以对应于NOx排出量增大的程度以最佳的形式改变空气燃料比到百分比高的范围并且可以达到总的排气净化效果。
根据第一实施例，引擎载荷(燃料喷射量)用作与在引擎出口处的NOx密度相关的参数，这是由于引擎载荷与NOx密度之间具有紧密的关系(一般说来，由于引擎载荷的增大而使NOx密度增大)并且引擎载荷还是引擎控制的一个必要的参数。因此，在不增加另外的传感器的情况下，可以进行空气燃料比的控制。
另外，根据第一实施例，通过由于在催化剂下游的排气传感器的启动而使空气燃料比保持在百分比高的范围直至能够进行空气燃料比反馈控制，并且还通过在启动排气传感器后根据排气传感器的输出将空气燃料比反馈控制到化学计算值，从而可在排气传感器启动之前和之后提高排气净化效果。
下面将对本发明的第二实施例进行描述。该实施例涉及利用空转开关进行空气燃料比控制。
图5是第二实施例所涉及的空气燃料比控制的流程图。在图5中所示的流程图中的步骤S1-步骤S4和步骤S9与图3中所示的流程图中的相同，因此省略对其的描述。
当在步骤S2，判断在引擎起动时间的水温TWINI＜冷判断水温TWAFCLH并且在步骤S4，后排气传感器没有被启动(在冷引擎刚起动后)，程序执行步骤S21。在步骤S21，空转开关12作为引擎载荷的示值被读出。
在步骤S22，判断空转开关12是否断开(加速状态)。当空转开关12接通(空转状态)，程序执行步骤S23，其中目标A/F被设定为一个百分比低的空气燃料比，该空气燃料比是预定的并且适于优先进行HC净化并且程序返回。
当空转开关12断开(加速状态)时，程序执行步骤S24，其中表示引擎载荷的燃料喷射量TP被读出并且程序执行步骤S25，其中目标A/F被设定为一个百分比高的空气燃料比，该空气燃料比用于优先进行NOx净化并且程序返回。
当燃料喷射量TP变大时，空气燃料比根据燃料喷射量TP被设定为百分比较高的范围。
详细地，目标空气燃料比被设定为多个数值(至少两个)。例如，TP＜TP4------目标空气燃料比＝ABFR1。
TP≥TP4------目标空气燃料比＝ABFR2，其中ABFR1＞ABFR2。
ABFR2是百分比较高的目标空气燃料比，这样，该空气燃料比以两种数值(但不限于两种数值)被控制到百分比高的范围，该空气燃料比可被控制为多于两种数值。
图6是表示第二实施例的空气燃料比控制的一个示例的时间图。由于在引擎刚起动后引擎处于空转状态，因此空气燃料比被设定为一个百分比低的范围(ABFL)。
此时，在引擎出口处的NOx排出量小并且在引擎出口处的HC排出量大。因此，通过将空气燃料比变为用于优先提高HC净化性能的百分比低的范围来提高HC转换效率和催化剂活化。
当通过压下加速器踏板(机动车移动)断开空转开关(加速状态)时，阻止空气燃料比变为百分比低的范围并且目标空气燃料比被设定为百分比高的范围(ABFR1)。
当燃料喷射量进一步增大并且超过TP4时，目标空气燃料比被设定为更高的百分比(ABFR2)。当在加速状态下引擎载荷(燃料喷射量)变大时，HC排出量降低较多，另一方面，NOx排出量增大较多。因此，通过阻止变为百分比低的范围以及通过控制空气燃料比使之百分比更高以优先进行NOx净化，可以提高NOx转换效率。
根据第二实施例，特别是，通过在加速状态下(空转开关断开)阻止低百分比的空气燃料比控制以及变为高百分比的空气燃料比控制，可在机动车移动之前和之后之间使控制适当地分离并且可防止高百分比范围的变换时限的延迟。代替确定空转开关作为一种加速状态，可确定在自动变速器中从N至D的换档并且可通过阻止在从N到D的换档时限进行低百分比的空气燃料比控制来将空气燃料比控制切换到高百分比范围。
下面将对本发明所涉及的第三实施例进行描述。该实施例使用关于催化剂温度的参数。
图7是第三实施例所涉及的空气燃料比控制的流程图。在图7中所示的流程图中的步骤S1-步骤S4和步骤S9与图3中所示的流程图中的相同，因此省略对其的描述。
当在步骤S2，判断在引擎起动时间的水温TWINI＜冷判断水温TWAFCLH并且在步骤S4，后排气传感器没有被启动(在冷引擎刚起动后)，程序执行步骤S31。在步骤S31，作为关于催化剂温度的一个参数，读出利用催化剂温度传感器16直接检测或者间接检测的催化剂温度TC或者根据流入到催化剂中的气体量的计算而估算温度TC。
在步骤S32，通过比较催化剂温度TC与一个预定的高百分比改变判断值TC1来判断是否TC≥TC1。
当TC＜TC1时，程序执行步骤S33，其中目标空气燃料比被设定为一个低百分比范围ABFL并且程序返回，该低百分比范围ABFL是预定的以用于优先提高HC净化性能。
当TC≥TC1时，程序执行步骤S34，其中目标空气燃料比被设定为一个用于提高NOx排出性能的高百分比范围并且程序返回。当催化剂温度TC变大时，空气燃料比根据催化剂温度TC被设定为百分比较高的范围。
详细地，目标空气燃料比被设定为多个数值(至少两个)。例如，TC1≤TC＜TC2------目标空气燃料比＝ABFR1。
TC2≤TC------目标空气燃料比＝ABFR2，其中ABFR1＞ABFR2。
ABFR2是百分比较高的目标空气燃料比，这样，该空气燃料比以两种数值(但不限于两种数值)被控制到百分比高的范围，该空气燃料比可被控制为多于两种数值。
图8是表示第三实施例的空气燃料比控制的一个示例的时间图。由于在引擎刚起动后的催化剂温度小于TC1，因此空气燃料比被设定为一个百分比低的范围(ABFL)。
此时，在引擎出口处的NOx排出量小并且在引擎出口处的HC排出量大。因此，通过将空气燃料比变为用于优先提高HC净化性能的百分比低的范围来提高HC转换效率和催化剂活化。
当催化剂温度超过TC1时，阻止空气燃料比变为百分比低的范围并且目标空气燃料比被设定为百分比高的范围(ABFR1)。当催化剂温度进一步增大并且超过TC2时，目标空气燃料比被设定为更高的百分比(ABFR2)。
当催化剂温度升高时，HC排出量降低，另一方面，NOx排出量增大。因此，通过阻止变为百分比低的范围以及通过控制空气燃料比使之百分比更高以优先进行NOx净化，可以提高NOx转换效率。
图9示出了对应于A/F的变化(化学计算值、高百分比、低百分比)在各个催化剂温度(350℃、400℃、450℃、500℃)在催化剂中的HC保持率和NOx保持率。从图9中可以看出，在低温度范围(350℃、400℃)，特别是在高百分比的范围，由于HC转换效率降低而使HC保持率较高，但是由于变为低百分比的范围而使NOx保持率变高。因此，最好空气燃料比处于高百分比的范围的化学计算值一侧。在高温度范围(450℃、500℃)，由于HC转换效率提高而使HC保持率降低的很多，另一方面，NOx保持率在低百分比的范围快速增加。这表示，此时空气燃料比应该被控制在百分比较高的范围。
根据第三实施例，由于在引擎刚起动后较早的时间内(大约0-20秒)在引擎出口处的NOx密度很低并且在引擎出口处的HC密度很高，因此通过优先进行HC净化，即，在引擎刚起动后首先控制空气燃料比到百分比低的范围，可以提高排气净化性能。
接着，通过根据与在引擎出口处的NOx密度相关的参数从低百分比到高百分比改变空气燃料比，通过根据NOx排出量的增大优先进行NOx净化，可以提高排气净化性能。
根据与催化剂温度相关的参数将被控制在百分比高的范围的空气燃料比设定为多个数值并且当该参数变大时将空气燃料比控制在百分比更大的范围，因此，可以根据在催化剂的提高的HC转换效率的程度以最佳的形式改变空气燃料比到百分比高的范围并且可以达到总的排气净化效果。
根据第三实施例，检测的或者估算的催化剂温度用作关于催化剂温度的一个参数。这可通过安装一个催化剂温度传感器或者根据引擎操作状态进行估算容易地实现。
下面将对本发明所涉及的第四实施例进行描述。在该实施例中，引擎温度(特别是水温)用作关于催化剂温度的参数。
图10是第四实施例所涉及的空气燃料比控制的流程图。在图10中所示的流程图中的步骤S1-步骤S4和步骤S9与图3中所示的流程图中的相同，因此省略对其的描述。
当在步骤S2，判断在引擎起动时间的水温TWINI＜冷判断水温TWAFCLH并且在步骤S4，后排气传感器没有被启动(在冷引擎刚起动后)，程序执行步骤S41。在步骤S41，根据来自于一个水传感器13的信号读出作为关于催化剂温度的一个参数的引擎温度，即水温TW。
在步骤S42，通过比较测定的水温TW与一个预定的高百分比改变判断值TW1来判断是否TW≥TW1。
当TW＜TW1时，程序执行步骤S43，其中目标空气燃料比被设定为一个低百分比范围ABFL并且程序返回，该低百分比范围ABFL用于优先提高HC净化性能。
当TW≥TW1时，程序执行步骤S44，其中目标空气燃料比被设定为一个用于提高NOx排出性能的高百分比范围并且程序返回。当水温TW变大时，空气燃料比根据水温TW被设定为百分比较高的范围。
详细地，目标空气燃料比被设定为多个数值(至少两个)。例如，TW1≤TW＜TW2------目标空气燃料比＝ABFR1。
TW2≤TW------目标空气燃料比＝ABFR2，其中ABFR1＞ABFR2。
ABFR2是百分比较高的目标空气燃料比，这样，该空气燃料比以两种数值(但不限于两种数值)被控制到百分比高的范围，该空气燃料比可被控制为多于两种数值。
图11是表示第四实施例的空气燃料比控制的一个示例的时间图。由于在引擎刚起动后的水温小于TW1，因此空气燃料比被设定为一个百分比低的范围(ABFL)。
此时，在引擎出口处的NOx排出量小并且在引擎出口处的HC排出量大。因此，通过将空气燃料比变为用于优先提高HC净化性能的百分比低的范围来提高HC转换效率和催化剂活化。
当催化剂温度超过TW1时，阻止空气燃料比变为百分比低的范围并且目标空气燃料比被设定为百分比高的范围(ABFR1)。当水温进一步增大并且超过TW2时，目标空气燃料比被设定为更高的百分比(ABFR2)。
当水温升高时，由于催化剂温度随之升高，HC排出量会因HC转换效率的提高而降低，另一方面，NOx排出量由于温度升高而增大。因此，通过阻止变为百分比低的范围以及通过控制空气燃料比使之百分比更高以优先进行NOx净化，可以提高NOx转换效率。
根据第四实施例，特别是在引擎温度用作与催化剂温度相关的参数，这是由于引擎温度与催化剂温度之间具有紧密的关系并且引擎温度还是引擎控制的一个必要的参数，因此可容易地实施该实施例。
对于第三和第四实施例，可增加一种控制，在确定加速状态时(空转开关断开或者换档时限从N到D)，如在第二实施例中所述的，阻止空气燃料比变换到低百分比的范围并且将空气燃料比切换到高百分比的范围。
本申请要求于2002年1月11日申请的日本专利申请No.2002-004643的优先权。日本专利申请No.2002-004643所披露的全部内容在这里作为参考。
尽管选择了一些实施例对本发明进行描述，但是本领域普通技术人员显然可在不脱离由附属的权利要求所限定的本发明的保护范围的基础上对这些实施例进行各种改进和变型。
另外，上面关于对本发明的实施例的详细描述仅是为了说明，不是对本发明的限定，本发明的保护范围是由附属的权利要求及其等同限定的。
权利要求
1.一种用于内燃机中排气净化的设备包括设置在内燃机排气通道中的三向催化剂；用于将燃料供给到内燃机中的燃料喷射器；引擎操作状态检测单元，所述引擎操作状态检测单元用于检测引擎的操作状态；以及引擎控制单元，所述引擎控制单元能够根据引擎操作状态设定空气燃料比并且根据空气燃料比控制燃料喷射器的燃料喷射量，其特征在于，所述引擎控制单元获得与在引擎出口处的NOx密度或者催化剂温度相关的一个参数，所述引擎控制单元在引擎刚起动后将空气燃料比控制在低的范围，接着将空气燃料比控制在高的范围，并且根据所述参数转换空气燃料比使其从低到高；所述引擎控制单元根据所述参数将被控制在高范围的空气燃料比设定为多个数值中的一个，并且当参数表示高NOx密度或高催化剂温度时将空气燃料比设定为较高。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述与在引擎出口处的NOx密度相关的参数是引擎载荷。
3.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述与催化剂温度相关的参数是检测的或者估算的催化剂温度。
4.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述与催化剂温度相关的参数是引擎温度。
5.如权利要求1所述的设备，其特征在于，当检测到一个加速状态时，所述引擎控制单元阻止将空气燃料比控制到低的范围并且将空气燃料比切换到高的范围。
6.如权利要求5所述的设备，其特征在于，所述设备还包括设置在进气通道中的节流阀；以及在节流阀处于完全关闭的状态下接通的空转开关，其中所述加速状态是由空转开关的断开测定的。
7.如权利要求5所述的设备，其特征在于，所述设备还包括与所述引擎相连的自动变速器，其中，所述加速状态是由在自动变速器中从N范围到D范围的换档确定的。
8.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备还包括设置在排气通道中的催化剂下游的排气传感器，其中，由于排气传感器的启动，所述引擎控制单元持续控制空气燃料比处于高的状态直至能够进行空气燃料比反馈控制。
9.如权利要求8所述的设备，其特征在于，在排气传感器启动后，基于排气传感器的输出将空气燃料比反馈控制到一个化学计算值。
10.一种用于内燃机中排气净化的设备包括设置在内燃机排气通道中的三向催化剂；用于将燃料供给到内燃机中的燃料喷射器；引擎操作状态检测单元，所述引擎操作状态检测单元用于检测引擎的操作状态；以及引擎控制单元，所述引擎控制单元能够根据引擎操作状态设定空气燃料比并且根据空气燃料比控制燃料喷射器的燃料喷射量，其中，所述引擎控制单元包括参数获得装置，所述参数获得装置能够获得与在引擎出口处的NOx密度或者与催化剂温度相关的一个参数，空气燃料比切换装置，所述空气燃料比切换装置在引擎刚起动后将空气燃料比控制在百分比低的范围，接着将空气燃料比控制在百分比高的范围，并且根据所述参数改变空气燃料比使其从低百分比到高百分比；以及高百分比空气燃料比设定装置，所述高百分比空气燃料比设定装置根据所述参数将被控制在百分比高范围的空气燃料比设定为多个数值中的一个，并且当参数表示高NOx密度或高催化剂温度时将空气燃料比设定为百分比较高的范围。
11.一种用于内燃机中排气净化的方法，所述内燃机的排气通道中设有三向催化剂，所述方法包括利用燃料喷射器将燃料供给到所述引擎；检测引擎的操作状态；根据引擎操作状态设定空气燃料比；根据空气燃料比控制燃料喷射器的燃料喷射量；获得与在引擎出口处的NOx密度或者与催化剂温度相关的一个参数；在引擎刚起动后将空气燃料比控制在百分比低的范围，接着将空气燃料比控制在百分比高的范围；根据所述参数进行空气燃料比的切换，使其从低百分比到高百分比；以及根据所述参数将被控制在百分比高范围的空气燃料比设定为多个数值中的一个，并且当参数表示较高NOx密度或较高催化剂温度时将空气燃料比设定为百分比较高的范围。
12.如权利要求2所述的设备，其特征在于，根据燃料喷射量确定引擎载荷。
全文摘要
本发明公开了一种用于内燃机中排气净化的设备和方法，为了在冷引擎刚起动后提高排气净化效率，首先对于HC净化，在引擎刚起动后，将空气燃料比控制在一个低百分比的范围。接着对于NOx净化，根据与在引擎出口处的NOx密度的一个参数(引擎载荷，即燃料喷射量)或者与催化剂温度(催化剂温度或者水温)相关的一个参数将空气燃料比从低百分比的范围切换到高百分比的范围。根据上述参数将被控制在百分比高范围的空气燃料比设定为多个数值并且当参数表示高密度或高温度时将空气燃料比设定为百分比较高的范围。
文档编号F02D41/10GK1431393SQ0310153
公开日2003年7月23日 申请日期2003年1月10日 优先权日2002年1月11日
发明者小熊元 申请人:日产自动车株式会社