內(nèi)燃機(jī)的控制裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及根據(jù)空燃比傳感器的輸出來控制內(nèi)燃機(jī)的內(nèi)燃機(jī)的控制裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]一直以來，在內(nèi)燃機(jī)的排氣通路中設(shè)置空燃比傳感器，并基于該空燃比傳感器的輸出來控制向內(nèi)燃機(jī)供給的燃料量的內(nèi)燃機(jī)的控制裝置就廣為人知(例如參照專利文獻(xiàn)I ?4) ο
[0003]例如，在專利文獻(xiàn)I中記載的控制裝置中，作為空燃比傳感器，使用如下傳感器:其具備暴露于在排氣通路內(nèi)流動的排氣中的第一電極、暴露于空氣中的第二電極、配置在第一電極與第二電極之間的氧化鋯等的固體電解質(zhì)層。在由該空燃比傳感器檢測排氣的空燃比(以下也稱為“排氣空燃比”)時，在這些電極間施加0.4V的電壓的同時，在這些電極間流動的電流作為輸出電流被檢測出。而且，基于該輸出電流算出排氣空燃比。
[0004]在先技術(shù)文獻(xiàn)
[0005]專利文獻(xiàn)
[0006]專利文獻(xiàn)1:日本特開2004-316553號公報
[0007]專利文獻(xiàn)2:日本特開2005-351096號公報
[0008]專利文獻(xiàn)3:日本特開2003-329637號公報
[0009]專利文獻(xiàn)4:日本特開平8-232723號公報
[0010]專利文獻(xiàn)5:日本特開2000-356618號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]可是，如專利文獻(xiàn)I所記載的空燃比傳感器一般被構(gòu)成為具有由圖2中的實(shí)線A所示的輸出特性。即，在這樣的空燃比傳感器中，排氣空燃比越大(即越稀)，從空燃比傳感器輸出的輸出電流就越大。而且，這樣的空燃比傳感器被構(gòu)成為在排氣空燃比為理論空燃比時輸出電流變?yōu)榱恪?br>[0012]但是，圖2中的斜率、即輸出電流增加量相對于排氣空燃比增加量的比率(以下稱為“輸出電流變化率”)，即使經(jīng)過同樣的生產(chǎn)工序也未必相同，即使是同一型式的空燃比傳感器，在個體間也會產(chǎn)生偏差。而且，在同一空燃比傳感器中，也會由于經(jīng)年劣化等而導(dǎo)致輸出電流變化率變化。其結(jié)果，即便使用同一型式的傳感器，也會根據(jù)所使用的傳感器、使用期間等而導(dǎo)致如圖2中的虛線B所示那樣輸出電流變化率變小、或如單點(diǎn)劃線C所示那樣輸出電流變化率變大。
[0013]因此，即使使用同一型式的空燃比傳感器進(jìn)行同一空燃比的排氣的測量，也會根據(jù)所使用的傳感器、使用期間等而導(dǎo)致空燃比傳感器的輸出電流不同。例如，在空燃比傳感器具有由實(shí)線A所示那樣的輸出特性的情況下，進(jìn)行空燃比為&4的排氣的測量時的輸出電流為12。但是，在空燃比傳感器具有如由虛線B或單點(diǎn)劃線C所示那樣的輸出特性的情況下，進(jìn)行空燃比為af\的排氣的測量時的輸出電流分別為I i以及I 3，成為與所述的12不同的輸出電流。
[0014]因此，這樣的空燃比傳感器，雖然對于理論空燃比以及相對于理論空燃比為濃以及為稀的情況能夠正確地檢測，但在排氣的空燃比不為理論空燃比時不能夠正確地檢測其絕對值(即濃程度、稀程度)。
[0015]特別是在從設(shè)置于內(nèi)燃機(jī)的排氣通路中的排氣凈化催化劑排出的排氣中最成為問題的是N0X。為此，設(shè)置于排氣凈化催化劑的排氣流動方向下游側(cè)的空燃比傳感器，在從排氣凈化催化劑流出的排氣中包含NOx的情況下，即從排氣凈化催化劑流出的排氣的空燃比為比理論空燃比稀的空燃比(以下稱為“稀空燃比”)的情況下，需要正確地檢測其絕對值。
[0016]因此，鑒于所述課題，本發(fā)明的目的在于提供一種內(nèi)燃機(jī)的控制裝置，其使用了即使是排氣的空燃比為稀空燃比時也能夠檢測排氣的空燃比的絕對值的空燃比傳感器。
[0017]為了解決所述問題，第I發(fā)明提供一種內(nèi)燃機(jī)的控制裝置，其具備:設(shè)置于內(nèi)燃機(jī)的排氣通路中的能吸藏氧的排氣凈化催化劑；在該排氣凈化催化劑的排氣流動方向下游側(cè)設(shè)置于所述排氣通路中的下游側(cè)空燃比傳感器；和根據(jù)該下游側(cè)空燃比傳感器的輸出來控制內(nèi)燃機(jī)的內(nèi)燃機(jī)控制單元，所述下游側(cè)空燃比傳感器被構(gòu)成為:輸出電流變?yōu)榱銜r的施加電壓根據(jù)排氣空燃比而變化，并且在排氣空燃比為理論空燃比時當(dāng)使該下游側(cè)空燃比傳感器中的施加電壓增大時輸出電流隨之增大，在由所述下游側(cè)空燃比傳感器檢測排氣的空燃比時，該下游側(cè)空燃比傳感器中的施加電壓被固定為恒定電壓，該恒定電壓是在排氣空燃比為比理論空燃比稀的預(yù)先確定的空燃比時輸出電流變?yōu)榱銜r的電壓。
[0018]第2發(fā)明為，在第I發(fā)明基礎(chǔ)上，所述內(nèi)燃機(jī)控制單元將所述下游側(cè)空燃比傳感器的輸出電流變?yōu)榱銜r的排氣空燃比判斷為所述預(yù)先確定的空燃比。
[0019]第3發(fā)明為，在第I或第2發(fā)明基礎(chǔ)上，還具備:在所述排氣凈化催化劑的排氣流動方向上游側(cè)設(shè)置于所述排氣通路中的上游側(cè)空燃比傳感器，所述內(nèi)燃機(jī)控制單元控制向所述排氣凈化催化劑流入的排氣的空燃比，使得由所述上游側(cè)空燃比傳感器檢測出的空燃比變?yōu)槟繕?biāo)空燃比。
[0020]第4發(fā)明為，在第3發(fā)明基礎(chǔ)上，所述上游側(cè)空燃比傳感器被構(gòu)成為:輸出電流變?yōu)榱銜r的施加電壓根據(jù)排氣空燃比而變化，并且在排氣空燃比為理論空燃比時當(dāng)使該上游側(cè)空燃比傳感器中的施加電壓增大時輸出電流隨之增大，在由所述上游側(cè)空燃比傳感器檢測排氣的空燃比時，所述上游側(cè)空燃比傳感器中的施加電壓被固定為恒定電壓，該恒定電壓是在排氣空燃比為理論空燃比時輸出電流變?yōu)榱銜r的電壓。
[0021]第5發(fā)明為，在第3或第4發(fā)明基礎(chǔ)上，所述上游側(cè)空燃比傳感器被構(gòu)成為:輸出電流變?yōu)榱銜r的施加電壓根據(jù)排氣空燃比而變化，并且在排氣空燃比為理論空燃比時當(dāng)使該上游側(cè)空燃比傳感器中的施加電壓增大時輸出電流隨之增大，所述下游側(cè)空燃比傳感器中的施加電壓低于所述上游側(cè)空燃比傳感器中的施加電壓。
[0022]第6發(fā)明為，在第3?第5的任一個發(fā)明的基礎(chǔ)上，所述內(nèi)燃機(jī)控制單元在所述上游側(cè)空燃比傳感器的輸出電流變?yōu)榱阋陨蠒r使向所述排氣凈化催化劑流入的排氣的目標(biāo)空燃比比理論空燃比濃。
[0023]第7發(fā)明為，在第6發(fā)明的基礎(chǔ)上，所述內(nèi)燃機(jī)控制單元具備:氧吸藏量增加單元，該單元在所述下游側(cè)空燃比傳感器的輸出電流變?yōu)榕c比理論空燃比濃的濃判定空燃比相應(yīng)的值以下時，使向所述排氣凈化催化劑流入的排氣的目標(biāo)空燃比連續(xù)或斷續(xù)地比理論空燃比稀，直到所述排氣凈化催化劑的氧吸藏量變?yōu)楸茸畲笱跷亓可俚囊?guī)定的吸藏量為止；和氧吸藏量減少單元，該單元在所述排氣凈化催化劑的氧吸藏量變?yōu)樗鲆?guī)定的吸藏量以上時，使所述目標(biāo)空燃比連續(xù)或斷續(xù)地比理論空燃比濃，使得該氧吸藏量并不達(dá)到最大氧吸藏量而朝向零減少。
[0024]第8發(fā)明為，在第6發(fā)明的基礎(chǔ)上，所述內(nèi)燃機(jī)控制單元具備:空燃比稀切換單元，該單元在所述下游側(cè)空燃比傳感器的輸出電流變?yōu)榕c比理論空燃比濃的濃判定空燃比相應(yīng)的值以下時，使向所述排氣凈化催化劑流入的排氣的目標(biāo)空燃比變化到比理論空燃比稀的稀設(shè)定空燃比；稀程度降低單元，該單元在利用該空燃比稀切換單元使所述目標(biāo)空燃比變化之后且所述下游側(cè)空燃比傳感器的輸出電流變?yōu)榱阋陨现埃顾瞿繕?biāo)空燃比變化為與理論空燃比之差小于所述稀設(shè)定空燃比與理論空燃比之差的稀空燃比；空燃比濃切換單元，該單元在所述下游側(cè)空燃比傳感器的輸出電流變?yōu)榱阋陨蠒r，使所述目標(biāo)空燃比變化到比理論空燃比濃的濃設(shè)定空燃比；和濃程度降低單元，該單元在利用該空燃比濃切換單元使所述目標(biāo)空燃比變化之后且所述下游側(cè)空燃比傳感器的輸出電流變?yōu)榕c所述濃判定空燃比相應(yīng)的值以下之前，使所述目標(biāo)空燃比變化為與理論空燃比之差小于所述濃設(shè)定空燃比與理論空燃比之差的濃空燃比。
[0025]第9發(fā)明為，在第I?第8的任一個發(fā)明的基礎(chǔ)上，所述下游側(cè)空燃比傳感器具備:第一電極，其經(jīng)由擴(kuò)散律速層暴露于作為空燃比檢測對象的排氣中；第二電極，其暴露于基準(zhǔn)氣氛中；固體電解質(zhì)層，其配置在所述第一電極與所述第二電極之間；和電壓施加裝置，其在所述第一電極與所述第二電極之間施加電壓，所述施加電壓是由電壓施加裝置施加的電壓，所述下游側(cè)空燃比傳感器被構(gòu)成為在各排氣空燃比下具有:電流增大區(qū)域，其是輸出電流隨著施加電壓的增大而增大的電壓區(qū)域；和電流微增區(qū)域，其是通過設(shè)置所述擴(kuò)散律速層，與所述電流增大區(qū)域相比，相對于施加電壓增加量的輸出電流增加量變小的電壓區(qū)域，所述下游側(cè)空燃比傳感器中的恒定電壓是排氣空燃比為理論空燃比時的所述電流微增區(qū)域內(nèi)的電壓。
[0026]第10發(fā)明為，在第I?第8的任一個發(fā)明的基礎(chǔ)上，所述下游側(cè)空燃比傳感器被構(gòu)成為在各排氣空燃比下具有臨界電流區(qū)域，該臨界電流區(qū)域是所述輸出電流變?yōu)榕R界電流時的電壓區(qū)域，所述下游側(cè)空燃比傳感器中的恒定電壓是排氣空燃比為理論空燃比時的所述臨界電流區(qū)域內(nèi)的電壓。
[0027]第11發(fā)明為，在第I?第8的任一個發(fā)明的基礎(chǔ)上，所述下游側(cè)空燃比傳感器被構(gòu)成為在各排氣空燃比下具有:比例區(qū)域，其是所述施加電壓和輸出電流的關(guān)系為輸出電流與施加電壓的增大成比例地增大的電壓區(qū)域；水分解區(qū)域，其是通過發(fā)生水的分解，輸出電流根據(jù)施加電壓的變化而變化的電壓區(qū)域；和中間區(qū)域，其是所述比例區(qū)域和水分解區(qū)域之間的電壓區(qū)域，所述下游側(cè)空燃比傳感器中的恒定電壓是排氣空燃比為理論空燃比時的所述中間區(qū)域內(nèi)的電壓。
[0028]第12發(fā)明為，在第I?第8的任一個發(fā)明的基礎(chǔ)上，所述下游側(cè)空燃比傳感器中的恒定電壓被設(shè)為在排氣空燃比比理論空燃比高I %時輸出電流變?yōu)榱銜r的電壓以上、且比在排氣空燃比為理論空燃比時輸出電流變?yōu)榱銜r的電壓低的電壓。
[0029]第13發(fā)明為，在第I?第8的任一個發(fā)明的基礎(chǔ)上，所述下游側(cè)空燃比傳感器被構(gòu)成為:在各排氣空燃比下所述施加電壓和輸出電流的關(guān)系為輸出電流隨著施加電壓增大而增大到第一彎曲點(diǎn)，從第一彎曲點(diǎn)開始，輸出電流隨著施加電壓增大而增大到第二彎曲點(diǎn)，從第二彎曲點(diǎn)開始，輸出電流隨著施加電壓增大而增大，并且在第一彎曲點(diǎn)與第二彎曲點(diǎn)之間的電壓區(qū)域中，與其他電壓區(qū)域相比，相對于施加電壓增加量的輸出電流增加量變小，所述下游側(cè)空燃比傳感器中的恒定電壓被設(shè)為排氣空燃比為理論空燃比時的所述第一彎曲點(diǎn)和第二彎曲點(diǎn)之間的電壓。
[0030]第14發(fā)明為，在第I?第8的任一個發(fā)明的基礎(chǔ)上，所述下游側(cè)空燃比傳感器具備:第一電極，其經(jīng)由擴(kuò)散律速層暴露于作為空燃比檢測對象的排氣中；第二電極，其暴露于基準(zhǔn)氣氛中；固體電解質(zhì)層，其配置在所述第一電極與所述第二電極之間；和電壓施加裝置，其在所述第一電極與所述第二電極之間施加電壓，所述擴(kuò)散律速層由氧化鋁形成，所述施加電壓是由電壓施加裝置施加的電壓，所述下游側(cè)空燃比傳感器中的恒定電壓被設(shè)為0.1V以上且低于0.45V的電壓。
[0031]第15發(fā)明為，在第3?第8的任一個發(fā)明的基礎(chǔ)上，所述下游側(cè)空燃比傳感器具備:第一電極，其經(jīng)由擴(kuò)散律速層暴露于作為空燃比檢測對象的排氣中；第二電極，其暴露于基準(zhǔn)氣氛中；固體電解質(zhì)層，其配置在所述第一電極與所述第二電極之間；和電壓施加裝置，其在所述第一電極與所述第二電極之間施加電壓，所述擴(kuò)散律速層由氧化鋁形成，所述施加電壓是由電壓施加裝置施加的電壓，所述上游側(cè)空燃比傳感器中的恒定電壓被設(shè)為0.4V以上0.45V以下。
[0032]第16發(fā)明為，在第I?第15的任一個發(fā)明的基礎(chǔ)上，所述下游側(cè)空燃比傳感器具備:第一電極，其經(jīng)由擴(kuò)散律速層暴露于作為空燃比檢測對象的排氣中；第二電極，其暴露于基準(zhǔn)氣氛中；固體電解質(zhì)層，其配置在所述第一電極與所述第二電極之間；電壓施加裝置，其在所述第一電極與所述第二電極之間施加電壓；和電流檢測裝置，其檢測在所述第一電極與所述第二電極之間流動的電流，所述施加電壓是由電壓施加裝置施加的電壓，所述輸出電流是由所述電流檢測裝置檢測出的電流。
[0033]根據(jù)本發(fā)明，提供使用了即使是排氣的空燃比為稀空燃比時也能夠檢測排氣的空燃比的絕對值的空燃比傳感器的內(nèi)燃機(jī)的控制裝置。
【附圖說明】
[0034]圖1是概略地示出采用本發(fā)明的控制裝置的內(nèi)燃機(jī)的圖。
[0035]圖2是表示空燃比傳感器的輸出特性的圖。
[0036]圖3是空燃比傳感器的概略的截面圖。
[0037]圖4是概略地示出空燃比傳感器的工作的圖。
[0038]圖5是表示構(gòu)成電壓施加裝置以及電流檢測裝置的具體的電路的一例的圖。
[0039]圖6是表示各排氣空燃比下的傳感器施加電壓與輸出電流的關(guān)系的圖。
[0040]圖7是表示各傳感器施加電壓下的排氣空燃比與輸出電流的關(guān)系的圖。
[0041]圖8是放大地示出圖6中由X-X所示的區(qū)域的圖。
[0042]圖9是放大地示出圖7中由Y-Y所示的區(qū)域的圖。
[0043]圖10是表示空燃比傳感器的傳感器施加電壓與輸出電流的關(guān)系的圖。
[0044]圖11是表示空燃比傳感器的空燃比與輸出電流的關(guān)系的圖。
[0045]圖12是表示傳感器施加電壓與輸出電流的關(guān)系的圖。
[0046]圖13是表示排氣凈化催化劑的氧吸藏量與從排氣凈化催化劑流出的排氣中的NOx或未燃?xì)怏w的濃度的關(guān)系。
[0047]圖14是上游側(cè)排氣凈化催化劑的氧吸藏量等的時間圖。
[0048]圖15是控制裝置的功能框圖。
[0049]圖16是表示空燃比修正量的計(jì)算控制的控制程序的流程圖。
[0050]圖17是上游側(cè)排氣凈化催化劑的氧吸藏量等的時間圖。
[0051]圖18是上游側(cè)排氣凈化催化劑的氧吸藏量等的時間圖。
【具體實(shí)施方式】
[0052]以下，參照附圖對本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)的控制裝置詳細(xì)地說明。再者，在以下的說明中，對同樣的構(gòu)成要素標(biāo)記相同參照標(biāo)記。圖1是概略地示出采用本發(fā)明的第一實(shí)施方式涉及的控制裝置的內(nèi)燃機(jī)的圖。
[0053]<內(nèi)燃機(jī)整體的說明>
[0054]參照圖1，I表示內(nèi)燃機(jī)主體，2表示氣缸體，3表示在氣缸體2內(nèi)進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動的活塞，4表不固定在氣缸體2上的氣缸蓋，5表不在活塞3與氣缸蓋4之間形成的燃燒室，6表不吸氣閥，7表不吸氣口，8表不排氣閥，9表不排氣口。吸氣閥6對吸氣口 7進(jìn)行開關(guān)，排氣閥8對排氣口 9進(jìn)行開關(guān)。
[0055]如圖1所示，在氣缸蓋4的內(nèi)壁面的中央部配置有火花塞10，在氣缸蓋4的內(nèi)壁面周邊部配置有燃料噴射閥11。火花塞10被構(gòu)成為根據(jù)點(diǎn)火信號產(chǎn)生火花。另外，燃料噴射閥11根據(jù)噴射信號向燃燒室5內(nèi)噴射規(guī)定量的燃料。再者，燃料噴射閥11也可以被配置為向吸氣口 7內(nèi)噴射燃料。另外，在本實(shí)施方式中，作為燃料，可使用在排氣凈化催化劑中的理論空燃比為14.6的汽油。但是，本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)也可以使用其他燃料。
[0056]各氣缸的吸氣口 7經(jīng)由各自對應(yīng)的吸氣支管13與緩沖罐(surge tank) 14連接，緩沖罐14經(jīng)由吸氣管15與空氣濾清器16連接。吸氣口 7、吸氣支管13、緩沖罐14、吸氣管15形成吸氣通路。另外，在吸氣管15內(nèi)配置有由節(jié)流閥驅(qū)動致動器17驅(qū)動的節(jié)流閥18。節(jié)流閥18通過利用節(jié)流閥驅(qū)動致動器17使其轉(zhuǎn)動，能夠變更吸氣通路的開口面積。
[0057]另一方面，各氣缸的排氣口 9與排氣歧管19連接。排氣歧管19具有與各排氣口 9連接的多個分支部和集合了這些分支部的集合部。排氣歧管19的集合部與內(nèi)置有上游側(cè)排氣凈化催化劑20的上游側(cè)殼體21連接。上游側(cè)殼體21經(jīng)由排氣管22與內(nèi)置有下游側(cè)排氣凈化催化劑24的下游側(cè)殼體23連接。排氣口 9、排氣歧管19、上游側(cè)殼體21、排氣管22以及下游側(cè)殼體23形成排氣通路。
[0058]電子控制單元(E⑶)31包括數(shù)字計(jì)算機(jī)，具備經(jīng)由雙向性總線32相互連接的RAM (隨機(jī)存取存儲器)33、ROM (只讀存儲器)34、CPU (微處理器)35、輸入端口 36以及輸出端口 37。在吸氣管15中配置有用于檢測在吸氣管15內(nèi)流動的空氣流量的空氣流量計(jì)39，該空氣流量計(jì)39的輸出經(jīng)由對應(yīng)的AD轉(zhuǎn)換器38被輸入到輸入端口 36。另外，在排氣歧管19的集合部中配置有檢測在排氣歧管19內(nèi)流動的排氣(即向上游側(cè)排氣凈化催化劑20流入的排氣)的空燃比的上游側(cè)空燃比傳感器40。而且，在排氣管22內(nèi)，配置有檢測在排氣管22內(nèi)流動的排氣(即從上游側(cè)排氣凈化催化劑20流出并向下游側(cè)排氣凈化催化劑24流入的排氣)的空燃比的下游側(cè)空燃比傳感器41。這些空燃比傳感器40、41的輸出也經(jīng)由對應(yīng)的AD轉(zhuǎn)換器38被輸入到輸入端口 36。再者，后面敘述這些空燃比傳感器40、41的構(gòu)成。
[0059]另外，產(chǎn)生與加速踏板42的踏下量成比例的輸出電壓的負(fù)荷傳感器43與加速踏板42連接，負(fù)荷傳感器43的輸出電壓經(jīng)由對應(yīng)的AD轉(zhuǎn)換器38被輸入到輸入端口 36。曲軸轉(zhuǎn)角傳感器44，例如曲軸每旋轉(zhuǎn)15°就產(chǎn)生輸出脈沖，該輸出脈沖被輸入到輸入端口 36。CPU35由該曲軸轉(zhuǎn)角傳感器44的輸出脈沖計(jì)算內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速。另一方面，輸出端口 37經(jīng)由對應(yīng)的驅(qū)動電路45與火花塞10、燃料噴射閥11以及節(jié)流閥驅(qū)動致動器17連接。再者，ECU31作為基于各種傳感器等的輸出來控制內(nèi)燃機(jī)的控制單元發(fā)揮作用。