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(lái)控制內(nèi)燃機(jī)的內(nèi)燃機(jī)的控制裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]以往以來(lái)，在內(nèi)燃機(jī)的排氣通路設(shè)置空燃比傳感器并基于該空燃比傳感器的輸出來(lái)控制向內(nèi)燃機(jī)供給的燃料量的內(nèi)燃機(jī)的控制裝置廣為人知(例如，參照專利文獻(xiàn)I?6)。另外，在該控制裝置中所使用的空燃比傳感器也廣為人知。
[0003]該空燃比傳感器大體分為I元件型空燃比傳感器(例如，專利文獻(xiàn)2、4)和2元件型空燃比傳感器(例如，專利文獻(xiàn)1、3、5)。在I元件型空燃比傳感器中，僅設(shè)置有一個(gè)元件，該元件包括氧離子能夠通過(guò)的固體電解質(zhì)層和在其兩側(cè)面上設(shè)置的兩個(gè)電極。其中一方的電極暴露于大氣，另一方的電極經(jīng)由擴(kuò)散限速層暴露于排氣。在這樣構(gòu)成的I元件型空燃比傳感器中，對(duì)配置在固體電解質(zhì)層的兩側(cè)面上的兩個(gè)電極間施加電壓，并且與此相伴，在固體電解質(zhì)層的兩側(cè)面間，根據(jù)這些側(cè)面間的氧濃度比而產(chǎn)生氧離子的移動(dòng)。通過(guò)檢測(cè)因該氧離子的移動(dòng)而產(chǎn)生的電流來(lái)檢測(cè)排氣的空燃比(以下，也稱作“排氣空燃比(例如，專利文獻(xiàn)2)。
[0004]另一方面，在2元件型空燃比傳感器中，設(shè)置有兩個(gè)元件，該元件包括氧離子能夠通過(guò)的固體電解質(zhì)層和在其兩側(cè)面上設(shè)置的兩個(gè)電極。其中一方的元件(基準(zhǔn)元件)構(gòu)成為檢測(cè)電壓(電動(dòng)勢(shì))根據(jù)被測(cè)氣體室內(nèi)的排氣中的氧濃度而變化。另外，另一方的元件(泵元件)根據(jù)泵電流而對(duì)被測(cè)氣體室內(nèi)的排氣進(jìn)行氧的泵入和泵出。特別是，泵元件的泵電流被設(shè)定成為了使在基準(zhǔn)元件中檢測(cè)到的檢測(cè)電壓與目標(biāo)電壓值一致而進(jìn)行氧的泵入和泵出，通過(guò)檢測(cè)該泵電流來(lái)檢測(cè)排氣空燃比。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0006]專利文獻(xiàn)1:日本特開(kāi)2002-357589號(hào)公報(bào)
[0007]專利文獻(xiàn)2:日本特開(kāi)2005-351096號(hào)公報(bào)
[0008]專利文獻(xiàn)3:日本特開(kāi)2004-258043號(hào)公報(bào)
[0009]專利文獻(xiàn)4:日本特開(kāi)2000-356618號(hào)公報(bào)
[0010]專利文獻(xiàn)5:日本特開(kāi)2003-329637號(hào)公報(bào)
[0011]專利文獻(xiàn)6:日本特開(kāi)平8-232723號(hào)公報(bào)
[0012]專利文獻(xiàn)7:日本特開(kāi)2009-162139號(hào)公報(bào)
[0013]專利文獻(xiàn)8:日本特開(kāi)2001-234787號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]如專利文獻(xiàn)I?5所記載的空燃比傳感器通常構(gòu)成為具有圖2中實(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)，則來(lái)自空燃比傳感器的輸出電流越大。另外，這樣的空燃比傳感器還構(gòu)成為在排氣空燃比為理論空燃比時(shí)輸出電流成為零。
[0015]但是，圖2中的斜率、即輸出電流的增加量相對(duì)于排氣空燃比的增加量的比率(以下，稱為“輸出電流變化率”)即使經(jīng)過(guò)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也會(huì)在個(gè)體間產(chǎn)生不均。另外，即使在同一空燃比傳感器中，輸出電流變化率也會(huì)因歷時(shí)劣化等而變化。其結(jié)果，即使使用同一型式的傳感器，根據(jù)所使用的傳感器、使用期間等，輸出電流變化率也會(huì)如圖2中虛線B所示那樣變小，或者如單點(diǎn)劃線C所示那樣變大。
[0016]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計(jì)測(cè)，空燃比傳感器的輸出電流也會(huì)根據(jù)所使用的傳感器、使用期間等而不同。例如，在空燃比傳感器具有如實(shí)線A所示的輸出特性的情況下，進(jìn)行了空燃比為34的排氣的計(jì)測(cè)時(shí)的輸出電流成為12。但是，在空燃比傳感器具有如虛線B或單點(diǎn)劃線C所示的輸出特性的情況下，進(jìn)行了空燃比為af^排氣的計(jì)測(cè)時(shí)的輸出電流分別成為I郴13，成為與上述I2不同的輸出電流。
[0017]因此，在這樣的空燃比傳感器中，雖然能夠準(zhǔn)確地檢測(cè)理論空燃比和相對(duì)于理論空燃比是濃還是稀，但在排氣的空燃比不是理論空燃比時(shí)，則無(wú)法準(zhǔn)確地檢測(cè)其絕對(duì)值(即濃程度、稀程度)
[0018]因此，鑒于上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種內(nèi)燃機(jī)的控制裝置，該內(nèi)燃機(jī)的控制裝置使用了即使在排氣的空燃比不是理論空燃比時(shí)也能檢測(cè)排氣的空燃比的絕對(duì)值的空燃比傳感器。
[0019]用于解決問(wèn)題的手段
[0020]為了解決上述問(wèn)題，在第I發(fā)明中，提供一種內(nèi)燃機(jī)的控制裝置，具備:空燃比傳感器，其設(shè)置于內(nèi)燃機(jī)的排氣通路；和內(nèi)燃機(jī)控制裝置，其基于該空燃比傳感器的傳感器輸出電流來(lái)控制內(nèi)燃機(jī)，其中，所述空燃比傳感器具備:被測(cè)氣體室，其供作為空燃比檢測(cè)對(duì)象的排氣流入；基準(zhǔn)元件，其基準(zhǔn)元件輸出電流根據(jù)該被測(cè)氣體室內(nèi)的排氣的空燃比而變化；以及泵元件，其根據(jù)泵電流，對(duì)所述被測(cè)氣體室內(nèi)的排氣進(jìn)行氧的泵入和泵出，所述基準(zhǔn)元件構(gòu)成為:基準(zhǔn)元件輸出電流成為零的施加電壓根據(jù)所述被測(cè)氣體室內(nèi)的排氣的空燃比而變化，并且，若在所述被測(cè)氣體室內(nèi)的排氣的空燃比為理論空燃比時(shí)使該基準(zhǔn)元件的施加電壓增大，則基準(zhǔn)元件輸出電流隨之而增大，在通過(guò)所述空燃比傳感器檢測(cè)排氣空燃比時(shí)，所述基準(zhǔn)元件的施加電壓固定為一定電壓，該一定電壓是與在所述被測(cè)氣體室內(nèi)的排氣的空燃比為理論空燃比時(shí)基準(zhǔn)元件輸出電流成為零的電壓不同的電壓，且是在所述被測(cè)氣體室內(nèi)的排氣的空燃比為不同于理論空燃比的空燃比時(shí)基準(zhǔn)元件輸出電流成為零的電壓，所述空燃比傳感器還具備:泵電流控制裝置，其控制泵電流以使得所述基準(zhǔn)元件輸出電流成為零；和泵電流檢測(cè)裝置，其檢測(cè)該泵電流將其作為所述傳感器輸出電流。
[0021]第2發(fā)明根據(jù)第I發(fā)明，所述基準(zhǔn)元件具備:第一電極，其暴露于所述被測(cè)氣體室內(nèi)的排氣；第二電極，其暴露于基準(zhǔn)氣氛；以及固體電解質(zhì)層，其配置在所述第一電極與所述第二電極之間，所述空燃比傳感器還具備擴(kuò)散限速層，該擴(kuò)散限速層被配置成使得排氣經(jīng)由該擴(kuò)散限速層而到達(dá)所述第一電極。
[0022]第3發(fā)明根據(jù)第2發(fā)明，所述擴(kuò)散限速層被配置成使得所述被測(cè)氣體室內(nèi)的排氣經(jīng)由該擴(kuò)散限速層而到達(dá)所述第一電極。
[0023]第4發(fā)明根據(jù)第I?第3發(fā)明的任一發(fā)明，所述基準(zhǔn)元件構(gòu)成為按各排氣空燃比具有界限電流區(qū)域，所述界限電流區(qū)域是所述基準(zhǔn)元件輸出電流成為界限電流的電壓區(qū)±或，所述一定電壓是排氣空燃比為理論空燃比時(shí)的所述界限電流區(qū)域內(nèi)的電壓。
[0024]第5發(fā)明根據(jù)第I?第3發(fā)明的任一發(fā)明，所述基準(zhǔn)元件構(gòu)成為:按各排氣空燃比，關(guān)于所述施加電壓與基準(zhǔn)元件輸出電流的關(guān)系具有比例區(qū)域、水分解區(qū)域以及中間區(qū)域，所述比例區(qū)域是基準(zhǔn)元件輸出電流與施加電壓的增大成比例地增大的電壓區(qū)域，所述水分解區(qū)域是由于產(chǎn)生了水的分解因而基準(zhǔn)元件輸出電流根據(jù)施加電壓的變化而變化的電壓區(qū)域，所述中間區(qū)域是所述比例區(qū)域與水分解區(qū)域之間的電壓區(qū)域，所述一定電壓是排氣空燃比為理論空燃比時(shí)的所述中間區(qū)域內(nèi)的電壓。
[0025]第6發(fā)明根據(jù)第I?第3發(fā)明的任一發(fā)明，所述一定電壓設(shè)為在排氣空燃比比理論空燃比高I %時(shí)基準(zhǔn)元件輸出電流成為零的電壓與在所述被測(cè)氣體室內(nèi)的排氣的空燃比比理論空燃比低I %時(shí)基準(zhǔn)元件輸出電流成為零的電壓之間的電壓。
[0026]第7發(fā)明根據(jù)第I?第3發(fā)明的任一發(fā)明，所述基準(zhǔn)元件構(gòu)成為:按各排氣空燃比，關(guān)于所述施加電壓與基準(zhǔn)元件輸出電流的關(guān)系，直到第一屈曲點(diǎn)為止，基準(zhǔn)元件輸出電流隨著施加電壓的增大而增大，從第一屈曲點(diǎn)到第二屈曲點(diǎn)，基準(zhǔn)元件輸出電流隨著施加電壓的增大而增大，從第二屈曲點(diǎn)起，基準(zhǔn)元件輸出電流隨著施加電壓的增大而增大，并且，在第一屈曲點(diǎn)與第二屈曲點(diǎn)之間的電壓區(qū)域中，相對(duì)于施加電壓的增加量的基準(zhǔn)元件輸出電流的增加量比其他電壓區(qū)域小，所述一定電壓設(shè)為排氣空燃比為理論空燃比時(shí)的所述第一屈曲點(diǎn)與第二屈曲點(diǎn)之間的電壓。
[0027]第8發(fā)明根據(jù)第2或第3發(fā)明，所述基準(zhǔn)元件按各排氣空燃比具有電流增大區(qū)域和電流微增區(qū)域，所述電流增大區(qū)域是基準(zhǔn)元件輸出電流隨著施加電壓的增大而增大的電壓區(qū)域，所述電流微增區(qū)域是由于設(shè)置了所述擴(kuò)散限速層因而相對(duì)于施加電壓的增加量的基準(zhǔn)元件輸出電流的增加量比所述電流增大區(qū)域小的電壓區(qū)域，所述一定電壓是排氣空燃比為理論空燃比時(shí)的所述電流微增區(qū)域內(nèi)的電壓。
[0028]第9發(fā)明根據(jù)第2或第3發(fā)明，所述擴(kuò)散限速層由氧化鋁形成，所述一定電壓設(shè)為0.1V以上且0.9V以下。
[0029]第10發(fā)明根據(jù)第I?第9發(fā)明的任一發(fā)明，所述內(nèi)燃機(jī)控制裝置，在所述空燃比傳感器的傳感器輸出電流成為了零時(shí)，判斷為排氣空燃比是不同于理論空燃比的預(yù)先設(shè)定的空燃比。
[0030]第11發(fā)明根據(jù)第I?第10發(fā)明的任一發(fā)明，所述內(nèi)燃機(jī)具備能夠吸藏氧的排氣凈化催化劑，該排氣凈化催化劑在所述空燃比傳感器的排氣流動(dòng)方向上游側(cè)設(shè)置于所述排氣通路，所述一定電壓設(shè)為在排氣空燃比是比理論空燃比濃的預(yù)定的濃判定空燃比時(shí)所述基準(zhǔn)元件輸出電流成為零的電壓。
[0031]第12發(fā)明根據(jù)第11發(fā)明，所述內(nèi)燃機(jī)控制裝置能夠?qū)α魅胨雠艢鈨艋呋瘎┑呐艢獾目杖急冗M(jìn)行控制，在所述空燃比傳感器的傳感器輸出電流成為了零以下時(shí)，使流入所述排氣凈化催化劑的排氣的目標(biāo)空燃比比理論空燃比稀。
[0032]第13發(fā)明根據(jù)第12發(fā)明，所述內(nèi)燃機(jī)控制裝置具備:氧吸藏量增加單元，其在所述空燃比傳感器的傳感器輸出電流成為了零以下時(shí)，將流入所述排氣凈化催化劑的排氣的目標(biāo)空燃比持續(xù)地或斷續(xù)地設(shè)為比理論空燃比稀，直到所述排氣凈化催化劑的氧吸藏量成為比最大氧吸藏量少的預(yù)定的吸藏量；和氧吸藏量減少單元，其在所述排氣凈化催化劑的氧吸藏量成為了所述預(yù)定的吸藏量以上時(shí)，將所述目標(biāo)空燃比持續(xù)地或斷續(xù)地設(shè)為比理論空燃比濃，以使得該氧吸藏量不會(huì)達(dá)到最大氧吸藏量而朝向零減少。
[0033]第14發(fā)明根據(jù)第13發(fā)明，由所述氧吸藏量增加單元持續(xù)地或斷續(xù)地設(shè)為比理論空燃比稀的期間內(nèi)的所述目標(biāo)空燃比的平均值與理論空燃比之差，比由所述氧吸藏量減少單元持續(xù)地或斷續(xù)地設(shè)為比理論空燃比濃的期間內(nèi)的所述目標(biāo)空燃比與理論空燃比之差大。
[0034]第15發(fā)明根據(jù)第11?第14發(fā)明的任一發(fā)明，該內(nèi)燃機(jī)的控制裝置具備上游側(cè)空燃比傳感器，該上游側(cè)空燃比傳感器在所述排氣凈化催化劑的排氣流動(dòng)方向上游側(cè)設(shè)置于內(nèi)燃機(jī)排氣通路，所述內(nèi)燃機(jī)控制裝置基于上游側(cè)空燃比傳感器的輸出來(lái)控制排氣空燃比，以使得流入所述排氣凈化催化劑的排氣的空燃比成為目標(biāo)空燃比。
[0035]第16發(fā)明根據(jù)第15發(fā)明，所述上游側(cè)空燃比傳感器構(gòu)成為:傳感器輸出電流成為零的施加電壓根據(jù)排氣空燃比而變化，并且，若在排氣空燃比為理論空燃比時(shí)使該上游側(cè)空燃比傳感器的施加電壓增大，則傳感器輸出電流隨之而增大，所述上游側(cè)空燃比傳感器的施加電壓比所述空燃比傳感器的施加電壓低。
[0036]第17發(fā)明根據(jù)第16發(fā)明，在通過(guò)所述上游側(cè)空燃比傳感器檢測(cè)排氣空燃比時(shí)，所述上游側(cè)空燃比傳感器的施加電壓固定為一定電壓，該一定電壓設(shè)為在所述被測(cè)氣體室內(nèi)的排氣的空燃比為理論空燃比時(shí)傳感器輸出電流成為零的電壓。
[0037]發(fā)明效果
[0038]根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種內(nèi)燃機(jī)的控制裝置，該內(nèi)燃機(jī)的控制裝置使用了即使在排氣的空燃比不是理論空燃比時(shí)也能檢測(cè)排氣的空燃比的絕對(duì)值的空燃比傳感器。
【附圖說(shuō)明】
[0039]圖1是概略示出使用本發(fā)明的第一實(shí)施方式的控制裝置的內(nèi)燃機(jī)的圖。
[0040]圖2是示出空燃比傳感器的輸出特性的圖。
[0041]圖3是空燃比傳感器的概略剖視圖。
[0042]圖4是概略示出空燃比傳感器的動(dòng)作的圖。
[0043]圖5是示出空燃比傳感器的輸出特性的圖。
[0044]圖6是概略示出基準(zhǔn)元件的動(dòng)作的圖。
[0045]圖7是示出各排氣空燃比下的傳感器施加電壓與基準(zhǔn)元件輸出電流的關(guān)系的圖。
[0046]圖8是示出各傳感器施加電壓下的排氣空燃比與基準(zhǔn)元件輸出電流的關(guān)系的圖。
[0047]圖9是示出空燃比傳感器中的傳感器施加電壓與基準(zhǔn)元件輸出電流的關(guān)系的圖。
[0048]圖10是示出空燃比傳感器中的排氣空燃比與基準(zhǔn)元件輸出電流的關(guān)系的圖。
[0049]圖11是示出傳感器施加電壓與基準(zhǔn)元件輸出電流的關(guān)系的圖。
[0050]圖12是示出各傳感器施加電壓下的排氣空燃比與基準(zhǔn)元件輸出電流的關(guān)系的與圖8同樣的圖，示出比圖8更廣的范圍。
[0051]圖13是示出構(gòu)成電壓施加裝置和基準(zhǔn)元件輸出電流檢測(cè)裝置的具體電路的一例的圖。
[0052]圖14示出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和未燃?xì)怏w的濃度的關(guān)系。
[0053]圖15是排氣凈化催化劑的氧吸藏量等的時(shí)間圖。
[0054]圖16是排氣凈化催化劑的氧吸藏量等的時(shí)間圖。
[0055]圖17是控制裝置的功能框圖。
[0056]圖18是示出空燃比修正量的算出控制的控制例程的流程圖。
[0057]圖19是排氣凈化催化劑的氧吸藏量等的時(shí)間圖。
[0058]圖20是概略示出第三實(shí)施方式的空燃比傳感器的結(jié)構(gòu)的與圖3同樣的剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0059]以下，參照附圖對(duì)本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)的控制裝置進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。此外，在以下的說(shuō)明中，對(duì)同樣的構(gòu)成要素附上同一附圖標(biāo)記。圖1是概略示出使用本發(fā)明的第一實(shí)施方式的控制裝置的內(nèi)燃機(jī)的圖。
[0060]<內(nèi)燃機(jī)整體的說(shuō)明>
[0061]參照?qǐng)D1，I表示內(nèi)燃機(jī)主體，2表示汽缸體，3表示在汽缸體2內(nèi)進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞，4表示固定在汽缸體2上的汽缸蓋，5表示在活塞3與汽缸蓋4之間形成的燃燒室，6表不進(jìn)氣門(mén)，7表不進(jìn)氣口，8表不排氣門(mén)，9表不排氣口。進(jìn)氣門(mén)6對(duì)進(jìn)氣口 7進(jìn)行開(kāi)閉，排氣門(mén)8對(duì)排氣口 9進(jìn)行開(kāi)閉。
[0062]如圖1所示，在汽缸蓋4的內(nèi)壁面的中央部配置有火花塞10，在汽缸蓋4的內(nèi)壁面周邊部配置有燃料噴射閥11?；鸹ㄈ?0構(gòu)成為根據(jù)點(diǎn)火信號(hào)產(chǎn)生火花。另外，燃料噴射閥11根據(jù)噴射信號(hào)向燃燒室5內(nèi)噴射預(yù)定量的燃料。此外，燃料噴射閥11也可以被配置成向進(jìn)氣口 7內(nèi)噴射燃料。另外，在本實(shí)施方式中，使用排氣凈化催化劑中的理論空燃比為14.6的汽油作為燃料。但是，本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)也可以使用其他燃料。
[0063]各汽缸的進(jìn)氣口 7分別經(jīng)由對(duì)應(yīng)的進(jìn)氣支管13與緩沖罐(surge tank) 14連結(jié)，緩沖罐14經(jīng)由進(jìn)氣管15與空氣濾清器16連結(jié)。進(jìn)氣口 7、進(jìn)氣支管13、緩沖罐14、進(jìn)氣管15形成進(jìn)氣通路。另外，在進(jìn)氣管15內(nèi)配置有由節(jié)氣門(mén)驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器17驅(qū)動(dòng)的節(jié)氣門(mén)18。通過(guò)利用節(jié)氣門(mén)驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器17使節(jié)氣門(mén)18轉(zhuǎn)動(dòng)，節(jié)氣門(mén)18能夠變更進(jìn)氣通路的開(kāi)口面積。
[0064]另一方面，各汽缸的排氣口 9與排氣歧管19連結(jié)。排氣歧管19具有與各排氣口9連結(jié)的多個(gè)支部和集合了這些支部的集合部。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連結(jié)。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連結(jié)。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。
[0065]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(chǔ)器)33、ROM (只讀存儲(chǔ)器)34、CPU (微處理器)35、輸入端口 36以及輸出端口 37。在進(jìn)氣管15配置有用于檢測(cè)在進(jìn)氣管15內(nèi)流動(dòng)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(duì)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的集合部配