内燃机的控制装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及根据空燃比传感器的输出来控制内燃机的内燃机的控制装置。
【背景技术】
[0002]以往以来，在内燃机的排气通路设置空燃比传感器并基于该空燃比传感器的输出来控制向内燃机供给的燃料量的内燃机的控制装置广为人知(例如，参照专利文献I?6)。另外，在该控制装置中所使用的空燃比传感器也广为人知。
[0003]该空燃比传感器大体分为I元件型空燃比传感器(例如，专利文献2、4)和2元件型空燃比传感器(例如，专利文献1、3、5)。在I元件型空燃比传感器中，仅设置有一个元件，该元件包括氧离子能够通过的固体电解质层和在其两侧面上设置的两个电极。其中一方的电极暴露于大气，另一方的电极经由扩散限速层暴露于排气。在这样构成的I元件型空燃比传感器中，对配置在固体电解质层的两侧面上的两个电极间施加电压，并且与此相伴，在固体电解质层的两侧面间，根据这些侧面间的氧浓度比而产生氧离子的移动。通过检测因该氧离子的移动而产生的电流来检测排气的空燃比(以下，也称作“排气空燃比(例如，专利文献2)。
[0004]另一方面，在2元件型空燃比传感器中，设置有两个元件，该元件包括氧离子能够通过的固体电解质层和在其两侧面上设置的两个电极。其中一方的元件(基准元件)构成为检测电压(电动势)根据被测气体室内的排气中的氧浓度而变化。另外，另一方的元件(泵元件)根据泵电流而对被测气体室内的排气进行氧的泵入和泵出。特别是，泵元件的泵电流被设定成为了使在基准元件中检测到的检测电压与目标电压值一致而进行氧的泵入和泵出，通过检测该泵电流来检测排气空燃比。
[0005]现有技术文献
[0006]专利文献1:日本特开2002-357589号公报
[0007]专利文献2:日本特开2005-351096号公报
[0008]专利文献3:日本特开2004-258043号公报
[0009]专利文献4:日本特开2000-356618号公报
[0010]专利文献5:日本特开2003-329637号公报
[0011]专利文献6:日本特开平8-232723号公报
[0012]专利文献7:日本特开2009-162139号公报
[0013]专利文献8:日本特开2001-234787号公报
【发明内容】
[0014]如专利文献I?5所记载的空燃比传感器通常构成为具有图2中实线A所示的输出特性。即，在这样的空燃比传感器中，排气空燃比越大(即越稀)，则来自空燃比传感器的输出电流越大。另外，这样的空燃比传感器还构成为在排气空燃比为理论空燃比时输出电流成为零。
[0015]但是，图2中的斜率、即输出电流的增加量相对于排气空燃比的增加量的比率(以下，称为“输出电流变化率”)即使经过同样的生产工序也未必相同，即使是同一型式的空燃比传感器也会在个体间产生不均。另外，即使在同一空燃比传感器中，输出电流变化率也会因历时劣化等而变化。其结果，即使使用同一型式的传感器，根据所使用的传感器、使用期间等，输出电流变化率也会如图2中虚线B所示那样变小，或者如单点划线C所示那样变大。
[0016]因此，即使使用同一型式的空燃比传感器进行同一空燃比的排气的计测，空燃比传感器的输出电流也会根据所使用的传感器、使用期间等而不同。例如，在空燃比传感器具有如实线A所示的输出特性的情况下，进行了空燃比为34的排气的计测时的输出电流成为12。但是，在空燃比传感器具有如虚线B或单点划线C所示的输出特性的情况下，进行了空燃比为af^排气的计测时的输出电流分别成为I郴13，成为与上述I2不同的输出电流。
[0017]因此，在这样的空燃比传感器中，虽然能够准确地检测理论空燃比和相对于理论空燃比是浓还是稀，但在排气的空燃比不是理论空燃比时，则无法准确地检测其绝对值(即浓程度、稀程度)
[0018]因此，鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种内燃机的控制装置，该内燃机的控制装置使用了即使在排气的空燃比不是理论空燃比时也能检测排气的空燃比的绝对值的空燃比传感器。
[0019]用于解决问题的手段
[0020]为了解决上述问题，在第I发明中，提供一种内燃机的控制装置，具备:空燃比传感器，其设置于内燃机的排气通路；和内燃机控制装置，其基于该空燃比传感器的传感器输出电流来控制内燃机，其中，所述空燃比传感器具备:被测气体室，其供作为空燃比检测对象的排气流入；基准元件，其基准元件输出电流根据该被测气体室内的排气的空燃比而变化；以及泵元件，其根据泵电流，对所述被测气体室内的排气进行氧的泵入和泵出，所述基准元件构成为:基准元件输出电流成为零的施加电压根据所述被测气体室内的排气的空燃比而变化，并且，若在所述被测气体室内的排气的空燃比为理论空燃比时使该基准元件的施加电压增大，则基准元件输出电流随之而增大，在通过所述空燃比传感器检测排气空燃比时，所述基准元件的施加电压固定为一定电压，该一定电压是与在所述被测气体室内的排气的空燃比为理论空燃比时基准元件输出电流成为零的电压不同的电压，且是在所述被测气体室内的排气的空燃比为不同于理论空燃比的空燃比时基准元件输出电流成为零的电压，所述空燃比传感器还具备:泵电流控制装置，其控制泵电流以使得所述基准元件输出电流成为零；和泵电流检测装置，其检测该泵电流将其作为所述传感器输出电流。
[0021]第2发明根据第I发明，所述基准元件具备:第一电极，其暴露于所述被测气体室内的排气；第二电极，其暴露于基准气氛；以及固体电解质层，其配置在所述第一电极与所述第二电极之间，所述空燃比传感器还具备扩散限速层，该扩散限速层被配置成使得排气经由该扩散限速层而到达所述第一电极。
[0022]第3发明根据第2发明，所述扩散限速层被配置成使得所述被测气体室内的排气经由该扩散限速层而到达所述第一电极。
[0023]第4发明根据第I?第3发明的任一发明，所述基准元件构成为按各排气空燃比具有界限电流区域，所述界限电流区域是所述基准元件输出电流成为界限电流的电压区±或，所述一定电压是排气空燃比为理论空燃比时的所述界限电流区域内的电压。
[0024]第5发明根据第I?第3发明的任一发明，所述基准元件构成为:按各排气空燃比，关于所述施加电压与基准元件输出电流的关系具有比例区域、水分解区域以及中间区域，所述比例区域是基准元件输出电流与施加电压的增大成比例地增大的电压区域，所述水分解区域是由于产生了水的分解因而基准元件输出电流根据施加电压的变化而变化的电压区域，所述中间区域是所述比例区域与水分解区域之间的电压区域，所述一定电压是排气空燃比为理论空燃比时的所述中间区域内的电压。
[0025]第6发明根据第I?第3发明的任一发明，所述一定电压设为在排气空燃比比理论空燃比高I %时基准元件输出电流成为零的电压与在所述被测气体室内的排气的空燃比比理论空燃比低I %时基准元件输出电流成为零的电压之间的电压。
[0026]第7发明根据第I?第3发明的任一发明，所述基准元件构成为:按各排气空燃比，关于所述施加电压与基准元件输出电流的关系，直到第一屈曲点为止，基准元件输出电流随着施加电压的增大而增大，从第一屈曲点到第二屈曲点，基准元件输出电流随着施加电压的增大而增大，从第二屈曲点起，基准元件输出电流随着施加电压的增大而增大，并且，在第一屈曲点与第二屈曲点之间的电压区域中，相对于施加电压的增加量的基准元件输出电流的增加量比其他电压区域小，所述一定电压设为排气空燃比为理论空燃比时的所述第一屈曲点与第二屈曲点之间的电压。
[0027]第8发明根据第2或第3发明，所述基准元件按各排气空燃比具有电流增大区域和电流微增区域，所述电流增大区域是基准元件输出电流随着施加电压的增大而增大的电压区域，所述电流微增区域是由于设置了所述扩散限速层因而相对于施加电压的增加量的基准元件输出电流的增加量比所述电流增大区域小的电压区域，所述一定电压是排气空燃比为理论空燃比时的所述电流微增区域内的电压。
[0028]第9发明根据第2或第3发明，所述扩散限速层由氧化铝形成，所述一定电压设为0.1V以上且0.9V以下。
[0029]第10发明根据第I?第9发明的任一发明，所述内燃机控制装置，在所述空燃比传感器的传感器输出电流成为了零时，判断为排气空燃比是不同于理论空燃比的预先设定的空燃比。
[0030]第11发明根据第I?第10发明的任一发明，所述内燃机具备能够吸藏氧的排气净化催化剂，该排气净化催化剂在所述空燃比传感器的排气流动方向上游侧设置于所述排气通路，所述一定电压设为在排气空燃比是比理论空燃比浓的预定的浓判定空燃比时所述基准元件输出电流成为零的电压。
[0031]第12发明根据第11发明，所述内燃机控制装置能够对流入所述排气净化催化剂的排气的空燃比进行控制，在所述空燃比传感器的传感器输出电流成为了零以下时，使流入所述排气净化催化剂的排气的目标空燃比比理论空燃比稀。
[0032]第13发明根据第12发明，所述内燃机控制装置具备:氧吸藏量增加单元，其在所述空燃比传感器的传感器输出电流成为了零以下时，将流入所述排气净化催化剂的排气的目标空燃比持续地或断续地设为比理论空燃比稀，直到所述排气净化催化剂的氧吸藏量成为比最大氧吸藏量少的预定的吸藏量；和氧吸藏量减少单元，其在所述排气净化催化剂的氧吸藏量成为了所述预定的吸藏量以上时，将所述目标空燃比持续地或断续地设为比理论空燃比浓，以使得该氧吸藏量不会达到最大氧吸藏量而朝向零减少。
[0033]第14发明根据第13发明，由所述氧吸藏量增加单元持续地或断续地设为比理论空燃比稀的期间内的所述目标空燃比的平均值与理论空燃比之差，比由所述氧吸藏量减少单元持续地或断续地设为比理论空燃比浓的期间内的所述目标空燃比与理论空燃比之差大。
[0034]第15发明根据第11?第14发明的任一发明，该内燃机的控制装置具备上游侧空燃比传感器，该上游侧空燃比传感器在所述排气净化催化剂的排气流动方向上游侧设置于内燃机排气通路，所述内燃机控制装置基于上游侧空燃比传感器的输出来控制排气空燃比，以使得流入所述排气净化催化剂的排气的空燃比成为目标空燃比。
[0035]第16发明根据第15发明，所述上游侧空燃比传感器构成为:传感器输出电流成为零的施加电压根据排气空燃比而变化，并且，若在排气空燃比为理论空燃比时使该上游侧空燃比传感器的施加电压增大，则传感器输出电流随之而增大，所述上游侧空燃比传感器的施加电压比所述空燃比传感器的施加电压低。
[0036]第17发明根据第16发明，在通过所述上游侧空燃比传感器检测排气空燃比时，所述上游侧空燃比传感器的施加电压固定为一定电压，该一定电压设为在所述被测气体室内的排气的空燃比为理论空燃比时传感器输出电流成为零的电压。
[0037]发明效果
[0038]根据本发明，能够提供一种内燃机的控制装置，该内燃机的控制装置使用了即使在排气的空燃比不是理论空燃比时也能检测排气的空燃比的绝对值的空燃比传感器。
【附图说明】
[0039]图1是概略示出使用本发明的第一实施方式的控制装置的内燃机的图。
[0040]图2是示出空燃比传感器的输出特性的图。
[0041]图3是空燃比传感器的概略剖视图。
[0042]图4是概略示出空燃比传感器的动作的图。
[0043]图5是示出空燃比传感器的输出特性的图。
[0044]图6是概略示出基准元件的动作的图。
[0045]图7是示出各排气空燃比下的传感器施加电压与基准元件输出电流的关系的图。
[0046]图8是示出各传感器施加电压下的排气空燃比与基准元件输出电流的关系的图。
[0047]图9是示出空燃比传感器中的传感器施加电压与基准元件输出电流的关系的图。
[0048]图10是示出空燃比传感器中的排气空燃比与基准元件输出电流的关系的图。
[0049]图11是示出传感器施加电压与基准元件输出电流的关系的图。
[0050]图12是示出各传感器施加电压下的排气空燃比与基准元件输出电流的关系的与图8同样的图，示出比图8更广的范围。
[0051]图13是示出构成电压施加装置和基准元件输出电流检测装置的具体电路的一例的图。
[0052]图14示出排气净化催化剂的氧吸藏量与从排气净化催化剂流出的排气中的NOx和未燃气体的浓度的关系。
[0053]图15是排气净化催化剂的氧吸藏量等的时间图。
[0054]图16是排气净化催化剂的氧吸藏量等的时间图。
[0055]图17是控制装置的功能框图。
[0056]图18是示出空燃比修正量的算出控制的控制例程的流程图。
[0057]图19是排气净化催化剂的氧吸藏量等的时间图。
[0058]图20是概略示出第三实施方式的空燃比传感器的结构的与图3同样的剖视图。
【具体实施方式】
[0059]以下，参照附图对本发明的内燃机的控制装置进行详细说明。此外，在以下的说明中，对同样的构成要素附上同一附图标记。图1是概略示出使用本发明的第一实施方式的控制装置的内燃机的图。
[0060]<内燃机整体的说明>
[0061]参照图1，I表示内燃机主体，2表示汽缸体，3表示在汽缸体2内进行往复运动的活塞，4表示固定在汽缸体2上的汽缸盖，5表示在活塞3与汽缸盖4之间形成的燃烧室，6表不进气门，7表不进气口，8表不排气门，9表不排气口。进气门6对进气口 7进行开闭，排气门8对排气口 9进行开闭。
[0062]如图1所示，在汽缸盖4的内壁面的中央部配置有火花塞10，在汽缸盖4的内壁面周边部配置有燃料喷射阀11。火花塞10构成为根据点火信号产生火花。另外，燃料喷射阀11根据喷射信号向燃烧室5内喷射预定量的燃料。此外，燃料喷射阀11也可以被配置成向进气口 7内喷射燃料。另外，在本实施方式中，使用排气净化催化剂中的理论空燃比为14.6的汽油作为燃料。但是，本发明的内燃机也可以使用其他燃料。
[0063]各汽缸的进气口 7分别经由对应的进气支管13与缓冲罐(surge tank) 14连结，缓冲罐14经由进气管15与空气滤清器16连结。进气口 7、进气支管13、缓冲罐14、进气管15形成进气通路。另外，在进气管15内配置有由节气门驱动致动器17驱动的节气门18。通过利用节气门驱动致动器17使节气门18转动，节气门18能够变更进气通路的开口面积。
[0064]另一方面，各汽缸的排气口 9与排气歧管19连结。排气歧管19具有与各排气口9连结的多个支部和集合了这些支部的集合部。排气歧管19的集合部与内置有上游侧排气净化催化剂20的上游侧壳体21连结。上游侧壳体21经由排气管22与内置有下游侧排气净化催化剂24的下游侧壳体23连结。排气口 9、排气歧管19、上游侧壳体21、排气管22以及下游侧壳体23形成排气通路。
[0065]电子控制单元(E⑶)31包括数字计算机，具备经由双向性总线32相互连接的RAM (随机存取存储器)33、ROM (只读存储器)34、CPU (微处理器)35、输入端口 36以及输出端口 37。在进气管15配置有用于检测在进气管15内流动的空气流量的空气流量计39，该空气流量计39的输出经由对应的AD转换器38被输入到输入端口 36。另外，在排气歧管19的集合部配