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、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?4)。
[0003]在该控制装置中，使用在排气通路内设置的具有氧吸藏能力的排气净化催化剂。具有氧吸藏能力的排气净化催化剂，在氧吸藏量为上限吸藏量与下限吸藏量之间的合适的量时，能够净化流入排气净化催化剂的排气中的未燃气体01(:、0)等)、顯1等。S卩，在向排气净化催化剂流入比理论空燃比靠浓侧的空燃比(以下，也称为“浓空燃比”)的排气时，排气中的未燃气体会由吸藏于排气净化催化剂的氧进行氧化净化。相反，在向排气净化催化剂流入比理论空燃比靠稀侧的空燃比(以下，也称为“稀空燃比”)的排气时，排气中的氧会被吸藏于排气净化催化剂。由此，在排气净化催化剂表面上成为氧不足状态，排气中的NOx随之被还原净化。其结果，只要排气净化催化剂的氧吸藏量是合适的量，就能够与流入排气净化催化剂的排气的空燃比无关地净化排气。
[0004]因此，在该控制装置中，为了将排气净化催化剂中的氧吸藏量维持为合适的量，在排气净化催化剂的排气流动方向上游侧设置有空燃比传感器，在排气流动方向下游侧设置有氧传感器。使用这些传感器，控制装置基于上游侧的空燃比传感器的输出进行反馈控制，以使得该空燃比传感器的输出成为与目标空燃比相当的目标值。除此之外，控制装置还基于下游侧的氧传感器的输出修正上游侧的空燃比传感器的目标值。此外，在以下说明中，有时也将排气流动方向上游侧称作“上游侧”，将排气流动方向下游侧称作“下游侧”。
[0005]例如，在专利文献I所记载的控制装置中，在下游侧的氧传感器的输出电压为高侧阈值以上、且排气净化催化剂的状态为氧不足状态时，流入排气净化催化剂的排气的目标空燃比被设为稀空燃比。相反，在下游侧的氧传感器的输出电压为低侧阈值以下、且排气净化催化剂的状态为氧过剩状态时，目标空燃比被设为浓空燃比。根据专利文献1，由此，在处于氧不足状态或氧过剩状态时，能够使排气净化催化剂的状态迅速恢复为这两个状态的中间的状态(即，在排气净化催化剂吸藏有合适的量的氧的状态)。
[0006]除此之外，在上述控制装置中，在下游侧的氧传感器的输出电压处于高侧阈值与低侧阈值之间的情况下，在氧传感器的输出电压具有增大倾向时，目标空燃比被设为稀空燃比。相反，在氧传感器的输出电压具有减少倾向时，目标空燃比被设为浓空燃比。根据专利文献1，由此，能够未然地防止排气净化催化剂的状态成为氧不足状态或氧过剩状态。
[0007]另外，在专利文献2所记载的控制装置中，基于空气流量计和排气净化催化剂的上游侧的空燃比传感器等的输出，算出排气净化催化剂的氧吸藏量。在此基础上，在算出的氧吸藏量比目标氧吸藏量多时，将流入排气净化催化剂的排气的目标空燃比设为浓空燃比，在算出的氧吸藏量比目标氧吸藏量少时，将目标空燃比设为稀空燃比。根据专利文献2，由此，能够将排气净化催化剂的氧吸藏量恒定地维持为目标氧吸藏量。
[0008]现有技术文献
[0009]专利文献1:日本特开2011-069337号公报
[0010]专利文献2:日本特开2001-234787号公报
[0011]专利文献3:日本特开平8-232723号公报
[0012]专利文献4:日本特开2009-162139号公报
【发明内容】
[0013]发明要解决的问题
[0014]图2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(HC、CO等)的浓度的关系。图2(A)示出在流入排气净化催化剂的排气的空燃比为稀空燃比时的、氧吸藏量与从排气净化催化剂流出的排气中的NOx浓度的关系。另一方面，图2(B)示出在流入排气净化催化剂的排气的空燃比为浓空燃比时的、氧吸藏量与从排气净化催化剂流出的排气中的未燃气体的浓度的关系。
[0015]从图2(A)可知，在排气净化催化剂的氧吸藏量少时，距最大氧吸藏量存在余裕。因而，即使流入排气净化催化剂的排气的空燃比为稀空燃比(即，该排气包含NOx和氧)，排气中的氧也会被吸藏于排气净化催化剂，NOx也随之被还原净化。其结果，从排气净化催化剂流出的排气中几乎不包含NOx。
[0016]然而，当排气净化催化剂的氧吸藏量变多时，在流入排气净化催化剂的排气的空燃比为稀空燃比的情况下，在排气净化催化剂中难以吸藏排气中的氧，排气中的NOx也随之难以被还原净化。因而，从图2 (A)可知，当氧吸藏量增大至超过某上限吸藏量Cuplim后，从排气净化催化剂流出的排气中的NOx浓度急剧上升。
[0017]另一方面，在排气净化催化剂的氧吸藏量多时，若流入排气净化催化剂的排气的空燃比为浓空燃比(即，该排气包含HC、C0等未燃气体)，则吸藏于排气净化催化剂的氧会被放出。因而，流入排气净化催化剂的排气中的未燃气体会被氧化净化。其结果，从图2(B)可知，从排气净化催化剂流出的排气中几乎不包含未燃气体。
[0018]然而，当排气净化催化剂的氧吸藏量变少时，在流入排气净化催化剂的排气的空燃比为浓空燃比的情况下，从排气净化催化剂放出的氧变少，排气中的未燃气体也随之难以被氧化净化。因而，从图2(B)可知，当氧吸藏量减少至超过某下限吸藏量Clowlim后，从排气净化催化剂流出的排气中的未燃气体的浓度急剧上升。
[0019]排气净化催化剂的氧吸藏量与流出排气中的NOx浓度具有如上所述的关系。因而，在进行了专利文献I所记载的控制的情况下，即，在进行了在下游侧的氧传感器的输出电压成为了低侧阈值以下时将目标空燃比设定为浓空燃比的控制的情况下，会从排气净化催化剂流出某种程度的NOx。将该样子示于图20。
[0020]图20是排气净化催化剂的氧吸藏量、由下游侧的氧传感器检测出的排气的空燃比、流入排气净化催化剂的排气的目标空燃比、由上游侧的空燃比传感器检测出的排气的空燃比、以及从排气净化催化剂流出的排气中的NOx浓度的时间图。
[0021]在图示的例子中，在时刻h以前的状态下，流入排气净化催化剂的排气的目标空燃比被设为稀空燃比。因而，排气净化催化剂的氧吸藏量逐渐增加。另一方面，由于流入排气净化催化剂的排气中的氧全部被排气净化催化剂吸藏，所以从排气净化催化剂流出的排气中几乎不包含氧。因而，由下游侧的氧传感器检测出的排气的空燃比大致成为理论空燃比。同样，由于流入排气净化催化剂的排气中的NOx全部被排气净化催化剂还原净化，所以从排气净化催化剂流出的排气中也几乎不包含NOx。
[0022]当排气净化催化剂的氧吸藏量逐渐增加而接近最大氧吸藏量Cmax时，如图2所示，流入排气净化催化剂的排气中的氧的一部分变得不被排气净化催化剂吸藏，其结果，从时刻^起，从排气净化催化剂流出的排气中会含有氧。因而，由下游侧氧传感器检测出的排气的空燃比成为稀空燃比。之后，当排气净化催化剂的氧吸藏量进一步增加时，从排气净化催化剂流出的排气的空燃比达到预先设定的上限空燃比AFhighref (相当于低侧阈值)，目标空燃比被切换为浓空燃比。
[0023]当目标空燃比被切换为浓空燃比时，与切换后的目标空燃比相匹配地增大内燃机中的燃料喷射量。即使这样增大燃料喷射量，由于从内燃机主体到排气净化催化剂存在某种程度的距离，所以流入排气净化催化剂的排气的空燃比不会立即变更为浓空燃比，而是会产生延迟。因而，即使目标空燃比在时刻t2被切换为浓空燃比，流入排气净化催化剂的排气的空燃比在时刻〖3之前也会保持稀空燃比不变。因而，在时刻12?t 3的期间内，排气净化催化剂的氧吸藏量达到最大氧吸藏量Cmax，或者成为最大氧吸藏量Cmax附近的值，其结果，会从排气净化催化剂流出氧和NOx。之后，流入排气净化催化剂的排气的空燃比在时刻&成为浓空燃比，从排气净化催化剂流出的排气的空燃比逐渐收敛于理论空燃比。
[0024]这样，即使进行了专利文献I所记载的控制，在从切换目标空燃比起到流入排气净化催化剂的排气的空燃比成为浓空燃比为止也会产生延迟。其结果，从图20中的“流出气体中的NOx浓度”可知，从排气净化催化剂暂时流出了 NOx。
[0025]另外，在如专利文献2所记载的控制装置那样基于空气流量计和上游侧的空燃比传感器等的输出算出排气净化催化剂的氧吸藏量的推定值的情况下，推定值会产生误差。这样的误差在短期的情况下较为微小，但在长期累计算出氧吸藏量的推定值的情况下会变大。其结果，即使以使得实际的氧吸藏量成为目标氧吸藏量的方式控制了流入排气净化催化剂的排气的空燃比，排气净化催化剂的氧吸藏量最终也会达到最大氧吸藏量或零。
[0026]在专利文献2所记载的控制装置中，设想这样的事态，在由下游侧的氧传感器检测到理论空燃比以外的空燃比的情况下，修正氧吸藏量的推定值来使实际的氧吸藏量恢复为合适的量。然而，在该情况下，在从修正氧吸藏量的推定值到该修正反映于流入排气净化催化剂的排气的空燃比为止也会产生延迟。其结果，与专利文献I所记载的控制装置同样，从排气净化催化剂会暂时流出NOx。
[0027]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，在具备具有氧吸藏能力的排气净化催化剂的内燃机中，对排气净化催化剂的氧吸藏量达到最大氧吸藏量而在从排气净化催化剂流出的排气中残存NOx的情况进行抑制。
[0028]用于解决问题的手段
[0029]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:排气净化催化剂，其配置于内燃机的排气通路，并且能够吸藏氧；下游侧空燃比检测单元，其配置于该排气净化催化剂的排气流动方向下游侧，并且检测从所述排气净化催化剂流出的排气的空燃比；以及流入空燃比控制单元，其控制流入所述排气净化催化剂的排气的空燃比，所述流入空燃比控制单元具备:氧吸藏量增加单元，其在由所述下游侧空燃比检测单元检测到的空燃比成为了比理论空燃比浓的浓判定空燃比以下时，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达到最大氧吸藏量而朝向零减少。
[0030]第2发明根据第I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的平均值与理论空燃比之差大。
[0031]第3发明根据第I或第2发明，所述氧吸藏量增加单元将所述目标空燃比持续地维持为比理论空燃比稀。
[0032]第4发明根据第I?第3发明的任一发明，所述氧吸藏量减少单元将所述目标空燃比持续地维持为比理论空燃比浓。
[0033]第5发明根据第I或第2发明，所述氧吸藏量减少单元将所述目标空燃比断续地设为比理论空燃比浓，并且在所述目标空燃比没有成为比理论空燃比浓的期间中的至少一部分期间，将所述目标空燃比设为比理论空燃比稀。
[0034]第6发明根据第I?第5发明的任一发明，还具备检测或推定流入所述排气净化催化剂的排气的空燃比的上游侧空燃比检测?推定单元，所述流入空燃比控制单元，控制向所述内燃机的燃烧室供给的燃料的量，以使得由所述上游侧空燃比检测.推定单元检测或推定的排气的空燃比成为所述目标空燃比。
[0035]第7发明根据第6发明，还具备基于由所述上游侧空燃比检测.推定单元检测或推定出的排气的空燃比来推定该排气净化催化剂的氧吸藏量的氧吸藏量推定单元，所述氧吸藏量增加单元，将所述目标空燃比设为比理论空燃比稀，直到由所述氧吸藏量推定单元推定的氧吸藏量成为所述预定的吸藏量。
[0036]第8发明根据第I?第7发明的任一发明，还具备下游侧排气净化催化剂，该下游侧排气净化催化剂配置于比所述下游侧空燃比检测单元靠排气流动方向下游侧的排气通路，并且能够吸藏氧。
[0037]第9发明根据第I?第8发明的任一发明，所述下游侧空燃比检测单元是输出电流成为零的施加电压根据排气空燃比而变化的空燃比传感器，对该空燃比传感器施加在排气空燃比为所述浓判定空燃比时输出电流成为零的施加电压，所述氧吸藏量增加单元在所述输出电流成为了零以下时判断为排气空燃比成为了浓判定空燃比以下。
[0038]第10发明根据第I?第8发明的任一发明，所述下游侧空燃比检测单元是输出电流成为零的施加电压根据排气空燃比而变化的空燃比传感器，对该空燃比传感器施加在排气空燃比为所述理论空燃比时输出电流成为零的施加电压，所述氧吸藏量增加单元在所述输出电流成为了与所述浓判定空燃比对应的输出电流以下时判定为排气空燃比成为了浓判定空燃比以下。
[0039]第11发明根据第9或第10发明，所述空燃比传感器具备:第一电极，其经由扩散限速层而暴露于作为空燃比的检测对象的排气；第二电极，其暴露于基准氛围；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；电压施加装置，其对所述第一电极与所述第二电极之间施加电压；以及电流检测装置，其检测在所述第一电极与所述第二电极之间流动的电流，所述施加电压是由电压施加装置施加的电压，所述输出电流是由所述电流检测装置检测到的电流。
[0040]第12发明根据第9或第10发明，所述空燃比传感器具备:被测气体室，其供作为空燃比的检测对象的排气流入；泵元件，其根据泵电流而对该被测气体室内的排气进行氧的泵入和泵出；以及基准元件，其被检测的基准电流根据所述被测气体室内的空燃比而变化，所述基准元件具备:第一电极，其直接暴露于所述被测气体室内的排气或者经由扩散限速层而暴露于所述被测气体室内的排气；第二电极，其暴露于基准氛围；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，所述空燃比传感器具备:基准电压施加装置，其对所述基准元件的第一电极与第二电极之间施加电压；基准电流检测装置，其检测在所述基准元件的第一电极与第二电极之间流动的电流作为所述基准电流；泵电流控制装置，其控制向泵元件供给的泵电流，以使得由所述基准电流检测装置检测到的基准电流成为零；以及泵电流检测装置，其检测该泵电流，所述施加电压是由所述基准电压施加装置施加的基准电压，所述输出电流是由所述泵电流检测装置检测到的泵电流。
[0041]发明的效果
[0042]根据本发明，在具备具有氧吸藏能力的排气净化催化剂的内燃机中，可对排气净化催化剂的氧吸藏量达到最大氧吸藏量而在从排气净化催化剂流出的排气中残存NOx的情况下进行抑制。
【附图说明】
[0043]图1是概略示出使用本发明的控制装置的内燃机的图。
[0044]图2是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的图。
[0045]图3是空燃比传感器的概略剖视图。
[0046]图4是概略示出空燃比传感器的动作的图。
[0047]图5是示出空燃比传感器中的排气空燃比与输出电流的关系的图。
[0048]图6是示出构成电压施加装置和电流检测装置的具体电路的一例的图。
[0049]图7是排气净化催化剂的氧吸藏量等的时间图。
[0050]图8是排气净化催化剂的氧吸藏量等的时间图。
[0051]图9是控制装置的功能框图。
[0052]图10是示出空燃比修正量的算出控制的控制例程的流程图。
[0053]图11是排气净化催化剂的氧吸藏量等的时间图。
[0054]图12是示出各排气空燃比下的传感器施加电压与输出电流的关系的图。
[0055]图13是示出各传感器施加电压下的排气空燃比与输出电流的关系的图。
[0056]图14是放大示出图12中X-X所示的区域的图。
[0057]图15是放大示出图13中Y所示的区域的图。
[0058]图16是示出空燃比传感器中的排气空燃比与输出电流的关系的图。
[0059]图17是排气净化催化剂的氧吸藏量等的时间图。
[0060]图18是第三实施方式的空燃比传感器的概略剖视图。
[0061]图19是概略示出第三实施方式的空燃比传感器的动作的图。
[0062]图20是排气净化催化剂的氧吸藏量的时间图。
【具体实施方式】
[0063]以下，参照附图对本发明的内燃机的控制装置详细地说明。此外，在以下的说明中，对同样的构成要素