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]一直以来，在内燃机的排气通路中设置空燃比传感器，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就广为人知(例如参照专利文献
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[0003]例如，在专利文献I中记载的控制装置中，作为空燃比传感器，使用如下传感器:其具备暴露于在排气通路内流动的排气中的第一电极、暴露于空气中的第二电极、配置在第一电极与第二电极之间的氧化锆等的固体电解质层。在由该空燃比传感器检测排气的空燃比(以下也称为“排气空燃比”)时，在这些电极间施加0.4V的电压的同时，在这些电极间流动的电流作为输出电流被检测出。而且，基于该输出电流算出排气空燃比。
[0004]在先技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1:日本特开2004-316553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2003-329637号公报
[0009]专利文献4:日本特开平8-232723号公报
[0010]专利文献5:日本特开2009-162139号公报
[0011]专利文献6:日本特开2001-234787号公报
[0012]专利文献7:日本特开2000-356618号公报
【发明内容】
[0013]可是，如专利文献I所记载的空燃比传感器一般被构成为具有由图2中的实线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)，从空燃比传感器输出的输出电流就越大。而且，这样的空燃比传感器被构成为在排气空燃比为理论空燃比时输出电流变为零。
[0014]但是，图2中的斜率、即输出电流增加量相对于排气空燃比增加量的比率(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，在个体间也会产生偏差。而且，在同一空燃比传感器中，也会由于经年劣化等而导致输出电流变化率变化。其结果，即便使用同一型式的传感器，也会由于所使用的传感器、使用期间等的不同而导致如图2中的虚线B所示那样输出电流变化率变小、或如单点划线C所示那样输出电流变化率变大。
[0015]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测量，也会由于所使用的传感器、使用期间等的不同而导致空燃比传感器的输出电流不同。例如，在空燃比传感器具有由实线A所示那样的输出特性的情况下，进行空燃比为排气的测量时的输出电流为12。但是，在空燃比传感器具有如由虚线B或单点划线C所示那样的输出特性的情况下，进行空燃比为af\的排气的测量时的输出电流分别为I i以及13，成为与所述的I2不同的输出电流。
[0016]因此，这样的空燃比传感器，虽然对于理论空燃比以及相对于理论空燃比为浓以及为稀的情况能够正确地检测，但在排气的空燃比不为理论空燃比时不能够正确地检测其绝对值(即浓程度、稀程度)。
[0017]因此，鉴于上述课题，本发明的目的在于提供一种内燃机的控制装置，其使用了即使在排气的空燃比不是理论空燃比时也能够检测排气的空燃比的绝对值的空燃比传感器。
[0018]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，其具备:设置在内燃机的排气通路中的空燃比传感器；和根据该空燃比传感器的输出来控制内燃机的内燃机控制单元，所述空燃比传感器被构成为:输出电流变为零时的施加电压根据排气空燃比而变化，并且在排气空燃比为理论空燃比时当使该空燃比传感器中的施加电压增大时输出电流随之增大，在利用所述空燃比传感器检测排气的空燃比时，该空燃比传感器中的施加电压被固定为恒定电压，该恒定电压是在排气空燃比为理论空燃比时与输出电流变为零时的电压不同的电压，且是在排气空燃比为与理论空燃比不同的空燃比时输出电流变为零时的电压。
[0019]第2发明为，在第I发明中，所述空燃比传感器具备:第一电极，其经由扩散律速层暴露于作为空燃比检测对象的排气中；第二电极，其暴露于基准气氛中；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；和电压施加装置，其在所述第一电极与所述第二电极之间施加电压，所述施加电压是由电压施加装置施加的电压，所述空燃比传感器被构成为在各排气空燃比下具有:电流增大区域，其是输出电流随着施加电压的增大而增大的电压区域；和电流微增区域，其是通过设置所述扩散律速层，与所述电流增大区域相比，相对于施加电压增加量的输出电流增加量小的电压区域，所述恒定电压是在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。
[0020]第3发明为，在第I发明中，所述空燃比传感器被构成为在各排气空燃比下具有临界电流区域，该临界电流区域是所述输出电流变为临界电流时的电压区域，所述恒定电压是排气空燃比为理论空燃比时的所述临界电流区域内的电压。
[0021]第4发明为，在第I发明中，所述空燃比传感器被构成为在各排气空燃比下具有:比例区域，其是所述施加电压和输出电流的关系为输出电流与施加电压的增大成比例地增大的电压区域；水分解区域，其是通过发生水的分解，输出电流根据施加电压的变化而变化的电压区域；和中间区域，其是所述比例区域和水分解区域之间的电压区域，所述恒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。
[0022]第5发明为，在第I发明中，所述恒定电压被设为在排气空燃比比理论空燃比高1%时输出电流变为零时的电压与在排气空燃比比理论空燃比低I %时输出电流变为零时的电压之间的电压。
[0023]第6发明为，在第I发明中，所述空燃比传感器被构成为:在各排气空燃比下所述施加电压和输出电流的关系为输出电流随着施加电压增大而增大到第一弯曲点，从第一弯曲点开始，输出电流随着施加电压增大而增大到第二弯曲点，从第二弯曲点开始，输出电流随着施加电压增大而增大，并且在第一弯曲点与第二弯曲点之间的电压区域中，与其他电压区域相比，相对于施加电压增加量的输出电流增加量变小，所述恒定电压被设为排气空燃比为理论空燃比时的所述第一弯曲点和第二弯曲点之间的电压。
[0024]第7发明为，在第I发明中，所述空燃比传感器具备:第一电极，其经由扩散律速层暴露于作为空燃比检测对象的排气中；第二电极，其暴露于基准气氛中；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；和电压施加装置，其在所述第一电极与所述第二电极之间施加电压，所述扩散律速层由氧化铝形成，所述施加电压是由电压施加装置施加的电压，所述恒定电压被设为0.1V以上0.9V以下。
[0025]第8发明为，在第I?7的任一项发明中，所述空燃比传感器具备:第一电极，其经由扩散律速层暴露于作为空燃比检测对象的排气中；第二电极，其暴露于基准气氛中；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，其在所述第一电极与所述第二电极之间施加电压；和电流检测装置，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出的电流。
[0026]第9发明为，在第I?3、5和7的任一项发明中，所述空燃比传感器具备:被流入作为空燃比检测对象的排气的被测气体室；泵单元，其根据泵电流对该被测气体室内的排气进行氧的导入以及吸出；和所检测出的基准电流根据所述被测气体室内的空燃比而变化的基准单元，所述基准单元具备:第一电极，其直接或经由扩散律速层暴露于所述被测气体室内的排气中；第二电极，其暴露于基准气氛中；和固体电解质层，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，其在所述基准单元的第一电极和第二电极之间施加电压；基准电流检测装置，其将在所述基准单元的第一电极和第二电极之间流动的电流作为所述基准电流检测出；泵电流控制装置，其控制向泵单元供给的泵电流，使得由所述基准电流检测装置检测出的基准电流变为零；和泵电流检测装置，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出的泵电流。
[0027]第10发明为，在第I?9的任一项发明中，所述内燃机控制单元将在所述空燃比传感器的输出电流变为O时的排气空燃比判断为与理论空燃比不同的预先确定的空燃比。
[0028]第11发明为，在第I?10的任一项发明中，所述内燃机具备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中的能吸藏氧的排气净化催化剂，所述恒定电压被设为在排气空燃比为比理论空燃比浓的规定的浓判定空燃比时所述输出电流变为零时的电压。
[0029]第12发明为，在第11发明中，所述内燃机控制单元能够控制向所述排气净化催化剂流入的排气的空燃比，在所述空燃比传感器的输出电流变为零以下时，使向所述排气净化催化剂流入的排气的目标空燃比比理论空燃比稀。
[0030]第13发明为，在第12发明中，所述内燃机控制单元具备:氧吸藏量增加单元，其在所述空燃比传感器的输出电流变为零以下时，使向所述排气净化催化剂流入的排气的目标空燃比连续或断续地比理论空燃比稀，直到所述排气净化催化剂的氧吸藏量变为比最大氧吸藏量少的规定的吸藏量为止；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变为所述规定的吸藏量以上时，使所述目标空燃比连续或断续地比理论空燃比浓，使得该氧吸藏量并不达到最大氧吸藏量而是朝向零减少。
[0031]第14发明为，在第13发明中，利用所述氧吸藏量增加单元连续或断续地控制成比理论空燃比稀的期间的所述目标空燃比的平均值与理论空燃比之差，大于利用所述氧吸藏量减少单元连续或断续地控制成比理论空燃比浓的期间的所述目标空燃比的平均值与理论空燃比之差。
[0032]第15发明为，在第13或第14发明中，所述氧吸藏量增加单元使所述目标空燃比连续地维持为比理论空燃比稀。
[0033]第16发明为，在第13?15的任一项发明中，所述氧吸藏量减少单元使所述目标空燃比连续地维持为比理论空燃比浓。
[0034]第17发明为，在第11?16的任一项发明中，还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所述排气通路中，所述内燃机控制单元控制向所述排气净化催化剂流入的排气的空燃比，使得由上游侧空燃比传感器检测出的空燃比变为目标空燃比。
[0035]第18发明为，在第17发明中，所述上游侧空燃比传感器被构成为:输出电流变为零时的施加电压根据排气空燃比而变化，并且在排气空燃比为理论空燃比时当使该上游侧空燃比传感器中的施加电压增大时输出电流随之增大，所述上游侧空燃比传感器中的施加电压低于所述空燃比传感器中的施加电压。
[0036]第19发明为，在第18发明中，所述上游侧空燃比传感器中的施加电压被设为在排气空燃比为理论空燃比时输出电流变为零时的电压。
[0037]第20发明为，在第18或第19发明中，所述上游侧空燃比传感器具备:第一电极，其经由扩散律速层暴露于作为空燃比检测对象的排气中；第二电极，其暴露于基准气氛中；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，其在所述第一电极与所述第二电极之间施加电压；和电流检测装置，其检测在所述第一电极与所述第二电极之间流动的电流，所述上游侧空燃比传感器中的施加电压是由所述上游侧空燃比传感器的电压施加装置施加的电压，所述上游侧空燃比传感器的输出电流是由所述上游侧空燃比传感器的电流检测装置检测出的电流。
[0038]第21发明为，在第18或第19发明中，所述上游侧空燃比传感器具备:被流入作为空燃比检测对象的排气的被测气体室；泵单元，其根据泵电流对该被测气体室内的排气进行氧的导入以及吸出；和所检测出的基准电流根据所述被测气体室内的空燃比而变化的基准单元，所述上游侧空燃比传感器的基准单元具备:第一电极，其直接或经由扩散律速层暴露于所述被测气体室内的排气中；第二电极，其暴露于基准气氛中；和固体电解质层，其配置在所述第一电极与所述第二电极之间，所述上游侧空燃比传感器具备:基准电压施加装置，其在所述基准单元的第一电极和第二电极之间施加电压；基准电流检测装置，其将在所述基准单元的第一电极和第二电极之间流动的电流作为所述基准电流检测出；泵电流控制装置，其控制向泵单元供给的泵电流，使得由所述基准电流检测装置检测出的基准电流变为零；和泵电流检测装置，其检测该泵电流，所述上游侧空燃比传感器中的施加电压是由所述上游侧空燃比传感器的基准电压施加装置施加的基准电压，所述上游侧空燃比传感器的输出电流是由所述上游侧空燃比传感器的泵电流检测装置检测出的泵电流。
[0039]第22发明为，在第11?21的任一项发明中，所述内燃机还具备在所述空燃比传感器的排气流动方向下游侧设置于所述排气通路内的能吸藏氧的下游侧排气净化催化剂。
[0040]根据本发明，提供一种内燃机的控制装置，其使用了即使在排气的空燃比不为理论空燃比时也能够检测排气的空燃比的绝对值的空燃比传感器。
【附图说明】
[0041]图1是概略地示出采用本发明的控制装置的内燃机的图。
[0042]图2是表示空燃比传感器的输出特性的图。
[0043]图3是空燃比传感器的概略的剖面图。
[0044]图4是概略地示出空燃比传感器的工作的图。
[0045]图5是表示构成电压施加装置以及电流检测装置的具体电路的一例的图。
[0046]图6是表示各排气空燃比下的传感器施加电压和输出电流的关系的图。
[0047]图7是表示各传感器施加电压下的排气空燃比和输出电流的关系的图。
[0048]图8是放大地示出图6中用X — X表示的区域的图。
[0049]图9是放大地示出图7中用Y表示的区域的图。
[0050]图10是表示空燃比传感器的传感器施加电压和输出电流的关系的图。
[0051]图11是表示空燃比传感器中的排气空燃比和输出电流的关系的图。
[0052]图12是表示传感器施加电压和输出电流的关系的图。
[0053]图13是表示排气净化催化剂的氧吸藏量和从排气净化催化剂中流出的排气中的NOxW及未燃气体的浓度的关系。
[0054]图14是排气净化催化剂的氧吸藏量等的时间图。
[0055]图15是排气净化催化剂的氧吸藏量等的时间图。
[0056]图16是控制装置的功能框图。
[0057]图17是表示空燃比修正量的计算控制的控制程序的流程图。
[0058]图18是排气净化催化剂的氧吸藏量等的时间图。
[0059]图19是第二实施方式的空燃比传感器的概略的剖面图。
[0060]图20是概略地示出第二实施方式的空燃比传感器的工作的图。
【具体实施方式】
[0061]以下，参照附图对本发明的内燃机的控制装置详细地说明。再者，在以下的说明中，对同样的构成要素标记相同参照标记。图1是概略地示出采用本发明的第一实施方式涉及的控制装置的内燃机的图。
[0062]<内燃机整体的说明>
[0063]参照图1，I表示内燃机主体，2表示气缸体，3表示在气缸体2内进行往复运动的活塞，4表不固定在气缸体2上的气缸盖，5表不在活塞3与气缸盖4之间形成的燃烧室，6表不吸气阀，7表不吸气口，8表不排气阀，9表不排气口。吸气阀6对吸气口 7进行开关，排气阀8对排气口 9进行开关。
[0064]如图1所示，在气缸盖4的内壁面的中央部配置有火花塞10，在气缸盖4的内壁面周边部配置有燃料喷射阀11。火花塞10被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内喷射规定量的燃料。再者，燃料喷射阀11也可以被配置为向吸气口 7内喷射燃料。另外，在本实施方式中，作为燃料，可使用在排气净化催化剂中的理论空燃比为14.6的汽油。但是，本发明的内燃机也可以使用其他燃料。
[0065]各气缸的吸气口 7经由各自对应的吸气支管13与缓冲罐(surge tank) 14连接，缓冲罐14经由吸气管15与空气滤清器16连接。吸气口 7、吸气支管13、缓冲罐14、吸气管15形成吸气通路。另外，在吸气管15内配置有由节流阀驱动致动器17驱动的节流阀18。节流阀18通过利用节流阀驱动致动器17使其转动，能够变更吸气通路的开口面积。
[0066]另一方面，各气缸的排气口 9与排气歧管19连接。排气歧管19具有与各排气口 9连接的多个分支部和集合了这些分支部的集合部。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连接。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连接。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。
[0067]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。在吸气管15中配置有用于检测在吸气管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的集合部中配置有检测在排气歧管19内流动的排气(即向上游侧排气净化催化剂20流入的排气)的空燃比的上游侧空燃比传感器40。而且，在排气管22内，配置有检测在排气管22内流动的排气(即从上游侧排气净化催化剂20流出并向