81内。
[0237]从空燃比传感器70、71周围的排气中向被测气体室81内导入的氧的流量与泵电压成比例，另外，泵电压与由基准电流检测装置101检测出的负的基准电流的大小成比例。因此，被测气体室81内的排气空燃比越是从与基准电压Vr对应的空燃比向浓偏离得大，即，被测气体室81内的未燃气体浓度越高，则从空燃比传感器70、71周围的排气中向被测气体室81内导入的氧的流量越多。其结果，经由扩散律速层93向被测气体室81流入的未燃气体的流量、和由泵单元90导入的氧流量达到化学当量比，因此被测气体室81内基本上保持为与基准电压Vr对应的空燃比。
[0238]由泵单元90导入的氧流量等于在泵单元90内的第一固体电解质层83内移动的氧离子的流量。并且，该氧离子的流量等于在泵单元90的电极85、86间流动的电流。因此，通过由泵电流检测装置103检测出在电极85、86间流动的电流，能够检测出经由扩散律速层93向被测气体室81流入的未燃气体的流量，从而能够检测出被测气体室81周围的排气的浓空燃比。
[0239]另外，在空燃比传感器70、71周围的排气空燃比为与基准电压Vr对应的空燃比时，如图20(C)所示，经由扩散律速层93向被测气体室81内流入与基准电压Vr对应的空燃比的排气。当这样流入与基准电压Vr对应的空燃比的排气时，在基准单元91的电极87、88间流动的基准电流变为零，这样的基准电流由基准电流检测装置101检测出。
[0240]当由基准电流检测装置101检测出的基准电流为零时，与之相伴，由泵电压施加装置102施加的泵电压也被设为零。因而，在泵单元90的第一固体电解质层83中，未发生氧离子的移动，因此被测气体室81内基本上保持为与基准电压Vr对应的空燃比。并且，由于在泵单元90的第一固体电解质层83中未发生氧离子的移动，所以由泵电流检测装置103检测的泵电流也变为零。因此可知，在由泵电流检测装置103检测的泵电流为零时，被测气体室81周围的排气的空燃比为与基准电压Vr对应的空燃比。
[0241 ] 这样，根据本实施方式的空燃比传感器70、71，在空燃比传感器70、71周围的排气空燃比与对应于基准电压Vr的空燃比一致时，作为输出电流的泵电流变为零。另外，在空燃比传感器70、71周围的排气空燃比比与基准电压Vr对应的空燃比稀时，作为输出电流的泵电流变为正，泵电流的绝对值根据其稀的程度而变大。相反地，在空燃比传感器70、71周围的排气空燃比比与基准电压Vr对应的空燃比浓时，作为输出电流的泵电流变为负，泵电流的绝对值根据其浓的程度而变大。
[0242]而且，如与上述第一实施方式的空燃比传感器40、41关联地说明的那样，与基准电压Vr对应的空燃比、S卩施加了基准电压Vr时的电流为零时的排气空燃比，随着基准电压Vr增大而变小。例如，在基准电压Vr为0.45V时，电流为零时的排气空燃比变为理论空燃比。而且，在基准电压Vr大于0.45V的情况下，电流为零时的排气空燃比变为浓空燃比，在基准电压Vr小于0.45V的情况下，电流为零时的排气空燃比变为稀空燃比。
[0243]<各空燃比传感器中的施加电压>
[0244]在本实施方式中，上游侧空燃比传感器40中的基准电压Vrup被设为在排气空燃比为理论空燃比(在本实施方式中为14.6)时输出电流变为零时的电压(例如0.45V)。换言之，在上游侧空燃比传感器40中，设定基准电压Vrup，使得电流为零时的排气空燃比变为理论空燃比。另一方面，下游侧空燃比传感器41中的基准电压Vrdwn被设为在排气空燃比为比理论空燃比稍浓的预先确定的浓判定空燃比(例如14.55)时输出电流变为零时的电压(例如0.7V)。换言之，在下游侧空燃比传感器41中设定基准电压Vrdwn，使得电流为零时的排气空燃比变为比理论空燃比稍浓的浓判定空燃比。这样，在本实施方式中，下游侧空燃比传感器41中的基准电压Vrdwn被设为比上游侧空燃比传感器40中的基准电压Vrup高的电压。
[0245]因此，与两空燃比传感器70、71连接的E⑶31，将在上游侧空燃比传感器40的输出电流即泵电流Irup变为零时的上游侧空燃比传感器40周围的排气空燃比判断为理论空燃比。另一方面，E⑶31将在下游侧空燃比传感器41的输出电流即泵电流Irdwn变为零时的下游侧空燃比传感器41周围的排气空燃比判断为浓判定空燃比、即与理论空燃比不同的预先确定的空燃比。
[0246]再者，在上述第一实施方式中，上游侧空燃比传感器以及下游侧空燃比传感器都是单一单元型空燃比传感器，在上述第三实施方式中，上游侧空燃比传感器以及下游侧空燃比传感器都是双单元型空燃比传感器。但是，也可以将上游侧空燃比传感器设为双单元型空燃比传感器、将下游侧空燃比传感器设为单一单元型空燃比传感器。相反地，也可以将上游侧空燃比传感器设为单一单元型空燃比传感器、将下游侧空燃比传感器设为双单元型空燃比传感器。即使是这种情况，下游侧空燃比传感器41中的传感器施加电压(基准电压)Vrup也被设为比上游侧空燃比传感器40中的传感器施加电压(基准电压)Vrdwn高的电压。
[0247]再者，在本说明书中，排气净化催化剂的氧吸藏量作为在最大氧吸藏量与零之间变化的吸藏量进行了说明。这意味着能够利用排气净化催化剂进一步吸藏的氧的量在零(氧吸藏量为最大氧吸藏量的情况)与最大值(氧吸藏量为零的情况)之间变化。
[0248]附图标记说明
[0249]5:燃烧室
[0250]6:吸气阀
[0251]8:排气阀
[0252]10:火花塞
[0253]11:燃料喷射阀
[0254]13:吸气支管
[0255]15:吸气管
[0256]18:节流阀
[0257]19:排气歧管
[0258]20:上游侧排气净化催化剂
[0259]21:上游侧壳体
[0260]22:排气管
[0261]23:下游侧壳体
[0262]24:下游侧排气净化催化剂
[0263]31:ECU
[0264]39:空气流量计
[0265]40:上游侧空燃比传感器
[0266]41:下游侧空燃比传感器
[0267]51:固体电解质层
[0268]52:排气侧电极
[0269]53:空气侧电极
[0270]54:扩散律速层
[0271]55:保护层
[0272]56:加热器部
[0273]57:被测气体室
[0274]58:基准气体室
[0275]60:电压施加装置
[0276]61:电流检测装置
【主权项】
1.一种内燃机的控制装置，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，该恒定电压是与在排气空燃比为理论空燃比时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。2.根据权利要求1所述的内燃机的控制装置， 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变小的电压区域， 所述恒定电压是排气空燃比为理论空燃比时的所述电流微增区域内的电压。3.根据权利要求1所述的内燃机的控制装置， 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。4.根据权利要求1所述的内燃机的控制装置， 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-M 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。5.根据权利要求1所述的内燃机的控制装置， 所述恒定电压被设为在排气空燃比比理论空燃比高I %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。6.根据权利要求1所述的内燃机的控制装置， 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。7.根据权利要求1所述的内燃机的控制装置， 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。8.根据权利要求1?7的任一项所述的内燃机的控制装置， 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。9.根据权利要求1?3、5和7的任一项所述的内燃机的控制装置， 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。10.根据权利要求1?9的任一项所述的内燃机的控制装置， 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。11.根据权利要求1?10的任一项所述的内燃机的控制装置， 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。12.根据权利要求11所述的内燃机的控制装置， 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。13.根据权利要求12所述的内燃机的控制装置， 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，以使得该氧吸藏量并不达到最大氧吸藏量而是朝向零减少。14.根据权利要求13所述的内燃机的控制装置， 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。15.根据权利要求13或14所述的内燃机的控制装置， 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。16.根据权利要求13?15的任一项所述的内燃机的控制装置， 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。17.根据权利要求11?16的任一项所述的内燃机的控制装置， 还具备: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的上游侧空燃比传感器， 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。18.根据权利要求17所述的内燃机的控制装置， 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。19.根据权利要求18所述的内燃机的控制装置， 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。20.根据权利要求18或19所述的内燃机的控制装置， 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。21.根据权利要求18或19所述的内燃机的控制装置， 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。22.根据权利要求11?21的任一项所述的内燃机的控制装置， 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。
【专利摘要】一种内燃机的控制装置，具备空燃比传感器和根据空燃比传感器的输出来控制内燃机的内燃机控制单元。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的施加电压增大时输出电流随之增大。在由空燃比传感器检测排气的空燃比时，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。由此，提供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的内燃机的控制装置。
【IPC分类】F02D45/00, G01N27/41
【公开号】CN104981600
【申请号】CN201380071659
【发明人】林下刚, 青木圭一郎
【申请人】丰田自动车株式会社
【公开日】2015年10月14日
【申请日】2013年1月29日
【公告号】EP2952720A1, WO2014118894A1