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?9)。
[0003]其中，在专利文献I?4所记载的内燃机中，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(HC、CO等)、NOx等。即，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，在专利文献I?4所记载的控制装置中，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]现有技术文献
[0008]专利文献1:日本特开2011-069337号公报
[0009]专利文献2:日本特开平8-232723号公报
[0010]专利文献3:日本特开2009-162139号公报
[0011]专利文献4:日本特开2001-234787号公报
[0012]专利文献5:日本特开平8-312408号公报
[0013]专利文献6:日本特开平6-129283号公报
[0014]专利文献7:日本特开2005-140000号公报
[0015]专利文献8:日本特开2003-049681号公报
[0016]专利文献9:日本特开2000-356618号公报
【发明内容】
[0017]发明要解决的问题
[0018]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。
[0019]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，流入排气净化催化剂的排气包含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。
[0020]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。
[0021]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，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。
[0022]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。
[0023]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未燃气体浓度和NOx浓度具有如上所述的关系。在此，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的情况下，即，在由下游侧氧传感器检测到的排气的空燃比(以下，称为“排气空燃比”)成为了与高侧阈值对应的下限空燃比以下时，目标空燃比被切换为预定的稀空燃比(以下，称为“设定稀空燃比”)，之后固定为该空燃比。另一方面，在下游侧的氧传感器的输出电压为低侧阈值以下的情况下，即，在由下游侧氧传感器检测到的排气空燃比成为了与低侧阈值对应的上限空燃比以上时，目标空燃比被切换为预定的浓空燃比(以下，称为“设定浓空燃比”)，之后固定为该空燃比。
[0024]在此，在由下游侧氧传感器检测到的排气空燃比成为了与高侧阈值对应的下限空燃比以下时，从排气净化催化剂流出某种程度的未燃气体。因而，若将设定稀空燃比与理论空燃比之差即稀程度设定得大，则能够迅速地抑制来自排气净化催化剂的未燃气体的流出。然而，若将设定稀空燃比的稀程度设定得大，则之后排气净化催化剂的氧吸藏量急剧增大而直到从排气净化催化剂流出NOx为止的期间会变短，并且从排气净化催化剂流出NOx时的NOx的流出量会变多。
[0025]另一方面，若将设定稀空燃比的稀程度设定得小，则无法使排气净化催化剂的氧吸藏量缓慢的增加，因而能够延长直到从排气净化催化剂流出NOx为止的时间。另外，能够使从排气净化催化剂流出NOx时的NOx的流出量为少量。然而，在将设定稀空燃比的稀程度设定得小的情况下，在由下游侧氧传感器检测到的排气空燃比成为下限空燃比以下而将目标空燃比从设定浓空燃比切换为设定稀空燃比时，无法迅速地抑制来自排气净化催化剂的未燃气体的流出。
[0026]另外，在由下游侧氧传感器检测到的排气空燃比成为了与低侧阈值对应的上限空燃比以上时，从排气净化催化剂流出某种程度的NOx。因而，若将设定浓空燃比与理论空燃比之差即浓程度设定得大，则能够迅速地抑制来自排气净化催化剂的NOx的流出。然而，若将设定浓空燃比的浓程度设定得大，则之后排气净化催化剂的氧吸藏量急剧减少而直到从排气净化催化剂流出未燃气体为止的期间会变短，并且从排气净化催化剂流出未燃气体时的未燃气体的流出量会变多。
[0027]另一方面，若将设定浓空燃比的浓程度设定得小，则能够使排气净化催化剂的氧吸藏量缓慢地减少，因而能够延长直到从排气净化催化剂流出未燃气体为止的时间。另外，能够使从高排气净化催化剂流出未燃气体时的未燃气体的流出量为少量。然而，在将设定浓空燃比的浓程度设定得小的情况下，在由下游侧氧传感器检测到的排气空燃比成为上限空燃比以上而将目标空燃比从设定稀空燃比切换为设定浓空燃比时，无法迅速地抑制来自排气净化催化剂的NOx的流出。
[0028]另外，在专利文献I所记载的控制装置中，在排气净化催化剂的排气流动方向下游侧使用氧传感器。氧传感器中的排气空燃比与输出电压的关系基本上成为如图3中虚线所示的关系。即，电动势在理论空燃比附近大幅变化，若排气空燃比成为浓空燃比则电动势变高，相反，若排气空燃比成为稀空燃比则电动势变低。
[0029]但是，在氧传感器中，由于在传感器的电极上未燃气体、氧等的反应性低U，所以即使实际的排气空燃比相同，电动势也会根据空燃比的变化的方向而成为不同的值。换言之，氧传感器根据排气空燃比的变化的方向具有滞后现象。图3示出其样子，实线A示出使空燃比从浓侧向稀侧变化时的关系，实线B示出使空燃比从稀侧向浓侧变化时的关系。
[0030]因而，在排气净化催化剂的排气流动方向下游侧配置了氧传感器的情况下，在实际的排气空燃比从理论空燃比向浓侧变化某种程度之后才由氧传感器检测到浓空燃比。同样，在实际的排气空燃比从理论空燃比向稀侧变化某种程度之后才由氧传感器检测到稀空燃比。即，在下游侧配置了氧传感器的情况下，相对于实际的排气空燃比响应性低。这样，若下游侧的氧传感器的响应性低，则会在从排气净化催化剂流出了某种程度的NOx之后将目标空燃比切换为浓空燃比，另外，会在从排气净化催化剂流出了某种程度的未燃气体之后将目标空燃比切换为稀空燃比。
[0031]这样，根据专利文献I所记载的控制装置，未能充分减少从排气净化催化剂流出的未燃气体和/或NOx。
[0032]因此，鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种能够充分减少从排气净化催化剂流出的未燃气体和/或NOx的内燃机的控制装置。
[0033]用于解决问题的手段
[0034]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；下游侧空燃比检测装置，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；以及空燃比控制装置，其控制流入所述排气净化催化剂的排气的空燃比以使得该排气的空燃比成为目标空燃比，其中，所述内燃机的控制装置具备:空燃比稀切换单元，其在由所述下游侧空燃比检测装置检测到的排气空燃比成为了浓空燃比时，使所述目标空燃比变化至比理论空燃比稀的稀设定空燃比；稀程度降低单元，其在由该空燃比稀切换单元使空燃比变化之后且由所述下游侧空燃比检测装置检测的排气空燃比成为稀空燃比之前，使所述目标空燃比变化为下述稀空燃比，该稀空燃比是与理论空燃比之差比所述稀设定空燃比与理论空燃比之差小的空燃比；空燃比浓切换单元，其在由所述下游侧空燃比检测装置检测到的排气空燃比成为了稀空燃比时，使所述目标空燃比变化至比理论空燃比浓的浓设定空燃比；以及浓程度降低单元，其在由该空燃比浓切换单元使空燃比变化之后且由所述下游侧空燃比检测装置检测的排气空燃比成为浓空燃比之前，使所述目标空燃比变化为下述浓空燃比，该浓空燃比是与理论空燃比之差比所述浓设定空燃比与理论空燃比之差小的空燃比。
[0035]第2发明根据第I发明，所述稀程度降低单元，在使所述目标空燃比变化时，将该目标空燃比从所述稀设定空燃比向预定的稀空燃比阶梯状地切换，该预定的稀空燃比是与理论空燃比之差比该稀设定空燃比与理论空燃比之差小的空燃比。
[0036]第3发明根据第I或第2发明，所述浓程度降低单元，在使所述目标空燃比变化时，将该目标空燃比从所述浓设定空燃比向预定的浓空燃比阶梯状地切换，该预定的浓空燃比是与理论空燃比之差比该浓设定空燃比与理论空燃比之差小的空燃比。
[0037]第4发明根据第I?第3发明的任一发明，所述稀程度降低单元，在由所述下游侧空燃比检测装置检测到的排气空燃比收敛于理论空燃比之后使所述目标空燃比变化。
[0038]第5发明根据第I?第5发明的任一发明，所述浓程度降低单元，在由所述下游侧空燃比检测装置检测到的排气空燃比收敛于理论空燃比之后使所述目标空燃比变化。
[0039]第6发明根据第I?第3发明的任一发明，还具备推定所述排气净化催化剂的氧吸藏量的氧吸藏量推定单元，所述稀程度降低单元，在由所述氧吸藏量推定单元推定出的氧吸藏量成为了比最大氧吸藏量少的预先设定的吸藏量以上时使所述目标空燃比变化。
[0040]第7发明根据第I?第4发明的任一发明，还具备推定所述排气净化催化剂的氧吸藏量的氧吸藏量推定单元，所述浓程度降低单元，在由所述氧吸藏量推定单元推定出的氧吸藏量成为了比零多的预先设定的吸藏量以下时使所述目标空燃比变化。
[0041]第8发明根据第6或第7发明，还具备上游侧空燃比检测装置，该上游侧空燃比检测装置配置于所述排气净化催化剂的排气流动方向上游侧，并且检测流入所述排气净化催化剂的排气的排气空燃比，所述氧吸藏量推定单元具备:流入未燃气体过剩或不足流量算出单元，其基于由所述上游侧空燃比检测装置检测到的空燃比及所述内燃机的吸入空气量，算出相对于流入所述排气净化催化剂的排气的空燃比为理论空燃比的情况成为过剩的未燃气体或不足的未燃气体的流量；流出未燃气体过剩或不足流量算出单元，其基于由所述下游侧空燃比检测装置检测到的空燃比及所述内燃机的吸入空气量，算出相对于从所述排气净化催化剂流出的排气的空燃比为理论空燃比的情况成为过剩的未燃气体或不足的未燃气体的流量；以及吸藏量算出单元，其基于由所述流入未燃气体过剩或不足流量算出单元算出的过剩或不足的未燃气体的流量和由所述流出未燃气体过剩或不足流量算出单元算出的过剩或不足的未燃气体的流量，算出所述排气净化催化剂的氧吸藏量。
[0042]第9发明根据第8发明，还具备学习值算出单元，其基于下述两个氧吸藏量算出用于对实际流入排气净化催化剂的排气的空燃比相对于所述目标空燃比的偏离进行修正的空燃比偏离量学习值，所述两个氧吸藏量分别是在从所述空燃比稀切换单元使目标空燃比变化为稀设定空燃比起到所述空燃比浓切换单元使目标空燃比变化为最大浓空燃比为止的期间内由所述吸藏量算出单元算出所述氧吸藏量，和在从所述空燃比浓切换单元使目标空燃比变化为浓设定空燃比起到所述空燃比稀切换单元使目标空燃比变化为稀设定空燃比为止的期间内由所述吸藏量算出单元算出的所述氧吸藏量，所述空燃比控制装置，基于由所述学习值算出单元所算出的空燃比偏离量学习值，对由所述空燃比稀切换单元、所述稀程度降低单元、所述空燃比浓切换单元以及所述浓程度降低单元设定的目标空燃比进行修正。
[0043]第10发明根据第I?第9发明的任一发明，所述空燃比稀切换单元，在由所述下游侧空燃比检测装置检测到的排气空燃比成为了比理论空燃比浓的浓判定空燃比时，判断为由所述下游侧空燃比检测装置检测到的排气空燃比成为了浓空燃比，所述空燃比浓切换单元，在由所述下游侧空燃比检测装置检测到的排气空燃比成为了比理论空燃比稀的稀判定空燃比时，判断为由所述下游侧空燃比检测装置检测到的排气空燃比成为了稀空燃比。
[0044]第11发明根据第10发明，所述下游侧空燃比检测装置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，所述空燃比稀切换单元，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空燃比。
[0045]第12发明根据第10发明，所述下游侧空燃比检测装置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稀判定空燃比时输出电流成为零的施加电压，所述空燃比浓切换单元，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稀空燃比。
[0046]第13发明根据第10?第12发明的任一发明，所述下游侧空燃比检测装置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，对该空燃比传感器交替地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和在排气空燃比为所述稀判定空燃比时输出电流成为零的施加电压。
[0047]第14发明根据第I?第10发明的任一发明，还具备上游侧空燃比检测装置，该上游侧空燃比检测装置配置于所述排气净化催化剂的排气流动方向上游侧，并且检测流入所述排气净化催化剂的排气的排气空燃比，所述空燃比控制装置，控制向所述内燃机的燃烧室供给的燃料或空气的量，以使得由所述上游侧空燃比检测装置检测到的空燃比成为所述目标空燃比。
[0048]第15发明根据第14发明，所