[发明专利]内燃机的空燃比控制装置及空燃比控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及根据从内燃机排出的废气中的氧浓度的测定结果来控制空燃比的内燃机的空燃比控制装置及空燃比控制方法。

背景技术

以往，作为优化内燃机中的空气与燃料的混合比(空燃比)的控制，进行如下反馈控制：利用氧传感器来检测内燃机排出的废气中的氧浓度，并根据其检测值调节燃料喷射量。

这种内燃机的空燃比控制中使用的氧传感器的传感器主体通常由氧化锆元件(固体电解质)构成。该氧化锆元件在达到预定温度(例如300℃)时，通过废气与大气之间的氧浓度差产生电动势，该电动势由氧浓度比决定。即，对于由氧化锆元件构成的氧传感器的输出电压，在为浓度高于理论空燃比(对于汽油内燃机而言为14.7)的混合气(富燃状态)时，该输出电压表现为高电压值，而在为浓度低于理论空燃比的混合气(稀燃状态)时，该输出电压表现为低电压值。因此，将基准值设定在该氧传感器的输出电压值的中间值附近来进行富燃/稀燃判定，在该富燃/稀燃判定中，当氧传感器的输出电压高于该基准设定值时判定为富燃状态，当氧传感器的输出电压低于该基准设定值时判定为稀燃状态。然后进行如下控制：在判定为富燃时减少燃料喷射量，在判定为稀燃时增加燃料喷射量，由此使空燃比接近理论空燃比。

但是，对于上述氧传感器而言，当传感器元件未升温至预定温度以上时，该传感器元件未被激活，从而无法检测准确的氧浓度。通常，氧传感器元件在被高温废气加热而达到预定激活温度以上时，其输出是稳定的。

图4是表示氧传感器的温度特性的图。图4示出了如下情况：氧传感器的输出电压在低温(未激活)状态下较高，并在起动开始后逐渐下降，当传感器元件的温度上升了一定程度时开始产生富燃与稀燃之间的电压差(非完全激活)，随后保持富燃与稀燃之间的确定的电压差而稳定下来(完全激活)。因此，在内燃机的空燃比控制中，为了准确地进行富燃/稀燃判定，首先需要判定氧传感器是否被充分激活。

图5是表示以往的内燃机的空燃比控制中、氧传感器的激活判定方法的第一例的图。如图5所示，为了判定氧传感器的激活，首先，(1)检查氧传感器的输出值是否小于或等于预先设定的激活判定电压。然后，(2)检查氧传感器的输出值小于或等于预先设定的激活判定电压的状态是否连续经过了预定时间。进而，在上述(1)和(2)的检查均判定为“是”的情况下，判定为氧传感器已激活，转移至空燃比控制的富燃/稀燃判定。

此外，作为以往的空燃比控制中的氧传感器的激活判定的第二例，公知有如下的氧传感器的激活判断装置：当判定为处于燃料切断状态时，判断氧传感器的输出是否大于或等于预先设定的第一激活判定值，然后继续判断上述氧传感器的输出是否大于或等于低于上述第一激活判定值的第二激活判定值，并在此时判断上述氧传感器的激活(例如参照专利文献1)。

[专利文献1]日本特许第2745754号公报

另一方面，近年来，为了使氧传感器快速激活，采用了内置有对传感器元件进行加热的加热器的氧传感器。但是，对该加热器进行通电的电源通常采用电池或者发电机，因此，当由于电池充电不足或发电机电动势不足等原因而导致电源电压下降时，加热器的发热量降低。在该情况下，传感器元件未被充分加热，因而升温缓慢。此外，对于在雨中行驶等情况来说也是同样，传感器元件的升温变慢。当传感器元件的升温变慢时，图4所示的氧传感器的输出电压的下降也随之变慢，因此即使判断为氧传感器处于激活状态，还是有可能在富燃/稀燃判定中发生误判。

图6是用于说明上述以往的内燃机的空燃比控制中的富燃/稀燃判定中的误判的示意图。如图6所示，在氧传感器元件的温度上升缓慢从而传感器输出电压难以下降的情况下，即使通过激活判定而判定为完全激活，但实际仍然可能处于非完全激活的状态。在这种情况下，虽然空燃比状态为稀燃，但氧传感器的输出电压却大于或等于富燃/稀燃判定电压，因此误判为富燃。进一步，如果根据该误判而减少了燃料喷射量，则会由于过稀(over lean)而导致内燃机停止等内燃机运转控制的不良。这样，在以往的激活判定和富燃/稀燃判定中，存在当传感器元件升温缓慢时其判定精度劣化的问题。

另外，以往，开发出了根据传感器元件的温度(元件内部阻抗)来进行激活判定的空燃比控制。根据该装置，能够实现快速准确的判定，但存在成本变高的问题。

发明内容

本发明正是鉴于上述现有技术的课题而做出的，其目的在于，提供通过使氧传感器的激活判定和富燃/稀燃判定各自在两个阶段中进行、由此能够进行准确且稳定性良好的空燃比控制的内燃机的空燃比控制装置及空燃比控制方法。