CN101091112A - 氧传感器及空燃比控制系统 - Google Patents
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Abstract
在氧传感器中，对三元催化剂下游的低浓度的排气也可获得正确的输出，其中，在三元催化剂的下游侧配置的氧传感器中具有：暴露于排气的排气侧电极；暴露于作为氧浓度基准的基准气体的基准气体侧电极；配置在排气侧电极和基准气体侧电极之间的电解质，进一步，在排气侧电极的表面侧具有降低单元，使导入排气侧电极的排气量相对于流到氧传感器外部的排气量、小于导入空燃比传感器的电极的排气量相对于流到所述空燃比传感器外部的排气量。
Description
技术领域
本发明涉及到一种氧传感器及空燃比控制系统。具体而言，涉及到一种配置在内燃机的催化剂下游的氧传感器、以及在内燃机的催化剂的上游及下游分别具有传感器、通过下游侧的氧传感器的输出校正上游侧的空燃比传感器的输出，控制空燃比的空燃比控制系统。
背景技术
日本特开平10-306742号公报公开了一种在内燃机排气通路上设置的三元催化剂的上游配置空燃比传感器的系统。该系统根据空燃比传感器的输出计算空燃比的控制参数，通过该参数进行控制，使空燃比为目标空燃比。
但是，空燃比传感器的输出中，由于空燃比传感器的输出特性的不均、历时退化造成的输出特性的变化，会产生误差。如果仅根据上游侧的空燃比传感器的输出计算控制参数，当空燃比传感器的输出产生误差时，误差会直接影响控制的参数。结果使空燃比控制的精度下降。
因此在上述系统中，除了三元催化剂上游侧的空燃比传感器，在三元催化剂的下游侧还配置排气传感器，将其用于上游侧空燃比传感器的输出的校正。具体而言，根据下游侧传感器的输出，计算出用于校正上游侧空燃比传感器输出的校正值。上游侧空燃比传感器的输出通过该校正值校正，通过校正后的传感器输出，计算出控制的参数。根据上述系统，通过该参数控制空燃比，因此可抑制上游侧空燃比传感器的误差造成的影响。
专利文献1：日本特开平10-306742号公报
专利文献2：日本特开平11-237361号公报
发明内容
作为下游侧的排气传感器，一般使用氧传感器。氧传感器具有其输出阶梯状变化的特性。即，当排气中的CH4、H2等富气浓度高时，输出某一定的高电压，排气中的氧浓度变大，当变为贫气状态时，输出电压急剧下降。该输出电压剧变的点为输出剧变点。为了正确进行空燃比控制，希望输出剧变点位于理论空燃比附近，即位于λ＝1附近。
但是，排气中含有CH4、H2等富气及O2，但CH4、H2和O2相比其扩散速度较快。因此利用氧传感器进行排气检测时，CH4、H2比O2先到达排气侧电极表面。其结果，虽然处于理论空燃比的状态，但受到先到达的富气的影响，氧传感器的输出可能偏向富气侧。
即使如上所述排气中的各分子的扩散速度存在差，但检测的排气中的各分子浓度如果较高，则不会受到较大的影响，可在一定程度上得到正确的输出。但是，对于三元催化剂下游侧配置的氧传感器，作为检测对象的气体成为通过三元催化剂被净化后的极低浓度的气体。因此，易于显著受到扩散速度差产生的影响，输出剧变点偏向贫气侧，易于得到富气输出。因此，当下游侧的氧传感器的输出产生偏差时，无法正确对上游侧的空燃比传感器的输出进行校正。
本发明为了解决上述课题而提出，其目的在于，对于在三元催化剂下游配置的氧传感器，提供一种为了获得较正确的输出而改良的氧传感器及空燃比控制系统。
第一发明为了实现上述目的，提供一种氧传感器，配置在内燃机的三元催化剂下游，其特征在于，具有：
排气侧电极，暴露于排气中；
基准气体侧电极，暴露于作为氧浓度基准的基准气体中；
电解质，配置在上述排气侧电极和上述基准气体侧电极之间；以及
降低单元，配置在上述排气侧电极的表面侧，用于降低到达上述排气侧电极的排气中的富气的量，使上述氧传感器的输出在理论空燃比处具有输出剧变点。
第二发明，在第一发明中，其特征在于，上述降低单元是在与上述电解质相反一侧与上述排气侧电极相接配置的、气孔率为10％以下的涂层。
第三发明，在第一或第二发明中，其特征在于，上述降低单元是在与上述电解质相反一侧与上述排气侧电极相接配置的、厚度为300μm以上的涂层。
第四发明，在第一至第三发明的任意一个发明中，其特征在于，上述降低单元是将上述氧传感器隔离而安装在上述三元催化剂下游侧的配管中的盖体，
上述盖体具有通气孔，该通气孔调整成使上述涂层表面的排气的流速相对于内燃机预热后进行空转时上述盖体外部的排气的流速下降到1/10以下。
第五发明为了实现上述目的，提供一种空燃比控制系统，具有：
空燃比传感器，配置在用于净化内燃机排气的三元催化剂的上游，产生与检测气体的浓度对应的输出；
氧传感器，配置在上述三元催化剂的下游，产生与检测气体的浓度对应的输出；
控制单元，通过上述氧传感器的输出校正上述空燃比传感器的输出，根据上述校正后的空燃比传感器的输出控制空燃比，其特征在于，
上述氧传感器具有：
排气侧电极，暴露于排气中；
基准气体侧电极，暴露于作为氧浓度基准的基准气体中；
电解质，配置在上述排气侧电极和上述基准气体侧电极之间；以及
降低单元，配置在上述排气侧电极的表面，使相对于流到上述氧传感器外部的排气量而上述导入排气侧电极的排气量、小于相对于流到上述空燃比传感器外部的排气量而导入上述空燃比传感器的电极的排气量。
第六发明，在第五发明中，其特征在于，
上述降低单元是在与上述电解质相反一侧与上述排气侧电极相接配置的涂层，
通过减小上述涂层的气孔率来减少到达上述排气侧电极的排气的量。
第七发明，在第六发明中，其特征在于，上述涂层的气孔率为10％以下。
第八发明，在第五至第七发明的任意一种发明中，其特征在于，
上述降低单元是在与上述电解质相反一侧与上述排气侧电极相接配置的涂层，
通过增加上述涂层的厚度来减少到达上述排气侧电极的排气的量。
第九发明，在第八发明中，其特征在于，上述涂层的厚度为300μm以上。
第十发明，在第五至第九发明中的任意一个发明中，其特征在于，
上述降低单元是将上述氧传感器隔离而安装在上述三元催化剂下游侧的配管中的盖体，
上述盖体具有通气孔，该通气孔调整成使上述涂层表面的排气的流速小于上述配管中的排气的流速。
第十一发明，在第十发明中，其特征在于，上述通气孔使上述涂层表面的排气的流速为内燃机预热后进行空转时上述盖体外部的排气的流速的1/10以下。
第十二发明，在第五至第十一发明中的任意一个发明中，其特征在于，上述控制单元具有：
第一判断单元，判断上述氧传感器的输出是否在第一电压以上；
第一目标电压设定单元，当判断为在上述第一电压以上时，将上述目标电压设定为上述第一电压；
第二判断单元，当判断为不在上述第一电压以上时，判断上述氧传感器的输出是否在比上述第一电压小的第二电压以下；
第二目标电压设定单元，当判断为在上述第二电压以下时，将上述目标电压设定为第二电压；
偏差计算单元，求得上述氧传感器的输出与上述目标电压之间的偏差；以及
校正值计算单元，根据上述偏差计算出上述空燃比传感器的校正值。
第十三发明，在第五至第十一发明的任意一个发明中，其特征在于，上述控制单元具有：
判断单元，判断上述氧传感器的输出是否在基准电压以上；
目标电压设定单元，当判断为在上述基准电压以上时，将上述目标电压设定为第一电压，当判断为不在上述基准电压以上时，将上述目标电压设定为比上述第一电压小的第二电压；
偏差计算单元，求得上述氧传感器的输出与上述目标电压之间的偏差；
校正值计算单元，根据上述偏差计算出上述空燃比传感器的校正值。
第十四发明为了实现上述目的，提供一种空燃比控制系统，
具有：空燃比传感器，配置在用于净化内燃机排气的三元催化剂的上游，产生与检测气体的浓度对应的输出；
氧传感器，配置在上述三元催化剂的下游，产生与检测气体的浓度对应的输出；
控制单元，通过上述氧传感器的输出校正上述空燃比传感器的输出，根据上述校正后的空燃比传感器的输出控制空燃比，
其特征在于，上述控制单元具有：
第一判断单元，判断上述氧传感器的输出是否在第一电压以上；
第一目标电压设定单元，当判断为在上述第一电压以上时，将上述目标电压设定为第一电压；
第二判断单元，当判断为不在上述第一电压以上时，判断上述氧传感器的输出是否在比上述第一电压小的第二电压以下；
第二目标电压设定单元，当判断为在上述第二电压以下时，将上述目标电压设定为第二电压；
偏差计算单元，求得上述氧传感器的输出与上述目标电压之间的偏差；以及
校正值计算单元，根据上述偏差计算出上述空燃比传感器的校正值。
第十五发明为了实现上述目的，提供一种空燃比控制系统，具有：
空燃比传感器，配置在用于净化内燃机排气的三元催化剂的上游，产生与检测气体的浓度对应的输出；
氧传感器，配置在上述三元催化剂的下游，产生与检测气体的浓度对应的输出；以及
控制单元，通过上述氧传感器的输出校正上述空燃比传感器的输出，根据上述校正的空燃比传感器的输出控制空燃比，其特征在于，
上述控制单元具有：
判断单元，判断上述氧传感器的输出是否在基准电压以上；
目标电压设定单元，当判断为在上述基准电压以上时，将上述目标电压设定为第一电压，当判断为不在上述基准电压以上时，将上述目标电压设定为比上述第一电压小的第二电压；
偏差计算单元，求得上述氧传感器的输出与上述目标电压之间的偏差；以及
校正值计算单元，根据上述偏差计算出上述空燃比传感器的校正值。
根据第一发明，在排气侧电极的表面侧设有降低单元，用于降低到达排气侧电极的排气中的富气的量，使氧传感器的输出在理论空燃比处具有输出剧变点。由此，可使到达排气侧电极的排气均匀化，可降低扩散速度快的富气的影响。因此，根据第一发明的氧传感器，可提高输出精度。
并且，根据第二发明，作为降低单元，将气孔率为10％以下的涂层设置在排气侧电极表面。由此，可较为可靠地使到达排气侧电极的排气均匀化。
并且，根据第三发明，作为降低单元，将厚度为300μm以上的涂层设置在排气侧电极表面。由此，可较为可靠地使到达排气侧电极的排气均匀化。
并且，根据第四发明，作为降低单元，使用具有通气孔的盖体，该通气孔调整成使涂层表面的排气的流速相对于盖体外部的排气的流速下降到1/10以下。由此，可较为可靠地使到达排气侧电极的排气均匀化。
并且，根据第五发明，通过三元催化剂下游侧的氧传感器的输出，校正上游侧的空燃比传感器的输出，根据校正的空燃比传感器的输出控制空燃比。并且，该下游侧的氧传感器具有降低单元，其与上游侧的空燃比传感器相比，使相对于流到氧传感器外部的排气量而导入排气侧电极的排气量降低。因此，可使到达氧传感器的排气侧电极的排气均匀化，降低扩散速度快的富气的影响。由此，在以三元催化剂下游的极低浓度的排气为检测对象的氧传感器中，也可获得正确的输出，可高精度地校正空燃比传感器的输出。
并且，根据第六至第九发明，作为降低单元，将涂层设置在排气侧电极表面。由此，可较为可靠地使到达排气侧电极的排气均匀化。
并且，根据第十、第十一发明，作为降低单元，调整使用氧传感器的盖体的通气孔，以降低涂层表面的排气的流速。由此，可较为可靠地使到达排气侧电极的排气均匀化。
并且，根据第十二发明，控制单元在氧传感器的输出为第一电压以上时将目标电压设定为第一电压，为第二电压以下时将目标电压设定为第二电压，求得设定的目标电压和氧传感器的输出的偏差，根据该偏差计算空燃比传感器的校正值。因此，可考虑氧传感器的输出中产生的滞后而校正空燃比向浓燃/稀燃变动时的传感器输出的偏差。因此，可获得较正确的氧传感器的输出。
并且，根据第十三发明，控制单元在氧传感器的输出为基准电压以上时将上述目标电压设定为第一电压，在小于基准电压时将目标电压设定为比第一电压小的第二电压。求得设定的目标电压和氧传感器的输出的偏差，根据该偏差计算空燃比传感器的校正值。因此，可考虑氧传感器的输出中产生的滞后而校正空燃比向浓燃/稀燃变动时的传感器输出的偏差。因此，可获得较正确的氧传感器的输出。
并且，根据第十四发明，控制单元在氧传感器的输出为第一电压以上时将目标电压设定为第一电压，在为第二电压以下时将目标电压设定为第二电压，求得设定的目标电压和氧传感器的输出的偏差，根据该偏差计算空燃比传感器的校正值。因此，可考虑氧传感器的输出中产生的滞后而校正空燃比向浓燃/稀燃变动时的传感器输出的偏差。因此，可获得较正确的氧传感器的输出。
并且，根据第十五发明，控制单元在氧传感器的输出为基准电压以上时将上述目标电压设定为第一电压，在小于基准电压时将目标电压设定为比第一电压小的第二电压。并且，求得设定的目标电压和氧传感器的输出的偏差，根据该偏差计算空燃比传感器的校正值。因此，可考虑氧传感器的输出中产生的滞后而校正空燃比向浓燃/稀燃变动时的传感器输出的偏差。因此，可获得较正确的氧传感器的输出。
附图说明
图1是用于说明本发明的实施方式1的系统的示意图。
图2是用于说明本发明的实施方式1的下游侧传感器的示意图。
图3是用于说明在本发明的实施方式1中控制装置执行的控制程序的流程图。
图4是用于说明本发明的实施方式2中的下游侧传感器的输出和目标电压的关系的图表。
图5是用于说明在本发明的实施方式2中控制装置执行的控制程序的流程图。
图6是用于说明在本发明的实施方式2中控制装置执行的控制程序的流程图。
图7是用于说明在本发明的实施方式2中控制装置执行的控制的其他示例的流程图。
标号说明
2 内燃机
4 进气口
6 进气支管
8 燃料喷射阀
10 缓冲罐
12 排气口
14 排气歧管
16 三元催化剂
18 催化转换器
20 排气管
22 上游侧传感器
24 下游侧传感器
30 控制装置
32 微机
34 输入端口
36、38 A/D 转换器
40 输出端口
42 驱动电路
50 盖体
52 通气孔
54 传感器元件
56 催化剂层
58 涂层
60 排气侧电极
62 固体电解质层
64 大气侧电极
66 大气室
68 加热器
具体实施方式
以下参照附图说明本发明的实施方式。此外在各附图中，对相同或相当的部分赋予相同的标号，简化或省略其说明。
实施方式1
图1是用于说明本发明的实施方式1的系统的示意图。
如图1所示，实施方式1的系统具有内燃机2。内燃机2的各气缸的进气口4上连接进气支管6。进气支管6上设有燃料喷射阀8。并且，进气支管6连接到通用的缓冲罐10。
另一方面，内燃机2的各气缸的排气口12连接到通用的排气歧管14。排气歧管14连接到内置三元催化剂16的催化转换器18。催化转换器18通过排气管20连接到消声器(未图示)。在排气歧管14上、即在三元催化剂16的上游配置上游侧传感器22。上游侧传感器22是在较大的空燃比区域中产生和空燃比对应的输出电压的所谓全域空燃比传感器。并且，在排气管20上、即在三元催化剂16的下游配置有下游侧传感器24。下游侧传感器24是其输出值在理论空燃比附近阶梯状变化的氧传感器。
并且，该控制系统具有控制装置30。控制装置30具有微机32。微机32的输入端口34通过A/D转换器36、38分别连接到上游侧传感器22、下游侧传感器24。并且，微机32的输出端口40通过驱动电路42连接到燃料喷射阀8。
图2是用于说明在实施方式1的系统中使用的下游侧传感器24的示意图。
如图2所示，下游侧传感器24具有盖体50。盖体50安装在排气管20内的排气通路中，以暴露于排气中。盖体50上设有用于将排气导入其内部的多个通气孔52。
盖体50内配置有传感器元件54。传感器元件54具有一端关闭的管状构造。管状构造的外侧表面被催化剂层56覆盖。催化剂56的内侧配置有涂层58。涂层58由耐热性的多孔质陶瓷、例如具有氧化铝的尖晶石型化合物(MgO·Al2O3)构成，具有规整传感器元件54的表面的排气的扩散速度的作用。
涂层58的内侧设有排气侧电极60。排气侧电极60处于暴露于通过涂层58后的排气中的状态。排气侧电极60中，与涂层58相连的面的相反侧面上设有固体电解质层62。固体电解质层62的与排气侧电极60相反侧的面上设有大气侧电极64。排气侧电极60及大气侧电极64是由Pt这样的催化剂作用强的金属构成的电极。
在传感器元件54的内侧形成大气室66。形成向大气室66内导入大气的构造。因此，大气侧电极64暴露于大气中。大气室66内配置有加热器68。加热器68与加热器控制电路(未图示)电连接，通过被该控制电路控制，将传感器元件54加热到适当的温度。并且，传感器元件54加热到700℃左右的活性温度，从而显示稳定的输出特性。
并且，上游侧传感器22具有和现有的空燃比传感器相同的构造。即，具有扩散防止层，以取代上述下游侧传感器24的涂层58及催化剂层56。并且，在上游侧传感器22中，向各电极提供预定的电压。
并且，下游侧传感器24的涂层58和上游侧传感器22的扩散防止层相比，以致密度高的材料构成。具体而言，涂层58的气孔率被调整为3～8％。此外，“气孔率”是空间相对涂层58整体体积的比率，以空间/体积表示。并且，涂层58的厚度比现有的空燃比传感器厚，为300μm。由此，在下游侧传感器24中，和上游侧传感器22相比，可使到达排气侧电极60的排气缓和地均匀化。
并且，下游侧传感器24的通气孔52的直径形成得比上游侧传感器22的盖体的通气孔小。并且，通气孔52的个数少于上游侧传感器22的盖体的通气孔的个数。通过该通气孔52的小径化及少量化，到达下游侧传感器24的传感器元件54表面的气体的流速比上游侧传感器22慢。具体而言，在通常的发动机运转区域的排气最低流速、即预热后的空转时的流速中，传感器元件54表面的排气流速相对于排气管20内的流速设定为1/10以下。因此，可向传感器元件54输送均匀的排气。此外，在最低流速时，排气管20内的流速为1～2m/s左右，在传感器元件54的表面变为该流速的1/10左右。
通过这种构造，下游侧传感器24中相对于下游侧传感器24外部的排气管24的排气量的到达排气侧电极60的气体量，被抑制得小于相对于上游侧传感器22外部的排气歧管14的排气量到达上游侧传感器22的电极的气体量。因此，在下游侧传感器24中，可将气体缓慢地输送到排气侧电极60。因此，可减小H2、CH4等富气与O2的扩散速度的差，将均匀的排气输送到排气侧电极60。并且，当三元催化剂16中产生的微量的富气混入到排气中时，也可使富气的混入均匀化而输送到排气侧电极60。因此，可抑制扩散速度快的富气的影响，获得正确的传感器输出。
实施方式1的系统对空燃比进行控制。具体而言，根据对应下游侧传感器24的输出电压校正上游侧传感器22的输出电压后得到的电压，求得控制的参数。根据下游侧传感器24的输出算出的校正值通过PID控制进行设定，使根据空燃比传感器的输出求得的空燃比与目标空燃比一致。在该实施方式1中，以目标空燃比为理论空燃比。并且在实施方式1中，控制装置30将空燃比和理论空燃比一致时的下游侧传感器24的输出作为目标电压Vref存储。以下具体说明实施方式1中的空燃比的控制。
图3是用于说明在本发明的实施方式1的系统中由控制装置30进行的程序的流程图。如图3所示，首先，控制装置30读取下游侧传感器24的输出V24(步骤S102)。下游侧传感器24的输出通过A/D转换器38从输入端口34读入到微机32。
接着，根据读取的输出V24，计算对上游侧传感器22输出的校正值(步骤S104)。控制装置30计算下游侧传感器输出V24和目标电压Vref的偏差ΔV24，通过ΔV24根据下式(1)计算校正值ΔV。
ΔV＝KPΔV24+KI(∑ΔV24)+KD(dΔV24)…(1)
在公式(1)中，KPΔV24表示比例项，KI(∑ΔV24)表示积分项，KD(dΔV24)表示微分项。并且，KP、KI、KD是对各项的增益系数。在该校正值中，微分项及比例项是校正过度变动的值，积分项是校正固定偏差的值。
接着，读取上游侧传感器22的输出V22(步骤S106)。上游侧传感器22的输出V22通过A/D转换器36从输入端口34读入到微机32。之后，计算出校正上游侧传感器22的输出V22后得到的校正电压*V22(步骤S108)。控制装置30根据上游侧传感器22的输出V22，通过下式(2)计算校正电压*V22。
*V22＝V22+ΔV…(2)
由此，校正电压*V22变为加入了根据下游侧传感器22的输出算出的校正值ΔV的值。即，求得的校正电压*V22变为校正了上游侧传感器22的历时退化、输出不均的值。
接着，计算燃料喷射量(步骤S110)。燃料喷射量利用校正电压*V22来计算。控制装置30中例如存储利用特开平10-306742号所示的现代控制进行的计算方法，据此计算出燃料喷射量。
接着，根据设定的燃料喷射量控制燃料喷射(步骤S112)。控制装置30从输出端口40通过驱动电路42控制燃料喷射阀8，从而喷射设定的燃料喷射量的燃料。以此控制空燃比。
上述控制程序在曲轴的每次旋转时执行，各旋转中的燃料喷射量总是根据上游侧传感器22及下游侧传感器24的输出进行PID控制。
在以上控制中，在实施方式1中用于检测下游侧传感器24的输出V24的下游侧传感器24是可使到达排气侧电极60的排气均匀化的改良品。因此，可抑制扩散速度快的富气的影响、或从三元催化剂产生的微量的富气的影响，可由均匀化后的气体得到传感器输出V24。因此，通过下游侧传感器24，可抑制富气的较大影响，获得高精度的输出。由此，根据实施方式1的系统，可高精度地控制空燃比，例如在下游侧传感器24的输出V24和空燃比一比一对应变化的理论空燃比附近的较小范围内，也可利用该输出高精度地进行空燃比的控制。
并且，在本发明中，校正值的计算方法不限于实施方式1说明的PID控制下的方法。在本发明中，校正值的计算方法例如根据条件不同可以是，仅使用使上述公式(1)中的积分项KI(∑ΔV24)平滑化的概值的方法、对于急剧的浓燃/稀燃的变动考虑下游侧传感器24的输出电压的历时变化进行计算的方法等其他方法。这些方法中的任意一种所使用的下游侧传感器24的输出是正确的，因此可较正确地进行空燃比的控制。
并且，在实施方式1中，说明了利用涂层58的厚度和气孔率、及盖体50的通气孔52的个数和直径这四个要素使到达排气侧电极60的气体均匀化的情况。但是在本发明中，使排气均匀化的方法不限于此，可利用上述任意一个要素调整排气中的富气到达电极的到达量。
在实施方式1中，以涂层58的厚度为300μm进行了说明。但在本发明中，涂层58的厚度不限于此。涂层58的厚度考虑到使排气均匀化后到达排气侧电极60的功能，优选为300μm以上，进一步考虑到下游侧传感器24的稳定性、响应性，优选为500μm以下。但是，涂层58的厚度不限于该范围，考虑到涂层58的气孔率、盖体50的通气孔52的个数及直径，只要设定成使排气均匀化后到达排气侧电极60即可。
并且，在实施方式1中，以涂层58的气孔率为3～8％进行了说明。但是，在本发明中涂层58的气孔率不限于此。涂层58优选具有10％以下的气孔率，但不限于此，考虑到涂层58的厚度、盖体50的通气孔52的个数及直径，只要设定成使排气均匀化后到达排气侧电极60即可。
并且，在实施方式1中，说明了盖体50的通气孔52的孔径比现有的空燃比传感器小、通气孔52的个数也少于现有的空燃比传感器的情况。具体而言，说明了根据该通气孔的孔径及个数，在通常的发动机运转区域中的排气最低流速时、即预热后的空转时的流速时，传感器元件54表面的排气的流速相对于排气管20内的流速设定为1/10以下的情况。但是在本发明中，盖体50的通气孔52的孔径、个数不限于此，考虑到涂层58的厚度、气孔率，设定成使排气均匀化后到达排气侧电极60即可。
实施方式2
实施方式2中使用的系统的构造和实施方式1中说明的系统的构造相同。但是控制装置30作为根据下游侧传感器24的输出V24计算偏差时的目标电压，存储二个目标电压Vref1、Vref2。图4是用于说明本发明的实施方式2中的下游侧传感器24的输出和二个目标电压Vref1、Vref2的关系的图表。
如图4所示，在下游侧传感器24中，在低浓度气氛下，空燃比在浓燃/稀燃变化时的输出特性产生滞后。即，在空燃比从浓燃向稀燃变动时、及从稀燃向浓燃变动时，下游侧传感器24的输出不同。具体而言，空燃比从浓燃转换到稀燃时，下游侧传感器24的输出剧变点偏向稀燃侧。因此，理论空燃比(λ＝1)下的输出电压偏向高值(V1)。另一方面，空燃比从稀燃转换到浓燃时，下游侧传感器24的输出剧变点偏向浓燃侧。因此，理论空燃比(λ＝1)下的输出电压V24偏向低值(V2)。
在实施方式2中，考虑到上述滞后，当传感器输出V24从浓燃转换到稀燃时，使目标电压为比不考虑滞后时的理论空燃比下的目标电压(以下称为“基准电压Vref”)高的电压Vref1。另一方面，当传感器输出V24从稀燃转换到浓燃时，使目标电压为比基准电压Vref低的电压Vref2。控制装置30存储该目标电压Vref1和Vref2，根据空燃比的变化状况选择这些目标电压并使用。通过这样改变目标电压，可正确控制具有滞后的传感器输出。
控制装置30执行的控制程序与图3所示的程序相比，除了使用的目标电压不同外均相同。图5是用于说明在实施方式2中控制装置30在为了设定目标电压而设定标志时执行的控制程序的流程图。该程序在图3的步骤S102之后执行。图6是用于说明在实施方式2中控制装置在目标电压设定时执行的控制程序的流程图。该程序图5的程序之后执行。
首先，执行用于设定标志的控制。如图5所示，判断在步骤S102中读取的下游侧传感器24的输出电压V24是否大于目标电压Vref1(步骤S202)。控制装置30比较预先存储的目标电压Vref1和读取的V24，判断输出电压V24是否大于目标电压Vref1。当大于Vref1时，在使空燃比返回理论空燃比的控制中，认为空燃比从浓燃向稀燃移动。即，在此判断进行空燃比控制时的空燃比的输出变化是否是从浓燃向稀燃移动的变化。在步骤S202中，当判断为输出电压V24大于目标电压Vref1时，使标志为ON(步骤S204)，结束标志操作的程序。
另一方面，当判断为输出电压V24小于目标电压Vref1时，判断输出电压V24是否小于目标电压Vref2(步骤S206)。控制装置30比较预先存储的目标电压Vref2和输出电压V24，判断输出电压V24是否小于目标电压Vref2。当输出电压V24小于Vref2时，在使空燃比返回理论空燃比的控制中，认为空燃比从稀燃向浓燃移动。即，在此判断进行空燃比控制时的空燃比的输出变化是否是从稀燃向浓燃移动的变化。
在步骤S206中，当判断为传感器输出V24大于目标电压Vref2时，结束标志操作程序。另一方面，在步骤S206中，当判断为输出电压V24小于目标电压Vref2时，使标志为OFF(步骤S208)，结束标志操作的程序。
通过上述步骤S202～S208的控制，一旦输出电压V24大于目标电压Vref1，在后来变得比目标电压Vref2小之前，标志一直保持ON。另一方面，一旦输出电压V24小于目标电压Vref2，在后来变得比目标电压Vref1大之前，标志一直保持OFF。即，在图4的粗实线所示的线1的区域中，标志为ON，在粗虚线所示的线2的区域，标志为OFF。
接着进行用于设定目标电压的控制。首先，在步骤S210中，判断标志是否变为ON。即，判断空燃比是否被控制为从浓燃向稀燃变化。当标志为ON时，将下游侧传感器24的目标电压设定为Vref1(步骤S212)，结束目标电压设定程序。当标志变为ON时，判断空燃比从浓燃向稀燃移动，当从浓燃向稀燃移动时，理论空燃比下的传感器输出显示比基准电压Vref大的值(V1)。因此，目标电压设定为比基准电压Vref高的Vref1。
另一方面，当判断为标志不是ON时，将下游侧传感器24的目标电压设定为Vref2(步骤S214)，结束目标电压设定的程序。标志变为OFF时，判断空燃比从稀燃向浓燃移动，从稀燃向浓燃移动时，预想理论空燃比下的传感器输出显示比基准电压Vref小的值(V2)。因此，目标电压设定为比基准电压Vref低的Vref2。
之后，利用设定的目标电压进行图3的步骤S104的校正值的计算，接着进行步骤S106～S114的控制。从而进行空燃比的PID控制。
如上所述，在实施方式2中，考虑下游侧传感器24的输出变为具有滞后的值，而决定目标电压。因此，可较正确地修正下游侧传感器24的输出偏差，进行空燃比的PID控制。
并且，在实施方式2中，说明了标志ON/OFF判断利用目标电压Vref1、Vref2进行的情况。但是在本发明中，标志的ON/OFF判断值不限于此。例如，图7表示实施方式2中的控制程序的其他示例。
图7所示的程序除了执行步骤S224以替代图5所示程序的步骤S204、S208外，其他和图5所示程序相同。即，在图5的程序中，在步骤S204、S208中，分别以Vref1、Vref2为判断值，比较V24是否大于Vref1，或者是否小于Vref2。
与之相对，在图7所示的程序中，在步骤S224中，也将基准电压Vref作为判断值，决定标志的ON/OFF。具体而言，在步骤S224中，判断输出电压V24是否大于基准电压Vref，当判断为大于时，在步骤S204中使标志为ON。另一方面，当未判断为大于时，在步骤S208中使标志为OFF。之后，根据标志的ON/OFF，同样执行图6所示的程序，在向浓燃/稀燃的转换中分别设定适当的目标电压。
在图7的程序中，当下游侧传感器24的输出电压V24大于基准电压Vref时，可认为是浓燃状态。因此，可认为空燃比被控制为从浓燃向稀燃移动，所以将标志设为ON，目标电压设定为Vref1。另一方面，当下游侧传感器24的输出电压V24小于基准电压Vref时，可认为是稀燃状态。因此，可认为空燃比被控制为从稀燃向浓燃移动，将标志设为OFF，目标电压设定为Vref2。这样将基准电压Vref作为标志ON/OFF的判断基准值，也可进行目标电压的设定。
并且，在实施方式2中，对使用和实施方式1相同的下游侧传感器24的情况进行了说明。但是本发明不限于此，也可用现有的氧传感器替代下游侧传感器24，进行实施方式2中说明的控制。由此，通过实施方式2中的控制，也可校正一定程度的输出偏差，因此可进行正确的空燃比控制。
在上述实施方式中涉及各要素的个数、数量、量、范围等数字时，除了特别说明的情况、及原理上明确特定为该数字的情况外，不限定于所言及的数字。并且，在实施方式中说明的构造、方法中的步骤等除了特别说明的情况、及原理上明确特定的情况外，都不一定是本发明必要的。
并且，例如在实施方式1、2中，下游侧传感器24、排气侧电极60、大气侧电极64、固体电解质层62分别相当于本发明的“氧传感器”、“排气侧电极”、“大气侧电极”、“电解质”，涂层58、盖体50分别相当于本发明的“涂层”、“盖体”。
并且，例如在实施方式1中，通过执行步骤S102～S112实现本发明的“控制单元”。并且，例如在实施方式2中，Vref1、Vref2分别相当于本发明的“第一电压”及“第二电压”，Vref相当于“基准电压”。并且，例如在图5及图6中，通过执行步骤S202，实现本发明的“第一判断单元”，通过执行步骤S204、S210及S212，实现本发明的“第一目标电压设定单元”，通过执行步骤S206实现本发明的“第二判断单元”，通过执行步骤S208、S210、及S214实现本发明的“第二目标电压设定单元”。并且，例如在图7中，通过执行步骤S222实现本发明的“判断单元”，通过执行步骤S204、S208实现本发明的“目标电压设定单元”。
Claims (15)
1.一种氧传感器，配置在内燃机的三元催化剂下游，其特征在于，具有：
排气侧电极，暴露于排气中；
基准气体侧电极，暴露于作为氧浓度基准的基准气体中；
电解质，配置在所述排气侧电极和所述基准气体侧电极之间；以及
降低单元，配置在所述排气侧电极的表面侧，用于降低到达所述排气侧电极的排气中的富气的量，使所述氧传感器的输出在理论空燃比处具有输出剧变点。
2.如权利要求1所述的氧传感器，其特征在于，所述降低单元是在与所述电解质相反一侧与所述排气侧电极相接配置的、气孔率为10％以下的涂层。
3.如权利要求1或2所述的氧传感器，其特征在于，所述降低单元是在与所述电解质相反一侧与所述排气侧电极相接配置的、厚度为300μm以上的涂层。
4.如权利要求1至3中任意一项所述的氧传感器，其特征在于，所述降低单元是将所述氧传感器隔离而安装在所述三元催化剂下游侧的配管中的盖体，
所述盖体具有通气孔，该通气孔调整成使所述涂层表面的排气的流速相对于内燃机预热后进行空转时所述盖体外部的排气的流速下降到1/10以下。
5.一种空燃比控制系统，具有：
空燃比传感器，配置在用于净化内燃机排气的三元催化剂的上游，产生与检测气体的浓度对应的输出；
氧传感器，配置在所述三元催化剂的下游，产生与检测气体的浓度对应的输出；以及
控制单元，通过所述氧传感器的输出校正所述空燃比传感器的输出，根据所述校正后的空燃比传感器的输出控制空燃比，其特征在于，所述氧传感器具有：
排气侧电极，暴露于排气中；
基准气体侧电极，暴露于作为氧浓度基准的基准气体中；
电解质，配置在所述排气侧电极和所述基准气体侧电极之间；以及
降低单元，配置在所述排气侧电极的表面，使相对于流到所述氧传感器外部的排气量而导入所述排气侧电极的排气量、小于相对于流到所述空燃比传感器外部的排气量而导入所述空燃比传感器的电极的排气量。
6.如权利要求5所述的空燃比控制系统，其特征在于，
所述降低单元是在与所述电解质相反一侧与所述排气侧电极相接配置的涂层，
通过减小所述涂层的气孔率来减少到达所述排气侧电极的排气的量。
7.如权利要求6所述的空燃比控制系统，其特征在于，所述涂层的气孔率为10％以下。
8.如权利要求5至7中任意一项所述的空燃比控制系统，其特征在于，
所述降低单元是在与所述电解质相反一侧与所述排气侧电极相接配置的涂层，
通过增加所述涂层的厚度来减少到达所述排气侧电极的排气的量。
9.如权利要求8所述的空燃比控制系统，其特征在于，所述涂层的厚度为300μm以上。
10.如权利要求5至9中任意一项所述的空燃比控制系统，其特征在于，
所述降低单元是将所述氧传感器隔离而安装在所述三元催化剂下游侧的配管中的盖体，
所述盖体具有通气孔，该通气孔调整成使所述涂层表面的排气的流速小于所述配管中的排气的流速。
11.如权利要求10所述的空燃比控制系统，其特征在于，所述通气孔使所述涂层表面的排气的流速为内燃机预热后进行空转时所述盖体外部的排气的流速的1/10以下。
12.如权利要求5至11中任意一项所述的空燃比控制系统，其特征在于，所述控制单元具有：
第一判断单元，判断所述氧传感器的输出是否在第一电压以上；
第一目标电压设定单元，当判断为在所述第一电压以上时，将所述目标电压设定为所述第一电压；
第二判断单元，当判断为不在所述第一电压以上时，判断所述氧传感器的输出是否在比所述第一电压小的第二电压以下；
第二目标电压设定单元，当判断为在所述第二电压以下时，将所述目标电压设定为第二电压；
偏差计算单元，求得所述氧传感器的输出与所述目标电压之间的偏差；以及
校正值计算单元，根据所述偏差计算出所述空燃比传感器的校正值。
13.如权利要求5至11中任意一项所述的空燃比控制系统，其特征在于，所述控制单元具有：
判断单元，判断所述氧传感器的输出是否在基准电压以上；
目标电压设定单元，当判断为在所述基准电压以上时，将所述目标电压设定为第一电压，当判断为不在所述基准电压以上时，将所述目标电压设定为比所述第一电压小的第二电压；
偏差计算单元，求得所述氧传感器的输出与所述目标电压之间的偏差；以及
校正值计算单元，根据所述偏差计算出所述空燃比传感器的校正值。
14.一种空燃比控制系统，具有：
空燃比传感器，配置在用于净化内燃机排气的三元催化剂的上游，产生与检测气体的浓度对应的输出；
氧传感器，配置在所述三元催化剂的下游，产生与检测气体的浓度对应的输出；以及
控制单元，通过所述氧传感器的输出校正所述空燃比传感器的输出，根据所述校正后的空燃比传感器的输出控制空燃比，其特征在于，
所述控制单元具有：
第一判断单元，判断所述氧传感器的输出是否在第一电压以上；
第一目标电压设定单元，当判断为在所述第一电压以上时，将所述目标电压设定为第一电压；
第二判断单元，当判断为不在所述第一电压以上时，判断所述氧传感器的输出是否在比所述第一电压小的第二电压以下；
第二目标电压设定单元，当判断为在所述第二电压以下时，将所述目标电压设定为第二电压；
偏差计算单元，求得所述氧传感器的输出与所述目标电压之间的偏差；以及
校正值计算单元，根据所述偏差计算出所述空燃比传感器的校正值。
15.一种空燃比控制系统，具有：
空燃比传感器，配置在用于净化内燃机排气的三元催化剂的上游，产生与检测气体的浓度对应的输出；
氧传感器，配置在所述三元催化剂的下游，产生与检测气体的浓度对应的输出；以及
控制单元，通过所述氧传感器的输出校正所述空燃比传感器的输出，根据所述校正后的空燃比传感器的输出控制空燃比，其特征在于，
所述控制单元具有：
判断单元，判断所述氧传感器的输出是否在基准电压以上；
目标电压设定单元，当判断为在所述基准电压以上时，将目标电压设定为第一电压，当判断为不在所述基准电压以上时，将所述目标电压设定为比所述第一电压小的第二电压；
偏差计算单元，求得所述氧传感器的输出与所述目标电压之间的偏差；以及
校正值计算单元，根据所述偏差计算出所述空燃比传感器的校正值。
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