CN101634253A - 内燃机的空燃比控制装置及空燃比控制方法 - Google Patents

Abstract

内燃机的空燃比控制装置及空燃比控制方法。根据废气中氧传感器的输出电压值进行氧传感器的激活判定和准确的空燃比控制。在控制燃料和空气的混合气中空气质量与燃料质量之比(空燃比)的内燃机空燃比控制装置中，具有：氧传感器，其检测废气中含有的氧浓度；控制装置，其根据所述氧传感器的信号控制所述空燃比，所述控制装置进行如下控制：在所述内燃机起动后、所述氧传感器的输出值低于第一基准设定值的状态持续了第一设定时间时，根据该氧传感器的输出值进行第一燃料喷射控制，然后，在所述氧传感器的输出值低于比所述第一基准设定值更低的第二基准设定值的状态持续了第二设定时间时，根据该氧传感器的输出值进行第二燃料喷射控制。

Description

内燃机的空燃比控制装置及空燃比控制方法

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。

因此，本发明为了解决上述课题，提供一种内燃机的空燃比控制装置，其控制燃料和空气的混合气中空气质量与燃料质量之比(空燃比)，该空燃比控制装置的特征在于，具有：氧传感器，其检测废气中含有的氧浓度；以及控制装置，其根据所述氧传感器的信号控制所述空燃比，所述控制装置进行如下控制：在所述内燃机起动后、所述氧传感器的输出值低于第一基准设定值的状态持续了第一设定时间的情况下，根据该氧传感器的输出值进行第一燃料喷射控制，然后，在所述氧传感器的输出值低于第二基准设定值的状态持续了第二设定时间的情况下，根据该氧传感器的输出值进行第二燃料喷射控制，所述第二基准设定值设定得比所述第一基准设定值低。

这里，关于所述控制装置，在所述第一燃料喷射控制中，其根据所述氧传感器的输出值是否超过了预定的第一富燃/稀燃判定电压，来进行该第一燃料喷射控制，在所述第二燃料喷射控制中，其根据所述氧传感器的输出值是否超过了预定的第二富燃/稀燃判定电压，来进行该第二燃料喷射控制。

此外，本发明为了解决上述课题，提供一种内燃机的空燃比控制方法，其根据输出与废气中含有的氧浓度成比例的信号的氧传感器的输出值，来控制燃料和空气的混合气中空气质量与燃料质量之比(空燃比)，该空燃比控制方法的特征在于，具有以下各个步骤：

(a)当所述内燃机起动时对所述氧传感器进行通电；

(b)确认所述氧传感器的输出值低于第一基准设定值的状态持续了第一设定时间；

(c)根据所述氧传感器的输出值进行第一燃料喷射控制；

(d)确认所述氧传感器的输出值低于第二基准设定值的状态持续了第二设定时间，所述第二基准设定值设定得比所述第一基准设定值低；以及

(e)根据所述氧传感器的输出值进行第二燃料喷射控制。

这里，所述第一燃料喷射控制是根据所述氧传感器的输出值是否超过了预定的第一富燃/稀燃判定电压来进行的，所述第二燃料喷射控制是根据所述氧传感器的输出值是否超过了预定的第二富燃/稀燃判定电压来进行的。

根据本发明，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，从而即使对配设在氧传感器内部的加热器进行通电的电源电压较低、或者在雨中行驶等的情况下，也能够提高富燃/稀燃判定精度。

并且，与以往的氧传感器激活判定相比，能够从传感器元件的输出电压较高的状态开始进行激活判定和富燃/稀燃判定。因此，能够缩短判定之前的时间。

而且，并非根据传感器元件的温度进行激活判定，而是根据氧传感器的输出值和时间来进行判定，因此能够降低成本。

附图说明

图1表示用于说明本发明的空燃比控制装置及方法中、氧传感器的激活判定和富燃/稀燃判定的曲线图(示意图)。

图2是表示本发明的内燃机的空燃比控制装置的结构的框图。

图3是表示本发明的内燃机的空燃比控制方法的处理流程的流程图。

图4是测定内燃机废气中的氧浓度的普通氧传感器的温度特性图。

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的概况的示意图。

图6是用于说明以往的内燃机的空燃比控制中的富燃/稀燃判定的误判的示意图。

标号说明

10：空燃比控制装置；11：控制部；12：氧传感器；12A：加热器；21：内燃机；21A：排气管。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。

图1表示用于说明本发明的空燃比控制装置及方法中、氧传感器12(图2)的激活判定和富燃/稀燃判定的曲线图(示意图)。

在图1所示的曲线图中，纵轴表示由氧化锆元件构成的氧传感器的输出电压，横轴表示内燃机起动后的经过时间。另外，如上所述，由氧化锆元件构成的氧传感器12具有如下特性，即：内燃机在富燃状态下运转(废气中的氧浓度低)时，显示高输出值，内燃机在稀燃状态下运转(废气中的氧浓度高)时，显示低输出值。

如图1所示，在内燃机起动后的短暂时间内，由于氧传感器12未被激活或者虽然处于激活状态但内燃机是以富燃状态起动，因此废气中的氧浓度低，氧传感器12显示高输出值。之后，随着氧传感器12的温度逐渐上升，消除了内燃机起动时的富燃状态运转，从而氧传感器12的输出电压降低。

然后确认到，从内燃机起动后经过预定时间的时刻(在图1的例子中为23秒后)起，氧传感器12的输出值低于第一基准设定值(在图1的例子中为1000mV)的状态持续了第一设定时间(在图1的例子中为2至3秒的期间)，进而根据氧传感器12的输出值进行第一燃料喷射控制。

这里，该第一设定时间是根据第一富燃/稀燃判定电压与第二富燃/稀燃判定电压之间的差决定的。并且，该第一燃料喷射控制是根据氧传感器12的输出值是否超过预定的第一富燃/稀燃判定电压来进行的。

然后确认到，氧传感器12的输出值低于比所述第一基准设定值低的第二基准设定值(在图1的例子中为600mV)的状态持续了第二设定时间(在图1的例子中为1至2秒的期间)，进而根据氧传感器12的输出值进行第二燃料喷射控制。这里，关于该第二设定时间，为了进行更准确的判定而希望其较长，但为了快速进行判定，可根据氧传感器的电压特性来设定适当的时间。此外，该第二燃料喷射控制是根据氧传感器12的输出值是否超过了预定的第二富燃/稀燃判定电压来进行的。

图2是表示本发明的内燃机的空燃比控制装置的结构的框图。如图2所示，本发明的空燃比控制装置10由控制部11和氧传感器12构成。控制部11监测氧传感器12的输出值，并据此来进行氧传感器12的激活判定以及内燃机21中的空燃比的富燃/稀燃判定。然后进行基于该富燃/稀燃判定的燃料喷射控制。氧传感器12设置在内燃机21的废气路径中，例如配置在排出废气的排气管21A内或者搭载内燃机的车辆的消声器内(未图示)，该氧传感器12输出与该废气内的氧浓度对应的电压。该氧传感器12内置有加热器12A。

控制部11包括以下部分等：A/D转换器，其用于对从氧传感器12输出的模拟值进行数字转换；存储器，其由ROM和RAM构成，所述ROM存储上述第一基准设定值、第二基准设定值、第一设定时间、第二设定时间等固定值和控制程序，所述RAM存储变量值等；以及CPU，其进行运算处理。

图3是表示本发明的内燃机的空燃比控制方法的处理流程的流程图。

在本发明中，如上所述，氧传感器12的激活判定和富燃/稀燃判定各自在两个阶段中进行。具体而言，如图3所示，在内燃机21起动后，进行第一阶段激活判定。首先，在起动内燃机21的同时对加热器12A进行通电(步骤S1)。接着，控制部11判定当前的氧传感器输出电压值是否小于或等于预先设定的第一阶段激活判定电压值(步骤S2)。

这里，在氧传感器输出电压值小于或等于第一阶段激活判定电压值的情况下，判定该状态是否持续了预定时间T1(例如3秒)(步骤S3)。在持续了预定时间T1的情况下，控制部11在第一阶段激活判定中判断为激活，进入下一步骤。

当在第一阶段激活判定中判断为激活时，转移到第一阶段富燃/稀燃判定。即，控制部11判定当前的氧传感器输出电压值是否大于第一阶段富燃/稀燃判定电压值(步骤S4)。在大于的情况下，控制装置判断为富燃，进行减少燃料喷射量的控制(步骤S5)。另一方面，在小于或等于的情况下，控制部11判断为稀燃，进行增加燃料喷射量的控制(步骤S6)。

接着，转移到第二阶段激活判定。在该第二阶段激活判定中，控制部11判定当前的氧传感器输出电压值是否小于或等于预先设定的第二阶段激活判定电压(步骤S7)。此时，第二阶段激活判定电压值被设定成低于第一阶段激活判定电压值。在氧传感器输出电压值小于或等于第二阶段激活判定电压值的情况下，判定该状态是否持续了预定时间T2(例如3秒)(步骤S8)。在持续了预定时间T2的情况下，控制部11在第二阶段激活判定中判断为激活，并进入下一步骤。

当在第二阶段激活判定中判断为激活时，转移到第二阶段富燃/稀燃判定。即，控制部11判定当前的氧传感器输出电压值是否大于第二阶段富燃/稀燃判定电压值(步骤S9)。此时，第二阶段富燃/稀燃判定电压值被设定成低于第一阶段富燃/稀燃判定电压值。在氧传感器输出电压值大于第二阶段富燃/稀燃判定电压值情况下，控制装置判断为富燃，进行减少燃料喷射量的控制(步骤S10)。另一方面，在小于或等于的情况下，控制部11判断为稀燃，进行增加燃料喷射量的控制(步骤S11)。在内燃机21的驱动中反复进行这两个阶段的激活判定和富燃/稀燃判定，并且每次都以此为基础进行燃料喷射控制。

另外，在上述实施方式中说明了使用加热器内置式氧传感器时的处理，但在使用无加热器的氧传感器的情况下也可以按照同样的流程进行内燃机的空燃比控制。在使用无加热器的氧传感器的情况下，利用废气进行加热和激活。

由于采用了上述结构，因此根据本发明，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，因此，即使对配设在氧传感器内部的加热器进行通电的电源电压较低、或者在雨中行驶的情况下，也能够提高富燃/稀燃判定精度。

并且，与以往的氧传感器激活判定相比，能够从传感器元件的输出电压较高的状态开始进行激活判定和富燃/稀燃判定。因此，能够缩短判定之前的时间。

而且，并非根据传感器元件的温度进行激活判定，而是根据氧传感器的输出值和时间来进行判定，因此能够降低成本。

以上对本发明的实施方式进行了说明，但本发明不限于上述实施方式，可以根据本发明的主旨进行各种变形，这些变形包含在本发明的范围内。

产业上的利用可能性

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，具有产业上的利用可能性。

Claims (4)

1、一种内燃机的空燃比控制装置，其控制燃料和空气的混合气中空气质量与燃料质量之比，即空燃比，该空燃比控制装置的特征在于，具有：

氧传感器，其检测废气中含有的氧浓度；以及

控制装置，其根据所述氧传感器的信号控制所述空燃比，

所述控制装置进行如下控制：在所述内燃机起动后、所述氧传感器的输出值低于第一基准设定值的状态持续了第一设定时间的情况下，根据该氧传感器的输出值进行第一燃料喷射控制，然后，在所述氧传感器的输出值低于第二基准设定值的状态持续了第二设定时间的情况下，根据该氧传感器的输出值进行第二燃料喷射控制，所述第二基准设定值设定得比所述第一基准设定值低。

2、根据权利要求1所述的内燃机的空燃比控制装置，其特征在于，

所述控制装置，

在所述第一燃料喷射控制中，根据所述氧传感器的输出值是否超过了预定的第一富燃/稀燃判定电压，来进行该第一燃料喷射控制，

在所述第二燃料喷射控制中，根据所述氧传感器的输出值是否超过了预定的第二富燃/稀燃判定电压，来进行该第二燃料喷射控制。

3、一种内燃机的空燃比控制方法，其根据输出与废气中含有的氧浓度成比例的信号的氧传感器的输出值，来控制燃料和空气的混合气中空气质量与燃料质量之比，即空燃比，该空燃比控制方法的特征在于，具有以下各个步骤：

(a)当所述内燃机起动时对所述氧传感器进行通电；

(b)确认所述氧传感器的输出值低于第一基准设定值的状态持续了第一设定时间；

(c)根据所述氧传感器的输出值进行第一燃料喷射控制；

(d)确认所述氧传感器的输出值低于第二基准设定值的状态持续了第二设定时间，所述第二基准设定值设定得比所述第一基准设定值低；以及

(e)根据所述氧传感器的输出值进行第二燃料喷射控制。

4、根据权利要求3所述的内燃机的空燃比控制方法，其特征在于，

所述第一燃料喷射控制是根据所述氧传感器的输出值是否超过了预定的第一富燃/稀燃判定电压来进行的，

所述第二燃料喷射控制是根据所述氧传感器的输出值是否超过了预定的第二富燃/稀燃判定电压来进行的。

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