CN109424454B - 内燃机的排气装置 - Google Patents

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Abstract

一种内燃机的排气装置，能够减轻由氢导致氧传感器的检测值偏离实际的值而造成的影响。所述内燃机的排气装置具备：氧传感器(11)，其设置在内燃机(1)的排气通路(2)，具有扩散律速层，检测排气的空燃比；和控制装置(10)，其修正氧传感器(11)的检测值，在内燃机(1)的运转状态为相同状态的情况下，在内燃机(1)的空燃比变化时的氧传感器(11)的响应性高时，与响应性低时相比，使氧传感器(11)的检测值的修正量向空燃比变大的一侧增大。

Description

内燃机的排气装置
技术领域
本发明涉及内燃机的排气装置。
背景技术
有时内燃机的排气中所含的CO和/或HC与水(H2O)发生反应而产生氢(H2)。众所周知，氧传感器受该氢的影响，由氧传感器检测出的空燃比(以下，也称为检测空燃比)偏离实际的空燃比(以下，也称为实际空燃比)。与此相对，已知有基于排气的氢浓度来修正检测空燃比、传感器输出的响应性的技术(例如，参照专利文献1－3)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2000－008920号公报
专利文献2：日本特开2011－247093号公报
专利文献3：日本特开2013－185512号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而，即使基于排气的氢浓度来修正检测空燃比，也存在检测空燃比由于氢的影响而偏离实际空燃比的情况。即，即使准确地求出排气的氢浓度，并基于该氢浓度修正了检测空燃比，也难以消除由于氢的影响而导致的检测空燃比与实际空燃比的偏离。
本发明是鉴于上述那样的问题而完成的发明，其目的在于减轻由于氢导致氧传感器的检测值偏离实际的值所产生的影响。
用于解决问题的技术方案
本发明的技术方案之一是如下内燃机的排气装置，该内燃机的排气装置具备：氧传感器，其设置在内燃机的排气通路，具有扩散律速层，检测排气的空燃比；和控制装置，其修正所述氧传感器的检测值，在内燃机的运转状态为相同状态的情况下，在所述内燃机的空燃比变化时的所述氧传感器的响应性高时，与响应性低时相比，使所述氧传感器的检测值的修正量向空燃比变大的一侧增大。
即使实际空燃比相同，氧传感器的检测空燃比也根据排气的氢浓度而变化。在此，新发现了氧传感器受氢的影响的容易度根据氧传感器的响应性而变化。氧传感器的响应性是表示从实际的空燃比发生了变化后氧传感器的检测值以哪种程度的速度变化的值。由于氢的分子量小于排气中所含有的氧等其它分子的分子量，所以氢在氧传感器所具有的扩散律速层中的扩散速度快，容易通过扩散律速层。于是，排气通过扩散律速层时的氢的减少量少于其它分子的减少量。因此，当排气通过扩散律速层时，相对于其它分子的浓度，氢浓度相对变高。在氧传感器的响应性高的情况下，氢更容易通过扩散律速层。因此，在氧传感器的响应性高时，与响应性低时相比，容易受到氢的影响，检测空燃比向更小的一侧偏离。因此，在内燃机的运转状态为相同状态的情况下，在氧传感器的响应性高时，与响应性低时相比，使氧传感器的检测值的修正量向空燃比变大的一侧增大，从而能够使检测空燃比接近于实际空燃比。由此，能够减轻由氢导致的氧传感器的检测值与实际值的偏离的影响。
另外，本发明的技术方案之一涉及一种内燃机的排气装置，其具备：氧传感器，其设置在内燃机的排气通路，具有扩散律速层，检测排气的空燃比；处理装置，其基于对由所述氧传感器检测出的空燃比和成为比较对象的空燃比进行比较而得到的结果，来进行预定的处理；以及控制装置，其修正成为所述比较对象的空燃比，在内燃机的运转状态为相同状态的情况下，在所述内燃机的空燃比变化时的所述氧传感器的响应性高时，与响应性低时相比，使成为所述比较对象的空燃比的修正量向空燃比变小的一侧增大。
在进行使用检测空燃比的预定的处理的情况下，代替修正检测空燃比而修正成为检测空燃比的比较对象的空燃比，由此也能够减轻由于氧传感器的氢而产生的影响。对于预定的处理，例如可举出使检测空燃比接近于目标空燃比那样的反馈控制、通过比较检测空燃比和阈值来进行的装置的异常诊断等例子。在该情况下，目标空燃比、阈值是“成为比较对象的空燃比”。
另外，所述控制装置可以使排气的氢浓度高时的修正量大于排气的氢浓度低时的修正量。
由于排气的氢浓度越高，则氧传感器的检测值的偏离越大，所以与之相应地修正由氧传感器检测出的空燃比、或成为比较对象的空燃比，由此能够减轻由氢导致的氧传感器的检测值的偏离的影响。
另外，所述控制装置可以使所述内燃机的负荷高时的修正量大于所述内燃机的负荷低时的修正量。
排气的氢浓度与内燃机的负荷具有相关性，内燃机的负荷越高，则排气的氢浓度越高。因此，基于内燃机的负荷来进行修正，由此能够减轻由氢导致的氧传感器的检测值的偏离的影响。此外，内燃机的负荷与内燃机的吸入空气量以及空燃比具有相关性，因此也可以基于内燃机的吸入空气量以及空燃比来调整修正量。
另外，所述控制装置可以使所述内燃机的排气的温度低时的修正量大于所述内燃机的排气的温度高时的修正量。
排气的氢浓度与内燃机的排气的温度具有相关性，排气的温度越低，则排气的氢浓度越高。因此，基于内燃机的排气的温度来进行修正，由此能够减轻由氢导致的氧传感器的检测值的偏离的影响。此外，在排气的温度为预定温度以上的情况下，在排气中几乎不存在氢，所以可以将修正量设为0。
发明效果
根据本发明，能够减轻由于氢导致氧传感器的检测值偏离实际的值所产生的影响。
附图说明
图1是示出实施方式涉及的内燃机和其进气系统及排气系统的概略构成的图。
图2是示出了空燃比传感器的检测元件主要部分的剖面结构的图。
图3是示出了实际的排气的氢浓度与空燃比传感器的检测空燃比的偏离量(检测空燃比偏离量)的关系的图。
图4是按空燃比传感器的响应性示出了实际的排气的氢浓度与空燃比传感器的检测空燃比的偏离量(检测空燃比偏离量)的关系的图。
图5是示出了响应性、氢浓度以及检测空燃比偏离量的关系的图。
图6是示出了修正检测空燃比时的各种值的推移的时间图。
图7是用于求出系数RE的流程图。
图8是示出了进行检测空燃比的修正的流程的流程图。
图9是示出了进行目标空燃比的修正的流程的流程图。
图10是按排气的氢浓度和检测空燃比的时间常数示出了成为目标的空气过剩率λ的图。
标号说明
1：内燃机
2：排气通路
3：催化剂
6：燃料喷射阀
11：空燃比传感器
具体实施方式
以下，参照附图来说明本发明的实施方式。但是，关于该实施方式中所记载的构成部件的尺寸、材质、形状、其相对配置等，只要没有特别的记载，就并非旨在将本发明的范围仅限定于上述的尺寸、材质、形状、相对配置等。
(实施方式)
图1是示出本实施方式涉及的内燃机1和其进气系统及排气系统的概略构成的图。内燃机1是车辆驱动用的内燃机。此外，内燃机1既可以是柴油发动机，也可以是汽油发动机。在内燃机1连接有排气通路2。在排气通路2中设置有催化剂3。此外，在实施方式中催化剂3不是必需的构成。
进而，在催化剂3的上游的排气通路2设置有对向催化剂3流入的排气的空燃比进行检测的空燃比传感器11、和对向催化剂3流入的排气的温度进行检测的温度传感器12。另外，在内燃机1设置有向各汽缸分别喷射燃料的燃料喷射阀6。该空燃比传感器11例如是极限电流型的氧传感器，在较广的空燃比区域产生与空燃比大致成比例的输出。此外，空燃比传感器11并不限于极限电流型的氧传感器，例如也可以是电动势型(浓差电池型)的氧传感器。此外，在本实施方式中，空燃比传感器11相当于本发明中的氧传感器。
另外，在内燃机1连接有进气通路7。在进气通路7安装有检测内燃机1的吸入空气量的空气流量计23。
并且，在内燃机1中同时设置有作为控制装置(控制器)的电子控制单元即ECU10。ECU10控制内燃机1、排气净化装置等。在ECU10除了上述的各种传感器以外还电连接有曲轴位置传感器21以及加速器开度传感器22，各传感器的输出值被传输到ECU10。
ECU10能够掌握基于曲轴位置传感器21的检测而得到的内燃机转速、基于加速器开度传感器22的检测而得到的内燃机负荷等内燃机1的运转状态。另外，ECU10能够基于空气流量计23的检测值和从燃料喷射阀6喷出的燃料喷射量来算出排气的流量。另一方面，在ECU10经由电布线连接燃料喷射阀6，通过该ECU10控制燃料喷射阀6。
ECU10基于对由空燃比传感器11检测出的空燃比(检测空燃比)和成为比较对象的空燃比进行比较而得到的结果，来进行预定的处理。例如，ECU10以使检测空燃比成为目标空燃比的方式对从燃料喷射阀6喷出的燃料喷射量进行反馈控制。另外，例如，ECU10通过比较检测空燃比和阈值来进行燃料喷射阀6的异常诊断。此外，在本实施方式中，ECU10通过进行预定的处理而作为本发明的处理装置发挥作用。
图2是示出了空燃比传感器11的检测元件主要部分的剖面结构的图。空燃比传感器11具备将与大气连通的A室和与排气通路2的内部连通的B室隔开的固体电解质层101。固体电解质层101由氧化锆(Zr2O3)等多孔质绝缘材料构成。在固体电解质层101的A室侧壁面设置有由铂构成的A室侧电极102，在固体电解质层101的B室侧壁面设置有由铂构成的B室侧电极103。B室侧电极103的表面被扩散律速层104覆盖，在排气通路2中流动的排气的一部分通过扩散律速层104的内部而与B室侧电极103接触。
在这样的构成的空燃比传感器11中，当通过ECU10对A室侧电极102与B室侧电极103之间施加预定的电压时，通过该电压的施加而在空燃比传感器11中流动与排气中的氧浓度相应的电流。由于该电流与空燃比具有相关性，所以空燃比传感器11基于该电流来检测空燃比。
在排气的空燃比是比理论空燃比大的空燃比即稀空燃比的情况下，未与燃料发生反应而存在于排气中的氧通过在B室侧电极103的电极反应而接受电子，从而被离子化。当该氧离子在固体电解质层101的内部从B室侧电极103向A室侧电极102移动，并到达A室侧电极102时，在那电子脱离而恢复成氧，并向A室排出。通过这样的氧离子的移动，在从A室侧电极102朝向B室侧电极103的方向上有电流流动。
另一方面，在排气的空燃比是比理论空燃比小的空燃比即浓空燃比的情况下，与上述的稀空燃比的情况相反，A室内的氧通过在A室侧电极102的电极反应而接受电子，从而被离子化。该氧离子在固体电解质层101的内部从A室侧电极102向B室侧电极103移动之后，通过与在扩散律速层104的内部扩散了的排气中的可燃成分(例如H2、CO、HC等)的催化反应，生成CO2和/或H2O。通过这样的氧离子的移动，在从B室侧电极103朝向A室侧电极102的方向上有电流流动。
在这样的空燃比传感器11中，由于存在于排气中的氢而产生空燃比的检测误差。由于氢的分子量小于排气中所含有的氧等其它分子的分子量，所以氢在扩散律速层104中的扩散速度快，容易通过扩散律速层104。即，在排气通过扩散律速层104时，氢浓度的降低较小，但除氢以外的其它分子的浓度的降低变大。于是，在B室侧电极103的附近，与实际的排气(向空燃比传感器11流入之前的排气)相比，相对于其它分子的浓度，氢浓度相对变高。由此，检测空燃比变得比实际空燃比小。在该情况下，排气的氢浓度越高，则检测空燃比相对于实际空燃比越小。因此，ECU10根据排气的氢浓度来修正检测空燃比。
图3是示出了实际的排气的氢浓度与空燃比传感器11的检测空燃比的偏离量(以下，也称为检测空燃比偏离量)的关系的图。检测空燃比偏离量表示从实际空燃比减去检测空燃比而得到的值。由于排气的氢浓度越高则检测空燃比越小，所以，排气的氢浓度越高则检测空燃比偏离量越大。因此，在排气的氢浓度高时，与氢浓度低时相比，使修正检测空燃比时的修正量朝向空燃比变大的方向增大，从而能够减小实际空燃比与检测空燃比之差。
但是，即使进行与排气的氢浓度相应的检测空燃比的修正，也存在检测空燃比偏离实际空燃比的情况。新发现这样的偏离与空燃比传感器11的响应性具有相关性。在此，由氢引起的检测空燃比的偏离的容易度根据空燃比传感器11的响应性而变化。该空燃比传感器11的响应性也存在个体差异，在空燃比传感器11的使用过程中由于各种原因而发生变化。例如，扩散律速层104中的气体的扩散速度可能由于扩散律速层104随时间经过而发生的变化、由灰尘引起的扩散律速层104的堵塞等而变化。于是，到达B室侧电极103的氢的量也可能随时间经过而发生变化。因此，由于图3所示的排气的氢浓度与检测空燃比偏离量的相关性根据氢的扩散速度而变化，即使基于排气的氢浓度来修正空燃比传感器11的检测空燃比，仍会有实际空燃比与检测空燃比的偏离。因此，ECU10还考虑空燃比传感器11的响应性来修正检测空燃比。
图4是按空燃比传感器11的响应性示出了实际的排气的氢浓度与空燃比传感器11的检测空燃比的偏离量(检测空燃比偏离量)的关系的图。在相同的氢浓度下进行比较的情况下，空燃比传感器11的响应性越高，则检测空燃比偏离量越大。另外，当空燃比传感器11的响应性相同时，排气的氢浓度越高，则检测空燃比偏离量越大。图4所示的关系能够通过实验或模拟等来求出。
接着，对空燃比传感器11的响应性的求出方法进行说明。空燃比传感器11的响应性表示从实际空燃比发生变化后检测空燃比以哪种程度的速度变化，认为其与在空燃比传感器11的检测空燃比发生了变化时的检测空燃比的时间常数成反比。此外，也可以将每单位时间的检测空燃比的变化量设为响应性。时间常数是在检测空燃比发生了变化时到检测空燃比达到该检测空燃比的最终值的例如63.2％为止的时间。因此，ECU10随时存储着检测空燃比发生变化时的检测空燃比的推移。并且，在检测空燃比增加的情况下，ECU10算出从检测空燃比的增加开始起到增加结束为止的期间中的检测空燃比的变化量，算出从检测空燃比的增加开始时间点起到检测空燃比达到相当于其变化量的例如63.2％的值的时间点为止的时间来作为时间常数。同样地，在检测空燃比减少的情况下，ECU10也可以算出从检测空燃比的减少开始起到减少结束为止的期间中的检测空燃比的变化量，并算出从检测空燃比的减少开始时间点起到检测空燃比达到相当于其变化量的63.2％的值的时间点为止的时间来作为时间常数。
此外，虽然也可以将与检测空燃比上升或下降1次时所算出的时间常数成反比的值设为响应性，但在该情况下，干扰的影响变大。因此，也可以在检测空燃比上升或下降多次(例如2～3次)时分别算出时间常数，将与其平均值成反比的值设为响应性。
为了求出空燃比传感器11的响应性，需要检测空燃比发生变化。该检测空燃比的变化可以是由演变引起的检测空燃比的变化，也可以是为了求出空燃比传感器11的响应性而ECU10对空燃比进行控制所引起的检测空燃比的变化。另外，也可以是为了空燃比传感器11、催化剂3、或其它装置的异常诊断而ECU10对空燃比进行控制所引起的检测空燃比的变化。例如，在减速时等实施的燃料切断中，通过停止从燃料喷射阀6喷射燃料，空燃比大幅度变化。在这样的情况下，能够高精度地求出检测空燃比的时间常数。
另外，例如在实施了使空燃比在比理论空燃比大的预定稀空燃比与比理论空燃比小的预定浓空燃比之间交替地多次变动的主动控制(active control)时，空燃比大幅度变动。在这样的情况下也能够高精度地求出空燃比传感器11的响应性。此外，虽然可以为了求出空燃比传感器11的响应性而实施主动控制，但也可以利用为了其它目的(例如异常诊断)而实施主动控制时的检测空燃比来求出空燃比传感器11的响应性。为了高精度地算出响应性，优选的是空燃比发生了某种程度的变化。因此，也可以在空燃比发生了能够高精度地算出响应性这一程度的变化时，算出响应性。
响应性的算出在内燃机1的运转状态发生了预定的变化时进行。由于空燃比传感器11的响应性受到空燃比等内燃机1的运转状态的影响，所以，为了使内燃机1的运转状态的变化的影响不表现在响应性上，基于同样地内燃机1的运转状态发生了变化时的检测空燃比来算出响应性。此外，也可以对在内燃机1的运转状态发生了与预定的变化不同的变化时所算出的响应性进行修正，以成为运转状态发生了预定的变化时的响应性。另外，可以使预定的变化具有某种程度的幅度，也可以设定多个预定的变化。
如上所述，空燃比传感器11的响应性与在检测空燃比由于氢而偏离实际空燃比时的偏离容易度具有相关性。因此，在修正检测空燃比时，除了排气的氢浓度之外，还考虑空燃比传感器11的响应性。图5是示出了响应性、氢浓度以及检测空燃比偏离量的关系的图。用一次函数(检测空燃比偏离量＝RE·氢浓度)表示出氢浓度和检测空燃比的偏离量。在此，RE是根据响应性而变化的系数，响应性越高，该系数RE越大。响应性和系数RE的关系预先通过实验或模拟等求出，并存储在ECU10中。
此外，虽然在图5中简单地用一次函数表示出氢浓度和检测空燃比偏离量的关系，但也可以代替这一方法，如图4所示使用通过实验等求出的关系来取得氢浓度与检测空燃比偏离量的相关性。
使用如以上那样求出的检测空燃比偏离量来作为检测空燃比的修正量。即，通过对检测空燃比加上检测空燃比偏离量来修正检测空燃比。检测空燃比的修正在推定为产生了氢时进行。此外，虽然在上述说明中求出了与检测空燃比相加来修正检测空燃比的修正量，但也可以代替这一方法，求出与检测空燃比相乘来修正检测空燃比的修正系数。
图6是示出了修正检测空燃比时的各种值的推移的时间图。从上方起依次示出了内燃机转速、从燃料喷射阀6喷出的燃料喷射量、检测空燃比、空燃比传感器11的响应性的算出值、排气的氢浓度的推定值、以及检测空燃比的修正量。检测空燃比中的虚线表示修正后的检测空燃比，检测空燃比中的实线表示修正前的检测空燃比。
在从T1到T2的期间实施主动控制，燃料喷射量同步地增减。由此，检测空燃比发生变动。基于该期间的检测空燃比算出了空燃比传感器11的响应性。
由于排气的氢浓度与内燃机1的负荷具有关联性，所以能够基于内燃机1的负荷来推定排气的氢浓度。如果预先通过实验或模拟等求出内燃机1的负荷与排气的氢浓度的关系，并存储在ECU10中，则能够基于内燃机1的负荷来推定排气的氢浓度。另外，排气的氢浓度也能够基于其它参数来推定。例如，吸入空气量及燃料喷射量、或吸入空气量及空燃比也与排气的氢浓度具有关联性。另外，排气温度越高，则排气中的氢和氧越容易反应而氢减少，所以氢浓度降低。因此，排气温度和氢浓度也具有相关性，所以也能够基于排气温度来推定氢浓度。在该情况下，以排气温度低时的氢浓度高于排气温度高时的氢浓度的方式进行推定。此外，在排气的温度为预定温度以上的情况下，也可以将氢浓度设为0。该预定温度是氢和氧进行反应而排气中不再存在氢的温度。也可以将这些与排气的氢浓度具有相关性的参数进行多种组合来推定排气的氢浓度。像这样，ECU10随时推定氢浓度。此外，排气的氢浓度不限于通过上述手段来获得，也可以通过其它手段来获得。例如，也可以使用传感器来检测氢浓度。
在此，如图5所示，当内燃机1的运转状态(例如内燃机转速以及内燃机负荷)相同(即，氢浓度相同)时，响应性越高，则检测空燃比偏离量越大。ECU10读入与在图6中的T1到T2的期间所算出的响应性对应的系数RE，对在T2以后所推定的氢浓度乘以系数RE来算出检测空燃比偏离量，即检测空燃比的修正量。ECU10通过对检测空燃比加上检测空燃比偏离量来修正检测空燃比。
在图6中的T2到T3的期间，氢浓度的推定值为0，所以系数RE变为0，检测空燃比的修正量也变为0。当在T3以后内燃机转速和燃料喷射量增加而导致氢浓度的推定值增加时，基于该氢浓度的推定值和系数RE来算出修正量。因此，在T3以后，修正量根据氢浓度的推定值而增加。根据该修正量进行修正而得到的检测空燃比变得大于修正前的检测空燃比。即，由于氢的影响，检测空燃比变得小于实际空燃比，因此为了消除这一情况，以使检测空燃比变大的方式进行修正。
图7是用于求出系数RE的流程图。本流程图由ECU10每隔预定的时间而执行。此外，空燃比传感器11的响应性根据扩散律速层104的状况而变动，因此优选以预定的间隔求出系数RE。
在步骤S101中，判定求出响应性的前提条件是否成立。在开始燃料切断或主动控制，并且内燃机1的运转状态发生了预定的变化的情况下，判定为前提条件成立。即，由于在开始了燃料切断或主动控制的情况下，处于能够求出空燃比传感器11的时间常数的状态，所以将开始了燃料切断或主动控制作为前提条件之一。另外，由于响应性的算出值受到内燃机1的运转状态的影响，所以在内燃机1的运转状态发生了预定的变化时算出响应性。即，将内燃机1的运转状态发生了预定的变化作为前提条件之一。在步骤S101中判定为是的情况下进入步骤S102，另一方面，在判定为否的情况下结束本流程图。
在步骤S102中，算出空燃比传感器11的响应性，在步骤S103中，算出系数RE。空燃比传感器11的响应性和系数RE的关系预先存储在ECU10中。在步骤S103中求出的系数RE作为用于与氢浓度相乘来求出检测空燃比的修正量的系数RE而被ECU10存储。此外，在步骤S101中判定为否的情况下，基于过去求出的系数RE来进行检测空燃比的修正。
接着，图8是示出了进行检测空燃比的修正的流程的流程图。本流程图由ECU10每隔预定的时间而执行。
在步骤S201中，读入排气的氢浓度。ECU10如上述那样使用内燃机1的负荷、排气温度等参数随时算出排气的氢浓度，因此可读入该值。
在步骤S202中，根据氢浓度来进行检测空燃比的修正。此时，通过对在步骤S201中读入的排气的氢浓度乘以在步骤S103中算出的系数RE来算出检测空燃比偏离量，通过将该检测空燃比偏离量和检测空燃比相加来进行检测空燃比的修正。此外，在本实施方式中，ECU10通过步骤S202的处理而作为本发明中的控制装置发挥作用。
这样，能够基于空燃比传感器11的响应性和排气的氢浓度来进行检测空燃比的修正，因此能够取得更准确的空燃比。由此，能够使用修正后的检测空燃比来实施精度高的空燃比控制、精度高的异常诊断。
在以上的说明中进行检测空燃比的修正，但也可以代替这一方法，修正在使用空燃比传感器11进行控制时与检测空燃比相比较的空燃比(控制目标值和/或阈值)。例如，在修正空燃比控制中的目标空燃比的情况下，在空燃比传感器11的响应性高时，与响应性低时相比，使目标空燃比的修正量向空燃比变小的一侧增大。
在此，在空燃比反馈控制时，以使检测空燃比成为目标空燃比的方式，调整从燃料喷射阀6喷出的燃料喷射量或吸入空气量。在检测空燃比由于排气中的氢而偏离实际的空燃比的情况下，通过修正检测空燃比，能够进行精度高的空燃比控制，但通过修正目标空燃比也同样能够进行精度高的空燃比控制。即，即使代替基于图5算出的检测空燃比偏离量与检测空燃比的相加而从目标空燃比减去基于图5算出的检测空燃比偏离量，由于空燃比反馈控制中的燃料喷射量和/或吸入空气量的调整量相同，所以也同样能够调整为所希望的空燃比。
图9是示出了进行目标空燃比的修正的流程的流程图。本流程图由ECU10每隔预定的时间而执行。
在步骤S301中，读入排气的氢浓度。ECU10随时算出排气的氢浓度，因此可读入该值。
在步骤S302中，根据氢浓度来进行目标空燃比的修正。此时，通过对在步骤S201中读入的排气的氢浓度乘以在步骤S103中算出的系数RE来算出检测空燃比偏离量，通过从目标空燃比减去该检测空燃比偏离量来进行目标空燃比的修正。此外，在本实施方式中，ECU10通过步骤S302的处理而作为本发明中的控制装置发挥作用。
图10是按排气的氢浓度和检测空燃比的时间常数示出了成为目标的空气过剩率λ的图。以排气的氢浓度越高、另外时间常数越小(传感器的响应性越高)，则成为目标的空气过剩率λ越大的方式，调整空燃比(燃料喷射量或吸入空气量)。像这样，也可以代替检测空燃比而修正控制目标值。
另外，在比较检测空燃比和阈值来例如实施燃料喷射阀6的异常诊断、实施各种传感器的异常诊断、实施在空燃比传感器11的上游所具备的各种装置的异常诊断的情况下等，也可以代替修正检测空燃比而修正阈值。即，即使代替基于图5所算出的检测空燃比偏离量与检测空燃比的相加而从阈值减去基于图5所算出的检测空燃比偏离量，也能够减轻基于空燃比传感器11的响应性以及氢而产生的影响。在该情况下，在空燃比传感器11的响应性高时，与响应性低时相比，使阈值的修正量向空燃比变小的一侧增大。
在以上的说明中，推定排气的氢浓度，基于该氢浓度进行检测空燃比、或与检测空燃比相比较的空燃比(控制目标值和/或阈值)的修正，但排气的氢浓度不一定需要直接推定。例如，也可以使用与排气的氢浓度具有相关性的参数来进行检测空燃比的修正、与检测空燃比相比较的空燃比(控制目标值和/或阈值)的修正。例如，由于内燃机1的负荷与排气的氢浓度具有相关性，所以也可以根据内燃机1的负荷直接进行检测空燃比的修正。在该情况下，预先通过实验或模拟等求出内燃机1的负荷、响应性以及检测空燃比的修正量的关系。
另外，例如，由于吸入空气量和空燃比与排气的氢浓度具有相关性，所以也可以根据吸入空气量和空燃比直接进行检测空燃比的修正。在该情况下，预先通过实验或模拟等求出吸入空气量和空燃比、空燃比传感器11的响应性、以及检测空燃比的修正量的关系。同样地，由于排气温度也与排气的氢浓度具有相关性，所以也可以根据排气温度直接进行检测空燃比的修正。在该情况下，使排气温度低时的修正量大于排气温度高时的修正量。在进行这样的修正的情况下，预先通过实验或模拟等求出排气温度、空燃比传感器11的响应性、以及检测空燃比的修正量的关系。此外，在排气的温度为预定温度以上的情况下，也可以将修正量设为0。该预定温度是氢和氧进行反应而排气中不再存在氢的温度。另外，也可以将内燃机1的负荷、吸入空气量、燃料喷射量、空燃比、排气温度等与氢浓度具有相关性的参数中的2个以上进行组合来直接进行检测空燃比的修正。
另外，在上述说明中，基于排气的氢浓度和空燃比传感器11的响应性来进行检测空燃比的修正，但也可以代替这一方法，不使用排气的氢浓度地进行检测空燃比的修正。在该情况下，基于空燃比传感器11的响应性进行检测空燃比的修正。在修正中不使用排气的氢浓度的情况下，不需要推定排气的氢浓度。另外，由于与氢浓度无关地进行修正，所以将排气中不存在氢的情况也包括在内地进行修正。例如，算出空燃比传感器11的响应性，求出与该响应性对应的系数RE。并且，与内燃机1的运转状态无关地假定为排气的氢浓度为预定的氢浓度来算出检测空燃比的偏离量，进行检测空燃比、或与检测空燃比相比较的空燃比(控制目标值和/或阈值)的修正。如果求出修正量，则无论排气的氢浓度如何，修正量都恒定。即，修正量根据空燃比传感器11的响应性而变化，但不会根据排气的氢浓度而变化。这里所说的预定的氢浓度例如可以设为根据内燃机1的运转状态而可变化的氢浓度的平均值，也可以以使排放变得良好的方式进行设定。这样，不再需要基于氢浓度进行修正，因此处理变得简单。此外，也可以对使用排气的氢浓度进行修正的运转区域、和不使用排气的氢浓度进行修正的运转区域进行划分。
另外，在上述说明中，直接使用空燃比传感器11的响应性(也可以设为时间常数)来进行检测空燃比的修正，但也可以代替这一方法，使用与空燃比传感器11的响应性相关的参数来进行检测空燃比的修正。作为与空燃比传感器11的响应性相关的参数，可以使用响应性的基准值与响应性的计算值之差或之比。响应性的基准值例如是所设想的空燃比传感器11为新品时的响应性，预先通过实验或模拟等求出多个空燃比传感器11的新品时的响应性，并算出平均值，将该平均值设定为响应性的基准值。这样设定的响应性的基准值是与空燃比传感器11的个体差异无关的一定的值，但也可以代替这一方法，将空燃比传感器11为新品时实际求出的响应性设定为该空燃比传感器11的基准值。响应性的基准值与响应性的算出值之差或之比、排气的氢浓度、以及检测空燃比的修正量的关系预先通过实验或模拟等求出。
如上所述，根据本实施方式，基于空燃比传感器11的响应性来修正检测空燃比、或与检测空燃比相比较的空燃比(控制目标值和/或阈值)，从而能够减轻由氢导致的空燃比传感器11的检测值的偏离的影响。

Claims (6)

1.一种内燃机的排气装置，其具备：
氧传感器，其设置在内燃机的排气通路，具有扩散律速层，检测排气的空燃比；和
控制装置，其修正所述氧传感器的检测值，在所述内燃机的运转状态为相同状态的情况下，在所述内燃机的空燃比变化时的所述氧传感器的响应性高时，与响应性低时相比，使所述氧传感器的检测值的修正量向空燃比变大的一侧增大，所述氧传感器的响应性是表示从实际的空燃比发生了变化后所述氧传感器的空燃比检测值以哪种程度的速度变化的值。
2.一种内燃机的排气装置，其具备：
氧传感器，其设置在内燃机的排气通路，具有扩散律速层，检测排气的空燃比；
处理装置，其基于对由所述氧传感器检测出的空燃比和成为比较对象的空燃比进行比较而得到的结果，来进行预定的处理；以及
控制装置，其修正成为所述比较对象的空燃比，在所述内燃机的运转状态为相同状态的情况下，在所述内燃机的空燃比变化时的所述氧传感器的响应性高时，与响应性低时相比，使成为所述比较对象的空燃比的修正量向空燃比变小的一侧增大，所述氧传感器的响应性是表示从实际的空燃比发生了变化后所述氧传感器的空燃比检测值以哪种程度的速度变化的值。
3.根据权利要求1或2所述的内燃机的排气装置，
所述控制装置使排气的氢浓度高时的修正量大于排气的氢浓度低时的修正量。
4.根据权利要求1或2所述的内燃机的排气装置，
所述控制装置使所述内燃机的负荷高时的修正量大于所述内燃机的负荷低时的修正量。
5.根据权利要求1或2所述的内燃机的排气装置，
所述控制装置使所述内燃机的排气的温度低时的修正量大于所述内燃机的排气的温度高时的修正量。
6.根据权利要求4所述的内燃机的排气装置，
所述控制装置使所述内燃机的排气的温度低时的修正量大于所述内燃机的排气的温度高时的修正量。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11035315B2 (en) * 2019-09-27 2021-06-15 Ford Global Technologies, Llc Modeling to compensate for HEGO sensor drift

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5179924A (en) * 1990-06-01 1993-01-19 Hitachi, Ltd. Method and apparatus for controlling air-fuel ratio in internal combustion engine
US6220017B1 (en) * 1998-06-26 2001-04-24 Nissan Motor Co., Ltd. Exhaust emission control system for internal combustion engine
CN101050733A (zh) * 2006-04-03 2007-10-10 本田技研工业株式会社 内燃机空燃比控制装置
CN105339637A (zh) * 2013-06-26 2016-02-17 丰田自动车株式会社 内燃机的诊断装置

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5051660B2 (ja) * 2008-01-08 2012-10-17 日本特殊陶業株式会社 ガスセンサ素子及びガスセンサ
WO2010095274A1 (ja) * 2009-02-20 2010-08-26 トヨタ自動車株式会社 火花点火式内燃機関
JP2011247093A (ja) 2010-05-21 2011-12-08 Honda Motor Co Ltd 内燃機関の制御装置
JP5783091B2 (ja) 2012-03-08 2015-09-24 トヨタ自動車株式会社 空燃比センサの出力補正装置
US10100770B2 (en) * 2015-06-30 2018-10-16 Ford Global Technologies, Llc Systems and methods for on-board cylinder leakdown testing
US10019854B1 (en) * 2017-03-08 2018-07-10 Ford Global Technologies, Llc Methods and systems to detect oxygen sensor degradation due to sealant off-gassing

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5179924A (en) * 1990-06-01 1993-01-19 Hitachi, Ltd. Method and apparatus for controlling air-fuel ratio in internal combustion engine
US6220017B1 (en) * 1998-06-26 2001-04-24 Nissan Motor Co., Ltd. Exhaust emission control system for internal combustion engine
CN101050733A (zh) * 2006-04-03 2007-10-10 本田技研工业株式会社 内燃机空燃比控制装置
CN105339637A (zh) * 2013-06-26 2016-02-17 丰田自动车株式会社 内燃机的诊断装置

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