Система управления для двигателя внутреннего сгорания

Система управления для двигателя внутреннего сгорания

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится настоящего изобретения

[0001] Настоящее изобретение относится к системе управления для двигателя внутреннего сгорания, которая управляет двигателем внутреннего сгорания в соответствии с выходным сигналом датчика отношения воздух-топливо.

Предшествующий уровень техники

[0002] В прошлом широко известна система управления двигателем внутреннего сгорания, оснащенная датчиком отношения воздух-топливо в выпускном канале двигателя внутреннего сгорания, и управляющая количеством топлива, подаваемым в двигатель внутреннего сгорания на основе выходного сигнала этого датчика отношения воздух-топливо (например, см. PLT 1-4).

[0003] В такой системе управления используются катализаторы, имеющие способность накапливать кислород, размещенные последовательно по потоку в выпускном канале. Катализатор, имеющий способность накапливать кислород, может очищать отработавшие газы, поступающие в катализатор от продуктов неполного окисления (HC, CO, и т.п.) или оксидов азота NO_X, и т.п., когда величина накопления кислорода представляет собой соответствующее значение между верхней предельной величиной накопления и нижней предельной величиной накопления. То есть, если отработавшие газы, основанные на (полученные в результате сгорания) топливовоздушной смеси, состав которой богаче, чем стехиометрический отношение воздух-топливо (ниже, также именуемой «богатым отношением воздух-топливо») поступают в катализатор, продукты неполного окисления, содержащиеся в отработавших газах доокисляются кислородом, накопленным в катализаторе. Напротив, если в катализатор поступают отработавшие газы, основанные на (полученные в результате сгорания) топливовоздушной смеси, состав которой беднее, чем стехиометрический отношение воздух-топливо (ниже, также именуемой «бедным отношением воздух-топливо»), кислород, содержащийся в отработавших газах, накапливается в катализаторе. Из-за этого, поверхность катализатора переходит в состояние недостатка кислорода и, вместе с этим, оксиды азота NO_X, содержащиеся в отработавших газах восстанавливаются и отработавшие газы очищаются. В результате, катализатор может очищать отработавшие газы, независимо от отношения воздух-топливо для отработавших газов, поступающих в катализатор, пока величина накопления кислорода представляет собой соответствующее значение.

[0004] Поэтому, в такой системе управления, для поддержания величины накопления кислорода в катализаторе на стороне входа, на соответствующем уровне, датчик отношения воздух-топливо, располагается на стороне входа в направлении потока отработавших газов, по отношению к катализатору на стороне входа в направлении потока отработавших газов, а кислородный датчик располагается на стороне выхода в направлении потока отработавших газов, по отношению к катализатору на стороне входа и на стороне входа в направлении потока отработавших газов, по отношению к катализатору на стороне выхода. С использованием этих датчиков, система управления осуществляет управление с обратной связью, на основе выходного сигнала датчика отношения воздух-топливо на стороне входа, при этом выходной ток этого датчика отношения воздух-топливо принимается в качестве целевого значения, соответствующего целевому значению отношения воздух-топливо. Кроме того, система управления регулирует целевое значение сигнала датчика отношения воздух-топливо на стороне входа, на основе выходного сигнала кислородного датчика на стороне выхода.

[0005] Например, в системе управления описанной в PLT 1, когда выходное напряжение кислородного датчика на стороне выхода представляет собой высокую пороговую величину или превышает ее и состояние катализатора на стороне входа представляет собой состояние недостатка кислорода, целевое значение отношения воздух-топливо для отработавших газов, поступающих в катализатор на стороне входа задается как бедное отношение воздух-топливо. Напротив, когда выходное напряжение кислородного датчика на стороне выхода, представляет собой низкую пороговую величину или еще ниже и состояние катализатора на стороне входа представляет собой состояние избытка кислорода, целевое значение отношения воздух-топливо задается как богатое отношение воздух-топливо. Согласно PLT 1, из-за этого, когда катализатор находится в состоянии недостатка кислорода или состоянии избытка кислорода, можно быстро возвратить состояние катализатора в состояние между этих двух состояний (то есть, состояние, когда катализатор накапливает надлежащее количество кислорода).

[0006] Кроме того, в вышеописанной системе управления, если значение выходного напряжения датчика кислорода на стороне выхода находится между высокой пороговой величиной и низкой пороговой величиной, для случая, когда выходное напряжение датчика кислорода возрастает, целевое значение отношения воздух-топливо задается как бедное отношение воздух-топливо. Напротив, если значение выходного напряжения датчика кислорода падает, целевое значение отношения воздух-топливо задается как богатое отношение воздух-топливо. Согласно PLT 1, из-за этого, считается, что может быть заранее предотвращено состояние недостатка кислорода или состояние избытка кислорода для катализатора на стороне входа.

Указатель ссылок

Патентная литература

[0007] PLT 1: Японская патентная публикация No. 2011-069337A

PLT 2: Японская патентная публикация No. 2005-351096A

PLT 3: Японская патентная публикация No. 2000-356618A

PLT 4: Японская патентная публикация No. H8-232723A

PLT 5: Японская патентная публикация No. 2009-162139A

PLT 6: Японская патентная публикация No. 2001-234787A

Сущность настоящего изобретения

Техническая задача

[0008] Таким образом, в системе управления, описанной в PLT 1, в тот момент, когда выходное напряжение датчика кислорода на стороне выхода представляет собой высокую пороговую величину, или больше, и состояние катализатора на стороне входа, представляет собой состояние недостатка кислорода, целевое значение отношения воздух-топливо для отработавших газов, поступающих в катализатор 20 на стороне входа, задается как бедное отношение воздух-топливо. То есть, в этой системе управления, в тот момент, когда состояние катализатора представляет собой состояние недостатка кислорода и продукты неполного окисления истекают из катализатора на стороне входа, целевое значение отношения воздух-топливо задается как бедное отношение воздух-топливо. Поэтому некоторая часть продуктов неполного окисления истекает из катализатора на стороне входа.

[0009] Кроме того, в системе управления, описанной в PLT 1, в тот момент, когда выходное напряжение датчика кислорода на стороне выхода, представляет собой низкую пороговую величину или еще ниже, и состояние катализатора представляет собой состояние избытка кислорода, целевое значение отношения воздух-топливо задается как богатое отношение воздух-топливо. То есть, в этой системе управления, когда состояние катализатора представляет собой состояние избытка кислорода и кислород и NO_X истекают из катализатора на стороне входа, целевое значение отношения воздух-топливо задается как богатое отношение воздух-топливо. Поэтому некоторое количество NO_X истекает из катализатора на стороне входа.

[0010] Соответственно, иногда и продукты неполного окисления, и NO_X истекают из катализатора на стороне входа. Если и продукты неполного окисления, и NO_X истекают из катализатора на стороне входа, то, катализатор на стороне выхода должен нейтрализовывать оба этих компонента.

[0011] Поэтому, авторы настоящего изобретения предложили осуществление управления отношением воздух-топливо, которое попеременно устанавливает целевое значение отношения воздух-топливо для отработавших газов, поступающих в катализатор на стороне входа, между бедной уставкой отношения воздух-топливо, которая беднее на определенную величину, чем стехиометрическое отношение воздух-топливо, и слабо обогащенной уставкой отношения воздух-топливо, которая немного богаче стехиометрического отношения воздух-топливо. В частности, при управлении отношением воздух-топливо, когда отношение воздух-топливо для отработавших газов, которое определяется датчиком отношения воздух-топливо на стороне выхода, размещенным на стороне выхода катализатора на стороне входа, представляет собой отношение воздух-топливо, оцениваемое как богатое, которое богаче стехиометрического отношения воздух-топливо, хотя бы незначительно, целевое значение отношения воздух-топливо задается на уровне бедной уставки отношения воздух-топливо, пока величина накопления кислорода для катализатора на стороне входа не достигнет заданного значения, которое меньше, чем максимальная величина накопления кислорода. С другой стороны, когда величина накопления кислорода для катализатора на стороне входа, вырастает до заданной величины или еще больше, целевое значение отношения воздух-топливо задается на уровне слабо обогащенной уставки отношения воздух-топливо.

[0012] Путем выполнения такого управления, в случае установления целевого значения отношения воздух-топливо на уровне слабо обогащенной уставки отношения воздух-топливо, величина накопления кислорода для катализатора на стороне входа постепенно становится меньше. В конечном итоге, продукты неполного окисления истекают из катализатора на стороне входа, хотя это истечение незначительно. Если продукты неполного окисления таким образом незначительно истекают, датчик отношения воздух-топливо на стороне выхода определяет достижение опорного значения отношения воздух-топливо или меньше и, в результате, целевое значение отношения воздух-топливо переключается на уровень бедной уставки отношения воздух-топливо.

[0013] Если целевое значение отношения воздух-топливо переключается на уровень бедной уставки отношения воздух-топливо, величина накопления кислорода для катализатора на стороне входа быстро увеличивается. Если величина накопления кислорода для катализатора на стороне входа быстро увеличивается, величина накопления кислорода достигает заданного значения накопления в короткий период времени, и затем целевое значение отношения воздух-топливо переключается на уровень слабо обогащенной уставки отношения воздух-топливо.

[0014] При выполнении такого управления, продукты неполного окисления иногда истекают из катализатора на стороне входа, однако оксиды азота NO_X почти не истекают. По этой причине, преимущественно, отсутствует поток NO_X в катализатор на стороне выхода. В катализатор на стороне выхода, поступают только продукты неполного окисления. Так в частности, в двигателе внутреннего сгорания, в котором осуществляет управление отсечкой топлива, вследствие чего топливный инжектор временно прекращает впрыск топлива, при выполнении управления отсечкой топлива, величина накопления кислорода для катализатора на стороне выхода, достигает максимального значения накопления кислорода. По этой причине, в таком двигателе внутреннего сгорания, даже если продукты неполного окисления поступают в катализатор на стороне выхода, продукты неполного окисления могут быть очищены, посредством высвобождения кислорода, накопленного в катализаторе на стороне выхода.

[0015] Тем не менее, в зависимости от режима работы транспортного средства, на котором установлен двигатель внутреннего сгорания, иногда управление отсечкой топлива не выполняется в течение долгого периода времени. В таком случае, величина накопления кислорода для катализатора на стороне выхода, уменьшается, и продукты неполного окисления, которые в небольшом количестве поступают из катализатора на стороне входа, не могут быть в достаточной степени очищены.

[0016] Поэтому, при рассмотрении вышеописанной проблемы, задачей настоящего изобретения является создание системы управления для двигателя внутреннего сгорания, которая надежно предотвращает истечение продуктов неполного окисления из катализатора на стороне выхода, в тот момент, когда управление отношением воздух-топливо для отработавших газов, поступающих в катализатор на стороне входа, осуществляется как пояснено выше.

Решение задачи

[0017] Для решения вышеописанной задачи, согласно первому примеру реализации настоящего изобретения, имеется система управления для двигателя внутреннего сгорания, содержащего катализатор на стороне входа, который расположен в выпускном канале двигателя внутреннего сгорания, и катализатор на стороне выхода, который расположен в выпускном канале на стороне выхода, в направлении потока отработавших газов, по отношению к катализатору на стороне входа, система управления содержащая: средство определения отношения воздух-топливо на стороне выхода, которое расположено в упомянутом выпускном канале между катализатором на стороне входа и катализатором на стороне выхода; средство расчета величины накопления для расчета величины накопления кислорода для катализатора на стороне выхода; средство управления впускным отношением, которое управляет отношением воздух-топливо для отработавших газов, поступающих в катализатор на стороне входа, так что упомянутое отношение воздух-топливо для отработавших газов становится целевым отношением воздух-топливо; средство управления штатным периодом с бедной смесью для установки целевого отношения воздух-топливо для отработавших газов, поступающих в катализатор на стороне входа постоянно или периодически на более бедное, чем стехиометрическое отношение, когда отношение воздух-топливо, определенное средством определения отношения воздух-топливо на стороне выхода, становится богатым оценочным отношением, которое богаче стехиометрического отношения воздух-топливо, или еще более богатым, пока величина накопления кислорода для катализатора на стороне входа не станет заданной оцениваемой опорной величиной накопления на стороне входа, которая меньше, чем максимальная величина накопления кислорода; средство управления штатным периодом с богатой смесью для установки целевого отношения воздух-топливо постоянно или периодически на более богатое, чем стехиометрическое отношение воздух-топливо, в тех случаях, когда величина накопления кислорода для катализатора на стороне входа становится как минимум упомянутой оценочной опорной величиной накопления на стороне входа, так что упомянутая величина накопления кислорода уменьшается до нуля, не достигая максимальной величины накопления кислорода; и средство управления восстановлением величины накопления для установки целевого отношения постоянно или периодически на более бедное, чем стехиометрическое отношение, когда величина накопления кислорода для катализатора на стороне выхода, которая была рассчитана средством расчета величины накопления, становится заданной нижней предельной величиной накопления на стороне выхода, которая меньше, чем максимальная величина накопления, или еще меньше, так что отношение воздух-топливо для отработавших газов, истекающих из катализатора на стороне входа, никогда не становится богаче стехиометрического отношения воздух-топливо, несмотря на то, что постоянно или периодически становится беднее, чем стехиометрическое отношение воздух-топливо, без установки целевого отношения воздух-топливо средством управления штатным периодом с богатой смесью и средством управления штатным периодом с бедной смесью.

[0018] Во втором примере реализации настоящего изобретения, содержится первый пример реализации настоящего изобретения, при этом средство управления восстановлением величины накопления продолжает устанавливать целевое отношение воздух-топливо, пока величина накопления кислорода для катализатора на стороне выхода, не станет заданной верхней предельной величиной накопления на стороне выхода, которая больше, чем нижняя предельная величина накопления на стороне выхода и которая меньше, чем максимальная величина накопления кислорода.

[0019] Согласно третьему пример реализации настоящего изобретения, содержится первый или второй пример реализации настоящего изобретения, при этом средство управления восстановлением величины накопления периодически устанавливает целевое отношение воздух-топливо, которое беднее, чем стехиометрическое отношение воздух-топливо, при этом отношение воздух-топливо для отработавших газов, истекающих из катализатора на стороне входа, периодически становится беднее, чем стехиометрическое отношение воздух-топливо.

[0020] Согласно четвертому пример реализации настоящего изобретения, имеется третьем пример реализации настоящего изобретения, при этом средство управления восстановлением величины накопления содержит: средство управления периодом с богатой смесью при восстановлении для постоянной или периодической установки целевого отношения воздух-топливо богаче стехиометрического отношения воздух-топливо, когда отношение воздух-топливо, определенное средством определения отношения воздух-топливо на стороне выхода, становится бедным оценочным отношением воздух-топливо, которое, беднее, чем стехиометрическое отношение воздух-топливо или больше, пока величина накопления кислорода для катализатора на стороне входа не станет заданной нижней предельной величиной накопления на стороне входа, большей нуля; и средство управления периодом с бедной смесью при восстановлении для постоянной или периодической установки целевого отношения воздух-топливо на бедное значение, когда величина накопления кислорода для катализатора на стороне входа становится нижней предельной величиной накопления на стороне входа или еще меньше, не достигая нуля, так что величина накопления кислорода растет до максимальной величины накопления кислорода.

[0021] Согласно пятому примеру реализации настоящего изобретения, имеется четвертый пример реализации настоящего изобретения, при этом разность между средним по времени значением целевого отношения воздух-топливо и стехиометрическим отношением воздух-топливо, когда постоянные или периодические уставки целевого отношения воздух-топливо, периодически или постоянно устанавливаемые средством управления периодом с богатой смесью при восстановлении, богаче, чем стехиометрическое отношение воздух-топливо, больше, чем разность между средним по времени значением целевого отношения воздух-топливо и стехиометрическим отношением воздух-топливо, когда постоянные или периодические уставки целевого отношения воздух-топливо, постоянно или периодически устанавливаемые средством управления периодом с бедной смесью при восстановлении, беднее, чем стехиометрическое отношение воздух-топливо.

[0022] Согласно шестому примеру реализации настоящего изобретения, имеется четвертый или пятый пример реализации настоящего изобретения, при этом средство управления периодом с богатой смесью при восстановлении постоянно устанавливает целевое отношение воздух-топливо богаче стехиометрического отношения воздух-топливо.

[0023] Согласно седьмому примеру реализации настоящего изобретения, имеется любой из примеров реализации настоящего изобретения с четвертого по шестой, при этом средство управления периодом с бедной смесью при восстановлении постоянно устанавливает целевое отношение воздух-топливо, которое беднее, чем стехиометрическое отношение воздух-топливо.

[0024] Согласно восьмому примеру реализации настоящего изобретения, имеется первый или второй пример реализации настоящего изобретения, при этом средство управления восстановлением величины накопления постоянно устанавливает целевое отношение воздух-топливо, которое беднее, чем стехиометрическое отношение воздух-топливо.

[0025] Согласно девятому примеру реализации настоящего изобретения, имеется восьмой пример реализации настоящего изобретения, при этом разность между средним по времени значением целевого отношения воздух-топливо и стехиометрическим отношением воздух-топливо, когда средство управления восстановлением величины накопления постоянно устанавливает целевое бедное отношение воздух-топливо не менее, чем разность между средним по времени значением целевого отношения воздух-топливо и стехиометрическим отношением, когда средство управления штатным периодом с бедной смесью постоянно или периодически устанавливает целевое отношение воздух-топливо, которое беднее, чем стехиометрическое отношение воздух-топливо.

[0026] Согласно десятому примеру реализации настоящего изобретения, имеется восьмой пример реализации настоящего изобретения, при этом разность между средним по времени значением целевого отношения воздух-топливо и стехиометрическим отношением воздух-топливо, когда средство управления восстановлением величины накопления постоянно устанавливает целевое бедное отношение воздух-топливо меньше, чем разность между средним по времени значением целевого отношения воздух-топливо и стехиометрическим отношением воздух-топливо, когда средство управления штатным периодом с бедной смесью постоянно или периодически устанавливает целевое отношение воздух-топливо, которое беднее, чем стехиометрическое отношение воздух-топливо.

[0027] Согласно 11-ому примеру реализации настоящего изобретения, имеется любой из восьмого по 10-й пример реализации настоящего изобретения, при этом средство управления восстановлением величины накопления фиксирует целевое отношение воздух-топливо на постоянном отношении воздух-топливо на период времени, в течение которого средство управления восстановлением величины накопления устанавливает целевое отношение воздух-топливо.

[0028] Согласно 12-ому примеру реализации настоящего изобретения, имеется любой из восьмого по 10-й пример реализации настоящего изобретения, при этом средство управления восстановлением величины накопления осуществляет понижение целевого отношения воздух-топливо непрерывно или ступенчато в период времени, в течение которого средство управления восстановлением величины накопления устанавливает целевое отношение воздух-топливо.

Технический результат настоящего изобретения

[0029] Согласно настоящему изобретению, истечение несгоревших газов (продуктов неполного окисления) из катализатора на стороне выхода может быть надежно предотвращено.

Краткое описание чертежей

[0030] На фиг. 1 представлено схематичное изображение двигателя внутреннего сгорания, в котором использована система управления согласно настоящему изобретению.

На фиг. 2 представлена диаграмма, показывающая зависимость между величиной накопления кислорода для катализатора и концентрацией NO_X или продуктов неполного окисления в отработавших газах, истекающих из катализатора.

На фиг. 3 представлено схематичное изображение в разрезе датчика отношения воздух-топливо (отношения воздух-топливо).

На фиг. 4 представлено схематичное изображение, на котором показана работа датчика отношения воздух-топливо.

На фиг. 5 представлена зависимость между отношением воздух-топливо для отработавших газов и выходным током датчика отношения воздух-топливо.

На фиг. 6 представлен пример специализированной цепи, которая образует устройство подачи напряжения и устройство определения тока.

На фиг. 7 представлена временная диаграмма величины накопления кислорода для катализатора, и т.п.

На фиг. 8 представлена временная диаграмма величины накопления кислорода для катализатора, и т.п.

На фиг. 9 представлена временная диаграмма величины накопления кислорода для катализатора, и т.п.

На фиг. 10 представлена функциональная блок-схема системы управления.

На фиг. 11 представлена блок-схема, на которой показана процедура управления для вычисления величины коррекции отношения воздух-топливо.

На фиг. 12 представлена блок-схема, на которой показана процедура управления для восстановления величины накопления.

На фиг. 13 представлена временная диаграмма величины накопления кислорода для катализатора, и т.п.

На фиг. 14 представлена временная диаграмма величины накопления кислорода для катализатора, и т.п.

На фиг. 15 представлена временная диаграмма величины накопления кислорода для катализатора, и т.п.

На фиг. 16 представлена диаграмма, которая показывает зависимость между подаваемым напряжением датчика и выходным током при различном отношении воздух-топливо для отработавших газов.

На фиг. 17 представлена зависимость между отношением воздух-топливо для отработавших газов и выходным током датчика при различных подаваемых напряжениях.

На фиг. 18 показана увеличенная область графика, которая обозначена на фиг. 16 посредством линий X-X.

На фиг. 19 показана увеличенная область графика, которая обозначена на фиг. 17 как область Y.

На фиг. 20 представлена диаграмма, которая показывает зависимость между отношением воздух-топливо и выходным током датчика отношения воздух-топливо.

Описание примеров осуществления настоящего изобретения

[0031] Ниже, со ссылкой на чертежи, устройство управления двигателя внутреннего сгорания согласно настоящему изобретению будет пояснено подробно. Следует отметить, что в последующем описании, одинаковые компонентные элементы обозначены одинаковыми ссылочными позициями. На фиг. 1 представлено схематичное изображение двигателя внутреннего сгорания, в котором использована система управления согласно первому примеру осуществления настоящего изобретения.

[0032] Поясняющая информация о двигателе внутреннего сгорания в целом

Как видно на фиг. 1, позиция 1 обозначает корпус двигателя, 2 - блок цилиндров, 3 - поршень, совершающий возвратно-поступательное движение внутри блока 2 цилиндров, 4 - головку цилиндра, прикрепленную к блоку 2 цилиндров, 5 - камеру сгорания, образованную между поршнем 3 и головкой 4 цилиндра, 6 - впускной клапан, 7 - впускной канал, 8 - выпускной клапан, и 9 - выпускной канал. Впускной клапан 6 открывает и закрывает впускной канал 7, тогда как выпускной клапан 8 открывает и закрывает выпускной канал 9.

[0033] Как показано на фиг. 1, свеча 10 зажигания расположена в центральной части поверхности внутренней стенки головки 4 цилиндра, тогда как топливный инжектор 11 расположен на боковой части поверхности внутренней стенки головки 4 цилиндра. Свеча 10 зажигания выполнена с возможностью генерирования искры в соответствии с сигналом зажигания. Кроме того, топливный инжектор 11 впрыскивает заданное количество топлива в камеру 5 сгорания в соответствии с сигналом подачи. Следует отметить, что топливный инжектор 11 может также быть расположен так, чтобы впрыскивать топливо во впускной канал 7. Кроме того, в настоящем примере осуществления изобретения, в качестве топлива использован бензин со стехиометрическим отношением 14,6 для катализатора очистки отработавших газов. Вместе с тем, двигатель внутреннего сгорания согласно настоящему изобретению может также использовать другое топливо.

[0034] Впускной канал 7 каждого цилиндра соединен с ресивером 14 для сглаживания пульсаций через соответствующий отдельный впускной патрубок 13, при этом ресивер 14 соединен с очистителем 16 воздуха через впускной трубопровод 15. Впускной канал 7, отдельный впускной патрубок 13, ресивер 14, и впускной трубопровод 15 образуют впускной тракт. Кроме того, внутри впускного трубопровода 15 расположена дроссельная заслонка 18, которая приводится в действие приводом 17 дроссельной заслонки. Дроссельная заслонка 18 может приводиться в действие приводом 17, что ведет к изменению проходного сечения впускного тракта.

[0035] С другой стороны, выпускной канал 9 каждого цилиндра соединен с выпускным трубопроводом 19. Выпускной трубопровод 19 имеет множество отдельных патрубков, которые соединены с выпускными каналами 9, и коллектор, в котором собираются все отдельные патрубки. Коллектор выпускного трубопровода 19 соединен с корпусом 21 на стороне входа, который вмещает в себя катализатор 20 очистки отработавших газов на стороне входа. Корпус 21 соединен через выпускную трубу 22 с корпусом 23 на стороне выпуска, который вмещает в себя катализатор 24 очистки отработавших газов на стороне выхода. Выпускной канал 9, выпускной трубопровод 19, корпус 21, выпускной трубопровод 22, и корпус 23 образуют выпускной тракт.

[0036] Электронный блок управления (ЭБУ) 31 представляет собой цифровой компьютер, оснащенный компонентами, которые соединены вместе посредством двунаправленной шины 32, такими как ОЗУ (оперативное запоминающее устройство) 33, ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) 34, ЦП (центральный процессор - микропроцессор) 35, входной порт 36, и выходной порт 37. Расходомер 39 воздуха во впускном трубопроводе 15 служит для определения расхода воздуха, протекающего через впускной трубопровод 15. Выходной сигнал расходомера 39 подается через соответствующий аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 38 на входной порт 36. Кроме того, на коллекторе выпускного трубопровода 19 имеется датчик 40 отношения воздух-топливо на стороне входа (средство измерения отношения воздух-топливо на стороне входа), который определяет отношение воздух-топливо для отработавших газов, протекающих внутри выпускного трубопровода 19 (то есть, отработавшие газы, поступающие в катализатор 20 очистки отработавших газов на стороне входа). Кроме того, в выпускном трубопроводе 22 расположен датчик 41 отношения воздух-топливо на стороне выхода (средство измерения отношения воздух-топливо на стороне выхода), который определяет отношение воздух-топливо для отработавших газов, протекающих внутри выпускного трубопровода 22 (то есть, отработавших газов, истекающих из катализатора 20 очистки отработавших газов на стороне входа, и поступающие в катализатор 24 очистки отработавших газов на стороне выхода). Выходные сигналы этих датчиков 40 и 41 отношения воздух-топливо также поступают через соответствующие АЦП 38 на входной порт 36. Следует отметить, что устройство этих датчиков 40 и 41 отношения воздух-топливо будет пояснено ниже.

[0037] Кроме того, педаль 42 акселератора имеет датчик 43 нагрузки, соединенный с ней, который генерирует выходное напряжение, пропорциональное усилию нажатия на педаль 42 акселератора. Выходное напряжение датчика 43 нагрузки подается на входной порт 36 через соответствующий АЦП 38. Датчик 44 угла поворота коленчатого вала двигателя генерирует выходной импульс каждый раз, когда, например, коленчатый вал двигателя поворачивается на 15 градусов. Этот выходной импульс подается на входной порт 36. ЦП 35 вычисляет частоту вращения вала двигателя исходя из выходного импульса этого датчика 44 угла поворота коленчатого вала двигателя. С другой стороны, выходной порт 37 соединен через соответствующие цепи 45 управления со свечами 10 зажигания, топливными инжекторами 11, и приводом 17 дроссельной заслонки. Следует отметить, что ЭБУ 31 функционирует как система управления для управления двигателем внутреннего сгорания на основе выходных сигналов различных датчиков, и т.д.

[0038] Поясняющая информация о катализаторе

Катализатор 20 на стороне входа и катализатор 24 на стороне выхода, оба, имеют аналогичную конфигурацию. Ниже будет дана поясняющая информация только для катализатора 20 на стороне входа, однако катализатор 24 на стороне выхода, также может иметь аналогичные конфигурацию и функционирование.

[0039] Катализатор 20 очистки отработавших газов на стороне входа представляет собой трехкомпонентный катализатор, который имеет способность к накоплению кислорода. Более конкретно, катализатор 20 очистки отработавших газов на стороне входа, состоит из носителя, выполненного из керамики, на которую нанесен благородный металл, который имеет каталитическое действие (например, платина (Pt)) и вещество, которое имеет способность к накоплению кислорода (например, оксид церия (CeO₂)). Если катализатор 20 очистки отработавших газов на стороне входа достигает заданной температуры активации, он демонстрирует способность к накоплению кислорода, помимо каталитического действия при одновременном удалении продуктов неполного сгорания (HC, CO, и т.д.) и оксидов азота (NO_X).

[0040] Соразмерно способности к накапливанию кислорода для катализатора 20 очистки отработавших газов на стороне входа, катализатор 20 накапливает кислород из отработавших газов, когда отношение воздух-топливо для отработавших газов, поступающих в катализатор 20 очистки отработавших газов на стороне входа беднее, чем стехиометрическое отношение воздух-топливо (бедное отношение воздух-топливо). С другой стороны, катализатор 20 очистки отработавших газов на стороне входа высвобождает кислород, который накапливается в катализаторе 20 очистки отработавших газов на стороне входа, когда отношение воздух-топливо для поступающих отработавших газов богаче, чем стехиометрическое отношение воздух-топливо (богатое отношение воздух-топливо). Следует отметить, что «отношение воздух-топливо для отработавших газов» означает соотношение массы топлива к массе воздуха, которые поступают до момента образования отработавших газов. Обычно, это означает соотношение массы топлива к массе воздуха, которые поступают в камеру 5 сгорания, когда эти отработавшие газы образуются. В настоящем описании, иногда отношение воздух-топливо для отработавших газов именуется «отношение воздух-топливо на выпуске».

[0041] Катализатор 20 очистки отработавших газов на стороне входа обладает каталитическим эффектом и способностью к накоплению кислорода, и вследствие этого имеет способность к удалению NO_X и продуктов неполного сгорания в соответствии с величиной накопления кислорода. То есть, как показано на фиг. 2(A), в случае, когда отношение воздух-топливо для отработавших газов, поступающих в катализатор 20 на стороне входа, представляет собой бедное отношение воздух-топливо, когда величина накопления кислорода является небольшой, катализатор 20 на стороне входа, накапливает кислород из отработавших газов, и уменьшает и очищает NOx. Кроме того, если величина накопления кислорода превышает верхний предел величины накопления «Cuplim», концентрация кислорода и NO_X в отработавших газах, истекающих из катализатора 20 на стороне входа, быстро возрастает.

[0042] С другой стороны, как показано на фиг. 2(B), в случае, когда отношение воздух-топливо для отработавших газов, поступающих в катализатор 20 на стороне входа, представляет собой богатое отношение воздух-топливо, когда величина накопления кислорода является большой, кислород, накопленный в катализаторе 20 на стороне входа, высвобождается, и продукты неполного сгорания (несгоревшие газы) в отработавших газах окисляются и очищаются. Кроме того, если величина накопления кислорода уменьшается ниже некоторой предельной величины накопления «Clowlim», концентрация продуктов неполного сгорания в отработавших газах, истекающих из катализатора 20 на стороне входа быстро возрастает.

[0043] Как показано выше, сообразно катализаторам 20, 24, используемым в настоящем примере осуществления изобретения, характеристика нейтрализации NO_X и продуктов неполного сгорания в отработавших газах меняется в соответствии с отношением воздух-топливо для отработавших газов, поступающих в катализаторы 20, 24 и величины накопления кислорода. Следует отметить, что поскольку катализаторы 20, 24 очистки отработавших газов имеют каталитическую функцию и способность к накоплению кислорода, катализаторы 20, 24 очистки отработавших газов также может быть катализаторами, иными, чем трехкомпонентные катализаторы.

[0044] Конфигурация датчика отношения воздух-топливо

Далее, со ссылкой на фиг. 3 будет пояснена конфигурация датчиков 40, 41 отношения воздух-топливо в настоящем примере осуществления изобретения. На фиг. 3 представлено схематичное изображение в разрезе датчиков 40, 41 отношения воздух-топливо. Как понятно из фиг. 3, датчики 40, 41 отношения воздух-топливо в настоящем примере осуществления изобретения представляют собой датчики в виде одинарной ячейки, каждая из которых образована слоем из твердого электролита и парой электродов, образующих одинарную ячейку.

[0045] Как показано на фиг. 3, каждый датчик 40, 41 отношения воздух-топливо снабжен слоем 51 из твердого электролита, электродом 52 со стороны отработавших газов (первым электродом), который расположен на одной боковой поверхности слоя 51