Система управления двигателем внутреннего сгорания

Система управления двигателем внутреннего сгорания

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

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

Предшествующий уровень техники

[0002] Ранее была широко известна система управления двигателем внутреннего сгорания, оснащенная датчиком воздушно-топливного отношения в выхлопном канале двигателя внутреннего сгорания, и управляющая количеством подаваемого в двигатель внутреннего сгорания топлива, на основе выходного сигнала этого датчика воздушно-топливного отношения (см., например, ссылки на патентные публикации 1-6). Кроме того, датчик воздушно-топливного отношения, который использован в данной системе управления, также широко известен.

[0003] Такие датчики воздушно-топливного отношения могут быть приблизительно разделены на датчики воздушно-топливного отношения одноячейного типа (например, ссылки 2 и 4) и датчики воздушно-топливного отношения двухячейного типа (например, ссылки 1, 3, и 5). В датчике воздушно-топливного отношения одноячейного типа имеется только одна ячейка, образованная слоем из твердого электролита, через который могут проходить ионы кислорода, и двумя электродами, расположенными на обеих боковых поверхностях данного слоя. Один из электродов при этом открыт воздействию атмосферы, тогда как другой электрод открыт воздействию выхлопного газа через диффузионный регулирующий слой. В выполненном таким образом датчике воздушно-топливного отношения одноячейного типа, напряжение подается на два электрода, которые расположены на обеих боковых поверхностях слоя из твердого электролита. Вместе с тем, между двумя боковыми поверхностями слоя из твердого электролита возникает движение ионов кислорода в соответствии с отношением концентраций кислорода между этими боковыми поверхностями. Путем определения тока, генерируемого этим движением ионов кислорода, определяют воздушно-топливное отношение в выхлопном газе, ниже именуемое также «воздушно-топливным отношением выхлопного газа» (например, ссылка 2).

[0004] С другой стороны, в датчике воздушно-топливного отношения двухячейного типа, имеются две ячейки, каждая из которых образована слоем из твердого электролита, через который могут проходить ионы кислорода, и двумя электродами, расположенными на обеих боковых поверхностях слоя. Одна ячейка из них (эталонная ячейка) выполнена таким образом, что определяемое напряжение (электродвижущая сила) меняется в соответствии с концентрацией кислорода в выхлопном газе, находящимся в измерительной газовой камере. Далее, другая ячейка (насосная ячейка) накачивает кислород и выкачивает его по отношению к выхлопному газу, находящемуся в измерительной газовой камере, в соответствии с насосным током. В частности, насосный ток насосной ячейки устанавливается так, чтобы накачивать кислород и откачивать кислород таким образом, чтобы приводить определяемое напряжение, которое определяется в эталонной ячейке, в соответствие с целевой величиной напряжения. Путем определения этого насосного тока, определяют воздушно-топливное отношение выхлопного газа.

Указатель ссылок

Патентная литература

[0005] PLT 1: Публикация японской патентной заявки No. 2002-357589А

PLT 2: Публикация японской патентной заявки No. 2005-351096А

PLT 3: Публикация японской патентной заявки No. 2004-258043А

PLT 4: Публикация японской патентной заявки No. 2000-536618А

PLT 5: Публикация японской патентной заявки No. 2000-329637А

PLT 6: Публикация японской патентной заявки No. Н8-232723А

PLT 7: Публикация японской патентной заявки No. 2009-162139А

PLT 8: Публикация японской патентной заявки No. 2001-234787А

Сущность изобретения

Техническая задача

[0006] Продолжая сказанное выше, датчик воздушно-топливного отношения, описанный в ссылках 1-5, обычно имеет выходную характеристику, показанную сплошной линией А на фиг. 2. То есть в этом датчике чем больше воздушно-топливное отношение выхлопного газа (то есть, воздушно-топливная смесь беднее), тем больше выходной ток от датчика воздушно-топливного отношения. Кроме того, этот датчик воздушно-топливного отношения выполнен таким образом, что выходной ток становится равным нулю, когда воздушно-топливное отношение представляет собой стехиометрическое воздушно-топливное отношение.

[0007] Тем не менее, наклон на фиг. 2, то есть отношение величины возрастания выходного тока к величине возрастания топливно-воздушного отношения выхлопного газа (ниже - «степень изменения выходного тока») не обязательно одно и то же, даже если достигается посредством одного и того же производственного процесса. Даже с одной и той же моделью датчиков воздушно-топливного отношения, различия возникают между отдельными датчиками. Кроме того, даже на одном и том же датчике воздушно-топливного отношения, старение и т.п., вызывает варьирование степени изменения выходного тока. В результате, даже если использовать один тип датчиков, в зависимости от экземпляра используемого датчика или периода его эксплуатации, и т.д., как показано на фиг. 2 прерывистой линией В, степень изменения выходного тока становится меньше или, как показано точечной линией С, степень изменения выходного тока становится больше.

[0008] По этой причине, даже при использовании одной и той же модели датчика воздушно-топливного отношения для измерения выхлопного газа с одним и тем же воздушно-топливным отношением, выходной ток датчика воздушно-топливного отношения будет отличаться в зависимости от экземпляра используемого датчика, продолжительности эксплуатации, и т.д. Например, если датчик воздушно-топливного отношения имеет такую выходную характеристику, как показано сплошной линией А, выходной ток становится I₂, когда измеряемый выхлопной газ имеет воздушно-топливное отношение af₁. Тем не менее, если датчик воздушно-топливного отношения имеет такие выходные характеристики, как показано прерывистой линией В и точечной линией С, выходные токи становятся соответственно I₁ и I₃, которые отличны от вышеупомянутого I₂ при измерении выхлопного газа с воздушно-топливным отношением af₁.

[0009] Вследствие этого, в данном датчике воздушно-топливного отношения можно с точностью определить стехиометрическое воздушно-топливное отношение, а также установить, богатое оно или бедное относительно стехиометрического воздушно-топливного отношения (далее богатым воздушно-топливным отношением именуется воздушно-топливное отношение, имеющее величину, меньшую стехиометрического воздушно-топливного отношения, т.е. соответствующее богатой воздушно-топливной смеси, в то время как бедным воздушно-топливным отношением именуется воздушно-топливное отношение, имеющее величину, большую стехиометрического воздушно-топливного отношения, т.е. соответствующее бедной воздушно-топливной смеси), однако, когда воздушно-топливное отношение в выхлопном газе не является стехиометрическим воздушно-топливным отношением, его абсолютное значение (то есть степень обогащения или обеднения воздушно-топливной смеси) не может быть с точностью определено.

[0010] Таким образом, принимая в расчет вышеизложенную проблему, целью настоящего изобретения является создание системы управления двигателем внутреннего сгорания, в которой использован датчик воздушно-топливного отношения, способный определять абсолютное значение воздушно-топливного отношения выхлопного газа, даже в случаях, когда воздушно-топливное отношение не является стехиометрическим.

Решение проблемы

[0011] Для решения вышеуказанной проблемы согласно первому объекту изобретения предложена система управления двигателем внутреннего сгорания, содержащая датчик воздушно-топливного отношения, расположенный в выпускном канале двигателя внутреннего сгорания; и устройство управления двигателем, которое управляет двигателем внутреннего сгорания в соответствии с выходным током датчика воздушно-топливного отношения, в которой датчик воздушно-топливного отношения содержит: измерительную газовую камеру, в которую течет выхлопной газ, для которого должно быть определено воздушно-топливное отношение, эталонную ячейку с выходным током эталонной ячейки, который меняется в соответствии с воздушно-топливным отношением выхлопного газа в измерительной газовой камере, и насосную ячейку, которая закачивает и откачивает кислород соответственно в выхлопной газ или из выхлопного газа в измерительной газовой камере в соответствии с насосным током, эталонная ячейка выполнена так, что подаваемое напряжение датчика, при котором выходной ток эталонной ячейки становится равным нулю, меняется в соответствии с воздушно-топливным отношением выхлопного газа в измерительной газовой камере так, что, когда воздушно-топливное отношение выхлопного газа в измерительной газовой камере является стехиометрическим воздушно-топливным отношением, при повышении подаваемого напряжения датчика в эталонной ячейке, выходной ток эталонной ячейки увеличивается вместе с ним, когда датчик воздушно-топливного отношения определяет воздушно-топливное отношение выхлопного газа, подаваемое напряжение датчика в эталонной ячейке зафиксировано на постоянном напряжении, и данное постоянное напряжение представляет собой напряжение, отличное от напряжения, при котором выходной ток эталонной ячейки становится равным нулю, когда воздушно-топливное отношение выхлопного газа в измерительной газовой камере представляет собой стехиометрическое воздушно-топливное отношение, и является напряжением, при котором выходной ток эталонной ячейки становится равным нулю, когда воздушно-топливное отношение выхлопного газа в измерительной газовой камере представляет собой воздушно-топливное отношение, которое отличается от стехиометрического воздушно-топливного отношения, и датчик воздушно-топливного отношения также содержит устройство управления насосным током, которое управляет насосным током таким образом, чтобы выходной ток эталонной ячейки становился равным нулю, и устройство определения насосного тока, которое определяет насосный ток в качестве выходного тока датчика.

[0012] Второй объект изобретения представляет собой первый объект изобретения, в котором эталонная ячейка содержит первый электрод, который подвергается воздействию выхлопного газа внутри измерительной газовой камеры, второй электрод, открытый воздействию эталонной атмосферы, а также слой из твердого электролита, расположенный между первым электродом и вторым электродом, причем датчик воздушно-топливного отношения дополнительно содержит диффузионный регулирующий слой, при этом диффузионный регулирующий слой выполнен так, что выхлопной газ достигает первого электрода через диффузионный регулирующий слой.

[0013] Третий объект изобретения представляет собой второй объект изобретения, в котором диффузионный регулирующий слой выполнен так, что выхлопной газ в измерительной газовой камере достигает первого электрода через диффузионный регулирующий слой.

[0014] Согласно четвертому объекту изобретения, имеется любой объект изобретения с первого по третий, в котором эталонная ячейка выполнена так, чтобы для каждого воздушно-топливного отношения выхлопного газа иметь область предельного тока, которая представляет собой область напряжения, где выходной ток эталонной ячейки становится предельным током, при этом постоянное напряжение представляет собой напряжение в области предельного тока, когда воздушно-топливное отношение выхлопного газа представляет собой стехиометрическое воздушно-топливное отношение.

[0015] Согласно пятому объекту изобретения, имеется любой объект изобретения с первого по третий, в котором эталонная ячейка выполнена так, чтобы иметь для каждого воздушно-топливного отношения выхлопного газа в отношении взаимосвязи между поданным напряжением и выходным током эталонной ячейки пропорциональную область, которая представляет собой область напряжения, где выходной ток эталонной ячейки увеличивается пропорционально увеличению поданного напряжения, область разложения влаги, которая представляет собой область напряжения, где выходной ток эталонной ячейки меняется в соответствии с изменением поданного напряжения из-за разложения влаги, и промежуточную область, которая представляет собой область напряжения между указанными пропорциональной областью и областью разложения влаги, при этом постоянное напряжение представляет собой напряжение в промежуточной области, когда воздушно-топливное отношение выхлопного газа представляет собой стехиометрическое воздушно-топливное отношение.

[0016] Согласно шестому объекту изобретения, имеется любой объект изобретения с первого по третий, в котором постоянное напряжение установлено на напряжение между напряжением, при котором выходной ток эталонной ячейки становится нулем, когда воздушно-топливное отношение выхлопного газа на 1% больше, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение, и напряжением, при котором выходной ток эталонной ячейки становится нулем, когда воздушно-топливное отношение выхлопного газа на 1% меньше, чем стехиометрическое воздушно-топливного отношение.

[0017] Согласно седьмому объекту изобретения, имеется любой объект изобретения с первого по третий, в котором эталонная ячейка выполнена так, что для каждого воздушно-топливного отношения выхлопного газа в отношении взаимосвязи между поданным напряжением и выходным током эталонной ячейки, выходной ток эталонной ячейки увеличивается до первой точки искривления при увеличении поданного напряжения, выходной ток эталонной ячейки увеличивается от первой точки искривления до второй точки искривления при увеличении поданного напряжения, выходной ток эталонной ячейки увеличивается от второй точки искривления при увеличении поданного напряжения, и в области напряжения между первой точкой искривления и второй точкой искривления, степень возрастания выходного тока эталонной ячейки по отношению к степени возрастания поданного напряжения становится меньше, чем в других областях напряжения, и постоянное напряжение установлено на напряжение между первой точкой искривления и второй точкой искривления, когда воздушно-топливное отношение выхлопного газа представляет собой стехиометрическое воздушно-топливное отношение.

[0018] Согласно восьмому объекту изобретения, имеется второй или третий объект изобретения, в котором эталонная ячейка выполнена так, чтобы для каждого воздушно-топливного отношения выхлопного газа иметь область увеличения тока, которая представляет собой область напряжения, где выходной ток эталонной ячейки увеличивается вместе с увеличением поданного напряжения, и область меньшего увеличения тока, которая представляет собой область напряжения, где степень увеличения выходного тока эталонной ячейки по отношению к степени увеличения поданного напряжения меньше, чем в области увеличения тока, благодаря наличию диффузионного регулирующего слоя, и постоянное напряжение представляет собой напряжение в области меньшего увеличения тока, когда воздушно-топливное отношение выхлопного газа представляет собой стехиометрическое воздушно-топливное отношение.

[0019] Согласно девятому объекту изобретения, имеется второй или третий объект изобретения, в котором диффузионный регулирующий слой образован с использованием оксида алюминия, а постоянное напряжение установлено на 0,1 В-0,9 В.

[0020] Согласно десятому объекту изобретения, имеется любой объект изобретения с первого по девятый, в котором устройство управления двигателем заключает, что воздушно-топливное отношение выхлопного газа представляет собой заранее определенное воздушно-топливное отношение, которое отличается от стехиометрического воздушно-топливного отношения, когда выходной ток датчика воздушно-топливного отношения становится равным нулю.

[0021] Согласно одиннадцатому объекту изобретения, имеется любой объект изобретения с первого по десятый, в котором двигатель внутреннего сгорания содержит катализатор очистки выхлопного газа, который расположен с впускной стороны выпускного канала от датчика воздушно-топливного отношения относительно направления потока выхлопного газа, и который может накапливать кислород, при этом постоянное напряжение установлено на напряжение, при котором выходной ток эталонной ячейки становится равным нулю, когда воздушно-топливное отношение выхлопного газа представляет собой заранее определенное богатое заданное воздушно-топливное отношение, которое богаче, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение.

[0022] Двенадцатый объект изобретения представляет собой одиннадцатый объект изобретения, в котором устройство управления двигателем может управлять воздушно-топливным отношением выхлопного газа, поступающего в катализатор очистки выхлопного газа, и при этом, когда выходной ток датчика воздушно-топливного отношения становится равным нулю или меньше, целевое воздушно-топливное отношение выхлопного газа, поступающего в катализатор очистки выхлопного газа устанавливается на более бедное, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение.

[0023] Тринадцатый объект изобретения представляет собой двенадцатый объект изобретения, в котором устройство управления двигателем содержит средство увеличения количества накопленного кислорода для постоянной или периодической установки целевого воздушно-топливного отношения выхлопного газа, текущего в катализатор очистки выхлопного газа, беднее, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение, когда выходной ток датчика воздушно-топливного отношения становится равным нулю или меньше, пока количество накопленного кислорода в катализаторе очистки выхлопного газа не станет заданным количеством накопления, которое меньше, чем максимальное количество накопленного кислорода, и средство уменьшения количества накопленного кислорода для постоянной или периодической установки целевого воздушно-топливного отношения богаче, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение, когда количество накопленного кислорода в катализаторе очистки выхлопного газа становится заданным количеством накопления или больше, так, чтобы количество накопленного кислорода уменьшалось до нуля, не достигая максимального количества накопленного кислорода.

[0024] Четырнадцатый объект изобретения представляет собой тринадцатый объект изобретения, в котором разница между средней величиной целевого воздушно-топливного отношения и стехиометрическим воздушно-топливным отношением в период времени, когда целевое воздушно-топливное отношение постоянно или периодически устанавливают беднее, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение, с помощью средства увеличения количества накопленного кислорода, больше чем разница между средней величиной целевого воздушно-топливного отношения и стехиометрическим воздушно-топливным отношением в период времени, когда целевое воздушно-топливное отношение постоянно или периодически устанавливают богаче, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение, с помощью средства уменьшения количества накопленного кислорода.

[0025] Согласно пятнадцатому объекту изобретения, имеется любой объект изобретения с одиннадцатого по четырнадцатый, в котором система управления двигателем внутреннего сгорания содержит датчик воздушно-топливного отношения с впускной стороны, который расположен с впускной стороны выпускного канала от катализатора очистки выхлопного газа относительно направления потока выхлопного газа, и устройство управления двигателем управляет воздушно-топливным отношением на основе выходного сигнала датчика воздушно-топливного отношения с впускной стороны так, чтобы воздушно-топливное отношение выхлопного газа, поступающего в катализатор очистки выхлопного газа, становилось целевым воздушно-топливным отношением.

[0026] Согласно шестнадцатому объекту изобретения имеется пятнадцатый объект изобретения, в котором датчик воздушно-топливного отношения с впускной стороны выполнен так, что поданное напряжение, при котором выходной ток становится равным нулю, меняется в соответствии с воздушно-топливным отношением выхлопного газа так, что, когда воздушно-топливное отношение выхлопного газа является стехиометрическим воздушно-топливным отношением, при увеличении поданного напряжения на датчике воздушно-топливного отношения с впускной стороны, выходной ток увеличивается вместе с этим, при этом поданное напряжение на датчике воздушно-топливного отношения с впускной стороны ниже поданного напряжения датчика воздушно-топливного отношения.

[0027] Согласно семнадцатому объекту изобретения имеется шестнадцатый объект изобретения, в котором когда датчик воздушно-топливного отношения с впускной стороны определяет воздушно-топливное отношение выхлопного газа, поданное напряжение на датчике воздушно-топливного отношения с впускной стороны установлено на постоянное напряжение, и постоянное напряжение установлено на напряжение, при котором выходной ток датчика становится равным нулю, когда воздушно-топливное отношение выхлопного газа в измерительной газовой камере представляет собой стехиометрическое воздушно-топливное отношение.

Предпочтительные результаты изобретения

[0028] Согласно настоящему изобретению, предложена система управления двигателем внутреннего сгорания, в которой использован датчик воздушно-топливного отношения, который может определить абсолютное значение воздушно-топливного отношения выхлопного газа, даже когда воздушно-топливное отношение в нем не является стехиометрическим воздушно-топливным отношением.

Краткое описание чертежей

[0029] Фиг. 1 представляет собой вид, на котором схематически показан двигатель внутреннего сгорания, в котором использована система управления согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 2 представляет собой вид, на котором показана выходная характеристика датчика воздушно-топливного отношения.

Фиг. 3 представляет собой схематический вид в разрезе датчика воздушно-топливного отношения.

Фиг. 4 представляет собой вид, на котором схематически показана работа датчика воздушно-топливного отношения.

Фиг. 5 представляет собой вид, на котором показана выходная характеристика датчика воздушно-топливного отношения.

Фиг. 6 представляет собой вид, на котором схематически показана работа эталонной ячейки.

Фиг.7 представляет собой вид, на котором показана взаимосвязь между поданным напряжением датчика и выходным током эталонной ячейки при различных воздушно-топливных отношениях выхлопного газа.

Фиг. 8 представляет собой вид, на котором показана взаимосвязь между воздушно-топливным отношением выхлопного газа и выходным током эталонной ячейки при различных поданных напряжениях датчика.

Фиг. 9 представляет собой вид, на котором показана взаимосвязь между поданным напряжением датчика и выходным током эталонной ячейки датчика воздушно-топливного отношения.

Фиг. 10 представляет собой вид, на котором показана взаимосвязь между воздушно-топливным отношением выхлопного газа и выходным током эталонной ячейки датчика воздушно-топливного отношения.

Фиг. 11 представляет собой вид, на котором показана взаимосвязь между поданным напряжением датчика и выходным током эталонной ячейки

Фиг. 12 представляет собой вид, на котором показана взаимосвязь между воздушно-топливным отношением выхлопного газа и выходным током эталонной ячейки при различных поданных напряжениях датчика, схожий с фиг. 8 и показывающий более широкий диапазон, чем на фиг. 8.

Фиг. 13 представляет собой вид, на котором показан пример конкретного контура, образованного устройством подачи напряжения и устройством определения эталонного тока.

Фиг. 14 представляет собой вид, на котором показана взаимосвязь между количеством накопленного кислорода в катализаторе очистки выхлопного газа и концентрацией NO_X, а также концентрацией несгоревшего газа в выхлопном газе, вытекающем из катализатора очистки выхлопного газа.

Фиг. 15 представляет собой временную диаграмму количества накопленного кислорода в катализаторе очистки выхлопного газа, а также временные диаграммы других параметров.

Фиг. 16 представляет собой временную диаграмму количества накопленного кислорода в катализаторе очистки выхлопного газа и т.п.

Фиг. 17 представляет собой функциональную блок-схему системы управления двигателем внутреннего сгорания.

Фиг. 18 представляет собой блок-схему, которая показывает порядок управления для расчета величины изменения воздушно-топливного отношения.

Фиг. 19 представляет собой временную диаграмму количества накопленного кислорода в катализаторе очистки выхлопного газа и т.п.

Фиг. 20 представляет собой вид датчика в разрезе, схожий с фиг. 3, который схематически показывает конфигурацию датчика воздушно-топливного отношения по третьему варианту осуществления.

Описание вариантов осуществления

[0030] Ниже, ссылаясь на чертежи, устройство управления двигателем внутреннего сгорания согласно настоящему изобретению будет пояснено подробно. Следует отметить, что в последующем описании одинаковые составные элементы обозначены одинаковыми ссылочными позициями. Фиг. 1 представляет собой вид, на котором схематически показан двигатель внутреннего сгорания, в котором использовано устройство управления согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.

[0031] Описание двигателя внутреннего сгорания в целом

Как видно на фиг. 1, позицией 1 обозначен корпус двигателя, 2 - блок цилиндров, 3 - поршень, совершающий возвратно-поступательное движение внутри блока цилиндров 2, 4 - головка блока цилиндров, закрепленная на блоке цилиндров 2, 5 - камера сгорания, образованную между поршнем 3 и головкой 4 блока цилиндров, 6 - впускной клапан, 7 - впускной проход, 8 - выпускной клапан, и 9 - выпускной проход. Впускной клапан 6 открывает и закрывает впускной проход 7, тогда как выпускной клапан 8 открывает и закрывает выпускной проход 9.

[0032] Как показано на фиг. 1, свеча зажигания 10 расположена в центральной части поверхности внутренней стенки головки 4 блока цилиндров, тогда как топливный инжектор 11 расположен на боковой части поверхности внутренней стенки головки 4 блока цилиндров. Свеча зажигания 10 выполнена с возможностью генерирования искры в соответствии с сигналом зажигания. Далее, топливный инжектор 11 впрыскивает заданное количество топлива в камеру сгорания 5 в соответствии с сигналом впрыска. Следует отметить, что топливный инжектор 11 может также быть расположен так, чтобы впрыскивать топливо во впускной проход 7. Кроме того, в настоящем варианте осуществления, в качестве топлива использован бензин с стехиометрическим воздушно-топливным отношением 14,6 на катализаторе очистки выхлопного газа. Тем не менее, двигатель внутреннего сгорания согласно настоящему изобретению может также использовать другое топливо.

[0033] Впускной проход 7 каждого цилиндра соединен с уравнительным ресивером 14 через соответствующую впускную ответвительную трубку 13, тогда как уравнительный ресивер 14 соединен с очистителем воздуха 16 через впускной трубопровод 15. Впускной проход 7, впускная ответвительная трубка 13, уравнительный ресивер 14, и впускной трубопровод 15 образуют впускной канал. Далее, внутри впускного трубопровода 15 расположен дроссельный клапан 18, который приводится в действие приводом 17 дроссельного клапана. Дроссельный клапан 18 может быть приведен в действие приводом 17 дроссельного клапана, что ведет к изменению проходного сечения впускного канала.

[0034] С другой стороны, выпускной проход 9 каждого цилиндра соединен с выпускным коллектором 19. Выпускной коллектор 19 имеет множество ответвительных трубок, которые соединены с выпускным проходом 9 и трубопроводом, на котором собираются все ответвительные трубки. Трубопровод выпускного коллектора 19 соединен с корпусом 21 с впускной стороны, который вмещает в себя катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны. Корпус 21 с впускной стороны соединен через выхлопную трубку 22 с корпусом 23 с выпускной стороны, который вмещает в себя катализатор 24 очистки выхлопного газа с выпускной стороны. Выпускной проход 9, выпускной коллектор 19, корпус 21 с впускной стороны, выхлопная трубка 22, и корпус 23 с выпускной стороны образуют выпускной канал.

[0035] Электронный блок управления (ЭБУ) 31 представляет собой цифровой компьютер, который оснащен компонентами, соединенными вместе посредством двунаправленной шины 32, такими как ОЗУ (оперативное запоминающее устройство) 33, ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) 34, МПЦ (микропроцессор) 35, входной порт 36, и выходной порт 37. Во впускном трубопроводе 15 установлен расходомер 39 для определения расхода воздуха, протекающего через впускной трубопровод 15. Выходной сигнал расходомера 39 подается через соответствующий аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) 38 на входной порт 36. Кроме того, на трубопроводе выпускного коллектора 19 имеется датчик 40 воздушно-топливного отношения с впускной стороны, который определяет воздушно-топливное отношение в выхлопном газе, протекающем внутри выпускного коллектора 19 (то есть, выхлопном газе, направляющемся в катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны). Дополнительно в выхлопной трубке 22 расположен датчик 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны, который определяет воздушно-топливное отношение в выхлопном газе, протекающем внутри выхлопной трубки 22 (то есть, выхлопном газе, вытекающем из катализатора 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны и направляющегося в катализатор 24 очистки выхлопных газов с выпускной стороны). Выходные сигналы датчиков 40 и 41 воздушно-топливного отношения также поступают через соответствующие АЦП 38 на входной порт 36. Следует отметить, что конфигурации датчиков 40 и 41 воздушно-топливного отношения будут пояснены ниже.

[0036] Далее, педаль 42 акселератора имеет соединенный с ней датчик 43 нагрузки, 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 генерирует выходной импульс каждый раз, когда, например, коленчатый вал поворачивается на 15 градусов. Этот выходной импульс подается на входной порт 36. МПЦ 35 вычисляет частоту вращения двигателя, исходя из выходного импульса датчика 44 угла поворота коленчатого вала. С другой стороны, выходной порт 37 соединен через соответствующие приводные цепи 45 со свечами зажигания 10, топливными инжекторами 11, и приводом 17 дроссельного клапана. Следует отметить, что ЭБУ 31 функционирует как система контроля двигателя для управления двигателем внутреннего сгорания в соответствии с выходными сигналами различных датчиков и т.д.

[0037] Конфигурация датчика воздушно-топливного отношения

Далее со ссылкой на фиг. 3 будет пояснена конфигурация датчиков 40 и 41 воздушно-топливного отношения в настоящем варианте осуществления. Фиг. 3 представляет собой схематический вид в разрезе датчиков 40 и 41 воздушно-топливного отношения. Как будет понятно из фиг. 3, датчики 40 и 41 воздушно-топливного отношения в настоящем варианте осуществления представляют собой двухъячейные датчики воздушно-топливного отношения, каждый из которых включает слой из твердого электролита и пару электродов, образующих двойной блок.

[0038] Как показано на фиг. 3, каждый датчик 40, 41 воздушно-топливного отношения содержит измерительную газовую камеру 51, эталонную газовую камеру 52, и два слоя 53, 54 из твердого электролита, которые расположены на обеих сторонах измерительной газовой камеры 51. Эталонная газовая камера 52 расположена на противоположной стороне измерительной газовой камеры 51 через второй слой 54 из твердого электролита. На боковой поверхности первого слоя 53 из твердого электролита на стороне измерительной газовой камеры 51, расположен насосный электрод 55 стороны газовой камеры (третий электрод), тогда как на боковой поверхности первого слоя 53 из твердого электролита на стороне выхлопного газа, расположен электрод 56 стороны выхлопа (четвертый электрод). Первый слой 53 из твердого электролита, насосный электрод 55 стороны газовой камеры, и электрод 56 стороны выхлопа образуют насосную ячейку 60.

[0039] С другой стороны, на боковой поверхности второго слоя 54 из твердого электролита на стороне измерительной газовой камеры 51, расположен эталонный электрод 57 стороны газовой камеры (первый электрод), тогда как на боковой поверхности второго слоя 54 из твердого электролита на стороне эталонной газовой камеры 52, расположен электрод 58 эталонной стороны (второй электрод). Эти второй слой 54 из твердого электролита, эталонный электрод 57 стороны газовой камеры, и электрод 58 эталонной стороны образуют эталонную ячейку 61.

[0040] Между двумя слоями 53 и 54 из твердого электролита расположен диффузионный регулирующий слой 63 так чтобы окружать насосный электрод 55 стороны газовой камеры (третий электрод) насосной ячейки 60 и эталонный электрод 57 стороны газовой камеры эталонной ячейки 61. Вследствие этого, измерительная газовая камера 51 образована первым слоем 53 из твердого электролита, вторым слоем 54 из твердого электролита, и диффузионным регулирующим слоем 63. В измерительную газовую камеру 51, выхлопной газ протекает через диффузионный регулирующий слой 63. Соответственно, электроды, расположенные в измерительной газовой камере 51, то есть, насосный электрод 55 стороны газовой камеры насосной ячейки 60 и эталонный электрод 57 стороны газовой камеры эталонной ячейки 61, открыты через диффузионный регулирующий слой 63 для выхлопного газа. Следует отметить, что диффузионный регулирующий слой 63 не обязательно должен располагаться так, чтобы выхлопной газ, протекающий в измерительную газовую камеру 51, мог пройти через диффузионный регулирующий слой 63. До тех пор, пока выхлопной газ, который достигает эталонного электрода 57 стороны газовой камеры эталонной ячейки 61, представляет собой выхлопной газ, который проходит через диффузионный регулирующий слой, диффузионный регулирующий слой может быть расположен любым образом.

[0041] Далее, на боковой поверхности второго слоя 54 из твердого электролита на стороне эталонной газовой камеры 52, нагревательная часть 64 расположена таким образом, чтобы окружать эталонную газовую камеру 52. Вследствие этого, эталонная газовая камера 52 образована вторым слоем 54 из твердого электролита и нагревательной частью 64. В эту эталонную газовую камеру 52 вводится эталонный газ. В настоящем варианте осуществления эталонная газовая камера 52 открыта атмосферному воздействию. Соответственно, внутрь эталонной газовой камеры 52 атмосферный воздух вводится в качестве эталонного газа.

[0042] Кроме того, нагревательная часть 64 оснащена множеством нагревателей 65. Эти нагреватели 65 могут быть использованы для управления температурой датчиков 40, 41 воздушно-топливного отношения, в частности, температурой слоев 53, 54 из твердого электролита. Нагревательная часть 65 имеет достаточную тепловыделяющую способность для нагрева слоев 53, 54 из твердого электролита до их активации. В дополнение, на боковой поверхности первого слоя 53 из твердого электролита на стороне выхлопного газа расположен защитный слой 66. Защитный слой 66 образован из пористого материала так, чтобы предотвращалось прямое попадание содержащейся выхлопном газе жидкости, и т.д., на электрод 56 стороны выхлопа, тогда как выхлопной газ достигал бы электрода 56 стороны выхлопа.

[0043] Слои 53, 54 из твердого электролита образованы из спеченного ZrO₂ (диоксида циркония), HfO₂, ThO₂, Bi₂O₃ или других оксидов, проводящих ионы кислорода, в который CaO, MgO, Y₂O₃, Yb₂O₃, и т.д., примешаны в качестве стабилизатора. Далее, диффузионный регулирующий слой 63 образован из пористого спеченного оксида алюминия, оксида магния, оксида кремния, шпинели, муллита или других термостойких неорганических веществ. Кроме тог