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. Кроме того, датчик воздушно-топливного отношения, который использован в данной системе управления, также широко известен (см., например, ссылки на патентные публикации 1-6).

[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. Н4-204370А

PLT 6: Публикация японской патентной заявки No. S58-153155А

Сущность изобретения

Техническая задача

[0006] Продолжая сказанное выше, будет проведено сравнение одноячейного датчика воздушно-топливного отношения и двухячейного датчика воздушно-топливного отношения. В каждом датчике воздушно-топливного отношения, слой из твердого электролита напрямую или не напрямую открыт воздействию выхлопного газа, и поэтому старение вызывает изменение внутреннего сопротивления слоя из твердого электролита. Кроме того, внутреннее сопротивление слоя из твердого электролита колеблется из-за температуры, и потому, когда температура слоя из твердого электролита не является точно контролируемой, внутреннее сопротивление слоя из твердого электролита также меняется.

[0007] В одноячейном датчике воздушно-топливного отношения, даже если воздушно-топливное отношение выхлопного газа одинаково, при изменении внутреннего сопротивления слоя из твердого электролита его выходной ток меняется. Поэтому, если не выполнять контроль температуры с высокой точностью, точность определения воздушно-топливного отношения падает. Более того, даже осуществляя контроль температуры с высокой точностью, старение становится причиной падения точности определения воздушно-топливного отношения. Напротив, в насосной ячейке двухячейного датчика воздушно-топливного отношения, взаимосвязь между насосным током и расходом кислорода, закаченного или выкаченного изнутри измерительной газовой камеры, будет оставаться постоянной, даже если внутреннее сопротивление меняется. Поэтому в насосной ячейке отсутствует воздействие на выходной сигнал, даже если внутреннее сопротивление меняется. Кроме того, в эталонной ячейке определяется только электродвижущая сила, которая не меняется из-за внутреннего сопротивления, и поэтому воздействие на выходной сигнал отсутствует, даже если внутреннее сопротивление меняется. Поэтому в двухячейном датчике воздушно-топливного отношения по сравнению с одноячейным датчиком воздушно-топливного отношения, даже если старение или плохой контроль температуры приводит к изменению внутреннего сопротивления, воздушно-топливное отношение может быть определено с высокой точностью.

[0008] Фиг. 2 представляет собой вид, на котором показаны выходные характеристики в двухячейном датчике воздушно-топливного отношения и одноячейном датчике воздушно-топливного отношения. На фиг. 2(B) показана взаимосвязь между напряжением Vr, подаваемым на электроды, которые образуют ячейку, и выходным током Ir в одноячейном датчике воздушно-топливного отношения. Как понятно из фиг. 2(B), область напряжения, в которой генерируется предельный ток (выходной ток, даже при изменении поданного напряжения, практически не меняется совсем), меняется в зависимости от воздушно-топливного отношения выхлопного газа. Поэтому, если сделать поданное напряжение постоянным (например, одноточечная пунктирная линия на фигуре), диапазон определяемого воздушно-топливного отношения будет ограничен. С другой стороны, чтобы определить воздушно-топливное отношение в широком диапазоне, необходимо изменить поданное напряжение в соответствии с выходным током (например, двухточечная пунктирная линией на фигуре). Однако такое управление является сложным и, кроме того, необходимо заранее для каждого датчика измерять область напряжения, в которой генерируется предельный ток.

[0009] С другой стороны, на фиг. 2(A) показана взаимосвязь между целевой величиной напряжения Vt при установке насосного тока, и насосным током (выходным током) Ip в двухячейном датчике воздушно-топливного отношения. Как понятно из фиг. 2(A), область напряжения, в которой генерируется предельный ток, является, по существу, постоянной независимо от воздушно-топливного отношения выхлопного газа. Поэтому, если делать целевую величину напряжения постоянной, можно определить воздушно-топливное отношение в широком диапазоне. Таким образом, в соответствии с двухячейным типом датчика воздушно-топливного отношения, воздушно-топливное отношение может быть определено в более широком диапазоне, по сравнению с одноячейным датчиком воздушно-топливного отношения.

[0010] С другой стороны, в двухячейном датчике воздушно-топливного отношения использована эталонная ячейка, в которой генерируется электродвижущая сила в зависимости от отношения концентрации кислорода в выхлопном газе в измерительной газовой камере и концентрации кислорода в атмосфере. В такой эталонной ячейке взаимосвязь между воздушно-топливным отношением и выходным напряжением меняется, когда воздушно-топливное отношение выхлопного газа меняется от богатого к бедному, и когда оно меняется от бедного к богатому.

[0011] Фиг. 3 представляет собой вид, на котором показана взаимосвязь между датчиком воздушно-топливного отношения и определяемым напряжением (электродвижущей силой) в эталонной ячейке. Как показано на фиг. 3 сплошной линией «богатое→бедное», при изменении воздушно-топливного отношения из состояния богаче, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение (ниже именуемого также «богатым воздушно-топливным отношением», т.е. соответствующим богатой воздушно-топливной смеси и имеющим численное значение ниже численного значения стехиометрического воздушно-топливного отношения) в состояние, которое беднее, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение (ниже именуемого также «бедным воздушно-топливным отношением» т.е. соответствующим бедной воздушно-топливной смеси и имеющим численное значение выше численного значения стехиометрического воздушно-топливного отношения), даже когда фактическое воздушно-топливное отношение становится бедным воздушно-топливным отношением, на некоторое время электродвижущая сила поддерживает высокое значение. С другой стороны, как показано на фиг. 3 сплошной линией «бедное→богатое», при изменении воздушно-топливного отношения из бедного воздушно-топливного отношения в богатое воздушно-топливное отношение, даже когда фактическое воздушно-топливное отношение становится богатым воздушно-топливным отношением, на некоторое время электродвижущая сила поддерживает низкое значение. Таким образом, эталонная ячейка имеет гистерезис в соответствии с направлением изменения воздушно-топливного отношения. Эталонная ячейка имеет такой гистерезис, поскольку способность к вступлению в реакцию несгоревшего газа или кислорода на электродах является низкой, и поскольку изменение электродвижущей силы фактически задерживается при следовании за воздушно-топливным отношением.

[0012] В результате наличия такого гистерезиса в эталонной ячейке, как показано на фиг. 4, выходной ток (насосный ток) двухячейного датчика воздушно-топливного отношения при одинаковом воздушно-топливном отношении приобретает различные величины, находящиеся между величиной, когда воздушно-топливное отношение меняется в богатом направлении (то есть, когда оно меняется от относительно бедного состояния в богатое состояние), и величиной, когда воздушно-топливное отношение меняется в бедном направлении (то есть, когда оно меняется от относительно богатого состояния в бедное состояние).

[0013] Далее, сплошными линиями на фиг. 3 показан случай, когда составляющими, содержащимися в выхлопном газе, являются СО и NO, тогда как прерывистыми линиями показан случай, когда составляющими, содержащимися в выхлопном газе, являются СО и O₂. Как понятно из фиг. 3, сплошные линии и прерывистые линии отклоняются друг от друга. Можно сказать, что в эталонной ячейке взаимосвязь между воздушно-топливным отношением и электродвижущей силой меняется в зависимости от составляющих, содержащихся в выхлопном газе. Таким образом, взаимосвязь между воздушно-топливным отношением и электродвижущей силой меняется в зависимости от набора составляющих, содержащихся в выхлопном газе (СО, НС, NO_X, O₂, и т.д.), поскольку способность вступать в реакцию на электродах эталонной ячейки различна для каждой составляющей в выхлопном газе, и в результате чувствительность различается для каждой составляющей в выхлопном газе. В результате, в двухячейном датчике воздушно-топливного отношения, даже если воздушно-топливное отношение выхлопного газа одинаковое, иногда выходной ток (насосный ток) меняется в зависимости от набора составляющих, присутствующих в выхлопном газе.

[0014] Поэтому, при рассмотрении вышеуказанных проблем целью настоящего изобретения является создание датчика воздушно-топливного отношения, преодолевающего недостатки как обычного одноячейного датчика воздушно-топливного отношения, так и двухячейного датчика воздушно-топливного отношения.

Решение задачи

[0015] Для решения описанной выше 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; насосную ячейку, которая закачивает кислород и откачивает кислород из выхлопного газа в измерительной газовой камере в соответствии с насосным током; а также эталонную ячейку с определяемым эталонным выходным током, который меняется в соответствии с воздушно-топливным отношением в измерительной газовой камере, 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 содержит устройство подачи эталонного напряжения, которое подает напряжение датчика между первым электродом и вторым электродом эталонной ячейки; устройство определения эталонного выходного тока, которое определяет ток, который течет между первым электродом и вторым электродом эталонной ячейки, в качестве эталонного выходного тока; устройство управления насосным током, которое управляет насосным током, который течет в насосной ячейке, таким образом, чтобы эталонный выходной ток, который определяется устройством определения эталонного выходного тока, становится значением целевого тока; и устройство определения насосного тока, которое определяет насосный ток в качестве выходного тока датчика, при этом целевой ток в устройстве определения насосного тока равен нулю.

[0016] Согласно второму объекту изобретения, имеется первый объект изобретения, в котором датчик воздушно-топливного отношения дополнительно содержит диффузионный регулирующий слой, и диффузионный регулирующий слой выполнен так, что первый электрод эталонной ячейки подвергается воздействию выхлопного газа внутри измерительной газовой камеры через диффузионный регулирующий слой.

[0017] Согласно третьему объекту изобретения, имеются первый или второй объекты изобретения, в которых датчик воздушно-топливного отношения дополнительно содержит камеру атмосферного воздуха, в которой открыт воздействию второй электрод, причем эталонная атмосфера представляет собой атмосферный воздух, а указанная камера атмосферного воздуха выполнена так, что атмосферный воздух может быть введен внутрь.

[0018] Согласно четвертому объекту изобретения, имеются объекты изобретения с первого по третий, в которых насосная ячейка содержит третий электрод, который подвергается воздействию выхлопного газа в измерительной газовой камере; четвертый электрод, который подвергается воздействию выхлопного газа вокруг датчика воздушно-топливного отношения; и слой из твердого электролита, расположенный между третьим электродом и четвертым электродом, и устройство управления насосным током управляет насосным ток, который течет через третий электрод и четвертый электроды через слой из твердого электролита насосной ячейки.

[0019] Согласно пятому объекту изобретения, имеются объекты изобретения с первого по четвертый, в которых эталонная ячейка выполнена так, что подаваемое напряжение датчика, при котором эталонный выходной ток становится равным нулю, меняется в соответствии с воздушно-топливным отношением выхлопного газа в измерительной газовой камере, и при повышении подаваемого напряжения датчика в эталонной ячейке, когда выхлопной газ имеет стехиометрическое воздушно-топливное отношение, эталонный выходной ток увеличивается вместе с ним, и подаваемое напряжение датчика в эталонной ячейке зафиксировано на постоянном напряжении, и постоянное напряжение представляет собой напряжение, при котором эталонный выходной ток становится равным нулю, когда воздушно-топливное отношение выхлопного газа в измерительной газовой камере является стехиометрическим воздушно-топливным отношением.

[0020] Согласно шестому объекту изобретения, имеется пятый объект изобретения, в котором двигатель внутреннего сгорания дополнительно содержит катализатор очистки выхлопного газа, который расположен на впускной стороне выпускного канала по направлению потока выхлопного газа относительно датчика воздушно-топливного отношения, и который может накапливать кислород, и 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 богатой заданной эталонной величине, соответствующей богатому заданному воздушно-топливному отношению, которое меньше, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение, 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 более, таким образом, чтобы количество накопленного кислорода уменьшалось до нуля, не достигая максимального количества накопленного кислорода.

[0021] Согласно седьмому объекту изобретения, имеются объекты изобретения с первого по четвертый, в которых эталонная ячейка выполнена так, что подаваемое напряжение датчика, при котором эталонный выходной ток становится равным нулю, меняется в соответствии с воздушно-топливным отношением выхлопного газа в измерительной газовой камере, и при увеличении подаваемого напряжения датчика в эталонной ячейке, когда выхлопной газ имеет стехиометрическое воздушно-топливное отношение, эталонный выходной ток увеличивается вместе с ним, и подаваемое напряжение датчика в эталонной ячейке зафиксировано на постоянном напряжении, и постоянное напряжение представляет собой напряжение, отличное от напряжения, при котором эталонный выходной ток становится равным нулю, когда воздушно-топливное отношение выхлопного газа в измерительной газовой камере представляет собой стехиометрическое воздушно-топливное отношение, и является напряжением, при котором эталонный выходной ток становится равным нулю, когда воздушно-топливное отношение выхлопного газа представляет собой воздушно-топливное отношение, которое отличается от стехиометрического воздушно-топливного отношения.

[0022] Согласно восьмому объекту изобретения, имеется седьмой объект изобретения, в котором эталонная ячейка выполнена так, чтобы иметь область предельного тока в области напряжения, где эталонный выходной ток становится предельным током для каждого воздушно-топливного отношения выхлопного газа; и постоянное напряжение представляет собой напряжение в области предельного тока, когда воздушно-топливное отношение выхлопного газа представляет собой стехиометрическое воздушно-топливное отношение.

[0023] Согласно девятому объекту изобретения, имеется седьмой или восьмой объект изобретения, в котором двигатель внутреннего сгорания дополнительно содержит катализатор очистки выхлопного газа, который расположен на впускной стороне выпускного канала по направлению потока выхлопного газа относительно датчика воздушно-топливного отношения, и который может накапливать кислород, и постоянное напряжение представляет собой напряжение, при котором эталонный выходной ток становится равным нулю, когда воздушно-топливное отношение выхлопного газа является заранее определенным воздушно-топливным отношением, которое богаче, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение.

[0024] Согласно 10-му объекту изобретения, имеется девятый 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 менее, 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 более, таким образом, чтобы количество накопленного кислорода уменьшалось до нуля, не достигая максимального количества накопленного кислорода.

Предпочтительные результаты изобретения

[0025] Согласно настоящему изобретению, датчик воздушно-топливного отношения преодолевает недостатки как обычного одноячейного датчика воздушно-топливного отношения, так и двухячейного датчика воздушно-топливного отношения.

Краткое описание чертежей

[0026] Фиг. 1 представляет собой вид, на котором схематически показан двигатель внутреннего сгорания, в котором использована система управления согласно настоящему изобретению.

Фиг. 2 представляет собой вид, на котором показаны выходные характеристики двухячейного датчика воздушно-топливного отношения и одноячейного датчика воздушно-топливного отношения.

Фиг. 3 представляет собой вид, на котором показана взаимосвязь между воздушно-топливным отношением и определяемым напряжением (электродвижущей силой) в обычной эталонной ячейке.

Фиг. 4 представляет собой вид, на котором показана взаимосвязь между воздушно-топливным отношением и выходным током датчика в обычном двухячейном датчике воздушно-топливного отношения.

Фиг. 5 представляет собой схематический вид в разрезе датчика воздушно-топливного отношения.

Фиг. 6 представляет собой вид, на котором схематически показана работа датчика воздушно-топливного отношения.

Фиг. 7 представляет собой вид, на котором показана выходная характеристика датчика воздушно-топливного отношения.

Фиг. 8 представляет собой вид, на котором схематически показана работа эталонной ячейки.

Фиг. 9 представляет собой вид, на котором показана выходная характеристика эталонной ячейки.

Фиг. 10 представляет собой вид, на котором показан пример особой цепи, которая образует устройство подачи напряжения эталонной ячейки и устройство определения выходного тока эталонной ячейки.

Фиг. 11 представляет собой временную диаграмму количества накопленного кислорода в катализаторе очистки выхлопного газа с впускной стороны, и т.д.

Фиг. 12 представляет собой вид, на котором показаны функциональные блоки в системе управления согласно настоящему изобретению.

Фиг. 13 представляет собой диаграмму, на которой показан порядок управления для расчета величины коррекции воздушно-топливного отношения.

Фиг. 14 представляет собой вид, на котором показана взаимосвязь между поданным напряжением датчика и выходным током эталонной ячейки в эталонной ячейке.

Фиг. 15 представляет собой вид, на котором показана взаимосвязь между воздушно-топливным отношением выхлопного газа и выходным током эталонной ячейки.

Фиг. 16 представляет собой вид, на котором показана взаимосвязь между воздушно-топливным отношением выхлопного газа и выходным током эталонной ячейки в эталонной ячейке датчика воздушно-топливного отношения.

Фиг. 17 представляет собой вид, сходный с фиг. 11, на котором показана временная диаграмма количества накопленного кислорода OSAsc катализатора очистки выхлопных газов с впускной стороны 20, и т.д.

Фиг. 18 представляет собой вид в разрезе, сходный с фиг. 5, на котором схематически показана конфигурация датчика воздушно-топливного отношения третьего варианта осуществления.

Описание вариантов осуществления

[0027] Ниже, со ссылкой на чертежи, система управления двигателем внутреннего сгорания согласно настоящему изобретению будет пояснена подробно. Следует отметить, что в последующем описании, одинаковые компонентные элементы обозначены одинаковыми ссылочными позициями. Фиг. 1 представляет собой вид, на котором схематически показан двигатель внутреннего сгорания, в котором использована система управления согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.

[0028] 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.

[0029] 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.

[0030] 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.

[0031] 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.

[0032] 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.

[0033] 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.

[0034] Конфигурация датчика воздушно-топливного отношения Далее со ссылкой на фиг. 5 будет пояснена конфигурация датчиков 40 и 41 воздушно-топливного отношения в настоящем варианте осуществления. Фиг. 5 представляет собой схематический вид в разрезе датчиков 40 и 41 воздушно-топливного отношения. Как будет понятно из фиг. 5, датчики 40 и 41 воздушно-топливного отношения в настоящем варианте осуществления представляют собой двухячейные датчики воздушно-топливного отношения, каждый из которых включает слой из твердого электролита и пару электродов, образующих двойной блок.

[0035] Как показано на фиг. 5, 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.

[0036] 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.

[0037] 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.

[0038] 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.

[0039] 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.

[0040] 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 алюминия, магния, кремния, шпинели, муллита или других термостойких неорганических веществ. Кроме того, электроды 55-58 выполнены из платины или другого драгоценного металла с высокой каталитической активностью.

[0041] На эталонный электрод 57 стороны газо