Система управления двигателя внутреннего сгорания

Система управления двигателя внутреннего сгорания

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

[0001] Настоящее изобретение относится к системе управления двигателя внутреннего сгорания.

Предшествующий уровень техники

[0002] Выхлопные газы, выпущенные из камеры сгорания, содержат несгоревший газ, NO_X и т.д. Чтобы удалить эти компоненты выхлопных газов, в выхлопном канале двигателя расположен катализатор очистки выхлопных газов. В качестве катализатора очистки выхлопных газов, способного одновременно удалять несгоревший газ, NO_X и другие компоненты, известен трехкомпонентный катализатор. Трехкомпонентный катализатор может удалять несгоревший газ, NO_X, и т.д. с высоким коэффициентом удаления, когда воздушно-топливное отношение в выхлопных газах находится вблизи стехиометрического воздушно-топливного отношения. В связи с этим известна система управления, которая содержит датчик воздушно-топливного отношения в выхлопном канале двигателя внутреннего сгорания и использует величину выходного сигнала этого датчика воздушно-топливного отношения в качестве основы для управления количеством топлива, подаваемым в двигатель внутреннего сгорания.

[0003] В качестве катализатора очистки выхлопных газов может быть использован катализатор, имеющий способность к накапливанию кислорода. Катализатор очистки выхлопных газов, имеющий способность к накапливанию кислорода, может удалять несгоревший газ (НС, СО и т.д.), NO_X и т.д., когда количество запасенного кислорода представляет собой соответствующее значение между верхним предельным количеством запасенного кислорода и нижним предельным количеством запасенного кислорода, даже если воздушно-топливное отношение в выхлопных газах, втекающих в катализатор очистки выхлопных газов, является богатым. Если выхлопные газы воздушно-топливного отношения на богатой стороне от стехиометрического воздушно-топливного отношения (ниже именуемые как «богатое воздушно-топливное отношение»), текут в катализатор очистки выхлопных газов, кислород, запасенный в катализаторе очистки выхлопных газов, используется для удаления несгоревшего газа в выхлопных газах путем окисления.

[0004] В противоположность этому, если выхлопные газы воздушно-топливного отношения на бедной стороне от стехиометрического воздушно-топливного отношения (ниже именуемые как «бедное воздушно-топливное отношением»), текут в катализатор очистки выхлопных газов, кислород из выхлопных газов накапливается в катализаторе очистки выхлопных газов. Из-за этого поверхность катализатора очистки выхлопных газов приобретает состояние дефицита кислорода. Вместе с этим NO_X в выхлопных газах удаляются путем восстановления. Таким образом, катализатор очистки выхлопных газов может очищать выхлопные газы, пока количество запасенного кислорода представляет собой соответствующее значение, независимо от воздушно-топливного отношения в выхлопных газах, втекающих в катализатор очистки выхлопных газов.

[0005] Поэтому в такой системе управления, чтобы поддерживать количество запасенного кислорода в катализаторе очистки выхлопных газов равным соответствующему значению, предусмотрен датчик воздушно-топливного отношения, расположенный на впускной стороне катализатора очистки выхлопных газов в направлении потока выхлопа, а также предусмотрен датчик кислорода, расположенный на выпускной стороне в направлении потока выхлопа. При использовании этих датчиков система управления использует выходной сигнал датчика воздушно-топливного отношения на впускной стороне в качестве основы для управления с обратной связью таким образом, что выходной сигнал этого датчика воздушно-топливного отношения становится целевой величиной, соответствующей целевому воздушно-топливному отношению. Кроме того, выходной сигнал датчика кислорода на выпускной стороне используется в качестве основы для коррекции целевой величины датчика воздушно-топливного отношения на впускной стороне.

[0006] Например, в системе управления, описанной в публикации японского патента No. 2011-069337 А, когда выходное напряжение датчика кислорода на выпускной стороне представляет собой верхнюю пороговую величину или более, и катализатор очистки выхлопных газов находится в состоянии дефицита кислорода, целевое воздушно-топливное отношение в выхлопных газах, втекающих в катализатор очистки выхлопных газов, делается бедным воздушно-топливным отношением. В противоположность этому, когда выходное напряжение датчика кислорода на выпускной стороне представляет собой нижнюю пороговую величину или менее, и катализатор очистки выхлопных газов находится в состоянии избытка кислорода, целевое воздушно-топливное отношение делается богатым воздушно-топливным отношением. Благодаря этому управлению полагается возможным быстро вернуть состояние катализатора очистки выхлопных газов из состояния дефицита кислорода или состояния избытка кислорода в состояние между этими двумя состояниями, то есть в состояние, где катализатор очистки выхлопных газов содержит приемлемое количество кислорода.

[0007] Кроме того, в системе управления, описанной в публикации японского патента No. 2001-234787 А, выходные сигналы воздушного расходомера и датчика воздушно-топливного отношения на впускной стороне катализатора очистки выхлопных газов и т.д. используются в качестве основы для вычисления количества запасенного кислорода в катализаторе очистки выхлопных газов. Кроме того, когда вычисленное количество запасенного кислорода больше, чем целевое количество запасенного кислорода, целевое воздушно-топливное отношение в выхлопных газах, втекающих в катализатор очистки выхлопных газов, делается богатым воздушно-топливным отношением, и когда вычисленное количество запасенного кислорода меньше, чем целевое количество запасенного кислорода, целевое воздушно-топливное отношение делается бедным воздушно-топливным отношением. Благодаря этому управлению считается, что количество запасенного кислорода в катализаторе очистки выхлопных газов, может поддерживаться постоянным и равным целевому количеству запасенного кислорода.

Указатель ссылок

Патентная литература

[0008] PLT 1. Публикация японского патента No. 2011-069337 А

PLT 2. Публикация японского патента No. 2001-234787 А

PLT 3. Публикация японского патента No. 8-232723 А

PLT 4. Публикация японского патента No. 2009-162139 А

Сущность изобретения

Техническая задача

[0009] Катализатору очистки выхлопных газов, имеющему способность к накапливанию кислорода, становится тяжело накапливать кислород выхлопных газов, когда количество запасенного кислорода становится около максимального количества запасенного кислорода, если воздушно-топливное отношение в выхлопных газах, втекающих в катализатор очистки выхлопных газов, представляет собой бедное воздушно-топливное отношение. Внутренняя часть катализатора очистки выхлопных газов приобретает состояние избытка кислорода. Становится трудно удалять путем восстановления NO_X, содержащиеся в выхлопных газах. По этой причине, если количество запасенного кислорода становится около максимального количества запасенного кислорода, концентрация NO_X выхлопных газов, вытекающих из катализатора очистки выхлопных газов, быстро возрастает.

[0010] По этой причине, как описано в публикации японского патента No. 2011-069337 А, если выполняется управление по заданию целевого воздушно-топливного отношения равным богатому воздушно-топливному отношению, когда выходное напряжение датчика кислорода на выпускной стороне стало равно нижней пороговой величине или менее, существует проблема, что некоторая часть NO_X вытекает из катализатора очистки выхлопных газов.

[0011] Фиг. 16 представляет собой временную диаграмму, поясняющую взаимосвязь между воздушно-топливным отношением в выхлопных газах, втекающих в катализатор очистки выхлопных газов, и концентрацией NO_X в вытекающих из катализатора очистки выхлопных газах. Фиг. 16 представляет собой зависимость от времени количества запасенного кислорода в катализаторе очистки выхлопных газов, воздушно-топливного отношения в выхлопных газах, определенного датчиком кислорода на выпускной стороне, целевого воздушно-топливного отношения в выхлопных газах, втекающих в катализатор очистки выхлопных газов, воздушно-топливного отношения в выхлопных газах, определенного датчиком воздушно-топливного отношения на впускной стороне, и концентрации NO_X в выхлопных газах, вытекающих из катализатора очистки выхлопных газов.

[0012] В состоянии до момента t₁ времени целевое воздушно-топливное отношение в выхлопных газах, втекающих в катализатор очистки выхлопных газов, делается бедным воздушно-топливным отношением. По этой причине количество запасенного кислорода в катализаторе очистки выхлопных газов, постепенно увеличивается. С другой стороны, весь кислород в выхлопных газах, втекающих в катализатор очистки выхлопных газов, накапливается в катализаторе очистки выхлопных газов, таким образом, выхлопные газы, вытекающие из катализатора очистки выхлопных газов, вообще не содержат много кислорода. По этой причине воздушно-топливное отношение в выхлопных газах, определенное датчиком кислорода на выпускной стороне, становится, по существу, стехиометрическим воздушно-топливным отношением. Аналогичным образом, NO_X в выхлопных газах, втекающих в катализатор очистки выхлопных газов, полностью удаляется путем восстановления в катализаторе очистки выхлопных газов, таким образом, выхлопные газы, вытекающие из катализатора очистки выхлопных газов, вообще не содержат много NO_X.

[0013] Когда количество запасенного кислорода в катализаторе очистки выхлопных газов постепенно увеличивается и приближается к максимальному количеству Cmax запасенного кислорода, часть кислорода в выхлопных газах, втекающих в катализатор очистки выхлопных газов, более не накапливается в катализаторе очистки выхлопных газов. В результате от момента t₁ времени выхлопные газы, вытекающие из катализатора очистки выхлопных газов, начинают содержать кислород. По этой причине воздушно-топливное отношение в выхлопных газах, определенное датчиком кислорода на выпускной стороне, становится бедным воздушно-топливным отношением. После этого, когда количество запасенного кислорода в катализаторе очистки выхлопных газов дополнительно увеличивается, воздушно-топливное отношение в выхлопных газах, вытекающих из катализатора очистки выхлопных газов, достигает заданного верхнего предельного воздушно-топливного отношения AFhighref (соответствующего пороговой величине), и целевое воздушно-топливное отношение заменяется на богатое воздушно-топливное отношение.

[0014] Если целевое воздушно-топливное отношение заменяется на богатое воздушно-топливное отношение, величина впрыска топлива в двигателе внутреннего сгорания увеличивается, чтобы соответствовать измененному целевому воздушно-топливному отношению. Даже если величина впрыска топлива увеличивается таким образом, имеется некоторое расстояние от корпуса двигателя внутреннего сгорания до катализатора очистки выхлопных газов, таким образом, воздушно-топливное отношение в выхлопных газах, втекающих в катализатор очистки выхлопных газов, не меняется немедленно на богатое воздушно-топливное отношение. Возникает задержка. По этой причине, даже если целевое воздушно-топливное отношение заменяется в момент t₂ времени на богатое воздушно-топливное отношение, до момента t₃ времени воздушно-топливное отношение в выхлопных газах, втекающих в катализатор очистки выхлопных газов, остается бедным воздушно-топливным отношением. По этой причине в интервале от момента t₂ времени до момента t₃ времени количество запасенного кислорода в катализаторе очистки выхлопных газов достигает максимального количества Cmax запасенного кислорода или становится величиной, близкой к максимальному количеству Cmax запасенного кислорода и, в результате, кислород и NO_X вытекают из катализатора очистки выхлопных газов. После этого в момент t₃ времени воздушно-топливное отношение в выхлопных газах, втекающих в катализатор очистки выхлопных газов, становится богатым воздушно-топливным отношением, и воздушно-топливное отношение в выхлопных газах, вытекающих из катализатора очистки выхлопных газов, переходит в стехиометрическое воздушно-топливное отношение.

[0015] Таким образом, возникает задержка от момента замены целевого воздушно-топливного отношения с бедного воздушно-топливного отношения на богатое воздушно-топливное отношение до момента, когда воздушно-топливное отношение в выхлопных газах, втекающих в катализатор очистки выхлопных газов, становится богатым воздушно-топливным отношением. В результате в период времени от момента t₁ времени до момента t₄ времени NO_X прекращает вытекать из катализатора очистки выхлопных газов.

[0016] Задачей настоящего изобретения является создание системы управления двигателя внутреннего сгорания, снабженной катализатором очистки выхлопных газов, имеющим способность к накапливанию кислорода, которая предотвращает отток NO_X.

[0017] Система управления двигателя внутреннего сгорания настоящего изобретения является системой управления двигателя внутреннего сгорания, оснащенной катализатором очистки выхлопных газов, имеющим способность к накапливанию кислорода, в выхлопном канале двигателя, и содержит датчик воздушно-топливного отношения на впускной стороне, расположенный на впуске катализатора очистки выхлопных газов и определяющий воздушно-топливное отношение в выхлопных газах, втекающих в катализатор очистки выхлопных газов, а также датчик воздушно-топливного отношения на выпускной стороне, расположенный на выпуске катализатора очистки выхлопных газов и определяющий воздушно-топливное отношение в выхлопных газах, вытекающих из катализатора очистки выхлопных газов. Система управления выполняет управление на обеднение, чтобы периодически или постоянно делать воздушно-топливное отношение в выхлопных газах, втекающих в катализатор очистки выхлопных газов, бедным заданным воздушно-топливным отношением, которое беднее, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение, до тех пор, пока количество запасенного кислорода в катализаторе очистки выхлопных газов станет равно расчетному базовому количеству запасенного кислорода, которое является максимальным количеством запасенного кислорода или менее его, или станет больше его, и управление на обогащение, чтобы периодически или постоянно делать воздушно-топливное отношение в выхлопных газах, втекающих в катализатор очистки выхлопных газов, богатым заданным воздушно-топливным отношением, которое богаче, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение, пока выходной сигнал датчика воздушно-топливного отношения на выпускной стороне станет соответствовать богатому расчетному воздушно-топливному отношению, которое представляет собой воздушно-топливное отношение, которое богаче, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение, или станет соответствовать меньшему воздушно-топливному отношению, и выполняет управление для переключения управления на обогащение, когда количество запасенного кислорода становится расчетным базовым количеством запасенного кислорода или более в течение временного периода управления на обеднение и для переключения на управление на обеднение, когда выходной сигнал датчика воздушно-топливного отношения на выпускной стороне станет соответствующим богатому расчетному воздушно-топливному отношению или менее его в течение временного периода управления на обогащение. Система управления дополнительно выполняет управление для задания бедного заданного воздушно-топливного отношения при первом количестве всасываемого воздуха более богатым, чем бедное заданное воздушно-топливное отношение при втором количестве всасываемого воздуха, которое меньше, чем первое количество всасываемого воздуха, при сравнении бедного заданного воздушно-топливного отношения при первом количестве всасываемого воздуха с бедным заданным воздушно-топливным отношением при втором количестве всасываемого воздуха.

[0018] В этом изобретении может выполняться управление для задания бедного заданного воздушно-топливного отношения тем более богатым, чем больше возрастает количество всасываемого воздуха.

[0019] В этом изобретении область большого количества всасываемого воздуха может быть задана заранее, при этом в области большого количества всасываемого воздуха бедное заданное воздушно-топливное отношение может задается более богатым по мере возрастания количества всасываемого воздуха, а в области количества всасываемого воздуха, которое меньше, чем область большого количества всасываемого воздуха, бедное заданное воздушно-топливное отношение может поддерживаться постоянным.

Технический результат

[0020] В соответствии с настоящим изобретением представлена система управления двигателя внутреннего сгорания, которая предотвращает выходной поток NO_X.

Краткое описание чертежей

[0021] Фиг. 1 представляет собой схематическое изображение двигателя внутреннего сгорания в примере осуществления изобретения.

Фиг. 2А показывает взаимосвязь между количеством запасенного кислорода в катализаторе очистки выхлопных газов и концентрацией NO_X в выхлопных газах, вытекающих из катализатора очистки выхлопных газов.

Фиг. 2B показывает взаимосвязь между количеством запасенного кислорода в катализаторе очистки выхлопных газов и концентрацией несгоревшего газа в выхлопных газах, вытекающих из катализатора очистки выхлопных газов.

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

Фиг. 4А представляет собой первое изображение, схематически показывающее работу датчика воздушно-топливного отношения.

Фиг. 4B представляет собой второе изображение, схематически показывающее работу датчика воздушно-топливного отношения.

Фиг. 4С представляет собой третье изображение, схематически показывающее работу датчика воздушно-топливного отношения.

Фиг. 5 показывает взаимосвязь между воздушно-топливным отношением в выхлопных газах и выходным током датчика воздушно-топливного отношения.

Фиг. 6 представляет пример конкретных контуров, образующих устройство подачи напряжения и устройство определения тока.

Фиг. 7 представляет собой временную диаграмму количества запасенного кислорода в катализаторе очистки выхлопных газов на впускной стороне и т.п. при первом нормальном рабочем управлении примера осуществления изобретения.

Фиг. 8 представляет собой временную диаграмму количества запасенного кислорода в выпускном катализаторе очистки выхлопных газов и т.п. при первом нормальном рабочем управлении примера осуществления изобретения.

Фиг. 9 представляет собой функциональную схему системы управления.

Фиг. 10 представляет собой блок-схему процедуры управления для вычисления величины коррекции воздушно-топливного отношения при первом нормальном рабочем управлении примера осуществления изобретения.

Фиг. 11 представляет собой временную диаграмму второго нормального рабочего управления примера осуществления изобретения.

Фиг. 12 представляет собой блок-схему процедуры управления для вычисления величины коррекции воздушно-топливного отношения при втором нормальном рабочем управлении примера осуществления изобретения.

Фиг. 13 представляет собой диаграмму, показывающую взаимосвязь между количеством всасываемого воздуха и бедной заданной величиной коррекции в примере осуществления изобретения.

Фиг. 14 представляет собой диаграмму, показывающую другую взаимосвязь между количеством всасываемого воздуха и бедной заданной величиной коррекции в примере осуществления изобретения.

Фиг. 15 представляет собой временную диаграмму третьего нормального рабочего управления примера осуществления изобретения.

Фиг. 16 представляет собой временную диаграмму управления в предшествующем уровне техники.

Описание примеров осуществления изобретения

[0022] Со ссылкой на фиг. 1 - фиг. 15 будет пояснен пример осуществления системы управления двигателя внутреннего сгорания. Двигатель внутреннего сгорания в примере осуществления оснащен корпусом двигателя, выдающего вращательное усилие, и системой обработки выхлопных газов, очищающей выхлопные газы, вытекающие из камеры сгорания.

[0023] Пояснение двигателя внутреннего сгорания в целом

Фиг. 1 представляет собой изображение, схематически показывающее двигатель внутреннего сгорания в примере осуществления изобретения. Двигатель внутреннего сгорания оснащен корпусом 1 двигателя. Корпус 1 двигателя содержит блок 2 цилиндров и головку 4 цилиндра, которая прикреплена к блоку 2 цилиндров. В блоке 2 цилиндров образованы цилиндрические отверстия. Внутри цилиндрических отверстий имеются осуществляющие возвратно-поступательное движение поршни 3. Камеры 5 сгорания образованы пространствами, ограниченными цилиндрическими отверстиями блока 2 цилиндров, поршнями 3 и головкой 4 цилиндра. Головка 4 цилиндра образована с впускными отверстиями 7 и выпускными отверстиями 9. Впускные клапаны 6 служат для открывания и закрывания впускных отверстий 7, тогда как выпускные клапаны 8 служат для открывания и закрывания служат для выпускных отверстий 9.

[0024] На поверхности внутренней стенки головки 4 цилиндра в центральной части каждой камеры 5 сгорания находится свеча 10 зажигания. На периферической части на поверхности внутренней стенки головки 4 цилиндра расположен топливный инжектор 11. Свеча 10 зажигания выполнена с возможностью генерирования искры в соответствии с сигналом зажигания. Кроме того, топливный инжектор 11 впрыскивает заданное количество топлива в каждую камеру 5 сгорания в соответствии с сигналом зажигания. Следует отметить, что топливный инжектор 11 может также быть приспособлен для впрыска топлива во впускное отверстие 7. Кроме того, в настоящем примере осуществления изобретения в качестве топлива используется бензин со стехиометрическим воздушно-топливным отношением 14,6. Однако двигатель внутреннего сгорания настоящего изобретения может также использовать другое топливо.

[0025] Впускное отверстие 7 каждого цилиндра соединено через соответствующую впускную ответвительную трубку 13 с расширительным баком 14, тогда как расширительный бак 14 соединен через впускную трубку 15 с очистителем воздуха 16. Впускные отверстия 7, впускные ответвительные трубки 13, расширительный бак 14 и впускная трубка 15 образуют «впускной тракт двигателя». Кроме того, внутри впускной трубки 15 дроссельный клапан 18 приводится в действие ведущим приводом 17 дроссельного клапана. Дроссельный клапан 18 может управляться ведущим приводом 17 дроссельного клапана, с помощью которого можно менять проходное сечение впускного тракта.

[0026] С другой стороны, выпускное отверстие 9 каждого цилиндра соединено с выпускным коллектором 19. Выпускной коллектор 19 имеет множество ответвительных трубок, которые соединены с выпускными отверстиями 9, и головную часть, к которой сходятся эти ответвительные трубки. Головная часть выпускного коллектора 19 соединена с впускным кожухом 21, в которой находится впускной катализатор 20 очистки выхлопных газов. Впускной кожух 21 соединен через выхлопную трубу 22 с выпускным кожухом 23, в котором находится выпускной катализатор 24 очистки выхлопных газов. Выпускные отверстия 9, выпускной коллектор 19, впускной кожух 21, выхлопная труба 22 и выпускной кожух 23 образуют «выхлопной канал двигателя».

[0027] Система управления двигателя внутреннего сгорания настоящего примера осуществления изобретения содержит электронный блок управления (ЭБУ) 31. Электронный блок 31 управления в настоящем примере осуществления состоит из цифрового компьютера и оснащен такими частями как ОЗУ (оперативное запоминающее устройство) 33, ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) 34, ЦПУ (микропроцессор) 35, входной порт 36 и выходной порт 37, соединенными друг с другом через двунаправленную шину 32.

[0028] Внутри впускной трубки 15 расположен воздушный расходомер 39 для определения скорости потока воздуха, текущего внутри впускной трубки 15. Выходной сигнал этого воздушного расходомера 39 подается через соответствующий АЦ преобразователь 38 на входной порт 36.

[0029] Кроме того, в головной части выпускного коллектора 19 расположен датчик 40 воздушно-топливного отношения на впускной стороне для определения воздушно-топливного отношения в выхлопных газах, текущих внутрь выпускного коллектора 19 (то есть, выхлопных газов, втекающих во впускной катализатор 20 очистки выхлопных газов). Кроме того, внутри выхлопной трубы 22 находится датчик 41 воздушно-топливного отношения на выпускной стороне для определения воздушно-топливного отношения в выхлопных газах, текущих внутри выхлопной трубы 22 (то есть, выхлопных газов, вытекающих из впускного катализатора 20 очистки выхлопных газов и втекающих в выпускной катализатор 18 очистки выхлопных газов). Выходные сигналы этих датчиков воздушно-топливного отношения также поступают через соответствующий АЦ преобразователь 38 на входной порт 36. Конфигурации этих датчиков воздушно-топливного отношения будут пояснены позже.

[0030] Кроме того, педаль 42 акселератора соединена с датчиком 43 нагрузки для генерирования выходного напряжения, пропорционального усилию нажатия на педаль 42 акселератора, при этом выходное напряжение датчика 43 нагрузки подается через соответствующий АЦ преобразователь 38 на входной порт 36. Датчик 44 угла поворота коленвала, например, генерирует выходной импульс каждый раз, когда коленвал поворачивается на 15 градусов. Этот выходной импульс подается на входной порт 36. ЦПУ 35 вычисляет обороты двигателя, исходя из выходных импульсов датчика 44 угла поворота коленвала. С другой стороны, выходной порт 37 соединен через соответствующую приводную цепь 45 со свечами 10 зажигания, топливными инжекторами 11 и ведущим приводом 17 дроссельного клапана.

[0031] Пояснение к катализатору очистки выхлопных газов

Система обработки выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания настоящего примера осуществления изобретения оснащена множеством катализаторов очистки выхлопных газов. Система обработки выхлопных газов настоящего примера осуществления изобретения включает в себя впускной катализатор 20 очистки выхлопных газов и выпускной катализатор 18 очистки выхлопных газов, расположенный по направлению потока от катализатора 20 очистки выхлопных газов. Впускной катализатор 20 очистки выхлопных газов и выпускной катализатор 18 очистки выхлопных газов имеют сходную конфигурацию. Ниже пояснен только впускной катализатор 20 очистки выхлопных газов, однако выпускной катализатор 18 очистки выхлопных газов также имеет сходную конфигурацию и функциональность.

[0032] Впускной катализатор 20 очистки выхлопных газов представляет собой трехкомпонентный катализатор, имеющий способность к накапливанию кислорода. Более конкретно, впускной катализатор 20 очистки выхлопных газов выполнен из носителя, изготовленного из керамики, на которую нанесен драгоценный металл, имеющий каталитическое действие (например, платина (Pt), палладий (Pd), и родий (Rh)), а также вещество, имеющее способность к накапливанию кислорода (например, оксид церия (CeO₂)). Впускной катализатор 20 очистки выхлопных газов проявляет каталитическое действие, одновременно удаляя несгоревший газ (НС, СО, и т.д.) и окислы азота (NO_X), а также способность к накапливанию кислорода, когда достигает заданной температуры активации.

[0033] В соответствии со способностью к накапливанию кислорода впускного катализатора 20 очистки выхлопных газов, впускной катализатор 20 очистки выхлопных газов накапливает кислород, содержащийся в выхлопных газах, когда воздушно-топливное отношение в выхлопных газах, втекающих во впускной катализатор 20 очистки выхлопных газов, беднее, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение (бедное воздушно-топливное отношение). С другой стороны, впускной катализатор 20 очистки выхлопных газов выпускает кислород, накопленный во впускном катализаторе 20 очистки выхлопных газов, когда воздушно-топливное отношение втекающих выхлопных газов богаче, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение (богатое воздушно-топливное отношение). Следует отметить, что «воздушно-топливное отношение в выхлопных газах» означает отношение массы топлива к массе воздуха, подаваемого до тех пор, пока образуются выхлопные газы. Как правило, это означает отношение массы топлива к массе воздуха, подаваемого во внутреннее пространство камеры 5 сгорания во время генерирования выхлопных газов. В этом описании воздушно-топливное отношение в выхлопных газах иногда именуется «выхлопным воздушно-топливным отношением». Далее будет пояснена взаимосвязь между количеством запасенного кислорода в катализаторе очистки выхлопных газов и способностью к очистке в настоящем примере осуществления изобретения.

[0034] На фиг. 2А и фиг. 2B показана взаимосвязь между количеством запасенного кислорода в катализаторе очистки выхлопных газов и концентрацией NOX и несгоревшего газа (НС, СО и т.д.) в выхлопных газах, вытекающих из катализатора очистки выхлопных газов. Фиг. 2А показывает взаимосвязь между количеством запасенного кислорода и концентрацией NO_X в выхлопных газах, вытекающих из катализатора очистки выхлопных газов, когда воздушно-топливное отношение в выхлопных газах, втекающих в катализатор очистки выхлопных газов, представляет собой бедное воздушно-топливное отношение. С другой стороны, на фиг. 2B показана взаимосвязь между количеством запасенного кислорода и концентрацией несгоревшего газа в выхлопных газах, вытекающих из катализатора очистки выхлопных газов, когда воздушно-топливное отношение в выхлопных газах, втекающих в катализатор очистки выхлопных газов, представляет собой богатое воздушно-топливное отношение.

[0035] Как понятно из фиг. 2А, когда количество запасенного кислорода в катализаторе очистки выхлопных газов мало, имеется дополнительный интервал до максимального количества запасенного кислорода. По этой причине, даже если воздушно-топливное отношение в выхлопных газах, втекающих в катализатор очистки выхлопных газов, представляет собой бедное воздушно-топливное отношение (то есть, эти выхлопные газы содержат NO_X и кислород), кислород в выхлопных газах накапливается в катализаторе очистки выхлопных газов. Вместе с этим, NO_X удаляется путем восстановления. В результате этого выхлопные газы, вытекающие из катализатора очистки выхлопных газов, не содержат много NO_X.

[0036] Однако, если количество запасенного кислорода в катализаторе очистки выхлопных газов становится больше, когда воздушно-топливное отношение в выхлопных газах, втекающих в катализатор очистки выхлопных газов, представляет собой бедное воздушно-топливное отношение, для катализатора очистки выхлопных газов становится труднее накапливать кислород в выхлопных газах. Вместе с этим также становится тяжелее удалять NO_X из выхлопных газов путем восстановления. По этой причине, как понятно из фиг. 2А, если количество запасенного кислорода становится выше верхнего предельного количества Cuplim запасенного кислорода около максимального количества Cmax запасенного кислорода, концентрация NO_X в выхлопных газах, вытекающих из катализатора очистки выхлопных газов, быстро возрастает.

[0037] С другой стороны, когда количество запасенного кислорода в катализаторе очистки выхлопных газов является большим, если воздушно-топливное отношение в выхлопных газах, втекающих в катализатор очистки выхлопных газов, представляет собой богатое воздушно-топливное отношение (то есть, эти выхлопные газы включают в себя НС, СО или другой несгоревший газ), кислород, накопленный в катализаторе очистки выхлопных газов, выпускается. По этой причине несгоревший газ в выхлопных газах, втекающих в катализатор очистки выхлопных газов, удаляется путем окисления. В результате этого, как понятно из фиг. 2B, выхлопные газы, вытекающие из катализатора очистки выхлопных газов, не содержат много несгоревшего газа.

[0038] Однако, если количество запасенного кислорода в катализаторе очистки выхлопных газов становится меньше и становится близким к 0, если воздушно-топливное отношение в выхлопных газах, втекающих в катализатор очистки выхлопных газов, является богатым воздушно-топливным отношением, количество кислорода, покидающего катализатор очистки выхлопных газов, становится меньше и вместе с этим также становится труднее удалить несгоревший газ в выхлопных газах путем окисления. По этой причине, как понятно из фиг. 2B, если количество запасенного кислорода становится меньше определенного нижнего предельного количества Clowlim запасенного кислорода, концентрация несгоревшего газа в выхлопных газах, вытекающих из катализатора очистки выхлопных газов, быстро возрастает.

[0039] Вышеупомянутым образом для катализаторов 20 и 24 очистки выхлопных газов, используемых в настоящем примере осуществления изобретения, характеристики удаления NO_X и несгоревшего газа в выхлопных газах меняются в соответствии с воздушно-топливным отношением выхлопных газов, текущих в катализаторы очистки 20 и 24 выхлопных газов, и их количествами запасенного кислорода. Следует отметить, что катализаторы 20 и 24 очистки выхлопных газов могут быть катализаторами, отличными от трехкомпонентных катализаторов, если они имеют каталитическое действие и способность к накапливанию кислорода.

[0040] Конструкция датчиков воздушно-топливного отношения

Далее со ссылкой на фиг. 3 будут пояснены конструкции впускного датчика 40 воздушно-топливного отношения и датчика 41 воздушно-топливного отношения на выпускной стороне в настоящем примере осуществления изобретения. Фиг. 3 представляет собой схематический вид в разрезе датчика воздушно-топливного отношения. Датчики воздушно-топливного отношения в настоящем примере осуществления изобретения представляют собой одноэлементные датчики воздушно-топливного отношения с одним элементом, образованным из слоя из твердого электролита и из пары электродов. Датчики воздушно-топливного отношения этим не ограничиваются. Можно применить другие типы датчиков, где выходной сигнал постоянно меняется в соответствии с воздушно-топливным отношением в выхлопных газах. Например, можно использовать двухэлементные датчики воздушно-топливного отношения.

[0041] Каждый датчик воздушно-топливного отношения в настоящем примере осуществления изобретения содержит слой 51 из твердого электролита, электрод (первый электрод) 52 со стороны выхлопных газов, расположенным на одной боковой поверхности слоя 51 из твердого электролита, электрод (второй электрод) 53 с атмосферной стороны, расположенный на другой боковой поверхности слоя 51 из твердого электролита, слой 54 регулирования диффузии, регулирующий диффузию выхлопных газов, проходящих через него, защитный слой 55, защищающий слой 54 регулирования диффузии, и нагревательный элемент 56 для нагревания датчика воздушно-топливного отношения.

[0042] Одна боковая поверхность слоя 51 из твердого электролита контактирует со слоем 54 регулирования диффузии, тогда как другая боковая поверхность слоя 54 регулирования диффузии, которая противоположна боковой поверхности слоя 54, контактирующей со слоем 51 из твердого электролита, контактирует с защитным слоем 55. В настоящем примере осуществления между слоем 51 из твердого электролита и слоем 54 регулирования диффузии образована дозировочная газовая камера 57. Газ для анализа датчиком воздушно-топливного отношения, то есть выхлопные газы, вводится через слой 54 регулирования диффузии в эту дозировочную газовую камеру 57. Кроме того, внутри дозировочной газовой камеры 57 находится электрод 52 со стороны выхлопных газов, поэтому электрод 52 со стороны выхлопных газов открыт воздействию выхлопных газов через слой 54 регулирования диффузии. Следует отметить, что наличие дозировочной газовой камеры 57 не обязательно. Система может также быть скомпонована таки