Система очистки выхлопного газа для двигателя внутреннего сгорания

Система очистки выхлопного газа для двигателя внутреннего сгорания

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

[0001] Настоящее изобретение относится к системе очистки выхлопного газа для двигателя внутреннего сгорания.

Предшествующий уровень техники

[0002] Известна система очистки выхлопного газа, содержащая датчики воздушно-топливного отношения, расположенные с впускной стороны в направлении потока выхлопного газа и с выпускной стороны в направлении потока выхлопного газа относительно катализатора очистки выхлопного газа, расположенного в выпускном канале двигателя внутреннего сгорания. В таком двигателе внутреннего сгорания, выходной сигнал датчика воздушно-топливного отношения с впускной стороны используется в качестве основы для управления с обратной связью так, чтобы воздушно-топливное отношение выхлопного газа, текущего в катализатор очистки выхлопного газа, становилось целевым воздушно-топливным отношением. Кроме того, целевое воздушно-топливное отношение попеременно устанавливается на воздушно-топливное отношение, которое богаче, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение (ниже именуемое просто «богатое воздушно-топливное отношение»), и на воздушно-топливное отношение, которое беднее, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение (ниже именуемое просто «бедное воздушно-топливное отношение») (например, PLT 1).

[0003] В частности, в двигателе внутреннего сгорания, который описан в PLT 1, когда воздушно-топливное отношение, соответствующее выходному сигналу датчика воздушно-топливного отношения с выпускной стороны (ниже именуемое также как «выходное воздушно-топливное отношение») становится богатым заданным воздушно-топливным отношением, которое богаче, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение, или становится еще меньшим отношением, целевое воздушно-топливное отношение переключается на бедное воздушно-топливное отношение, при этом, когда количество накопления кислорода в катализаторе очистки выхлопного газа становится заданным переключающим эталонным количеством накопления, которое меньше, чем максимальное количество накопления кислорода, или становится еще большей величиной, целевое воздушно-топливное отношение переключается на богатое воздушно-топливное отношение. Согласно PLT 1, благодаря этому, считается возможным подавить истекание NO_X из катализатора очистки выхлопного газа.

Указатель ссылок

Патентная литература

[0004] PLT 1. Международная патентная публикация No. 2014/118892А

PLT 2. Японская патентная публикация No. 2006-343281А

Сущность изобретения

Техническая задача

[0005] В этом отношении, если элемент, образующий часть датчика воздушно-топливного отношения, растрескивается, а воздушно-топливное отношение выхлопного газа вокруг датчика воздушно-топливного отношения представляет собой, по существу, стехиометрическое воздушно-топливное отношение или бедное воздушно-топливное отношение, выходное воздушно-топливное отношение датчика воздушно-топливного отношения становится, по существу, равным фактическому воздушно-топливному отношению выхлопного газа. Однако когда воздушно-топливное отношение выхлопного газа вокруг датчика воздушно-топливного отношения является богатым воздушно-топливным отношением, выходное воздушно-топливное отношение датчика воздушно-топливного отношения иногда становится воздушно-топливным отношением, отличным от фактического воздушно-топливного отношения выхлопного газа, в частности, бедным воздушно-топливным отношением.

[0006] Таким образом, когда датчик воздушно-топливного отношения имеет треснувший элемент, иногда нельзя с точностью определить воздушно-топливное отношение выхлопного газа около датчика воздушно-топливного отношения. Таким образом, при использовании датчика воздушно-топливного отношения, выдающего ошибочный выходной сигнал, вызванный треснувшим элементом, для выполнения вышеупомянутого управления целевым воздушно-топливным отношением, иногда больше нельзя устранить выпуск NO_X и т.д. из катализатора очистки выхлопного газа.

[0007] Поэтому, с учетом вышеупомянутой проблемы, задачей настоящего изобретения является создание системы очистки выхлопного газа для двигателя внутреннего сгорания, которая способна обеспечить диагностику неисправности, когда датчик воздушно-топливного отношения с выпускной стороны имеет неисправность в виде треснувшего элемента.

Решение задачи

[0008] Чтобы решить вышеуказанную задачу, согласно первому объекту изобретения, имеется система очистки выхлопного газа для двигателя внутреннего сгорания, содержащая катализатор очистки выхлопного газа, расположенный в выпускном канале двигателя внутреннего сгорания, датчик воздушно-топливного отношения с выпускной стороны, расположенный в выпускном канале с выпускной стороны от катализатора очистки выхлопного газа в направлении потока выхлопного газа, и управляющее устройство, выполняющее управление воздушно-топливным отношением для управления воздушно-топливным отношением выхлопного газа, текущего в катализатор очистки выхлопного газа, и управление диагностикой неисправности для диагностики датчика воздушно-топливного отношения с выпускной стороны на неисправность на основе выходного воздушно-топливного отношения датчика воздушно-топливного отношения с выпускной стороны, в которой,

при управлении воздушно-топливным отношением, управляющее устройство попеременно и периодически переключает воздушно-топливное отношение выхлопного газа, текущего в катализатор очистки выхлопного газа, между богатым воздушно-топливным отношением, которое богаче, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение, и бедным воздушно-топливным отношением, которое беднее, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение, и,

при управлении диагностикой неисправности, управляющее устройство выносит оценку, что датчик воздушно-топливного отношения с выпускной стороны стал неисправным, когда воздушно-топливное отношение выхлопного газа, текущего в катализатор очистки выхлопного газа, делается богатым воздушно-топливным отношением с помощью управления воздушно-топливным отношением, а выходное воздушно-топливное отношение датчика воздушно-топливного отношения с выпускной стороны меняется от воздушно-топливного отношения, которое богаче, чем заранее определенное бедное заданное воздушно-топливное отношение, которое беднее, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение, на воздушно-топливное отношение, которое беднее, чем бедное заданное воздушно-топливное отношение.

[0009] Согласно второму объекту изобретения, имеется первый объект изобретения, в котором при управлении воздушно-топливным отношением, управляющее устройство дополнительно выполняет управление с обратной связью количеством топлива, подаваемым в камеру сгорания двигателя внутреннего сгорания, так, что воздушно-топливное отношение выхлопного газа, текущего в катализатор очистки выхлопного газа, становится целевым воздушно-топливным отношением, и выполняет обучающееся управление, корректирующее параметр, относящийся к воздушно-топливному отношению, на основе выходного воздушно-топливного отношения датчика воздушно-топливного отношения с выпускной стороны, при управлении воздушно-топливным отношением, управляющее устройство попеременно переключает целевое воздушно-топливное отношение между богатым воздушно-топливным отношением и бедным воздушно-топливным отношением и, когда выходное воздушно-топливное отношение датчика воздушно-топливного отношения с выпускной стороны становится заранее определенным богатым заданным воздушно-топливным отношением, которое богаче, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение или становится еще меньше, переключает целевое воздушно-топливное отношение из богатого воздушно-топливного отношения на бедное воздушно-топливное отношение, при обучающемся управлении, управляющее устройство корректирует параметр, относящийся к воздушно-топливному отношению, на основе совокупного избыточного количества кислорода, которое представляет собой совокупную величину количества кислорода, становящуюся избыточной при попытке сделать воздушно-топливное отношение выхлопного газа, текущего в катализатор очистки выхлопного газа, стехиометрическим воздушно-топливным отношением в период времени увеличения кислорода от момента переключения целевого воздушно-топливного отношения на бедное воздушно-топливное отношение до момента его нового переключения на богатое воздушно-топливное отношение, и совокупного недостаточного количества кислорода, которое представляет собой совокупную величину количества кислорода, становящуюся недостаточной при попытке сделать воздушно-топливное отношение выхлопного газа, текущего в катализатор очистки выхлопного газа, стехиометрическим воздушно-топливным отношением в период времени уменьшения кислорода от момента переключения целевого воздушно-топливного отношения в богатое воздушно-топливное отношение до момента его нового переключения в бедное воздушно-топливное отношение, так, что разность между совокупным избыточным количеством кислорода и совокупным недостаточным количеством кислорода становится меньше, и, если делается оценка, что датчик воздушно-топливного отношения с выпускной стороны стал неисправным, когда целевое воздушно-топливное отношение установлено на богатое воздушно-топливное отношение, управляющее устройство останавливает коррекцию параметра, относящегося к воздушно-топливному отношению, на основе совокупного недостаточного количества кислорода в это время, даже если после этого выходное воздушно-топливное отношение датчика воздушно-топливного отношения с выпускной стороны становится богатым заданным воздушно-топливным отношением, или меньше, и целевое воздушно-топливное отношение переключается на бедное воздушно-топливное отношение.

[0010] Согласно третьему объекту изобретения, имеется второй объект изобретения, в котором, когда целевое воздушно-топливное отношение установлено на богатое воздушно-топливное отношение, выходное воздушно-топливное отношение датчика воздушно-топливного отношения с выпускной стороны меняется от воздушно-топливного отношения, которое богаче, чем бедное заданное воздушно-топливное отношение, на воздушно-топливное отношение, которое беднее, чем бедное заданное воздушно-топливное отношение, и на основании этого делается оценка, что датчик воздушно-топливного отношения с выпускной стороны стал неисправным, а управляющее устройство вычисляет совокупное недостаточное количество кислорода в период времени от момента переключения целевого воздушно-топливного отношения на богатое воздушно-топливное отношение в последний раз до момента, когда выходное воздушно-топливное отношение датчика воздушно-топливного отношения с выпускной стороны меняется от воздушно-топливного отношения, которое богаче, чем бедное заданное воздушно-топливное отношение, на воздушно-топливное отношение, которое беднее, чем бедное заданное воздушно-топливное отношение, и корректирует параметр, относящийся к воздушно-топливному отношению, так, что разность между совокупным недостаточным количеством кислорода и совокупным избыточным количеством кислорода становится меньше.

[0011] Согласно четвертому объекту изобретения, имеется второй или третий объект изобретения, в котором управляющее устройство попеременно переключает целевое воздушно-топливное отношение между постоянным богатым установленным воздушно-топливным отношением, которое богаче, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение, и постоянным бедным установленным воздушно-топливным отношением, которое беднее, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение, и управляющее устройство делает богатую степень богатого установленного воздушно-топливного отношения меньше, если с помощью управления диагностикой неисправности делается оценка, что датчик воздушно-топливного отношения с выпускной стороны стал неисправным.

[0012] Согласно пятому объекту изобретения, имеется четвертый объект изобретения, в котором при управлении воздушно-топливным отношением, если в качестве одного цикла определять период времени установки целевого воздушно-топливного отношения на богатое воздушно-топливное отношение и на бедное воздушно-топливное отношение по одному разу на каждое, то управляющее устройство делает богатую степень богатого установленного воздушно-топливного отношения меньше, если отношение количества раз, когда сделана оценка, что датчик воздушно-топливного отношения с выпускной стороны стал неисправным, по отношению к количеству циклов, составляет заданное отношение или больше.

[0013] Согласно шестому объекту изобретения, имеется любой из объектов изобретения с первого по пятый, в котором при управлении воздушно-топливным отношением, управляющее устройство переключает воздушно-топливное отношение выхлопного газа, текущего в катализатор очистки выхлопного газа, из богатого воздушно-топливного отношения на бедное воздушно-топливное отношение, когда выходное воздушно-топливное отношение датчика воздушно-топливного отношения с выпускной стороны становится заранее определенным богатым заданным воздушно-топливным отношением, которое богаче, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение, или становится еще меньше, и переключает воздушно-топливное отношение выхлопного газа, текущего в катализатор очистки выхлопного газа, из бедного воздушно-топливного отношения на богатое воздушно-топливное отношение, когда количество накопления кислорода в катализаторе очистки выхлопного газа становится заранее определенным переключающим опорным количеством кислорода, которое меньше, чем максимальное количество накопления кислорода, или становится еще больше.

[0014] Согласно настоящему изобретению, имеется система очистки выхлопного газа для двигателя внутреннего сгорания, способная диагностировать неисправность, когда датчик воздушно-топливного отношения с выпускной стороны имеет такую неисправность в виде треснувшего элемента.

Краткое описание чертежей

[0015] Фиг. 1 представляет собой вид, схематически показывающий двигатель внутреннего сгорания, в котором используется устройство диагностики неисправности согласно настоящему изобретению.

Фиг. 2 представляет собой схематичный вид в разрезе датчика воздушно-топливного отношения.

Фиг. 3 представляет собой вид, показывающий взаимосвязь приложенного напряжения V и выходного тока I при различном воздушно-топливном отношении A/F выхлопного газа.

Фиг. 4 представляет собой вид, показывающий взаимосвязь воздушно-топливного отношения и выходного тока I, когда приложенное напряжение V является постоянным.

Фиг. 5 представляет собой временную диаграмму, показывающую изменение количества накопления кислорода и т.п. в катализаторе очистки выхлопного газа с впускной стороны во время обычной работы двигателя внутреннего сгорания.

Фиг. 6 представляет собой схематический вид в разрезе датчика воздушно-топливного отношения, имеющего треснувший элемент.

Фиг. 7 представляет собой временную диаграмму величины коррекции воздушно-топливного отношения и т.д.

Фиг. 8 представляет собой функциональную блок-схему управляющего устройства.

Фиг. 9 представляет собой блок-схему, показывающую программу управления для управления установкой величины коррекции воздушно-топливного отношения.

Фиг. 10 представляет собой блок-схему, показывающую программу управления для управления диагностикой неисправности, которая диагностирует датчик воздушно-топливного отношения с выпускной стороны на неисправность.

Фиг. 11 представляет собой блок-схему, показывающую программу управления для управления установкой богатого установленного воздушно-топливного отношения и бедного установленного воздушно-топливного отношения.

Фиг. 12 представляет собой временную диаграмму, аналогичную фиг. 5, показывающую изменения количества накопления кислорода в катализаторе очистки выхлопного газа с выпускной стороны и т.д.

Фиг. 13 представляет собой временную диаграмму центрального управляющего воздушно-топливного отношения и т.д.

Фиг. 14 представляет собой вид, показывающий взаимосвязь между скоростью потока выхлопного газа, текущего около датчика воздушно-топливного отношения с выпускной стороны, и выходным воздушно-топливным отношением датчика воздушно-топливного отношения с выпускной стороны.

Фиг. 15 представляет собой временную диаграмму, показывающую изменения в величине коррекции воздушно-топливного отношения и т.д. когда датчик воздушно-топливного отношения с выпускной стороны имеет треснувший элемент.

Фиг. 16 представляет собой временную диаграмму, аналогичную фиг. 15, показывающую изменения в величине коррекции воздушно-топливного отношения и т.д.

Фиг. 17 представляет собой функциональную блок-схему управляющего устройства.

Фиг. 18 представляет собой блок-схему, показывающую программу управления для обучающегося управления.

Описание вариантов осуществления

[0016] Ниже, со ссылкой на чертежи, будет подробно пояснен вариант осуществления настоящего изобретения. Следует отметить, что в нижеследующем пояснении, одним и тем же составляющим элементам присвоены те же самые ссылочные позиции.

[0017] Пояснение двигателя внутреннего сгорания в целом

Фиг. 1 представляет собой вид, на котором схематически показан двигатель внутреннего сгорания, в котором используется система очистки выхлопного газа согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения. 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, образованная 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.

[0018] Как показано на фиг. 1, свеча зажигания 10 расположена в центральной части поверхности внутренней стенки головки 4 блока цилиндров, в то время 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 со стехиометрическим воздушно-топливным отношением 14,6. Тем не менее, двигатель внутреннего сгорания, в котором применена система очистки выхлопного газа по настоящему изобретению, может также использовать другое топливо, отличное от бензина, либо топливо, смешанное с бензином.

[0019] Впускной проход 7 каждого цилиндра соединен с уравнительным ресивером 14 через соответствующую впускную ответвительную трубку 13, при этом уравнительный ресивер 14, в свою очередь, 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 управляться приводом 17 дроссельного клапана, с тем, чтобы изменять проходное сечение впускного канала.

[0020] С другой стороны, выпускной проход 9 каждого цилиндра соединен с выпускным коллектором 19. Выпускной коллектор 19 имеет множество ответвительных трубок, которые соединены с выпускными проходами 9, и трубопровод, 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.

[0021] 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 установлен 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 выхлопного газа с выпускной стороны). Выходные сигналы этих 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.

[0022] 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 действует как управляющее устройство, выполняющее управление воздушно-топливным отношением для управления воздушно-топливным отношением выхлопного газа, текущего в катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, и управление диагностикой неисправности для диагностики датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны на неисправность на основе выходного воздушно-топливного отношения датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны.

[0023] Катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны и катализатор 24 очистки выхлопного газа с выпускной стороны представляют собой трехкомпонентные катализаторы, которые имеют способность к накоплению кислорода. Более конкретно, катализаторы 20 и 24 очистки выхлопного газа представляют собой трехкомпонентные катализаторы, которые включают несущий элемент, сделанный из керамики, на который нанесены драгоценный металл, который имеет каталитическое действие (например, платина (Pt)), и вещество, которое имеет способность к накоплению кислорода (например, оксид церия (CeO₂)). Трехкомпонентный катализатор имеет способность по одновременной очистке несгоревших НС, СО, и NO_X, когда воздушно-топливное отношение выхлопного газа, текущего в трехкомпонентный катализатор, поддерживается на стехиометрическом воздушно-топливном отношении. Кроме того, когда катализаторы 20 и 24 очистки выхлопного газа накапливают определенное количество кислорода, несгоревшие НС и СО и NO_X очищаются одновременно, даже если воздушно-топливное отношение выхлопного газа, текущего в катализаторы 20 и 24 очистки выхлопного газа, несколько отклоняется от стехиометрического воздушно-топливного отношения, в богатую сторону или бедную сторону.

[0024] Соответственно, если катализаторы 20 и 24 очистки выхлопного газа имеют способность к накоплению кислорода, то есть, если количество накопления кислорода катализаторами 20 и 24 очистки выхлопного газа меньше, чем максимальное количество накопления кислорода, то, когда воздушно-топливное отношение выхлопного газа, текущего в катализаторы 20, 24 очистки выхлопного газа, становится несколько беднее, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение, избыточный кислород, содержащийся в выхлопном газе, накапливается в катализаторах 20, 24 очистки выхлопного газа. Поэтому поверхности катализаторов 20 и 24 очистки выхлопного газа поддерживаются на стехиометрическом воздушно-топливном отношении. В результате, на поверхностях катализаторов 20 и 24 очистки выхлопного газа, несгоревшие НС, СО и NO_X удаляются одновременно. В это время воздушно-топливное отношение выхлопного газа, вытекающего из катализаторов 20 и 24 очистки выхлопного газа, становится стехиометрическим воздушно-топливным отношением.

[0025] С другой стороны, если катализаторы 20 и 24 очистки выхлопного газа могут выпускать кислород, то есть, если количество накопления кислорода катализаторами 20 и 24 очистки выхлопного газа больше нуля, то когда воздушно-топливное отношение выхлопного газа, текущего в катализаторы 20, 24 очистки выхлопного газа, становится несколько богаче, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение, кислород, которого недостаточно для уменьшения несгоревших НС и СО, содержащихся в выхлопном газе, выпускается из катализаторов 20 и 24 очистки выхлопного газа. Поэтому поверхности катализаторов 20 и 24 очистки выхлопного газа поддерживаются на стехиометрическом воздушно-топливном отношении. В результате, на поверхностях катализаторов 20 и 24 очистки выхлопного газа, несгоревшие НС, СО и NO_X очищаются одновременно. В это время, воздушно-топливное отношение выхлопного газа, вытекающего из катализаторов 20 и 24 очистки выхлопного газа, становится стехиометрическим воздушно-топливным отношением.

[0026] Таким образом, когда катализаторы 20 и 24 очистки выхлопного газа накапливают определенное количество кислорода, даже если воздушно-топливное отношение выхлопного газа, текущего в катализаторы 20 и 24 очистки выхлопного газа, несколько отклоняется от стехиометрического воздушно-топливного отношения в богатую сторону или бедную сторону, несгоревшие НС, СО и ΝΟ_X очищаются одновременно, и воздушно-топливное отношение выхлопного газа, вытекающего из катализаторов 20 и 24 очистки выхлопного газа, становится стехиометрическим воздушно-топливным отношением.

[0027] Пояснение датчика воздушно-топливного отношения

В настоящем варианте осуществления, в качестве датчиков 40 и 41 воздушно-топливного отношения, используются датчики воздушно-топливного отношения предельного тока стаканного типа. Фиг. 2 будет использована, чтобы наглядно пояснить конструкцию датчиков 40, 41 воздушно-топливного отношения. Каждый из датчиков 40 и 41 воздушно-топливного отношения оснащен слоем 51 твердого электролита, электродом 52 стороны выхлопа, расположенным на поверхности одной стороны такового, электродом 53 стороны атмосферы, расположенными на поверхности другой его стороны, слоем 54 стабилизации диффузии, который стабилизируют диффузию проходящего выхлопного газа, эталонную газовую камеру 55, и нагревательную часть 56, которая нагревает датчики 40 или 41 воздушно-топливного отношения, в частности, слой 51 из твердого электролита.

[0028] В частности, в каждом из датчиков 40 и 41 воздушно-топливного отношения стаканного типа в настоящем варианте осуществления, слой 51 твердого электролита имеет цилиндрическую форму с одним закрытым концом. Внутрь эталонной газовой камеры 55, которая образована внутри слоя 51 твердого электролита, введен атмосферный газ (воздух), там же расположена нагревательная часть 56. На внутренней поверхности слоя 51 твердого электролита расположен электрод 53 стороны атмосферы. На наружной поверхности слоя 51 твердого электролита расположен электрод 52 стороны выхлопа. На наружной поверхности слоя 51 твердого электролита и электрода 52 стороны выхлопа, расположен покрывающих их слой 54 стабилизации диффузии. Следует отметить, что снаружи слоя 54 стабилизации диффузии может быть расположен защитный слой (не показан) для предотвращения осаждения жидкости и т.п. на поверхности слоя 54 стабилизации диффузии.

[0029] Слой 51 твердого электролита образован из спеченного тела ZrO₂ (диоксида циркония), HfO₂, ThO₂, Bi₂O₃ или других оксидов, проводящих ионы кислорода, в которых CaO, MgO, Y₂O₃, Yb₂O₃, и т.д., примешаны в качестве стабилизатора. Далее, слой 54 стабилизации диффузии образован из пористого спеченного тела, полученного из оксида алюминия, оксида магния, оксида кремния, шпинели, муллита или других термостойких неорганических веществ. Кроме того, электрод 52 стороны выхлопа и электрод 53 стороны атмосферы выполнены из платины или другого драгоценного металла с высокой каталитической активностью.

[0030] Помимо этого, между электродом 52 стороны выхлопа и электродом 53 стороны атмосферы, напряжение датчика V подается устройством 60 управления напряжением, которое установлено в ЭБУ 31. Кроме того, ЭБУ 31 оснащен участком 61 определения тока, который определяет ток I, текущий между этими электродами 52 и 53 через слой 51 твердого электролита, когда подается напряжение датчика. Ток, который определяется этим участком 61 определения тока, представляет собой выходной ток I датчиков 40 и 41 воздушно-топливного отношения.

[0031] Выполненные таким образом датчики 40 и 41 воздушно-топливного отношения имеют характеристику напряжение-ток (V-I), как показано на фиг. 3. Как понятно из фиг. 3, выходной ток I датчиков 40 и 41 воздушно-топливного отношения становится тем больше, чем больше (беднее) воздушно-топливное отношение выхлопного газа, т.е. выхлопное воздушно-топливное отношение A/F. Кроме того, на линии V-I каждого выхлопного воздушно-топливного отношения A/F, имеется область, параллельная оси напряжения датчика V, то есть, область, где выходной ток I совсем не меняется, даже если меняется напряжение датчика V. Эта область напряжения называется «областью предельного тока». Ток в это время называется «предельным током». На фиг. 3, область предельного тока и предельный ток, когда выхлопное воздушно-топливное отношение составляет 18, обозначены как W₁₈ и Ι₁₈.

[0032] Фиг. 4 представляет собой вид, на котором показана взаимосвязь между выхлопным воздушно-топливным отношением и выходным током I, когда поданное напряжение V делается постоянным и составляет около 0,45 В (фиг. 3). Как будет понятно из фиг. 4, в датчиках 40 и 41 воздушно-топливного отношения, выходной ток меняется линейно (пропорционально) по отношению к выхлопному воздушно-топливному отношению, при этом, чем выше (т.е. беднее) выхлопное воздушно-топливное отношение, тем больше выходной ток I из датчиков 40 и 41 воздушно-топливного отношения. Кроме того, датчики 40 и 41 воздушно-топливного отношения выполнены так, что выходной ток I становится нулевым, когда выхлопное воздушно-топливное отношение представляет собой стехиометрическое воздушно-топливное отношение.

[0033] Следует отметить, что, в качестве датчиков 40 и 41 воздушно-топливного отношения, вместо датчика предельного тока воздушно-топливного отношения, имеющего конструкцию, показанную на фиг. 2, также можно использовать датчик воздушно-топливного отношения предельного тока многослойного типа.

[0034] Базовое управление воздушно-топливным отношением

Далее будет обобщено базовое управление воздушно-топливным отношением в двигателе внутреннего сгорания настоящего варианта осуществления. При управлении воздушно-топливным отношением в настоящем варианте осуществления, управление с обратной связью выполняется на основе выходного воздушно-топливного отношения датчика 40 воздушно-топливного отношения с впускной стороны для управления количеством впрыскиваемого топлива из топливного инжектора 11 с тем, чтобы выходное воздушно-топливное отношение датчика 40 воздушно-топливного отношения с впускной стороны становилось целевым воздушно-топливным отношением. То есть, при управлении воздушно-топливным отношением в настоящем варианте осуществления, управление с обратной связью выполняется на основе выходного воздушно-топливного отношения датчика 40 воздушно-топливного отношения с впускной стороны таким образом, чтобы воздушно-топливное отношение выхлопного газа, текущего в катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, становилось целевым воздушно-топливным отношением. Следует отметить, что «выходное воздушно-топливное отношение» означает воздушно-топливное отношение, которое соответствует выходной величине датчика воздушно-топливного отношения.

[0035] Кроме того, при управлении воздушно-топливным отношением настоящего варианта осуществления, целевое воздушно-топливное отношение устанавливается на основе выходного воздушно-топливного отношения датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны, и т.п. Более конкретно, когда выходное воздушно-топливное отношение датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны становится богатым воздушно-топливным отношением, целевое воздушно-топливное отношение устанавливается на бедное установленное воздушно-топливное отношение. В результате, воздушно-топливное отношение выхлопного газа, текущего в катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, также становится бедным установленным воздушно-топливным отношением. В этом случае «бедное установленное воздушно-топливное отношение» представляет собой заданное постоянное воздушно-топливное отношение, которое беднее, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение (воздушно-топливное отношение, служащее центром управления), на некоторую величину, и, например, составляет от 14,65 до 20, предпочтительно от 14,65 до 18, более предпочтительно от 14,65 до 16 или около того. Кроме того, бедное установленное воздушно-топливное отношение может быть выражено как воздушно-топливное отношение, полученное путем прибавления положительной величины коррекции воздушно-топливного отношения к воздушно-топливному отношению, служащему центром управления (в настоящем варианте осуществления, стехиометрическому воздушно-топливному отношению). Кроме того, в настоящем варианте осуществления, когда выходное воздушно-топливное отношение датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны становится богатым заданным воздушно-топливным отношением (например, 14,55), которое слегка богаче, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение, или еще меньше, делается оценка, что выходное воздушно-топливное отношение датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны стало богатым воздушно-топливным отношением.

[0036] Если целевое воздушно-топливное отношение меняется на бедное установленное воздушно-топливное отношение, избыток/недостаток кислорода в выхлопном газе, который течет в катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, складывается совокупно. «Избыток/недостаток кислорода» означает количество кислорода, которое становится избыточным, или количество кислорода, которое становится недостаточным (избыточные НС, СО, и т.п., ниже именуемые несгоревшим газом), при попытке сделать воздушно-топливное отношение выхлопного газа, который течет в катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, стехиометрическим воздушно-топливным отношением. В частности, когда целевое воздушно-топливно