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] Выхлопной газ, выпущенный из камеры сгорания, содержит несгоревший газ, NO_X и т.д. Для удаления таких компонентов выхлопного газа, в выпускном канале двигателя устанавливается каталитический нейтрализатор очистки выхлопного газа. В качестве катализатора очистки выхлопного газа, который может одновременно удалять несгоревший газ, NO_X и другие компоненты, известен трехкомпонентный катализатор. Трехкомпонентный катализатор может удалять несгоревший газ, NO_X и т.д. с высокой скоростью удаления, когда воздушно-топливное отношение выхлопного газа близко к стехиометрическому воздушно-топливному отношению. По этой причине, применяется система управления, которая содержит датчик воздушно-топливного отношения в выпускном канале двигателя внутреннего сгорания, и использует выходное значение этого датчика воздушно-топливного отношения в качестве основы для управления количеством топлива, подаваемого в двигатель внутреннего сгорания.

[0003] В качестве катализатора очистки выхлопного газа, может быть использован катализатор, имеющий способность накапливать кислород. Каталитический нейтрализатор очистки выхлопного газа, обладающий способностью накапливать кислород, может удалять несгоревший газ (НС, СО и т.д.), NO_X и т.д., когда количество накопления кислорода является надлежащим количеством, находящимся между верхним предельным количеством накопления и нижним предельным количеством накопления, даже если воздушно-топливное отношение выхлопного газа, поступающего в катализатор очистки выхлопного газа, является богатым отношением. Если выхлопной газ с воздушно-топливным отношением, находящимся с богатой стороны от стехиометрического воздушно-топливного отношения (ниже упоминаемым как «богатое воздушно-топливное отношение»), поступает в катализатор очистки выхлопного газа, то кислород, накопленный в катализаторе очистки выхлопного газа, используется для удаления несгоревшего газа, содержащегося в выхлопном газе, путем окисления.

[0004] С другой стороны, если выхлопной газ с воздушно-топливным отношением, находящимся с бедной стороны от стехиометрического воздушно-топливного отношения (ниже упоминаемым как «бедное воздушно-топливное отношение»), поступает в катализатор очистки выхлопного газа, то кислород, содержащийся в выхлопном газе, накапливается в катализаторе очистки выхлопного газа. Благодаря этому, поверхность катализатора очистки выхлопного газа начинает испытывать недостаток кислорода. Наряду с этим, NO_X, содержащиеся в выхлопном газе, удаляются посредством восстановления. Таким образом, независимо от воздушно-топливного отношения выхлопного газа, поступающего в катализатор очистки выхлопного газа, катализатор очистки выхлопного газа может очищать выхлопной газ до тех пор, пока количество накопленного кислорода является надлежащим количеством.

[0005] Таким образом, в такой системе управления для поддержания количества накопления кислорода в катализаторе очистки выхлопного газа на надлежащем уровне, с впускной стороны от катализатора очистки выхлопного газа в направлении потока выхлопного газа установлен датчик воздушно-топливного отношения, а с выпускной стороны в направлении потока выхлопного газа установлен датчик кислорода. С помощью этих датчиков система управления использует выходной сигнал датчика воздушно-топливного отношения с впускной стороны в качестве основы для системы управления с обратной связью так, что выходной сигнал этого датчика воздушно-топливного отношения становится целевым значением, соответствующий целевому воздушно-топливному отношению. Кроме того, выходной сигнал датчика кислорода с выпускной стороны используется в качестве основы для корректировки целевого значения датчика воздушно-топливного отношения с впускной стороны.

[0006] Например, в системе управления, описанной в японской патентной публикации №2011-069337А, когда выходное напряжение датчика кислорода с выпускной стороны представляет собой пороговое значение с высокой стороны или больше, и катализатор очистки выхлопного газа находится в состоянии недостатка кислорода, целевое воздушно-топливное отношение выхлопного газа, поступающего в катализатор очистки выхлопного газа, устанавливается на бедное воздушно-топливное отношение. И наоборот, когда выходное напряжение датчика кислорода с выпускной стороны является пороговым значением с низкой стороны или меньше, и катализатор очистки выхлопного газа находится в состоянии избытка кислорода, целевое воздушно-топливное отношение делается богатым воздушно-топливным отношением. Благодаря такому управлению, когда имеется состояние недостатка кислорода или в состоянии избытка кислорода, считается возможным быстро возвращать состояние катализатора очистки выхлопного газа в состояние между этими двумя состояниями, то есть в состояние, в котором катализатор очистки выхлопного газа сохраняет надлежащее количество кислорода.

[0007] Дополнительно, в системе управления, описанной в японской патентной публикации №2001-234787А, выходные сигналы расходомера воздуха и датчика воздушно-топливного отношения с впускной стороны от катализатора очистки выхлопного газа и т.д. используются в качестве основы для расчета количества накопления кислорода в катализаторе очистки выхлопного газа. Кроме того, если расчетное количество накопления кислорода становится больше, чем целевое количество накопления кислорода, то целевое воздушно-топливное отношение выхлопного газа, поступающего на катализатор очистки выхлопного газа, делается богатым воздушно-топливным отношением а, если расчетное количество накопления кислорода становится меньше, чем целевое количество накопления кислорода, то целевое воздушно-топливное отношение делается бедным воздушно-топливным отношением. Благодаря такому управлению, считается, что количество накопления кислорода в катализаторе очистки выхлопного газа может поддерживаться постоянным на целевом количестве накопления кислорода.

Перечень ссылок

Патентная литература

[0008] PLT 1. Японская патентная публикация №2011-069337А

PLT 2. Японская патентная публикация №2001-234787А

PLT 3. Японская патентная публикация №8-232723А

PLT 4. Японская патентная публикация №2009-162139А

Сущность изобретения

Техническая задача

[0009] Катализатору очистки выхлопного газа, обладающему способностью накапливать кислород, становится трудно накапливать кислород, содержащийся в выхлопном газе, когда количество накопления кислорода становится близким к максимальному количеству накопления кислорода, если воздушно-топливное отношение выхлопного газа, поступающего в катализатор очистки выхлопного газа, является бедным воздушно-топливным отношением. Внутренняя поверхность катализатора очистки выхлопного газа переходит в состояние избытка кислорода. NO_X, содержащийся в выхлопном газе, трудно удаляется посредством восстановления. По этой причине, если количество накопления кислорода становится близким к максимальному количеству накопления кислорода, то концентрация NO_X в выхлопном газе, выходящем из катализатора очистки выхлопного газа, быстро повышается.

[0010] По этой причине, как это раскрыто в японской патентной публикации №2011-069337А, если выполняется управление с целью установки целевого воздушно-топливного отношения на богатое воздушно-топливное отношение, когда выходное напряжение датчика кислорода с выпускной стороны становится пороговым значением на низкой стороне или меньше, то существует проблема, которая заключается в том, что определенное количество NO_X вытекает из катализатора очистки выхлопного газа.

[0011] На фиг. 17 представлена временная диаграмма, объясняющая зависимость между воздушно-топливным отношением выхлопного газа, поступающего в катализатор очистки выхлопного газа, и концентрацией NO_X, вытекающих из катализатора очистки выхлопного газа. Фиг. 17 представляет собой временную диаграмму количества накопления кислорода в катализаторе очистки выхлопного газа, воздушно-топливного отношения выхлопного газа, определенного датчиком кислорода с выпускной стороны, целевого воздушно-топливного отношения выхлопного газа, поступающего в катализатор очистки выхлопного газа, воздушно-топливного отношения выхлопного газа, определенного датчиком воздушно-топливного отношения с впускной стороны, и концентрации NO_X в выхлопном газе, вытекающем из катализатора очистки выхлопного газа.

[0012] В состоянии до момента времени t₁ целевое воздушно-топливное отношение выхлопного газа, поступающего в катализатор очистки выхлопного газа, установлено на бедное воздушно-топливное отношение. По этой причине, количество накопления кислорода в катализаторе очистки выхлопного газа постепенно увеличивается. С другой стороны, весь кислород, содержащийся в выхлопном газе, поступающем в катализатор очистки выхлопного газа, накапливается в катализаторе очистки выхлопного газа, так что выхлопной газ, вытекающий из катализатора очистки выхлопного газа, практически не содержит кислорода вообще. По этой причине, воздушно-топливное отношение выхлопного газа, определенное датчиком кислорода с выпускной стороны, становится, по существу, стехиометрическим воздушно-топливным отношением. Таким же образом, NO_X, содержащиеся в выхлопном газе, поступающем в катализатор очистки выхлопного газа, полностью удаляется посредством восстановления в катализаторе очистки выхлопного газа, так что выхлопной газ, вытекающий из катализатора очистки выхлопного газа, не содержит NO_X вообще.

[0013] Когда количество накопления кислорода в катализаторе очистки выхлопного газа постепенно увеличивается и приближается к максимальному количеству Cmax накопления кислорода, часть кислорода, содержащегося в выхлопном газе, поступающем в катализатор очистки выхлопного газа, больше не будет накапливается в катализаторе очистки выхлопного газа. В результате, с момента времени t₁ выхлопной газ, вытекающий из катализатора очистки выхлопного газа, начинает содержать кислород. По этой причине, воздушно-топливное отношение выхлопного газа, обнаруженное датчиком кислорода с выпускной стороны, становится бедным воздушно-топливным отношением. После этого, когда количество накопления кислорода в катализаторе очистки выхлопного газа дополнительно увеличивается, воздушно-топливное отношение выхлопного газа, вытекающего из катализатора очистки выхлопного газа, достигает заданного верхнего предельного воздушно-топливного отношения AFhighref (что соответствует пороговой величине с низкой стороны), и целевое воздушно-топливное отношение переключается на богатое воздушно-топливное отношение.

[0014] Если целевое воздушно-топливное отношение переключается на богатое воздушно-топливное отношение, то количество впрыскиваемого топлива в двигатель внутреннего сгорания требуется увеличить, для соответствия переключенному целевому воздушно-топливному отношению. Даже если количество впрыскиваемого топлива увеличивается данным образом, то существует определенное расстояние от корпуса двигателя внутреннего сгорания до катализатора очистки выхлопного газа, так что воздушно-топливное отношение выхлопного газа, поступающего в катализатор очистки выхлопного газа, не сразу меняется на богатое воздушно-топливное отношение. Возникает задержка. По этой причине, даже если целевое воздушно-топливное отношение в момент времени t₂ переключается на богатое воздушно-топливное отношение, то вплоть до момента времени t₃ воздушно-топливное отношение выхлопного газа, поступающего в катализатор очистки выхлопного газа, остается бедным воздушно-топливным отношением. По этой причине, в интервале времени от момента времени t₂ до момента времени t₃, количество накопления кислорода в катализаторе очистки выхлопного газа достигает максимального количества Cmax накопления кислорода или становится значением близким к максимальному количеству Cmax накопления кислорода, и, как следствие, кислород и NO_X вытекают из катализатора очистки выхлопного газа. После этого, в момент времени t₃ воздушно-топливное отношение выхлопного газа, поступающего в катализатор очистки выхлопного газа, становится богатым воздушно-топливным отношением, и воздушно-топливное отношение выхлопного газа, вытекающего из катализатора очистки выхлопного газа, сходится к стехиометрическому воздушно-топливному отношению.

[0015] Таким образом, происходит задержка от момента времени переключения целевого воздушно-топливного отношения из бедного воздушно-топливного отношения на богатое воздушно-топливное отношение, до момента времени, когда воздушно-топливное отношение выхлопного газа, поступающего в катализатор очистки выхлопного газа, становится богатым воздушно-топливным отношением. В результате, в период времени от момента времени t₁ до момента времени t₄, NO_X, в конечном итоге, вытекают из катализатора очистки выхлопного газа.

[0016] Задачей настоящего изобретения является создание системы управления двигателя внутреннего сгорания, снабженного катализатором очистки выхлопного газа, обладающего способностью накапливать кислород, которая подавляет выпуск NO_X.

Решение технической задачи

[0017] Первая система управления двигателя внутреннего сгорания, согласно настоящему изобретению, представляет собой систему управления двигателя внутреннего сгорания, снабженного катализатором очистки выхлопного газа, обладающим способностью накапливать кислород и расположенным в выпускном канале двигателя, при этом система управления содержит: датчик воздушно-топливного отношения с впускной стороны, расположенный выше по потоку относительно катализатора очистки выхлопного газа и определяющий воздушно-топливное отношение выхлопного газа, текущего в катализатор очистки выхлопного газа, датчик воздушно-топливного отношения с выпускной стороны, расположенный ниже по потоку относительно катализатора очистки выхлопного газа, и определяющий воздушно-топливное отношение выхлопного газа, вытекающего из катализатора очистки выхлопного газа, и средство получения количества накопления кислорода для получения количества накопления кислорода, накопленного в катализаторе очистки выхлопного газа, при этом система управления выполнена с возможностью осуществлять управление нормальным режимом работы, включающего бедное управление для непрерывной или прерывистой установки воздушно-топливного отношения выхлопного газа, поступающего в катализатор очистки выхлопного газа, на бедное установленное воздушно-топливное отношение, которое беднее, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение, до тех пор, пока количество накопления кислорода в катализаторе очистки выхлопного газа не станет оценочным опорным количеством накопления, которое представляет собой максимальное количество накопления кислорода или меньше, или становится еще больше, и богатое управление для непрерывной или прерывистой установки воздушно-топливного отношения выхлопного газа, поступающего в катализатор очистки выхлопного газа, на богатое установленное воздушно-топливное отношение, которое богаче, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение, до тех пор, пока выходной сигнал датчика воздушно-топливного отношения с выпускной стороны не станет богатым оценочным воздушно-топливным отношением, которое является воздушно-топливным отношением более богатым, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение, или не станет еще меньше, и управление нормальным режимом работы включает в себя управление переключением на богатое управление в течение периода времени бедного управления, когда количество накопления кислорода становится оценочным опорным количеством накопления или больше, и переключением на бедное управление в течение периода времени богатого управления, когда выходной сигнал датчика воздушно-топливного отношения с выпускной стороны становится богатым оценочным воздушно-топливным отношением или меньше, при этом бедное оценочное воздушно-топливное отношение заранее определено в области, где воздушно-топливное отношение выхлопного газа, вытекающего из катализатора очистки выхлопного газа, является бедным воздушно-топливным отношением, которое беднее, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение, а управление нормальным режимом работы включает в себя управление оценочным опорным уменьшением, которое снижает оценочное опорное количество накопления в бедном управлении, когда в течение периода времени выполнения бедного управления, воздушно-топливное отношение выхлопного газа, вытекающего из катализатора очистки выхлопного газа, становится бедным оценочным воздушно-топливным отношением или больше, и система управления делает оценку, что катализатор очистки выхлопного газа является неисправным, когда оценочное опорное количество накопления становится меньше заранее заданного оценочного значения износа.

[0018] В приведенном выше изобретении, система управления может определять число раз выполнения бедного управления и число раз, когда воздушно-топливное отношение выхлопного газа, вытекающего из катализатора очистки выхлопного газа, стало бедным оценочным воздушно-топливным отношением или больше, и выполнять управление оценочным опорным уменьшением, если отношение числа раз, когда воздушно-топливное отношение выхлопного газа, вытекающего из катализатора очистки выхлопного газа, стало бедным оценочным воздушно-топливным отношением или больше, к числу раз выполнения бедного управления, становится больше, чем заранее заданное оценочное значение.

[0019] В приведенном выше изобретении, управление нормальным режимом работы может включать в себя управление, сохраняющее оценочное опорное количество накопления, когда воздушно-топливное отношение выхлопного газа, вытекающего из катализатора очистки выхлопного газа, поддерживается на уровне меньшем, чем бедное оценочное воздушно-топливное отношение, в течение периода времени выполнения бедного управления.

[0020] Вторая система управления двигателя внутреннего сгорания, согласно настоящему изобретению, представляет собой систему управления двигателя внутреннего сгорания, снабженного катализатором очистки выхлопного газа, обладающим способностью накапливать кислород и расположенным в выпускном канале двигателя, при этом система управления содержит: датчик воздушно-топливного отношения с впускной стороны, расположенный выше по потоку относительно катализатора очистки выхлопного газа и определяющий воздушно-топливное отношение выхлопного газа, текущего в катализатор очистки выхлопного газа, датчик воздушно-топливного отношения с выпускной стороны, расположенный ниже по потоку относительно катализатора очистки выхлопного газа, и определяющий воздушно-топливное отношение выхлопного газа, вытекающего из катализатора очистки выхлопного газа, и средство получения количества накопления кислорода для получения количества накопления кислорода, накопленного в катализаторе очистки выхлопного газа, при этом система управления выполнена с возможностью осуществлять управление нормальным режимом работы, включающее бедное управление для непрерывной или прерывистой установки воздушно-топливного отношения выхлопного газа, поступающего в катализатор очистки выхлопного газа, на бедное установленное воздушно-топливное отношение, которое беднее, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение, до тех пор, пока количество накопления кислорода в катализаторе очистки выхлопного газа не станет оценочным опорным количеством накопления, которое представляет собой максимальное количество накопления кислорода или меньше, или становится еще больше, и богатое управление для непрерывной или прерывистой установки воздушно-топливного отношения выхлопного газа, поступающего в катализатор очистки выхлопного газа, на богатое установленное воздушно-топливное отношение, которое богаче, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение, до тех пор, пока выходной сигнал датчика воздушно-топливного отношения с выпускной стороны не станет богатым оценочным воздушно-топливным отношением, которое является воздушно-топливным отношением более богатым, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение, или не станет еще меньше, и управление нормальным режимом работы включает в себя управление переключением на богатое управление в течение периода времени бедного управления, когда количество накопления кислорода становится оценочным опорным количеством накопления или больше, и переключением на бедное управление в течение периода времени богатого управления, когда выходной сигнал датчика воздушно-топливного отношения с выпускной стороны становится богатым оценочным воздушно-топливным отношением или меньше, при этом бедное оценочное воздушно-топливное отношение заранее определено в области, где воздушно-топливное отношение выхлопного газа, вытекающего из катализатора очистки выхлопного газа, является бедным воздушно-топливным отношением, которое беднее, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение, а система управления определяет число раз выполнения бедного управления и число раз, когда воздушно-топливное отношение выхлопного газа, вытекающего из катализатора очистки выхлопного газа, стало бедным оценочным воздушно-топливным отношением или больше, и система управления делает оценку, что катализатор очистки выхлопного газа является неисправным, если отношение числа раз, когда воздушно-топливное отношение выхлопного газа, вытекающего из катализатора очистки выхлопного газа, стало бедным оценочным воздушно-топливным отношением или больше, к числу раз выполнения бедного управления, становится больше, чем заранее заданное оценочное значение.

Полезные эффекты изобретения

[0021] В соответствии с настоящим изобретением, предложена система управления двигателя внутреннего сгорания, которая подавляет утечку NO_X.

Краткое описание чертежей

[0022] Фиг. 1 является схематическим видом двигателя внутреннего сгорания в варианте осуществления.

Фиг. 2А является видом, показывающим взаимосвязь количества накопления кислорода в катализаторе очистки выхлопного газа и NO_X, содержащихся в выхлопном газе, поступающем из катализатора очистки выхлопного газа.

Фиг. 2В является видом, показывающим взаимосвязь количества накопления кислорода в катализаторе очистки выхлопного газа и концентрации несгоревшего газа, содержащегося в выхлопном газе, поступающем из катализатора очистки выхлопного газа.

Фиг. 3 является схематическим видом в поперечном разрезе датчика воздушно-топливного отношения.

Фиг. 4А является первым видом, схематически иллюстрирующим работу датчика воздушно-топливного отношения.

Фиг. 4В является вторым видом, схематически иллюстрирующим работу датчика воздушно-топливного отношения.

Фиг. 4С является третьим видом, схематически иллюстрирующим работу датчика воздушно-топливного отношения.

Фиг. 5 является видом, показывающим взаимосвязь воздушно-топливного отношения датчика воздушно-топливного отношения и выходного тока.

Фиг. 6 является видом, показывающим один из примеров конкретных схем, образующих устройство подачи напряжения и устройство определения тока.

Фиг. 7 представляет собой временную диаграмму количества накопления кислорода в катализаторе очистки выхлопного газа с впускной стороны и т.д.

Фиг. 8 является временной диаграммой количества накопления кислорода в катализаторе очистки выхлопного газа с выпускной стороны и т.д.

Фиг. 9 показывает функциональную блок-схему системы управления.

Фиг. 10 является блок-схемой, иллюстрирующей процедуру управления вычислением величины коррекции воздушно-топливного отношения в первом управлении нормальным режимом работы в варианте осуществления изобретения.

Фиг. 11 является временной диаграммой управления обнаружением бедного режима в варианте осуществления.

Фиг. 12 является временной диаграммой второго управления нормальным режимом работы в варианте осуществления.

Фиг. 13 является блок-схемой второго управления нормальным режимом работы в варианте осуществления.

Фиг. 14 является блок-схемой управления оценкой износа катализатора очистки выхлопного газа во втором управлении нормальным режимом работы в варианте осуществления.

Фиг. 15 является временной диаграммой третьего управления нормальным режимом работы в варианте осуществления.

Фиг. 16 является блок-схемой управления оценкой износа катализатора очистки выхлопного газа в третьем управлении нормальным режимом работы в варианте осуществления.

Фиг. 17 показывает временную диаграмму процесса управления в предшествующем уровне техники.

Описание вариантов осуществления

[0023] Со ссылкой на фиг. 1 – фиг. 16 будет приведено описание системы управления двигателя внутреннего сгорания согласно варианту осуществления. Двигатель внутреннего сгорания в настоящем варианте осуществления снабжен корпусом двигателя, вырабатывающий вращательное усилие, и системой обработки выхлопного газа для очистки выхлопного газа, вытекающего из камеры сгорания.

[0024] Общее объяснение принципа работы двигателя внутреннего сгорания

Фиг. 1 представляет собой вид, схематично показывающий двигатель внутреннего сгорания в настоящем варианте осуществления. Двигатель внутреннего сгорания снабжен корпусом 1 двигателя. Корпус 1 двигателя включает в себя блок 2 цилиндров и головку 4 блока цилиндров, которая прикреплена к блоку 2 цилиндров. В блоке 2 цилиндров выполнены отверстия. Поршни 3 установлены таким образом, чтобы совершать возвратно-поступательное движение внутри отверстий. Камеры 5 сгорания образованы пространствами, окруженными стенками отверстий блока 2 цилиндров, поршнями 3 и головкой 4 блока цилиндров. Головка 4 блока цилиндров сформирована впускными проходами 7 и выпускными проходами 9. Впускные клапаны 6 образованы для открывания и закрывания впускных проходов 7, в то время как выпускные клапаны 8 сформированы так, чтобы открывать и закрывать выпускные проходы 9.

[0025] На внутренней поверхности стенки головки 4 блока цилиндров, в центральной части каждой камеры 5 сгорания, установлена свеча 10 зажигания. В периферийной части на внутренней поверхности стенки головки 4 блока цилиндров установлен топливный инжектор 11. Свеча 10 зажигания выполнена с возможностью генерировать искру в соответствии с сигналом зажигания. Кроме того, топливный инжектор 11 впрыскивает заданное количество топлива в каждую камеру 5 сгорания, в соответствии с сигналом впрыска. Следует отметить, что топливный инжектор 11 может быть также установлен с возможностью впрыскивать топливо во впускной проход 7. Кроме того, в настоящем варианте осуществления, в качестве топлива используется бензин со стехиометрическим воздушно-топливным отношением, равным 14,6. Тем не менее, двигатель внутреннего сгорания согласно настоящему изобретению может также использовать другое топливо.

[0026] Впускной проход 7 каждого цилиндра соединен через соответствующую впускную трубку 13 с уравнительным ресивером 14, в то время как уравнительный ресивер 14 соединен через впускной трубопровод 15 с воздухоочистителем 16. Впускные каналы 7, впускные трубки 13, уравнительный ресивер 14 и впускной трубопровод 15 образуют «впускной канал двигателя». Далее, внутри впускного трубопровода 15 расположен дроссельный клапан 18, который приводится в действие исполнительным механизмом 17 дроссельного клапана. Дроссельный клапан 18 может быть приведен в действие исполнительным механизмом 17 дроссельного клапана, что обеспечивает возможность изменять проходное сечение впускного канала.

[0027] С другой стороны, выпускной проход 9 каждого цилиндра соединен с выпускным коллектором 19. Выпускной коллектор 19 имеет множество ответвлений, которые соединены с выпускными проходами 9, и трубопровод, на котором эти ответвления объединяются. Трубопровод выпускного коллектора 19 соединен с кожухом 21 с впускной стороны, в котором установлен катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны. Кожух 21 с впускной стороны соединен через выпускной патрубок 22 с кожухом 23 с выпускной стороны, в котором установлен катализатор 24 очистки выхлопного газа с выпускной стороны. Выпускные проходы 9, выпускной коллектор 19, кожух 21 с впускной стороны, выпускной патрубок 22 и кожух 23 с выпускной стороны «выпускной канал двигателя».

[0028] Система управления двигателя внутреннего сгорания, согласно настоящему варианту осуществления, включает в себя электронный блок 31 управления (ЭБУ). Электронный блок 31 управления в настоящем варианте осуществления состоит из цифрового компьютера, который снабжен компонентами, соединенными друг с другом посредством двунаправленной шины 32, такими как ОЗУ (оперативное запоминающее устройство) 33, ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) 34, ЦП (центральный микропроцессор) 35, входной порт 36 и выходной порт 37.

[0029] Во впускном трубопроводе 15 установлен расходомер 39 воздуха для определения расхода воздуха, протекающего через впускной трубопровод 15. Выходной сигнал расходомера 39 воздуха подается через соответствующий аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) 38 на входной порт 36.

[0030] Дополнительно, в трубопроводе выпускного коллектора 19 установлен датчик 40 воздушно-топливного отношения с впускной стороны для определения воздушно-топливного отношения выхлопного газа, протекающего через внутреннюю часть выпускного коллектора 19 (то есть выхлопного газа, поступающего в катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны). Кроме того, внутри выпускного патрубка 22 установлен датчик 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны для определения воздушно-топливного отношения выхлопного газа, протекающего через внутреннюю часть выпускного патрубка 22 (то есть выхлопного газа, вытекающего из катализатора 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, и протекающего в катализатор 24 очистки выхлопного газа с выпускной стороны). Выходные сигналы этих датчиков воздушно-топливного отношения также являются входным сигналом для входного порта 36 через соответствующие АЦП 38. Следует отметить, что конфигурации этих датчиков воздушно-топливного отношения будут объяснены позже.

[0031] Кроме того, педаль 42 акселератора соединена с датчиком 43 нагрузки для генерации выходного напряжения пропорционального величине воздействия на педаль 42 акселератора, в то время как выходное напряжение датчика 43 нагрузки через соответствующий АЦП 38 поступает на вход входного порта 36. Датчик 44 угла поворота коленчатого вала, например, генерирует выходной импульс каждый раз, когда коленчатый вал поворачивается на 15 градусов. Этот выходной импульс подается на вход входного порта 36. ЦП 35 вычисляет число оборотов двигателя на основе выходных импульсов датчика 44 угла поворота коленчатого вала. С другой стороны, выходной порт 37 соединен через соответствующий контур 45 управления со свечами 10 зажигания, топливными инжекторами 11 и исполнительным механизмом 17 дроссельного клапана.

[0032] Описание работы катализатора очистки выхлопного газа

Система обработки выхлопного газа двигателя внутреннего сгорания, согласно настоящему варианту осуществления, снабжена множеством катализаторов очистки выхлопного газа. Система обработки выхлопного газа в соответствии с настоящим вариантом осуществления включает в себя катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны и катализатор 24 очистки выхлопного газа с выпускной стороны, расположенный ниже по потоку от катализатора 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны. Катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны и катализатор 24 очистки выхлопного газа с выпускной стороны имеют аналогичную конфигурацию. Ниже будет приведено описание только катализатора 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, но катализатор 24 очистки выхлопного газа с выпускной стороны также имеет аналогичную конфигурацию и действие.

[0033] Катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны представляет собой трехкомпонентный катализатор, который имеет способность к накоплению кислорода. Более конкретно, катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны включает несущий элемент, сделанный из керамики, на который нанесены драгоценный металл, который имеет каталитическое действие (например, платина (Pt), палладий (Pd), родий (Rh)), и вещество, которое имеет способность к накоплению кислорода (например, оксид церия (CeO₂)). Катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны обладает каталитическим действием по одновременному удалению несгоревшего газа (НС или CO и т.п.) и оксидов азота NO_X при достижении заданной температуры активации, а также - способностью к накоплению кислорода.

[0034] Согласно способности к накоплению кислорода, имеющейся у катализатора 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны накапливает кислород, содержащийся в выхлопном газе, когда воздушно-топливное отношение выхлопного газа, текущего в катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, беднее, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение (бедное воздушно-топливное отношение). С другой стороны, катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны выпускает кислород, накопленный в катализаторе 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, когда воздушно-топливное отношение в поступающем выхлопном газе богаче, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение (богатое воздушно-топливное отношение). Отметим, что «воздушно-топливное отношение выхлопного газа» означает отношение массы воздуха к массе топлива, подаваемым в то время, когда, образуется выхлопной газ. Как правило, это означает отношение массы воздуха к массе топлива, подаваемым внутрь камеры 5 сгорания, когда генерируется выхлопной газ. В описании, воздушно-топливное отношение выхлопного газа иногда будет упоминаться как «выхлопное воздушно-топливное отношение». Далее будет пояснена взаимосвязь между количеством накопления кислорода в катализаторе очистки выхлопного газа и способностью очистки в настоящем варианте осуществления.

[0035] На фиг. 2А и фиг. 2В показана взаимосвязь между количеством накопления кислорода в катализаторе очистки выхлопного газа и концентрацией NO_X и несгоревшего газа (НС, СО и т.д.) в выхлопном газе, вытекающем из катализатора очистки выхлопного газа. Фиг. 2А показывает взаимосвязь между количеством накопления кислорода и концентрацией NO_X в выхлопном газе, вытекающем из катализатора очистки выхлопного газа, когда воздушно-топливное отношение выхлопного газа, поступающего в катализатор очистки выхлопного газа, представляет собой бедное воздушно-топливное отношение. С другой стороны, Фиг. 2В показывает взаимосвязь между количеством накопления кислорода и концентрацией несгоревшего газа в выхлопном газе, вытекающем из катализатора очистки выхлопного газа, когда воздушно-топливное отношение выхлопного газа, поступающего в катализатор очистки выхлопного газа, представляет собой богатое воздушно-топливное отношение.

[0036] Как понятно из фиг. 2А, когда количество накопления кислорода в катализаторе очистки выхлопного газа является небольшим, имеется некоторый резерв до максимального количества накопления кислорода. По этой причине, даже если воздушно-топливное отношение выхлопного газа, текущего в катализатор очистки выхлопного газа, представляет собой бедное воздушно-топливное отношение (то есть этот выхлопной газ включает в себя NO_X и кислород), кислород, содержащийся в выхлопном газе, накапливается в катализаторе очистки выхлопного газа. Вместе с тем, оксиды NO_X восстанавливаются и очищаются. В результате выхлопной газ, вытекающий из катализатора очистки выхлопного газа, почти сов