Система диагностики неисправности датчика соотношения воздух-топливо

Система диагностики неисправности датчика соотношения воздух-топливо

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Область техники, к которой относится изобретение

[0001] Настоящее изобретение относится к системе диагностики неисправности датчика соотношения воздух-топливо, который расположен в выхлопном канале двигателя внутреннего сгорания.

2. Описание предшествующего уровня техники

[0002] Из уровня техники известна система очистки выхлопных газов, включающая в себя датчик соотношения воздух-топливо, размещенный по ходу потока выхлопных газов на стороне впуска катализатора очистки выхлопных газов, расположенного в выхлопном канале двигателя внутреннего сгорания, и кислородный датчик, размещенный по ходу потока выхлопных газов на стороне выпуска упомянутого катализатора очистки выхлопных газов. В такой системе очистки выхлопных газов, например, выходной сигнал датчика соотношения воздух-топливо на стороне впуска, применяется в качестве основы для управления с обратной связью количеством топлива, которое подается в двигатель внутреннего сгорания, таким образом, что соотношение воздух-топливо в выхлопных газах, которые поступают в катализатор очистки выхлопных газов, становится целевым соотношением воздух-топливо (основное управление с обратной связью), а выходной сигнал кислородного датчика на стороне выпуска применяется в качестве основы для управления с обратной связью целевым соотношением воздух-топливо (вспомогательное управление с обратной связью).

[0003] В связи с этим кислородный датчик и т.д., применяемый в таком двигателе внутреннего сгорания, иногда становится неисправным из-за растрескивания элемента в конструкции датчика. В этом случае упомянутый датчик больше не генерирует нужный выходной сигнал, соответствующий соотношению воздух-топливо в выхлопных газах. Поэтому предлагается система диагностики неисправности, которая диагностирует такую неисправность датчика.

[0004] В такой системе диагностики неисправности известна, например, диагностика неисправности, проводимая следующим образом. То есть когда соотношение воздух-топливо на выходе кислородного датчика на стороне выпуска, становится более бедным соотношением воздух-топливо (ниже именуемое как «бедное соотношение воздух-топливо»), чем стехиометрическое соотношение воздух-топливо, соотношение воздух-топливо в выхлопных газах, которые поступают в катализатор очистки выхлопных газов, делается более богатым соотношением воздух-топливо, чем стехиометрическое соотношение воздух-топливо (ниже именуемое как «богатое соотношение воздух-топливо»). После этого, когда соотношение воздух-топливо на выходе кислородного датчика на стороне выпуска не изменяется на богатое соотношение воздух-топливо, даже если накопленное количество кислорода в катализаторе очистки выхлопных газов становится нулевым, выносится оценка, что кислородный датчик стал неисправным из-за растрескавшегося элемента (например, публикация PLT 1). Из публикации PLT 1 становится возможным быстро и точно определить неисправность кислородного датчика.

Указатель ссылок

Патентная литература

[0005] PLT 1. Публикация японского патента No. 2004-019542А

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Техническая задача

[0006] В связи с этим авторами настоящего изобретения предложена система диагностики неисправности, которая диагностирует растрескавшийся элемент или иную неисправность датчика соотношения воздух-топливо, размещенного по ходу потока выхлопных газов на стороне выпуска катализатора очистки выхлопных газов. Согласно этой системе диагностики неисправности, если целевое соотношение воздух-топливо в выхлопных газах, которые поступают в катализатор очистки выхлопных газов, делается богатым соотношением воздух-топливо и соотношение воздух-топливо на выходе датчика соотношения воздух-топливо на стороне впуска делается богатым соотношением воздух-топливо, когда соотношение воздух-топливо на выходе датчика соотношения воздух-топливо на стороне выпуска меняется от стехиометрического соотношения воздух-топливо на бедное соотношение воздух-топливо, выносится оценка, что датчик соотношения воздух-топливо на стороне выпуска является неисправным. С другой стороны, в случае, когда соотношение воздух-топливо на выходе датчика соотношения воздух-топливо на стороне выпуска меняется от стехиометрического соотношения воздух-топливо на богатое соотношению воздух-топливо, выносится оценка, что датчик соотношения воздух-топливо на стороне выпуска является исправным.

[0007] Согласно исследованию авторов настоящего изобретения и т.д., было выяснено, что датчик соотношения воздух-топливо, который стал неисправным из-за растрескавшегося элемента и т.д., иногда временно генерирует выходной сигнал, сходный с сигналом исправного датчика соотношения воздух-топливо, в соответствии с состоянием датчика соотношения воздух-топливо или состоянием выхлопных газов вокруг датчика соотношения воздух-топливо, но затем этот выходной сигнал меняется. Поэтому, даже когда размещенный ниже по потоку датчик соотношения воздух-топливо становится неисправным из-за растрескавшегося элемента и т.д., иногда соотношение воздух-топливо на выходе датчика соотношения воздух-топливо на стороне выпуска временно меняется от стехиометрического соотношения воздух-топливо на богатое соотношение воздух-топливо. По этой причине, как было объяснено выше, при оценке исправности датчика соотношения воздух-топливо на стороне выпуска иногда, в итоге, может быть вынесена ошибочная оценка.

[0008] Поэтому, с учетом вышеописанной проблемы, задачей настоящего изобретения стало создание системы диагностики неисправности, способной с точностью оценить исправность датчика на стороне выпуска, который формирует соотношение воздух-топливо.

Решение задачи

[0009] Для решения вышеописанной задачи по первому объекту настоящего изобретения предлагается система диагностики неисправности датчика соотношения воздух-топливо, включающая в себя катализатор очистки выхлопных газов, расположенный в выхлопном канале двигателя внутреннего сгорания, датчик соотношения воздух-топливо, расположенный в упомянутом выхлопном канале по ходу потока выхлопных газов на стороне впуска упомянутого катализатора очистки выхлопных газов, датчик соотношения воздух-топливо, расположенный в упомянутом выхлопном канале по ходу потока выхлопных газов на стороне выпуска упомянутого катализатора очистки выхлопных газов, а также устройство для диагностики неисправности датчика соотношения воздух-топливо, размещенного ниже по потоку, на основе выходных сигналов упомянутых датчиков соотношения воздух-топливо, отличающаяся тем, что упомянутое устройство для диагностики выносит оценку, что датчик соотношения воздух-топливо, размещенный ниже по потоку, является исправным в том случае, когда соотношение воздух-топливо на выходе упомянутого датчика соотношения воздух-топливо, размещенного выше по потоку, становится богатым соотношением воздух-топливо, более богатым, чем стехиометрическое соотношение воздух-топливо, и когда таймер-счетчик для отсчета времени, в течение которого соотношение воздух-топливо на выходе упомянутого датчика соотношения воздух-топливо, размещенного ниже по потоку, становится богатым оценочным эталонным соотношением воздух-топливо, более богатым, чем стехиометрическое соотношение воздух-топливо, или меньше его, устанавливает заданное оценочное значение больше нуля.

[0010] По второму объекту изобретения предлагается первый объект изобретения, отличающийся тем, что устройство для диагностики меняет время прямого счета таймером-счетчиком, в соответствии со степенью обогащения, когда соотношение воздух-топливо на выходе датчика соотношения воздух-топливо, размещенного ниже по потоку, становится богатым оценочным эталонным соотношением воздух-топливо или меньше его.

[0011] По третьему объекту изобретения предлагается второй объект изобретения, отличающийся тем, что устройство для диагностики увеличивает время прямого счета таймером-счетчиком, чем больше степень обогащения, когда соотношение воздух-топливо на выходе датчика соотношения воздух-топливо, размещенного ниже по потоку, становится богатым оценочным эталонным соотношением воздух-топливо или меньше его.

[0012] По четвертому объекту изобретения предлагается первый объект изобретения, отличающийся тем, что устройство для диагностики меняет оценочное значение в соответствии со степенью обогащения, когда соотношение воздух-топливо на выходе датчика соотношения воздух-топливо, размещенного ниже по потоку, становится богатым оценочным эталонным соотношением воздух-топливо или меньше его.

[0013] По пятому объекту изобретения предлагается третий объект изобретения, отличающийся тем, что устройство для диагностики меняет оценочное значение таким образом, что оценочное значение становится тем меньше, чем больше степень обогащения, когда соотношение воздух-топливо на выходе датчика соотношения воздух-топливо, размещенного ниже по потоку, становится богатым оценочным эталонным соотношением воздух-топливо или меньше его.

[0014] По шестому объекту изобретения предлагается любой из упомянутых объектов изобретения с первого по пятый, отличающийся тем, что устройство для диагностики выносит оценку, что датчик соотношения воздух-топливо, размещенный ниже по потоку, является исправным, когда соотношение воздух-топливо на выходе датчика соотношения воздух-топливо, размещенного ниже по потоку, становится нормальным оценочным эталонным соотношением воздух-топливо, более богатым, чем богатое оценочное эталонное соотношение воздух-топливо, или меньше его, даже если показание таймер-счетчика меньше, чем оценочное значение.

[0015] По седьмому объекту изобретения предлагается любой из упомянутых объектов изобретения с первого по шестой, отличающийся тем, что упомянутая система дополнительно содержит устройство определения расхода потока для определения или расчета объемного расхода выхлопных газов на стороне выпуска, обтекающих датчик соотношения воздух-топливо, при этом устройство для диагностики меняет оценочное значение в соответствии с объемным расходом, который определяется или оценивается устройством определения расхода потока, когда соотношение воздух-топливо на выходе датчика соотношения воздух-топливо, размещенного ниже по потоку, становится богатым оценочным эталонным соотношением воздух-топливо или меньше его.

[0016] По восьмому объекту изобретения предлагается седьмой объект изобретения, отличающийся тем, что устройство для диагностики меняет оценочное значение таким образом, что оценочное значение становится тем меньше, чем больше объемный расход, рассчитываемый устройством определения расхода потока, когда соотношение воздух-топливо на выходе датчика соотношения воздух-топливо, размещенного ниже по потоку, становится богатым оценочным эталонным соотношением воздух-топливо или меньше его.

[0017] Для решения описанной выше проблемы по девятому объекту изобретения предлагается система диагностики неисправности датчика соотношения воздух-топливо, включающая в себя катализатор очистки выхлопных газов, расположенный в выхлопном канале двигателя внутреннего сгорания, датчик соотношения воздух-топливо, расположенный в выхлопном канале по потоку выхлопных газов на стороне впуска катализатора очистки выхлопных газов, датчик соотношения воздух-топливо, расположенный в выхлопном канале по ходу потока выхлопных газов на стороне выпуска катализатора очистки выхлопных газов, а также устройство для диагностики, которое использует выходные сигналы упомянутых датчиков соотношения воздух-топливо в качестве основы для диагностики неисправности датчика соотношения воздух-топливо, размещенного ниже по потоку, отличающаяся тем, что упомянутая система дополнительно содержит устройство определения расхода потока для определения или оценки объемного расхода выхлопных газов ниже по потоку, обтекающих датчик соотношения воздух-топливо, и в которой устройство для диагностики выносит оценку, что датчик соотношения воздух-топливо, размещенный ниже по потоку, является исправным в случае, когда соотношение воздух-топливо на выходе датчика соотношения воздух-топливо, размещенного выше по потоку, становится богатым соотношением воздух-топливо, более богатым, чем стехиометрическое соотношение воздух-топливо, и когда соотношение воздух-топливо на выходе датчика соотношения воздух-топливо, размещенного ниже по потоку, становится богатым оценочным эталонным соотношением воздух-топливо, более богатым, чем стехиометрическое соотношение воздух-топливо, или меньше его, а совокупное значение, которое определяется или оценивается устройством определения расхода потока, становится заданным оценочным значением большим нуля.

[0018] По 10-му объекту изобретения предлагается девятый объект изобретения, отличающийся тем, что устройство для диагностики меняет оценочное значение в соответствии со степенью обогащения, когда соотношение воздух-топливо на выходе датчика соотношения воздух-топливо, размещенного ниже по потоку, становится богатым оценочным эталонным соотношением воздух-топливо или меньше его.

[0019] По 11-му объекту изобретения предлагается девятый или 10-й объект изобретения, отличающийся тем, что устройство для диагностики выносит оценку, что датчик соотношения воздух-топливо, размещенный ниже по потоку, является исправным, даже когда совокупное значение меньше оценочного значения, когда соотношение воздух-топливо на выходе датчика соотношения воздух-топливо, размещенного ниже по потоку, становится нормальным оценочным эталонным соотношением воздух-топливо, более богатым, чем богатое оценочное эталонное соотношение воздух-топливо, или меньше его.

[0020] По 12-му объекту изобретения предлагается любой из упомянутых объектов изобретения с первого по 11-й, отличающийся тем, что устройство для диагностики выносит оценку о неисправности датчика соотношения воздух-топливо, размещенного ниже по потоку, в случае, когда соотношение воздух-топливо на выходе датчика соотношения воздух-топливо, размещенного выше по потоку, является богатым соотношением воздух-топливо, более богатым, чем стехиометрическое соотношение воздух-топливо, и когда соотношение воздух-топливо на выходе датчика соотношения воздух-топливо, размещенного ниже по потоку, меняется от соотношения воздух-топливо, которое богаче, чем бедное оценочное эталонное соотношение воздух-топливо, которое беднее, чем стехиометрическое соотношение воздух-топливо, на бедное оценочное эталонное соотношение воздух-топливо или больше его.

[0021] По 13-му объекту изобретения предлагается любой из упомянутых объектов изобретения с первого по 12-й, отличающийся тем, что система диагностики неисправности выполнена с возможностью активного управления целевым соотношением воздух-топливо в выхлопных газах, поступающих в катализатор очистки выхлопных газов, для активного управления богатым соотношением воздух-топливо, более богатым, чем стехиометрическое соотношение воздух-топливо, с тем, чтобы диагностировать неисправность датчика 40 соотношения воздух-топливо, размещенного выше по потоку, при этом устройство для диагностики вычисляет количество кислорода, которого недостаточно при попытке сделать соотношение воздух-топливо в выхлопных газах, поступающих в катализатор очистки выхлопных газов, стехиометрическим соотношением воздух-топливо из-за нехватки кислорода, а также приостанавливает активное управление, когда совокупное значение недостатка кислорода с момента активации активного управления достигает верхнего предельного значения максимального количества кислорода, накапливаемого в катализаторе очистки выхлопных газов, или больше его до того, как датчик соотношения воздух-топливо, размещенный ниже по потоку, будет оценен как исправный, либо как неисправный.

[0022] По 14-му объекту изобретения предлагается 13-й объект изобретения, отличающийся тем, что устройство для диагностики выносит оценку о неисправности датчика соотношения воздух-топливо, размещенного ниже по потоку, когда совокупное значение недостатка кислорода с момента запуска активного управления достигает верхнего предельного значения максимального количества кислорода, накапливаемого в катализаторе очистки выхлопных газов, или больше его до того, как датчик соотношения воздух-топливо, размещенный ниже по потоку, будет оценен как исправный, либо как неисправный.

[0023] По 15-му объекту изобретения предлагается 12-й или 13-й объект изобретения, отличающийся тем, что загорается сигнальная лампа, когда выносится оценка о неисправности датчика соотношения воздух-топливо, размещенного ниже по потоку.

Предпочтительные результаты изобретения

[0024] Согласно настоящему изобретению, предлагается система диагностики неисправности, которая может с точностью оценить исправность датчика соотношения воздух-топливо на стороне выпуска, в случае использования датчика на стороне выпуска, представляющего собой датчик соотношения воздух-топливо.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0025] На фиг. 1 представлен схематический вид двигателя внутреннего сгорания, в котором используется система диагностики неисправности согласно первому варианту осуществления изобретения.

На фиг. 2 представлен схематический вид в разрезе датчика соотношения воздух-топливо.

На фиг. 3 представлен график, иллюстрирующий взаимосвязь между напряжением, подаваемым на датчик, и выходным током при различном соотношении воздух-топливо в выхлопных газах.

На фиг. 4 представлен график, иллюстрирующий взаимосвязь между соотношением воздух-топливо в выхлопных газах и выходным током, когда напряжение становится постоянным.

На фиг. 5 представлена диаграмма накопления по времени количества кислорода в катализаторе очистки выхлопных газов, размещенном выше по потоку, в режиме обычной работы двигателя внутреннего сгорания.

На фиг. 6 представлен схематический вид в разрезе датчика соотношения воздух-топливо, который стал неисправным из-за растрескавшегося элемента.

На фиг. 7 представлена временная диаграмма соотношения воздух-топливо и т.д. на выходе датчика соотношения воздух-топливо в режиме активного управления.

На фиг. 8 представлен график, иллюстрирующий зависимость между объемным расходом выхлопных газов, которые обтекают датчик соотношения воздух-топливо на стороне выпуска, и соотношением воздух-топливо на выходе датчика соотношения воздух-топливо на стороне выпуска.

На фиг. 9 представлена временная диаграмма о соотношении воздух-топливо на выходе для отдельных датчиков соотношения воздух-топливо.

На фиг. 10 представлена временная диаграмма о соотношении воздух-топливо на выходе для отдельных датчиков соотношения воздух-топливо и таймер-счетчика.

На фиг. 11 представлена блок-схема последовательности операций при управлении диагностикой неисправности датчика соотношения воздух-топливо на стороне выпуска.

На фиг. 12 представлена блок-схема последовательности операций при управлении диагностикой неисправности датчика соотношения воздух-топливо на стороне выпуска.

На фиг. 13 представлена временная диаграмма о соотношении воздух-топливо на выходе для отдельных датчиков соотношения воздух-топливо, таймер-счетчик и время прямого отсчета.

На фиг. 14 представлена блок-схема последовательности операций при управлении диагностикой неисправности датчика соотношения воздух-топливо на стороне выпуска, по второму варианту осуществления изобретения.

На фиг. 15 представлена временная диаграмма о соотношении воздух-топливо на выходе для отдельных датчиков соотношения воздух-топливо и таймер-счетчик.

На фиг. 16 представлена блок-схема последовательности операций при управлении диагностикой неисправности датчика соотношения воздух-топливо на стороне выпуска, по третьему варианту осуществления изобретения.

На фиг. 17 представлен график, иллюстрирующий зависимость между объемным расходом выхлопных газов и оценочным значением таймер-счетчика.

На фиг. 18 представлена блок-схема последовательности операций при управлении диагностикой неисправности датчика соотношения воздух-топливо на стороне выпуска, по четвертому варианту осуществления изобретения.

На фиг. 19 представлена блок-схема последовательности операций при управлении диагностикой неисправности датчика соотношения воздух-топливо на стороне выпуска, по пятому варианту осуществления изобретения.

ОПИСАНИЕ ВАРИАНТА ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0026] Ниже будет подробно описан вариант осуществления настоящего изобретения со ссылкой на чертежи. Следует отметить, что в нижеследующем описании аналогичные составные элементы обозначены идентичными ссылочными позициями.

[0027] Описание двигателя внутреннего сгорания в целом

На фиг. 1 схематически представлен двигатель внутреннего сгорания, в котором используется система диагностики неисправности согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения. Ссылочными позициями на фиг. 1 обозначены: 1 - корпус двигателя, 2 - блок цилиндров, 3 - поршень, который совершает возвратно-поступательные движения внутри блока цилиндров 2, 4 - головка цилиндра, которая закреплена на блоке цилиндров 2, 5 - камера сгорания, которая выполнена между поршнем 3 и головкой цилиндра 4, 6 - впускной клапан, 7 - впускное окно, 8 - выпускной клапан и 9 - выпускное окно. Впускной клапан 6 открывает и закрывает впускное окно 7, в то время как выпускной клапан 8 открывает и закрывает выпускное окно 9.

[0028] Как показано на фиг. 1, в центральной части внутренней поверхности стенки головки цилиндра 4 размещена свеча зажигания 10, в то время как топливный инжектор 11 расположен на боковой части поверхности внутренней стенки головки цилиндра 4. Свеча зажигания 10 обеспечивает появление электрической искры по сигналу зажигания. Кроме того, по сигналу зажигания топливный инжектор 11 впрыскивает заданное количество топлива в камеру сгорания 5. Следует отметить, что топливный инжектор 11 может впрыскивать топливо внутрь впускного окна 7. Кроме того, в настоящем варианте осуществления изобретения, в качестве топлива используется бензин со стехиометрическим соотношением воздух-топливо 14,6. Тем не менее, в двигателе внутреннего сгорания, в котором применяется система диагностики по настоящему изобретению, может использоваться и другое топливо.

[0029] Впускное окно 7 каждого цилиндра соединено с уравнительным бачком 14 через соответствующий впускной патрубок 13, при этом уравнительный бачок 14 соединен с воздухоочистителем 16 через впускную трубку 15. Впускное окно 7, впускной патрубок 13, уравнительный бачок 14 и впускная трубка 15 образуют впускной канал. Кроме того, внутри впускной трубки 15 размещена дроссельная заслонка 18, которая приводится в действие от приводного механизма 17 дроссельной заслонки. Дроссельная заслонка 18 может управляться с помощью приводного механизмом 17 и, тем самым, менять площадь отверстия впускного канала.

[0030] С другой стороны, выпускное окно 9 каждого цилиндра соединено с выхлопным коллектором 19. Выхлопной коллектор 19 имеет множество патрубков, которые соединены с выпускными окнами 9 и головной частью, в которую эти патрубки сведены. Головная часть выхлопного коллектора 19 соединена с кожухом 21, размещенным выше по потоку, в который встроен катализатор 20 очистки выхлопных газов, размещенный выше по потоку. Кожух 21, размещенный выше по потоку, соединен через выхлопную трубу 22 с кожухом 23, размещенным ниже по потоку, который имеет встроенный в него катализатор 24 очистки выхлопных газов, размещенный ниже по потоку. Выпускное окно 9, выхлопной коллектор 19, кожух 21, размещенный выше по потоку, выхлопная труба 22 и кожух 23, размещенный ниже по потоку, образуют выхлопной канал.

[0031] Электронный блок управления (ЭБУ) 31 включает в себя цифровой компьютер с компонентами, которые соединены друг с другом через двунаправленную шину 32, например устройство ОЗУ (оперативное запоминающее устройство) 33, устройство ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) 34, ЦПУ (микропроцессор) 35, входной порт 36 и выходной порт 37. Во впускной трубке 15 выполнен анемометр 39 с возможностью определения объемного расхода потока, который проходит через впускную трубку 15. Выходной сигнал от упомянутого анемометра 39 поступает через соответствующий аналого-цифровой преобразователь 38 на входной порт 36. Кроме того, в головной части выхлопного коллектора 19 расположен датчик 40 соотношения воздух-топливо на стороне впуска, который определяет соотношение воздух-топливо в выхлопных газах, проходящих через внутреннюю часть выхлопного коллектора 19 (то есть в выхлопных газах, которые поступают в катализатор 20 очистки выхлопных газов, размещенный выше по потоку). Кроме того, в выхлопной трубе 22 выполнен датчик 41 соотношения воздух-топливо на стороне выпуска, который определяет соотношение воздух-топливо в выхлопных газах, проходящих через внутреннюю часть выхлопной трубы 22 (то есть выхлопные газы, которые вытекают из катализатора 20 очистки выхлопных газов, размещенного выше по потоку, и поступают в катализатор 24 очистки выхлопных газов, размещенный ниже по потоку). Выходные сигналы от датчиков 40 и 41 соотношения воздух-топливо также поступают через соответствующие АЦ преобразователи 38 на входной порт 36. Следует отметить, что конфигурация этих датчиков 40 и 41 соотношения воздух-топливо будет описана далее.

[0032] Дополнительно, педаль акселератора 42 соединена датчиком 43 нагрузки, который генерирует выходное напряжение пропорционально силе нажатия на педаль акселератора 42. Выходное напряжение датчика 43 нагрузки поступает на входной порт 36 через соответствующий АЦ преобразователь 38. Датчик 44 угла поворота коленвала генерирует выходной импульс каждый раз, когда, например, коленвал поворачивается на 15 градусов. Этот выходной импульс подается на входной порт 36. ЦПУ 35 подсчитывает число оборотов двигателя на основе выходного импульса упомянутого датчика 44 угла поворота коленвала. С другой стороны, выходной порт 37 соединен через соответствующие схемы управления приводом 45 со свечами зажигания 10, топливными инжекторами 11 и приводным механизмом 17 дроссельной заслонки. Следует отметить, что блок ЭБУ 31 работает в качестве система диагностики неисправности в двигателе внутреннего сгорания (в частности, катализатор 20 очистки выхлопных газов, размещенный выше по потоку, и катализатор 24 очистки выхлопных газов, размещенный ниже по потоку).

[0033] Катализаторы 20 и 24 очистки выхлопных газов представляют собой трехкомпонентные катализаторы, способные накапливать кислород. В частности, катализаторы 20 и 24 очистки выхлопных газов выполнены в виде носителей из керамики, на которые нанесен благородный металл, обладающий каталитическим действием (например, платина (Pt)), и вещество, обладающее способностью накапливать кислород (например, оксид церия (CeO₂)). Катализаторы 20 и 24 очистки выхлопных газов обладают каталитическим действием одновременного удаления несгоревших газов (НС, СО и т.д.) и окислов азота (NO_X) при достижении заданной температуры активации и, кроме того, способностью накапливать кислород.

[0034] Функционально, катализаторы 20 и 24 очистки выхлопных газов способны накапливать кислород в выхлопных газах, когда соотношение воздух-топливо в выхлопных газах, которые поступают в катализаторы 20 и 24 очистки выхлопных газов, становится беднее, чем стехиометрическое соотношение воздух-топливо (далее именуемое как «бедное соотношение воздух-топливо»). С другой стороны, катализаторы 20 и 24 очистки выхлопных газов высвобождают кислород, который накапливается в катализаторах 20 и 24 очистки выхлопных газов, когда притекающие выхлопные газы имеют соотношение воздух-топливо более богатое, чем стехиометрическое соотношение воздух-топливо (далее именуемое как «богатое соотношение воздух-топливо»). В результате, до тех пор, пока у катализаторов 20 и 24 очистки выхлопных газов поддерживается способность к накоплению кислорода, выхлопные газы, вытекающие из упомянутых катализаторов 20 и 24, имеют, по существу, стехиометрическое соотношение воздух-топливо вне зависимости от соотношения воздух-топливо в выхлопных газах, притекающих в катализаторы 20 и 24 очистки выхлопных газов.

[0035] Описание датчика соотношения воздух-топливо

В настоящем варианте осуществления изобретения в качестве датчиков 40 и 41 соотношения воздух-топливо используются датчики соотношения воздух-топливо предельного тока чашечного типа. Для простого пояснения конструкции датчиков 40 и 41 соотношения воздух-топливо используется фиг. 2. Каждый из датчиков 40 и 41 соотношения воздух-топливо имеет слой 51 из твердого электролита, электрод 52 со стороны выпуска, расположенный на боковой поверхности датчика, электрод 53 со стороны впуска, расположенный на другой боковой поверхности датчика, слой 54 регулирования стабилизации, который стабилизирует диффузию протекающих выхлопных газов, камеру 55 эталонного газа и нагревательную часть 56, подогревающую датчик 40 или 41 соотношения воздух-топливо.

[0036] В частности, в каждом из датчиков 40 и 41 соотношения воздух-топливо чашечного типа по настоящему варианту осуществления изобретения слой 51 из твердого электролита имеет цилиндрическую форму с одним закрытым концом. Внутри камеры 55 эталонного газа, которая выполнена внутри него и куда поступает атмосферный воздух, установлена нагревательная часть 56. На внутренней поверхности слоя 51 из твердого электролита со стороны впуска выполнен электрод 53; на внешней поверхности со стороны выпуска выполнен электрод 52. На внешних поверхностях слоя 51 из твердого электролита и электрода 52 со стороны выпуска выполнен слой 54 регулирования стабилизации с целью их накрытия. Следует отметить, что поверх слоя 54 регулирования стабилизации может располагаться защитный слой (не показан) для предотвращения осаждения жидкости и т.д. на поверхности слоя 54 регулирования стабилизации.

[0037] Слой 51 из твердого электролита выполнен как спеченное тело ZrO₂ (диоксид циркония), HfO₂, ThO₂, Bi₂O₃ или других ионов оксида, проводящих кислород, в которое добавляют CaO, MgO, Y₂O₃, Yb₂O₃, и т.д. в качестве стабилизатора. Кроме того, слой 54 регулирования стабилизации формируют из пористого спеченного оксида алюминия, оксида магния, диоксида кремния, шпинели, муллита или другого термостойкого неорганического вещества. Кроме того, электрод 52 со стороны выпуска и электрод 53 со стороны впуска изготовлены из платины или другого благородного металла с высокой каталитической активностью.

[0038] Кроме того, размещенный между электродом 52 со стороны выпуска и электродом 53 со стороны впуска датчик напряжения V запитан от регулятора напряжения 60, который входит в состав блока ЭБУ 31. Более того, блок ЭБУ 31 оснащен детектором тока 61, который регистрирует ток, проходящий между электродами 52 и 53 через слой 51 из твердого электролита, когда регулятор напряжения 60 подает питание на датчик напряжения. Ток, зарегистрированный детектором тока 61, представляет собой выходной ток от датчиков 40 и 41 соотношения воздух-топливо.

[0039] Выполненные таким образом датчики 40 и 41 соотношения воздух-топливо имеют приведенную на фиг. 3 вольт-амперную характеристику (V-I). Как показано на фиг. 3, выходной ток (I) становится тем больше, чем выше (беднее) соотношение воздух-топливо в выхлопных газах. Кроме того, по линии V-I каждого соотношения воздух-топливо в выхлопных газах имеется область, параллельная оси V, то есть область, где выходной ток не будет изменяться вообще, даже если меняется напряжение на выходе датчика. Эта область напряжения называется «областью предельного тока». Такой ток называют «предельным током». На фиг. 3 область предельного тока и предельный ток, когда соотношение воздух-топливо в выхлопных газах составляет 18, обозначены как W₁₈ и I₁₈ соответственно.

[0040] На фиг. 4 представлен график, иллюстрирующий взаимосвязь между соотношением воздух-топливо в выхлопных газах и выходным током I, когда напряжение становится постоянным и составляет около 0,45 V. Как видно на фиг. 4, в датчиках 40 и 41 соотношения воздух-топливо, чем выше становится соотношение воздух-топливо в выхлопных газах (то есть чем оно беднее), тем больше выходной ток I у датчиков 40 и 41 соотношения воздух-топливо. Кроме того, датчики 40 и 41 соотношения воздух-топливо выполнены так, что выходной ток I становится нулевым, когда соотношение воздух-топливо в выхлопных газах становится стехиометрическим соотношением воздух-топливо. Кроме того, когда соотношение воздух-топливо в выхлопных газах становится больше на некоторую величину или больше его, либо когда оно становится меньше на некоторую величину или больше ее, отношение изменения выходного тока к изменению соотношения воздух-топливо в выхлопных газах становится меньше.

[0041] Следует отметить, что в приведенном выше примере в качестве датчиков 40 и 41 соотношения воздух-топливо использованы датчики соотношения воздух-топливо предельного тока такой конструкции, как приведено на фиг. 2. Тем не менее, в качестве датчика 40 соотношения воздух-топливо, размещенного выше по потоку, например, также может применяться датчик соотношения воздух-топливо предельного тока слоистого типа или датчик соотношения воздух-топливо предельного тока другой конструкции, либо датчик соотношения воздух-топливо непредельного тока, или любой другой тип датчика соотношения воздух-топливо.

[0042] Основной режим управления

В двигателе внутреннего сгорания, который выполнен таким образом, выходные сигналы датчика 40 соотношения воздух-топливо на стороне впуска и датчика 41 соотношения воздух-топливо на стороне выпуска используются в качестве основы для установления количества впрыскиваемого топлива из топливного инжектора 11 таким образом, что соотношение воздух-топливо в выхлопных газах, которые поступают в катализатор 20 очистки выхлопных газов, размещенный выше по потоку, становится оптимальным соотношением воздух-топливо для основного режима работы двигателя. В качестве способа установления упомянутого количества впрыскиваемого топлива используется выходной сигнал от датчика 40 соотношения воздух-топливо на стороне впуска в качестве основы для регулирования соотношения воздух-топливо в выхлопных газах, которые поступают в катализатор 20 очистки выхлопных газов, размещенный выше по потоку (или целевое соотношение воздух-топливо в выхлопных газах, которые выходят из двигателя), чтобы стать целевым соотношением воздух-топливо, а также используется выходной сигнал от датчика 41 соотношения воздух-топливо на стороне выпуска в качестве основы для корректировки выходного сигнала от датчика 40 соотношения воздух-топливо на стороне впуска, или изменения целевого соотношения воздух-топливо.

[0043] Со ссылкой на фиг. 5 будет пояснен пример такого регулирования целевого соотношения воздух-топливо. На фиг. 5 представлена временная диаграмма индексов во время обычного режима работы (нормального режима управления) двигателя внутреннего сгорания, таких как накопленное количество кислорода в катализаторе очистки выхлопных газов, размещенном выше по потоку, целевое соотношение воздух-топливо, соотношение воздух-топливо на выходе датчика соотношения воздух-топливо на стороне впуска и соотношение воздух-топливо на выходе датчика соотношения воздух-топливо на стороне выпуска. Следует отметить, что «соотношение воздух-топливо на выходе» означает соотношение воздух-топливо, которое соответствует выходному сигналу датчика соотношения воздух-топливо. Кроме того, «во время обычного режима работы (нормальный режим управления)» означает рабочее состояние (состояние управления), когда отсутствует управление корректировкой количества впрыскиваемого топлива в зависимости от конкретного рабочего состояния двигателя внутреннего сгорания (например, корректировка увеличения количества впрыскиваемого топлива, которая применяется при ускорении транспортного средства, на котором установлен двигатель внутреннего сгорания; позже будет пояснено управление отсечкой подачи топлива и т.д.).

[0044] В прим