Устройство управления для двигателя внутреннего сгорания

Устройство управления для двигателя внутреннего сгорания

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

Изобретение относится к устройству управления для двигателя внутреннего сгорания.

Уровень техники

Традиционно, широко известен двигатель внутреннего сгорания, в котором катализатор для управления выделением выхлопных газов предоставляется в выхлопном канале двигателя внутреннего сгорания, датчик состава смеси "воздух-топливо", предоставляется на стороне поступления потока газов этого катализатора для управления выделением выхлопных газов в направлении протекания выхлопных газов, и кислородный датчик предоставляется на стороне отведения потока газов этого катализатора для управления выделением выхлопных газов в направлении протекания выхлопных газов. Устройство управления для такого двигателя внутреннего сгорания управляет объемом топлива, подаваемого в двигатель внутреннего сгорания, на основе вывода каждого из этого датчика состава смеси "воздух-топливо" и кислородного датчика.

В качестве устройства управления для такого двигателя внутреннего сгорания, например, известно устройство управления, которое выполняет следующее управление. Когда вывод кислородного датчика инвертируется со значения, указывающего более обогащенный состав смеси "воздух-топливо" (в дальнейшем в этом документе, называемый "обогащенным составом смеси "воздух-топливо""), чем теоретический состав смеси "воздух-топливо", на значение, указывающее более обедненный состав смеси "воздух-топливо" (в дальнейшем в этом документе, называемый "обедненным составом смеси "воздух-топливо""), чем теоретический состав смеси "воздух-топливо", целевой состав смеси "воздух-топливо" выхлопного газа, который протекает в катализатор для управления выделением выхлопных газов, задается равным обогащенному составу смеси "воздух-топливо". С другой стороны, когда вывод кислородного датчика инвертируется со значения, указывающего обедненный состав смеси "воздух-топливо", на значение, указывающее обогащенный состав смеси "воздух-топливо", целевой состав смеси "воздух-топливо" задается равным обедненному составу смеси "воздух-топливо" (см., например, публикацию заявки на патент Японии № 2008-075495 (JP 2008-075495 А)).

В частности, в устройстве управления, описанном в JP 2008-075495 А, значение интегрирования отклонения вычисляется посредством интегрирования значения, которое соответствует отклонению между выходным значением кислородного датчика и опорным значением, соответствующим целевому составу смеси "воздух-топливо". Помимо этого, состав смеси "воздух-топливо" управляется на основе такого вычисленного значения интегрирования отклонения таким образом, что состав смеси "воздух-топливо" выхлопного газа, протекающего в катализатор для управления выделением выхлопных газов, соответствует целевому составу смеси "воздух-топливо". Затем, в случае, если вывод кислородного датчика не инвертируется снова даже после того, как указанный период истек с момента инверсии вывода кислородного датчика, распознанное значение корректируется. Согласно JP 2008-075495 А, вследствие вышеуказанного управления, даже когда распознанное значение существенно отклоняется от соответствующего значения, оно может быстро сходиться к соответствующему значению.

Сущность изобретения

Между тем, авторы настоящего изобретения предлагают следующее устройство управления для двигателя внутреннего сгорания. В этом устройстве управления объем впрыска топлива, поданный в камеру сгорания двигателя внутреннего сгорания, подвергается управлению с обратной связью таким образом, что состав смеси "воздух-топливо" выхлопного газа, протекающего в катализатор для управления выделением выхлопных газов, становится целевым составом смеси "воздух-топливо". Целевой состав смеси "воздух-топливо" переключается на обедненный состав смеси "воздух-топливо", когда состав смеси "воздух-топливо", обнаруженный посредством датчика состава смеси "воздух-топливо" на стороне отведения потока газов, становится равным или меньшим состава смеси "воздух-топливо" для определения обогащенной стороны, который является более обогащенным, чем теоретический состав смеси "воздух-топливо". После этого, когда накопленный объем кислорода катализатора для управления выделением выхлопных газов становится равным или превышающим указанный опорный накопленный объем для переключения, целевой состав смеси "воздух-топливо" переключается на обогащенный состав смеси "воздух-топливо". Таким образом, могут подавляться вытекания NOx и кислорода из катализатора для управления выделением выхлопных газов.

Помимо этого, авторы настоящего изобретения предлагают, чтобы в устройстве управления для выполнения такого управления и т.п., выполнялось управление с распознаванием для коррекции выходного состава смеси "воздух-топливо" датчика состава смеси "воздух-топливо" на стороне отведения потока газов. При этом управлении с распознаванием, вычисляется интегрированное значение объема кислорода на обедненной стороне, причем интегрированное значение объема кислорода на обедненной стороне является абсолютным значением интегрированного избыточного/недостаточного объема кислорода в период увеличения объема кислорода, который проходит со времени, в которое целевой состав смеси "воздух-топливо" переключается на обедненный состав смеси "воздух-топливо", до времени, в которое оценивается то, что накопленный объем кислорода катализатора для управления выделением выхлопных газов становится равным или превышающим опорный накопленный объем для переключения. Кроме того, вычисляется интегрированное значение объема кислорода на обогащенной стороне, причем интегрированное значение объема кислорода на обогащенной стороне является абсолютным значением интегрированного избыточного/недостаточного объема кислорода в период уменьшения объема кислорода, который проходит со времени, в которое целевой состав смеси "воздух-топливо" переключается на обогащенный состав смеси "воздух-топливо", до времени, в которое состав смеси "воздух-топливо", обнаруженный посредством датчика состава смеси "воздух-топливо" на стороне отведения потока газов, становится равным или меньшим состава смеси "воздух-топливо" для определения обогащенной стороны. Затем, выходной состав смеси "воздух-топливо" датчика состава смеси "воздух-топливо" на стороне поступления потока газов и т.п. корректируется на основе интегрированного значения объема кислорода на обедненной стороне и интегрированного значения объема кислорода на обогащенной стороне таким образом, что разность между этим интегрированным значением объема кислорода на обедненной стороне и интегрированным значением объема кислорода на обогащенной стороне становится небольшой. Таким образом, может компенсироваться отклонение, возникающее в выходном составе смеси "воздух-топливо" датчика состава смеси "воздух-топливо" на стороне поступления потока газов.

Между тем, в ходе выполнения вышеописанного регулирования состава смеси "воздух-топливо" предусмотрен случай, в котором состав смеси "воздух-топливо" выхлопного газа, вытекающего из катализатора для управления выделением выхлопных газов, поддерживается в качестве обогащенного состава смеси "воздух-топливо" даже после того, как целевой состав смеси "воздух-топливо" переключается с обогащенного состава смеси "воздух-топливо" на обедненный состав смеси "воздух-топливо", и накопленный объем кислорода катализатора для управления выделением выхлопных газов становится равным или превышающим опорный накопленный объем для переключения. Причина возникновения такой ситуации, например, заключается в следующем. Даже когда состав смеси "воздух-топливо" выхлопного газа, протекающего в катализатор для управления выделением выхлопных газов, становится обедненным составом смеси "воздух-топливо" после того, как выхлопной газ в обогащенном составе смеси "воздух-топливо", степень обогащенности которого является относительно высокой, протекает в катализатор для управления выделением выхлопных газов, очистка несгоревшего газа не проводится быстро в катализаторе для управления выделением выхлопных газов, и в силу этого несгоревший газ, возможно, продолжает вытекать из катализатора для управления выделением выхлопных газов некоторое время.

Как описано выше, состав смеси "воздух-топливо" выхлопного газа, вытекающего из катализатора для управления выделением выхлопных газов, поддерживается в качестве обогащенного состава смеси "воздух-топливо" даже после того, как накопленный объем кислорода катализатора для управления выделением выхлопных газов становится равным или превышающим опорный накопленный объем для переключения. В таком случае, когда целевой состав смеси "воздух-топливо" переключается с обедненного состава смеси "воздух-топливо" на обогащенный состав смеси "воздух-топливо", выходной состав смеси "воздух-топливо" датчика состава смеси "воздух-топливо" на стороне отведения потока газов становился равным или меньшим состава смеси "воздух-топливо" для определения обогащенной стороны. Соответственно, целевой состав смеси "воздух-топливо" переключается обратно на обедненный состав смеси "воздух-топливо" сразу после переключения на обогащенный состав смеси "воздух-топливо". В случае если целевой состав смеси "воздух-топливо" переключается на обогащенный состав смеси "воздух-топливо", как описано выше, выхлопной газ при обогащенном составе смеси "воздух-топливо" протекает в катализатор для управления выделением выхлопных газов, в то время как несгоревший газ продолжает вытекать из катализатора для управления выделением выхлопных газов. Как результат, продлевается период, в течение которого выхлопной газ, содержащий несгоревший газ, продолжает вытекать из катализатора для управления выделением выхлопных газов.

Кроме того, когда управление с распознаванием, как описано выше, выполняется, период уменьшения объема кислорода становится гораздо меньшим периода увеличения объема кислорода. Как результат, интегрированное значение объема кислорода на обогащенной стороне становится гораздо меньшим интегрированного значения объема кислорода на обедненной стороне, и выходной состав смеси "воздух-топливо" датчика состава смеси "воздух-топливо" на стороне отведения потока газов и т.п. корректируется на основе разности между ними. Тем не менее, как описано выше, предусмотрен случай, в котором состав смеси "воздух-топливо" выхлопного газа поддерживается в качестве обогащенного состава смеси "воздух-топливо", поскольку очистка несгоревшего газа не проводится быстро в катализаторе для управления выделением выхлопных газов. В этом случае, отклонение не возникает в выходном составе смеси "воздух-топливо" датчика состава смеси "воздух-топливо" на стороне поступления потока газов. Соответственно, если выходной состав смеси "воздух-топливо" датчика состава смеси "воздух-топливо" на стороне поступления потока газов и т.п. корректируется посредством управления с распознаванием в таком случае, выполняется ошибочное распознавание.

Изобретение предоставляет устройство управления для двигателя внутреннего сгорания, которое подавляет непреднамеренную флуктуацию в целевом составе смеси "воздух-топливо" в случае, если выполняется регулирование состава смеси "воздух-топливо", как описано выше. Помимо этого, изобретение предоставляет устройство управления для двигателя внутреннего сгорания, которое подавляет ошибочное распознавание в случае, если выполняется управление с распознаванием, как описано выше.

Предусмотрено устройство управления для двигателя внутреннего сгорания согласно одному аспекту изобретения. Двигатель внутреннего сгорания включает в себя катализатор для управления выделением выхлопных газов и датчик состава смеси "воздух-топливо" на стороне отведения потока газов. Катализатор для управления выделением выхлопных газов размещается в выхлопном канале двигателя внутреннего сгорания. Катализатор для управления выделением выхлопных газов выполнен с возможностью накапливать кислород. Датчик состава смеси "воздух-топливо" на стороне отведения потока газов размещается на стороне отведения потока газов катализатора для управления выделением выхлопных газов в направлении протекания выхлопных газов в выхлопном канале. Датчик состава смеси "воздух-топливо" на стороне отведения потока газов выполнен с возможностью обнаруживать состав смеси "воздух-топливо" выхлопного газа, вытекающего из катализатора для управления выделением выхлопных газов. Устройство управления включает в себя электронный модуль управления. Электронный модуль управления выполнен с возможностью: (i) выполнять управление с обратной связью объемом подачи топлива, поданного в камеру сгорания двигателя внутреннего сгорания, таким образом, что состав смеси "воздух-топливо" выхлопного газа, протекающего в катализатор для управления выделением выхлопных газов, становится целевым составом смеси "воздух-топливо"; (ii) задавать целевой состав смеси "воздух-топливо" равным обедненному составу смеси "воздух-топливо", который является более обедненным, чем теоретический состав смеси "воздух-топливо" со времени, в которое выходной состав смеси "воздух-топливо" датчика состава смеси "воздух-топливо" на стороне отведения потока газов становится равным или меньшим состава смеси "воздух-топливо" для определения обогащенной стороны, который является более обогащенным, чем теоретический состав смеси "воздух-топливо", до времени, в которое накопленный объем кислорода катализатора для управления выделением выхлопных газов становится равным или превышающим указанный опорный накопленный объем для переключения, который меньше максимального накапливаемого объема кислорода, и выходной состав смеси "воздух-топливо" датчика состава смеси "воздух-топливо" на стороне отведения потока газов становится выше состава смеси "воздух-топливо" для определения обогащенной стороны; и (iii) задавать целевой состав смеси "воздух-топливо" равным обогащенному составу смеси "воздух-топливо", который является более обогащенным, чем теоретический состав смеси "воздух-топливо" после того, как накопленный объем кислорода катализатора для управления выделением выхлопных газов становится равным или превышающим указанный опорный накопленный объем для переключения, и выходной состав смеси "воздух-топливо" датчика состава смеси "воздух-топливо" на стороне отведения потока газов становится выше состава смеси "воздух-топливо" для определения обогащенной стороны.

В устройстве управления согласно вышеуказанному аспекту, электронный модуль управления может быть выполнен с возможностью задавать степень обедненности целевого состава смеси "воздух-топливо" таким образом, что степень обедненности целевого состава смеси "воздух-топливо" в случае, если накопленный объем кислорода катализатора для управления выделением выхлопных газов становится равным или превышающим опорный накопленный объем для переключения после того, как целевой состав смеси "воздух-топливо" переключается на обедненный состав смеси "воздух-топливо", и выходной состав смеси "воздух-топливо" датчика состава смеси "воздух-топливо" на стороне отведения потока газов равен или меньше состава смеси "воздух-топливо" для определения обогащенной стороны, выше степени обедненности целевого состава смеси "воздух-топливо" в случае, если накопленный объем кислорода меньше опорного накопленного объема для переключения.

В устройстве управления согласно вышеуказанному аспекту, электронный модуль управления может быть выполнен с возможностью задавать степень обедненности цели таким образом, что степень обедненности целевого состава смеси "воздух-топливо" является более высокой по мере того, как понижается выходной состав смеси "воздух-топливо" датчика состава смеси "воздух-топливо" на стороне отведения потока газов.

В устройстве управления согласно вышеуказанному аспекту, электронный модуль управления может быть выполнен с возможностью задавать целевой состав смеси "воздух-топливо" равным обогащенному составу смеси "воздух-топливо", который является более обогащенным, чем теоретический состав смеси "воздух-топливо" со времени, в которое накопленный объем кислорода катализатора для управления выделением выхлопных газов становится равным или превышающим указанный опорный накопленный объем для переключения, и выходной состав смеси "воздух-топливо" датчика состава смеси "воздух-топливо" на стороне отведения потока газов становится выше состава смеси "воздух-топливо" для определения обогащенной стороны.

В устройстве управления согласно вышеуказанному аспекту, электронный модуль управления может быть выполнен с возможностью осуществлять управление с распознаванием для коррекции параметра, связанного с управлением с обратной связью на основе выходного состава смеси "воздух-топливо" датчика состава смеси "воздух-топливо" на стороне отведения потока газов. Электронный модуль управления может быть выполнен с возможностью вычислять первое интегрированное значение объема кислорода. Первое интегрированное значение объема кислорода может быть абсолютным значением интегрированного избыточного/недостаточного объема кислорода в первый период, который проходит со времени, в которое целевой состав смеси "воздух-топливо" задается равным обедненному составу смеси "воздух-топливо", до времени, в которое оценивается то, что накопленный объем кислорода катализатора для управления выделением выхлопных газов становится равным или превышающим опорный накопленный объем для переключения. Электронный модуль управления может быть выполнен с возможностью вычислять второе интегрированное значение объема кислорода. Второе интегрированное значение объема кислорода может быть абсолютным значением интегрированного избыточного/недостаточного объема кислорода во второй период, который проходит со времени, в которое целевой состав смеси "воздух-топливо" задается равным обогащенному составу смеси "воздух-топливо", до времени, в которое выходной состав смеси "воздух-топливо" датчика состава смеси "воздух-топливо" на стороне отведения потока газов становится равным или меньшим состава смеси "воздух-топливо" для определения обогащенной стороны. Электронный модуль управления может быть выполнен с возможностью корректировать параметр, связанный с управлением с обратной связью в качестве управления с распознаванием, таким образом, что разность между первым интегрированным значением объема кислорода и вторым интегрированным значением объема кислорода снижается.

В устройстве управления согласно вышеуказанному аспекту, электронный модуль управления может быть выполнен с возможностью корректировать параметр, связанный с управлением с обратной связью, таким образом, что состав смеси "воздух-топливо" выхлопного газа, протекающего в катализатор для управления выделением выхлопных газов, в случае если накопленный объем кислорода катализатора для управления выделением выхлопных газов становится равным или превышающим опорный накопленный объем для переключения после того, как целевой состав смеси "воздух-топливо" переключается на обедненный состав смеси "воздух-топливо", и выходной состав смеси "воздух-топливо" датчика состава смеси "воздух-топливо" на стороне отведения потока газов равен или меньше состава смеси "воздух-топливо" для определения обогащенной стороны, является более обедненным, чем состав смеси "воздух-топливо" в случае, если накопленный объем кислорода меньше опорного накопленного объема для переключения.

Согласно устройству управления для двигателя внутреннего сгорания согласно вышеуказанному аспекту, можно подавлять непреднамеренную флуктуацию в целевом составе смеси "воздух-топливо" в случае, если, как описано выше, выполняется регулирование состава смеси "воздух-топливо".

Краткое описание чертежей

Ниже описываются признаки, преимущества и техническая и промышленная значимость примерных вариантов осуществления изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых аналогичные номера обозначают аналогичные элементы, и на которых:

Фиг. 1 является схематичным видом двигателя внутреннего сгорания, для которого используется устройство управления изобретения;

Фиг. 2A является графиком для показа взаимосвязи между накопленным объемом кислорода катализатора для управления выделением выхлопных газов и концентрацией NOx в выхлопном газе, вытекающем из катализатора для управления выделением выхлопных газов;

Фиг. 2B является графиком для показа взаимосвязи между накопленным объемом кислорода катализатора для управления выделением выхлопных газов и концентрациями HC, CO в выхлопном газе, вытекающем из катализатора для управления выделением выхлопных газов;

Фиг. 3 является графиком для показа взаимосвязи между приложенным напряжением датчика при каждом составе отработанной смеси "воздух-топливо" и выходным током;

Фиг. 4 является графиком для показа взаимосвязи между составом отработанной смеси "воздух-топливо" и выходным током, когда приложенное напряжение датчика является постоянным;

Фиг. 5 включает в себя временные диаграммы величины коррекции состава смеси "воздух-топливо" и т.п., когда выполняется регулирование состава смеси "воздух-топливо";

Фиг. 6 включает в себя временные диаграммы величины коррекции состава смеси "воздух-топливо" и т.п., когда выполняется регулирование состава смеси "воздух-топливо";

Фиг. 7 включает в себя временные диаграммы величины коррекции состава смеси "воздух-топливо" и т.п., когда отклонение возникает в выходном значении датчика состава смеси "воздух-топливо" на стороне поступления потока газов;

Фиг. 8 включает в себя временные диаграммы величины коррекции состава смеси "воздух-топливо" и т.п., когда отклонение возникает в выходном значении датчика состава смеси "воздух-топливо" на стороне поступления потока газов;

Фиг. 9 включает в себя временные диаграммы величины коррекции состава смеси "воздух-топливо" и т.п., когда выполняется нормальное управление с распознаванием;

Фиг. 10 включает в себя временные диаграммы величины коррекции состава смеси "воздух-топливо" и т.п., когда выполняется управление отсечкой топлива;

Фиг. 11 включает в себя временные диаграммы величины коррекции состава смеси "воздух-топливо" и т.п., когда выполняется регулирование состава смеси "воздух-топливо" этого варианта осуществления;

Фиг. 12 является графиком для показа взаимосвязи между выходным составом смеси "воздух-топливо" датчика состава смеси "воздух-топливо" на стороне отведения потока газов и величиной коррекции для задания более обедненной стороны;

Фиг. 13 является функциональной блок-схемой устройства управления;

Фиг. 14 является блок-схемой последовательности операций способа для управляющей процедуры управления вычислением величины коррекции состава смеси "воздух-топливо";

Фиг. 15 является блок-схемой последовательности операций способа для управляющей процедуры нормального управления с распознаванием;

Фиг. 16 включает в себя временные диаграммы величины коррекции состава смеси "воздух-топливо" и т.п., когда большая флуктуация возникает в датчике состава смеси "воздух-топливо" на стороне поступления потока газов;

Фиг. 17 включает в себя временные диаграммы величины коррекции состава смеси "воздух-топливо" и т.п., когда выполняется оставшееся управление с распознаванием; и

Фиг. 18 является блок-схемой последовательности операций способа для управляющей процедуры оставшегося управления с распознаванием.

Подробное описание вариантов осуществления изобретения

Далее приводится подробное описание вариантов осуществления изобретения со ссылкой на чертежи. Следует отметить, что аналогичные компоненты обозначаются посредством идентичных ссылок с номерами в нижеприведенном описании.

Фиг. 1 является схематичным видом двигателя внутреннего сгорания, для которого используется устройство управления изобретения. На фиг. 1, 1 обозначает корпус двигателя, 2 обозначает блок цилиндров, 3 обозначает поршень, который совершает возвратно-поступательное движение в блоке 2 цилиндров, 4 обозначает головку блока цилиндров, закрепленную на блоке 2 цилиндров, 5 обозначает камеру сгорания, сформированную между поршнем 3 и головкой 4 блока цилиндров, 6 обозначает впускной клапан, 7 обозначает впускной порт, 8 обозначает выхлопной клапан, и 9 обозначает выхлопной порт. Впускной клапан 6 открывает или закрывает впускной порт 7, и выхлопной клапан 8 открывает или закрывает выхлопной порт 9.

Как показано на фиг. 1, свеча 10 зажигания размещается в центре внутренней поверхности стенки головки 4 блока цилиндров, и клапан 11 впрыска топлива размещается в периферии внутренней поверхности стенки головки 4 блока цилиндров. Свеча 10 зажигания сконфигурирована с возможностью формировать искру в соответствии с сигналом зажигания. Клапан 11 впрыска топлива впрыскивает указанный объем топлива в камеру 5 сгорания в соответствии с сигналом впрыска. Следует отметить, что клапан 11 впрыска топлива может быть выполнен с возможностью впрыскивать топливо во впускной порт 7. В этом варианте осуществления, бензин, теоретический состав смеси "воздух-топливо" которого составляет 14,6, используется в качестве топлива. Тем не менее, другой тип топлива может использоваться для двигателя внутреннего сгорания этого варианта осуществления.

Впускной порт 7 каждого цилиндра соединяется с расширительным бачком 14 через соответствующий впускной патрубок 13, и расширительный бачок 14 соединяется с воздушным фильтром 16 через впускную трубу 15. Впускной порт 7, впускной патрубок 13, расширительный бачок 14 и впускная труба 15 формируют впускной канал. Помимо этого, дроссельный клапан 18, который приводится в действие посредством актуатора 17 приведения в действие дроссельного клапана, размещается во впускной трубе 15. Дроссельный клапан 18 поворачивается посредством актуатора 17 приведения в действие дроссельного клапана, с тем чтобы иметь возможность изменять область открытия впускного канала.

Между тем, выхлопной порт 9 каждого цилиндра соединяется с выхлопным коллектором 19. Выхлопной коллектор 19 имеет несколько разветвленных секций, соединенных, соответственно, с выхлопными портами 9, и агрегированную секцию, в которой эти разветвленные секции агрегированы. Агрегированная секция выхлопного коллектора 19 соединяется с кожухом 21 на стороне поступления потока газов, в котором устанавливается катализатор 20 для управления выделением выхлопных газов на стороне поступления потока газов. Кожух 21 на стороне поступления потока газов соединяется с кожухом 23 на стороне отведения потока газов, в котором катализатор 24 для управления выделением выхлопных газов на стороне отведения потока газов устанавливается через выхлопную трубу 22. Выхлопной порт 9, выхлопной коллектор 19, кожух 21 на стороне поступления потока газов, выхлопная труба 22 и кожух 23 на стороне отведения потока газов формируют выхлопной канал.

Электронный модуль 31 управления (ECU) состоит из цифрового компьютера и оснащен оперативным запоминающим устройством 33 (RAM), постоянным запоминающим устройством 34 (ROM), микропроцессором 35 (CPU), портом 36 ввода и портом 37 вывода, которые соединяются через двунаправленную шину 32. Расходомер 39 воздуха для обнаружения расхода воздуха, протекающего через впускную трубу 15, размещается во впускной трубе 15, и порт 36 ввода принимает вывод этого расходомера 39 воздуха через соответствующий аналого-цифровой преобразователь 38. Датчик 40 состава смеси "воздух-топливо" на стороне поступления потока газов (детектор состава смеси "воздух-топливо" на стороне поступления потока газов), который обнаруживает состав смеси "воздух-топливо" выхлопного газа, протекающего через выхлопной коллектор 19 (т.е. выхлопного газа, протекающего в катализатор 20 для управления выделением выхлопных газов на стороне поступления потока газов), размещается в агрегированной секции выхлопного коллектора 19. Помимо этого, датчик состава смеси "воздух-топливо" на стороне отведения потока газов (детектор состава смеси "воздух-топливо" на стороне отведения потока газов) 41, который обнаруживает состав смеси "воздух-топливо" выхлопного газа, протекающего через выхлопную трубу 22 (т.е. выхлопного газа, вытекающего из катализатора 20 для управления выделением выхлопных газов на стороне поступления потока газов и протекающего в катализатор 24 для управления выделением выхлопных газов на стороне отведения потока газов), размещается в выхлопной трубе 22. Порт 36 ввода также принимает вывод каждого из этих датчиков 40, 41 состава смеси "воздух-топливо" через соответствующий аналого-цифровой преобразователь 38.

Помимо этого, датчик 43 нагрузки для формирования выходного напряжения, которое является пропорциональным величине нажатия педали 42 акселератора, соединяется с педалью 42 акселератора, и порт 36 ввода принимает выходное напряжение датчика 43 нагрузки через соответствующий аналого-цифровой преобразователь 38. Датчик 44 угла поворота коленчатого вала формирует выходной импульс каждый раз, когда коленчатый вал вращается на 15 градусов, например, и порт 36 ввода принимает этот выходной импульс. В CPU 35, частота вращения двигателя вычисляется из выходного импульса этого датчика 44 угла поворота коленчатого вала. Между тем, порт 37 вывода соединяется со свечей 10 зажигания, клапаном 11 впрыска топлива и актуатором 17 приведения в действие дроссельного клапана через соответствующие схемы 45 приведения в действие. Следует отметить, что ECU 31 выступает в качестве устройства управления, которое выполняет управление двигателем внутреннего сгорания.

Следует отметить, что двигатель внутреннего сгорания согласно этому варианту осуществления представляет собой двигатель внутреннего сгорания без наддува, который использует бензин в качестве топлива; тем не менее, конфигурация двигателя внутреннего сгорания согласно изобретению не ограничена вышеуказанной конфигурацией. Например, расположение цилиндров, режим впрыска топлива, конфигурации систем впуска и выпуска выхлопных газов, конфигурации клапанных механизмов, присутствие или отсутствие нагнетателя, режим наддува и т.п. двигателя внутреннего сгорания согласно изобретению могут отличаться от означенных факторов вышеуказанного двигателя внутреннего сгорания.

Катализатор 20 для управления выделением выхлопных газов на стороне поступления потока газов и катализатор 24 для управления выделением выхлопных газов на стороне отведения потока газов имеют аналогичные конфигурации. Каждый из катализаторов 20, 24 для управления выделением выхлопных газов представляет собой трехкомпонентный катализатор, имеющий накопительную емкость кислорода. Более конкретно, в каждом из катализаторов 20, 24 для управления выделением выхлопных газов, материал подложки, изготовленный из керамики, переносит драгоценный металл, имеющий каталитическое действие (например, платину (Pt)), и вещество, имеющее накопительную емкость кислорода (например, диоксид церия (CeO2)). При достижении указанной температуры активации, каждый из катализаторов 20, 24 для управления выделением выхлопных газов прилагает накопительную емкость кислорода в дополнение к каталитическому действию для очистки несгоревшего газа (HC, CO и т.п.) и оксида азота (NOx) одновременно.

Относительно накопительных емкостей кислорода катализаторов 20, 24 для управления выделением выхлопных газов, катализаторы 20, 24 для управления выделением выхлопных газов накапливают кислород в выхлопном газе, когда состав смеси "воздух-топливо" выхлопного газа, протекающего в каждый из катализаторов 20, 24 для управления выделением выхлопных газов, является более обедненным, чем теоретический состав смеси "воздух-топливо" (обедненный состав смеси "воздух-топливо"). С другой стороны, катализаторы 20, 24 для управления выделением выхлопных газов высвобождают кислород, накапливаемый в катализаторах 20, 24 для управления выделением выхлопных газов, когда состав смеси "воздух-топливо" выхлопного газа, протекающего в них, является более обогащенным, чем теоретический состав смеси "воздух-топливо" (обогащенный состав смеси "воздух-топливо").

Поскольку каждый из катализаторов 20, 24 для управления выделением выхлопных газов имеет каталитическое действие и накопительную емкость кислорода, каждый из катализаторов 20, 24 для управления выделением выхлопных газов имеет действие очистки NOx и несгоревшего газа в соответствии с накопленным объемом кислорода. Более конкретно, как показано на фиг. 2A, в случае если состав смеси "воздух-топливо" выхлопного газа, протекающего в каждый из катализаторов 20, 24 для управления выделением выхлопных газов, представляет собой обедненный состав смеси "воздух-топливо", и накопленный объем кислорода является небольшим, кислород в выхлопном газе накапливается в каждом из катализаторов 20, 24 для управления выделением выхлопных газов. В связи с этим, NOx в выхлопном газе восстанавливается и очищается. Затем, когда накопленный объем кислорода увеличивается, концентрации кислорода и NOx в выхлопном газе, вытекающем из каждого из катализаторов 20, 24 для управления выделением выхлопных газов, быстро увеличиваются относительно определенного накопленного объема (Cuplim на чертеже) около максимального накапливаемого объема Cmax кислорода.

С другой стороны, как показано на фиг. 2B, в случае если состав смеси "воздух-топливо" выхлопного газа, протекающего в каждый из катализаторов 20, 24 для управления выделением выхлопных газов, представляет собой обогащенный состав смеси "воздух-топливо", и накопленный объем кислорода является большим, кислород, накапливаемый в каждом из катализаторов 20, 24 для управления выделением выхлопных газов, высвобождается, и несгоревший газ в выхлопном газе окисляется и очищается. Затем, когда накопленный объем кислорода снижается, концентрация несгоревшего газа в выхлопном газе, вытекающем из каждого из катализаторов 20, 24 для управления выделением выхлопных газов, быстро увеличивается относительно определенного накопленного объема (Clowlim на чертеже) около нуля.

Как описано выше, согласно катализаторам 20, 24 для управления выделением выхлопных газов, используемым в этом варианте осуществления, очистительные характеристики NOx и несгоревшего газа в выхлопном газе изменяются в соответствии с составом смеси "воздух-топливо" выхлопного газа, протекающего в каждый из катализаторов 20, 24 для управления выделением выхлопных газов, и накопленным объемом кислорода. Следует отметить, что каждый из катализаторов 20, 24 для управления выделением выхлопных газов может представлять собой катализатор, отличный от трехкомпонентного катализатора, при условии, что каждый из них имеет каталитическое действие и накопительную емкость кислорода.

Далее приводится описание выходных характеристик датчиков 40, 41 состава смеси "воздух-топливо" в этом варианте осуществления со ссылкой на фиг. 3 и 4. Фиг. 3 является графиком для показа характеристики зависимости напряжения от тока (V-I), датчиков 40, 41 состава смеси "воздух-топливо" в этом варианте осуществления, и фиг. 4 является графиком для показа взаимосвязи между составом смеси "воздух-топливо" выхлопного газа, распределенного вокруг датчиков 40, 41 состава смеси "воздух-топливо" (в дальнейшем в этом документе, называемого "составом отработанной смеси "воздух-топливо""), и выходным током I, когда приложенное напряжение поддерживается постоянным. Следует отметить, что в этом варианте осуществления, датчики состава смеси "воздух-топливо" с идентичными конфигурациями используются в качестве датчиков 40, 41 состава смеси "воздух-топливо".

Как можно понять из фиг. 3, выходной ток I увеличивается по мере того, как состав отработанной смеси "воздух-топливо", увеличивается (становится более обедненным) в каждом из датчиков 40, 41 состава смеси "воздух-топливо" этого варианта осуществления. Помимо этого, в линии V-I каждого состава отработанной смеси "воздух-топливо", присутствует область, практически параллельная оси V, т.е. область, в которой выходной ток практически не изменяется с изменением пр