СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕМ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
CONTROL SYSTEM OF INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Область техники, к которой относится изобретение
[0001] Настоящее изобретение относится к системе управления двигателем внутреннего сгорания, которая управляет двигателем внутреннего сгорания в соответствии с выходным сигналом датчика воздушно-топливного отношения.
Предшествующий уровень техники
[0002] В прошлом широко известна система управления двигателем внутреннего сгорания, оснащенная датчиком воздушно-топливного отношения в выпускном канале двигателя внутреннего сгорания, и управляющая количеством топлива, подаваемым в двигатель внутреннего сгорания на основе выходного сигнала этого датчика воздушно-топливного отношения (например, см. цитируемые ссылки 1-9).
x
x
[0003] В двигателях внутреннего сгорания, описанных в ссылках 1-4, использован катализатор очистки отработавших газов, который расположен в выпускном канале и имеет способность к накоплению кислорода. Катализатор очистки отработавших газов, который имеет способность к накоплению кислорода, может удалять несгоревшие газы (продукты неполного сгорания) НС, СО, и т.д., NO, и т.д., из отработавших газов, поступающих в катализатор очистки отработавших газов, когда величина накопления кислорода представляет собой надлежащую величину, находящуюся между верхней предельной величиной накопления и нижней предельной величиной накопления. То есть, если отношение воздух-топливо в отработавших газах находится в богатой области по отношению к стехиометрическому отношению воздух-топливо (ниже именуемого также «богатым отношением воздух-топливо»), поступающие в катализатор очистки отработавших газов несгоревшие газы в отработавших газах окисляются и очищаются кислородом, накопленном в катализаторе очистки отработавших газов. Напротив, если отношение воздух-топливо в отработавших газах находится в бедной области по отношению к стехиометрическому отношению воздух-топливо (ниже именуемого также «бедным отношением воздух-топливо»), поступающий в катализатор очистки отработавших газов кислород с отработавшими газами накапливается в катализаторе очистки отработавших газов. Из-за этого поверхность катализатора очистки отработавших газов приобретает состояние недостатка кислорода. Вследствие этого, NO в отработавших газах восстанавливается и очищается. В результате, катализатор очистки отработавших газов может очищать отработавшие газы независимо от отношения воздух-топливо в отработавших газах, поступающих в катализатор очистки отработавших газов, до тех пор, пока величина накопления кислорода будет иметь надлежащее значение.
[0004] Поэтому, для поддержания величины накопления кислорода в катализаторе очистки отработавших газов на соответствующем уровне, система управления, описанная в PTL 1-4, оснащена датчиком воздушно-топливного отношения со стороны входа по отношению к катализатору очистки в направлении потока отработавших газов и оснащена кислородным датчиком со стороны выхода по отношению к катализатору, в направлении потока отработавших газов. При использовании этих датчиков, система управления выполняет управление с обратной связью на основе выходного сигнала датчика воздушно-топливного отношения, со стороны входа, таким образом, что выходной сигнал этого датчика воздушно-топливного отношения становится целевой величиной, которая соответствует целевому отношению воздух-топливо. Кроме того, целевая величина сигнала датчика воздушно-топливного отношения со стороны входа корректируется на основе выходного сигнала датчика кислорода со стороны выхода. Следует отметить, в последующем пояснении, что область, расположенная выше по потоку отработавших газов будет иногда просто именоваться «стороной входа», а область, расположенная ниже по потоку отработавших газов будет иногда просто именоваться «стороной выхода».
[0005] Например, в системе управления, описанной в PTL 1, когда выходное напряжение датчика кислорода со стороны выхода представляет собой высокую пороговую величину, как минимум, и, таким образом, состояние катализатора очистки отработавших газов является состоянием недостатка кислорода, целевое отношение воздух-топливо для отработавших газов, поступающих в катализатор очистки отработавших газов, устанавливается на бедное отношение воздух-топливо. Напротив, когда выходное напряжение датчика кислорода со стороны выхода представляет собой низкую пороговую величину и менее и, таким образом, состояние катализатора очистки отработавших газов является состоянием избытка кислорода, целевое отношение воздух-топливо устанавливается на богатое отношение воздух-топливо. Согласно PTL 1, из-за этого, когда катализатор находится в состоянии недостатка кислорода или состоянии избытка кислорода, считается, что состояние катализатора очистки отработавших газов может быть быстро возвращено в промежуточное состояние между этими двумя состояниями (то есть, состояние, когда катализатор очистки отработавших газов накапливает надлежащее количество кислорода).
[0006] Кроме того, в вышеупомянутой системе управления, если выходное напряжение датчика кислорода со стороны выхода находится между высокой пороговой величиной и низкой пороговой величиной, для случая, когда выходное напряжение датчика кислорода возрастает, целевое отношение воздух-топливо задается как бедное отношение воздух-топливо. Напротив, когда выходное напряжение датчика кислорода уменьшается, целевое отношение воздух-топливо задается как богатое отношение воздух-топливо. Согласно PTL 1, из-за этого считается, что может быть заранее предотвращено состояние недостатка кислорода или состояние избытка кислорода для катализатора очистки отработавших газов.
Указатель ссылок
Патентная литература
[0007] PTL 1: Японская патентная публикация No. 2011-069337 А
PTL 2: Японская патентная публикация No. Н8-232723 А
PTL 3: Японская патентная публикация No. 2009-162139 А
PTL 4: Японская патентная публикация No. 2001-234787 А
PTL 5: Японская патентная публикация No. Н8-312408 А
PTL 6: Японская патентная публикация No. Н6-129283 А
PTL 7: Японская патентная публикация No. 2005-140000 А
PTL 8: Японская патентная публикация No. 2003-049681 А
PTL 9: Японская патентная публикация No. 2000-356618 А
Сущность изобретения
Техническая задача
x
x
[0008] На фиг. 2 показана взаимосвязь между величиной накопления кислорода катализатором очистки отработавших газов и концентрацией NO или продуктов неполного окисления (несгоревших газов) в отработавших газах, истекающих из катализатора очистки отработавших газов. На фиг. 2(A) показана взаимосвязь между величиной накопления кислорода и концентрацией NO в отработавших газах, истекающих из катализатора очистки отработавших газов, когда отношение воздух-топливо для отработавших газов, поступающих в катализатор очистки отработавших газов, является бедным отношением воздух-топливо. С другой стороны, на фиг. 2(B) показана взаимосвязь между величиной накопления кислорода и концентрацией продуктов неполного окисления в отработавших газах, истекающих из катализатора очистки отработавших газов, когда отношение воздух-топливо для отработавших газов, поступающих в катализатор очистки отработавших газов, является богатым отношением воздух-топливо.
x
x
x
[0009] Как понятно из фиг. 2(A), когда величина накопления кислорода катализатором очистки отработавших газов является небольшой, имеется запас до достижения максимальной величины накопления кислорода. Поэтому, даже когда отношение воздух-топливо для отработавших газов, поступающих в катализатор очистки отработавших газов, является бедным отношением воздух-топливо (то есть, эти отработавшие газы, поступающие в катализатор очистки отработавших газов, включают в себя NO и кислород), кислород в отработавших газах накапливается в катализаторе очистки отработавших газов. Вместе с этим, NO восстанавливается и очищается. В результате, отработавшие газы, истекающие из катализатора очистки отработавших газов, содержат незначительное количество NO.
x
x
[0010] Тем не менее, если величина накопления кислорода катализатором очистки отработавших газов становится больше, для случая когда отношение воздух-топливо для отработавших газов, поступающих в катализатор очистки отработавших газов, является бедным отношением воздух-топливо, становится труднее накапливать кислород, содержащийся в отработавших газах, в катализаторе очистки отработавших газов. Вместе с этим, становится труднее также восстанавливать и очищать NO в отработавших газах. Поэтому, как понятно из фиг. 2(A), если величина накопления кислорода увеличивается за пределы некоторой верхней предельной величины Cuplim накопления, концентрация NO в отработавших газах, истекающих из катализатора очистки отработавших газов быстро возрастает.
[0011] С другой стороны, когда величина накопления кислорода катализатором очистки отработавших газов является большой, если отношение воздух-топливо для отработавших газов, поступающих в катализатор очистки отработавших газов, является богатым отношением воздух-топливо (то есть, отработавшие газы включают в себя НС или СО, или другие продукты неполного окисления), кислород, накопленный в катализаторе очистки отработавших газов, высвобождается. Поэтому, продукты неполного окисления в отработавших газах, поступающие в катализатор очистки отработавших газов окисляются и нейтрализуются. В результате, как понятно из фиг. 2(B), отработавшие газы, истекающие из катализатора очистки отработавших газов, почти не содержат также продуктов неполного окисления.
[0012] Тем не менее, если величина накопления кислорода катализатором очистки отработавших газов становится меньше, для случая, когда отношение воздух-топливо для отработавших газов, поступающих в катализатор очистки отработавших газов, представляет собой богатое отношение воздух-топливо, кислорода, высвобождаемого из катализатора очистки отработавших газов, становится меньше. Причем, становится труднее окислять и нетрализовывать продукты неполного окисления в отработавших газах. Поэтому, как понятно из фиг. 2(B), если величина накопления кислорода уменьшается за пределы некоторой нижней предельной величины Clowlim накопления, концентрация продуктов неполного окисления в отработавших газах, истекающих из катализатора очистки отработавших газов, быстро возрастает.
x
[0013] Величина накопления кислорода катализатором очистки отработавших газов и концентрация продуктов неполного окисления и концентрация NO в отработавших газах, истекающих из катализатора очистки отработавших газов, имеют вышеупомянутую взаимосвязь. В этом отношении, в системе управления, описанной в PTL 1, когда выходное напряжение датчика кислорода со стороны выхода представляет собой высокую пороговую величину, или меньше, то есть, когда отношение воздух-топливо для отработавших газов (именуемое ниже «отношением воздух-топливо в отработавших газах»), которое определяется кислородным датчиком со стороны выхода, становится нижним предельным отношением воздух-топливо, которое соответствует высокой пороговой величине, и менее, целевое отношение воздух-топливо переключается на заданное бедное отношение воздух-топливо (именуемое ниже «заданное бедное отношение воздух-топливо»), и затем фиксируется на этом воздушно-топливном отношении. С другой стороны, когда выходное напряжение датчика кислорода со стороны выхода представляет собой низкую пороговую величину и менее, то есть, когда отношение воздух-топливо в отработавших газах, определенное кислородным датчиком со стороны выхода, становится верхним предельным отношением воздух-топливо, которое соответствует низкой пороговой величине, как минимум, целевое отношение воздух-топливо переключается на заданное богатое отношение воздух-топливо (именуемое ниже «заданное богатое отношение воздух-топливо»), и затем фиксируется на этом значении отношения воздух-топливо.
x
x
x
[0014] В этом смысле, когда отношение воздух-топливо в отработавших газах, определенное кислородным датчиком со стороны выхода, представляет собой низкое предельное отношение воздух-топливо, которое соответствует высокой пороговой величине и менее, некоторое количество продуктов неполного окисления истекает из катализатора очистки отработавших газов. Поэтому, если разность между заданным бедным отношением воздух-топливо и стехиометрическим отношением воздух-топливо, то есть, степень обеднения заданного бедного отношения воздух-топливо, установлена большой, можно быстро прекратить отток продуктов неполного окисления из катализатора очистки отработавших газов. Тем не менее, если степень обеднения заданного бедного отношения воздух-топливо устанавливается большой, после этого, величина накопления кислорода катализатором очистки отработавших газов быстро увеличивается, и промежуток времени, пока NO не начинают истекать из катализатора очистки отработавших газов, становится короче. Кроме того, количество истекающих оксидов азота NO, когда NO истекает из катализатора очистки отработавших газов, становится больше.
x
x
x
[0015] С другой стороны, если степень обеднения заданного бедного отношения воздух-топливо установлена малой, величина накопления кислорода катализатором очистки отработавших газов может постепенно возрастать, и поэтому промежуток времени, пока NO не начнет истекать из катализатора очистки отработавших газов, может быть длиннее. Кроме того, количество истекающих оксидов азота NO, когда NO истекает из катализатора очистки отработавших газов, может быть небольшой. Тем не менее, в случае, если степень обеднения заданного бедного отношения воздух-топливо установлена небольшой, в момент, когда отношение воздух-топливо в отработавших газах, определенное кислородным датчиком со стороны выхода, становится нижним предельным отношением воздух-топливо и менее, и, по этой причине, целевое отношение воздух-топливо переключается с заданного богатого отношения воздух-топливо на заданное бедное отношение воздух-топливо, далее невозможно быстро прекратить выброс продуктов неполного окисления из катализатора очистки отработавших газов.
x
x
[0016] Кроме того, когда отношение воздух-топливо в отработавших газах, определенное кислородным датчиком со стороны выхода, становится верхним предельным отношением воздух-топливо, которое соответствует низкой пороговой величине, как минимум, некоторое количество NO истекает из катализатора очистки отработавших газов. Поэтому, если разность между заданным богатым отношением воздух-топливо и стехиометрическим отношением воздух-топливо, то есть, степенью обогащения, установлена большой, можно быстро прекратить отток NO из катализатора очистки отработавших газов. Тем не менее, если степень обогащения заданного богатого отношения воздух-топливо устанавливается большой, после этого, величина накопления кислорода катализатором очистки отработавших газов быстро уменьшается, и промежуток времени, пока продукты неполного окисления не начнут истекать из катализатора очистки отработавших газов, становится короче. Кроме того, количество истекающих продуктов неполного окисления, когда продукты неполного окисления истекают из катализатора очистки отработавших газов, становится больше.
x
[0017] С другой стороны, если степень обогащения заданного богатого отношения воздух-топливо установлена небольшой, величина накопления кислорода катализатором очистки отработавших газов может постепенно снижаться, и тем самым промежуток времени, пока продукты неполного окисления не начнут истекать из катализатора очистки отработавших газов, может быть длиннее. Кроме того, количество продуктов неполного окисления, когда продукты неполного окисления истекают из катализатора очистки отработавших газов, может быть небольшим. Тем не менее, в случае, когда степень обогащения заданного богатого отношения воздух-топливо устанавливается небольшой, в момент, когда отношение воздух-топливо в отработавших газах, определенное кислородным датчиком со стороны выхода, становится верхним предельным отношением воздух-топливо как минимум, и, по этой причине, целевое отношение воздух-топливо переключается с заданного бедного отношения воздух-топливо на заданное богатое отношение воздух-топливо, отток NO из катализатора очистки отработавших газов не может быть быстро прекращен.
[0018] Кроме того, в системе управления, описанной в PTL 1, кислородный датчик используется на стороне выхода отработавших газов по отношению к катализатору очистки отработавших газов. Взаимосвязь между отношением воздух-топливо в отработавших газах и выходным напряжением в кислородном датчике, по существу, становится взаимосвязью, показанной пунктирной линией на фиг. 3. То есть, электродвижущая сила (ЭДС) сильно изменяется около стехиометрического отношения воздух-топливо. Если отношение воздух-топливо в отработавших газах становится богатым отношением воздух-топливо, ЭДС становится больше, тогда как если отношение воздух-топливо в отработавших газах напротив становится бедным отношением воздух-топливо, ЭДС становится меньше.
[0019] Тем не менее, в кислородном датчике, способность вступать в реакцию продуктов неполного окисления, кислорода, и т.д., на электродах датчика мала, и поэтому даже если фактическое отношение воздух-топливо в отработавших газах одинаковое, ЭДС будет отличаться по величине в соответствии с направлением изменения отношения воздух-топливо. Другими словами, кислородный датчик имеет гистерезис в соответствии с направлением изменения отношения воздух-топливо в отработавших газах. На фиг. 3 показано это состояние. Сплошной линией А показана взаимосвязь при изменении отношения воздух-топливо от богатого к бедному, и сплошной линией В показана взаимосвязь при изменении отношения воздух-топливо от бедного к богатому.
x
[0020] Поэтому, в случае размещения кислородного датчика на стороне выхода отработавших газов по отношению к катализатору очистки отработавших газов, только после того, как фактическое отношение воздух-топливо в отработавших газах поменяется в определенной степени от стехиометрического отношения воздух-топливо в сторону обогащения, кислородный датчик определяет богатое отношение воздух-топливо. Сходным образом, только после того, как фактическое отношение воздух-топливо в отработавших газах поменяется в определенной степени от стехиометрического отношения воздух-топливо в сторону обеднения, кислородный датчик определяет бедное отношение воздух-топливо. То есть, при размещении кислородного датчика на стороне выхода, реакция на фактическое отношение воздух-топливо в отработавших газах является недостаточной. Если, таким образом, реакция датчика кислорода со стороны выхода является недостаточной, целевое отношение воздух-топливо переключается на богатое отношение воздух-топливо после того, как NO истекает из катализатора очистки отработавших газов в некотором количестве. Кроме того, целевое отношение воздух-топливо переключается в бедное отношение воздух-топливо после того, как продукты неполного окисления истекают из катализатора очистки отработавших газов в некотором количестве.
x
[0021] Таким образом, в соответствии с системой управления, описанной в PTL 1, было невозможно в достаточной степени уменьшить количество продуктов неполного окисления или NO, которые истекают из катализатора очистки отработавших газов.
x
[0022] Поэтому, ввиду вышеуказанной проблемы, задачей настоящего изобретения является создание системы управления двигателем внутреннего сгорания, которая в достаточной степени способна уменьшить количество продуктов неполного окисления или NO, истекающих из катализатора очистки отработавших газов.
Решение задачи
[0023] Для решения вышеописанной задачи, согласно первому аспекту изобретения, имеется система управления двигателем внутреннего сгорания, который содержит: катализатор очистки отработавших газов, который расположен в выпускном канале двигателя внутреннего сгорания и который может накапливать кислород; устройство определения отношения воздух-топливо на стороне выхода, которое размещено на выходе из катализатора очистки отработавших газов по направлению потока отработавших газов, и которое определяет отношение воздух-топливо в отработавших газах, которые истекают из катализатора очистки отработавших газов, и система управления отношением воздух-топливо, которая управляет отношением воздух-топливо в отработавших газах таким образом, что отношение воздух-топливо в отработавших газах, поступающих в катализатор очистки отработавших газов, становится целевым отношением воздух-топливо, при этом система управления содержит: средство переключения на бедное отношение воздух-топливо для изменения целевого отношения воздух-топливо на заданное бедное отношение воздух-топливо, которое беднее, чем стехиометрическое отношение воздух-топливо, когда отношение воздух-топливо в отработавших газах, определенное устройством определения отношения воздух-топливо, расположенным на стороне выхода, становится богатым отношением воздух-топливо; средство для уменьшения степени обеднения для изменения целевого отношения воздух-топливо на бедное отношение воздух-топливо, отличающееся в меньшей степени от стехиометрического отношения воздух-топливо, чем упомянутое заданное бедное отношение воздух-топливо, в момент времени, после того, как средство переключения на бедное отношение воздух-топливо поменяет отношение воздух-топливо, и до того, как отношение воздух-топливо в отработавших газах, определенное устройством определения отношения воздух-топливо, расположенным на стороне выхода, станет бедным отношением воздух-топливо; средство переключения на богатое отношение воздух-топливо для изменения целевого отношения воздух-топливо на заданное богатое отношение воздух-топливо, которое богаче, чем стехиометрическое отношение воздух-топливо, когда отношение воздух-топливо в отработавших газах, определенное устройством определения отношения воздух-топливо, расположенным на стороне выхода, становится бедным отношением воздух-топливо; и средство уменьшения степени обогащения для замены целевого отношения воздух-топливо на богатое отношение воздух-топливо, отличающееся в меньшей степени от стехиометрического отношения воздух-топливо, чем богатое заданное отношение воздух-топливо, в момент времени после того, как средство переключения на богатое отношение воздух-топливо поменяет отношение воздух-топливо и до того, как отношение воздух-топливо в отработавших газах, определенное устройством определения отношения воздух-топливо, расположенным на стороне выхода, станет богатым отношением воздух-топливо.
[0024] Согласно второму аспекту изобретения, имеется первый аспект изобретения, при этом при изменении целевого отношения воздух-топливо, средство уменьшения степени обеднения переключает целевое отношение воздух-топливо скачкообразно с бедного отношения воздух-топливо на заданное бедное отношение воздух-топливо, отличающееся в меньшей степени от стехиометрического отношения воздух-топливо, чем указанное бедное отношение воздух-топливо.
[0025] Согласно третьему аспекту изобретения, имеется первый или второй аспект изобретения, при этом при изменении упомянутого целевого отношения воздух-топливо, упомянутое средство уменьшения степени обогащения переключает упомянутое целевое отношение воздух-топливо скачкообразно с упомянутого богатого отношения воздух-топливо на заданное богатое отношение воздух-топливо, отличающееся в меньшей степени от стехиометрического отношения воздух-топливо, чем упомянутое заданное богатое отношение воздух-топливо.
[0026] Согласно четвертому аспекту изобретения, имеется любой из аспектов изобретения с первого по третий, при этом средство уменьшения степени обеднения меняет целевое отношение воздух-топливо после того, как отношение воздух-топливо в отработавших газах, определенное устройством определения отношения воздух-топливо, расположенным на стороне выхода, приблизится к стехиометрическому отношению воздух-топливо.
[0027] Согласно пятому аспекту изобретения, имеется любой из аспектов изобретения с первого по четвертый, при этом средство уменьшения степени обогащения меняет целевое отношение воздух-топливо после того, как отношение воздух-топливо в отработавших газах, определенное устройством определения отношения воздух-топливо, расположенным на стороне выхода, приблизится к стехиометрическому отношению воздух-топливо.
[0028] Согласно шестому аспекту изобретения, имеется любой из аспектов изобретения с первого по третий, дополнительно содержащий средство оценки величины накопления кислорода для оценки величины накопления кислорода для катализатора очистки отработавших газов, при этом средство уменьшения степени обеднения меняет целевое отношение воздух-топливо, когда величина накопления кислорода, оцененная средством оценки величины накопления кислорода, становится заданной величиной накопления, которая меньше, чем максимальная величина накопления кислорода, или больше.
[0029] Согласно седьмому аспекту изобретения, имеется любой из аспектов изобретения с первого по четвертый, дополнительно содержащий средство оценки величины накопления кислорода для оценки величины накопления кислорода для катализатора очистки отработавших газов, при этом средство уменьшения степени обогащения меняет целевое отношение воздух-топливо, когда величина накопления кислорода, оцененная средством оценки величины накопления кислорода, становится заданной величиной накопления, которая больше нуля, или больше.
[0030] Согласно восьмому аспекту изобретения, имеется шестой или седьмой аспект изобретения, при этом двигатель дополнительно содержит устройство определения отношения воздух-топливо на стороне входа, расположенное выше по потоку, перед упомянутым катализатором очистки отработавших газов, и которое определяет отношение воздух-топливо в отработавших газах, поступающих в катализатор очистки отработавших газов, при этом средство оценки величины накопления кислорода содержит: средство для вычисления значения избытка/недостатка для потока поступающих несгоревших газов для вычисления этого значения потока несгоревших газов, становящегося избыточным, или потока несгоревших газов, становящегося недостаточным, по сравнению со случаем, когда отношение воздух-топливо для отработавших газов, поступающих в катализатор очистки отработавших газов, представляет собой стехиометрическое отношение воздух-топливо, что определяется на основе отношения воздух-топливо, регистрируемого устройством определения отношения воздух-топливо на стороне входа, и количества воздуха, поступающего в двигатель внутреннего сгорания; средство для вычисления значения избытка/недостатка для потока истекающих отработавших газов для вычисления этого значения величины для потока несгоревших газов, становящегося избыточным, или для потока несгоревших газов, становящегося недостаточным, по сравнению со случаем, когда отношение воздух-топливо для отработавших газов, истекающих из катализатора очистки отработавших газов, представляет собой стехиометрическое отношение воздух-топливо, что определяется на основе отношения воздух-топливо, регистрируемого устройством определения отношения воздух-топливо на стороне выхода, и количества воздуха, поступающего в двигатель внутреннего сгорания; а также средство вычисления величины накопления для вычисления величины накопления кислорода для катализатора очистки отработавших газов, на основе значения избытка/недостатка для потока несгоревших газов, которое вычисляют с использованием средства для вычисления значения избытка/недостатка для потока поступающих несгоревших газов, и значения избытка/недостатка для потока несгоревших газов, которую вычисляют с использованием средства вычисления значения избытка/недостатка для потока истекающих несгоревших газов (продуктов неполного окисления).
[0031] Согласно девятому аспекту изобретения, имеется восьмой аспект изобретения, дополнительно содержащий средство вычисления условной величины для вычисления условной величины отклонения отношения воздух-топливо с целью коррекции отклонения отношения воздух-топливо в отработавших газах, которые фактически поступают в катализатор очистки отработавших газов от целевого отношения воздух-топливо, на основе величины накопления кислорода, которая была вычислена средством вычисления величины накопления от момента, когда средство переключения на бедное отношение воздух-топливо меняет целевое отношение воздух-топливо на заданное бедное отношение воздух-топливо, до момента, когда средство переключения на богатое отношение воздух-топливо меняет целевое отношение воздух-топливо на максимально богатое отношение воздух-топливо, и упомянутой величины накопления кислорода, которая была вычислена средством вычисления величины накопления от момента, когда средство переключения на бедное отношение воздух-топливо меняет целевое отношение воздух-топливо на заданное богатое отношение воздух-топливо до момента, когда средство переключения на богатое отношение воздух-топливо меняет целевое отношение воздух-топливо на заданное бедное отношение воздух-топливо, при этом система управления отношением воздух-топливо корректирует целевое отношение воздух-топливо, которое было установлено средством переключения на бедное отношение воздух-топливо, средством уменьшения степени обеднения, средством переключения на богатое отношение воздух-топливо, и средством уменьшения степени обогащения, на основе этой условной величины отклонения отношения воздух-топливо, которая была вычислена средством вычисления этой условной величины.
[0032] Согласно 10-му аспекту изобретения, имеется любой из аспектов изобретения с первого по девятый, при этом средство переключения на бедное отношение воздух-топливо дает оценку, того что отношение воздух-топливо в отработавших газах, которое определяется упомянутым устройством определения отношения воздух-топливо на стороне выхода, стало богатым отношением воздух-топливо, когда отношение воздух-топливо в отработавших газах, определенное упомянутым устройством определения отношения воздух на стороне выхода, становится богатым оценочным отношением воздух-топливо, которое богаче, чем стехиометрическое отношение воздух-топливо, и средство переключения на богатое отношение воздух-топливо дает оценку, того, что отношение воздух-топливо в отработавших газах, которое определяется устройством определения отношения воздух-топливо на стороне выхода, стало бедным отношением воздух-топливо, когда отношение воздух-топливо в отработавших газах, определенное устройством определения отношения воздух-топливо на стороне выхода, становится бедным оценочным отношением воздух-топливо, которое беднее, чем стехиометрическое отношение воздух-топливо.
[0033] Согласно 11-му аспекту изобретения, имеется 10-й аспект изобретения, при этом устройство определения отношения воздух-топливо на стороне выхода представляет собой датчик воздушно-топливного отношения, в котором подаваемое напряжение, когда выходной ток становится равным нулю, меняется в соответствии с отношением воздух-топливо в отработавших газах, и на датчик воздушно-топливного отношения поступает подаваемое напряжение, в результате чего выходной ток становится равным нулю, когда отношение воздух-топливо в отработавших газах представляет собой богатое оценочное отношение воздух-топливо, и средство переключения на бедное отношение воздух-топливо дает оценку, что отношение воздух-топливо в отработавших газах стало богатым отношением воздух-топливо, когда упомянутый выходной ток становится равным нулю или меньше.
[0034] Согласно 12-му аспекту изобретения, имеется 10-й аспект изобретения, при этом устройство определения отношения воздух-топливо на стороне выхода представляет собой датчик воздушно-топливного отношения, в котором подаваемое напряжение, когда выходной ток становится равным нулю, меняется в соответствии с отношением воздух-топливо в отработавших газах, и на упомянутый датчик воздушно-топливного отношения поступает подаваемое напряжение, в результате чего выходной ток становится равным нулю, когда отношение воздух-топливо в отработавших газах представляет собой упомянутое бедное оценочное отношение воздух-топливо, и средство переключения на бедное отношение воздух-топливо определяет, что отношение воздух-топливо в отработавших газах стало бедным отношением воздух-топливо, когда упомянутый выходной ток становится равным нулю или менее.
[0035] Согласно 13-му аспекту изобретения, имеется любой из аспектов изобретения с 10-го по 12-й, при этом устройство определения отношения воздух-топливо на стороне выхода представляет собой датчик воздушно-топливного отношения, в котором подаваемое напряжение, когда выходной ток становится равным нулю, меняется в соответствии с отношением воздух-топливо в отработавших газах, и при этом на датчик воздушно-топливного отношения попеременно подается питание с подачей напряжения, при котором выходной ток становится равным нулю, когда отношение воздух-топливо в отработавших газах представляет собой богатое оценочное отношение воздух-топливо, и с подачей напряжения, при котором выходной ток становится равным нулю, когда отношение воздух-топливо в отработавших газах представляет собой бедное оценочное отношение воздух-топливо.
[0036] Согласно 14-му аспекту изобретения, имеется любой из аспектов с первого по десятый, дополнительно содержит устройство определения отношения воздух-топливо на стороне входа, размещенное выше по потоку отработавших газов, перед катализатором очистки отработавших газов, и которое определяет отношение воздух-топливо в отработавших газах, поступающих в катализатор очистки отработавших газов, при этом система управления отношением воздух-топливо управляет количеством топлива или воздуха, поступающего в камеру сгорания двигателя внутреннего сгорания таким образом, что отношение воздух-топливо, которое было определено устройством определения отношения воздух-топливо на стороне входа, становится целевым отношением воздух-топливо.
[0037] Согласно 15-му аспекту изобретения, имеется 14-й аспект изобретения, при этом устройство определения отношения воздух-топливо на стороне входа и устройство определения отношения воздух-топливо на стороне выхода представляют собой датчики воздушно-топливного отношения, в которых подаваемое напряжение, когда выходной ток становится равным нулю, меняется в соответствии с отношением воздух-топливо в отработавших газах, и при этом подаваемое напряжение на устройстве определения отношения воздух-топливо на стороне входа и подаваемое напряжение на устройстве определения отношения воздух-топливо на стороне выхода, являются разными величинами.
[0038] Согласно 16-му аспекту изобретения, имеется любой из аспектов изобретения с первого по пятнадцатый, двигатель дополнительно содержит катализатор очистки отработавших газов на стороне выхода, размещенный в выпускном канале ниже по потоку отработавших газов, за упомянутым устройством определения отношения воздух-топливо на стороне выхода, и который может накапливать кислород.
Технический результат изобретения
x
[0039] В соответствии с системой управления двигателем внутреннего сгорания согласно настоящему изобретению, можно в достаточной степени уменьшить количество продуктов неполного окисления (несгоревших газов) или оксидов азота NO, которые истекают из катализатора очистки отработавших газов.
Краткое описание чертежей
[0040] На фиг. 1 представлено схематичное изображение двигателя внутреннего сгорания, в котором использована система управления согласно первому примеру осуществления настоящего изобретения.
x
На фиг. 2 представлена зависимость между величиной накопления кислорода для катализатора очистки отработавших газов и концентрацией NO или продуктов неполного окисления.
На фиг. 3 представлена зависимость между отношением воздух-топливо в отработавших газах и выходным напряжением кислородного датчика.
На фиг. 4 представлено схематичное изображение в разрезе датчика воздушно-топливного отношения на стороне выхода.
На фиг. 5 представлено схематичное изображение, на котором показана работа датчика воздушно-топливного отношения на стороне выхода.
На фиг. 6 представлена зависимость между приложенным напряжением к датчику и выходным током датчика воздушно-топливного отношения на стороне выхода.
На фиг. 7 представлен пример специализированной цепи, которая образует устройство подачи напряжения и устройство определения тока.
На фиг. 8 представлена временная диаграмма величины накопления кислорода для катализатора очистки отработавших газов со стороны входа, и т.д.
На фиг. 9 представлена функциональная блок-схема системы управления.
На фиг. 10 представлена блок-схема, на которой показана процедура для управления оценкой величины накопления кислорода.
На фиг. 11 представлена блок-схема, на которой показана процедура для управления вычислением величины коррекции отношения воздух-топливо.
На фиг. 12 представлена временная диаграмма величины накопления кислорода для катализатора очистки отработавших газов, со стороны входа, и т.д.
На фиг. 13 представлена зависимость между приложенным напряжением к датчику и выходным током при различных отношениях воздух-топливо в отработавших газах.
На фиг. 14 представлена зависимость между отношением воздух-топливо в отработавших газах и выходным током при различных значениях напряжения, приложенного к датчику.
На фиг. 15 показана увеличенная область графика, которая обозначена на фиг. 13 посредством линий Х-Х.
На фиг. 16 показана увеличенная область графика, которая обозначена на фиг. 14 как область Y.
На фиг. 17 представлена зависимость между отношением воздух-топливо отношения воздух-топливо датчик и выходным током.
На фиг. 18 представлена временная диаграмма величины накопления кислорода для катализатора очистки отработавших газов, со стороны входа, и т.д.
Описание примеров осуществления изобретения
[0041] Ниже, со ссылкой на чертежи, устройство управления двигателем внутреннего сгорания согласно настоящему изобретению будет пояснено подробно. Следует отметить, что в последующем описании, одинаковые составляющие элементы обозначены одинаковыми ссылочными позициями. Фиг. 1 представляет собой вид, на котором схематически показан двигатель внутреннего сгорания, в котором использовано устройство управления согласно первому примеру осуществления настоящего изобретения.
[0042] Поясняющая информация о двигателе внутреннего сгорания в целом
Как видно на фиг. 1, позиция 1 обозначает корпус двигателя, 2 - блок цилиндров, 3 - поршень, совершающий возвратно-поступательное движение внутри блока 2 цилиндров, 4 - головку цилиндра, прикрепленную к блоку 2 цилиндров, 5 - камеру сгорания, образованную между поршнем 3 и головкой 4 цилиндра, 6 - впускной клапан, 7 - впускной канал, 8 - выпускной клапан, и 9 -выпускной канал. Впускной клапан 6 открывает и закрывает впускной канал 7, тогда как выпускной клапан 8 открывает и закрывает выпускной канал 9.
[0043] Как показано на фиг. 1, свеча 10 зажигания расположена в центральной части поверхности внутренней стенки головки 4 цилиндра, тогда как топливный инжектор 11 расположен на боковой части поверхности внутренней стенки головки 4 цилиндра. Свеча 10 зажигания выполнена с возможностью генерирования искры в соответствии с сигналом зажигания. Кроме того, топливный инжектор 11 впрыскивает заданное количество топлива в камеру 5 сгорания в соответствии с сигналом подачи. Следует отметить, что топливный инжектор 11 может также быть расположен так, чтобы впрыскивать топливо во впускной канал 7. Кроме того, в настоящем примере осуществления изобретения, в качестве топлива использован с стехиометрическим отношением воздух-топливо 14,6 для катализатора очистки отработавших газов. Тем не менее, двигатель внутреннего сгорания согласно настоящему изобретению может также использовать другое топливо.
[0044] Впускной канал 7 каждого цилиндра соединен с ресивером 14 для сглаживания пульсаций через соответствующий отдельный впускной патрубок 13, тогда как ресивер 14 соединен с очистителем 16 воздуха через впускной трубопровод 15. Впускной канал 7, отдельный впускной патрубок 13, ресивер 14, и впускной трубопровод 15 образуют впускной тракт. Кроме того, внутри впускного трубопровода 15 расположена дроссельная заслонка 18, которая приводится в действие приводом 17 дроссельной заслонки. Дроссельная заслонка 18 может приводиться в действие приводом 17, что ведет к изменению проходного сечения впускного тракта.
[0045] С другой стороны, выпускной канал 9 каждого цилиндра соединен с выпускным трубопроводом 19. Выпускной трубопровод 19 имеет множество отдельных патрубков, которые соединены с выпускными каналами 9, и коллектор, в котором собираются все отдельные патрубки. Коллектор выпускного трубопровода 19 соединен с корпусом 21 на стороне входа, который вмещает в себя катализатор 20 очистки отработавших газов на стороне входа. Корпус 21 соединен через выпускную трубу 22 с корпусом 23 на стороне выпуска, который вмещает в себя катализатор 24 очистки отработавших газов на стороне выхода. Выпускной канал 9, выпускной трубопровод 19, корпус 21, выпускной трубопровод 22, и корпус 23 образуют выпускной тракт.
[0046] Электронный блок управления (ЭБУ) 31 представляет собой цифровой компьютер, оснащенный компонентами, которые соединены вместе посредством двунаправленной шины 32, такими как ОЗУ (оперативное запоминающее устройство) 33, ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) 34, ЦП (центральный процессор - микропроцессор) 35, входной порт 36, и выходной порт 37. Расходомер 39 воздуха во впускном трубопроводе 15 служит для определения расхода воздуха, протекающего через впускной трубопровод 15. Выходной сигнал расходомера 39 подается через соответствующий аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 38 на входной порт 36. Кроме того, на коллекторе выпускного трубопровода 19 имеется датчик 40 воздушно-топливного отношения на стороне входа (средство измерения отношения воздух-топливо на стороне входа), который определяет отношение воздух-топливо для отработавших газов, протекающих внутри выпускного трубопровода 19 (то есть, отработавшие газы, поступающие в катализатор 20 очистки отработавших газов, размещенный выше по потоку). Кроме того, в выпускном трубопроводе 22 расположен датчик 41 воздушно-топливного отношения на стороне выхода (средство измерения отношения воздух-топливо на стороне выхода), который определяет отношение воздух-топливо для отработавших газов, протекающих внутри выпускного трубопровода 22 (то есть, отработавших газов, истекающих из катализатора 20 очистки отработавших газов на стороне входа, и поступающие в катализатор 24 очистки отработавших газов на стороне выхода). Выходные сигналы этих датчиков 40 и 41 воздушно-топливного отношения также поступают через соответствующие АЦП 38 на входной порт 36. Следует отметить, что устройство этих датчиков 40 и 41 воздушно-топливного отношения будет пояснено ниже.
[0047] Кроме того, педаль 42 акселератора имеет датчик 43 нагрузки, соединенный с ней, который генерирует выходное напряжение, пропорциональное усилию нажатия на педаль 42 акселератора. Выходное напряжение датчика 43 нагрузки подается на входной порт 36 через соответствующий АЦП 38. Датчик 44 угла поворота коленчатого вала двигателя генерирует выходной импульс каждый раз, когда, например, коленчатый вал двигателя поворачивается на 15 градусов. Этот выходной импульс подается на входной порт 36. ЦП 35 вычисляет частоту вращения вала двигателя исходя из выходного импульса этого датчика 44 угла поворота коленчатого вала двигателя. С другой стороны, выходной порт 37 соединен через соответствующие цепи 45 управления со свечами 10 зажигания, топливными инжекторами 11, и приводом 17 дроссельной заслонки. Следует отметить, что ЭБУ 31 функционирует как система управления для управления двигателем внутреннего сгорания на основе выходных сигналов различных датчиков, и т.д.
[0048] Следует отметить, двигатель внутреннего сгорания согласно настоящему примеру осуществления изобретения представляет собой двигатель внутреннего сгорания без наддува, который работает на бензине, однако конфигурация двигателя внутреннего сгорания согласно настоящему изобретению не ограничена вышеуказанной конфигурацией. Например, двигатель внутреннего сгорания согласно настоящему изобретению может также отличаться числом цилиндров, расположением цилиндров, способом впрыска топлива, конфигурацией впускной и выпускной систем, конфигурацией клапанных механизмов, наличием турбин, способом наддува, и т.д., от вышеописанного двигателя внутреннего сгорания.
[0049] Поясняющая информация о катализаторе очистки отработавших газов
2
x
Катализатор 20 на стороне входа и катализатор 24 на стороне выхода, оба, имеют аналогичную конфигурацию. Катализаторы 20 и 24 очистки отработавших газов представляют собой трехкомпонентные катализаторы, которые имеют способность к накоплению кислорода. В частности, катализаторы 20 и 24 очистки отработавших газов выполнены из носителей, выполненных из керамики, на которую нанесен благородный металл, имеющий каталитическое действие (например, платина (Pt)), а также вещество, которое имеет способность к накоплению кислорода (например, оксид церия (CeO)). Если катализаторы 20 и 24 очистки отработавших газов достигают заданной температуры активации, они демонстрируют способность к накоплению кислорода, помимо каталитического действия при одновременном удалении продуктов неполного окисления (НС, СО, и т.д.) и оксидов азота (NO).
[0050] Соразмерно способности к накоплению кислорода катализаторов 20 и 24 очистки отработавших газов, катализаторы 20 и 24 накапливают кислород из отработавших газах, когда отношение воздух-топливо для отработавших газов, поступающих в катализаторы 20 и 24 очистки отработавших газов, беднее, чем стехиометрическое отношение воздух-топливо (бедное отношение воздух-топливо). С другой стороны, катализаторы 20 и 24 очистки отработавших газов высвобождают кислород, который накапливается в катализаторах 20 и 24 очистки отработавших газов, когда отношение воздух-топливо, поступающих отработавших газов богаче, чем стехиометрическое отношение воздух-топливо (богатое отношение воздух-топливо). Следует отметить, что «отношение воздух-топливо для отработавших газов» означает отношение массы топлива к массе воздуха, которые поступают до момента создания отработавших газов. Обычно, это означает отношение массы топлива к массе воздуха, которые поступают в камеру сгорания на момент образования отработавших газов. В настоящем описании, иногда отношение воздух-топливо для отработавших газов именуется «отношением воздух-топливо в отработавших газах».
x
x
x
[0051] Катализаторы 20 и 24 очистки отработавших газов имеют каталитическое действие и способность к накоплению кислорода, и вследствие этого имеют способность к очистке NO и продуктов неполного окисления в соответствии с величиной накопления кислорода. То есть, как показано на фиг. 2(A), если отношение воздух-топливо для отработавших газов, поступающих в катализаторы 20 и 24 очистки отработавших газов, является бедным отношением воздух-топливо, в момент когда величина накопления кислорода является небольшой, катализаторы 20 и 24 очистки отработавших газов накапливают кислород из отработавших газах, и восстанавливают и очищают NO. Кроме того, если величина накопления кислорода становится больше, концентрация кислорода и NO в отработавших газах, истекающих из катализаторов 20 и 24 очистки отработавших газов, быстро возрастает, начиная от верхней предельной величины Cuplim накопления.
[0052] С другой стороны, как показано на фиг. 2(B), если отношение воздух-топливо для отработавших газов, поступающих в катализаторы 20 и 24 очистки отработавших газов, является богатым отношением воздух-топливо, когда величина накопления кислорода является большой, кислород, который накапливается в катализаторах 20 и 24 очистки отработавших газов, высвобождается, и продукты неполного окисления в отработавших газах окисляется и очищается. Кроме того, если величина накопления кислорода становится небольшой, концентрация продуктов неполного окисления в отработавших газах, истекающих из катализаторов 20 и 24 очистки отработавших газов, быстро возрастает начиная с нижней предельной величины Clowlim накопления.
x
[0053] Как показано выше, сообразно катализаторам 20, 24, используемым в настоящем примере осуществления изобретения, характеристика очистки отработавших газов от NO и продуктов неполного окисления меняется в соответствии с отношением воздух-топливо для отработавших газов, поступающих в катализаторы 20, 24 и величины накопления кислорода. Следует отметить, что поскольку катализаторы 20, 24 очистки отработавших газов имеют каталитическую функцию и способность к накоплению кислорода, катализаторы 20, 24 очистки отработавших газов также могут быть катализаторами, которые отличны от трехкомпонентных катализаторов.
[0054] Конфигурация датчика воздушно-топливного отношения
Далее, со ссылкой на фиг. 4 будет пояснена конфигурация датчиков 40, 41 воздушно-топливного отношения в настоящем примере осуществления изобретения. На фиг. 4 представлено схематичное изображение в разрезе датчиков 40, 41 воздушно-топливного отношения. Как понятно из фиг. 4, датчики 40, 41 воздушно-топливного отношения в настоящем примере осуществления изобретения представляют собой датчики в виде одинарной ячейки, каждая из которых образована слоем из твердого электролита и парой электродов, образующих одинарную ячейку.
[0055] Как показано на фиг. 4, каждый датчик 40, 41 воздушно-топливного отношения снабжен слоем 51 из твердого электролита, электродом 52 со стороны отработавших газов (первым электродом), который расположен на одной боковой поверхности слоя 51 из твердого электролита, электродом 53 со стороны атмосферы (вторым электродом), который расположен на другой боковой поверхности слоя 51 из твердого электролита, диффузионным регулирующим слоем 54, который регулирует диффузию проходящих отработавших газов, защитным слоем 55, который защищает диффузионный регулирующий слой 54, и нагревательной частью 56, которая нагревает датчик 40 или 41 воздушно-топливного отношения.
[0056] На одной боковой поверхности слоя 51 из твердого электролита, расположен диффузионный регулирующий слой 54. На боковой поверхности диффузионного регулирующего слоя 54 на противоположной стороне относительно указанной боковой поверхности слоя 51 из твердого электролита, расположен защитный слой 55. В настоящем примере осуществления изобретения, измерительная газовая камера 57 образована между слоем 51 из твердого электролита и диффузионным регулирующим слоем 54. В измерительную газовую камеру 57, газ, регистрируемый датчиками 40 и 41 воздушно-топливного отношения, то есть, отработавшие газы, вводится через диффузионный регулирующий слой 54. Кроме того, электрод 52 со стороны отработавших газов расположен внутри измерительной газовой камеры 57, поэтому электрод 52 со стороны отработавших газов открыт воздействию отработавших газов через диффузионный регулирующий слой 54. Следует отметить, что измерительная газовая камера 57 не обязательно должна быть установлена. Диффузионный регулирующий слой 54 может напрямую контактировать с поверхностью электрода 52 со стороны отработавших газов.
[0057] На другой боковой поверхности слоя 51 из твердого электролита расположена нагревательная часть 56. Между слоем 51 из твердого электролита и нагревательной частью 56, образована камера 58 для газа сравнения. Внутрь камеры 58 для газа сравнения вводят газ сравнения. В настоящем примере осуществления изобретения, камера 58 для газа сравнения сообщается с атмосферой. Поэтому внутрь камеры 58 для газа сравнения, атмосферный воздух вводится как газ сравнения. Электрод 53 со стороны атмосферы расположен внутри камеры 58 для газа сравнения, поэтому электрод 53 со стороны атмосферы открыт воздействию газа сравнения (атмосферного воздуха). В настоящем примере осуществления изобретения, атмосферный воздух использован как газ сравнения, таким образом, электрод со стороны атмосферы 53 открыт воздействию атмосферы.
[0058] Нагревательная часть 56 оснащена множеством нагревателей 59. Эти нагреватели 59 могут быть использованы для управления температурой датчика 40 или 41 воздушно-топливного отношения, в частности, температурой слоя 51 из твердого электролита. Нагревательная часть 56 имеет достаточную тепловыделяющую способность для нагревания слоя 51 из твердого электролита вплоть до активации.
2
2
2
3
2
3
2
3
[0059] Слой из твердого электролита 51 образован с использованием спеченного материала из ZrO2 (диоксида циркония), HfO, ThO, BiO или других оксидов, проводящих ионы кислорода, CaO, MgO, YO, YbO, и т.д., примешиваемых в качестве стабилизатора. При этом, диффузионный регулирующий слой 54 образован из пористого спеченного материала из оксида алюминия, магния, кремния, шпинели, муллита или других термостойких неорганических веществ. Кроме того, электрод 52 со стороны отработавших газов и электрод со стороны атмосферы 53 образованы из платины или другого благородного металла с высокой каталитической активностью.
[0060] К тому же, между электродом 52 со стороны отработавших газов и электродом со стороны атмосферы 53 подается на датчик напряжение Vr от устройства 60 подачи напряжения, которое смонтировано в ЭБУ 31. Кроме того, ЭБУ 31 оснащен устройством 61 определения тока, которое измеряет ток (выходной ток), протекающий между электродами 52 и 53 через слой 51 из твердого электролита, когда устройство 60 подачи напряжения подает на датчик напряжение Vr. Ток, который измеряется устройством 61 определения тока, представляет собой выходной ток датчика 40 или 41 воздушно-топливного отношения.
[0061] Работа датчика воздушно-топливного отношения
Далее будет пояснена, со ссылкой на фиг. 5, базовая концепция работы сконфигурированных таким образом датчиков 40, 41 воздушно-топливного отношения. Фиг. 5 представляет собой вид, на котором схематично показана работа датчиков 40, 41 воздушно-топливного отношения. Во время эксплуатации, каждый датчик 40, 41 воздушно-топливного отношения расположен так, чтобы защитный слой 55 и наружная периферийная поверхность диффузионного регулирующего слоя 54 были открыты воздействию отработавших газов. При этом, атмосферный воздух вводят в вводят в камеру 58 для газа сравнения датчиков 40, 41 воздушно-топливного отношения.
[0062] В вышеупомянутом способе, слой 51 из твердого электролита образован спеченным материалом оксида, проводящего ионы кислорода. Вследствие этого, он имеет свойство генерирования электродвижущей силы Е, которая заставляет ионы кислорода перемещаться с боковой стороны с высокой концентрацией на сторону поверхности с низкой концентрацией, если возникает разность в концентрации кислорода между двумя боковыми поверхностями слоя 51 из твердого электролита в состоянии, активированном высокой температурой (свойство кислородной ячейки).
[0063] В свою очередь, если разница потенциалов возникает между двумя боковыми поверхностями, слой 51 из твердого электролита имеет такую характеристику, что пытается заставить ионы кислорода двигаться так, чтобы степень концентрации кислорода, возникающая между двумя боковыми поверхностями слоя из твердого электролита, соответствовала разнице потенциалов (свойство кислородного насоса). Более конкретно, когда разность потенциалов возникает по двум боковым поверхностям, движение ионов кислорода организовано так, чтобы концентрация кислорода на боковой поверхности, которая имеет положительную полярность, стала больше концентрации кислорода на боковой поверхности, которая имеет отрицательную полярность, при соотношении согласно разнице потенциалов. Кроме того, как показано на фиг 3 и 4, в датчике 40, 41 воздушно-топливного отношения, подаваемое постоянное напряжение Vr для датчика приложено к электродам 52, 53 при этом электрод со стороны атмосферы 53 становится положительным электродом, и электрод 52 со стороны отработавших газов становится отрицательным электродом. Следует отметить, что, в основном примере осуществления изобретения, подаваемое на датчик напряжение Vr в датчиках 40 и 41 воздушно-топливного отношения имеют одинаковые значения.
[0064] Когда отношение воздух-топливо в отработавших газах около датчиков 40, 41 воздушно-топливного отношения беднее, чем стехиометрическое отношение воздух-топливо, соотношение концентраций кислорода между двумя боковыми поверхностями слоя 51 из твердого электролита не становится настолько большой. Поэтому, если установление подаваемого напряжения Vr на датчик производится на надлежащем уровне между двумя боковыми поверхностями слоя 51 из твердого электролита, фактическое соотношение концентраций кислорода становится меньше соотношения концентраций кислорода, соответствующего подаваемому на датчик напряжению Vr. По этой причине, ионы кислорода перемещаются от электрода 52 со стороны отработавших газов к электроду 43 со стороны атмосферы, как показано на фиг. 5(A), при этом соотношение концентраций кислорода между двумя боковыми поверхностями слоя 51 из твердого электролита становится больше по отношению к соотношению концентраций кислорода, соответствующему подаваемому на датчик напряжению Vr. В результате, ток течет с положительной (плюсовой) стороны устройства 60 подачи напряжения, которое подает на датчик напряжение Vr, через электрод 53 со стороны атмосферы, слой 51 из твердого электролита, и электрод 52 со стороны отработавших газов к отрицательной (минусовой) стороне устройства 60 подачи напряжения.
[0065] Сила тока (выходной ток) Ir, текущего в это время, пропорциональна количеству кислорода, диффундирующего со стороны отработавших газов через диффузионный регулирующий слой 54 в измерительную газовую камеру 57, если подаваемое на датчик напряжение Vr устанавливается на соответствующую величину. Поэтому, определяя силу этого тока Ir устройством 61 определения тока, можно определить концентрацию кислорода и в свою очередь можно определить отношения воздух-топливо в зоне обеднения.
[0066] С другой стороны, когда отношение воздух-топливо в отработавших газах около датчиков 40, 41 воздушно-топливного отношения богаче стехиометрического отношения, несгоревшие газы (продукты неполного окисления), поступают с отработавшими газами через диффузионный регулирующий слой 54 внутрь измерительной газовой камеры 57, и поэтому, если кислород и присутствует на электроде 52 со стороны отработавших газов, кислород вступает в реакцию с продуктами неполного окисления, и удаляется. Поэтому, внутри измерительной газовой камеры 57, концентрация кислорода становится чрезвычайно низкой. В результате, соотношение концентраций кислорода между двумя боковыми поверхностями слоя 51 из твердого электролита становится большой. По этой причине, если установление подаваемого на датчик напряжения Vr производится на надлежащем уровне между двумя боковыми поверхностями слоя 51 из твердого электролита, фактическая степень концентрации кислорода станет больше степени концентрации кислорода, соответствующей подаваемому на датчик напряжению Vr. Поэтому, как показано на фиг. 5(B), ионы кислорода перемещаются от электрода со стороны атмосферы 53 к электроду 52 со стороны отработавших газов, при этом соотношение концентраций кислорода между двумя боковыми поверхностями слоя 51 из твердого электролита становится меньше по отношению к соотношению концентраций кислорода, соответствующему подаваемому на датчик напряжению Vr. В результате, ток течет от электрода со стороны атмосферы 53, через устройство 60 подачи напряжения, которое подает подаваемое на датчик напряжение Vr на электрод 52 со стороны отработавших газов.
[0067] Сила тока (выходной ток) Ir, текущего в это время, определяется расходом ионов кислорода, которые перемещаются через слой 51 из твердого электролита от электрода со стороны атмосферы 53 на электрод 52 со стороны отработавших газов, если подаваемое на датчик напряжение Vr устанавливают на соответствующую величину. Ионы кислорода вступают в реакцию (сгорают) с несгоревшие газами, которые диффундируют с отработавшими газами через диффузионный регулирующий слой 54 в измерительную газовую камеру 57 на электрод 52 со стороны отработавших газов. Соответственно, расход при движении ионов кислорода соответствует концентрации несгоревших газов в отработавших газах, поступающих в измерительную газовую камеру 57. Поэтому, определяя силу этого тока Ir устройством 61 определения тока, можно определить концентрацию несгоревших газов и, в свою очередь, можно определить отношение воздух-топливо в зоне обогащения.
[0068] Кроме того, когда отношение воздух-топливо для отработавших газов около датчиков 40, 41 воздушно-топливного отношения представляет собой стехиометрическое отношение, количества кислорода и продуктов неполного окисления, которые поступают в измерительную газовую камеру 57, становятся химически эквивалентным отношением. Поэтому, благодаря каталитическому действию электрода 52 со стороны отработавших газов, кислород и продукты неполного окисления полностью сгорают, и не возникает колебаний в концентрации кислорода и продуктов неполного окисления в измерительной газовой камере 57. В результате, соотношение концентраций кислорода на двух боковых поверхностях слоя 51 из твердого электролита не колеблется, однако поддерживается на уровне концентрации кислорода, соответствующей подаваемому на датчик напряжению Vr. По этой причине, как показано на фиг. 5(C), не возникает движения ионов кислорода в связи со свойством кислородного насоса. В результате, ток по цепи не течет.
[0069] Выполненные таким образом датчики 40, 41 воздушно-топливного отношения имеют выходные характеристики, показанные на фиг. 6. То есть, в датчиках 40, 41 воздушно-топливного отношения, чем больше отношение воздух-топливо в отработавших газах (то есть, чем беднее оно становится), тем больше выходной ток Ir датчиков 40, 41 воздушно-топливного отношения. Кроме того, датчики 40, 41 воздушно-топливного отношения выполнены так, что выходной ток Ir становится нулевым, когда отношение воздух-топливо для отработавших газов представляет собой стехиометрическое отношение.
[0070] Электросхемы устройства подачи напряжения и устройства определения тока
На фиг. 7 показан пример специализированных цепей, которые образуют устройство 60 подачи напряжения и устройство 61 определения тока. В иллюстративном примере, электродвижущая сила Е, которая возникает благодаря свойству кислородной ячейки, показана как «Е», внутреннее сопротивление слоя 51 из твердого электролита показано как «Ri», и разность электрических потенциалов между двумя электродам 52, 53 показана как «Vs».
[0071] Как будет понятно из фиг. 6, устройство 60 подачи напряжения в основном осуществляет управление с отрицательной обратной связью, при этом электродвижущая сила Е, которая возникает благодаря свойству кислородной ячейки, соответствует подаваемому на датчик напряжению Vr Другими словами, устройство 60 подачи напряжения осуществляет отрицательное управление обратной связью, при этом, даже когда изменение в соотношении концентраций кислорода между двумя боковыми поверхностями слоя 51 из твердого электролита заставляет разность Vs потенциалов между двумя электродами 52 и 53 меняться, эта разность Vs потенциалов становится подаваемым на датчик напряжением Vr.
[0072] Поэтому, когда отношение воздух-топливо для отработавших газов становится стехиометрическим отношением, и не возникает изменений в соотношении концентраций кислорода между двумя боковыми поверхностями слоя 51 из твердого электролита, соотношение концентраций кислорода между двумя боковыми поверхностями слоя 51 из твердого электролита становится соотношением концентраций кислорода, соответствующим подаваемому на датчик напряжению Vr. В этом случае, электродвижущая сила Е соответствует подаваемому на датчик напряжению Vr, разность Vs потенциалов между двумя электродами 52 и 53 также становится подаваемым на датчик напряжением Vr, и, в результате, ток Ir не течет.
[0073] С другой стороны, когда отношение воздух-топливо для отработавших газов становится отношением, которое отличается от стехиометрического отношения, и возникает изменение в соотношении концентраций кислорода между двумя боковыми поверхностями слоя 51 из твердого электролита, соотношение концентраций кислорода между двумя боковыми поверхностями слоя 51 из твердого электролита не становится соотношением концентраций кислорода, соответствующим подаваемому на датчик напряжению Vr. В этом случае, электродвижущая сила Е становится величиной, отличной от подаваемого на датчик напряжения Vr. В результате, благодаря отрицательному управлению обратной связью, разность Vs потенциалов прилагается между двумя электродами 52 и 53 при этом ионы кислорода движутся между двумя боковыми поверхностями слоя 51 из твердого электролита, так что электродвижущая сила Е соответствует подаваемому на датчик напряжению Vr. Кроме того, в это время ток Ir течет в направлении движения ионов кислорода. В результате, электродвижущая сила Е становится подаваемым на датчик напряжением Vr. Если электродвижущая сила Е становится подаваемым на датчик напряжением Vr, в конечном итоге разность Vs потенциалов также становится подаваемым на датчик напряжением Vr.
[0074] Вследствие этого, можно сказать, что устройство 60 подачи напряжения, по существу, подает напряжение Vr для питания датчика между двумя электродами 52 и 53. Следует отметить, что электрическая цепь устройства 60 подачи напряжения опорного блока не обязательно должна быть такой, как показано на фиг. 7. Схема может иметь любую форму устройства, при условии способности, по существу, подавать напряжение Vr для питания датчика на два электрода 52, 53.
0
0
0
[0075] Кроме того, 61 устройство определения тока на самом деле не определяет ток. Оно определяет напряжение Е для расчета тока из этого напряжения Е. В этом отношении, Е выражено в следующем уравнении (1):
0
0
при этом, V - напряжение смещения (напряжение, подаваемое так, чтобы Е не стало отрицательной величиной, например, 3 V),
R - величина сопротивления, показанная на фиг. 7.
0
0
0
0
[0076] В уравнении (1), подаваемое на датчик напряжение Vr, напряжение V смещения, и величина сопротивления R являются постоянными, и вследствие этого напряжение Е меняется в соответствии с током Ir. По этой причине, если определить напряжение Е, можно вычислить ток Ir из этого напряжения Е.
[0077] Вследствие этого, устройство 61 определения тока, можно сказать, по существу, определяет ток Ir, который протекает через два электрода 52, 53. Следует отметить, что электрическая цепь устройства 61 определения тока опорного блока не обязательно должна быть такой, как показано на фиг. 7. Может быть использована любая форма устройства, если существует возможность определить ток Ir, протекающий через два электрода 52, 53.
[0078] Краткое изложение управления отношением воздух-топливо
Далее, вкратце, будет пояснено управление отношением воздух-топливо в системе управления двигателем внутреннего сгорания согласно настоящему изобретению. В настоящем примере осуществления, выполняется управление с обратной связью, на основе величины выходного тока Irup датчика 40 воздушно-топливного отношения, расположенного на стороне входа, при этом выходной ток Irup датчика 40 воздушно-топливного отношения, расположенного на стороне входа (то есть, отношения воздух-топливо для отработавших газов, поступающих в катализатор 20 на стороне входа) становится величиной, которая соответствует целевому отношению воздух-топливо.
[0079] В настоящем примере осуществления изобретения, целевое отношение воздух-топливо для отработавших газов, поступающих в катализатор 20 очистки отработавших газов на стороне входа, устанавливают на основе выходного сигнала ток Irdwn датчика 41 воздушно-топливного отношения, расположенного на стороне выхода, и величины OSAsc накопления кислорода катализатором 20. В частности, когда выходной ток Irdwn датчика 41 воздушно-топливного отношения становится равным богатой оценочной опорной величине Irrich или меньше, формируется оценка, что отношение воздух-топливо для отработавших газов, которое было определено датчиком 41 воздушно-топливного отношения, стало богатым отношением воздух-топливо. В этом случае, с помощью средства переключения на бедное отношение, целевое отношение воздух-топливо устанавливается на бедное заданное отношение воздух-топливо и поддерживается на этом воздушно-топливном отношении. В этом смысле, богатая оценочная опорная величина Irrich представляет собой величину, которая соответствует заданному богатому оценочному отношению воздух-топливо (например, 14,55), которое слегка богаче, чем стехиометрическое отношение воздух-топливо. Кроме того, бедное заданное отношение воздух-топливо представляет собой заданное отношение воздух-топливо, которое беднее, в некоторой степени, чем стехиометрическое отношение воздух-топливо, и, например, составляет 14,65-20,0, предпочтительно 14,68-18,0 более предпочтительно 14,7-16,0 или около того.
[0080] Затем, в состоянии, когда целевое отношение воздух-топливо установлено на бедное заданное отношение воздух-топливо, величина OSAsc накопления кислорода катализатора 20 очистки отработавших газов достигает заданной величины накопления, которая больше нуля, целевое отношение воздух-топливо переключается на слегка обедненное заданное отношение воздух-топливо средством уменьшения степени обеднения (следует отметить, что величина накопления кислорода в это время будет именоваться «опорной величиной накопления для изменения степени обеднения»). «Слегка обедненное заданное отношение воздух-топливо» представляет собой бедное отношение воздух-топливо, которое меньше отличается от стехиометрического отношения воздух-топливо, чем бедное заданное отношение воздух-топливо, и, например, составляет 14,62-15,7, предпочтительно 14,63-15,2, более предпочтительно 14,65-14,9 или около того. Кроме того, опорная величина накопления для изменения степени обеднения представляет собой величину накопления, которая отличается от нуля, которая представляет собой данную опорную разность изменения а.
[0081] С другой стороны, когда выходной ток Irdwn датчика 41 воздушно-топливного отношения, расположенного на стороне выхода, становится равным бедной оценочной опорной величине Irlean или больше, формируется оценка, что отношение воздух-топливо для отработавших газов, которое определяется датчиком 41 воздушно-топливного отношения, становится бедным отношением воздух-топливо. В этом случае, с помощью средства переключения на богатое отношение, целевое отношение воздух-топливо устанавливается на богатое заданное отношение воздух-топливо и поддерживается на этом отношении воздух-топливо. В этой связи, бедная оценочная опорная величина Irlean представляет собой величину, которая соответствует заданному бедному оценочному отношению воздух-топливо (например, 14,65), которое слегка беднее, чем стехиометрическое отношение воздух-топливо. Кроме того, богатое заданное отношение воздух-топливо представляет собой заданное отношение воздух-топливо, которое богаче в некоторой степени, чем стехиометрическое отношение воздух-топливо, и составляет, например, 10,0-14,55, предпочтительно 12,0-14,52, более предпочтительно 13,0-14,5 или около того.
[0082] Затем, в состоянии, когда целевое отношение воздух-топливо установлено на богатое заданное отношение воздух-топливо, величина OSAsc накопления кислорода катализатором 20 очистки отработавших газов, расположенным на стороне входа, достигает заданной величины накопления, которая меньше, чем максимальная величина накопления, целевое отношение воздух-топливо переключается на слегка обогащенное заданное отношение воздух-топливо средством уменьшения степени обогащения (следует отметить, величина накопления кислорода в это время будет именоваться «опорной величиной накопления для изменения степени обогащения»). Слегка обогащенное заданное отношение воздух-топливо представляет собой богатое отношение воздух-топливо, отличающееся в меньшей степени от стехиометрического отношения воздух-топливо, чем богатое заданное отношение воздух-топливо, и, например, составляет 13,5-14,58, предпочтительно 14-14,57, более предпочтительно 14,3-14,55 или около того. Кроме того, опорная величина накопления для изменения степени обогащения представляет собой величину накопления, которая представляет собой отличие от максимальной величины накопления кислорода, являющееся заданной опорной разностью изменения α.
[0083] В результате, в настоящем примере осуществления изобретения, если выходной ток Irdwn датчика 41 воздушно-топливного отношения, расположенного на стороне выхода, становится равной богатой оценочной опорной величине Irrich или меньше, сначала, устанавливают целевое отношение воздух-топливо на бедное заданное отношение воздух-топливо. Затем, если величина OSAsc накопления кислорода в известной мере становится больше, ее устанавливают на слегка обедненное заданное отношение воздух-топливо. После этого, если выходной ток Irdwn датчика 41 воздушно-топливного отношения становится равной бедной оценочной опорной величине Irlean или больше, сначала, целевое отношение воздух-топливо устанавливают на богатое заданное отношение воздух-топливо. Затем, если величина OSAsc накопления кислорода в известной мере становится меньше, ее устанавливают на слегка обогащенное заданное отношение воздух-топливо, и затем аналогичная операция повторяется.
[0084] Следует отметить, что богатое оценочное отношение воздух-топливо и бедное оценочное отношение воздух-топливо установлены на уровне отношения воздух-топливо в пределах 1% стехиометрического отношения воздух-топливо, предпочтительно в пределах 0,5%, более предпочтительно в пределах 0,35%. Поэтому, отличие богатого оценочного отношения воздух-топливо и бедного оценочного отношения воздух-топливо от стехиометрического отношения воздух-топливо, для случая, когда стехиометрическое отношение воздух-топливо равно 14,6, составляет 0,15 или менее, предпочтительно 0,073 или менее, более предпочтительно 0,051 или менее. Кроме того, отличие целевого отношения воздух-топливо (например, слегка обогащенное заданное отношение воздух-топливо или бедное заданное отношение воздух-топливо) от стехиометрического отношения воздух-топливо устанавливают так, чтобы оно было больше, чем опорная разность.
[0085] Кроме того, в настоящем примере осуществления изобретения, величина OSAsc накопления кислорода катализатором 20 очистки отработавших газов оценивается средством оценки величины накопления кислорода. С использованием средства расчета величины избытка/недостатка потока поступающих продуктов неполного окисления, средства оценки величины накопления кислорода вычисляют на основе отношения воздух-топливо, определенного датчиком 40 и количества поступившего воздуха в двигатель внутреннего сгорания, которое вычисляют на основе значения выходного сигнала расходомера 39 воздуха, и т.д., величину потока продуктов неполного окисления, которая становится избыточной, или величину потока продуктов неполного окисления, которая становится недостаточной, при попытке сделать отношение воздух-топливо для отработавших газов, поступающих в катализатор 20 очистки отработавших газов, стехиометрическим отношением воздух-топливо (именуемую ниже «величиной ΔQcor избытка/недостатка потока поступающих продуктов неполного окисления»).
[0086] То есть, средство вычисления величины избытка/недостатка потока поступающих продуктов неполного окисления вычисляет величину потока продуктов неполного окисления, которые содержатся в отработавших газах, или величину потока продуктов неполного окисления, который нужен для сжигания кислорода, который содержится в отработавших газах, если допустить, что кислород и продукты неполного окисления, и т.д., в отработавших газах, поступающих в катализатор 20 очистки отработавших газов, полностью вступают в реакцию. В частности, средство вычисления избытка/недостатка потока поступающих продуктов неполного окисления вычисляет величину ΔQcor избытка/недостатка потока поступающих продуктов неполного окисления, на основе количества воздуха, поступающего в двигатель внутреннего сгорания, которая была вычислена на основе показаний расходомера 39 воздуха и т.п., и разности между отношением воздух-топливо, которая было определено датчиком 40 и стехиометрическим отношением воздух-топливо.
[0087] Сходным образом, с помощью средства вычисления величины избытка/недостатка потока истекающих продуктов неполного окисления, средства оценки величины накопления кислорода вычисляют, на основе отношения воздух-топливо, определенного датчиком 41 воздушно-топливного отношения, и количества воздуха, поступающего в двигатель внутреннего сгорания, которое было вычислено на основе выходного сигнала расходомера 39 воздуха, и т.п., величину потока продуктов неполного окисления, который становится избыточным, или величину потока продуктов неполного окисления, который становится недостаточным при попытке сделать отношение воздух-топливо для отработавших газов, истекающих из катализатора 20 очистки отработавших газов, со стороны входа, стехиометрическим отношением воздух-топливо (именуемым ниже «величиной ΔQsc избытка/недостатка потока истекающих продуктов неполного окисления»).
[0088] То есть, средство вычисления величины избытка/недостатка потока истекающих продуктов неполного окисления вычисляет величину потока продуктов неполного окисления, которые содержатся в отработавших газах или величину потока продуктов неполного окисления, которые необходимы для сжигания кислорода, который содержится в отработавших газах, при допущении того, что кислород и продукты неполного окисления, и т.д., в отработавших газах, истекающих из катализатора 20 очистки отработавших газов, полностью вступают в реакцию. В частности, средство вычисления величины избытка/недостатка потока истекающих продуктов неполного окисления вычисляет величину ΔQsc избытка/не достатка потока истекающих продуктов неполного окисления на основе количества воздуха, поступающего в двигатель внутреннего сгорания, которое вычисляют на основе показаний расходомера 39 воздуха, и т.п., и разности между отношением воздух-топливо, которое было определено датчиком 41 воздушно-топливного отношения, размещенным на стороне выхода и стехиометрическим отношением воздух-топливо.
[0089] Кроме того, средство оценки величины накопления кислорода вычисляет величину OSAsc накопления кислорода для катализатора 20 очистки отработавших газов, с использованием средства вычисления величины накопления, на основе суммарной величины ΣQsc разности величин потока (=Σ(ΔQcor-ΔQsc)), полученной нарастающим итогом путем сложения разности величин потока (ΔQcor-ΔQsc), полученной вычитанием величины ΔQsc избытка/недостатка потока истекающих продуктов неполного окисления из величины ΔQcor избытка/недостатка потока поступающих продуктов неполного окисления. В этом отношении, величина разности потока соответствует величине потока продуктов неполного окисления, которые были доокислены и удалены в катализаторе 20 очистки отработавших газов, размещенном на стороне входа, или величине потока кислорода, который был накоплен в катализаторе 20 очистки отработавших газов. Поэтому, суммарная величина ΣQsc разности величин потока пропорциональна величине OSAsc накопления кислорода катализатором 20 очистки отработавших газов, и поэтому можно с точностью оценить величину накопления кислорода на основе суммарная величина ΣQsc разности величин потока.
[0090] Следует отметить, что вышеупомянутое средство оценки величины накопления кислорода оценивает величину OSAsc накопления кислорода для катализатора 20 очистки отработавших газов на основе избытка/недостатка потока поступающих продуктов неполного окисления в отработавших газах, поступающих в катализатор 20 очистки отработавших газов, или в отработавших газах, истекающих из катализатора 20. Тем не менее, можно также оценить величину OSAsc накопления кислорода для катализатора 20 на основе величины избытка/недостатка потока кислорода в отработавших газах, поступающих в катализатор 20 очистки отработавших газов, или в отработавших газах, истекающих из катализатора 20. В этом случае, величину избытка/недостатка потока кислорода вычисляют путем умножения количества топлива, подаваемого топливным инжектором 11 в камеру 5 сгорания на разность между отношением воздух-топливо, определенным датчиками 40, 41 воздушно-топливного отношения, и стехиометрическим отношением воздух-топливо.
[0091] Следует отметить, что вышеупомянутое целевое отношение воздух-топливо устанавливается, и величина накопления кислорода оценивается с помощью ЭБУ 31. Поэтому можно сказать, что ЭБУ 31 имеет средство переключения на бедное отношение воздух-топливо, средство уменьшения степени обеднения, средство переключения на богатое отношение воздух-топливо, средство уменьшения степени обогащения, средство вычисления величины избытка/недостатка потока поступающих продуктов неполного окисления, средство вычисления величины избытка/недостатка потока истекающих продуктов неполного окисления, и средство вычисления величины накопления.
[0092] Пояснение управления с использованием временной диаграммы
Со ссылкой на фиг. 8, это вышеописанное функционирование будет пояснено подробно. Фиг. 8 представляет собой временную диаграмму величины OSAsc накопления кислорода для катализатора 20 со стороны входа, выходного тока (сигнала) Irdwn датчика 41 воздушно-топливного отношения, расположенного на стороне выхода, величины коррекции AFC отношения воздух-топливо, выходного тока (сигнала) Irup датчика 40 воздушно-топливного отношения, расположенного на стороне входа, величины ΔQcor избытка/недостатка потока поступающих продуктов неполного окисления, величины ΔQsc избытка/недостатка потока истекающих продуктов неполного окисления, суммарной величины ΣQsc разности величин потока, и условная величина gk (AFgk) отклонения отношения воздух-топливо, в случае выполнения управления отношением воздух-топливо в системе управления двигателем внутреннего сгорания согласно настоящему примеру осуществления изобретения.
[0093] Следует отметить, что выходной ток Irup датчика 40 воздушно-топливного отношения, превращается в ноль, когда отношение воздух-топливо для отработавших газов, поступающих в катализатор 20, размещенный на стороне входа, представляет собой стехиометрическое отношение, становится отрицательной величиной, когда отношение воздух-топливо для отработавших газов представляет собой богатое отношение воздух-топливо, и становится положительной величиной, когда отношение воздух-топливо для отработавших газов представляет собой бедное отношение воздух-топливо. Кроме того, когда отношение воздух-топливо для отработавших газов, поступающих в катализатор 20 размещенный на стороне входа, представляет собой богатое отношение воздух-топливо или бедное отношение воздух-топливо, разность относительно стехиометрического отношения воздух-топливо тем больше, чем больше абсолютное значение выходного тока Irup датчика 40 воздушно-топливного отношения, со стороны входа.
[0094] Выходной ток Irdwn датчика 41 воздушно-топливного отношения, размещенного на стороне выхода также меняется, в зависимости от отношения воздух-топливо для отработавших газов, истекающих из катализатора 20 со стороны входа, аналогично выходному току Irup датчика 40 воздушно-топливного отношения. Кроме того, величина коррекции AFC отношения воздух-топливо для отработавших газов, поступающих в катализатор 20, размещенный на стороне входа, представляет собой величину коррекции, относящуюся к целевому отношению воздух-топливо. Когда величина AFC коррекции отношения воздух-топливо представляет собой 0, целевое отношение воздух-топливо представляет собой стехиометрическое отношение воздух-топливо, когда величина коррекции AFC отношения воздух-топливо представляет собой положительную величину, целевое отношение воздух-топливо становится бедным отношением воздух-топливо, и когда величина коррекции AFC отношения воздух-топливо представляет собой отрицательную величину, целевое отношение воздух-топливо становится богатым отношением воздух-топливо.
[0095] Кроме того, условная величина AFgk отклонения отношения воздух-топливо используется для коррекции отклонения, когда отношение воздух-топливо для отработавших газов, которые фактически поступают в катализатор 20 очистки отработавших газов, отклоняется от целевого отношения воздух-топливо для отработавших газов, поступающих в катализатор 20 очистки отработавших газов. В частности, когда фактическое отношение воздух-топливо в отработавших газах отклоняется от целевого воздушно-топливное отношения, условная величина AFgk отклонения отношения воздух-топливо обновляется в соответствии с этой величиной отклонения. Следующее и дальнейшие целевые отношения воздух-топливо установлены с учетом обновленной условной величины AFgk отклонения отношения воздух-топливо.
1
[0096] В проиллюстрированном примере, в состоянии перед моментом времени t, величина AFC коррекции отношения воздух-топливо целевого отношения воздух-топливо установлена на слегка обогащенную уставку AFCsrich величины коррекции. «Слегка обогащенная уставка AFCsrich величины коррекции» представляет собой величину, соответствующую незначительно обогащенному заданному отношению воздух-топливо и величине меньше нуля. Поэтому, целевое отношение воздух-топливо для отработавших газов, поступающих в катализатор 20 очистки отработавших газов, размещенный на стороне входа, устанавливается на богатое отношение воздух-топливо. Вместе с этим, выходной ток Irup датчика 40 воздушно-топливного отношения, со стороны входа является отрицательной величиной. Отработавшие газы, поступающие в катализатор 20 очистки отработавших газов, содержат продукты неполного окисления, и поэтому величина OSAsc накопления кислорода для катализатора 20 очистки отработавших газов постепенно уменьшается. Тем не менее, продукты неполного окисления, содержащиеся в отработавших газах, очищаются катализатором 20, и поэтому выходной ток Irdwn датчика воздушно-топливного отношения, размещенного на стороне выхода составляет, по существу, 0 (что соответствует стехиометрическому отношению воздух-топливо). Кроме того, отработавшие газы, поступающие в катализатор 20 очистки отработавших газов, также содержат продукты неполного окисления, хотя его количество небольшое, и поэтому величина ΔQcor избытка/недостатка потока поступающих продуктов неполного окисления является положительной величиной, то есть, находится в состоянии, когда продукты неполного окисления в избытке.
x
[0097] С другой стороны, продукты неполного окисления в отработавших газах, поступающих в катализатор 20 очистки отработавших газов, окисляются и очищаются кислородом, который накапливается в катализаторе 20 очистки отработавших газов. Поэтому, не только количество кислорода (и NO) в отработавших газах из катализатора 20 очистки отработавших газов, размещенном на стороне входа, но также и количество продуктов неполного окисления в отработавших газах сокращается. Поэтому, величина ΔQsc избытка/недостатка потока поступающих продуктов неполного окисления составляет, по существу, ноль. В результате, суммарной величины ΣQsc разности величин потока постепенно увеличивается. Это показывает, что величина OSAsc накопления кислорода для катализатора 20 очистки отработавших газов постепенно уменьшается.
1
1
[0098] Кроме того, в проиллюстрированном примере, перед моментом времени t, условная величина AFgk отклонения отношения воздух-топливо является положительной величиной. Поэтому, в проиллюстрированном примере, перед моментом времени t, величина AFC коррекции отношения воздух-топливо отклоняется в бедную сторону (AFC+AFgk), заданную в качестве целевого отношения воздух-топливо.
1
[0099] Если величина OSAsc накопления кислорода для катализатора 20 очистки отработавших газов, со стороны входа постепенно уменьшается, величина OSAsc накопления кислорода уменьшается, выходя за нижнюю предельную величину накопления (см. фиг. 2, Clowlim). Если величина OSAsc накопления кислорода уменьшается, выходя за нижнюю предельную величину накопления, часть продуктов неполного окисления, поступающих в катализатор 20 очистки отработавших газов, истекает без очистки катализатором 20 очистки отработавших газов. Поэтому, прямо перед моментом времени t на фиг. 8, вместе с уменьшением величины OSAsc накопления кислорода для катализатора 20 очистки отработавших газов, уменьшается, выходной ток Irdwn датчика 41 воздушно-топливного отношения, размещенного на стороне выхода, постепенно падает. Следует отметить, что продукты неполного окисления, содержащиеся в отработавших газах, истекающих из катализатора 20 очистки отработавших газов, окисляются и очищаются катализатором 24 очистки отработавших газов, размещенным на стороне выхода.
[0100] Если отработавшие газы, истекающие из катализатора 20 очистки отработавших газов, содержат продукты неполного окисления, следовательно, и выходной ток Irdwn датчика 41 воздушно-топливного отношения постепенно падает, величина ΔQsc избытка/недостатка потока истекающих продуктов неполного окисления, которую вычисляют на основе выходного тока Irdwn датчика 41 воздушно-топливного отношения, увеличивается. Тем не менее, величина потока продуктов неполного окисления в отработавших газах, истекающих из катализатора 20 очистки отработавших газов, является небольшой, и поэтому величина ΔQsc избытка/недостатка потока истекающих продуктов неполного окисления меньше по абсолютной величине, чем величина ΔQcor избытка/недостатка потока поступающих продуктов неполного окисления. Соответственно, в это время также, суммарная величина ΣQsc разности величин потока постепенно увеличивается. Это показывает, что в это время также, величина OSAsc накопления кислорода для катализатора 20 очистки отработавших газов постепенно уменьшается.
1
[0101] Затем, выходной ток Irdwn датчика 41 воздушно-топливного отношения, расположенного на стороне выхода постепенно падает и, в момент времени t, достигает богатой оценочной опорной величины Irrich, которая соответствует богатому оценочному отношению воздух-топливо. В настоящем примере осуществления изобретения, если выходной ток Irdwn датчика 41 воздушно-топливного отношения становится равным богатой оценочной опорной величине Irrich или меньше, чтобы прекратить падение величины OSAsc накопления кислорода для катализатора 20 очистки отработавших газов, величина AFC коррекции отношения воздух-топливо переключается на бедную уставку AFCglean величины коррекции. Бедная уставка AFCglean величины коррекции представляет собой величину, которая соответствует бедному заданному отношению воздух-топливо и представляет собой величину больше нуля.
[0102] Следует отметить, что в настоящем примере осуществления изобретения, после того, как выходной ток Irdwn датчика 41 воздушно-топливного отношения достигает богатой оценочной опорной величины Irrich, то есть, после того, как отношение воздух-топливо для отработавших газов, истекающих из катализатора 20 очистки отработавших газов, достигает богатого оценочного отношения воздух-топливо, величина AFC коррекции отношения воздух-топливо переключается. Это происходит потому, что даже если величина накопления кислорода для катализатора 20 очистки отработавших газов достаточна, отношение воздух-топливо для отработавших газов, истекающих из катализатора 20 очистки отработавших газов, иногда слегка отклоняется от стехиометрического отношения воздух-топливо. То есть, если формируется оценка, что величина накопления кислорода для катализатора 20 очистки отработавших газов со стороны входа вышла за пределы нижней предельной величины накопления, в тот момент, когда выходной ток Irdwn слегка отклоняется от величины, соответствующей стехиометрическому отношению воздух-топливо (то есть, нуля), имеется вероятность того, что оцениваемая величина OSAsc накопления кислорода вышла за пределы нижней предельной величины накопления, даже если фактически имеется достаточная величина накопления кислорода. Поэтому, в настоящем примере осуществления изобретения, не ожидают того момента, когда отношение воздух-топливо для отработавших газов, истекающих из катализатора 20 очистки отработавших газов, достигнет богатого оценочного отношения воздух-топливо, чтобы сформировать оценку, что величина накопления кислорода вышла за пределы нижней предельной величины накопления. Иначе говоря, богатое оценочное отношение воздух-топливо устанавливается на отношение воздух-топливо, которое представляет собой отношение воздух-топливо для отработавших газов, истекающих из катализатора 20 очистки отработавших газов, не достигшее того, что величина накопления кислорода для катализатора 20 очистки отработавших газов со стороны входа является достаточной. Следует отметить, что то же самое можно сказать в отношении поясненного далее бедного оценочного отношения воздух-топливо.
1
[0103] Если, в момент времени t, целевое отношение воздух-топливо для отработавших газов, поступающих в катализатор 20 очистки отработавших газов, переключается на бедное заданное отношение воздух-топливо, отношение воздух-топливо для отработавших газов, поступающих в катализатор 20 очистки отработавших газов, также меняется с богатого отношения воздух-топливо на бедное отношение воздух-топливо (фактически, задержка возникает от момента, когда целевое отношение воздух-топливо переключается, до момента, когда отношение воздух-топливо для отработавших газов, поступающих в катализатор 20 очистки отработавших газов, меняется, тем не менее, в проиллюстрированном примере, для удобства они рассматриваются как меняющиеся одновременно).
1
[0104] Если, в момент времени t, отношение воздух-топливо для отработавших газов, поступающих в катализатор 20 очистки отработавших газов, меняется на бедное отношение воздух-топливо, выходной ток Irup датчика 40 воздушно-топливного отношения становится положительной величиной, и величина OSAsc накопления кислорода для катализатора 20 очистки отработавших газов, начинает увеличиваться. Кроме того, отработавшие газы, поступающие в катализатор 20 очистки отработавших газов, содержат большое количество кислорода, поэтому величина ΔQcor избытка/недостатка потока поступающих продуктов неполного окисления становится отрицательной величиной, то есть, находится в состоянии, когда продукты неполного окисления находятся в недостатке.
2
[0105] Следует отметить, что в проиллюстрированном примере, сразу после переключения целевого отношения воздух-топливо, выходной ток Irdwn датчика 41 воздушно-топливного отношения падает. Это происходит потому, что возникает задержка от момента, когда происходит переключение целевого отношения воздух-топливо до момента, когда отработавшие газы достигают катализатора 20 очистки отработавших газов, находящегося на стороне входа, и, таким образом, продукты неполного окисления продолжают истекать из катализатора 20 очистки отработавших газов. Поэтому, величина ΔQsc избытка/недостатка потока истекающих продуктов неполного окисления, который вычисляют на основе выходного сигнала тока Irdwn датчика 41, становится положительной величиной. Тем не менее, величина потока продуктов неполного окисления в отработавших газах, истекающих из катализатора 20 очистки отработавших газов, является небольшой, и поэтому абсолютное значение величины ΔQsc избытка/недостатка потока истекающих продуктов неполного окисления меньше, чем абсолютное значение величины ΔQcor избытка/недостатка потока поступающих продуктов неполного окисления. Соответственно, после момента времени t, суммарная величина ΣQsc разности величин потока постепенно уменьшается. Это показывает, что в это время, величина OSAsc накопления кислорода для катализатора 20 очистки отработавших газов, со стороны входа постепенно возрастает.
1
1
1
[0106] Кроме того, суммарная величина ΣQsc разности величин потока сбрасывается на ноль в момент времени t. Это происходит потому, что в настоящем примере осуществления изобретения, суммарную величину ΣQsc разности величин потока вычисляют по отношению к опорному моменту времени, например, когда целевое отношение воздух-топливо переключается с богатого отношения воздух-топливо на бедное отношение воздух-топливо, или когда оно переключается с бедного отношения воздух-топливо на богатое отношение воздух-топливо. В это же время, в момент времени t, условная величина AFgk отклонения отношения воздух-топливо обновляется. В это время, условная величина AFgk отклонения отношения воздух-топливо обновляется, основываясь на следующей формуле (2) путем умножения заданного коэффициента С на суммарную величину ΣQsc разности величин потока непосредственно перед моментом времени t и складывая результат с предыдущим значением (следует отметить, что «i» в формуле (2) обозначает количество обновлений):
2
[0107] Затем, вместе с возрастанием величины OSAsc накопления кислорода для катализатора 20 очистки отработавших газов, находящегося на стороне входа, отношение воздух-топливо для отработавших газов, истекающих из катализатора 20 очистки отработавших газов, меняется на стехиометрическое отношение воздух-топливо, и выходной ток Irdwn датчика 41 воздушно-топливного отношения, находящегося на стороне выхода превращается в ноль. Следовательно, выходной ток Irdwn датчика 41 воздушно-топливного отношения становится равным богатой оценочной опорной величине Irrich или более в момент времени t. Также в течение этого периода, величина AFC коррекции отношения воздух-топливо целевого отношения воздух-топливо поддерживается на уровне бедной уставки AFCglean величины коррекции, и, таким образом, выходной ток Irup датчика 40 воздушно-топливного отношения, находящегося на стороне входа поддерживается на положительной величине.
3
[0108] Если величина OSAsc накопления кислорода для катализатора 20 очистки отработавших газов продолжает возрастать, в момент времени t, она достигает опорной величины Clean накопления для изменения степени обеднения. В это время, суммарная величина ΣQsc разности величин потока достигает опорной суммарной величины ΣQsclean для изменения степени обеднения. В настоящем примере осуществления изобретения, если суммарная величина ΣQsc разности величины потока становится равной опорной суммарной величине ΣQsclean изменения степени обеднения или меньше, чтобы замедлить скорость уменьшения величины OSAsc накопления кислорода для катализатора 20 очистки отработавших газов, величина AFC коррекции отношения воздух-топливо переключается на слегка обедненную уставку AFCslean величины коррекции. Слегка обедненная уставка AFCslean величины коррекции представляет собой величину, которая соответствует слегка обедненному заданному отношению воздух-топливо, и представляет собой величину, которая меньше, чем AFCglean, и больше нуля.
3
[0109] Если в момент времени t, целевое отношение воздух-топливо переключается на слегка обедненное заданное отношение воздух-топливо, разность между отношением воздух-топливо для отработавших газов, поступающих в катализатор 20 очистки отработавших газов, и стехиометрическим отношением воздух-топливо также становится меньше. Вместе с этим, величина выходного тока Irup датчика 40 воздушно-топливного отношения становится меньше, и скорость возрастания величины OSAsc накопления кислорода для катализатора 20 очистки отработавших газов падает. Кроме того, количество кислорода, который содержится в отработавших газах, поступающих в катализатор 20 очистки отработавших газов, уменьшается, и поэтому абсолютная величина ΔQcor избытка/недостатка потока поступающих продуктов неполного окисления падает.
x
x
[0110] С другой стороны, кислород в отработавших газах, поступающих в катализатор 20 очистки отработавших газов, накапливается в катализаторе 20 очистки отработавших газов, находящемся на стороне входа. Поэтому, не только количество продуктов неполного окисления в отработавших газах, выходящих из катализатора 20 очистки отработавших газов, но также и количество кислорода в этих отработавших газах сокращается. Поэтому, величина ΔQsc избытка/недостатка потока истекающих продуктов неполного окисления становится, по существу, нулевой. В результате, суммарная величина ΣQsc разности величин потока постепенно уменьшается. Это показывает, что величина OSAsc накопления кислорода для катализатора 20 очистки отработавших газов постепенно увеличивается. Следует отметить, в это время, оксиды азота NO в отработавших газах, поступающих в катализатор 20 очистки отработавших газов, восстанавливаются и очищаются в катализаторе 20 очистки отработавших газов, и поэтому количество NO в отработавших газах выходящих из катализатора 20 очистки отработавших газов также сокращается.
3
4
x
x
[0111] После момента времени t, величина OSAsc накопления кислорода для катализатора 20 очистки отработавших газов постепенно увеличивается, хотя скорость увеличения небольшая. Каждый раз, когда величина OSAsc накопления кислорода для катализатора 20 очистки отработавших газов постепенно увеличивается, величина OSAsc накопления кислорода выходит за пределы верхней предельной величины накопления (см. Cuplim на фиг. 2). Когда величина OSAsc накопления кислорода выходит за пределы верхней предельной величины накопления, часть кислорода, поступающего в катализатор 20 очистки отработавших газов, выходит из катализатора 20 очистки отработавших газов, не накапливаясь. Поэтому, прямо перед моментом времени t на фиг. 8, вместе с возрастанием величины OSAsc накопления кислорода для катализатора 20 очистки отработавших газов, выходной ток Irdwn датчика 41 воздушно-топливного отношения на стороне выхода постепенно возрастает. Следует отметить, что вместе с катализатором 20 очистки отработавших газов, который становится неспособен сохранить часть кислорода, оксиды азота NO также больше не могут восстанавливаться и очищаться, хотя эти оксиды азота NO восстанавливаются и очищается катализатором 24 очистки отработавших газов, размещенным на стороне выхода.
[0112], Таким образом, если отработавшие газы, истекающие из катализатора 20 очистки отработавших газов, содержат кислород, и выходной ток Irdwn датчика 41 воздушно-топливного отношения постепенно возрастает, величина ΔQsc избытка/недостатка потока истекающих продуктов неполного окисления, которую вычисляют на основе выходного сигнала ток Irdwn датчика 41 воздушно-топливного отношения, уменьшается. Тем не менее, величина потока кислорода в отработавших газах, истекающих из катализатора 20 очистки отработавших газов, является небольшой, и поэтому величина ΔQsc избытка/недостатка потока истекающих продуктов неполного окисления меньше по абсолютной величине, чем величина ΔQcor избытка/недостатка потока поступающих продуктов неполного окисления, соответственно, в это время также, суммарная величина ΣQsc разности величины потока постепенно уменьшается. Это показывает, что в это время также, величина OSAsc накопления кислорода для катализатора 20 очистки отработавших газов постепенно увеличивается.
4
[0113] Затем, выходной ток Irdwn датчика 41 контроля состава постепенно возрастает, и, в момент времени t, достигает бедной оценочной опорной величины Irlean, которая соответствует бедному оценочному отношению воздух-топливо. В настоящем примере осуществления изобретения, если выходной ток датчика 41 воздушно-топливного отношения становится равным бедной оценочной опорной величине Irlean или более, то, чтобы прекратить возрастание величины OSAsc накопления кислорода для катализатора 20 очистки отработавших газов, величина AFC коррекции отношения воздух-топливо переключается на богатую уставку AFCgrich величины коррекции. Богатая уставка AFCgrich величины коррекции представляет собой величину, соответствующую богатому заданному отношению воздух-топливо, и представляет собой величину меньше нуля.
4
[0114] Каждый раз, в момент времени t, при переключении целевого отношения воздух-топливо для отработавших газов, поступающих в катализатор 20 очистки отработавших газов, на богатое заданное отношение воздух-топливо, отношение воздух-топливо для отработавших газов, поступающих в катализатор 20 очистки отработавших газов, также меняется с бедного отношения воздух-топливо на богатое отношение воздух-топливо (фактически, возникает задержка от момента, когда целевое отношение воздух-топливо переключается, до момента, когда отношение воздух-топливо для отработавших газов, поступающих в катализатор 20 очистки отработавших газов, меняется, однако, в проиллюстрированном примере, они для удобства рассматриваются как меняющиеся одновременно).
4
[0115] Если, в момент времени t, отношение воздух-топливо для отработавших газов, поступающих в катализатор 20 очистки отработавших газов, меняется на богатое отношение воздух-топливо, выходной ток Irup датчика 40 воздушно-топливного отношения становится отрицательной величиной, и величина OSAsc накопления кислорода для катализатора 20 очистки отработавших газов, начинает уменьшаться. Кроме того, отработавшие газы, поступающие в катализатор 20 очистки отработавших газов, содержат большое количество продуктов неполного окисления, и поэтому величина ΔQcor избытка/недостатка потока поступающих продуктов неполного окисления становится положительной величиной, то есть, находится в состоянии, когда продукты неполного окисления в избытке.
4
4
[0116] Следует отметить, что в момент времени t, суммарная величина ΣQsc разности величины потока сбрасывается на ноль и, одновременно, условная величина AFgk отклонения отношения воздух-топливо обновляется. В это время, условная величина AFgk отклонения отношения воздух-топливо обновляется на основе вышеуказанной формулы (2) путем умножения заданного коэффициента С на суммарную величину ΣQsc разности величины потока непосредственно перед моментом времени t и суммирования результата с предыдущим значением.
5
[0117] Затем, вместе с уменьшением величины OSAsc накопления кислорода для катализатора 20 очистки отработавших газов, отношение воздух-топливо для отработавших газов, истекающих из катализатора 20 очистки отработавших газов, меняется на стехиометрическое отношение воздух-топливо, и выходной ток Irdwn датчика 41 воздушно-топливного отношения, находящегося на стороне выхода превращается в «0». Поэтому, выходной ток Irdwn датчика 41 воздушно-топливного отношения становится равным бедной оценочной опорной величине Irlean или менее, после момента времени t. В течение этого периода также, величина AFC коррекции отношения воздух-топливо целевого отношения воздух-топливо поддерживается на уровне богатой уставки AFCgrich величины коррекции, и выходной ток Irup датчика 40 воздушно-топливного отношения, находящегося на стороне входа поддерживается на отрицательной величине.
6
[0118] Если величина OSAsc накопления кислорода для катализатора 20 очистки отработавших газов, находящегося на стороне входа, продолжает уменьшаться, в момент времени t, она достигает опорной величины Crich накопления для изменения степени обогащения. В это время, суммарная величина ΣQsc разности величин потока достигает опорной суммарной величины ΣQscrich изменения степени обогащения. В настоящем примере осуществления изобретения, если суммарная величина ΣQsc разности величины потока становится равной опорной суммарной величине ΣQscrich изменения степени обогащения или более, чтобы замедлить скорость уменьшения величины OSAsc накопления кислорода для катализатора 20 очистки отработавших газов, величина AFC коррекции отношения воздух-топливо переключается на слегка обогащенную уставку величины AFCsrich коррекции. Слегка обогащенная уставка величины AFCsrich коррекции представляет собой величину, соответствующую слегка обогащенному заданному отношению воздух-топливо, и представляет собой величину, которая является большей, чем AFCgrich и меньше 0.
6
[0119] В момент времени t, при переключении целевого отношения воздух-топливо на слегка обогащенное заданное отношение воздух-топливо, разность между отношением воздух-топливо для отработавших газов, поступающих в катализатор 20 очистки отработавших газов, и стехиометрическим отношением воздух-топливо становится меньше. Вместе с этим, величина выходного тока Irup датчика 40 воздушно-топливного отношения становится больше, и скорость уменьшения величины OSAsc накопления кислорода для катализатора 20 очистки отработавших газов падает. Кроме того, количество продуктов неполного окисления, содержащихся в отработавших газах, поступающих в катализатор 20 очистки отработавших газов, уменьшается, и поэтому абсолютное значение величины ΔQcor избытка/недостатка потока поступающих продуктов неполного окисления падает.
x
[0120] С другой стороны, продукты неполного окисления, содержащиеся в отработавших газах, поступающие в катализатор 20 очистки отработавших газов, окисляются и очищаются в катализаторе 20 очистки отработавших газов. Поэтому, не только количество кислорода и NO в отработавших газах, выходящих из катализатора 20 очистки отработавших газов, но также и количество продуктов неполного окисления в отработавших газах сокращается. Поэтому, величина ΔQsc избытка/недостатка потока истекающих продуктов неполного окисления становится, по существу, нулевой. В результате, суммарная величина ΣQsc разности величин потока постепенно увеличивается. Это показывает, что величина OSAsc накопления кислорода для катализатора 20 очистки отработавших газов постепенно уменьшается.
5
1
1
6
[0121] После момента времени t, величина OSAsc накопления кислорода для катализатора 20 очистки отработавших газов постепенно уменьшается, хотя скорость ее уменьшения небольшая. В результате, продукты неполного окисления начинают истекать из катализатора 20 очистки отработавших газов. В результате, как и в аналогичный момент времени t, выходной ток Irdwn датчика 41 воздушно-топливного отношения, размещенный на стороне выхода достигает богатой оценочной опорной величины Irrich. Затем повторяется операция, аналогичная операции в моменты времени t-t.
[0122] Принцип действия и технический результат регулирования согласно настоящему примеру осуществления изобретения
1
4
1
x
4
x
В соответствии с регулированием отношения воздух-топливо согласно настоящему примеру осуществления изобретения, поясненному выше, сразу после того, как целевое отношение воздух-топливо меняется с богатого отношения воздух-топливо на бедное отношение воздух-топливо в момент времени t и непосредственно, после того, как целевое отношение воздух-топливо меняется с бедного отношения воздух-топливо на богатое отношение воздух-топливо в момент времени t, разность между целевым отношением воздух-топливо и стехиометрическим отношением воздух-топливо устанавливается большой (то есть, степень обогащения или степень обеднения устанавливается большой). Поэтому, продукты неполного окисления, которые истекают из катализатора 20 очистки отработавших газов в момент времени t, и оксиды азота NO, которые истекают из катализатора 20 очистки отработавших газов в момент времени t, могут быстро уменьшиться. Следовательно, отток продуктов неполного окисления и NO из катализатора 20 очистки отработавших газов может быть прекращен.
1
3
3
4
3
4
x
4
x
x
[0123] Кроме того, согласно параметрам воздействия на отношение воздух-топливо в соответствии настоящим примером осуществления изобретения, в момент времени t, целевое отношение воздух-топливо устанавливается на бедное заданное отношение воздух-топливо, и тогда отток продуктов неполного окисления из катализатора 20 очистки отработавших газов, со стороны входа, останавливается, и величина OSAsc накопления кислорода для катализатора 20 очистки отработавших газов восстанавливается до некоторой степени, и затем в момент времени t, целевое отношение воздух-топливо переключается на слегка обедненное заданное отношение воздух-топливо. Таким образом, путем уменьшения разности между целевым отношением воздух-топливо и стехиометрическим отношением воздух-топливо, от момента времени t до момента времени t, может быть замедлена скорость уменьшения величины OSAsc накопления кислорода для катализатора 20 очистки отработавших газов. Из-за этого, временной интервал от момента времени t до момента времени t может быть длиннее. В результате, можно уменьшить величину оттока NO или продуктов неполного окисления из катализатора 20 очистки отработавших газов в единицу времени. Кроме того, согласно вышеуказанному управлению отношением воздух-топливо, можно поддерживать небольшой величину оттока, когда, в момент времени t, NO истекает из катализатора 20 очистки отработавших газов. Поэтому, отток NO из катализатора 20 очистки отработавших газов может быть прекращен.
4
x
6
6
7
1
6
7
x
7
[0124] Кроме того, согласно управлению отношением воздух-топливо настоящего примера осуществления изобретения, в момент времени t, целевое отношение воздух-топливо устанавливается на богатое заданное отношение воздух-топливо, тогда отток NO (кислород) из катализатора 20 очистки отработавших газов прекращается, и величина OSAsc накопления кислорода для катализатора 20 очистки отработавших газов уменьшается в некоторой степени, и затем, в момент времени t, целевое отношение воздух-топливо переключается на слегка обогащенное заданное отношение воздух-топливо. Путем снижения разности между целевым отношением воздух-топливо и стехиометрическим отношением воздух-топливо, таким образом, от момента времени t до момента времени t (времени выполнения управления, соответствующего моменту времени t), скорость уменьшения величины OSAsc накопления кислорода для катализатора 20 очистки отработавших газов может быть замедлена. Из-за этого, временной интервал от момента времени t до момента времени t может быть длиннее. В результате, величина оттока NO или продуктов неполного окисления из катализатора 20 очистки отработавших газов в единицу времени может быть уменьшена. Кроме того, согласно вышеуказанному управлению отношением воздух-топливо, в момент времени t, когда продукты неполного окисления истекают из катализатора 20 очистки отработавших газов, величина оттока может поддерживаться небольшой. Поэтому, отток продуктов неполного окисления из катализатора 20 очистки отработавших газов может быть прекращен.
x
x
[0125] Кроме того, в настоящем примере осуществления изобретения, в качестве датчика, который определяет отношение воздух-топливо для отработавших газов на стороне выхода, используется датчик 41 воздушно-топливного отношения, который имеет конфигурацию, показанную на фиг. 4. В этом датчике 41 воздушно-топливного отношения, отличающемся от кислородного датчика, нет гистерезиса, соответствующего направлению изменения отношения воздух-топливо в отработавших газах, как показано на фиг. 3. Поэтому, согласно характеристикам датчика 41 воздушно-топливного отношения, отклик на фактическое отношение воздух-топливо в отработавших газах является быстрым, и отток продуктов неполного окисления кислород (и NO) из катализатора 20 очистки отработавших газов может быть быстро определен. Поэтому, также в силу этого, согласно настоящему примеру осуществления изобретения, можно прекратить отток продуктов неполного окисления NO (и кислорода) из катализатора 20 очистки отработавших газов, расположенного на стороне входа.
[0126] Кроме того, в катализаторе очистки отработавших газов, который может накапливать кислород, если поддерживать величину накопления кислорода, по существу, постоянной, способность к накоплению кислорода падает. Поэтому, чтобы поддерживать способность к накоплению кислорода как можно более высокой, необходимо менять величину накопления кислорода вверх и вниз во время использования катализатора очистки отработавших газов. Согласно управлению отношением воздух-топливо в соответствии с настоящим примером осуществления изобретения, величина OSAsc накопления кислорода катализатора 20 очистки отработавших газов периодически меняется вверх и вниз практически от нуля до максимальной величины накопления кислорода. Поэтому, способность к накоплению кислорода катализатора 20 очистки отработавших газов может поддерживаться на максимально возможном высоком уровне.
[0127] Пояснение к специализированному управлению
Далее, со ссылкой на фиг. 9-11, будет, в частности, пояснена система управления в вышеописанном примере осуществления изобретения. Система управления в вышеописанном примере осуществления изобретения, как показано на функциональной блок-схеме на фиг. 10, представляет собой функциональные блоки А1 - А11. Ниже, со ссылкой на фиг. 9, будут пояснены эти функциональные блоки.
[0128] Вычисление подачи топлива
Сначала будет пояснено вычисление подачи топлива. При вычислении подачи топлива, используется средство А1 вычисления поступающего в цилиндр воздуха, средство А2 вычисления подачи базового количества топлива, и средство A3 вычисления подачи топлива.
[0129] Средство А1 вычисления поступающего в цилиндр воздуха вычисляет величину Мс воздуха, поступающего в каждый цилиндр на основе расхода Ga впускаемого воздуха, измеренного расходомером 39, частоты вращения NE двигателя, вычисленной на основе выходного сигнала датчика 44 угла поворота коленчатого вала, а также карты или формулы вычисления, сохраненной в ПЗУ 34 блока ЭБУ 31.
[0130] Средство А2 вычисления подачи базового количества топлива делит величину Мс впускаемого воздуха, поступающего на цилиндр, которая вычисляется средством А1 вычисления поступающего в цилиндр воздуха, на целевое отношение воздух-топливо AFT, которое вычисляется описанным далее средством А6 установки целевого отношения воздух-топливо, что позволяет вычислить базовую величину Qbase впрыскиваемого топлива (Qbase=Mc/AFT).
[0131] Средство A3 вычисления подачи топлива складывает базовую величину подачи топлива Qbase, вычисленную средством А2 вычисления подачи базового количества топлива, и описанную позднее величину DQi коррекции F/B, для вычисления величины (количества) Qi подачи топлива (Qi=Qbase+DQi). Топливный инжектор 11 получает команду на впрыск топлива, при этом будет подано топливо в количестве Qi, которое была вычислено таким образом.
[0132] Вычисление целевого отношения воздух-топливо
Далее будет пояснено вычисление целевого отношения воздух-топливо. При вычислении целевого отношения воздух-топливо, используются средство А4 вычисления величины накопления кислорода, средство А5 вычисления условной величины, средство А6 вычисления базового целевого отношения воздух-топливо, средство А7 вычисления целевой величины коррекции отношения воздух-топливо, и средство А8 установки целевого отношения воздух-топливо.
[0133] Средство А4 вычисления величины накопления кислорода вычисляет суммарную величину ΣQsc разности величин потока как величину, которая обозначает величину накопления кислорода для катализатора 20 очистки отработавших газов, на основе величины Мс поступающего в цилиндр воздуха, которая была вычислена средством А1 вычисления количества поступающего в цилиндр воздуха, выходного тока Irup датчика 40 воздушно-топливного отношения, со стороны входа, и выходного тока Irdwn датчика 41 воздушно-топливного отношения, размещенного на стороне выхода. Кроме того, средство А5 вычисления условной величины вычисляет условную величину AFgk отклонения отношения воздух-топливо, на основе суммарной величины ΣQsc разности величин потока, которая была вычислена средством А4 вычисления величины накопления кислорода. В частности, средство А4 вычисления величины накопления кислорода и средство А5 вычисления условной величины вычисляют суммарную величину ΣQsc разности величин потока и условную величину AFgk отклонения отношения воздух-топливо, на основе блок-схему процедуры, показанной на фиг. 10.
[0134] Фиг. 10 представляет собой блок-схему процедуры, на которой представлена управляющая процедура для управления вычислением суммарной величины ΣQsc разности величин потока и условной величины AFgk отклонения отношения воздух-топливо. Проиллюстрированная управляющая процедура выполняется прерыванием с некоторыми временными интервалами.
[0135] Сначала, на этапе S11, выносится оценка, не менялась ли средством А7 вычисления целевой величины коррекции отношения воздух-топливо, поясненном позднее, величина AFC коррекции отношения воздух-топливо от положительной к отрицательной или от отрицательной к положительной. То есть, на этапе S11, выносится оценка, переключалось ли целевое отношение воздух-топливо из богатого в бедное или из бедного в богатое.
[0136] Когда, на этапе S11, выносится оценка, что величина AFC коррекции отношения воздух-топливо не изменялась между положительной и отрицательной, программа переходит к этапу S12. На этапе S12, получают величину Мс поступающего в цилиндр воздуха, которая была вычислена средством А1 вычисления величины поступающего в цилиндр воздуха, выходной ток Irup датчика 40 воздушно-топливного отношения, и выходной ток Irdwn датчика 41 воздушно-топливного отношения. Следует отметить, что в качестве величины Мс поступающего в цилиндр воздуха получают не только текущую величину Мс поступающего в цилиндр воздуха, но также величину Мс поступающего в цилиндр воздуха во множестве прошедших циклов.
[0137] Далее, на этапе S13, вычисляют величину ΔQcor избытка/недостатка потока поступающих продуктов неполного окисления потока на основе величины Мс поступающего в цилиндр воздуха за несколько циклов до этого, причем эти несколько циклов соответствуют задержке от момента, когда впускаемый воздух засасывается в камеру 5 сгорания до момента, когда газ достигает датчика 40 воздушно-топливного отношения, со стороны входа и выходного тока Irup датчика 40 воздушно-топливного отношения. В частности, это вычисляют путем умножения величины Мс поступившего в цилиндр воздуха за заданное число циклов до этого, на выходной ток Irup датчика 40 воздушно-топливного отношения и на заданный коэффициент K (ΔQcor=K⋅Mc⋅Irup).
[0138] На этапе S14 вычисляют величину ΔQsc избытка/недостатка потока истекающих продуктов неполного окисления на основе величины Мс поступающего в цилиндр воздуха за несколько циклов до этого, причем эти несколько циклов соответствуют задержке от момента, когда впускаемый воздух засасывается в камеру 5 сгорания до момента, когда газ достигает датчика 41 воздушно-топливного отношения, размещенного на стороне выхода, и выходного тока Irdwn датчика 41 воздушно-топливного отношения. В частности, это вычисляют путем умножения величины Мс поступившего в цилиндр воздуха за заданное число циклов до этого, на выходной ток Irdwn датчика 41 воздушно-топливного отношения и на заданный коэффициент K (AQsc=K⋅Mc⋅Irdwn).
[0139] Далее, на этапе S15 вычисляют суммарную величину ΣQsc разности величин потока на основе величины ΔQcor избытка/недостатка потока поступающих продуктов неполного окисления, которую вычисляют на этапе S13, и величины ΔQsc избытка/недостатка потока истекающих продуктов неполного окисления, которую вычисляют на этапе S14, с помощью следующей формулы (3). Следует отметить, в следующей формуле (3), «k» обозначает порядковый номер вычисления:
[0140] С другой стороны, когда выносится решение на этапе S11, что величина AFC коррекции отношения воздух-топливо изменилась между положительной и отрицательной, то есть, когда выносится оценка, что целевое отношение воздух-топливо переключилось от богатого к бедному или от бедного к богатому, программа переходит к этапу S16. На этапе S16, с использованием вышеуказанной формулы (2), условная величина AFgk отклонения отношения воздух-топливо обновляется. Далее, на этапе S17, суммарная величина ΣQsc разности величин потока сбрасывается на 0, и программа управления заканчивается.
[0141] Возвращаясь опять к фиг. 9, средством А6 вычисления базового целевого отношения воздух-топливо, величину, полученную сложением условной величины AFgk отклонения отношения воздух-топливо к базовому отношению воздух-топливо AFB, которое становится центром управления отношением воздух-топливо (в настоящем примере осуществления изобретения стехиометрическое отношение воздух-топливо), вычисляют в качестве базового целевого отношения воздух-топливо AFR. Базовое целевое отношение воздух-топливо AFB становится такой же величиной, что и базовое отношение воздух-топливо, когда целевое отношение воздух-топливо и отношение воздух-топливо для отработавших газов, которые фактически поступают в катализатор 20 очистки отработавших газов, всегда соответствуют друг другу.
[0142] Средством А7 вычисления целевой величины коррекции отношения воздух-топливо, величину AFC коррекции отношения воздух-топливо целевого отношения воздух-топливо вычисляют на основе суммарной величины ΣQsc разности величин потока, которую вычисляют средством А4 вычисления величины накопления кислорода, и выходного тока Irdwn датчика 41 воздушно-топливного отношения со стороны выхода. В частности, величину AFC коррекции отношения воздух-топливо устанавливают на основе блок-схемы, показанной на фиг. 11.
[0143] ФИГ. 11 представляет собой блок-схему, на которой представлена управляющая процедура для вычисления величины AFC коррекции отношения воздух-топливо. Проиллюстрированная управляющая процедура выполняется прерыванием с некоторыми временными интервалами.
[0144] Как показано на фиг. 11, сначала, на этапе S21, выносится оценка, является ли индикатор Fr богатого состояния установленным на «1». Индикатор Fr богатого состояния представляет собой индикатор, который установлен на «1», когда целевое отношение воздух-топливо установлено на богатое отношение воздух-топливо (то есть, слегка обогащенное заданное отношение воздух-топливо или богатое заданное отношение воздух-топливо), и установлен на «0» когда оно установлено на бедное отношение воздух-топливо (то есть, слегка обедненное заданное отношение воздух-топливо или бедное заданное отношение воздух-топливо). Когда, на этапе S21, индикатор Fr богатого состояния установлен на 0, то есть, когда выносится оценка, что целевое отношение воздух-топливо установлено на бедное отношение воздух-топливо, программа переходит к этапу S22.
[0145] На этапе S22 выносится оценка, является ли выходной ток Irdwn датчика 41 воздушно-топливного отношения, размещенного на стороне выхода, величиной меньшей, чем бедная оценочная опорная величина Irlean. Если величина OSAsc накопления кислорода для катализатора 20 очистки отработавших газов, со стороны входа является небольшой, и отработавшие газы, истекающие из катализатора 20 очистки отработавших газов, совсем не содержат кислорода, выносится оценка, что выходной ток Irdwn датчика 41 воздушно-топливного отношения меньше, чем бедная оценочная опорная величина Irlean, и, таким образом, программа переходит к этапу S23.
1
3
[0146] На этапе S23, выносится оценка, является ли суммарная величина ΣQsc разности величин потока большей, чем опорная суммарная величина ΣQsclean изменения степени обеднения. Если величина OSAsc накопления кислорода для катализатора 20 очистки отработавших газов является небольшой, и, таким образом, суммарная величина ΣQsc разности величин потока является большей, чем опорная суммарная величина ΣQsclean изменения степени обеднения (то есть, в период времени с t по t на фиг. 8), программа переходит к этапу S24. На этапе S24, величина AFC коррекции отношения воздух-топливо установлена на бедную заданную величину AFCglean коррекции и управляющая процедура заканчивается.
3
[0147] Затем, если величина OSAsc накопления кислорода для катализатора 20 очистки отработавших газов увеличивается и, таким образом, суммарная величина ΣQsc разности величин потока уменьшается, далее управляющей процедурой, на этапе S23, выносится оценка, что суммарная величина ΣQsc разности величин потока является опорной суммарной величиной ΣQsclean изменения степени обеднения или менее, и, таким образом, программа переходит к этапу S25 (соответствующему моменту времени t на фиг. 8). На этапе S25, величина AFC коррекции отношения воздух-топливо устанавливается на слегка обедненную заданную величину AFCslean коррекции, и затем управляющая процедура заканчивается.
4
[0148] Если величина OSAsc накопления кислорода для катализатора 20 очистки отработавших газов увеличивается далее, и кислород начинает истекать из катализатора 20 очистки отработавших газов, далее управляющей процедурой, на этапе S22, выносится оценка, что выходной ток Irdwn датчика 41 воздушно-топливного отношения является бедной оценочной опорной величиной Irlean или более, и затем программа переходит к этапу S26 (соответствующему моменту времени t на фиг. 8). На этапе S26, величина AFC коррекции отношения воздух-топливо устанавливается на богатую уставку AFCgrich величины коррекции. Далее, на этапе S27, индикатор Fr богатого состояния устанавливается на «1», и затем управляющая процедура заканчивается.
[0149] Если индикатор Fr богатого состояния установлен на «1», в дальнейшем управляющая процедура переходит от этапа S21 к этапу S28. На этапе S28, выносится оценка, является ли выходной ток Irdwn датчика 41 воздушно-топливного отношения большим, чем богатая оценочная опорная величина Irrich. Если величина OSAsc накопления кислорода для катализатора 20 очистки отработавших газов является большой и, таким образом, отработавшие газы, истекающие из катализатора 20 очистки отработавших газов, совсем не содержат продуктов неполного окисления, выносится оценка, что выходной ток Irdwn датчика 41 воздушно-топливного отношения является большим, чем богатая оценочная опорная величина Irrich, и программа переходит к этапу S29.
4
6
[0150] На этапе S29, выносится оценка, является ли суммарная величина ΣQsc разности величин потока меньшей величиной, чем опорная суммарная величина ΣQscrich изменения степени обогащения. Если величина OSAsc накопления кислорода для катализатора 20 очистки отработавших является большой и, таким образом, суммарная величина ΣQsc разности величин потока меньше, чем суммарная величина ΣQscrich изменения степени обогащения (то есть, в период времени t-t на фиг. 8), программа переходит к этапу S30. На этапе S30, величина AFC коррекции отношения воздух-топливо устанавливается на богатую уставку AFCgrich величины коррекции, и затем управляющая процедура заканчивается.
6
[0151] Затем, если величина OSAsc накопления кислорода для катализатора 20 очистки отработавших газов уменьшается и, таким образом, суммарная величина ΣQsc разности величин потока увеличивается, далее управляющей процедурой, на этапе S29, выносится оценка, что суммарная величина ΣQsc разности величин потока является опорной суммарной величиной ΣQscrich изменения степени обогащения или более, и затем программа переходит к этапу S31 (соответствующему моменту времени t на фиг. 8). На этапе S31, величина AFC коррекции отношения воздух-топливо устанавливается на слегка обогащенную уставку AFCsrich величины коррекции, и затем управляющая процедура заканчивается.
1
[0152] Если величина OSAsc накопления кислорода для катализатора 20 очистки отработавших газов дополнительно уменьшается, и продукты неполного окисления начинают вытекать из катализатора 20 очистки отработавших газов, следующей управляющей процедурой, на этапе S28, выносится оценка, что выходной ток Irdwn датчика 41 воздушно-топливного отношения является богатой оценочной опорной величиной Irrich или менее, и затем программа переходит к этапу S32 (соответствующему моменту времени t на фиг. 8). На этапе S32, величина AFC коррекции отношения воздух-топливо устанавливается на бедную уставку AFCglean величины коррекции. Далее, на этапе S33, индикатор Fr богатого состояния устанавливается на 0 и управляющая процедура заканчивается.
[0153] Средство А8 установки целевого отношения воздух-топливо складывает базовое целевое отношение воздух-топливо AFR, которое было вычислено средством А6 вычисления базового целевого отношения воздух-топливо, и величину AFC коррекции отношения воздух-топливо, которая была вычислена средством А7 вычисления целевой величины коррекции отношения воздух-топливо, для вычисления целевого отношения воздух-топливо AFT. Поэтому, целевое отношение воздух-топливо AFT устанавливается либо на слегка обогащенное заданное отношение воздух-топливо, которое немного богаче, чем стехиометрическое отношение воздух-топливо (когда величина AFC коррекции отношения воздух-топливо представляет собой слегка обогащенную уставку AFCsrich величины коррекции), богатое заданное отношение воздух-топливо, которое значительно богаче, чем стехиометрическое отношение воздух-топливо (когда величина AFC коррекции отношения воздух-топливо представляет собой богатую уставку AFCgrich величины коррекции), слегка обедненное заданное отношение воздух-топливо, которое немного беднее, чем стехиометрическое отношение воздух-топливо (когда величина AFC коррекции отношения воздух-топливо представляет собой слегка обогащенную уставку AFCslean величины коррекции), и бедное заданное отношение воздух-топливо, которое значительно беднее, чем стехиометрическое отношение воздух-топливо (когда величина AFC коррекции отношения воздух-топливо представляет собой бедную уставку AFCglean величины коррекции). Вычисленное таким образом целевое отношение воздух-топливо AFT поступает на вход средства А2 вычисления базового количества впрыскиваемого топлива и на вход средства А8 вычисления разности отношения воздух-топливо, которое будет пояснено позднее.
[0154] Вычисление величины F/B коррекции
Далее будет пояснено вычисление величины F/B коррекции на основе выходного тока Irup датчика 40 воздушно-топливного отношения. При вычислении величины F/B коррекции, используют средство А9 преобразования числовой величины, средство А10 вычисления разности в воздушно-топливном отношении, и средство A11 вычисления величины F7B коррекции.
[0155] Средство А9 преобразования числовой величины вычисляет отношение воздух-топливо AFup в отработавших газах на стороне входа, на основе выходного тока Irup датчика 40 воздушно-топливного отношения и карты, или формулы вычисления (например, карты, как показано на фиг. 6), которая определяет взаимосвязь между выходным током Irup и отношением воздух-топливо для датчика 40 воздушно-топливного отношения. Поэтому отношение воздух-топливо AFup в отработавших газах на стороне входа соответствует отношению воздух-топливо для отработавших газов, поступающих в катализатор 20.
[0156] Средство А10 вычисления разности в отношении воздух-топливо вычитает целевое отношение воздух-топливо AFT, вычисленное средством А8 установки целевого отношения воздух-топливо, из отношения воздух-топливо AFup для отработавших газах на стороне входа, вычисленного средством А9 преобразования числовой величины для вычисления разности DAF отношения воздух-топливо (DAF=AFup-AFT). Эта разность DAF отношения воздух-топливо является величиной, которая выражает избыток/недостаток величины поданного топлива по отношению к целевому отношению воздух-топливо AFT.
[0157] Средство А11 вычисления величины F/B коррекции обрабатывает разность DAF отношения воздух-топливо, вычисленную средством А10 вычисления разности в отношении воздух-топливо с использованием пропорциональным-интегрально-дифференциальной обработки (PID processing), чтобы вычислить тем самым величину DFi коррекции F/B для компенсации величины избытка/недостатка поданного топлива на основе следующего уравнения (4). Вычисленная таким образом, величина DFi коррекции F/B подается на средство A3 вычисления подачи топлива:
[0158] Следует отметить, что в вышеописанном уравнении (4), Kp представляет собой заданное пропорциональное усиление (пропорциональную константу), Ki представляет собой заданное интегральное усиление (интегральную константу), и Kd представляет собой заданное дифференциальное усиление (дифференциальную константу). При этом, DDAF представляет собой величину производной по времени разности DAF отношения воздух-топливо, и вычисляется путем деления разности между недавно обновленной разницей DAF отношения воздух-топливо и обновленной ранее разницей DAF отношения воздух-топливо, на время, соответствующее интервалу обновления. При этом, SDAF представляет собой величину производной по времени разности DAF отношения воздух-топливо. Эта величина производной по времени DDAF вычисляется путем сложения ранее обновленной величины производной по времени DDAF и недавно обновленной разности DAF отношения воздух-топливо.
[0159] Следует отметить, что, в вышеописанном примере осуществления изобретения, отношение воздух-топливо для отработавших газов, поступающих в катализатор 20, определяется датчиком 40 воздушно-топливного отношения, Тем не менее, точность определения отношения воздух-топливо для отработавших газов, поступающих в катализатор 20, не обязательно должна быть высокой, и поэтому, например, отношение воздух-топливо для отработавших газов может быть оценено на основе количества впрыскиваемого топлива топливным инжектором 11 и выходного сигнала расходомера 39 поступающего воздуха.
1
4
[0160] Кроме того, в вышеуказанном примере осуществления изобретения, когда суммарная величина ΣQsc разности величин потока становится равной опорной суммарной величине ΣQsclean изменения бедной степени или менее, целевое отношение воздух-топливо изменяют для уменьшения отклонения от стехиометрического отношения воздух-топливо. Тем не менее, момент времени для изменения целевого отношения воздух-топливо, для того чтобы сделать отклонение от стехиометрического отношения воздух-топливо меньше, может быть любым моментом времени между моментами времени t и t. Например, как показано на фиг. 12, когда выходной ток Irdwn датчика 41 воздушно-топливного отношения со стороны выхода становится равным бедной оценочной опорной величине Irrich или более, целевое отношение воздух-топливо может быть изменено для того чтобы сделать отклонение от стехиометрического отношения воздух-топливо меньше.
4
7
1
[0161] Сходным образом, в вышеуказанном примере осуществления изобретения, когда суммарная величина ΣQsc разности величин потока становится равной опорной суммарной величине ΣQscrich изменения степени обогащения или более, целевое отношение воздух-топливо изменяют для того чтобы сделать отклонение от стехиометрического отношения воздух-топливо меньше. Тем не менее, момент времени для изменения целевого отношения воздух-топливо для того, чтобы сделать отклонение от стехиометрического отношения воздух-топливо меньше, может быть любым моментом времени между моментами времени t-t (t). Например, как показано на фиг. 12, когда выходной ток Irdwn датчика 41 воздушно-топливного отношения становится равным богатой оценочной опорной величине Irrich или менее, целевое отношение воздух-топливо может быть изменено для того, чтобы сделать отклонение от стехиометрического отношения воздух-топливо меньше.
3
4
6
7
1
[0162] Кроме того, в вышеуказанном примере осуществления изобретения, между моментами времени t-t и между моментами времени t-t (t), целевое отношение воздух-топливо устанавливается на немного обедненное заданное отношение воздух-топливо или немного обогащенное заданное отношение воздух-топливо. Тем не менее, в эти периоды времени, целевое отношение воздух-топливо может также быть установлено таким образом, что разность становится меньше на этапах, или может также быть установлено таким образом, что разность постоянно становится меньше.
[0163] Подытоживая это вместе, согласно настоящему изобретению, ЭБУ 31 может содержать: средство переключения на бедное отношение воздух-топливо для изменения целевого отношения воздух-топливо для отработавших газов, поступающих в катализатор 20 очистки отработавших газов, размещенный на стороне входа, на бедное заданное отношение воздух-топливо, когда отношение воздух-топливо в отработавших газах, определенное датчиком 41 воздушно-топливного отношения, становится богатым отношением воздух-топливо; средство уменьшения степени обеднения для изменения целевого отношения воздух-топливо на бедное отношение воздух-топливо, отличающееся в меньшей степени от стехиометрического отношения воздух-топливо, чем бедное заданное отношение воздух-топливо, в момент времени, после того, как средство переключения на бедное отношение воздух-топливо меняет отношение воздух-топливо и до того, как отношение воздух-топливо в отработавших газах, определенное устройством определения отношения воздух-топливо, размещенным на стороне выхода, становится бедным отношением воздух-топливо; средство переключения на богатое отношение воздух-топливо для изменения целевого отношения воздух-топливо на богатое заданное отношение воздух-топливо, когда отношение воздух-топливо в отработавших газах, определенное датчиком 41 воздушно-топливного отношения, становится бедным отношением воздух-топливо; и средство уменьшения степени обогащения для изменения целевого отношения воздух-топливо на богатое отношение воздух-топливо, отличающееся в меньшей степени от стехиометрического отношения воздух-топливо, чем богатое заданное отношение воздух-топливо, в момент времени, после того, как средство переключения бедного отношения воздух-топливо поменяет отношение воздух-топливо, и до того, как отношение воздух-топливо в отработавших газах, определенное датчиком 41 воздушно-топливного отношения, станет богатым отношением воздух-топливо.
[0164] Второй пример осуществления изобретения
Далее, со ссылкой на фиг. 13-17, будет пояснена система управления двигателем внутреннего сгорания согласно второму примеру осуществления изобретения настоящего изобретения.
Конфигурация системы управления двигателем внутреннего сгорания согласно второму примеру осуществления изобретения аналогична конфигурации системы управления двигателем внутреннего сгорания согласно вышеуказанному примеру осуществления изобретения. Тем не менее, в вышеуказанном примере осуществления изобретения, подаваемое напряжение для датчика воздушно-топливного отношения, расположенным на стороне выхода, является постоянным, тогда как в настоящем примере осуществления изобретения, подаваемое напряжение датчика меняется в соответствии с ситуацией. Конфигурация и управление системы управления двигателем внутреннего сгорания согласно второму примеру осуществления изобретения в основном такие же, что и конфигурация и управление системы управления двигателем внутреннего сгорания вышеописанного примера осуществления изобретения. Тем не менее, в вышеописанном примере осуществления изобретения, подаваемое напряжение датчика воздушно-топливного отношения, расположенного на стороне выхода, постоянное, тогда как в настоящем примере осуществления изобретения, подаваемое напряжение датчика меняется в соответствии с ситуацией.
Выходная характеристика датчика воздушно-топливного отношения
Датчик 40 воздушно-топливного отношения (отношения воздух-топливо), размещенный на стороне входа и датчик 41 воздушно-топливного отношения (отношения воздух-топливо), размещенный ниже по потоку согласно настоящему примеру осуществления изобретения выполнены и функционируют аналогичным образом, что и датчики 40, 41 воздушно-топливного отношения первого примера осуществления изобретения, как пояснено с использованием фиг. 4 и фиг. 5. Эти датчики 40, 41 воздушно-топливного отношения имеют характеристики напряжение-ток (V-I), например, такие, как показано на фиг. 13. Как понятно из фиг. 13, в области, где подаваемое на датчик напряжение Vr представляет собой ноль или менее и около нуля, когда отношение воздух-топливо в отработавших газах является постоянным, если подаваемое на датчик напряжение Vr постепенно увеличивается от отрицательной величины, выходной ток Ir увеличивается вместе с этим.
[0165] То есть, в этой области напряжения, поскольку подаваемое напряжение Vr для датчика является низким, расход ионов кислорода, которые могут перемещаться через слой 51 из твердого электролита, является небольшим. По этой причине, расход ионов кислорода, которые могут перемещаться через слой 51 из твердого электролита, становится меньше, чем степень притока отработавших газов через диффузионный регулирующий слой 54 и, соответственно, выходной ток Ir меняется в соответствии с расходом ионов кислорода, которые могут перемещаться через слой 51 из твердого электролита. Расход ионов кислорода, которые могут перемещаться через слой 51 из твердого электролита, меняется в соответствии с подаваемым напряжением Vr для датчика, и, в результате, выходной ток увеличивается вместе с возрастанием подаваемого напряжения Vr для датчика. Следует отметить, что, область напряжения, когда выходной ток Ir меняется пропорционально подаваемому напряжению Vr для датчика, таким образом, именуется «пропорциональной областью». Кроме того, когда подаваемое напряжение Vr для датчика представляет собой 0, выходной ток Ir становится отрицательной величиной, поскольку электродвижущая сила Е согласно степени концентрации кислорода генерируется между двумя боковыми поверхностями слоя 51 из твердого электролита, в соответствии с характеристикой кислородной ячейки.
[0166] Затем, если оставить отношение воздух-топливо в отработавших газах постоянным, и постепенно увеличивать подаваемое на датчик напряжение Vr, степень увеличения выходного тока к возрастанию напряжение будет постепенно становиться меньше, и, в конечном итоге, по существу, будет насыщена. В результате, даже при увеличении подаваемого напряжения Vr для датчика, выходной ток больше совсем не меняется. Этот, по существу, ток насыщения называется «предельным током». Ниже, область напряжения, где возникает предельный ток, будет именоваться «областью предельного тока».
[0167] То есть, в этой области предельного тока, подаваемое напряжение Vr для датчика является, в некоторой степени, высоким, и поэтому количество ионов кислорода, которые могут перемещаться через слой 51 из твердого электролита, является большим. Поэтому, количество ионов кислорода, которые могут перемещаться через слой 51 из твердого электролита, становится больше, чем количество отработавших газов, поступающих через диффузионный регулирующий слой 54. Поэтому, выходной ток Ir меняется в соответствии с концентрацией кислорода или концентрацией продуктов неполного окисления в отработавших газах, поступающих в измерительную газовую камеру 57 через диффузионный регулирующий слой 54. Даже если сделать отношение воздух-топливо в отработавших газах постоянным, и менять подаваемое на датчик напряжение Vr, концентрации кислорода или концентрации продуктов неполного окисления в отработавших газах, поступающих в измерительную газовую камеру 57 через диффузионный регулирующий слой 54 в целом не меняются, и поэтому выходное напряжение Ir не меняется.
[0168] Тем не менее, если отношение воздух-топливо в отработавших газах отличается, концентрация кислорода и концентрация продуктов неполного окисления в отработавших газах, поступающих в измерительную газовую камеру 57 через диффузионный регулирующий слой 54, также отличается, и поэтому выходной ток Ir меняется в соответствии с отношением воздух-топливо в отработавших газах. Как понятно из фиг. 13, между бедным отношением воздух-топливо и богатым отношение воздух-топливо, направление движения предельного тока является противоположным. В период бедного отношения воздух-топливо, абсолютная величина предельного тока становится больше наибольшего отношения воздух-топливо, тогда как в период богатого отношения воздух-топливо, абсолютная величина предельного тока становится больше наименьшего отношения воздух-топливо.
[0169] Затем, если удерживать отношение воздух-топливо в отработавших газах постоянным, и дополнительно увеличивать подаваемое на датчик напряжение Vr, выходной ток Ir снова начинает увеличиваться вместе с возрастанием напряжения. Если подавать высокое подаваемое напряжение Vr для датчика таким образом, пары воды, которые содержатся в отработавших газах, будут вносить помехи на электроде 52 со стороны отработавших газов. Причем ток продолжает течь. Кроме того, если дополнительно увеличивать подаваемое на датчик напряжение Vr, даже вместе с помехами от паров воды, ток более не становится достаточным. В это время, слой 51 из твердого электролита выходит из строя. Ниже, область напряжения, где пары воды выводят из строя слой 51 из твердого электролита, таким образом, будет именоваться «областью неисправностей из-за паров воды».
[0170] Фиг. 14 представляет собой график, на котором показана взаимосвязь между отношением воздух-топливо в отработавших газах и выходным током Ir при различных подаваемых напряжениях Vr для датчика. Как понятно из фиг. 14, если подаваемое напряжение Vr для датчика представляет собой 0,1V - 0,9V и т.д., выходной ток Ir меняется в соответствии с отношением воздух-топливо в отработавших газах по меньшей мере, около стехиометрического отношения воздух-топливо. Кроме того, как понятно из фиг. 14, если подаваемое на датчик напряжение Vr составляет 0,1V - 0,9V и т.д., около стехиометрического воздушно-топливное отношения, взаимосвязь между отношения воздух-топливо в отработавших газах и выходным током Ir является, по существу, одинаковой независимо от подаваемого напряжения Vr для датчика.
[0171] С другой стороны, как понятно из фиг. 14, если отношение воздух-топливо в отработавших газах становится ниже, чем некоторое отношение воздух-топливо в отработавших газах или менее, выходной ток Ir более совсем не меняется, даже если отношение воздух-топливо в отработавших газах меняется. Это определенное отношение воздух-топливо в отработавших газах меняется в соответствии с подаваемым напряжением Vr для датчика. Оно становится больше, чем подаваемое на датчик напряжение Vr. По этой причине, если повышать подаваемое на датчик напряжение Vr до определенной особой величины или более, как показано на фигуре штрихпунктирной линией, не имеет значения, какая величина отношения воздух-топливо в отработавших газах, выходной ток Ir больше не станет 0.
[0172] С другой стороны, если отношение воздух-топливо в отработавших газах становится выше, чем некоторое отношение воздух-топливо в отработавших газах или более, выходной ток Ir более не меняется, даже если отношение воздух-топливо в отработавших газах меняется. Это определенное отношение воздух-топливо в отработавших газах также меняется в соответствии с подаваемым напряжением Vr для датчика. Оно становится меньше, чем меньше подаваемое на датчик напряжение Vr. По этой причине, если снижать подаваемое на датчик напряжение Vr до определенной особой величины или менее, как показано на фигуре штрихпунктирной линией с двумя точками, не имеет значения, какая величина отношения воздух-топливо в отработавших газах, выходной ток Ir больше не станет 0 (например, когда подаваемое на датчик напряжение Vr установлено на 0V, выходной ток Ir не становится 0 независимо от отношения воздух-топливо в отработавших газах).
[0173] Детальные характеристики около стехиометрического отношения воздух-топливо
Авторы настоящего изобретения, задействованные в его глубоком исследовании, обнаружили, что при рассмотрении взаимосвязи между подаваемым напряжением Vr для датчика и выходным током Ir (фиг. 13), или взаимосвязи между отношением воздух-топливо в отработавших газах и выходным током Ir (фиг. 14) в целом, они следовали вышеописанному тренду, однако при рассмотрении этих взаимосвязей с детальной точки зрения около стехиометрического отношения воздух-топливо, они следовали тренду, отличному от вышеописанного. Ниже это будет пояснено.
[0174] Фиг. 15 представляет собой график, на котором показана увеличенная область, когда отношение воздух-топливо в отработавших газах представляет собой величину около стехиометрического отношения воздух-топливо и выходной ток Ir почти равен 0 (область, обозначенная Х-Х на фиг. 13), относящаяся к вольтамперной характеристике на фиг. 13. Из фиг. 15 понятно, что в области около стехиометрического отношения воздух-топливо, выходной ток Ir для одинакового отношения воздух-топливо в отработавших газах слегка отличается для каждого подаваемого напряжения Vr для датчика. Например, рассматривая случай, где отношение воздух-топливо в отработавших газах представляет собой стехиометрическое отношение воздух-топливо (14,6), в качестве примера, если подаваемое на датчик напряжение Vr составляет 0,45 V или около того, то выходной ток Ir становится нулевым. В противоположность этому, если устанавливать подаваемое на датчик напряжение Vr ниже 0,45 V, в некоторой степени (например, 0,2 V), выходной ток становится величиной менее 0. С другой стороны, если устанавливать подаваемое на датчик напряжение Vr выше 0,45 V, в некоторой степени (например, 0,7 V), выходной ток становится величиной больше 0.
[0175] Фиг. 16 представляет собой график, на котором показана увеличенная область, когда отношение воздух-топливо в отработавших газах представляет собой величину около стехиометрического отношения воздух-топливо и выходной ток Ir почти равен 0 (область Y, показанная на фиг. 14), относящаяся к зависимости «отношение воздух-топливо - ток» на фиг. 17. Из фиг. 16 понятно, что в области около стехиометрического отношения воздух-топливо, выходной ток Ir для одинакового отношения воздух-топливо в отработавших газах слегка отличается для каждого подаваемого напряжения Vr для датчика. Например, в проиллюстрированном примере, если отношение воздух-топливо в отработавших газах представляет собой стехиометрическое отношение воздух-топливо, выходной ток Ir, при подаваемом напряжении Vr для датчика равным 0,45 V, становится нулевым. Далее, устанавливая подаваемое напряжение Vr для датчика больше 0,45 V, получаем выходной ток Ir также больше нуля. Если сделать подаваемое на датчик напряжение Vr меньше 0,45 V, выходной ток Ir также становится меньше нуля.
[0176] Кроме того, из фиг. 16 понятно, что отношение воздух-топливо в отработавших газах, когда выходной ток Ir представляет собой 0 (ниже именуемое «отношением воздух-топливо в отработавших газах в момент времени нулевого тока») отличается для каждого подаваемого напряжения Vr для датчика. В проиллюстрированном примере, когда подаваемое напряжение Vr для датчика представляет собой 0,45 V, выходной ток Ir становится нулевым, когда отношение воздух-топливо в отработавших газах представляет собой стехиометрическое отношение воздух-топливо. В противоположность этому, если подаваемое на датчик напряжение Vr больше, чем 0,45 V, выходной ток Ir становится нулевым, когда отношение воздух-топливо в отработавших газах богаче стехиометрического отношения воздух-топливо. Наибольшим подаваемое на датчик напряжение Vr становится в момент времени нулевого тока при наименьшем отношении воздух-топливо в отработавших газах. Напротив, если подаваемое на датчик напряжение Vr меньше, чем 0,45 V, выходной ток Ir становится нулевым, когда отношение воздух-топливо в отработавших газах беднее, чем стехиометрическое отношение воздух-топливо. Наименьшее подаваемое напряжение Vr для датчика в момент времени нулевого тока, соответствует наибольшему отношению воздух-топливо в отработавших газах. То есть, путем изменения подаваемого напряжения Vr для датчика, можно менять отношение воздух-топливо в отработавших газах в момент времени нулевого тока.
[0177] В этом отношении, наклон на фиг. 16, то есть, отношение величины возрастания выходного тока к величине возрастания отношения воздух-топливо в отработавших газах (ниже, «степень изменения выходного тока») не обязательно одно и то же, даже если достигается посредством одинаковых стандартных процессов. Поэтому, даже с одной моделью датчиков отношения воздух-топливо (датчиков воздушно-топливного отношения), различия возникают между отдельными датчиками. Кроме того, даже на одном датчике отношения воздух-топливо, старение и т.д., вызывает варьирование степени изменения выходного тока. В результате, даже если использовать один тип датчиков, в зависимости от используемого датчика или периода эксплуатации, и т.д., выходная характеристика, как показано на фиг. 17 сплошной линией А, степень изменения выходного тока становится меньше или, как показано штриховой линией В на фиг. 17, степень изменения выходного тока становится небольшой, или, как показано штрихпунктирной линией С, степень изменения выходного тока становится большой.
2
1
1
3
2
1
[0178] По этой причине, даже при использовании одинаковой модели датчика воздушно-топливного отношения для измерения отработавших газов одинакового состава, выходной ток датчика воздушно-топливного отношения будет отличаться в зависимости от используемого датчика, продолжительности эксплуатации, и т.д. Например, когда датчик отношения воздух-топливо имеет такую выходную характеристику, как показано сплошной линией А, выходной ток становится равным I, когда измеряемые отработавшие газы имеют отношение воздух-топливо af. Тем не менее, когда датчик отношения воздух-топливо имеет такие выходные характеристики, как показано штриховой линией В и штрихпунктирной линией С, выходные токи становятся равными соответственно I и I, которые отличны от вышеупомянутого значения I при измерении отработавших газов с отношением воздух-топливо af.
[0179] Тем не менее, как понятно из фиг. 17, даже если изменения возникают между отдельными датчиками отношения воздух-топливо или изменения возникают в том же датчике отношения воздух-топливо из-за старения, почти нет изменений в воздушно-топливном отношении в отработавших газах в момент времени нулевого тока (в примере с фиг. 17, стехиометрическое отношение воздух-топливо). То есть, когда выходной ток Ir является величиной, отличной от нуля, абсолютную величину отношения воздух-топливо в отработавших газах трудно с точностью определить, однако, когда выходной ток Ir становится нулем, абсолютную величину отношения воздух-топливо в отработавших газах (в примере с фиг. 17, стехиометрическое отношение воздух-топливо) можно определить с точностью.
[0180] Кроме того, как пояснено с использованием фиг. 16, в датчиках 40, 41 воздушно-топливного отношения, изменяя подаваемое напряжение Vr для датчика, можно менять отношение воздух-топливо в отработавших газах в момент времени нулевого тока. То есть, если соответствующим образом устанавливать подаваемое напряжение Vr для датчика, можно с точностью определить абсолютную величину отношения воздух-топливо в отработавших газах, отличную от стехиометрического отношения воздух-топливо. В частности, меняя подаваемое на датчик напряжение Vr в объясненной далее «особой области напряжения», можно отрегулировать отношение воздух-топливо в отработавших газах в момент времени нулевого тока только слегка по отношению к стехиометрическому отношению воздух-топливо (14,6) (например, в диапазоне ±1% (приблизительно 14,45-14,75)). Поэтому, соответствующим образом устанавливая подаваемое на датчик напряжение Vr, становится возможным с точностью определить абсолютную величину отношения воздух-топливо, которая слегка отличается от стехиометрического отношения воздух-топливо.
[0181] Следует отметить, что, как пояснено выше, изменяя подаваемое на датчик напряжение Vr, можно менять отношение воздух-топливо в отработавших газах в момент времени нулевого тока. Тем не менее, если менять подаваемое на датчик напряжение Vr, так, чтобы оно стало больше, чем некоторое верхнее предельное напряжение или меньше, чем некоторое нижнее предельное напряжение, степень изменения в отношении воздух-топливо в отработавших газах в момент времени нулевого тока, по отношению к степени изменения в подаваемом на датчик напряжении Vr, становится больше. Поэтому, в этих областях напряжения, если подаваемое на датчик напряжение Vr слегка смещается, отношение воздух-топливо в отработавших газах в момент времени нулевого тока значительно меняется. Поэтому, в этой области напряжения, чтобы с точностью определить абсолютную величину отношения воздух-топливо в отработавших газах, становится необходимым с точностью управлять подаваемым на датчик напряжением Vr. Это не так практично. Поэтому, с точки зрения точного определения абсолютной величины отношения воздух-топливо в отработавших газах, подаваемое на датчик напряжение Vr должно быть величиной в «особой области напряжения» между некоторым верхним предельным напряжением и некоторым нижним предельным напряжением.
[0182] В этом отношении, как показано на фиг. 15, датчики 40, 41 воздушно-топливного отношения имеют область предельного тока, которая представляет собой область напряжения, когда выходной ток Ir становится предельным током для каждого отношения воздух-топливо в отработавших газах. В настоящем примере осуществления изобретения, область предельного тока, когда отношение воздух-топливо в отработавших газах представляет собой стехиометрическое отношение воздух-топливо, определена как «особая область напряжения».
[0183] Следует отметить, что, как пояснено с использованием фиг. 14, если увеличивать подаваемое на датчик напряжение Vr до некоторой особой величины (максимального напряжения) или более, как показано на фигуре штрихпунктирной линией, не имеет значения, какая величина отношения воздух-топливо в отработавших газах, выходной ток Ir больше не станет 0. С другой стороны, если уменьшать подаваемое на датчик напряжение Vr до некоторой особой величины (минимального напряжения) или менее, как показано на фигуре штрихпунктирной линией с двумя точками, не имеет значения, какая величина отношения воздух-топливо в отработавших газах, выходной ток Ir больше не станет 0.
[0184] Поэтому, если подаваемое на датчик напряжение Vr представляет собой напряжение между максимальным напряжением и минимальным напряжением, имеется отношение воздух-топливо в отработавших газах, когда выходной ток становится нулем. Напротив, если подаваемое на датчик напряжение Vr представляет собой напряжение выше, чем максимальное напряжение или напряжение ниже, чем минимальное напряжение, не существует значения отношения воздух-топливо в отработавших газах, когда выходной ток станет нулем. Поэтому подаваемое на датчик напряжение Vr, по меньшей мере, должно быть напряжением, когда выходной ток становится нулем, когда отношение воздух-топливо в отработавших газах представляет собой любое отношение воздух-топливо, то есть, напряжение между максимальным напряжением и минимальным напряжением. Вышеописанная «особая область напряжения» представляет собой область напряжения между максимальным напряжением и минимальным напряжением.
[0185] Подаваемые значения напряжений на различные датчики отношения воздух-топливо
В настоящем примере осуществления изобретения, при рассмотрении вышеупомянутых детальных характеристик около вышеупомянутого стехиометрического отношения воздух-топливо, когда датчик 40 воздушно-топливного отношения, размещенный на стороне входа определяет отношение воздух-топливо в отработавших газах, подаваемое напряжение Vrup на датчик 40 отношения воздух-топливо установлено на значение напряжения таким образом, что выходной ток становится равным нулю, когда отношение воздух-топливо в отработавших газах представляет собой стехиометрическое отношение воздух-топливо (в настоящем примере осуществления изобретения 14,6) (например, 0,45 V). Другими словами, в датчике 40 воздушно-топливного отношения, значение подаваемого на датчик напряжения Vrup установлено таким, что отношение воздух-топливо в отработавших газах в момент времени нулевого тока представляет собой стехиометрическое отношение воздух-топливо.
[0186] С другой стороны, когда целевое отношение воздух-топливо является богатым отношением воздух-топливо (то есть, богатое заданное отношение воздух-топливо или слегка обогащенное заданное отношение воздух-топливо), подаваемое на датчик напряжение Vr на датчике 41 воздушно-топливного отношения, размещенном на стороне выхода, как показано на фиг. 18, установлено на значение напряжения (например, 0,7 V), при котором выходной ток становится равным нулю, когда отношение воздух-топливо в отработавших газах представляет собой заданное отношение воздух-топливо, которое немного богаче, чем стехиометрическое отношение воздух-топливо (богатое оценочное отношение воздух-топливо). Другими словами, когда целевое отношение воздух-топливо представляет собой богатое отношение воздух-топливо, на датчике 41 воздушно-топливного отношения, подаваемое значение напряжения Vrdwn установлено таким образом, что отношение воздух-топливо в отработавших газах в момент времени нулевого тока представляет собой богатое оценочное отношение воздух-топливо, которое слегка богаче, чем стехиометрическое отношение воздух-топливо.
[0187] С другой стороны, как показано на фиг. 18, когда целевое отношение воздух-топливо представляет собой бедное отношение воздух-топливо (то есть, бедное заданное отношение воздух-топливо или слегка обедненное заданное отношение воздух-топливо), подаваемое на датчик напряжение Vr на датчике 41 воздушно-топливного отношения, установлено на напряжение (например, 0,2 V), при котором выходной ток становится равным нулю, когда отношение воздух-топливо в отработавших газах представляет собой заданное отношение воздух-топливо, которое немного беднее, чем стехиометрическое отношение воздух-топливо (бедное оценочное отношение воздух-топливо). Другими словами, когда целевое отношение воздух-топливо является бедным отношением воздух-топливо, на датчике 41 контроля состава, значение подаваемого на датчик напряжения Vrdwn установлено таким образом, что отношение воздух-топливо в отработавших газах в момент времени нулевого тока становится бедным оценочным отношением воздух-топливо, которое немного беднее, чем стехиометрическое отношение воздух-топливо.
[0188] Таким образом, в настоящем примере осуществления изобретения, значение подаваемого на датчик напряжения Vrdwn на датчике 41 воздушно-топливного отношения установлено на напряжение, отличающееся от приложенного на датчик напряжения Vrup на датчике 40 отношения воздух-топливо, и попеременно устанавливается на напряжение большее, и напряжение меньшее, чем подаваемое на датчик напряжение Vrup на датчике 40 отношения воздух-топливо.
[0189] Поэтому ЭБУ 31, который соединен с двумя датчиками 40, 41 воздушно-топливного отношения, определяет, что отношение воздух-топливо в отработавших газах около датчика 40 воздушно-топливного отношения (отношения воздух-топливо), со стороны входа, представляет собой стехиометрическое отношение воздух-топливо, когда выходной ток Irup датчика 40 воздушно-топливного отношения, становится нулем. С другой стороны, ЭБУ 31 определяет, что отношение воздух-топливо в отработавших газах около датчика 41 воздушно-топливного отношения, размещенного на стороне выхода, является богатым оценочным отношением воздух-топливо, то есть, заданным отношением воздух-топливо, которое отличается от стехиометрического отношения воздух-топливо, когда выходной ток Irdwn датчика 41 воздушно-топливного отношения, становится нулем. Благодаря этому, датчик 41 воздушно-топливного отношения может с точностью определить богатое оценочное отношение воздух-топливо и бедное оценочное отношение воздух-топливо.
[0190] Следует отметить, как показано на фиг. 18, что в настоящем примере осуществления изобретения, в состоянии, когда подаваемое напряжение Vrdwn на датчик 41 воздушно-топливного отношения составляет 0,7 V, когда выходной ток Irdwn датчика 41 воздушно-топливного отношения становится равным нулю или менее, значение подаваемого напряжения Vrdwn на датчик 41 воздушно-топливного отношения меняется на 0,2 V. Кроме того, в состоянии, когда подаваемое напряжение Vrdwn на датчик 41 воздушно-топливного отношения составляет 0,2 V, когда выходной ток Irdwn датчика 41 воздушно-топливного отношения становится равным нулю или более, подаваемое напряжение Vrdwn на датчик 41 воздушно-топливного отношения меняется на 0,7 V.
[0191] Следует отметить, что в этом описании, величина накопления кислорода для катализатора очистки отработавших газов пояснена как меняющаяся между максимальной величиной накопления кислорода и нулем. Это означает, что количество кислорода, которое может быть дополнительно накоплено катализатором очистки отработавших газов, меняется от нуля (когда величина накопления кислорода составляет максимальную величину накопления кислорода) до максимальной величины (когда величина накопления кислорода равна нулю).
[0192] 5. Камера сгорания
6. впускной клапан
8. выпускной клапан
10. свеча зажигания
11. топливный инжектор
13. впускной патрубок
15. впускной трубопровод
18. дроссельная заслонка
19. выпускной трубопровод
20. катализатор очистки отработавших газов, размещенный на стороне входа
21. корпус, размещенный на стороне входа
22. выпускная труба
23. корпус, размещенный на стороне выхода
24. катализатор очистки отработавших газов, размещенный на стороне выхода
31. ЭБУ
39. расходомер воздуха
40 датчик воздушно-топливного отношения, размещенный на стороне входа
41 датчик воздушно-топливного отношения, размещенный на стороне выхода