УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2016 года по МПК G01N27/409 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

[0001] Настоящее изобретение относится к устройству управления для двигателя внутреннего сгорания.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] Известно устройство управления для двигателя внутреннего сгорания, в котором имеется датчик концентрации кислорода, оснащенный элементом из твердого электролита, боковым электродом отработавших газов, расположенным на одной стороне элемента из твердого электролита и находящимся в контакте с отработавшими газами, боковым электродом эталонного газа, расположенным на другой стороне элемента из твердого электролита и находящимся в контакте с эталонным газом, и слоем управления скоростью диффузии, покрывающим боковой электрод отработавших газов, расположенный в выпускной трубе двигателя, при этом соотношением компонентов в воздушно-топливной смеси управляют на основе выходного сигнала датчика концентрации кислорода (см. патентную литературу 1). Этот датчик концентрации кислорода выдает выходное напряжение, которое выше опорного напряжения, соответствующего теоретическому воздушно-топливному отношению, когда соотношение компонентов в воздушно-топливной смеси ниже, чем теоретическое соотношение компонентов в воздушно-топливной смеси, и генерирует выходное напряжение ниже опорного напряжения, когда воздушно - топливное отношение выше теоретического соотношения компонентов в воздушно-топливной смеси. Соответственно, если установлено, что соотношение компонентов в воздушно-топливной смеси ниже теоретического соотношения компонентов в воздушно-топливной смеси, то соотношение компонентов в воздушно-топливной смеси регулируют так, чтобы возрасти, когда выходное напряжение больше опорного напряжения. Если установлено, что соотношение компонентов в воздушно-топливной смеси выше теоретического соотношения компонентов в воздушно-топливной смеси, то соотношение компонентов в воздушно-топливной смеси регулируют так, чтобы уменьшиться, когда выходное напряжение меньше опорного напряжения. В этом случае слой управления скоростью диффузии имеет функцию управления скоростью диффузии отработавших газов. В этом датчике концентрации кислорода не подают напряжение между боковым электродом отработавших газов и боковым электродом эталонного газа.

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК

Патентная литература

[0003] Патентный документ 1: Описание японской патентной заявки №2006-291893.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ТЕХНИЧЕСКАЯ ЗАДАЧА

[0004] Однако в патентном документе 1 боковой электрод отработавших газов покрыт слоем управления скоростью диффузии, в связи с чем чувствительность датчика концентрации кислорода уменьшается. В результате выходное напряжение датчика концентрации кислорода является гистерезисным. Другими словами, изменение выходного напряжения для случая, когда соотношение компонентов в воздушно-топливной смеси увеличивается, проходя через значение теоретического отношения воздушно-топливной смеси, и изменение выходного напряжения для случая, когда соотношение компонентов в воздушно-топливной смеси уменьшается, проходя через значение теоретического отношения воздушно-топливной смеси, отличаются друг от друга. Соответственно, выходное напряжение может быть ниже, чем опорное напряжение в зависимости от конкретного случая, в частности, когда соотношение компонентов в воздушно-топливной смеси близко к теоретической воздушно-топливной смеси, не смотря на то, что соотношение компонентов в воздушно-топливной смеси меньше теоретической воздушно-топливной смеси; но выходное напряжение может быть выше опорного напряжения, как в ином случае, который может быть для соотношения компонентов в воздушно-топливной смеси, которое выше теоретической воздушно-топливной смеси. В результате соотношение компонентов в воздушно-топливной смеси не может быть точно определено, и таким образом, соотношением компонентов в воздушно-топливной смеси нельзя управлять с достаточной точностью. Чтобы решить проблему, необходимы сложные схемные решения и органы управления.

РЕШЕНИЕ ЗАДАЧИ

[0005] В настоящем изобретении предлагается устройство управления для двигателя внутреннего сгорания, в котором имеется датчик для определения концентрации кислорода в отработавших газах или соотношения компонентов в воздушно-топливной смеси, снабженный элементом из твердого электролита, боковым электродом отработавших газов, расположенным на одной стороне элемента из твердого электролита и находящимся в контакте с отработавшими газами, боковым электродом эталонного газа, расположенным на другой стороне элемента из твердого электролита и находящимся в контакте с эталонным газом, и электрической цепью, подающей опорное напряжение между этими электродами, расположенный в выпускной трубе двигателя, при этом датчик для определения концентрации кислорода в отработавших газах или соотношения компонентов в воздушно-топливной смеси имеет характеристику, согласно которой выходной ток продолжает увеличиваться, не имея области предельного тока, когда напряжение, приложенное между электродами, увеличивается, в то время как соотношение компонентов в воздушно-топливной смеси является постоянным, и соотношением компонентов в воздушно-топливной смеси управляют на основе выходного тока датчика для определения концентрации кислорода в отработавших газах или соотношения компонентов в воздушно-топливной смеси.

ПОЛЕЗНЫЙ ЭФФЕКТ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0006] Соотношением компонентов в воздушно-топливной смеси можно точно управлять с помощью простой конфигурации.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0007] На фиг. 1 представлено схематичное изображение двигателя внутреннего сгорания.

На фиг. 2 представлен увеличенный поперечный разрез датчика для определения концентрации кислорода или соотношения компонентов в воздушно-топливной смеси.

На фиг. 3 представлена схема для электрической цепи датчика определения концентрации кислорода или соотношения компонентов в воздушно-топливной смеси.

На фиг. 4 представлен график, иллюстрирующий взаимосвязь между выходным током и напряжением между электродами датчика определения концентрации кислорода или соотношения компонентов в воздушно-топливной смеси в соответствии с указанным примером осуществления настоящего изобретения.

На фиг. 5 представлен график, иллюстрирующий взаимосвязь между выходным током и напряжением между электродами датчика определения соотношения компонентов в воздушно-топливной смеси с линейной характеристикой в соответствии с предшествующим уровнем техники.

На фиг. 6 представлен график, иллюстрирующий взаимосвязь между выходным током и напряжением между электродами датчика определения концентрации кислорода или соотношения компонентов в воздушно-топливной смеси в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения.

На фиг. 7 представлен график, иллюстрирующий взаимосвязь между выходным током датчика определения концентрации кислорода или соотношения компонентов в воздушно-топливной смеси и соотношением компонентов в воздушно-топливной смеси, в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения

На фиг. 8 представлена блок-схема выполнения процедуры управления соотношением компонентов в воздушно-топливной смеси.

На фиг. 9А представлен график, иллюстрирующий взаимосвязь между выходным током датчика определения концентрации кислорода или соотношения компонентов в воздушно-топливной смеси, и соотношением компонентов в воздушно-топливной смеси.

На фиг. 9В представлен график, иллюстрирующий взаимосвязь между выходным током датчика определения концентрации кислорода или соотношения компонентов в воздушно-топливной смеси, и соотношением компонентов в воздушно-топливной смеси.

На фиг. 10 представлен график, иллюстрирующий взаимосвязь между опорным током I_S датчика и температурой.

На фиг. 11 представлена блок-схема выполнения процедуры управления соотношением компонентов в воздушно-топливной смеси в соответствии с другим примером осуществления настоящего изобретения.

На фиг. 12А представлен график, иллюстрирующий взаимосвязь между выходным током и напряжением между электродами датчика определения концентрации кислорода или соотношения компонентов в воздушно-топливной смеси.

На фиг. 12В представлен график, иллюстрирующий взаимосвязь между выходным током и напряжением между электродами датчика определения концентрации кислорода или соотношения компонентов в воздушно-топливной смеси.

На фиг. 13 представлен график, иллюстрирующий взаимосвязь между опорным напряжением Vr датчика и температурой.

На фиг. 14 представлена блок-схема для выполнения процедуры управления опорным напряжением.

ПРИМЕРЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0008] На фиг. 1 показан пример, когда настоящее изобретение используется в двигателе внутреннего сгорания с искровым зажиганием. Тем не менее изобретение также может быть использовано в двигателе внутреннего сгорания с компрессионным зажиганием.

[0009] На фиг. 1 ссылочной позицией 1 обозначен двигатель, который снабжен, например, четырьмя цилиндрами, позицией 2 обозначен блок цилиндров, позицией 3 обозначена головка блока цилиндров, позицией 4 обозначен поршень, позицией 5 обозначена камера сгорания, позицией 6 обозначен впускной клапан, позицией 7 обозначен впускной канал, позицией 8 обозначен выпускной клапан, позицией 9 обозначен выпускной канал, и позицией 10 обозначена свеча зажигания. Впускной канал 7 соединен с впускным ресивером 12 через соответствующий впускной патрубок 11. Впускной ресивер 12 соединен с воздушным фильтром 14 через впускной патрубок 13. Во впускном патрубке 13 расположен расходомер 15 воздуха для определения количества впускаемого воздуха и дроссельная заслонка 17, которая приводится в действие приводом 16. В каждом из впускных каналов 7 находится форсунка 18 впрыска топлива с электронным управлением. Форсунки 18 впрыска топлива соединены с топливным насосом 20 через общую топливную рампу 19, которая является общей для топливных форсунок 18. Топливный насос 20 соединен с топливным баком 21.

[0010] Выпускной канал 9 соединен с каталитическим преобразователем 23, который имеет относительно небольшую емкость, через выпускной коллектор 22. Каталитический преобразователь 23 соединен через выпускную трубу 24 с каталитическим преобразователем 25, который имеет относительно большую емкость. Каталитический преобразователь 25 соединен с выпускной трубой 26. Каталитические преобразователи 23, 25 снабжены катализаторами, например, трехкомпонентными катализаторами 23а, 25а, соответственно. В выпускном коллекторе 22 перед трехкомпонентным катализатором 23 а установлен датчик 27и для определения концентрации кислорода в отработавших газах или соотношения компонентов в воздушно-топливной смеси. Датчик 27d для определения концентрации кислорода в отработавших газах или соотношения компонентов в воздушно-топливной смеси установлен в выпускной трубе 24 на выходе трехкомпонентного катализатора 23а. Далее датчик 27u именуется датчиком на входе, а датчик 27d именуется датчиком на выходе.

[0011] Цифровой компьютер представляет собой электронный блок 30 управления. Электронный блок 30 управления снабжен постоянным запоминающим устройством (ПЗУ) 32, оперативным запоминающим устройством (ОЗУ) 33, микропроцессором (МП) 34, входным портом 35 и выходным портом 36, соединенными друг с другом посредством двунаправленной шины 31. На педали 39 акселератора смонтирован датчик 40 нагрузки для определения того, насколько нажата педаль 39 акселератора. Выходные сигналы от расходомера 15 воздуха, датчика 27u, датчика 27d, и датчика 40 нагрузки поступают на входной порт 35 через соответствующие АЦ (аналогово-цифровые) преобразователи 37. Кроме того, датчик 41 угла поворота коленчатого вала, который генерирует выходной импульс каждый раз, когда коленчатый вал поворачивается на заданный угол, например, на 30 градусов угла поворота коленчатого вала, соединен с входным портом 35. МП 34 вычисляет частоту вращения двигателя на основании выходного импульса от датчика 41 угла поворота коленчатого вала. Выходной порт 36 соединен с каждой из свечей зажигания 10, приводом 16, форсункой 18 впрыска топлива, и топливным насосом 20 через соответствующую управляющую микросхему 38.

[0012] На Фиг. 2 частично представлен увеличенный вид в разрезе датчика 27d на выходе. Датчик 27u на входе похож по конфигурации на датчик 27d на выходе. Что касается датчика на входе, датчик, который отличается по конфигурации от датчика 27d на выходе, может представлять собой датчик 27u.

[0013] На фиг. 2, ссылочной позицией 50 обозначен корпус, позицией 51 обозначен чувствительный элемент, расположенный в корпусе 50, и ссылочной позицией 52 обозначен кожух, который имеет отверстия 53. Чувствительный элемент 51 снабжен чашеобразным элементом 54 из твердого электролита, боковым электродом 55 отработавших газов, расположенным на внешней поверхности элемента 54 из твердого электролита, и боковым электродом 56 эталонного газа, который расположен на внутренней поверхности элемента 54 из твердого электролита. Чувствительный элемент 51 и кожух 52 расположены в внутреннем пространстве 24а выпускной трубы 24. Соответственно, отработавшие газы, находящиеся в выпускной трубе 24 вводятся во внутреннее пространство около чувствительного элемента 51 через отверстия 53 в кожухе 52, и боковой электрод 55 находится в контакте с отработавшими газами. Камера 57 для эталонного газа, в которую вводится эталонный газ, сформирована во внутреннем пространстве элемента 54 из твердого электролита. Таким образом, боковой электрод 56 эталонного газа находится в контакте с эталонным газом. В примере, который показан на фиг. 2, эталонный газ формируется из атмосферного воздуха. Соответственно, боковой электрод 56 эталонного газа также будет именоваться атмосферным боковым электродом. В примере, который показан на фиг. 2, твердый электролит, например, диоксид циркония, образует элемент 54 из твердого электролита. Электроды 55, 56 выполнены из драгоценного металла, такого как платина.

[0014] Боковой электрод 55 покрыт защитным слоем 58. Защитный слой 58 покрыт каталитическим слоем 59. Каталитический слой 59 покрыт улавливающим слоем 60. Защитный слой 58 защищает боковой электрод 55, и выполнен из пористой керамики, такой как шпинель. Каталитический слой 59 удаляет водород из отработавших газов, и выполнен из драгоценного металла, такого как платина, с подложкой из пористой керамики, такой как оксид алюминия. Улавливающий слой 60 захватывает посторонние вещества в отработавших газах, например, нагар, и выполнен из пористой керамики, такой как оксид алюминия.

[0015] Как показано на фиг. 3, датчик 27d на выходе снабжен электрической цепью 70, которая подает напряжение между электродами 55, 56. Как показано на фиг. 3, электрическая цепь 70 снабжена источником 71 смещающего питания, который подает смещающее напряжение Vo, источником 72 опорного питания, который подает опорное напряжение Vr, операционным усилителем 73, на который поступает электрическое питающее напряжение Vb, электрическим резистором 74, выдающим электрическое сопротивление R, и выходным разъемом 75. Одна сторона источника 71 смещающего электропитания соединена с атмосферным боковым электродом 56, который представляет собой положительный электрод, а другая сторона источника 71 смещающего электропитания соединена с источником 72 опорного электропитания. Источник 72 опорного электропитания соединен с положительным (+) выводом операционного усилителя 73. Одна сторона бокового электрода 55, который представляет собой отрицательный электрод, подключена к одному разъему операционного усилителя 73, а другая сторона бокового электрода 55 подключена к выходному разъему 75 через электрический резистор 74. Выходной разъем 75 подключается к входу блока 30 электронного управления (фиг. 1). Блок 30 электронного управления определяет выходное напряжение Ео, которое представляет собой потенциал на выходном разъеме 75.

[0016] Электрическая схема 70 подает напряжение между электродами 55, 56 таким образом, что напряжение Vs между электродами 55, 56 поддерживается на уровне опорного напряжения Vr. В этом случае ток Iр течет между электродами 55, 56. В этом случае выходное напряжение Ео, представлено следующей формулой (1).

[0017] Уравнение (1) можно переписать в виде следующей формулы (2).

[0018] В примере осуществления, который показан на фиг. 3, определяют выходное напряжение Ео, а выходной ток Iр получают с использованием уравнения (2). В другом варианте осуществления, выходной ток Iр определяют непосредственно. На фиг. 3 символы Ε и Ri представляют собой электродвижущую силу и внутреннее сопротивление элемента 54 из твердого электролита, соответственно (Vs=Ε+Ip·Ri).

[0019] Кроме того, датчик 21d на выходе снабжен схемой, которая определяет импеданс чувствительного элемента 51. Импеданс чувствительного элемента 51 отображает температуру чувствительного элемента 51 или датчика 21d на выходе.

[0020] Как описано выше, отработавшие газы находятся в контакте с боковым электродом 55. Соответственно, углеводороды (НС) и окись углерода (СО) в отработавших газах вступают в реакцию с кислородом на боковом электроде 55. В результате между электродами 55, 56 протекает ток Iр.

[0021] На фиг. 4 проиллюстрирована взаимосвязь между межэлектродным напряжением Vs и выходным током Iр датчика 21d на выходе в то время, когда соотношение компонентов в воздушно-топливной смеси поддерживается на уровне теоретического (стехиометрического) соотношения компонентов в воздушно-топливной смеси. Как видно на фиг. 4, выходной ток Iр продолжает расти, когда напряжение Vs между электродами увеличивается.

[0022] Известен датчик соотношения компонентов в воздушно-топливной смеси с линейной характеристикой, который снабжен элементом из твердого электролита, боковым электродом отработавших газов, расположенным на одной стороне элемента из твердого электролита и находящимся в контакте с отработавшими газами, боковым электродом эталонного газа, который расположен на другой стороне элемента из твердого электролита и находится в контакте с эталонным газом, электрической цепью, которая подает напряжение между электродами, и слоем управления скоростью диффузии, который покрывает боковой электрод отработавших газов. На фиг. 5 проиллюстрирована взаимосвязь между выходным током Ιp′ и межэлектродным напряжением Vs′ этого датчика соотношения компонентов в воздушно-топливной смеси с линейной характеристикой для случая, когда соотношение компонентов в воздушно-топливной смеси поддерживается на уровне теоретического соотношения компонентов в воздушно-топливной смеси. Как показано на фиг. 5, выходной ток Iр увеличивается при увеличении межэлектродного напряжения Vs′, при низком значении межэлектродного напряжения Vs′. Далее, при увеличении межэлектродного напряжения Vs′ выходной ток Ιp′ становится по существу постоянным. Если продолжать увеличивать межэлектродное напряжение Vs′, выходной ток Ιp′ увеличивается по мере увеличения межэлектродного напряжения Vs′. Область напряжения на фиг. 5, где выходной ток Ιp′ становится, по существу, постоянным, именуется областью LC предельного тока. Выходной ток Ιp′ имеет область LC предельного тока, как описано выше, так как скорость диффузии отработавших газов на боковом электроде отработавших газов управляется с помощью слоя управления скоростью диффузии. В случае, когда выходной ток Ιp′ имеет область LC предельного тока, уменьшается чувствительность датчика соотношения компонентов в воздушно-топливной смеси, и выходной ток Ιp′ может быть гистерезисным.

[0023] В противоположность этому, как показано на фиг. 4 выходной ток Iр датчика 21d на выходе в соответствии с указанным примером осуществления настоящего изобретения не имеет области предельного тока. Это происходит потому, что датчик 27d в соответствии с указанным примером осуществления настоящего изобретения не имеет слоя управления скоростью диффузии. В результате, чувствительность датчика 27d на выходе увеличивается. Кроме того, между электродами 55, 56 подается опорное напряжение Vr, как описано выше, и, таким образом, чувствительность бокового электрода 55 увеличивается. В результате, выходной ток Iр не является гистерезисным. Соответственно, соотношение компонентов в воздушно-топливной смеси может быть точно определено.

[0024] Защитный слой 58 датчика 27d на выходе в соответствии с указанным примером осуществления настоящего изобретения отличается от конфигурации слоя управления скоростью диффузии датчика соотношения компонентов в воздушно-топливной смеси с линейной характеристикой тем, что выходной ток Iр формируется без области ограничения тока. В частности, например, защитный слой 58 имеет большую пористость, чем слой управления скоростью диффузии датчика соотношения компонентов в воздушно-топливной смеси с линейной характеристикой.

[0025] В данном изобретении установлено, что выходной ток имеет область предельного тока в случае (Iр (0,7 вольт)-Iр (0,45 вольт))/Iр (0,45 вольт)<0,05 и Iр (0,2 вольт) -Iр (0,45 вольт))|/Iр(0,45 вольт)<0,05, если выходной ток Iр представлен зависимостью Ip(Vs) от межэлектродного напряжения Vs. В отличие от этого, определено, что выходной ток не имеет области предельного тока, в случае (Iр(0,7 вольт)-Iр(0,45 вольт))/Ip(0,45 вольт)>0,05 или |Iр(0,2 вольт)-Iр(0,45 вольт))|/Iр (0,45 вольт)>0,05.

[0026] На фиг. 6 проиллюстрировано соотношение между выходным током Iр и межэлектродным напряжения Vs датчика 27d на выходе в соответствии с указанным примером осуществления настоящего изобретения при различных соотношениях компонентов воздушно-топливной смеси. На фиг. 6 кривые Са, Св, Ce, Cd, Ce, Cf, Cg, Ch, Ci показывают выходной ток Iр в случае, когда соотношение компонентов в воздушно-топливной смеси поддерживается на уровне следующих значений: 12, 13, 14, теоретического соотношения компонентов воздушно-топливной смеси (14,6), 15, 18, 25, и 40, каждое. Кривая Cj показывает выходной ток Iр в случае, когда атмосферный воздух соприкасается с боковым электродом 55 отработавших газов. Как показано на фиг. 6, выходной ток Iр увеличивается по мере роста величины соотношения компонентов в воздушно-топливной смеси.

[0027] На фиг. 7 проиллюстрирована взаимосвязь между соотношением компонентов в воздушно-топливной смеси (AF - air-fuel) и выходным током Iр датчика 27d на выходе в соответствии с указанным примером осуществления настоящего изобретения в случае, когда межэлектродное напряжение Vs поддерживается на уровне опорного напряжения Vr. Как видно на фиг. 7, выходной ток Iр увеличивается по мере увеличения соотношения AF компонентов в воздушно-топливной смеси. Кроме того, выходной ток Iр становится равным опорному току Is (>0), когда соотношение AF компонентов в воздушно-топливной смеси равно эталонному соотношению компонентов в воздушно-топливной смеси. В примере, который показан на фиг. 7, эталонное соотношение компонентов в воздушно-топливной смеси равно теоретическому соотношению компонентов в воздушно-топливной смеси.

[0028] Как описано выше, концентрация кислорода в отработавших газах или соотношение AF компонентов в воздушно-топливной смеси могут быть определены с помощью выходного тока Iр датчика 27d на выходе. В указанном примере осуществления изобретения соотношение AF компонентов в воздушно-топливной смеси определяется как пониженное, по сравнению с теоретическим соотношением AFS компонентов в воздушно-топливной смеси, то есть, более богатая смесь по сравнению с теоретическим соотношением AFS в воздушно-топливной смеси, в случае, когда выходной ток Iр меньше опорного тока, и соотношение AF компонентов в воздушно-топливной смеси определяется как повышенное, по сравнению с теоретическим соотношением AFS компонентов в воздушно-топливной смеси, то есть, более бедная смесь по сравнению с теоретическим соотношением AFS в воздушно-топливной смеси, в случае, когда выходной ток Iр больше опорного тока Is.

[0029] Затем соотношение компонентов в воздушно-топливной смеси регулируют на основе результата этого определения. Например, соотношение AF компонентов в воздушно-топливной смеси регулируют в сторону увеличения, в случае, когда соотношение AF компонентов в воздушно-топливной смеси определяется как пониженное, по сравнению с теоретическим соотношением AFS в воздушно-топливной смеси, на основе выходного тока Iр датчика 27d на выходе, и соотношение AF в воздушно-топливной смеси регулируют в сторону уменьшения, в случае когда соотношение AF компонентов в воздушно-топливной смеси определяется как повышенное, по сравнению с теоретическим соотношением AFS в воздушно-топливной смеси, на основе выходного тока Iр датчика 27d на выходе. В этом примере соотношение AF компонентов в воздушно-топливной смеси регулируется с использованием теоретического соотношения AFS компонентов в воздушно-топливной смеси, то есть эталонное соотношение компонентов в воздушно-топливной смеси является заданным значением. Соотношение AF компонентов в воздушно-топливной смеси регулируется, например, посредством управления количеством впрыскиваемого топлива или количеством впускаемого воздуха.

[0030] Опорное напряжение Vr устанавливается таким образом, что изменение выходного тока Iр по отношению к соотношению AF компонентов в воздушно-топливной смеси вблизи эталонного соотношения AF компонентов в воздушно-топливной смеси возрастает. В этом случае можно точнее определить, является ли соотношение AF компонентов в воздушно-топливной смеси пониженным или повышенным, чем теоретическое соотношение компонентов в воздушно-топливной смеси.

[0031] На фиг. 8 проиллюстрировано выполнение процедуры регулирования соотношения компонентов в воздушно-топливной смеси, как описано выше. Как показано на фиг. 8, на этапе 101 определяют, является ли выходной ток Iр датчика 21d на выходе меньшей величиной, чем опорный ток Is. Процедура переходит к этапу 102, когда Iр меньше Is, и соотношение компонентов в воздушно-топливной смеси регулируют в сторону увеличения. Процедура переходит к этапу 103, когда Iр равен или больше Is, и соотношение компонентов в воздушно-топливной смеси регулируют в сторону уменьшения.

[0032] Далее будет описан еще один пример осуществления настоящего изобретения. В последующем описании будут описаны отличия от примера осуществления, проиллюстрированного на фиг. 1-8.

[0033] На фиг. 9А показан график выходного тока Iр в то время, когда температура датчика 27d на выходе относительно низка, а на фиг. 9В показан график выходного тока Iр в то время, когда температура датчика 21d на выходе относительно высока. Как видно на фиг. 9А и 9В, выходной ток Iр увеличивается, когда температура датчика 27d на выходе увеличивается.

Соответственно, определение может быть ошибочным, если соотношение компонентов в воздушно-топливной смеси определено на основании неизменного опорного тока.

[0034] В этом еще одном примере осуществления изобретения, опорный ток устанавливают на основе температуры Ts датчика 27d на выходе. В частности, опорный ток Is задан так, что увеличивается, когда температура Ts датчика 27d на выходе увеличивается, как показано на фиг. 10. В результате, соотношение компонентов в воздушно-топливной смеси может быть точно определено независимо от температуры Ts на датчика 27d на выходе, и, таким образом, соотношением компонентов в воздушно-топливной смеси можно управлять точно. Значение опорного тока Is заранее помещается в ПЗУ 32 в виде карты, которая проиллюстрирована на фиг. 10.

[0035] На фиг. 11 проиллюстрировано выполнение процедуры регулирования соотношения компонентов в воздушно-топливной смеси в соответствии с этим примером осуществления изобретения. Как показано на фиг. 11, температуру Ts датчика 27d на выходе определяют на этапе 100а. Затем опорный ток рассчитывают по карте на фиг. 10 на этапе 100b. Затем на этапе 101 определяют, является ли выходной ток Iр датчика 27d на выходе меньшей величиной, чем опорный ток Is. Процедура переходит к этапу 102, когда Iр равен или меньше Is, и соотношение компонентов в воздушно-топливной смеси регулируют в сторону увеличения. Процедура переходит к этапу 103, когда Iр равен или больше Is, и соотношение компонентов в воздушно-топливной смеси регулируют в сторону уменьшения.

[0036] Далее будет описан еще один пример осуществления настоящего изобретения. В последующем описании будут описаны отличия от примера осуществления, который проиллюстрирован на фиг. 1-8.

[0037] В примере осуществления, описанном выше, опорное напряжение Vr задано таким образом, что опорный ток имеет положительное значение. В отличие от этого, в представленном еще одном примере осуществления настоящего изобретения опорное напряжение Vr задано таким образом, что опорный ток Is становится равным нулю. В этом случае ошибка определения соотношения компонентов может быть уменьшена.

[0038] На фиг. 12А проиллюстрирована взаимосвязь между выходным током Iр и межэлектродным напряжением Vs в то время, когда температура Ts датчика 21d на выходе относительно низка, а на фиг. 12В проиллюстрирована взаимосвязь между выходным током Iр и межэлектродным напряжением Vs в момент, когда температура датчика 27d на выходе является относительно высокой. Как видно на фиг. 12А и 12В, опорное напряжение Vr, при котором выходной ток Iр становится равным нулю, уменьшается, когда температура датчика 27d на выходе увеличивается. Соответственно, определение может быть ошибочным, если соотношение компонентов в воздушно-топливной смеси определяют на основании выходного тока Iр, измеренного при подаче неизменного опорного напряжения Vr.

[0039] В этом еще одном примере осуществления настоящего изобретения, опорное напряжение Vr устанавливают на основе температуры Ts датчика 27d на выходе. В частности, опорное напряжение Vr должно уменьшаться, когда температура Ts датчика 27d на выходе увеличивается, как показано на фиг. 13. В результате соотношение компонентов в воздушно-топливной смеси может быть точно определено независимо от температуры Ts датчика 27d на выходе, и, таким образом, соотношением компонентов в воздушно-топливной смеси можно точно управлять. Значение опорного напряжения Vr заранее помещается в ПЗУ 32 в виде карты, которая проиллюстрирована на фиг. 13.

[0040] На фиг. 14 проиллюстрировано выполнение процедуры управления опорным напряжением в соответствии с этим еще одним примером осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг. 14, температуру Ts датчика 27d на выходе определяют на этапе 200а. Затем опорное напряжение Vr рассчитывают по карте на фиг. 13 на этапе 100b. В датчике 27d на выходе межэлектродное напряжение Vs поддерживают на уровне опорного напряжения Vr, которое рассчитывают указанным образом.

СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ

[0041] 1 Двигатель

22 Выпускной коллектор

24, 26 Выпускная труба

23а, 25а Трехкомпонентный катализатор

27u, 27d Датчик для определения концентрации кислорода или соотношения компонентов в воздушно-топливной смеси

54 Элемент из твердого электролита

55 Боковой электрод отработавших газов

56 Боковой электрод эталонного газа

70 Электрическая схема.

Настоящее изобретение относится к устройству управления для двигателя внутреннего сгорания. Датчик для определения концентрации кислорода в отработавших газах или в воздушно-топливной смеси, снабженный элементом из твердого электролита, боковым электродом отработавших газов, расположенным на одной стороне элемента из твердого электролита и находящимся в контакте с отработавшими газами, атмосферным боковым электродом, расположенным на другой стороне элемента из твердого электролита и находящимся в контакте с атмосферным воздухом, и электрической цепью, подающей опорное напряжение между этими электродами, расположен в выпускной трубе двигателя. Датчик для определения концентрации кислорода в отработавших газах или в воздушно-топливной смеси воздуха имеет характеристику, согласно которой выходной ток (Iр) продолжает увеличиваться, не имея области предельного тока, когда напряжение (Vs), приложенное между электродами, увеличивается, в то время как соотношение компонентов в воздушно-топливной смеси является постоянным. Соотношением компонентов в воздушно-топливной смеси управляют на основе выходного тока (Iр) датчика для определения концентрации кислорода в отработавших газах или соотношения компонентов в воздушно-топливной смеси. Изобретение обеспечивает возможность точного регулирования компонентов в воздушно-топливной смеси. 8 з.п. ф-лы, 14 ил.

1. Устройство управления для двигателя внутреннего сгорания, содержащее:
датчик, сконфигурированный для определения концентрации кислорода в отработавших газах или соотношения компонентов в воздушно-топливной смеси, расположенный в выхлопной трубе двигателя внутреннего сгорания, при этом упомянутый датчик имеет в своем составе элемент из твердого электролита, боковой электрод отработавших газов, боковой электрод эталонного газа и электрическую цепь, при этом боковой электрод отработавших газов расположен на одной стороне элемента из твердого электролита и находится в контакте с отработавшими газами, боковой электрод эталонного газа расположен на другой стороне элемента из твердого электролита и находится в контакте с эталонным газом, а электрическая цепь подает опорное напряжение между боковым электродом отработавших газов и боковым электродом эталонного газа, при этом упомянутый датчик имеет характеристику, согласно которой выходной ток продолжает увеличиваться, не имея области предельного тока, когда напряжение, приложенное между боковым электродом отработавших газов и боковым электродом эталонного газа увеличивается, в то время как соотношение компонентов в воздушно-топливной смеси является постоянным; и
электронный блок управления, сконфигурированный для управления соотношением компонентов в воздушно-топливной смеси на основе значения выходного тока упомянутого датчика.

2. Устройство управления по п. 1, отличающееся тем, что упомянутый датчик имеет характеристику, согласно которой выходной ток возрастает по мере увеличения воздушно-топливного отношения.

3. Устройство управления по п. 2, отличающееся тем, что
упомянутый электронный блок управления сконфигурирован для определения, что соотношение компонентов в воздушно-топливной смеси ниже, чем эталонное соотношение компонентов в воздушно-топливной смеси, когда выходной ток меньше опорного тока, соответствующего эталонному воздушно-топливному отношению,
упомянутый электронный блок управления сконфигурирован, чтобы определять, что соотношение компонентов в воздушно-топливной смеси выше, чем эталонное соотношение компонентов воздушно-топливной смеси, когда выходной ток больше, чем опорный ток,
упомянутый электронный блок управления сконфигурирован, чтобы управлять соотношением компонентов в воздушно-топливной смеси на основе результата этого определения.

4. Устройство управления по п. 3, отличающееся тем, что упомянутый электронный блок управления сконфигурирован, чтобы задавать опорный ток на основе температуры упомянутого датчика.

5. Устройство управления по п. 4, отличающееся тем, что упомянутый электронный блок управления сконфигурирован, чтобы задавать увеличение опорного тока при увеличении температуры упомянутого датчика.

6. Устройство управления по любому из пп. 3-5, отличающееся тем, что эталонное соотношение компонентов в воздушно-топливной смеси равно теоретическому соотношению компонентов в воздушно-топливной смеси.

7. Устройство управления по любому из пп. 3-5, отличающееся тем, что опорное напряжение задано так, что опорный ток имеет положительное значение.

8. Устройство управления по любому из пп. 3-5, отличающееся тем, что опорное напряжение задано так, что опорный ток становится равным нулю.

9. Устройство управления по любому из пп. 1-5, отличающееся тем, что эталонным газом является атмосферный воздух.