СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2017 года по МПК F02D41/14 

Область техники, к которой относится настоящего изобретения

[0001] Настоящее изобретение относится к системе управления для двигателя внутреннего сгорания, которая управляет двигателем внутреннего сгорания в соответствии с выходным сигналом датчика отношения воздух-топливо.

Предшествующий уровень техники

[0002] В прошлом широко известна система управления двигателем внутреннего сгорания, оснащенная датчиком отношения воздух-топливо в выпускном канале двигателя внутреннего сгорания, и управляющая количеством топлива, подаваемым в двигатель внутреннего сгорания на основе выходного сигнала этого датчика отношения воздух-топливо (например, см. PLT 1-4).

[0003] В такой системе управления используются катализаторы, имеющие способность накапливать кислород, размещенные последовательно по потоку в выпускном канале. Катализатор, имеющий способность накапливать кислород, может очищать отработавшие газы, поступающие в катализатор от продуктов неполного окисления (HC, CO, и т.п.) или оксидов азота NO_X, и т.п., когда величина накопления кислорода представляет собой соответствующее значение между верхней предельной величиной накопления и нижней предельной величиной накопления. То есть, если отработавшие газы, основанные на (полученные в результате сгорания) топливовоздушной смеси, состав которой богаче, чем стехиометрический отношение воздух-топливо (ниже, также именуемой «богатым отношением воздух-топливо») поступают в катализатор, продукты неполного окисления, содержащиеся в отработавших газах доокисляются кислородом, накопленным в катализаторе. Напротив, если в катализатор поступают отработавшие газы, основанные на (полученные в результате сгорания) топливовоздушной смеси, состав которой беднее, чем стехиометрический отношение воздух-топливо (ниже, также именуемой «бедным отношением воздух-топливо»), кислород, содержащийся в отработавших газах, накапливается в катализаторе. Из-за этого, поверхность катализатора переходит в состояние недостатка кислорода и, вместе с этим, оксиды азота NO_X, содержащиеся в отработавших газах восстанавливаются и отработавшие газы очищаются. В результате, катализатор может очищать отработавшие газы, независимо от отношения воздух-топливо для отработавших газов, поступающих в катализатор, пока величина накопления кислорода представляет собой соответствующее значение.

[0004] Поэтому, в такой системе управления, для поддержания величины накопления кислорода в катализаторе на стороне входа, на соответствующем уровне, датчик отношения воздух-топливо, располагается на стороне входа в направлении потока отработавших газов, по отношению к катализатору на стороне входа в направлении потока отработавших газов, а кислородный датчик располагается на стороне выхода в направлении потока отработавших газов, по отношению к катализатору на стороне входа и на стороне входа в направлении потока отработавших газов, по отношению к катализатору на стороне выхода. С использованием этих датчиков, система управления осуществляет управление с обратной связью, на основе выходного сигнала датчика отношения воздух-топливо на стороне входа, при этом выходной ток этого датчика отношения воздух-топливо принимается в качестве целевого значения, соответствующего целевому значению отношения воздух-топливо. Кроме того, система управления регулирует целевое значение сигнала датчика отношения воздух-топливо на стороне входа, на основе выходного сигнала кислородного датчика на стороне выхода.

[0005] Например, в системе управления описанной в PLT 1, когда выходное напряжение кислородного датчика на стороне выхода представляет собой высокую пороговую величину или превышает ее и состояние катализатора на стороне входа представляет собой состояние недостатка кислорода, целевое значение отношения воздух-топливо для отработавших газов, поступающих в катализатор на стороне входа задается как бедное отношение воздух-топливо. Напротив, когда выходное напряжение кислородного датчика на стороне выхода, представляет собой низкую пороговую величину или еще ниже и состояние катализатора на стороне входа представляет собой состояние избытка кислорода, целевое значение отношения воздух-топливо задается как богатое отношение воздух-топливо. Согласно PLT 1, из-за этого, когда катализатор находится в состоянии недостатка кислорода или состоянии избытка кислорода, можно быстро возвратить состояние катализатора в состояние между этих двух состояний (то есть, состояние, когда катализатор накапливает надлежащее количество кислорода).

[0006] Кроме того, в вышеописанной системе управления, если значение выходного напряжения датчика кислорода на стороне выхода находится между высокой пороговой величиной и низкой пороговой величиной, для случая, когда выходное напряжение датчика кислорода возрастает, целевое значение отношения воздух-топливо задается как бедное отношение воздух-топливо. Напротив, если значение выходного напряжения датчика кислорода падает, целевое значение отношения воздух-топливо задается как богатое отношение воздух-топливо. Согласно PLT 1, из-за этого, считается, что может быть заранее предотвращено состояние недостатка кислорода или состояние избытка кислорода для катализатора на стороне входа.

Указатель ссылок

Патентная литература

[0007] PLT 1: Японская патентная публикация No. 2011-069337A

PLT 2: Японская патентная публикация No. 2005-351096A

PLT 3: Японская патентная публикация No. 2000-356618A

PLT 4: Японская патентная публикация No. H8-232723A

PLT 5: Японская патентная публикация No. 2009-162139A

PLT 6: Японская патентная публикация No. 2001-234787A

Сущность настоящего изобретения

Техническая задача

[0008] Таким образом, в системе управления, описанной в PLT 1, в тот момент, когда выходное напряжение датчика кислорода на стороне выхода представляет собой высокую пороговую величину, или больше, и состояние катализатора на стороне входа, представляет собой состояние недостатка кислорода, целевое значение отношения воздух-топливо для отработавших газов, поступающих в катализатор 20 на стороне входа, задается как бедное отношение воздух-топливо. То есть, в этой системе управления, в тот момент, когда состояние катализатора представляет собой состояние недостатка кислорода и продукты неполного окисления истекают из катализатора на стороне входа, целевое значение отношения воздух-топливо задается как бедное отношение воздух-топливо. Поэтому некоторая часть продуктов неполного окисления истекает из катализатора на стороне входа.

[0009] Кроме того, в системе управления, описанной в PLT 1, в тот момент, когда выходное напряжение датчика кислорода на стороне выхода, представляет собой низкую пороговую величину или еще ниже, и состояние катализатора представляет собой состояние избытка кислорода, целевое значение отношения воздух-топливо задается как богатое отношение воздух-топливо. То есть, в этой системе управления, когда состояние катализатора представляет собой состояние избытка кислорода и кислород и NO_X истекают из катализатора на стороне входа, целевое значение отношения воздух-топливо задается как богатое отношение воздух-топливо. Поэтому некоторое количество NO_X истекает из катализатора на стороне входа.

[0010] Соответственно, иногда и продукты неполного окисления, и NO_X истекают из катализатора на стороне входа. Если и продукты неполного окисления, и NO_X истекают из катализатора на стороне входа, то, катализатор на стороне выхода должен нейтрализовывать оба этих компонента.

[0011] Поэтому, авторы настоящего изобретения предложили осуществление управления отношением воздух-топливо, которое попеременно устанавливает целевое значение отношения воздух-топливо для отработавших газов, поступающих в катализатор на стороне входа, между бедной уставкой отношения воздух-топливо, которая беднее на определенную величину, чем стехиометрическое отношение воздух-топливо, и слабо обогащенной уставкой отношения воздух-топливо, которая немного богаче стехиометрического отношения воздух-топливо. В частности, при управлении отношением воздух-топливо, когда отношение воздух-топливо для отработавших газов, которое определяется датчиком отношения воздух-топливо на стороне выхода, размещенным на стороне выхода катализатора на стороне входа, представляет собой отношение воздух-топливо, оцениваемое как богатое, которое богаче стехиометрического отношения воздух-топливо, хотя бы незначительно, целевое значение отношения воздух-топливо задается на уровне бедной уставки отношения воздух-топливо, пока величина накопления кислорода для катализатора на стороне входа не достигнет заданного значения, которое меньше, чем максимальная величина накопления кислорода. С другой стороны, когда величина накопления кислорода для катализатора на стороне входа, вырастает до заданной величины или еще больше, целевое значение отношения воздух-топливо задается на уровне слабо обогащенной уставки отношения воздух-топливо.

[0012] Путем выполнения такого управления, в случае установления целевого значения отношения воздух-топливо на уровне слабо обогащенной уставки отношения воздух-топливо, величина накопления кислорода для катализатора на стороне входа постепенно становится меньше. В конечном итоге, продукты неполного окисления истекают из катализатора на стороне входа, хотя это истечение незначительно. Если продукты неполного окисления таким образом незначительно истекают, датчик отношения воздух-топливо на стороне выхода определяет достижение опорного значения отношения воздух-топливо или меньше и, в результате, целевое значение отношения воздух-топливо переключается на уровень бедной уставки отношения воздух-топливо.

[0013] Если целевое значение отношения воздух-топливо переключается на уровень бедной уставки отношения воздух-топливо, величина накопления кислорода для катализатора на стороне входа быстро увеличивается. Если величина накопления кислорода для катализатора на стороне входа быстро увеличивается, величина накопления кислорода достигает заданного значения накопления в короткий период времени, и затем целевое значение отношения воздух-топливо переключается на уровень слабо обогащенной уставки отношения воздух-топливо.

[0014] При выполнении такого управления, продукты неполного окисления иногда истекают из катализатора на стороне входа, однако оксиды азота NO_X почти не истекают. По этой причине, преимущественно, отсутствует поток NO_X в катализатор на стороне выхода. В катализатор на стороне выхода, поступают только продукты неполного окисления. Так в частности, в двигателе внутреннего сгорания, в котором осуществляет управление отсечкой топлива, вследствие чего топливный инжектор временно прекращает впрыск топлива, при выполнении управления отсечкой топлива, величина накопления кислорода для катализатора на стороне выхода, достигает максимального значения накопления кислорода. По этой причине, в таком двигателе внутреннего сгорания, даже если продукты неполного окисления поступают в катализатор на стороне выхода, продукты неполного окисления могут быть очищены, посредством высвобождения кислорода, накопленного в катализаторе на стороне выхода.

[0015] Тем не менее, в зависимости от режима работы транспортного средства, на котором установлен двигатель внутреннего сгорания, иногда управление отсечкой топлива не выполняется в течение долгого периода времени. В таком случае, величина накопления кислорода для катализатора на стороне выхода, уменьшается, и продукты неполного окисления, которые в небольшом количестве поступают из катализатора на стороне входа, не могут быть в достаточной степени очищены.

[0016] Поэтому, при рассмотрении вышеописанной проблемы, задачей настоящего изобретения является создание системы управления для двигателя внутреннего сгорания, которая надежно предотвращает истечение продуктов неполного окисления из катализатора на стороне выхода, в тот момент, когда управление отношением воздух-топливо для отработавших газов, поступающих в катализатор на стороне входа, осуществляется как пояснено выше.

Решение задачи

[0017] Для решения вышеописанной задачи, согласно первому примеру реализации настоящего изобретения, имеется система управления для двигателя внутреннего сгорания, содержащего катализатор на стороне входа, который расположен в выпускном канале двигателя внутреннего сгорания, и катализатор на стороне выхода, который расположен в выпускном канале на стороне выхода, в направлении потока отработавших газов, по отношению к катализатору на стороне входа, система управления содержащая: средство определения отношения воздух-топливо на стороне выхода, которое расположено в упомянутом выпускном канале между катализатором на стороне входа и катализатором на стороне выхода; средство расчета величины накопления для расчета величины накопления кислорода для катализатора на стороне выхода; средство управления впускным отношением, которое управляет отношением воздух-топливо для отработавших газов, поступающих в катализатор на стороне входа, так что упомянутое отношение воздух-топливо для отработавших газов становится целевым отношением воздух-топливо; средство управления штатным периодом с бедной смесью для установки целевого отношения воздух-топливо для отработавших газов, поступающих в катализатор на стороне входа постоянно или периодически на более бедное, чем стехиометрическое отношение, когда отношение воздух-топливо, определенное средством определения отношения воздух-топливо на стороне выхода, становится богатым оценочным отношением, которое богаче стехиометрического отношения воздух-топливо, или еще более богатым, пока величина накопления кислорода для катализатора на стороне входа не станет заданной оцениваемой опорной величиной накопления на стороне входа, которая меньше, чем максимальная величина накопления кислорода; средство управления штатным периодом с богатой смесью для установки целевого отношения воздух-топливо постоянно или периодически на более богатое, чем стехиометрическое отношение воздух-топливо, в тех случаях, когда величина накопления кислорода для катализатора на стороне входа становится как минимум упомянутой оценочной опорной величиной накопления на стороне входа, так что упомянутая величина накопления кислорода уменьшается до нуля, не достигая максимальной величины накопления кислорода; и средство управления восстановлением величины накопления для установки целевого отношения постоянно или периодически на более бедное, чем стехиометрическое отношение, когда величина накопления кислорода для катализатора на стороне выхода, которая была рассчитана средством расчета величины накопления, становится заданной нижней предельной величиной накопления на стороне выхода, которая меньше, чем максимальная величина накопления, или еще меньше, так что отношение воздух-топливо для отработавших газов, истекающих из катализатора на стороне входа, никогда не становится богаче стехиометрического отношения воздух-топливо, несмотря на то, что постоянно или периодически становится беднее, чем стехиометрическое отношение воздух-топливо, без установки целевого отношения воздух-топливо средством управления штатным периодом с богатой смесью и средством управления штатным периодом с бедной смесью.

[0018] Во втором примере реализации настоящего изобретения, содержится первый пример реализации настоящего изобретения, при этом средство управления восстановлением величины накопления продолжает устанавливать целевое отношение воздух-топливо, пока величина накопления кислорода для катализатора на стороне выхода, не станет заданной верхней предельной величиной накопления на стороне выхода, которая больше, чем нижняя предельная величина накопления на стороне выхода и которая меньше, чем максимальная величина накопления кислорода.

[0019] Согласно третьему пример реализации настоящего изобретения, содержится первый или второй пример реализации настоящего изобретения, при этом средство управления восстановлением величины накопления периодически устанавливает целевое отношение воздух-топливо, которое беднее, чем стехиометрическое отношение воздух-топливо, при этом отношение воздух-топливо для отработавших газов, истекающих из катализатора на стороне входа, периодически становится беднее, чем стехиометрическое отношение воздух-топливо.

[0020] Согласно четвертому пример реализации настоящего изобретения, имеется третьем пример реализации настоящего изобретения, при этом средство управления восстановлением величины накопления содержит: средство управления периодом с богатой смесью при восстановлении для постоянной или периодической установки целевого отношения воздух-топливо богаче стехиометрического отношения воздух-топливо, когда отношение воздух-топливо, определенное средством определения отношения воздух-топливо на стороне выхода, становится бедным оценочным отношением воздух-топливо, которое, беднее, чем стехиометрическое отношение воздух-топливо или больше, пока величина накопления кислорода для катализатора на стороне входа не станет заданной нижней предельной величиной накопления на стороне входа, большей нуля; и средство управления периодом с бедной смесью при восстановлении для постоянной или периодической установки целевого отношения воздух-топливо на бедное значение, когда величина накопления кислорода для катализатора на стороне входа становится нижней предельной величиной накопления на стороне входа или еще меньше, не достигая нуля, так что величина накопления кислорода растет до максимальной величины накопления кислорода.

[0021] Согласно пятому примеру реализации настоящего изобретения, имеется четвертый пример реализации настоящего изобретения, при этом разность между средним по времени значением целевого отношения воздух-топливо и стехиометрическим отношением воздух-топливо, когда постоянные или периодические уставки целевого отношения воздух-топливо, периодически или постоянно устанавливаемые средством управления периодом с богатой смесью при восстановлении, богаче, чем стехиометрическое отношение воздух-топливо, больше, чем разность между средним по времени значением целевого отношения воздух-топливо и стехиометрическим отношением воздух-топливо, когда постоянные или периодические уставки целевого отношения воздух-топливо, постоянно или периодически устанавливаемые средством управления периодом с бедной смесью при восстановлении, беднее, чем стехиометрическое отношение воздух-топливо.

[0022] Согласно шестому примеру реализации настоящего изобретения, имеется четвертый или пятый пример реализации настоящего изобретения, при этом средство управления периодом с богатой смесью при восстановлении постоянно устанавливает целевое отношение воздух-топливо богаче стехиометрического отношения воздух-топливо.

[0023] Согласно седьмому примеру реализации настоящего изобретения, имеется любой из примеров реализации настоящего изобретения с четвертого по шестой, при этом средство управления периодом с бедной смесью при восстановлении постоянно устанавливает целевое отношение воздух-топливо, которое беднее, чем стехиометрическое отношение воздух-топливо.

[0024] Согласно восьмому примеру реализации настоящего изобретения, имеется первый или второй пример реализации настоящего изобретения, при этом средство управления восстановлением величины накопления постоянно устанавливает целевое отношение воздух-топливо, которое беднее, чем стехиометрическое отношение воздух-топливо.

[0025] Согласно девятому примеру реализации настоящего изобретения, имеется восьмой пример реализации настоящего изобретения, при этом разность между средним по времени значением целевого отношения воздух-топливо и стехиометрическим отношением воздух-топливо, когда средство управления восстановлением величины накопления постоянно устанавливает целевое бедное отношение воздух-топливо не менее, чем разность между средним по времени значением целевого отношения воздух-топливо и стехиометрическим отношением, когда средство управления штатным периодом с бедной смесью постоянно или периодически устанавливает целевое отношение воздух-топливо, которое беднее, чем стехиометрическое отношение воздух-топливо.

[0026] Согласно десятому примеру реализации настоящего изобретения, имеется восьмой пример реализации настоящего изобретения, при этом разность между средним по времени значением целевого отношения воздух-топливо и стехиометрическим отношением воздух-топливо, когда средство управления восстановлением величины накопления постоянно устанавливает целевое бедное отношение воздух-топливо меньше, чем разность между средним по времени значением целевого отношения воздух-топливо и стехиометрическим отношением воздух-топливо, когда средство управления штатным периодом с бедной смесью постоянно или периодически устанавливает целевое отношение воздух-топливо, которое беднее, чем стехиометрическое отношение воздух-топливо.

[0027] Согласно 11-ому примеру реализации настоящего изобретения, имеется любой из восьмого по 10-й пример реализации настоящего изобретения, при этом средство управления восстановлением величины накопления фиксирует целевое отношение воздух-топливо на постоянном отношении воздух-топливо на период времени, в течение которого средство управления восстановлением величины накопления устанавливает целевое отношение воздух-топливо.

[0028] Согласно 12-ому примеру реализации настоящего изобретения, имеется любой из восьмого по 10-й пример реализации настоящего изобретения, при этом средство управления восстановлением величины накопления осуществляет понижение целевого отношения воздух-топливо непрерывно или ступенчато в период времени, в течение которого средство управления восстановлением величины накопления устанавливает целевое отношение воздух-топливо.

Технический результат настоящего изобретения

[0029] Согласно настоящему изобретению, истечение несгоревших газов (продуктов неполного окисления) из катализатора на стороне выхода может быть надежно предотвращено.

Краткое описание чертежей

[0030] На фиг. 1 представлено схематичное изображение двигателя внутреннего сгорания, в котором использована система управления согласно настоящему изобретению.

На фиг. 2 представлена диаграмма, показывающая зависимость между величиной накопления кислорода для катализатора и концентрацией NO_X или продуктов неполного окисления в отработавших газах, истекающих из катализатора.

На фиг. 3 представлено схематичное изображение в разрезе датчика отношения воздух-топливо (отношения воздух-топливо).

На фиг. 4 представлено схематичное изображение, на котором показана работа датчика отношения воздух-топливо.

На фиг. 5 представлена зависимость между отношением воздух-топливо для отработавших газов и выходным током датчика отношения воздух-топливо.

На фиг. 6 представлен пример специализированной цепи, которая образует устройство подачи напряжения и устройство определения тока.

На фиг. 7 представлена временная диаграмма величины накопления кислорода для катализатора, и т.п.

На фиг. 8 представлена временная диаграмма величины накопления кислорода для катализатора, и т.п.

На фиг. 9 представлена временная диаграмма величины накопления кислорода для катализатора, и т.п.

На фиг. 10 представлена функциональная блок-схема системы управления.

На фиг. 11 представлена блок-схема, на которой показана процедура управления для вычисления величины коррекции отношения воздух-топливо.

На фиг. 12 представлена блок-схема, на которой показана процедура управления для восстановления величины накопления.

На фиг. 13 представлена временная диаграмма величины накопления кислорода для катализатора, и т.п.

На фиг. 14 представлена временная диаграмма величины накопления кислорода для катализатора, и т.п.

На фиг. 15 представлена временная диаграмма величины накопления кислорода для катализатора, и т.п.

На фиг. 16 представлена диаграмма, которая показывает зависимость между подаваемым напряжением датчика и выходным током при различном отношении воздух-топливо для отработавших газов.

На фиг. 17 представлена зависимость между отношением воздух-топливо для отработавших газов и выходным током датчика при различных подаваемых напряжениях.

На фиг. 18 показана увеличенная область графика, которая обозначена на фиг. 16 посредством линий X-X.

На фиг. 19 показана увеличенная область графика, которая обозначена на фиг. 17 как область Y.

На фиг. 20 представлена диаграмма, которая показывает зависимость между отношением воздух-топливо и выходным током датчика отношения воздух-топливо.

Описание примеров осуществления настоящего изобретения

[0031] Ниже, со ссылкой на чертежи, устройство управления двигателя внутреннего сгорания согласно настоящему изобретению будет пояснено подробно. Следует отметить, что в последующем описании, одинаковые компонентные элементы обозначены одинаковыми ссылочными позициями. На фиг. 1 представлено схематичное изображение двигателя внутреннего сгорания, в котором использована система управления согласно первому примеру осуществления настоящего изобретения.

[0032] 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.

[0033] 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 бензин со стехиометрическим отношением 14,6 для катализатора очистки отработавших газов. Вместе с тем, двигатель внутреннего сгорания согласно настоящему изобретению может также использовать другое топливо.

[0034] Впускной канал 7 каждого цилиндра соединен с ресивером 14 для сглаживания пульсаций через соответствующий отдельный впускной патрубок 13, при этом 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.

[0035] 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.

[0036] 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 отношения воздух-топливо 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 на стороне входа). Кроме того, в выпускном трубопроводе 22 расположен датчик 41 отношения воздух-топливо 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 отношения воздух-топливо также поступают через соответствующие АЦП 38 на входной порт 36. Следует отметить, что устройство этих датчиков 40 и 41 отношения воздух-топливо будет пояснено ниже.

[0037] 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.

[0038] Поясняющая информация о катализаторе

Катализатор 20 на стороне входа и катализатор 24 на стороне выхода, оба, имеют аналогичную конфигурацию. Ниже будет дана поясняющая информация только для катализатора 20 на стороне входа, однако катализатор 24 на стороне выхода, также может иметь аналогичные конфигурацию и функционирование.

[0039] Катализатор 20 очистки отработавших газов на стороне входа представляет собой трехкомпонентный катализатор, который имеет способность к накоплению кислорода. Более конкретно, катализатор 20 очистки отработавших газов на стороне входа, состоит из носителя, выполненного из керамики, на которую нанесен благородный металл, который имеет каталитическое действие (например, платина (Pt)) и вещество, которое имеет способность к накоплению кислорода (например, оксид церия (CeO₂)). Если катализатор 20 очистки отработавших газов на стороне входа достигает заданной температуры активации, он демонстрирует способность к накоплению кислорода, помимо каталитического действия при одновременном удалении продуктов неполного сгорания (HC, CO, и т.д.) и оксидов азота (NO_X).

[0040] Соразмерно способности к накапливанию кислорода для катализатора 20 очистки отработавших газов на стороне входа, катализатор 20 накапливает кислород из отработавших газов, когда отношение воздух-топливо для отработавших газов, поступающих в катализатор 20 очистки отработавших газов на стороне входа беднее, чем стехиометрическое отношение воздух-топливо (бедное отношение воздух-топливо). С другой стороны, катализатор 20 очистки отработавших газов на стороне входа высвобождает кислород, который накапливается в катализаторе 20 очистки отработавших газов на стороне входа, когда отношение воздух-топливо для поступающих отработавших газов богаче, чем стехиометрическое отношение воздух-топливо (богатое отношение воздух-топливо). Следует отметить, что «отношение воздух-топливо для отработавших газов» означает соотношение массы топлива к массе воздуха, которые поступают до момента образования отработавших газов. Обычно, это означает соотношение массы топлива к массе воздуха, которые поступают в камеру 5 сгорания, когда эти отработавшие газы образуются. В настоящем описании, иногда отношение воздух-топливо для отработавших газов именуется «отношение воздух-топливо на выпуске».

[0041] Катализатор 20 очистки отработавших газов на стороне входа обладает каталитическим эффектом и способностью к накоплению кислорода, и вследствие этого имеет способность к удалению NO_X и продуктов неполного сгорания в соответствии с величиной накопления кислорода. То есть, как показано на фиг. 2(A), в случае, когда отношение воздух-топливо для отработавших газов, поступающих в катализатор 20 на стороне входа, представляет собой бедное отношение воздух-топливо, когда величина накопления кислорода является небольшой, катализатор 20 на стороне входа, накапливает кислород из отработавших газов, и уменьшает и очищает NOx. Кроме того, если величина накопления кислорода превышает верхний предел величины накопления «Cuplim», концентрация кислорода и NO_X в отработавших газах, истекающих из катализатора 20 на стороне входа, быстро возрастает.

[0042] С другой стороны, как показано на фиг. 2(B), в случае, когда отношение воздух-топливо для отработавших газов, поступающих в катализатор 20 на стороне входа, представляет собой богатое отношение воздух-топливо, когда величина накопления кислорода является большой, кислород, накопленный в катализаторе 20 на стороне входа, высвобождается, и продукты неполного сгорания (несгоревшие газы) в отработавших газах окисляются и очищаются. Кроме того, если величина накопления кислорода уменьшается ниже некоторой предельной величины накопления «Clowlim», концентрация продуктов неполного сгорания в отработавших газах, истекающих из катализатора 20 на стороне входа быстро возрастает.

[0043] Как показано выше, сообразно катализаторам 20, 24, используемым в настоящем примере осуществления изобретения, характеристика нейтрализации NO_X и продуктов неполного сгорания в отработавших газах 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 может быть катализаторами, иными, чем трехкомпонентные катализаторы.

[0044] Конфигурация датчика отношения воздух-топливо

Далее, со ссылкой на фиг. 3 будет пояснена конфигурация датчиков 40, 41 отношения воздух-топливо в настоящем примере осуществления изобретения. На фиг. 3 представлено схематичное изображение в разрезе датчиков 40, 41 отношения воздух-топливо. Как понятно из фиг. 3, датчики 40, 41 отношения воздух-топливо 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.

[0045] Как показано на фиг. 3, каждый датчик 40, 41 отношения воздух-топливо 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) 53, 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 отношения воздух-топливо.

[0046] 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 отношения воздух-топливо, 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.

[0047] 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.

[0048] Нагревательная часть 56 оснащена множеством нагревателей 59. Эти нагреватели 59 могут быть использованы для управления температурой датчика 40 или 41 отношения воздух-топливо, 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.

[0049] Слой из твердого электролита 51 образован с использованием спеченного материала из ZrO2 (диоксида циркония), HfO2, ThO2, Bi2O3 или других оксидов, проводящих ионы кислорода, CaO, MgO, Y2O3, Yb2O3, 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.

[0050] Кроме того, между электродом 52 со стороны отработавших газов и электродом со стороны атмосферы 53 подается напряжение Vr для датчика 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 напряжение Vr на датчик. Ток, который измеряется устройством 61 определения тока, представляет собой выходной ток датчика 40 или 41 отношения воздух-топливо.

[0051] Работа датчика отношения воздух-топливо

Далее будет пояснена, со ссылкой на фиг. 4, базовая концепция работы сконфигурированных таким образом датчиков 40, 41 отношения воздух-топливо. Фиг. 4 представляет собой вид, на котором схематично показана работа датчиков 40, 41 отношения воздух-топливо. Во время эксплуатации, каждый датчик 40, 41 отношения воздух-топливо 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 камеру 58 для газа сравнения датчиков 40, 41 отношения воздух-топливо.

[0052] В вышеупомянутом способе, слой 51 из твердого электролита образован спеченным материалом оксида, проводящего ионы кислорода. Вследствие этого, он имеет свойство генерирования электродвижущей силы E, которая заставляет ионы кислорода перемещаться с боковой стороны с высокой концентрацией на сторону поверхности с низкой концентрацией, если возникает разница в концентрации кислорода между двумя боковыми поверхностями слоя 51 из твердого электролита в состоянии, активированном высокой температурой (свойство кислородной ячейки).

[0053] 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 разница потенциалов возникает между двумя боковыми поверхностями, 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, соответствующем разнице потенциалов. Кроме того, как показано на фиг 3 и 4, в датчике 40, 41 отношения воздух-топливо, 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 напряжение Vr на датчики в датчиках 40 и 41 отношения воздух-топливо имеет одинаковые значения.

[0054] Когда отношение воздух-топливо на выпуске около датчиков 40, 41 отношения воздух-топливо 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. 4(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.

[0055] Сила тока (выходного тока) 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.

[0056] С другой стороны, когда отношение воздух-топливо для отработавших газов около датчиков 40, 41 отношения воздух-топливо 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 большим. По этой причине, если установление подаваемого на датчик напряжения Vr производится на надлежащем уровне между двумя боковыми поверхностями слоя 51 из твердого электролита, фактическое отношение концентраций кислорода станет больше отношения концентраций кислорода, соответствующей подаваемому на датчик напряжению Vr. Поэтому, как показано на фиг. 4(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 напряжение Vr для датчика на электрод 52 со стороны отработавших газов.

[0057] 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.

[0058] Кроме того, когда отношение воздух-топливо для отработавших газов около датчиков 40, 41 отношения воздух-топливо представляет собой стехиометрическое отношение, количества кислорода и несгоревших газов, которые поступают в измерительную газовую камеру 57, становятся химически эквивалентным отношением. Поэтому, благодаря каталитическому действию электрода 52 со стороны отработавших газов, кислород и несгоревшие газы полностью сгорают, и не возникает колебаний в концентрации кислорода и несгоревших газов 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. 4(C), не возникает движения ионов кислорода в связи со свойством кислородного насоса. В результате, ток по цепи не течет.

[0059] Выполненные таким образом датчики 40, 41 отношения воздух-топливо имеют выходные характеристики, показанные на фиг. 5. То есть, в датчиках 40, 41 отношения воздух-топливо, чем больше отношение воздух-топливо для отработавших газов (то есть, чем беднее оно становится), тем больше выходной ток Ir датчиков 40, 41 отношения воздух-топливо. Кроме того, датчики 40, 41 отношения воздух-топливо выполнены так, что выходной ток Ir становится нулевым, когда отношение воздух-топливо для отработавших газов представляет собой стехиометрическое отношение.

[0060] Электросхемы устройства подачи напряжения и устройства определения тока

На фиг. 6 показан пример специализированных цепей, которые образуют устройство 60 подачи напряжения и устройство 61 определения тока. В иллюстративном примере, электродвижущая сила E, которая возникает благодаря свойству кислородной ячейки, показана как «E», внутреннее сопротивление слоя 51 из твердого электролита показано как «Ri», и разность электрических потенциалов между двумя электродам 52, 53 показана как «Vs».

[0061] Как будет понятно из фиг. 6, устройство 60 подачи напряжения в основном осуществляет управление с отрицательной обратной связью, при этом электродвижущая сила E, 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.

[0062] 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 E 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.

[0063] 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 E соответствует подаваемому на датчик напряжению Vr. Кроме того, в это время ток Ir течет в направлении движения ионов кислорода. В результате, электродвижущая сила E становится подаваемым на датчик напряжением Vr. Если электродвижущая сила E становится подаваемым на датчик напряжением Vr для датчика, в конечном итоге разность Vs потенциалов также становится подаваемым на датчик напряжением Vr.

[0064] 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. 6. Схема может иметь любую форму устройства, при условии способности, по существу, подавать напряжение Vr для питания датчика на два электрода 52, 53.

[0065] Кроме того, устройство 61 определения тока на самом деле не определяет ток. Оно определяет напряжение E₀ для расчета тока из этого напряжения E₀. В этом отношении, E₀ выражается следующим уравнением (1).

,

где

V₀ - напряжение смещения (напряжение, подаваемое так, чтобы E₀ не стало отрицательной величиной, например, 3 V),

R - величина сопротивления, показанная на фиг. 6.

[0066] В уравнении (1) подаваемое на датчик напряжение Vr, V₀ напряжение смещения, и величина сопротивления R являются постоянными, и вследствие этого напряжение E₀ меняется в соответствии с током Ir. По этой причине, если определить напряжение E₀, можно вычислить ток Ir из этого напряжения E₀.

[0067] 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. 6. Может быть использована любая форма устройства, если существует возможность определить ток Ir, протекающий через два электрода 52, 53.

[0068] 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 отношения воздух-топливо, расположенного на стороне входа, при этом выходной ток Irup датчика 40 отношения воздух-топливо, 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. Управление для установки целевого отношения воздух-топливо в общих чертах может быть разбито на два режима управления: штатное управление в случае, когда существует достаточная величина накопления кислорода в катализаторе 24 на стороне выхода; и управление восстановлением величины накопления, когда величина накопления кислорода для катализатора 24 на стороне выхода падает. Далее, сначала будет пояснено штатное управление.

[0069]Краткое изложение штатного режима управления

При выполнении штатного управления, целевое отношение воздух-топливо устанавливается на основе выходного тока датчика 41 отношения воздух-топливо на стороне выхода. В частности, целевое отношение воздух-топливо устанавливается на бедную уставку отношения воздух-топливо, когда выходной ток Irdwn датчика 41 отношения воздух-топливо на стороне выхода, становится равным богатой рассчитанной опорной величине Irefri или ниже, и поддерживается на этом значении отношения воздух-топливо. В этом отношении, богатая рассчитанная опорная величина Irefri представляет собой величину, соответствующую заданному богатому рассчитанному отношению воздух-топливо (например, 14,55), которое незначительно богаче стехиометрического отношения воздух-топливо. Кроме того, бедная уставка отношения воздух-топливо представляет собой заданное значение отношения воздух-топливо, которое в известной мере беднее стехиометрического отношения. Например, оно составляет 14,65-20,0, предпочтительно 14,68-18,0, более предпочтительно 14,7-16,0 или около этого.

[0070] Если целевое значение отношения воздух-топливо изменяется на бедную уставку отношения воздух-топливо, рассчитывается величина OSAsc накопления кислорода для катализатора 20 на стороне входа. Величина OSAsc накопления кислорода рассчитывается на основе выходного тока Irup датчика 40 отношения воздух-топливо, и рассчитанной величины воздуха, поступающего в камеру сгорания 5, которая вычисляется на основе данных расходомера 39 воздуха, и т.д., или количества впрыскиваемого инжектором 11 топлива, и т.д. Также, если рассчитанное значение величины OSAsc накопления кислорода для катализатора 20 на стороне входа становится равной заданной рассчитанной опорной величине Chiup накопления на стороне входа или более, целевое отношение воздух-топливо, которое являлось бедной уставкой отношения воздух-топливо, затем меняется на слабо обогащенную уставку отношения воздух-топливо и поддерживается на этом значении отношения воздух-топливо. Слабо обогащенная уставка отношения воздух-топливо представляет собой заданное значение отношения воздух-топливо, которое немного богаче стехиометрического отношения. Например, оно составляет 13,5-14,58, предпочтительно 14-14,57, более предпочтительно 14,3-14,55 или около этого. После этого, когда выходной ток Irdwn датчика 41 отношения воздух-топливо снова становится равным богатой рассчитанной опорной величине Irefri или ниже, целевое отношение воздух-топливо отработавших газов, поступающих в катализатор 20 на стороне входа, опять устанавливается на бедную уставку отношения воздух-топливо, и затем аналогичная операция повторяется.

[0071] Таким образом, в настоящем примере осуществления изобретения, целевое отношение воздух-топливо для отработавших газов, поступающих в катализатор 20 на стороне входа, представляет собой попеременную установку бедной уставки отношения воздух-топливо и слабо обогащенной уставки отношения воздух-топливо. В частности, в настоящем примере осуществления изобретения, разница между бедной уставкой отношения воздух-топливо и стехиометрическим отношением воздух-топливо больше, чем разница между слабо обогащенной уставкой отношения воздух-топливо и стехиометрическим отношением воздух-топливо. Поэтому, в настоящем примере осуществления изобретения, целевое отношение воздух-топливо попеременно устанавливается на бедной уставку на короткий период времени и на слабо обогащенную уставку отношения воздух-топливо на большой период времени.

[0072] Пояснение штатного управления с использованием временной диаграммы

Со ссылкой на фиг. 7, это вышеупомянутое функционирование будет пояснено подробно. Фиг. 7 представляет собой временную диаграмму величины OSAsc накопления кислорода для катализатора 20 на стороне входа, выходного тока (сигнала) Irdwn датчика 41 отношения воздух-топливо, расположенного на стороне выхода, величины коррекции AFC отношения воздух-топливо, выходного тока (сигнала) Irup датчика 40 отношения воздух-топливо, расположенного на стороне входа, величины OSAufc накопления кислорода для катализатора 24 на стороне выхода, концентрации NOx в отработавших газов, истекающих из катализатора 20 на стороне входа, и концентрации несгоревших газов (HC, CO, и т.д.) истекающих из катализатора 24 на стороне выхода, в случае выполнения управления отношением воздух-топливо в системе управления двигателя внутреннего сгорания согласно настоящему изобретению.

[0073] Следует отметить, что выходной ток Irup датчика 40 отношения воздух-топливо, превращается в ноль, когда отношение воздух-топливо для отработавших газов, поступающих в катализатор 20 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 на стороне входа, представляет собой богатое отношение воздух-топливо или бедное отношение воздух-топливо, разница относительно стехиометрического отношения воздух-топливо тем больше, чем больше абсолютное значение выходного тока Irup датчика 40 отношения воздух-топливо на стороне входа.

[0074] Выходной ток Irdwn датчика 41 отношения воздух-топливо на стороне выхода также меняется, в зависимости от отношения воздух-топливо для отработавших газов, истекающих из катализатора 20 на стороне входа, аналогично выходному току Irup датчика 40 отношения воздух-топливо. Кроме того, величина коррекции AFC отношения воздух-топливо для отработавших газов, поступающих в катализатор 20 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.

[0075] В проиллюстрированном примере, в фазе перед периодом времени t₁, величине коррекции AFC отношения воздух-топливо присвоено слабо обогащенное значение величины коррекции AFCбогатая. Слабо обогащенное значение величины коррекции AFCбогатая представляет собой величину, соответствующую слабо обогащенной уставке отношения воздух-топливо, величина которой меньше нуля. Поэтому, целевому отношению воздух-топливо для отработавших газов, поступающих в катализатор 20 на стороне входа, присвоено богатое отношение воздух-топливо. Вместе с этим, выходной ток Irup датчика 40 отношения воздух-топливо, становится отрицательной величиной. Отработавшие газы, поступающие в катализатор 20 на стороне входа, содержат продукты неполного окисления, и поэтому величина OSAsc накопления кислорода для катализатора 20 постепенно уменьшается. Тем не менее, продукты неполного окисления, содержащиеся в отработавших газах, поступающих в катализатор 20, очищаются катализатором 20, и поэтому выходной ток Irdwn датчика отношения воздух-топливо, расположенного на стороне выхода, становится, по существу, равным 0 (соответствующим стехиометрическому отношению воздух-топливо). В это время, отношение воздух-топливо для отработавших газов, поступающих в катализатор 20 на стороне входа, становится богатым отношением воздух-топливо, и поэтому количество оксидов азота NOx, выпускаемых из катализатора 20, уменьшается.

[0076] Если величина OSAsc накопления кислорода для катализатора 20 на стороне входа постепенно уменьшается, величина OSAsc накопления кислорода уменьшается до меньшей величины, чем нижняя предельная величина накопления (см. Clowlim с фиг. 2) в момент времени t₁. Если величина OSAsc накопления кислорода уменьшается до меньшей величины, чем нижняя предельная величина накопления, часть несгоревших газов, поступающих в катализатор 20, истекает без очистки из катализатора 20. По этой причине, после момента времени t₁, выходной ток Irdwn датчика 41 отношения воздух-топливо на стороне выхода, постепенно падает вместе с уменьшением величины OSAsc накопления кислорода для катализатора 20 на стороне входа. Также в это время, отношение воздух-топливо для отработавших газов, поступающих в катализатор 20, становится богатым отношением воздух-топливо, и поэтому количество NO_X, выпускаемых из катализатора 20 на стороне входа, уменьшается.

[0077] Затем, в момент времени t₂, выходной ток Irdwn датчика 41 отношения воздух-топливо на стороне выхода, достигает богатой оценочной опорной величины Irefri, соответствующей богатому оценочному отношению воздух-топливо. В настоящем примере осуществления изобретения, если выходной ток Irdwn датчика 41 отношения воздух-топливо достигает богатой оценочной опорной величины Irefri, величина коррекции AFC отношения воздух-топливо переключается на бедное значение величины коррекции AFCбедная с тем, чтобы устранить падение величины OSAsc накопления кислорода для катализатора 20 на стороне входа. Бедное значение величины коррекции AFCбедная представляет собой величину, соответствующую бедной уставке отношения воздух-топливо и представляет собой величину больше 0. Поэтому, целевому отношению воздух-топливо присваивается бедное отношение воздух-топливо.

[0078] Следует отметить, что, в настоящем примере осуществления изобретения, величина коррекции AFC отношения переключается после того, как выходной ток Irdwn датчика 41 отношения воздух-топливо на стороне выхода достигает опорной величины Irefri, оцененной как богатая, то есть, после того, как отношение воздух-топливо для отработавших газов, истекающих из катализатора 20 на стороне входа, достигает отношения воздух-топливо, оцениваемого как богатое. То есть, даже если величина накопления кислорода для катализатора 20 на стороне входа, является достаточной, отношение воздух-топливо для отработавших газов, истекающих из катализатора 20 иногда слегка отклоняется от стехиометрического отношения. То есть, делается оценка, уменьшилась ли величина накопления кислорода для катализатора 20 до значения меньшего, чем нижняя предельная величина накопления, когда выходной ток Irdwn слегка отклоняется от нуля (соответствие стехиометрическому отношению воздух-топливо), даже если имеется фактически достаточная величина накопления кислорода, имеется вероятность оценки, что величина накопления кислорода снижается ниже, чем нижняя предельная величина накопления. Поэтому, в настоящем примере осуществления изобретения, оценивается уменьшается ли величина накопления кислорода ниже, чем нижняя предельная величина накопления, только в тот момент когда отношение воздух-топливо для отработавших газов, истекающих из катализатора 20 на стороне входа, достигает отношения воздух-топливо, оцениваемого как богатое. Иначе говоря, отношение воздух-топливо, оцениваемое как богатое, не присваивается отношению воздух-топливо, которое представляет собой отношение воздух-топливо для отработавших газов, истекающих из катализатора 20 на стороне входа, до тех пор пока величина накопления кислорода для катализатора 20 является достаточной.

[0079] В момент времени t₂, всякий раз, когда осуществляется переключение целевого отношения воздух-топливо на бедное отношение воздух-топливо, отношение воздух-топливо для отработавших газов, поступающих в катализатор 20 на стороне входа, также меняется с богатого отношения воздух-топливо на бедное отношение воздух-топливо (фактически, возникает задержка от момента времени, когда осуществляется переключение целевого отношения воздух-топливо до момента времени, когда отношение воздух-топливо для отработавших газов, поступающих в катализатор 20 на стороне входа, меняется, однако в проиллюстрированном пример, для удобства предполагается, что они меняются одновременно).

[0080] В момент времени t₂, всякий раз, когда отношение воздух-топливо для отработавших газов, поступающих в катализатор 20 на стороне входа, меняется на бедное отношение воздух-топливо, величина OSAsc накопления кислорода для катализатора 20 увеличивается. Кроме того, вместе с этим, отношение воздух-топливо для отработавших газов, истекающих из катализатора 20, меняется на стехиометрическое отношение, и выходной ток Irdwn датчика 41 отношения воздух-топливо на стороне выхода также становится нулевым. Следует отметить, что в проиллюстрированном примере, сразу после переключения целевого отношения воздух-топливо, выходной ток Irdwn датчика 41 отношения воздух-топливо падает. Это происходит потому, что возникает задержка от момента времени переключения целевого отношения воздух-топливо до момента времени, когда отработавшие газы достигают датчика 41 отношения воздух-топливо на стороне выхода.

[0081] Несмотря на то, что отношение воздух-топливо для отработавших газов, поступающих в катализатор 20 на стороне входа, представляет собой бедное отношение воздух-топливо в это время, катализатор 20 имеет достаточный запас в возможности накопления кислорода, и поэтому кислород, содержащийся в отработавших газах, поступающих в катализатор 20 накапливается в катализаторе 20 и оксиды азота NOx восстанавливаются и очищаются. По этой причине, количество NOx, выпускаемых из катализатора 20 на стороне входа, уменьшается.

[0082] Затем, если величина OSAsc накопления кислорода для катализатора 20 на стороне входа увеличивается, то в момент времени t₃, величина OSAsc накопления кислорода достигает оценочной опорной величины Chiup накопления. В настоящем примере осуществления изобретения, если величина OSAsc накопления кислорода становится равной оценочной опорной величине Chiup накопления на стороне входа, то величина коррекции AFC отношения воздух-топливо переключается на слабо обогащенную уставку величины коррекции AFСбогатая (величина меньше нуля) для остановки накопления кислорода в катализаторе 20 на стороне входа. Поэтому, целевое отношение воздух-топливо устанавливается на богатое отношение воздух-топливо.

[0083] Следует отметить, что, как пояснено выше, в проиллюстрированном примере, отношение воздух-топливо для отработавших газов, поступающих в катализатор 20 на стороне входа, меняется одновременно с переключением целевого отношения воздух-топливо, однако фактически возникает задержка. По этой причине, даже если переключение происходит в момент времени t₃, то по истечению некоторого периода времени отношение воздух-топливо для отработавших газов, поступающих в катализатор 20, меняется с бедного отношения воздух-топливо на богатое отношение воздух-топливо. Поэтому, величина OSAsc накопления кислорода для катализатора 20 на стороне входа, увеличивается, пока отношение воздух-топливо для отработавших газов, поступающих в катализатор 20, не поменяется на богатое отношение воздух-топливо.

[0084] Тем не менее, оценочная опорная величина Chiup накопления установлена существенно ниже, чем максимальная величина Cmax накопления кислорода или верхняя предельная величина накопления (см. Cuplim на фиг. 2), и поэтому даже в момент времени t₃, величина OSAsc накопления кислорода не достигает максимальной величины Cmax накопления кислорода или верхней предельной величины Cuplim накопления. Иначе говоря, оценочная опорная величина Chiup накопления, установлена на величину достаточно небольшую, при этом величина OSAsc накопления кислорода не достигает максимальной величины Cmax накопления кислорода или верхней предельной величины накопления, даже если возникает задержка от момента времени, когда происходит переключение целевого отношении воздух-топливо до момента времени, когда отношение воздух-топливо для отработавших газов, поступающих в катализатор 20 на стороне входа, фактически меняется. Например, оценочная опорная величина Chiup накопления установлено на 3/4 или менее максимальной величины Cmax накопления кислорода, предпочтительно 1/2 или менее, более предпочтительно 1/5 или менее.

[0085] После момента времени t₃, величина коррекции AFC отношения воздух-топливо устанавливается на слабо обогащенную уставку величины коррекции AFCбогатая. Поэтому, целевое отношение воздух-топливо устанавливается на богатое отношение воздух-топливо. Вместе с этим, выходной ток Irup датчика 40 отношения воздух-топливо на стороне входа становится отрицательной величиной. Отработавшие газы, поступающие в катализатор 20, содержат несгоревшие газы, и поэтому величина OSAsc накопления кислорода для катализатора 20 постепенно уменьшается. В момент времени t₄, аналогичным образом как и в момент времени t₁, величина OSAsc накопления кислорода уменьшается ниже нижней предельной величины накопления. Также в это время, отношение воздух-топливо для отработавших газов, поступающих в катализатор 20 на стороне входа, становится богатым отношением воздух-топливо, и поэтому количество NOx, выпускаемое из катализатора 20 уменьшается.

[0086] Далее, в момент времени t₅, аналогичным образом, как и в момент времени t₂, выходной ток Irdwn датчика 41 отношения воздух-топливо на стороне выхода, достигает богатой оценочной опорной величины Irefri, соответствующей богатому оценочному отношению воздух-топливо. Из-за этого, величина коррекции AFC отношения воздух-топливо переключается на величину AFCбедная, соответствующее бедной уставке отношения воздух-топливо (бедное отношение воздух-топливо). Затем, цикл из вышеописанных периодов времени t₁-t₄ повторяется.

[0087] Следует отметить, что такое управление величиной коррекции AFC отношения воздух-топливо выполняется с использованием ЭБУ 31. Поэтому, ЭБУ 31 может включать в себя вышеупомянутое стандартное средство управления обеднением для постоянной установки целевого отношения воздух-топливо для отработавших газов, поступающих в катализатор 20 на стороне входа, на бедную уставку отношения воздух-топливо, когда отношение воздух-топливо для отработавших газов, определенное датчиком 41 отношения воздух-топливо на стороне выхода, становится богатым оценочным отношением воздух-топливо, или меньшую, пока величина OSAsc накопления кислорода для катализатора 20 на стороне входа не станет оценочной опорной величиной Chiup накопления, и стандартное средство управления обогащением для постоянной установки целевого отношения воздух-топливо на слабо обогащенную уставку отношения воздух-топливо, когда величина OSAsc накопления кислорода для катализатора 20 на стороне входа становится оценочной опорной величиной Chiup накопления, или большую, при этом величина OSAsc накопления кислорода уменьшается до нуля, не достигая максимальной величины накопления Cmax.

[0088] Как понятно из вышеописанного пояснения, согласно вышеописанному примеру осуществления изобретения, можно постоянно обеспечивать небольшое количество NO_X, выпускаемых из катализатора 20 на стороне входа. То есть, при осуществлении вышеописанного управления, в целом количество NO_X, выпускаемых[ из катализатора 20 может быть уменьшено.

[0089] Кроме того, обычно, когда величина OSAsc накопления кислорода рассчитывается на основе выходного тока Irup датчика 40 отношения воздух-топливо на стороне входа, и рассчитанного количества впускаемого воздуха, и т.д., может возникать ошибка. В настоящем примере осуществления изобретения также, величина OSAsc накопления кислорода рассчитывается в моменты времени t₂-t₃, и поэтому рассчитанное значение величины OSAsc накопления кислорода включает в себя какую-либо ошибку. Тем не менее, даже если возникла такая ошибка, если устанавливать оценочную опорную величину Chiup накопления, существенно ниже максимальной величины Cmax накопления кислорода или верхней предельной величины накопления, фактическая величина OSAsc накопления кислорода почти никогда не достигает максимальной величины Cmax накопления кислорода или верхней предельной величины Cuplim накопления. Поэтому, с этой точки зрения, также можно уменьшить количество NO_X, выпускаемого из катализатора 20 на стороне входа.

[0090] Кроме того, если величина накопления кислорода для катализатора поддерживается постоянной, способность катализатора накапливать кислород падает. В противоположность этому, согласно настоящему примеру осуществления изобретения, величина OSAsc накопления кислорода для катализатора 20 на стороне входа постоянно изменяется, и поэтому способность накапливать кислород может удерживать от падения.

[0091] Следует отметить, что, в вышеописанном примере осуществления изобретения, величина OSAsc накопления кислорода для катализатора 20 рассчитывается на основе выходного тока Irup датчика 40 отношения воздух-топливо на стороне входа, и рассчитанного количество воздуха, впускаемого в камеру 5 сгорания, и т.д. Тем не менее, величина OSAsc накопления кислорода может также быть рассчитана на основе других параметров, в дополнение к этим параметрам, или может также рассчитываться на основе параметров, отличных от этих параметров.

[0092] Кроме того, в вышеописанном примере осуществления изобретения, если рассчитанное значение величины OSAsc накопления кислорода становится равной рассчитанной опорной величине Chiup накопления или выше, целевое отношение воздух-топливо переключается с бедной уставки отношения воздух-топливо на слабо обогащенную уставку отношения воздух-топливо. Тем не менее, момент времени для переключения целевого отношения воздух-топливо с бедной уставки отношения воздух-топливо на слабо обогащенную уставку отношения воздух-топливо может быть определен на основе других параметров, например, времени работы двигателя от момента времени, когда произошло переключение целевого отношения воздух-топливо с бедной уставки отношения воздух-топливо на слабо обогащенную уставку отношения воздух-топливо. Тем не менее, также и в этом случае, поскольку величина OSAsc накопления кислорода для катализатора 20 на стороне входа, рассчитывается на меньшую величину, чем максимальная величина накопления кислорода, целевое отношение воздух-топливо может быть переключено с бедной уставки отношения воздух-топливо на слабо обогащенную уставку отношения воздух-топливо.

[0093] Кроме того, в вышеописанном примере осуществления изобретения, в периоды времени t₂-t₃, величина коррекции AFC отношения воздух-топливо поддерживается на уровне бедной величины коррекции AFCбедная. Тем не менее, в этот период времени, величина коррекции AFC отношения воздух-топливо не обязательно должно поддерживаться постоянной. Она может быть установлена изменяющейся, например, постепенно уменьшающейся. Аналогичным образом, в периоды времени t₃-t₅, величина коррекции AFC отношения воздух-топливо поддерживается на уровне слабо обогащенной величины коррекции AFCбогатая. Тем не менее, в этот период времени, величина коррекции AFC отношения воздух-топливо не обязательно должно поддерживаться постоянной. Она может быть установлена изменяющейся, например, постепенно уменьшающейся.

[0094] Тем не менее, даже в этом случае, величина коррекции AFC отношения воздух-топливо в периоды времени t₂-t₃ устанавливается так, что разность между средним по времени значением целевого отношения воздух-топливо в этот период (то есть, средней величиной отношения воздух-топливо в период времени t₂-t₃) и стехиометрическим отношением воздух-топливо становится больше, чем разность между средним по времени значением целевого отношения воздух-топливо в периоды времени t₃-t₅ и стехиометрическим отношением воздух-топливо.

[0095] Кроме того, даже, когда величина коррекции отношения AFC воздух-топливо установлена на слабо обогащенную уставку величины коррекции AFCбогатая, можно временно установить величину коррекции AFC отношения воздух-топливо на значение, которое соответствует бедному отношению воздух-топливо (например, бедную уставку величины коррекции AFCбедная) на короткое время в каждом отдельном промежутке временного интервала. То есть, даже когда целевое отношение воздух-топливо для отработавших газов, поступающих в катализатор 20 на стороне входа, установлено на слабо обогащенную уставку отношения воздух-топливо, в каждом отдельном промежутке временного интервала целевое отношение воздух-топливо может быть установлено на уровне бедного отношения временно на короткий период. Эта ситуация показана на фиг. 8.

[0096] На Фиг. 8 представлена диаграмма, аналогичная фиг. 7. На фиг. 8, моменты времени t₁-t₅ показывают управление в моменты времени, аналогичные моментам времени t₁-t₅ на фиг. 7. Поэтому, при управлении, показанном также на фиг. 8, в моменты периодов времени t₁-t₅, выполняется управление, аналогичное управлению, показанному на фиг. 7. Кроме того, при управлении, показанном на фиг. 8, между моментами времени t₃-t₅, то есть, тогда как величина коррекции AFC отношения воздух-топливо установлена на слабо обогащенную уставку коррекции AFCбогатая, величина коррекции AFC отношения воздух-топливо может быть временно установлена на бедную уставку коррекции AFCбедная несколько раз (моменты времени t₆ и t₇).

[0097] Таким образом, временно увеличивая отношение воздух-топливо для отработавших газов, поступающих в катализатор 20 на стороне входа, можно временно увеличить величину OSAsc накопления кислорода для катализатора 20 или временно замедлить снижение величины OSAsc накопления кислорода. Из-за этого, временной период от момента времени t₃, когда величина коррекции AFC отношения воздух-топливо переключается на слабо обогащенную уставку коррекции AFCбогатая, до момента времени t₅, когда выходной ток Irdwn датчика 41 отношения воздух-топливо на стороне выхода достигает богатой оценочной опорной величины Irefri, может быть длиннее. То есть, момент времени, в который величина OSAsc накопления кислорода для катализатора 20 становится ближе к нулю, и несгоревшие газы истекают из катализатора 20, может быть отсрочен. Из-за этого, количество несгоревших газов, истекающих из катализатора 20 на стороне входа, может быть уменьшено.

[0098] Следует отметить, что, в примере, который показан на фиг. 8, когда величина коррекции AFC отношения воздух-топливо в основном установлена на слабо обогащенную уставку коррекции AFCбогатая (момент времени t₃-t₅), величина коррекции AFC отношения воздух-топливо может быть временно установлена на бедную уставку коррекции AFCбедная. Если величина коррекции AFC отношения воздух-топливо временно изменяется таким образом, то не обязательно менять величину коррекции AFC отношения воздух-топливо на бедную уставку коррекции AFCбедная. Пока она беднее, чем слабо обогащенная уставка коррекции AFCбогатая, любое отношение воздух-топливо может быть изменено.

[0099] Кроме того, даже, когда величина коррекции AFC отношения воздух-топливо в основном установлена на бедную уставку коррекции AFCбедная (момент времени t₂-t₃), величина коррекции AFC отношения воздух-топливо может временно быть установлена на слабо обогащенную уставку коррекции AFCбогатая. Также и в этом случае, аналогичным образом, при временном изменении величины коррекции AFC отношения воздух-топливо, пока она богаче, чем бедная уставка коррекции AFCбедная, величина коррекции AFC отношения воздух-топливо может быть изменена на любое значение отношения воздух-топливо.

[0100] Тем не менее, также и в настоящем примере осуществления изобретения, величина коррекции AFC отношения воздух-топливо в период времени t₂-t₃ установлена так, что разность между средним по времени значением целевого отношения воздух-топливо (то есть, среднее значение за период времени t₂-t₃) и стехиометрическим отношением воздух-топливо в этот временной период больше, чем разность между средним по времени значением целевого отношения воздух-топливо в период времени t₃-t₅ и стехиометрическим отношением воздух-топливо.

[0101] В любом случае, при совместном рассмотрении примеров с фиг. 7 и 8, можно сказать, что ЭБУ 31 содержит: средство увеличения величины накопления кислорода для постоянной или периодической установки отношения воздух-топливо для отработавших газов, поступающих в катализатор 20 на стороне входа, на бедную уставку отношения воздух-топливо, когда отношение воздух-топливо для отработавших газов, определенное датчиком 41 отношения воздух-топливо на стороне выхода, становится равным богатому оценочному отношению, или меньше, пока величина OSAsc накопления кислорода для катализатора 20 на стороне входа не станет равной оценочной опорной величине Chiup накопления; и средство уменьшения величины накопления кислорода для постоянной или периодической установки целевого отношения воздух-топливо на слабо обогащенную уставку отношения воздух-топливо, когда величина OSAsc накопления кислорода для катализатора 20, становится равной оценочной опорной величине Chiup накопления, или выше, при этом величина OSAsc накопления кислорода уменьшается до нуля, не достигая максимального значения величины Cmax накопления кислорода.

[0102] Пояснение штатного управления с использованием катализатора на стороне выхода

Кроме того, в настоящем примере осуществления изобретения, помимо катализатора 20 на стороне входа, также предусмотрен катализатор 24 на стороне выхода. Величина OSAufc накопления кислорода для катализатора 24 на стороне выхода приобретает значение близкое к максимальной величине накопления Cmax путем управления отсечкой топлива, которое выполняется в каждый отдельный промежуток временного периода. По этой причине, даже если отработавшие газы, содержащие несгоревшие газы, истекают из катализатора 20 на стороне входа, несгоревшие газы окисляются и очищаются в катализаторе 24 на стороне выхода.

[0103] Следует отметить, что, «управление отсечкой топлива» представляет собой управление для предотвращения подачи топлива топливным инжектором 11, в момент замедления, и т.п., транспортного средства, которое оснащено двигателем внутреннего сгорания, когда коленчатый вал или поршни 3 находятся в рабочем состоянии (режим принудительного холостого хода). При осуществлении такого управления большое количество воздуха поступает в оба катализатора 20, 24.

[0104] В примере, показанном на фиг. 7, перед моментом времени t₁ выполняется управление отсечкой топлива. Поэтому, перед моментом времени t₁, величина OSAufc накопления кислорода для катализатора 24 на стороне выхода, становится величиной, близкой к максимальной величине Cmax накопления кислорода. Кроме того, перед моментом времени t₁, отношение воздух-топливо для отработавших газов, истекающих из катализатора 20 поддерживается, по существу, на стехиометрическом уровне. Поэтому, величина OSAufc накопления кислорода для катализатора 24 на стороне выхода, поддерживается постоянной.

[0105] После этого, в период времени t₁-t₃, отношение воздух-топливо для отработавших газов, истекающих из катализатора 20 на стороне входа, становится богатым отношением воздух-топливо. По этой причине, отработавшие газы, включая продукты неполного окисления, поступают в катализатор 24 на стороне выхода.

[0106] Как пояснено выше, поскольку катализатор 24 на стороне выхода накапливает большое количество кислорода, если отработавшие газы, поступающие в катализатор 20 на стороне входа, содержат несгоревшие газы, то несгоревшие газы окисляются и очищаются накопленным кислородом. Кроме того, вместе с этим, величина OSAufc накопления кислорода для катализатора 24 на стороне выхода, уменьшается. Однако, в период времени t₁-t₃, количество несгоревших газов, истекающих из катализатора 20, не является таким большим, и поэтому степень уменьшения величины OSAufc накопления кислорода в это время является небольшой. По этой причине, в период времени t₁-t₃, несгоревшие газы, истекающие из катализатора 20 на стороне входа, полностью окисляются и очищаются в катализаторе 24 на стороне выхода.

[0107] После момента времени t₄, в каждом отдельном промежутке временного интервала, аналогичным образом, как и в случае с периодам времени t₁-t₃, несгоревшие газы истекают из катализатора 20 на стороне входа. Таким образом, поток несгоревших газов в основном восстанавливается и очищается кислородом, накопленным в катализаторе 24 на стороне выхода.

[0108] Краткое описание управления восстановлением величины накопления

В этом отношении, поскольку управление отсечкой топлива выполняется в момент времени торможения транспортного средства, на котором установлен двигатель внутреннего сгорания, и т.п., оно не обязательно выполняется с постоянными временными интервалами. Поэтому, в некоторых случаях, управление отсечкой топлива иногда не будет выполняться в течение долгого периода времени. В этом случае, если несгоревшие газы периодически истекают из катализатора 20 на стороне входа, в конечном итоге, величина накопления кислорода OSCufc для катализатора 24 на стороне выхода, достигнет нуля. Если величина накопления кислорода OSCufc для катализатора 24 на стороне выхода достигает нуля, катализатор 24 на стороне выхода уже не может очищать несгоревшие газы, и несгоревшие газы будут истекать из катализатора 24 на стороне выхода.

[0109] Поэтому, в настоящем примере осуществления изобретения, величина OSAufc накопления кислорода для катализатора 24 на стороне выхода, рассчитывается, на основе рассчитываемой величины воздуха, впускаемого в камеру 5 сгорания, которая вычисляется с использованием расходомера 39 впускаемого воздуха, и т.п., или количества впрыскиваемого топлива топливным инжектором 11 и выходного тока Irdwn датчика 41 отношения воздух-топливо на стороне выхода, и т.п. Кроме того, если рассчитанное значение величины OSAufc накопления кислорода для катализатора 24 на стороне выхода приобретает значение заданной нижней предельной величины Clowdwn накопления на стороне выхода или меньшее, штатное управление прекращается и включается управление восстановлением величины накопления. Всякий раз, когда включается управление восстановлением величины накопления, установка целевого отношения воздух-топливо во время штатного управления прекращается и целевое отношение воздух-топливо устанавливается на заданное отношение воздух-топливо, которое значительно беднее, чем стехиометрическое отношение воздух-топливо. В настоящем примере осуществления изобретения, это отношение воздух-топливо устанавливается таким же, как бедное отношение воздух-топливо, установленное при штатном управлении.

[0110] Следует отметить, что, это отношение не обязательно должно быть такое же, как и установленное бедное отношение воздух-топливо при штатном управлении, и может быть в известной мере беднее стехиометрического отношения (например, 14,65-20,0, предпочтительно 14,68-18,0, более предпочтительно 14,7-16,0 или около этого). В частности, это отношение воздух-топливо представляет собой предпочтительно бедную уставку отношения воздух-топливо при штатном управлении или беднее. Поэтому, разность между средним по времени значением целевого отношения воздух-топливо и стехиометрическим отношением воздух-топливо, при постоянной установке бедного целевого отношения воздух-топливо с использованием управления восстановлением величины накопления, равна, предпочтительно, не меньше, чем разность между средним по времени значением целевого отношения воздух-топливо и стехиометрическим отношением, когда постоянно или периодически устанавливается целевое отношение воздух-топливо, которое беднее, чем стехиометрическое отношение с использованием средства управления обеднением, применяемым в штатном режиме управления.

[0111] Кроме того, в настоящем примере осуществления изобретения, нижняя предельная величина Clowdwn накопления на стороне выхода установлена на величину, при которой, даже если возникает ошибка в рассчитанной величине OSAufc накопления кислорода для катализатора 24 на стороне выхода, фактическая величина OSAufc накопления кислорода никогда не достигает нуля. Например, нижняя предельная величина Clowdwn накопления на стороне выхода установлена в размере 1/4 или более, предпочтительно 1/2 или более, более предпочтительно 4/5 или более, максимальной величины Cmax накопления кислорода.

[0112] Если целевое отношение воздух-топливо меняется на бедную уставку отношения воздух-топливо, величина накопления кислорода для катализатора 20 на стороне входа увеличивается и в конечном итоге достигает максимальной величины накопления кислорода. Если поддерживать целевое отношение воздух-топливо на уровне бедной уставки отношения воздух-топливо после того как, кислород уже не накапливается катализатором 20 на стороне входа, и следовательно кислород будет выходить из катализатора 20 на стороне входа. Этот кислород поступает в катализатор 24 на стороне выхода. Поскольку величина OSAufc накопления кислорода для катализатора 24 на стороне выхода упала, катализатор 24 на стороне выхода накапливает кислород и таким образом величина OSAufc накопления кислорода для катализатора 24на стороне выхода, увеличивается.

[0113] Если продолжать устанавливать целевое отношение воздух-топливо для отработавших газов, поступающих в катализатор 20 на стороне входа, на бедную уставку отношения воздух-топливо после этого, рассчитанное значение величины OSAufc накопления кислорода для катализатора 24 на стороне выхода приобретает значение равное заданной верхней предельной величине Chidwn накопления на стороне выхода или более. В настоящем примере осуществления изобретения, если величина OSAufc накопления кислорода приобретает значение верхней предельной величины Chidwn накопления или более, управление восстановлением величины накопления заканчивается и штатное управление возобновляется.

[0114] Пояснение управления восстановлением величины накопления с использованием временной диаграммы

Вышеописанное функционирование будет пояснено со ссылкой на фиг. 9 более определенно. Фиг. 9 представляет собой временную диаграмму величины OSAsc накопления кислорода для катализатора 20 на стороне входа, и т.п., в случае реализации управления восстановлением величины накопления.

[0115] В проиллюстрированном примере, состояние перед моментом времени t₁ представляет собой в основном состояние, аналогичное состоянию перед t₁ на фиг. 7, то есть, когда выполняется штатное управление. Тем не менее, в примере, который показан на фиг. 9, перед t₁, величина OSAsc накопления кислорода для катализатора 24 на стороне выхода, является относительно небольшой.

[0116] В примере, показанном на фиг. 9, аналогичным образом как в примере, показанном на фиг. 7, в момент времени t₁, часть отработавших газов, поступающих в катализатор 20 на стороне входа, начинает истекать без очистки из катализатора 20. Кроме того, в момент времени t₂, выходной ток Irdwn датчика 41 отношения воздух-топливо на стороне выхода достигает богатой оценочной опорной величины Irefri, которая соответствует богатому оценочному отношению воздух-топливо. В результате, величина коррекции AFC отношения воздух-топливо, переключается на бедную уставку величины коррекции AFCбедная. Тем не менее, даже если величина коррекции AFC воздух-топливо, переключается на бедную уставку величины коррекции AFCбедная, из-за задержки в изменении отношения воздух-топливо для отработавших газов, истекающих из катализатора 20, несгоревшие газы истекают из катализатора 20 на стороне входа (в связи с чем, выходной ток Irdwn датчика 41 на стороне выхода падает).

[0117] В период времени t₂-t₃, если несгоревшие газы, вытекающие из катализатора 20 на стороне выхода, поступают в катализатор 24 на стороне входа, кислород, накопленный на катализаторе 24 на стороне выхода, и несгоревшие газы вступают в реакцию, и величина накопления кислорода для катализатора 24 на стороне выхода падает. В результате, в момент времени t₃ на стороне выхода величина накопления кислорода для катализатора 24 на стороне выхода достигает нижней предельной величины Clowdwn накопления, и по этой причине штатное управление прекращается, и включается управление восстановлением величины накопления.

[0118] В момент времени t₃, всякий раз, когда включается управление восстановлением величины накопления, целевое отношение воздух-топливо устанавливается на бедную уставку отношения воздух-топливо. То есть, величина коррекции AFC отношения воздух-топливо устанавливается на бедную уставку величины коррекции AFCбедная, соответствующую бедной уставке отношения воздух-топливо. В настоящем примере осуществления изобретения, поскольку величина коррекции AFC отношения воздух-топливо установлено на бедную уставку величины коррекции AFCбедная перед началом управления восстановлением величины накопления, после момента времени t₃, величина коррекции AFC отношения воздух-топливо также поддерживается на прежнем уровне.

[0119] Если продолжать поддерживать величину коррекции AFC отношения воздух-топливо на уровне бедной уставки величины коррекции AFCбедная, то в катализатор 20 на стороне входа, поступает большое количество кислорода и, соответственно, величина OSAsc накопления кислорода для катализатора 20 на стороне входа увеличивается, и в конечном итоге, в момент времени t₄, достигает максимальной величины Cmax накопления кислорода. Если величина OSAsc накопления кислорода для катализатора 20 достигает максимальной величины Cmax накопления кислорода, катализатор 20 на стороне входа, больше не может накапливать сколько-нибудь дополнительного кислорода, и поэтому кислород истекает из катализатора 20 на стороне входа. Кроме того, вместе с этим, поскольку, катализатор 20 на стороне входа более не может очищать NO_X, NO_X также выходит из катализатора 20 на стороне входа.

[0120] Поскольку кислород, истекающий из катализатора 20 на стороне входа, накапливается катализатором 24 на стороне выхода, величина накопления кислорода для катализатора 24 на стороне выхода увеличивается. Кроме того, NO_X, который выходит из катализатора 20 на стороне входа очищается катализатором 24 на стороне выхода. Поэтому, количество NO_X, выпускаемого из катализатора 24 на стороне выхода уменьшается.

[0121] Если продолжать поддерживать величину коррекции AFC отношения воздух-топливо на уровне бедной уставки величины коррекции AFCбедная, величина OSAufc накопления кислорода для катализатора 24 на стороне выхода, постепенно увеличивается и, в конечном итоге, в момент времени t₅, величина OSAufc накопления кислорода достигает верхней предельной величины Chidwn накопления. Когда, таким образом, величина OSAufc накопления кислорода для катализатора 24 на стороне выхода достигает верхней предельной величины Chidwn накопления на стороне выхода, катализатор 24 на стороне выхода накапливает достаточно кислорода. Кроме того, не только кислород, но и NO_X также дополнительно истекает из катализатора 20 на стороне входа, в конечном итоге величина OSAufc накопления кислорода для катализатора 24 на стороне выхода достигает максимальной величины Cmax накопления кислорода, и NO_X не может быть нейтрализован.

[0122] Поэтому, в настоящем примере осуществления изобретения, в момент времени t₅, если величина OSAufc накопления кислорода для катализатора 24 на стороне выхода достигает верхней предельной величины Chidwn накопления, управление восстановлением величины накопления заканчивается и штатное управление возобновляется. В частности, в момент времени t₅, целевое отношение воздух-топливо установлено на слабо обогащенную уставку отношения воздух-топливо и соответственно величина коррекции AFC отношения воздух-топливо установлено на слабо обогащенную уставку величины коррекции AFCбогатая. В связи с этим, отработавшие газы, содержащие несгоревшие газы, поступают в катализатор 20 на стороне входа и величина OSAsc накопления кислорода для катализатора 20 на стороне входа постепенно уменьшается.

[0123] Как понятно из вышеописанного пояснения, согласно настоящему примеру осуществления изобретения, даже если величина OSAufc накопления кислорода для катализатора 24 на стороне выхода, уменьшается, величина OSAufc накопления кислорода может быть восстановлена. Из-за этого, величина OSAufc накопления кислорода для катализатора 24 на стороне выхода может постоянно поддерживаться на достаточной величине, и, соответственно даже при осуществлении штатного управления несгоревшие газы, истекающие из катализатора 20 на стороне входа, постоянно могут быть надежно удалены в катализаторе 24 на стороне выхода.

[0124] В частности, в настоящем примере осуществления изобретения, когда величина OSAufc накопления кислорода для катализатора 24 на стороне выхода уменьшается, целевое отношение воздух-топливо представляет собой постоянно фиксированное бедное значение, которое представляет собой значение более высокое относительно стехиометрического отношения. По этой причине, величина OSAufc накопления кислорода для катализатора 24 на стороне выхода может быть увеличена в короткое время. В связи с этим, если отработавшие газы, поступающие в катализатор 20 на стороне входа, становятся бедными, в смысле отношения воздух-топливо, на долгий временной период, катализатор 20 на стороне входа легко накапливает сернистые компоненты из отработавших газов. Согласно настоящему примеру осуществления изобретения, поскольку величина OSAufc накопления кислорода для катализатора 24 на стороне выхода может быть увеличена в короткое время, временной период, в течение которого отработавшие газы, поступающие в катализатор, устанавливаются бедными по отношению воздух-топливо, становится короче и, в результате, накапливание серы в катализаторе 20 на стороне входа может быть предотвращено.

[0125] Пояснение к специализированному управлению

Далее, со ссылкой на фиг. 10-12, система управления в вышеописанном примере осуществления изобретения будет объяснена более определенно. Система управления в вышеописанном примере осуществления изобретения, как показано функциональной блок-схемой на фиг. 10, представляет собой функциональные блоки A1-A9. Ниже, со ссылкой на фиг. 10, будут пояснены эти функциональные блоки.

[0126] Вычисление подачи топлива

Сначала будет пояснено вычисление подачи топлива. При вычислении подачи топлива, используются средство A1 для вычисления поступающего в цилиндр воздуха, средство A2 для вычисления базовой подачи топлива, и средство A3 для вычисления подачи топлива.

[0127] Средство A1 вычисления поступающего в цилиндр воздуха вычисляет количество Mc воздуха, поступающего в каждый цилиндр на основе расхода Ga впускаемого воздуха, измеренного расходомером 39, скорости NE (частота вращения) двигателя, вычисленной на основе выходного сигнала датчика 44 угла поворота коленчатого вала двигателя, а также карты или формулы вычисления, сохраненной в ПЗУ 34 блока ЭБУ 31.

[0128] Средство A2 для вычисления базовой подачи топлива делит количество Mc впускаемого воздуха, поступающего на цилиндр, которая вычисляется средством A1 для вычисления поступающего в цилиндр воздуха, на целевое отношение воздух-топливо AFT, которое вычисляется описанным далее средством A6 для установки целевого отношения воздух-топливо, что позволяет вычислить базовую величину подачи топлива Qbase (Qbase = Mc / AFT).

[0129] Средство A3 для вычисления подачи топлива складывает базовую величину подачи топлива Qbase, вычисленную средством A2 для вычисления базовой подачи топлива A2, и описанную далее величину DQi коррекции F/B, для вычисления величины Qi подачи топлива (Qi = Qbase + DQi). Топливный инжектор 11 получает команду на впрыск топлива, при этом будет подано топливо в количестве Qi, которое было вычислено таким образом.

[0130] Вычисление целевого отношения воздух-топливо

Далее будет пояснено вычисление целевого отношения воздух-топливо. При вычислении целевого отношения воздух-топливо используются: средство A4 для вычисления величины накопления кислорода, средство A5 для вычисления величины коррекции целевого отношения воздух-топливо, и средство A6 для установки целевого отношения воздух-топливо.

[0131] Средство A4 для вычисления величины накопления кислорода вычисляет расчетное значение OSAscest величины накопления кислорода для катализатора 20 на стороне входа и расчетное значение OSAufcest величины накопления кислорода для катализатора 24 на стороне выхода, на основе величины Qi подачи топлива, которая была вычислена средством A3 для вычисления величины подачи топлива (или количества Mc воздуха, поступающего в цилиндр, которое было вычислено средством A1 для вычисления величины воздуха, поступающего в цилиндр), выходного тока Irup датчика 40 отношения воздух-топливо на стороне входа, и выходного тока Irdwn датчика 41 отношения воздух-топливо на стороне выхода.

[0132] Например, средство A4 для вычисления величины накопления кислорода рассчитывает величину накопления кислорода с использованием следующих формул (2) и (3).

В приведенных выше формулах (2) и (3), AFIrup представляет собой отношение воздух-топливо, которое соответствует выходному току Irup датчика 40 отношения воздух-топливо на стороне входа, AFIrdwn представляет собой отношение воздух-топливо, которое соответствует выходному току Irdwn датчика 41 отношения воздух-топливо на стороне выхода, AFst представляет собой стехиометрическое отношение воздух-топливо, 0,23 представляет собой массовое содержание кислорода в воздухе, и «k» представляет собой порядковый номер вычисления. Соответственно, k-1 означает порядковый номер предыдущего вычисления. Кроме того, когда выполняется управление отсечкой топлива, расчетные значения величин накопления кислорода обоих катализаторов установлены на максимальную величину накопления кислорода.

[0133] Следует отметить, что средству A4 для вычисления величины накопления кислорода не нужно постоянно рассчитывать величину накопления кислорода для катализатора 20 на стороне входа. Например, можно сделать расчет величины накопления кислорода только для периода от момента времени, когда целевое отношение воздух-топливо фактически переключается с богатого отношения воздух-топливо на бедное отношение воздух-топливо (момент времени t₃ на фиг. 7) до момента времени, когда на стороне входа расчетное значение OSAest величины накопления кислорода достигает оценочной опорной величины Chiup накопления (момент времени t₄ на фиг. 7).

[0134] В средстве A5 для вычисления величины коррекции целевого отношения воздух-топливо, величина коррекции AFC целевого отношения воздух-топливо вычисляется на основе расчетных значений OSAscest и OSAufcest величины накопления кислорода, вычисленных средством A4 для вычисления величины накопления кислорода, и выходного тока Irdwn датчика 41 отношения воздух-топливо на стороне выхода. В частности, величина коррекции AFC отношения воздух-топливо устанавливается, как описано ниже со ссылкой на фиг. 11 и 12.

[0135] Средство A6 для установки целевого отношения воздух-топливо суммирует опорное отношение воздух-топливо, которое представляет собой, в настоящем примере осуществления изобретения, стехиометрическое отношение AFR воздух-топливо, и величину коррекции AFC отношения воздух-топливо, вычисленной средством A5 для вычисления величины коррекции целевого отношения воздух-топливо, чтобы тем самым вычислить целевое отношение AFT. Поэтому, целевое отношение AFT установлено либо на слабо обогащенную уставку отношения воздух-топливо (когда величина AFC коррекции отношения воздух-топливо представляет собой слабо обогащенную уставку коррекции AFCбогатая) или бедную уставку отношения воздух-топливо (когда величина AFC коррекции отношения воздух-топливо представляет собой бедную уставку коррекции AFCбедная). Вычисленное таким образом целевое отношение AFT подается на средство A2 для вычисления базовой подачи топлива и описанное далее средство A8 для вычисления разности отношения воздух-топливо.

[0136] Фиг. 11 представляет собой блок-схему процедуры управления при вычислении величины коррекции AFC отношения воздух-топливо. Проиллюстрированная процедура управления выполняется с прерыванием на каждый определенный временной интервал.

[0137] Как показано на фиг. 11, сначала, на этапе S11, осуществляется оценка, выполняются ли условия для вычисления величины коррекции AFC отношения воздух-топливо. Условия для вычисления величины коррекции отношения воздух-топливо выполняются, например, когда продолжается управление отсечкой топлива, и т.п. Если на этапе S11 определено, что условия для вычисления целевого отношения воздух-топливо выполняются, процедура приступает к этапу S12. На этапе S12 получают расчетное значение OSAscest величины накопления кислорода для катализатора 20 на стороне входа, и расчетное значение OSAufcest накопления кислорода для катализатора 24 на стороне выхода, которые были вычислены с использованием средства A4 для расчета величины накопления кислорода, и выходного тока Irdwn датчика 41 отношения воздух-топливо на стороне выхода.

[0138] Далее, на этапе S13 выполняется оценка, установлен ли индикатор RecFr управления восстановлением на «0». Индикатор RecFr управления восстановлением представляет собой индикатор, который установлен на «1» во время управления восстановлением величины накопления и установлен на «0» в других случаях. Когда управление восстановлением величины накопления не выполняется, индикатор RecFr управления восстановлением установлен на «0», и процедура приступает к этапу S14. На этапе S14 выполняется оценка, является ли расчетное значение OSAufcest величины накопления кислорода для катализатора 24 на стороне выхода больше нижней предельной величины Clowdwn накопления. Если расчетное значение OSAufcest величины накопления кислорода представляет собой значение больше, чем нижняя предельная величина Clowdwn накопления, процедура приступает к этапу S15.

[0139] На этапе S15 выполняется оценка, является ли индикатор бедной уставки - БедноеFr (LeanFr) установленным на «0». Индикатор бедной уставки LeanFr установлен на «1», если величина коррекции AFC отношения воздух-топливо установлена на бедную уставку величины коррекции AFCбедная и установлена на «0» в других случаях. Если на этапе S15 индикатор Fr бедной уставки установлен на «0», процедура приступает к этапу S16.

[0140] На этапе S16 выполняется оценка, является ли выходной ток Irdwn датчика 41 отношения воздух-топливо на стороне выхода, богатой оценочной опорной величиной Irefri или меньше. Если катализатор 20 на стороне входа, накапливает достаточно кислорода, и отношение воздух-топливо для отработавших газов, истекающих из катализатора 20 на стороне входа, представляет собой, по существу, стехиометрическое отношение воздух-топливо, выполняется оценка, что выходной ток Irdwn датчика 41 отношения воздух-топливо на стороне выхода больше, чем богатая оценочная опорная величина Irefri, и процедура приступает к этапу S17. На этапе S17, величина коррекции AFC отношения воздух-топливо устанавливается на слабо обогащенную уставку величины коррекции AFCбогатая, далее, на этапе S18, индикатор Fr бедной уставки устанавливается на «0», затем процедура управления заканчивается.

[0141] С другой стороны, если величина OSAsc накопления кислорода для катализатора 20 на стороне входа уменьшается, и отношение воздух-топливо для отработавших газов, истекающих из катализатора 20 падает, на этапе S16 выполняется оценка, что выходной ток Irdwn датчика 41 отношения воздух-топливо на стороне выхода является богатой оценочной опорной величиной Irefri или меньше, и затем процедура приступает к этапу S19. На этапе S19, величина коррекции AFC отношения воздух-топливо устанавливается на бедную уставку величины коррекции AFCбедная, и далее, на этапе S20, индикатор LeanFr бедной уставки устанавливается на «1», затем процедура управления заканчивается.

[0142] При другой процедуре управления, если на этапе S15, выполняется оценка, что индикатор LeanFr бедной уставки не установлен на «0», то процедура приступает к этапу S20, На этапе S20, выполняется оценка, является ли расчетное значение OSAscest величины накопления кислорода для катализатора 20 на стороне входа, которая была получена на этапе S12, меньше, чем оценочная опорная величина Chiup накопления. Если оценивается, что расчетное значение OSAscest меньше, чем оценочная опорная величина Chiup накопления, процедура приступает к этапу S21, где величина коррекции AFC отношения воздух-топливо продолжает быть установленной на бедную уставку величины коррекции AFCбедная. С другой стороны, если величина накопления кислорода для катализатора 20 на стороне входа возрастает, в конечном итоге, на этапе S20, оценивается, что расчетное значение OSAscest величины накопления кислорода для катализатора 20 на стороне входа равно оценочной опорной величине Chiup накопления или больше, и процедура приступает к этапу S17. На этапе S17, величина коррекции AFC отношения установлена на слабо обогащенную уставку величины коррекции AFCбогатая, и далее, на этапе S18, индикатор LeanFr бедной уставки сбрасывается на «0», затем процедура управления заканчивается.

[0143] С другой стороны, если величина накопления кислорода для катализатора 24 на стороне выхода, уменьшается, при выполнении другой процедуры управления, на этапе S14, оценивается, что на стороне выхода расчетное значение OSAufcest величины накопления кислорода для катализатора 24 на стороне выхода представляет собой нижнюю предельную величину Clowdwn накопления или меньше, и затем процедура приступает к этапу S22, когда выполняется управление восстановлением величины накопления.

[0144] Фиг. 12 представляет собой блок-схему, на которой показана процедура управления восстановлением величины накопления. Как показано на фиг. 12, сначала, на этапе S31, выполняется оценка, является ли расчетное значение OSAufcest величины накопления кислорода для катализатора 24 на стороне выхода меньше верхней предельной величины Chidwn накопления. Если величина накопления кислорода для катализатора 24 на стороне выхода недостаточно восстановлена, и соответственно, расчетное значение OSAufcest величины накопления кислорода для катализатора 24 на стороне выхода меньше, чем верхняя предельная величина Chidwn накопления, процедура приступает к этапу S32. На этапе S32, величина коррекции AFC отношения воздух-топливо устанавливается на бедную уставку величины коррекции AFCбедная, и далее, на этапе S33, индикатор RecFr управления восстановлением оставляется равным «1».

[0145] С другой стороны, если величина накопления кислорода для катализатора 24 на стороне выхода увеличивается, при выполнении следующей процедуры управления, на этапе S31, если оценивается, что на стороне выхода расчетное значение OSAufcest величины накопления кислорода для катализатора 24 на стороне выхода равно верхней предельной величине Chidwn накопления или выше, то процедура приступает к этапу S34. На этапе S34, индикатор RecFr управления восстановлением устанавливается на «0», и процедура управления заканчивается.

[0146] Вычисление величины F/B коррекции

Возвращаясь к фиг. 10 поясним вычисление величины коррекции F/B на основе выходного тока Irup датчика 40 отношения воздух-топливо на стороне входа. При вычислении величины коррекции F/B, используют средство A7 для преобразования в цифровое значение, средство A8 для вычисления разности отношений воздух-топливо, и средство A9 для вычисления величины коррекции F/B.

[0147] Средство A7 преобразования в цифровую величину вычисляет отношение воздух-топливо AFup для отработавших газов на стороне входа, соответствующее выходному току Irup, на основе значения выходного тока Irup датчика 40 отношения воздух-топливо на стороне входа и карты, или формулы для вычисления (например, карты, как показано на фиг. 5), которая определяет взаимосвязь между выходным током Irup и отношением воздух-топливо датчика 40 отношения воздух-топливо. Поэтому отношение воздух-топливо AFup для отработавших газов на стороне входа соответствует отношению воздух-топливо для отработавших газов, поступающих в катализатор 20 на стороне входа.

[0148] Средство A8 для вычисления разности отношений воздух-топливо вычитает целевое отношение воздух-топливо AFT, вычисленное средством A6 для установки целевого отношения воздух-топливо, из отношения воздух-топливо AFup для отработавших газов на стороне входа, вычисленного средством A7 преобразования в цифровое значение, чтобы определить тем самым разность DAF отношений воздух-топливо (DAF = AFup - AFT). Эта разность DAF отношений воздух-топливо представляет собой величину, которая выражает избыток/недостаток количества поданного топлива по отношению к целевому отношению воздух-топливо AFT.

[0149] Средство A9 для вычисления величины коррекции F/B обрабатывает разность DAF, вычисленную средством A8 для вычисления разности отношений воздух-топливо с использованием пропорциональной-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 (1). Вычисленное таким образом значение DFi коррекции F/B подается на средство A3 для вычисления подачи топлива.

[0150] Следует отметить, что в вышеописанном уравнении (1), Kp представляет собой заданное пропорциональное усиление (пропорциональную константу), Ki представляет собой заданное интегральное усиление (постоянную интегрирования), и Kd представляет собой заданное дифференциальное усиление (постоянную дифференцирования). Кроме того, DDAF представляет собой производную по времени разности DAF отношений воздух-топливо, и вычисляется путем деления разности между текущей обновленной разностью DAF и обновленной ранее разностью DAF отношений воздух-топливо, на время, соответствующее интервалу обновления. Кроме того, SDAF представляет собой производную по времени разницы DAF отношений воздух-топливо. При этом, производная по времени DDAF вычисляется путем сложения ранее обновленной производной по времени величины DDAF и текущей обновленной разницы DAF отношений воздух-топливо (SDAF = DDAF + DAF).

[0151] Следует отметить, что, в вышеописанном примере осуществления изобретения отношение воздух-топливо для отработавших газов, поступающих в катализатор 20 на стороне входа, определяется датчиком 40 отношения воздух-топливо на стороне входа. Тем не менее, точность определения отношения воздух-топливо для отработавших газов, поступающих в катализатор 20 на стороне входа, не обязательно должна быть высокой, и поэтому, например, отношение воздух-топливо для отработавших газов может быть рассчитано на основе величины подачи топлива из топливного инжектора 11 и выходного сигнала расходомера 39 воздуха.

[0152] Второй пример осуществления изобретения

Далее, со ссылкой на фиг. 13, будет пояснена система управления для двигателя внутреннего сгорания согласно второму примеру осуществления настоящего изобретения. Конфигурация и управляющие воздействия системы управления для двигателя внутреннего сгорания согласно второму примеру осуществления изобретения в основном те же самые, что и конфигурация и управляющие воздействия системы управления для двигателя внутреннего сгорания согласно первому примеру осуществления изобретения. Тем не менее, в системе управления согласно вышеописанному первому примеру осуществления изобретения, в момент времени управления восстановлением величины накопления, целевое отношение воздух-топливо было установлено на заданное отношение воздух-топливо, которое было беднее, в известной мере, чем стехиометрическое отношение воздух-топливо, тогда как в системе управления согласно настоящему примеру осуществления изобретения, в момент времени управления восстановлением величины накопления, целевое отношение воздух-топливо устанавливается на заданное отношение воздух-топливо, которое немного беднее, чем стехиометрическое отношение воздух-топливо (слабо обедненная уставка отношения воздух-топливо).

[0153] В настоящем примере осуществления изобретения, это отношение воздух-топливо представляет собой отношение воздух-топливо, которое ниже, чем бедная уставка отношения воздух-топливо при штатном управлении. Например, это отношение воздух-топливо составляет 14,62-15,7, предпочтительно 14,63-15,2, более предпочтительно 14,65-14,9 или около этого. Поэтому, в настоящем примере осуществления изобретения, разность между средним по времени значением целевого отношения воздух-топливо и стехиометрическим отношением воздух-топливо, когда целевое отношение воздух-топливо представляет собой постоянно установленное бедное предпочтительно меньшее, чем разность между средним по времени значением целевого отношения воздух-топливо и стехиометрическим отношением воздух-топливо, когда целевое отношение воздух-топливо установлено средством управления штатным периодом с бедной смесью беднее, чем стехиометрическое отношение воздух-топливо.

[0154] Фиг. 13 представляет собой временную диаграмму величины OSAsc накопления кислорода для катализатора 20 на стороне входа, и т.д., в случае выполнения управление восстановлением величины накопления в настоящем примере осуществления изобретения. Перед периодом времени t₃, штатное управление выполняется аналогичным образом как в примере показанном на фиг. 9. В момент времени t₃, если величина накопления кислорода для катализатора 24 на стороне выхода достигает нижней предельной величины Clowdwn накопления на стороне выхода и, следовательно, управление восстановлением величины накопления начинается, целевое отношение воздух-топливо переключается из бедной уставки отношения воздух-топливо на слабо обедненную уставку отношения воздух-топливо. То есть, в момент времени t₃, величина коррекции AFC отношения воздух-топливо установлено на слабо обедненную уставку величины коррекции AFCбедная, которая соответствует слабо обедненной уставке отношения воздух-топливо.

[0155] Если поддерживать величину коррекции AFC отношения воздух-топливо установленной на слабо обедненную уставку величины коррекции AFCбедная, в момент времени t₄, величина OSAsc накопления кислорода для катализатора 20 на стороне входа достигает максимальной величины Cmax накопления кислорода, и таким образом кислород начинает истекать из катализатора 20. Из-за этого, величина накопления кислорода для катализатора 24 на стороне выхода увеличивается и, в момент времени t₅, величина OSAufc накопления кислорода катализатора 24, достигает верхней предельной величины Chidwn накопления на стороне выхода.

[0156] Таким образом, в настоящем примере осуществления изобретения, целевое отношение воздух-топливо во время управления восстановлением величины накопления установлено на слабо обедненную уставку отношения воздух-топливо, которое представляет собой отношение воздух-топливо слегка беднее, чем стехиометрическое. По этой причине, даже если что-то заставляет величину OSAufc накопления кислорода для катализатора 24 достигать максимальной величины накопления кислорода во время управления восстановлением величины накопления, исключительно отработавшие газы, которые слегка беднее, чем стехиометрическое отношение воздух-топливо, будут истекать из катализатор 24. Поэтому, согласно настоящему примеру осуществления изобретения, даже если NO_X истекает из катализатора 24 на стороне выхода, величину оттока можно удерживать на минимальном уровне.

<Третий пример осуществления изобретения>

Далее, со ссылкой на фиг. 14, будет пояснена система управления для двигателя внутреннего сгорания согласно третьему примеру осуществления настоящего изобретения. Конфигурация и управляющие воздействия системы управления для двигателя внутреннего сгорания согласно третьему примеру осуществления изобретения в основном такие же, что и конфигурация и управляющие воздействия системы управления для двигателя внутреннего сгорания согласно вышеописанному примеру осуществления изобретения. Тем не менее, в системе управления согласно вышеописанному примеру осуществления изобретения, в момент времени управления восстановлением величины накопления, целевое отношение воздух-топливо поддерживалось постоянным, тогда как в системе управления согласно настоящему примеру осуществления изобретения, в момент времени управления восстановлением величины накопления, целевое отношение воздух-топливо постепенно уменьшается.

[0157] Фиг. 14 представляет собой временную диаграмму величины OSAsc накопления кислорода для катализатора 20 на стороне входа, и т.д., в случае выполнения управление восстановлением величины накопления согласно настоящему примеру осуществления изобретения. Перед периодом времени t₃, аналогичным образом, как в примере, показанном на фиг. 9, выполняется штатное управление. В момент времени t₃, если величина накопления кислорода для катализатора 24 на стороне выхода достигает нижней предельной величины Clowdwn накопления на стороне выхода, и следовательно, управление восстановлением величины накопления начинается, сначала, аналогичным образом, как в примере, показанном на фиг. 9, величина коррекции AFC отношения воздух-топливо поддерживается установленной на обедненную уставку величины коррекции AFCбедная, которая соответствует обедненной уставке отношения воздух-топливо, которая беднее, в известной мере, чем стехиометрическое отношение воздух-топливо.

[0158] После этого, в момент времени t₄, величина OSAsc накопления кислорода катализатора 20 на стороне входа достигает максимальной величины Cmax накопления кислорода и кислород начинает истекать из катализатора 20. Из-за этого, величина накопления кислорода для катализатора 24 на стороне выхода начинает увеличиваться. В настоящем примере осуществления изобретения, если величина OSAsc накопления кислорода для катализатора 24 начинает увеличиваться и достигает заданной средней величины накопления Cmidwn между верхней предельной величиной Chidwn накопления на стороне выхода и нижней предельной величиной Clowdwn накопления на стороне выхода, величина коррекции AFC отношения воздух-топливо переключается на слабо обедненную уставку отношения воздух-топливо. Из-за этого, скорость увеличения величины OSAufc накопления кислорода для катализатора 24 на стороне выхода падает. Затем, в момент времени t₅, величина OSAufc накопления кислорода для катализатора 24 достигает верхней предельной величины Chidwn накопления на стороне выхода.

[0159] Таким образом, в настоящем примере осуществления изобретения, в момент времени начала управления восстановлением величины накопления, целевое отношение воздух-топливо установлено беднее, в известной мере, чем стехиометрическое отношение воздух-топливо, и поэтому, в первую очередь, величина OSAufc накопления кислорода для катализатора 24 на стороне выхода может быть увеличена в относительно короткое время. Кроме того, если величина OSAufc накопления кислорода для катализатора 24 увеличивается в известной мере, поскольку целевое отношение воздух-топливо было установлено слегка беднее, чем стехиометрическое отношение воздух-топливо, даже если что-то заставляет величину OSAufc накопления кислорода для катализатора 24 достигать максимальной величины накопления кислорода во время управления восстановлением величины накопления, только отработавшие газы, которые слегка беднее, чем стехиометрическое отношение воздух-топливо, будут истекать из катализатора 24. Поэтому, согласно настоящему примеру осуществления изобретения, величина OSAufc накопления кислорода для катализатора 24 на стороне выхода может увеличиться в относительно короткое время, тогда как отток NOx из катализатора 24 может быть предотвращен.

[0160] Четвертый пример осуществления изобретения

Далее, со ссылкой на фиг. 15, будет пояснена система управления для двигателя внутреннего сгорания согласно четвертому примеру осуществления настоящего изобретения. Конфигурация и управляющие воздействия системы управления для двигателя внутреннего сгорания согласно четвертому примеру осуществления изобретения в основном такие же, что и конфигурация и управляющие воздействия системы управления для двигателя внутреннего сгорания согласно вышеописанному примеру осуществления изобретения. Тем не менее, в системе управления согласно вышеописанному примеру осуществления изобретения, в момент времени управления восстановлением величины накопления, целевое отношение воздух-топливо постоянно поддерживалось бедным, тогда как в регулирующем устройстве системы управления, в момент времени управления восстановлением величины накопления, целевое отношение воздух-топливо периодически устанавливают на бедное.

[0161] В настоящем примере осуществления изобретения, при управлении восстановлением величины накопления, целевое отношение воздух-топливо установлено на основе выходного тока Irdwn датчика 41 отношения воздух-топливо на стороне выхода. В частности, когда выходной ток Irdwn датчика 41 отношения воздух-топливо становится бедной оценочной опорной величиной Irefle, как минимум, целевое отношение воздух-топливо устанавливается на богатую уставку отношения воздух-топливо и поддерживается на этом отношении. В этой связи, бедная оценочная опорная величина Irefle представляет собой величину, соответствующую заданному бедному оценочному отношению, которое слегка беднее, чем стехиометрическое отношение воздух-топливо (например, 14,65). Кроме того, богатая уставка отношения воздух-топливо представляет собой заданное отношение воздух-топливо, которое в известной мере богаче стехиометрического отношения воздух-топливо, и например, составляет 10-14,55, предпочтительно 12-14,52, более предпочтительно 13-14,5 и т.д. В это время, отработавшие газы, истекающие из катализатора 20 на стороне входа, становятся слегка беднее, и Из-за этого, в катализатор 24 на стороне выхода, поступает кислород, и величина OSAufc накопления кислорода для катализатора увеличивается.

[0162] Если целевое отношение воздух-топливо меняется на богатую уставку отношения воздух-топливо, может быть получена расчетное значение величины OSAsc накопления кислорода для катализатора 20 на стороне входа. Кроме того, если расчетное значение величины OSAsc накопления кислорода для катализатора 20 становится заданной нижней предельной величиной Clowup накопления на стороне входа, или ниже, целевое отношение воздух-топливо, которое соответствовало богатой уставке отношения воздух-топливо, устанавливают на слабо обедненную уставку отношения воздух-топливо, и затем поддерживают на этом уровне. Слабо обедненная уставка отношения воздух-топливо представляет собой заданное отношение воздух-топливо, которое незначительно беднее, чем стехиометрическое отношение воздух-топливо, например, представляет собой 14,62-15,7, предпочтительно 14,63-15,2, более предпочтительно 14,65-14,9 или около этого После этого, когда выходной ток Irdwn датчика 41 отношения воздух-топливо на стороне выхода снова становится бедной оценочной опорной величиной Irefle как минимум, целевое отношение воздух-топливо для отработавших газов, поступающих в катализатор 20 на стороне входа, снова устанавливается на богатую уставку отношения воздух-топливо, и затем аналогичная операция повторяется во время управления восстановлением величины накопления.

[0163] Таким образом, в настоящем примере осуществления изобретения, во время управления восстановлением величины накопления, отношение воздух-топливо для отработавших газов, поступающих в катализатор 20 на стороне входа, попеременно устанавливается на богатую уставку отношения воздух-топливо и слабо обедненную уставку отношения воздух-топливо. В частности, в настоящем примере осуществления изобретения, отклонение богатой уставки отношения воздух-топливо от стехиометрического отношения воздух-топливо больше, чем отклонение слабо обедненной уставки отношения воздух-топливо от стехиометрического отношения воздух-топливо. Поэтому, в настоящем примере осуществления изобретения, отношение воздух-топливо для отработавших газов, поступающих в катализатор 20, попеременно устанавливается на богатую уставку отношения воздух-топливо на короткий период времени, и на слабо обедненную уставку отношения воздух-топливо в течение долгого периода времени. Следует отметить, что такое управление может быть представлено как управление, где «богатое» и «бедное» в штатном режиме управления меняются местами.

[0164] Фиг. 15 представляет собой временную диаграмму величины OSAsc накопления кислорода для катализатора 20 на стороне входа, и т.д., для случая выполнения управление восстановлением величины накопления в настоящем примере осуществления изобретения. В примере, показанном на фиг. 15, перед периодом времени t₂, выполняется штатное управление. В момент времени t₁, часть отработавших газов, поступающих в катализатор 20, начинает истекать без очистки из катализатора 20. Кроме того, в момент времени t₂, величина OSAufc накопления кислорода для катализатора 24 на стороне выхода достигает нижней предельной величины Clowdwn накопления на стороне выхода, штатное управление прекращается, и управление восстановлением величины накопления начинается.

[0165] В момент времени t₂, когда управление восстановлением величины накопления начинается, величина OSAsc накопления кислорода для катализатора 20 на стороне входа, представляет собой заданную нижнюю предельную величину Clowup накопления на стороне входа или меньшую, и поэтому целевое отношение воздух-топливо устанавливается на слабо обедненную уставку отношения воздух-топливо и, вместе с тем, выходной ток Irup датчика 40 отношения воздух-топливо на стороне входа становится положительной величиной. Поскольку отработавшие газы, поступающие в катализатор 20 на стороне входа, содержат кислород, величина OSAsc накопления кислорода для катализатора 20 постепенно увеличивается. Тем не менее, поскольку кислород, содержащийся в отработавших газах, поступающих в катализатор 20 накапливается катализатором 20, выходной ток Irdwn датчика отношения воздух-топливо на стороне выхода становится, по существу, нулевым (эквивалентным стехиометрическому отношению воздух-топливо). В это время, количество продуктов неполного окисления и оксидов азота NO_X, выходящих из катализатора 20 на стороне входа, уменьшаются.

[0166] Если величина OSAsc накопления кислорода для катализатора 20 постепенно увеличивается, величина OSAsc накопления кислорода для катализатора 20 увеличивается за пределы верхней предельной величины накопления (см. фиг. 2, Cuplim). Из-за этого, часть кислорода, поступающего в катализатор 20, истекает без накопления катализатором 20. По этой причине, после момента времени t₃, вместе с увеличением значения величины OSAsc накопления кислорода для катализатора 20, выходной ток Irdwn датчика 41 отношения воздух-топливо на стороне выхода, постепенно увеличивается. В это время, кислород и NO_X сбрасываются из катализатора 20 на стороне входа. Из-за этого, величина накопления кислорода для катализатора 24 увеличивается и, кроме того, оксиды азота NOx, истекающие из катализатора 20, очищаются катализатором 24 на стороне выхода.

[0167] После этого, в момент времени t₄, выходной ток Irdwn датчика 41 отношения воздух-топливо на стороне выхода, достигает бедной оценочной опорной величины Irefle. В настоящем примере осуществления изобретения, если выходной ток Irdwn датчика 41 отношения воздух-топливо становится бедной оценочной опорной величиной Irefle, то чтобы предотвратить возрастание величины OSAsc накопления кислорода для катализатора 20 на стороне входа, величина коррекции AFC отношения воздух-топливо переключается на богатую уставку величины коррекции AFCбогатая, которая соответствует богатому установленному отношению воздух-топливо. Поэтому, целевое отношение воздух-топливо устанавливается на богатое отношение воздух-топливо.

[0168] В момент времени t₄, когда целевое отношение воздух-топливо переключается в богатое отношение воздух-топливо, отношение воздух-топливо для отработавших газов, поступающих в катализатор 20 на стороне входа также меняется с бедного отношения воздух-топливо на богатое отношение воздух-топливо (фактически, задержка возникает от момента времени, когда производится переключение целевого отношения воздух-топливо до момента времени, когда отношение воздух-топливо для отработавших газов, поступающих в катализатор 20 на стороне входа, меняется, однако в проиллюстрированном примере, для удобства, они меняются одновременно).

[0169] В момент времени t₄, когда отношение воздух-топливо для отработавших газов, поступающих в катализатор 20 на стороне входа, меняется на богатое отношение воздух-топливо, величина OSAsc накопления кислорода для катализатора 20 уменьшается. Кроме того, вместе с этим, отношение воздух-топливо для отработавших газов, истекающих из катализатора 20, меняется на стехиометрическое отношение воздух-топливо, и значение выходного сигнала выходного тока Irdwn датчика 41 отношения воздух-топливо на стороне выхода, также преобразуется. Следует отметить, что, в проиллюстрированном примере, сразу после переключения целевого отношения воздух-топливо, выходной ток Irdwn датчика 41 отношения воздух-топливо поднимается. Это происходит потому, что возникает задержка с момента времени, когда целевое отношение воздух-топливо переключается до момента времени, когда отработавшие газы достигают датчика 41 отношения воздух-топливо на стороне выхода.

[0170] В это время, хотя отношение воздух-топливо для отработавших газов, поступающих в катализатор 20 на стороне входа, представляет собой богатое отношение воздух-топливо, катализатор 20 содержит большое количество кислорода, и поэтому продукты неполного окисления в отработавших газах очищаются катализатором 20. По этой причине, количество выбрасываемых оксидов азота NOx и продуктов неполного окисления из катализатора 20 уменьшается.

[0171] Затем, если величина OSAsc накопления кислорода для катализатора 20 на стороне входа, уменьшается, в момент времени t₅, величина OSAsc накопления кислорода достигает нижней предельной величины Clowup накопления на стороне входа. В настоящем примере осуществления изобретения, если величина OSAsc накопления кислорода увеличивается до нижней предельной величины Clowup накопления на стороне входа, чтобы остановить выброс кислорода из катализатора 20, величина коррекции AFC отношения воздух-топливо переключается на слабо обедненную уставку величины коррекции AFCбедная. Поэтому целевое отношение воздух-топливо для отработавших газов, поступающих в катализатор 20 на стороне входа, устанавливается на бедное отношение воздух-топливо.

[0172] Следует отметить, что, как пояснено выше, в проиллюстрированном примере, в тот самый момент времени, когда целевое отношение воздух-топливо переключается, отношение воздух-топливо для отработавших газов, поступающих в катализатор 20 на стороне входа, также меняется, однако фактически возникает задержка. По этой причине, даже если переключение происходит в момент времени t₅, отношение воздух-топливо для отработавших газов, поступающих в катализатор 20 на стороне входа, меняется с бедного отношения воздух-топливо на богатое отношение воздух-топливо после истечения некоторого промежутка времени. Поэтому, пока отношение воздух-топливо для отработавших газов, поступающих в катализатор 20, не поменяется на богатое отношение воздух-топливо, величина OSAsc накопления кислорода для катализатора 20 увеличивается.

[0173] Тем не менее, поскольку нижняя предельная величина Clowup накопления на стороне входа установлена существенно выше нуля или нижней предельной величины Clowlim накопления, даже в момент времени t₅, величина OSAsc накопления кислорода не достигает нуля или нижней предельной величины Clowlim накопления. Иначе говоря, нижняя предельная величина Clowup накопления на стороне входа установлена на значение, такое, что, даже если возникает задержка с момента времени, когда целевое отношение воздух-топливо переключается до момента времени, когда отношение воздух-топливо для отработавших газов, поступающих в катализатор 20 на стороне входа, фактически меняется, величина OSAsc накопления кислорода не достигает нуля или нижней предельной величины Clowlim накопления. Например, нижняя предельная величина Clowup накопления на стороне входа составляет 1/4 или более, предпочтительно 1/2 или более, более предпочтительно 4/5 или более, максимальной величины Cmax накопления кислорода.

[0174] После момента времени t₅, величина коррекции AFC отношения воздух-топливо для отработавших газов, поступающих в катализатор 20 на стороне входа, установлена на слабо обедненную уставку величины коррекции AFCбедная. Поэтому целевое отношение воздух-топливо для отработавших газов, поступающих в катализатор 20, установлено на бедное отношение воздух-топливо и, вместе с этим, выходной ток Irup датчика 40 отношения воздух-топливо на стороне входа становится положительной величиной. Отработавшие газы, поступающие в катализатор 20, содержат кислород и поэтому величина OSAsc накопления кислорода для катализатора 20 постепенно увеличивается. В момент времени t₆, аналогичным образом, как в момент времени t₃, величина OSAsc накопления кислорода увеличивается сверх верхней предельной величины накопления.

[0175] Далее, в момент времени t₇, аналогичным образом, как в момент времени t₂, выходной ток Irdwn датчика 41 отношения воздух-топливо на стороне выхода достигает бедной оценочной опорной величины Irefle, и величина коррекции AFC отношения воздух-топливо переключается на величину AFCбогатая, которая соответствует богатому установленному отношению. После этого, цикл вышеописанных моментов времени от t₃ до t₆ повторяется.

[0176] Следует отметить, что указанная величина коррекции AFC отношения воздух-топливо контролируется ЭБУ 31. В связи с чем, можно сказать, что ЭБУ 31 содержит: средство управления периодом с богатой смесью при восстановлении для постоянной или периодической установки целевого отношения воздух-топливо для отработавших газов, поступающих в катализатор 20 на стороне входа в богатое отношение воздух-топливо, когда отношение воздух-топливо для отработавших газов, определенное датчиком 41 отношения воздух-топливо, на стороне выхода, становится бедным оценочным отношением воздух-топливо как минимум, пока величина OSAsc накопления кислорода для катализатора 20 не станет нижней предельной величиной Clowup накопления на стороне входа; и средство управления периодом с богатой смесью при восстановлении для постоянной или периодической установки целевого отношения воздух-топливо на слабо обогащенное отношение воздух-топливо, когда величина OSAsc накопления кислорода для катализатора 20, становится нижней предельной величиной Clowup накопления на стороне входа или меньше, при этом величина OSAsc накопления кислорода стремится к максимальной величине накопления кислорода не достигая нуля.

[0177] Кроме того, в настоящем примере осуществления изобретения, разность между средним по времени значением целевого отношения воздух-топливо и стехиометрическим отношение воздух-топливо, когда средство управления периодом с богатой смесью при восстановлении постоянно или периодически устанавливает целевое отношение воздух-топливо богаче стехиометрического отношения воздух-топливо, больше чем разность между средним по времени значением целевого отношения воздух-топливо и стехиометрическим отношением воздух-топливо, когда средство управления периодом с бедной смесью при восстановлении постоянно или периодически устанавливает целевое отношение воздух-топливо, которое беднее чем стехиометрическое отношение воздух-топливо.

[0178] В настоящем примере осуществления изобретения, целевое отношение воздух-топливо во время управления восстановлением величины накопления было установлено, как пояснено выше, и поэтому величина накопления кислорода для катализатора 24 на стороне выхода постепенно увеличивается. По этой причине, можно поддерживать на низком уровне вероятность достижения величиной OSAufc накопления кислорода для катализатора 24, максимальной величины накопления кислорода во время управления восстановлением величины накопления.

[0179] Пятый пример осуществления изобретения

Далее, со ссылкой на фиг. 16-20, будет пояснена система управления для двигателя внутреннего сгорания согласно пятому примеру осуществления настоящего изобретения. Конфигурация и управляющие воздействия системы управления для двигателя внутреннего сгорания согласно пятому примеру осуществления изобретения в основном такие же, что и конфигурация и управляющие воздействия системы управления для двигателя внутреннего сгорания согласно вышеописанному примеру осуществления изобретения. Тем не менее, в вышеописанном примере осуществления изобретения, одинаковое подаваемое напряжение датчика было подано и на датчик отношения воздух-топливо на стороне входа, и датчик отношения воздух-топливо на стороне выхода, однако в настоящем примере осуществления изобретения на указанные датчики отношения воздух-топливо подавались различные входные напряжения.

Выходная характеристика датчика отношения воздух-топливо

Датчик 40 отношения воздух-топливо на стороне входа и датчик 41 отношения воздух-топливо на стороне выхода согласно настоящему примеру осуществления изобретения выполнены и функционируют аналогичным образом, что и датчики 40, 41 отношения воздух-топливо согласно первому примеру осуществления изобретения, как было показано с использованием фиг. 3 и фиг. 4. Эти датчики 40, 41 отношения воздух-топливо имеют вольтамперные характеристики (V-I), например, такие, как показано на фиг. 16. Как понятно из фиг. 16, в области, где подаваемое напряжение Vr для датчика представляет собой ноль или менее и около нуля, при постоянном отношении воздух-топливо в отработавших газах, если подаваемое напряжение Vr для датчика постепенно увеличивается со стороны его отрицательного значения, выходной ток Ir увеличивается вместе с этим.

[0180] То есть, в этой области значений 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 ноль, выходной ток Ir становится отрицательной величиной, поскольку электродвижущая сила E согласно степени концентрации кислорода генерируется между двумя боковыми поверхностями слоя 51 из твердого электролита, соответственно свойству кислородной ячейки.

[0181] Затем, если оставить отношение воздух-топливо в отработавших газах постоянным, и постепенно увеличивать подаваемое напряжение Vr для датчика, степень увеличения выходного тока по отношению к возрастанию напряжение будет постепенно становиться меньше, и, в конечном итоге, по существу, достигнет насыщения. В результате, даже при увеличении подаваемого напряжения Vr для датчика, выходной ток больше практически не меняется. Этот, по существу, ток насыщения называется «предельным током». Ниже, область напряжения, где указанный предельный ток появляется, будет именоваться «областью предельного тока».

[0182] То есть, в этой области предельного тока, подаваемое напряжение Vr для датчика является, в известной мере, высоким, и поэтому расход ионов кислорода, которые могут перемещаться через слой 51 из твердого электролита, представляет собой большим. Соответственно, расход ионов кислорода, которые могут перемещаться через слой 51 из твердого электролита, становится больше, чем степень притока отработавших газов 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 напряжение Vr для датчика, в основном, концентрация кислорода или концентрация продуктов неполного окисления в отработавших газах, поступающих в измерительную газовую камеру 57 через диффузионный регулирующий слой 54, не меняется, и поэтому выходное напряжение Ir не меняется.

[0183] 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. 16, между бедным отношением воздух-топливо и богатым отношением воздух-топливо, направление движения предельного тока является противоположным. В момент времени бедного отношения воздух-топливо, абсолютная величина предельного тока становится больше бедного отношения воздух-топливо, тогда как в момент времени богатого отношение воздух-топливо, абсолютная величина предельного тока становится больше бедного отношения воздух-топливо.

[0184] Затем, если удерживать отношение воздух-топливо в отработавших газах постоянным, и дополнительно увеличивать подаваемое напряжение Vr для датчика, выходной ток Ir снова начинает увеличиваться вместе с возрастанием напряжения. Если подавать высокое напряжение Vr для датчика в этом направлении, пары воды, которые содержатся в отработавших газах, распадаются на электроде 52 со стороны отработавших газов. Из-за этого течет ток. Кроме того, если дополнительно увеличивать подаваемое напряжение Vr для датчика, даже вместе с разложением паров воды, ток более не становится достаточным. Одновременно разрушается слой 51 из твердого электролита. Ниже, область напряжения когда пары воды распадаются и разрушается слой 51 из твердого электролита подобным образом, будет именоваться «областью распада паров воды».

[0185] Фиг. 17 представляет собой вид, 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. 17, если подаваемое напряжение Vr для датчика представляет собой от 0,1 V до 0,9 V или около этого, 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. 17, если подаваемое напряжение Vr для датчика представляет собой 0,1-0,9 V или около этого, около стехиометрического отношения воздух-топливо, зависимость между отношением воздух-топливо в отработавших газах и выходным током Ir является, по существу, одинаковой независимо от подаваемого напряжения Vr для датчика.

[0186] С другой стороны, как понятно из фиг. 17, если отношение воздух-топливо в отработавших газах становится ниже, чем некоторое определенное отношение воздух-топливо в отработавших газах или менее, выходной ток Ir далее практически не меняется, даже если отношение воздух-топливо в отработавших газах меняется. Указанное определенное отношение воздух-топливо в отработавших газах меняется в соответствии с подаваемым напряжением Vr для датчика. Оно становится больше, чем больше подаваемое напряжение Vr для датчика. По этой причине, если повышать подаваемое напряжение Vr для датчика до определенной особой величины или более, как показано на фигуре штрихпунктирной линией, не имеет значения, какова величина отношения воздух-топливо в отработавших газах, выходной ток Ir больше не станет нулевым.

[0187] С другой стороны, если отношение воздух-топливо в отработавших газах становится выше, чем определенное 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 напряжение Vr для датчика. По этой причине, если снижать подаваемое напряжение Vr для датчика до определенной особой величины или менее, как показано на фигуре штрихпунктирной линией с двумя точками, не имеет значения, какова величина отношения воздух-топливо в отработавших газах, выходной ток Ir больше не станет нулевым (например, когда подаваемое напряжение Vr для датчика установлено на 0 V, выходной ток Ir не становится нулевым независимо от отношения воздух-топливо в отработавших газах).

[0188] 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. 6), или взаимосвязи между отношением воздух-топливо в отработавших газах и выходным током Ir (фиг. 7), указанные взаимосвязи, в целом, соответствовали вышеописанному тренду, однако если рассматривать изменение этих взаимосвязей около стехиометрического отношения воздух-топливо детально, то их изменения будут отличны от вышеописанных. Ниже это будет показано.

[0189] Фиг. 18 представляет собой вид, на котором показана увеличенная область, где выходной ток Ir близок к нулю (область, отмеченная X-X на фиг. 16), относящаяся к вольтамперной характеристике на фиг. 16. Как понятно из фиг. 18, даже в области предельного тока, если поддерживать отношение воздух-топливо в отработавших газах постоянным, выходной ток Ir при этом увеличивается вместе с увеличением подаваемого напряжения Vr для датчика, хотя очень ненамного. Например, рассматривая случай, когда отношение воздух-топливо в отработавших газах представляет собой стехиометрическое отношение воздух-топливо (14,6) в качестве примера, где подаваемое напряжение Vr для датчика представляет собой 0,45 V или около этого, выходной ток Ir становится нулевым, в противоположность этому, при установке подаваемого напряжения Vr для датчика ниже, чем 0,45 V в известной мере (например, 0,2 V), выходной ток становится величиной, ниже, чем ноль. С другой стороны, устанавливая подаваемое напряжение Vr для датчика выше, чем 0,45 V в известной мере (например, 0,7 V), выходной ток становится величиной, которая выше ноля.

[0190] Фиг. 19 представляет собой вид, на котором показана увеличенная область, где отношение воздух-топливо в отработавших газах представляет собой величину около стехиометрического отношения воздух-топливо и выходной ток Ir почти равен нулю (область, обозначенная буквой Y на фиг. 17), в относящаяся к характеристике «отношение воздух-топливо - ток» на фиг. 17. Из фиг. 19 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, когда отношение воздух-топливо в отработавших газах представляет собой стехиометрическое отношение воздух-топливо, выходной ток Ir, когда подаваемое напряжение Vr для датчика представляет собой 0,45 V, становится нулевым. Кроме того, устанавливая подаваемое напряжение Vr для датчика больше, чем 0,45 V, выходной ток Ir также становится больше нуля. Если сделать подаваемое напряжение Vr для датчика меньше, чем 0,45 V, выходной ток Ir также становится меньше нуля.

[0191] Кроме того, из фиг. 19 понятно, что отношение воздух-топливо в отработавших газах, когда выходной ток Ir представляет собой 0 (ниже именуемое «отношение 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 0, при отношении воздух-топливо в отработавших газах равном стехиометрическому отношению воздух-топливо. В противоположность этому, если подаваемое напряжение Vr для датчика больше, чем 0,45 V, выходной ток Ir становится 0, когда отношение воздух-топливо в отработавших газах богаче стехиометрического отношения воздух-топливо. Больше становится подаваемое напряжение Vr для датчика, меньшим является отношение воздух-топливо в отработавших газах в момент времени нулевого тока. Напротив, если подаваемое напряжение Vr для датчика меньше, чем 0,45 V, выходной ток Ir становится 0, когда отношение воздух-топливо в отработавших газах беднее, чем стехиометрическое отношение воздух-топливо. Меньше подаваемое напряжение Vr для датчика, больше отношение воздух-топливо в отработавших газах в момент времени нулевого тока. То есть, заставляя подаваемое напряжение Vr для датчика изменяться, можно менять отношение воздух-топливо в отработавших газах в момент времени нулевого тока.

[0192] В этом отношении, наклон линии на фиг. 5, то есть, отношение величины возрастания выходного тока к величине возрастания отношения воздух-топливо в отработавших газах (ниже называемое «степень изменения выходного тока») не обязательно одно и то же, даже если достигается посредством одинаковых процессов генерации. Даже с одной моделью датчиков отношения воздух-топливо, 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. 20 сплошной линией A, степень изменения выходного тока становится меньше или, как показано штриховой линией B на фиг. 20, степень изменения выходного тока становится больше, как показано штрихпунктирной линией C.

[0193] По этой причине, даже при использовании одинаковой модели датчика отношения воздух-топливо для измерения такого же отношения воздух-топливо для отработавших газов, выходной ток датчика отношения воздух-топливо 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 A, выходной ток становится I₂, когда измеряемые отработавшие газы имеют отношение воздух-топливо af₁. Вместе с тем, когда датчик отношения воздух-топливо имеет такие выходные характеристики, как показано штриховой линией B и штрихпунктирной линией C, выходные токи становятся соответственно I₁ и I₃, которые отличны от вышеупомянутого I₂ при измерении отработавших газов с отношением воздух-топливо равным af₁.

[0194] Тем не менее, как понятно из фиг. 20, даже если изменения возникают между отдельными датчиками отношения воздух-топливо или изменения возникают в том же датчике отношения воздух-топливо из-за его старения, почти нет изменений в отношении воздух-топливо для отработавших газов в момент времени нулевого тока (в примере на фиг. 20, стехиометрическое отношение воздух-топливо). То есть, когда выходной ток Ir представляет собой величину, отличную 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 на фиг. 20, стехиометрическое отношение воздух-топливо) можно определить с точностью.

[0195] Кроме того, как пояснено с использованием фиг. 19, в датчиках 40, 41 отношения воздух-топливо, изменяя подаваемое напряжение Vr для датчика, можно менять отношение воздух-топливо для отработавших газов 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 для отработавших газов, отличную от стехиометрического отношения воздух-топливо. В частности, меняя подаваемое напряжение Vr для датчика в объясненной далее «особой области напряжения», можно отрегулировать отношение воздух-топливо для отработавших газов в момент времени нулевого тока, лишь чуть-чуть по отношению к стехиометрическому отношению (14,6) (например, в диапазоне ±1% (приблизительно от 14,45 до 14,75)). Поэтому, соответствующим образом устанавливая подаваемое напряжение Vr для датчика, становится возможным с точностью определить абсолютную величину отношения воздух-топливо, которое слегка отличается от стехиометрического отношения воздух-топливо.

[0196] Следует отметить, что, как пояснено выше, изменяя подаваемое напряжение Vr для датчика, можно менять отношение воздух-топливо для отработавших газов в момент времени нулевого тока. Тем не менее, если менять подаваемое напряжение Vr для датчика так, чтобы оно стало больше, чем определенное верхнее предельное напряжение или меньше, чем определенное нижнее предельное напряжение, величина изменения отношения воздух-топливо для отработавших газов в момент времени нулевого тока, по отношению к степени изменения в подаваемом напряжении Vr для датчика, становится больше. Поэтому, в области этих значений напряжения, если подаваемое напряжение Vr для датчика слегка смещается, отношение воздух-топливо для отработавших газов в момент времени нулевого тока значительно меняется. Поэтому, в этой области напряжения, чтобы с точностью определить абсолютную величину отношения воздух-топливо для отработавших газов, становится необходимым с точностью управлять подаваемым напряжением Vr для датчика. Практически это не столь применимо. Поэтому, с точки зрения точного определения абсолютной величины отношения воздух-топливо для отработавших газов, подаваемое напряжение Vr для датчика должно быть величиной в «особой области напряжения» между определенным верхним предельным напряжением и определенным нижним предельным напряжением.

[0197] В этом отношении, как показано на фиг. 19, датчики 40, 41 отношения воздух-топливо имеют область предельного тока, которая представляет собой область напряжения, где выходной ток Ir становится предельным током для каждого отношения воздух-топливо для отработавших газов. В настоящем примере осуществления изобретения, область предельного тока, где отношение воздух-топливо для отработавших газов представляет собой стехиометрическое отношение воздух-топливо, определена как «особая область напряжения».

[0198] Следует отметить, что, как пояснено с использованием фиг. 7, если увеличивать подаваемое напряжение Vr для датчика до некоторой особой величины (максимального напряжения) или более, как показано на фигуре штрихпунктирной линией, не имеет значения какова величина отношения воздух-топливо для отработавших газов, выходной ток Ir больше не станет ноля. С другой стороны, если уменьшать подаваемое напряжение Vr для датчика до некоторой особой величины (минимального напряжения) или менее, как показано на фигуре штрихпунктирной линией с двумя точками, не имеет значения, какова величина отношения воздух-топливо в отработавших газах, выходной ток Ir больше не станет нулевым.

[0199] Поэтому, если подаваемое напряжение Vr для датчика представляет собой напряжение между максимальным напряжением и минимальным напряжением, имеется отношение воздух-топливо для отработавших газов, когда выходной ток становится нулевым. Напротив, если подаваемое напряжение Vr для датчика представляет собой напряжение выше, чем максимальное напряжение или напряжение ниже, чем минимальное напряжение, не существует отношения воздух-топливо для отработавших газов, при котором выходной ток станет нулевым. Поэтому подаваемое напряжение Vr для датчика, по меньшей мере, должно быть напряжением, когда выходной ток становится нулевым, при котором отношение воздух-топливо для отработавших газов 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.

[0200] Подаваемое напряжение на различных датчиках отношения воздух-топливо

В настоящем примере осуществления изобретения, при рассмотрении вышеупомянутых детальных характеристик, когда отношение воздух-топливо для отработавших газов определяется датчиком 40 отношения воздух-топливо, на стороне входа, подаваемое напряжение Vrup для датчика 40 отношения воздух-топливо зафиксировано на напряжении, при котором выходной ток становится нулевым, когда отношение воздух-топливо для отработавших газов представляет собой стехиометрическое отношение воздух-топливо (в настоящем примере осуществления изобретения 14,6) (например, 0,45 V). Другими словами, на датчике 40 отношения воздух-топливо подаваемое напряжение Vrup для датчика устанавливают так, что отношение воздух-топливо для отработавших газов в момент времени нулевого тока становится стехиометрическим отношением воздух-топливо. С другой стороны, когда отношение воздух-топливо для отработавших газов определяется датчиком 41 отношения воздух-топливо на стороне выхода, подаваемое напряжение Vr для датчика на стороне выхода, на датчике 41 отношения воздух-топливо, фиксируется на постоянной величине напряжения (например, 0,7 V), при этом выходной ток становится нулевым, когда отношение воздух-топливо для отработавших газов представляет собой заданное богатое оценочное отношение воздух-топливо, которое немного богаче стехиометрического отношения воздух-топливо (например, 14,55). Другими словами, подаваемое напряжение Vrdwn для датчика устанавливается так, что в датчике 41 отношения воздух-топливо на стороне выхода отношение воздух-топливо для отработавших газов в момент времени нулевого тока становится богатым оценочным отношением воздух-топливо, которое слегка богаче стехиометрического отношения воздух-топливо. Таким образом, в настоящем примере осуществления изобретения, напряжение Vrdwn, подаваемое для датчика 41 отношения воздух-топливо установлено на значении напряжения, которое выше подаваемого напряжения Vrup для датчика 40 отношения воздух-топливо на стороне входа.

[0201] Поэтому ЭБУ 31, который соединен с двумя датчиками 40, 41 отношения воздух-топливо оценивает, что отношение воздух-топливо для отработавших газов около датчика 40 отношения воздух-топливо на стороне входа, представляет собой стехиометрическое отношение воздух-топливо, когда выходной ток Irup датчика 40 отношения воздух-топливо становится нулевым. С другой стороны, ЭБУ 31 оценивает, что отношение воздух-топливо для отработавших газов около датчика 41 отношения воздух-топливо на стороне выхода, представляет собой богатое оценочное отношение воздух-топливо, то есть, заданное отношение воздух-топливо, которое отличается от стехиометрического отношения воздух-топливо, когда выходной ток Irdwn датчика 41 отношения воздух-топливо становится нулевым. В связи с чем, датчик 41 отношения воздух-топливо на стороне выхода, может с точностью определить богатое оценочное отношение воздух-топливо.

Список ссылочных позиций

[0202] 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 на стороне входа

21. корпус на стороне входа

22. выпускная труба

23. корпус на стороне выхода

24. катализатор очистки отработавших газов на стороне выхода

31. ЭБУ

39. расходомер воздуха

40. датчик отношения воздух-топливо на стороне входа

41. датчик отношения воздух-топливо на стороне выхода.

Изобретение относится к системе управления для двигателя внутреннего сгорания, которая управляет двигателем внутреннего сгорания в соответствии с выходным сигналом датчика отношения воздух-топливо. Техническим результатом является создание системы управления для двигателя внутреннего сгорания, которая надежно предотвращает истечение продуктов неполного окисления из катализатора на стороне выхода в тот момент, когда управление отношением воздух-топливо для отработавших газов, поступающих в катализатор на стороне входа. Результат достигается тем, что система управления для двигателя внутреннего сгорания включает в себя катализатор на стороне входа; катализатор на стороне выхода, который расположен дальше по потоку, чем катализатор на стороне входа, в направлении потока отработавших газов; средство определения отношения воздух-топливо на стороне выхода, которое расположено между этими катализаторами; средство оценки величины накопления, которое рассчитывает величину накопления кислорода для катализатора на стороне выхода; и средство управления впускным отношением воздух-топливо, которое управляет отношением воздух-топливо для отработавших газов, поступающих в катализатор на стороне входа, при этом отношение воздух-топливо для отработавших газов достигает целевого отношения воздух-топливо. При управлении богатой смесью в течение штатного режима устанавливают бедное целевое отношение воздух-топливо, если отношение воздух-топливо, определенное средством определения отношения воздух-топливо на стороне выхода, является богатым, и целевое отношение устанавливают богатым, если величина накопления кислорода для катализатора на стороне входа равна или больше, чем опорная величина накопления на стороне входа. Если величина накопления кислорода для катализатора на стороне выхода равна или меньше, чем нижняя предельная величина накопления на стороне выхода, которая меньше, чем максимальная величина накопления, тогда устанавливают бедное целевое отношение воздух-топливо, при этом отношение воздух-топливо для отработавших газов, истекающих из катализатора на стороне входа, становится бедным. 11 з.п. ф-лы, 20 ил.

1. Система управления для двигателя внутреннего сгорания, содержащего катализатор на стороне входа, который расположен в выпускном канале двигателя внутреннего сгорания, и катализатор на стороне выхода, который расположен в упомянутом выпускном канале на стороне выхода в направлении потока отработавших газов, по отношению к упомянутому катализатору на стороне входа,

причем упомянутая система управления содержит:

средство определения отношения воздух-топливо на стороне выхода, которое расположено в упомянутом выпускном канале между упомянутым катализатором на стороне входа и упомянутым катализатором на стороне выхода;

средство расчета величины накопления для расчета величины накопления кислорода для упомянутого катализатора на стороне выхода;

устройство управления впускным отношением воздух-топливо, которое управляет отношением воздух-топливо для отработавших газов, поступающих в упомянутый катализатор на стороне входа, так что упомянутое отношение воздух-топливо для отработавших газов становится целевым отношением воздух-топливо;

средство управления штатным периодом с бедной смесью для установки упомянутого целевого отношения воздух-топливо для отработавших газов, поступающих в упомянутый катализатор на стороне входа, постоянно или периодически, на более бедное, чем стехиометрическое отношение воздух-топливо, в тех случаях, когда отношение воздух-топливо, определяемое упомянутым средством определения отношения воздух-топливо на стороне выхода, становится равным или богаче богатого оценочного отношения воздух-топливо, которое богаче стехиометрического отношения воздух-топливо, пока упомянутая величина накопления кислорода для катализатора на стороне входа не станет заданной оцениваемой опорной величиной накопления на стороне входа, которая меньше, чем максимальная величина накопления кислорода;

средство управления штатным периодом с богатой смесью для установки упомянутого целевого отношения воздух-топливо постоянно или периодически на более богатое, чем стехиометрическое отношение воздух-топливо, в тех случаях, когда упомянутая величина накопления кислорода для катализатора на стороне входа становится упомянутой оценочной опорной величиной накопления на стороне входа, или больше, так что упомянутая величина накопления кислорода уменьшается до нуля, не достигая максимальной величины накопления кислорода; и

средство управления восстановлением величины накопления для установки упомянутого целевого отношения воздух-топливо постоянно или периодически на более бедное, чем стехиометрическое отношение воздух-топливо, когда величина накопления кислорода для упомянутого катализатора на стороне выхода, которая была рассчитана упомянутым средством для расчета величины накопления, становится заданной нижней предельной величиной накопления на стороне выхода, которая меньше, чем максимальная величина накопления, или еще меньше, так что отношение воздух-топливо для отработавших газов, истекающих из упомянутого катализатора на стороне входа, никогда не становится богаче стехиометрического отношения воздух-топливо, но постоянно или периодически становится беднее, чем стехиометрическое отношение воздух-топливо, без установки целевого отношения воздух-топливо упомянутым средством управления штатным периодом с богатой смесью и средством управления штатным периодом с бедной смесью.

2. Система управления для двигателя внутреннего сгорания по п. 1, отличающаяся тем, что упомянутое средство управления восстановлением величины накопления продолжает устанавливать упомянутое целевое отношение воздух-топливо, пока величина накопления кислорода для упомянутого катализатора на стороне выхода не станет заданной верхней предельной величиной накопления на стороне выхода, которая больше, чем упомянутая нижняя предельная величина накопления на стороне выхода, и которая меньше, чем максимальная величина накопления кислорода.

3. Система управления для двигателя внутреннего сгорания по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что упомянутое средство управления восстановлением величины накопления периодически устанавливает упомянутое целевое отношение воздух-топливо, которое беднее, чем стехиометрическое отношение воздух-топливо, так что отношение воздух-топливо для отработавших газов, истекающих из упомянутого катализатора на стороне входа, периодически становится беднее, чем стехиометрическое отношение воздух-топливо.

4. Система управления для двигателя внутреннего сгорания по п. 3, отличающаяся тем, что упомянутое средство управления восстановлением величины накопления содержит: средство управления периодом с богатой смесью при восстановлении для постоянной или периодической установки упомянутого целевого отношения воздух-топливо богаче стехиометрического отношения воздух-топливо, когда отношение воздух-топливо на стороне выхода, определенное упомянутым средством определения отношения воздух-топливо, становится бедным оценочным отношением воздух-топливо, которое беднее, чем стехиометрическое отношение воздух-топливо, или больше, пока упомянутая величина накопления кислорода для катализатора на стороне входа не станет заданной нижней предельной величиной накопления на стороне входа, которая больше нуля; и

средство управления периодом с бедной смесью при восстановлении для постоянной или периодической установки упомянутого целевого отношения воздух-топливо на бедное значение, когда упомянутая величина накопления кислорода для катализатора на стороне входа становится упомянутой нижней предельной величиной накопления на стороне входа или еще меньше, не достигая нуля, так что величина накопления кислорода возрастает до максимальной величины накопления кислорода.

5. Система управления для двигателя внутреннего сгорания по п. 4, отличающаяся тем, что разность между средним по времени значением упомянутого целевого отношения воздух-топливо и стехиометрическим отношением воздух-топливо, когда постоянные или периодические уставки упомянутого целевого отношения воздух-топливо, периодически или постоянно устанавливаемые средством управления периодом с богатой смесью при восстановлении, богаче, чем стехиометрическое отношение воздух-топливо, больше, чем разность между средним по времени значением упомянутого целевого отношения воздух-топливо и стехиометрическим отношением воздух-топливо, когда постоянные или периодические уставки упомянутого целевого отношения воздух-топливо, постоянно или периодически устанавливаемые средством управления периодом с бедной смесью при восстановлении, беднее, чем стехиометрическое отношение воздух-топливо.

6. Система управления для двигателя внутреннего сгорания по п. 4, отличающаяся тем, что упомянутое средство управления периодом с богатой смесью при восстановлении постоянно устанавливает упомянутое целевое отношение воздух-топливо богаче стехиометрического отношения воздух-топливо.

7. Система управления для двигателя внутреннего сгорания по п. 4, отличающаяся тем, что упомянутое средство управления периодом с бедной смесью при восстановлении постоянно устанавливает упомянутое целевое отношение воздух-топливо беднее, чем стехиометрическое отношение воздух-топливо.

8. Система управления для двигателя внутреннего сгорания по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что упомянутое средство управления восстановлением величины накопления постоянно устанавливает упомянутое целевое отношение воздух-топливо беднее, чем стехиометрическое отношение воздух-топливо.

9. Система управления для двигателя внутреннего сгорания по п. 8, отличающаяся тем, что разность между средним по времени значением упомянутого целевого отношения воздух-топливо и стехиометрическим отношением воздух-топливо, когда упомянутое средство управления восстановлением величины накопления постоянно устанавливает упомянутое целевое бедное отношение воздух-топливо не меньше, чем разность между средним по времени значением упомянутого целевого отношения воздух-топливо и стехиометрическим отношением, когда упомянутое средство управления штатным периодом с бедной смесью постоянно или периодически устанавливает упомянутое целевое отношение воздух-топливо беднее, чем стехиометрическое отношение воздух-топливо.

10. Система управления для двигателя внутреннего сгорания по п. 8, отличающаяся тем, что разность между средним по времени значением упомянутого целевого отношения воздух-топливо и стехиометрическим отношением воздух-топливо, когда упомянутое средство управления восстановлением величины накопления постоянно устанавливает упомянутое целевое бедное отношение воздух-топливо меньше, чем разность между средним по времени значением упомянутого целевого отношения воздух-топливо и стехиометрическим отношением воздух-топливо, когда упомянутое средство управления штатным периодом с бедной смесью постоянно или периодически устанавливает упомянутое целевое отношение воздух-топливо беднее, чем стехиометрическое отношение воздух-топливо.

11. Система управления для двигателя внутреннего сгорания по п. 8, отличающаяся тем, что упомянутое средство управления восстановлением величины накопления фиксирует упомянутое целевое отношение воздух-топливо как постоянное отношение воздух-топливо на период времени, в течение которого упомянутое средство управления восстановлением величины накопления устанавливает упомянутое целевое отношение воздух-топливо.

12. Система управления для двигателя внутреннего сгорания по п. 8, отличающаяся тем, что упомянутое средство управления восстановлением величины накопления осуществляет понижение упомянутого целевого отношения воздух-топливо непрерывно или ступенчато в период времени, в течение которого упомянутое средство управления восстановлением величины накопления устанавливает упомянутое целевое отношение воздух-топливо.