Система управления двигателя внутреннего сгорания Российский патент 2017 года по МПК F02D41/14 F01N3/24 

Область техники, к которой относится изобретение

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

Предшествующий уровень техники

[0002] Выхлопные газы, выпущенные из камеры сгорания, содержат несгоревший газ, NO_X и т.д. Чтобы удалить эти компоненты выхлопных газов, в выхлопном канале двигателя расположен катализатор очистки выхлопных газов. В качестве катализатора очистки выхлопных газов, способного одновременно удалять несгоревший газ, NO_X и другие компоненты, известен трехкомпонентный катализатор. Трехкомпонентный катализатор может удалять несгоревший газ, NO_X, и т.д. с высоким коэффициентом удаления, когда воздушно-топливное отношение в выхлопных газах находится вблизи стехиометрического воздушно-топливного отношения. В связи с этим известна система управления, которая содержит датчик воздушно-топливного отношения в выхлопном канале двигателя внутреннего сгорания и использует величину выходного сигнала этого датчика воздушно-топливного отношения в качестве основы для управления количеством топлива, подаваемым в двигатель внутреннего сгорания.

[0003] В качестве катализатора очистки выхлопных газов может быть использован катализатор, имеющий способность к накапливанию кислорода. Катализатор очистки выхлопных газов, имеющий способность к накапливанию кислорода, может удалять несгоревший газ (НС, СО и т.д.), NO_X и т.д., когда количество запасенного кислорода представляет собой соответствующее значение между верхним предельным количеством запасенного кислорода и нижним предельным количеством запасенного кислорода, даже если воздушно-топливное отношение в выхлопных газах, втекающих в катализатор очистки выхлопных газов, является богатым. Если выхлопные газы воздушно-топливного отношения на богатой стороне от стехиометрического воздушно-топливного отношения (ниже именуемые как «богатое воздушно-топливное отношение»), текут в катализатор очистки выхлопных газов, кислород, запасенный в катализаторе очистки выхлопных газов, используется для удаления несгоревшего газа в выхлопных газах путем окисления.

[0004] В противоположность этому, если выхлопные газы воздушно-топливного отношения на бедной стороне от стехиометрического воздушно-топливного отношения (ниже именуемые как «бедное воздушно-топливное отношением»), текут в катализатор очистки выхлопных газов, кислород из выхлопных газов накапливается в катализаторе очистки выхлопных газов. Из-за этого поверхность катализатора очистки выхлопных газов приобретает состояние дефицита кислорода. Вместе с этим NO_X в выхлопных газах удаляются путем восстановления. Таким образом, катализатор очистки выхлопных газов может очищать выхлопные газы, пока количество запасенного кислорода представляет собой соответствующее значение, независимо от воздушно-топливного отношения в выхлопных газах, втекающих в катализатор очистки выхлопных газов.

[0005] Поэтому в такой системе управления, чтобы поддерживать количество запасенного кислорода в катализаторе очистки выхлопных газов равным соответствующему значению, предусмотрен датчик воздушно-топливного отношения, расположенный на впускной стороне катализатора очистки выхлопных газов в направлении потока выхлопа, а также предусмотрен датчик кислорода, расположенный на выпускной стороне в направлении потока выхлопа. При использовании этих датчиков система управления использует выходной сигнал датчика воздушно-топливного отношения на впускной стороне в качестве основы для управления с обратной связью таким образом, что выходной сигнал этого датчика воздушно-топливного отношения становится целевой величиной, соответствующей целевому воздушно-топливному отношению. Кроме того, выходной сигнал датчика кислорода на выпускной стороне используется в качестве основы для коррекции целевой величины датчика воздушно-топливного отношения на впускной стороне.

[0006] Например, в системе управления, описанной в публикации японского патента No. 2011-069337 А, когда выходное напряжение датчика кислорода на выпускной стороне представляет собой верхнюю пороговую величину или более, и катализатор очистки выхлопных газов находится в состоянии дефицита кислорода, целевое воздушно-топливное отношение в выхлопных газах, втекающих в катализатор очистки выхлопных газов, делается бедным воздушно-топливным отношением. В противоположность этому, когда выходное напряжение датчика кислорода на выпускной стороне представляет собой нижнюю пороговую величину или менее, и катализатор очистки выхлопных газов находится в состоянии избытка кислорода, целевое воздушно-топливное отношение делается богатым воздушно-топливным отношением. Благодаря этому управлению полагается возможным быстро вернуть состояние катализатора очистки выхлопных газов из состояния дефицита кислорода или состояния избытка кислорода в состояние между этими двумя состояниями, то есть в состояние, где катализатор очистки выхлопных газов содержит приемлемое количество кислорода.

[0007] Кроме того, в системе управления, описанной в публикации японского патента No. 2001-234787 А, выходные сигналы воздушного расходомера и датчика воздушно-топливного отношения на впускной стороне катализатора очистки выхлопных газов и т.д. используются в качестве основы для вычисления количества запасенного кислорода в катализаторе очистки выхлопных газов. Кроме того, когда вычисленное количество запасенного кислорода больше, чем целевое количество запасенного кислорода, целевое воздушно-топливное отношение в выхлопных газах, втекающих в катализатор очистки выхлопных газов, делается богатым воздушно-топливным отношением, и когда вычисленное количество запасенного кислорода меньше, чем целевое количество запасенного кислорода, целевое воздушно-топливное отношение делается бедным воздушно-топливным отношением. Благодаря этому управлению считается, что количество запасенного кислорода в катализаторе очистки выхлопных газов, может поддерживаться постоянным и равным целевому количеству запасенного кислорода.

Указатель ссылок

Патентная литература

[0008] PLT 1. Публикация японского патента No. 2011-069337 А

PLT 2. Публикация японского патента No. 2001-234787 А

PLT 3. Публикация японского патента No. 8-232723 А

PLT 4. Публикация японского патента No. 2009-162139 А

Сущность изобретения

Техническая задача

[0009] Катализатору очистки выхлопных газов, имеющему способность к накапливанию кислорода, становится тяжело накапливать кислород выхлопных газов, когда количество запасенного кислорода становится около максимального количества запасенного кислорода, если воздушно-топливное отношение в выхлопных газах, втекающих в катализатор очистки выхлопных газов, представляет собой бедное воздушно-топливное отношение. Внутренняя часть катализатора очистки выхлопных газов приобретает состояние избытка кислорода. Становится трудно удалять путем восстановления NO_X, содержащиеся в выхлопных газах. По этой причине, если количество запасенного кислорода становится около максимального количества запасенного кислорода, концентрация NO_X выхлопных газов, вытекающих из катализатора очистки выхлопных газов, быстро возрастает.

[0010] По этой причине, как описано в публикации японского патента No. 2011-069337 А, если выполняется управление по заданию целевого воздушно-топливного отношения равным богатому воздушно-топливному отношению, когда выходное напряжение датчика кислорода на выпускной стороне стало равно нижней пороговой величине или менее, существует проблема, что некоторая часть NO_X вытекает из катализатора очистки выхлопных газов.

[0011] Фиг. 16 представляет собой временную диаграмму, поясняющую взаимосвязь между воздушно-топливным отношением в выхлопных газах, втекающих в катализатор очистки выхлопных газов, и концентрацией NO_X в вытекающих из катализатора очистки выхлопных газах. Фиг. 16 представляет собой зависимость от времени количества запасенного кислорода в катализаторе очистки выхлопных газов, воздушно-топливного отношения в выхлопных газах, определенного датчиком кислорода на выпускной стороне, целевого воздушно-топливного отношения в выхлопных газах, втекающих в катализатор очистки выхлопных газов, воздушно-топливного отношения в выхлопных газах, определенного датчиком воздушно-топливного отношения на впускной стороне, и концентрации NO_X в выхлопных газах, вытекающих из катализатора очистки выхлопных газов.

[0012] В состоянии до момента t₁ времени целевое воздушно-топливное отношение в выхлопных газах, втекающих в катализатор очистки выхлопных газов, делается бедным воздушно-топливным отношением. По этой причине количество запасенного кислорода в катализаторе очистки выхлопных газов, постепенно увеличивается. С другой стороны, весь кислород в выхлопных газах, втекающих в катализатор очистки выхлопных газов, накапливается в катализаторе очистки выхлопных газов, таким образом, выхлопные газы, вытекающие из катализатора очистки выхлопных газов, вообще не содержат много кислорода. По этой причине воздушно-топливное отношение в выхлопных газах, определенное датчиком кислорода на выпускной стороне, становится, по существу, стехиометрическим воздушно-топливным отношением. Аналогичным образом, NO_X в выхлопных газах, втекающих в катализатор очистки выхлопных газов, полностью удаляется путем восстановления в катализаторе очистки выхлопных газов, таким образом, выхлопные газы, вытекающие из катализатора очистки выхлопных газов, вообще не содержат много NO_X.

[0013] Когда количество запасенного кислорода в катализаторе очистки выхлопных газов постепенно увеличивается и приближается к максимальному количеству Cmax запасенного кислорода, часть кислорода в выхлопных газах, втекающих в катализатор очистки выхлопных газов, более не накапливается в катализаторе очистки выхлопных газов. В результате от момента t₁ времени выхлопные газы, вытекающие из катализатора очистки выхлопных газов, начинают содержать кислород. По этой причине воздушно-топливное отношение в выхлопных газах, определенное датчиком кислорода на выпускной стороне, становится бедным воздушно-топливным отношением. После этого, когда количество запасенного кислорода в катализаторе очистки выхлопных газов дополнительно увеличивается, воздушно-топливное отношение в выхлопных газах, вытекающих из катализатора очистки выхлопных газов, достигает заданного верхнего предельного воздушно-топливного отношения AFhighref (соответствующего пороговой величине), и целевое воздушно-топливное отношение заменяется на богатое воздушно-топливное отношение.

[0014] Если целевое воздушно-топливное отношение заменяется на богатое воздушно-топливное отношение, величина впрыска топлива в двигателе внутреннего сгорания увеличивается, чтобы соответствовать измененному целевому воздушно-топливному отношению. Даже если величина впрыска топлива увеличивается таким образом, имеется некоторое расстояние от корпуса двигателя внутреннего сгорания до катализатора очистки выхлопных газов, таким образом, воздушно-топливное отношение в выхлопных газах, втекающих в катализатор очистки выхлопных газов, не меняется немедленно на богатое воздушно-топливное отношение. Возникает задержка. По этой причине, даже если целевое воздушно-топливное отношение заменяется в момент t₂ времени на богатое воздушно-топливное отношение, до момента t₃ времени воздушно-топливное отношение в выхлопных газах, втекающих в катализатор очистки выхлопных газов, остается бедным воздушно-топливным отношением. По этой причине в интервале от момента t₂ времени до момента t₃ времени количество запасенного кислорода в катализаторе очистки выхлопных газов достигает максимального количества Cmax запасенного кислорода или становится величиной, близкой к максимальному количеству Cmax запасенного кислорода и, в результате, кислород и NO_X вытекают из катализатора очистки выхлопных газов. После этого в момент t₃ времени воздушно-топливное отношение в выхлопных газах, втекающих в катализатор очистки выхлопных газов, становится богатым воздушно-топливным отношением, и воздушно-топливное отношение в выхлопных газах, вытекающих из катализатора очистки выхлопных газов, переходит в стехиометрическое воздушно-топливное отношение.

[0015] Таким образом, возникает задержка от момента замены целевого воздушно-топливного отношения с бедного воздушно-топливного отношения на богатое воздушно-топливное отношение до момента, когда воздушно-топливное отношение в выхлопных газах, втекающих в катализатор очистки выхлопных газов, становится богатым воздушно-топливным отношением. В результате в период времени от момента t₁ времени до момента t₄ времени NO_X прекращает вытекать из катализатора очистки выхлопных газов.

[0016] Задачей настоящего изобретения является создание системы управления двигателя внутреннего сгорания, снабженной катализатором очистки выхлопных газов, имеющим способность к накапливанию кислорода, которая предотвращает отток NO_X.

[0017] Система управления двигателя внутреннего сгорания настоящего изобретения является системой управления двигателя внутреннего сгорания, оснащенной катализатором очистки выхлопных газов, имеющим способность к накапливанию кислорода, в выхлопном канале двигателя, и содержит датчик воздушно-топливного отношения на впускной стороне, расположенный на впуске катализатора очистки выхлопных газов и определяющий воздушно-топливное отношение в выхлопных газах, втекающих в катализатор очистки выхлопных газов, а также датчик воздушно-топливного отношения на выпускной стороне, расположенный на выпуске катализатора очистки выхлопных газов и определяющий воздушно-топливное отношение в выхлопных газах, вытекающих из катализатора очистки выхлопных газов. Система управления выполняет управление на обеднение, чтобы периодически или постоянно делать воздушно-топливное отношение в выхлопных газах, втекающих в катализатор очистки выхлопных газов, бедным заданным воздушно-топливным отношением, которое беднее, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение, до тех пор, пока количество запасенного кислорода в катализаторе очистки выхлопных газов станет равно расчетному базовому количеству запасенного кислорода, которое является максимальным количеством запасенного кислорода или менее его, или станет больше его, и управление на обогащение, чтобы периодически или постоянно делать воздушно-топливное отношение в выхлопных газах, втекающих в катализатор очистки выхлопных газов, богатым заданным воздушно-топливным отношением, которое богаче, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение, пока выходной сигнал датчика воздушно-топливного отношения на выпускной стороне станет соответствовать богатому расчетному воздушно-топливному отношению, которое представляет собой воздушно-топливное отношение, которое богаче, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение, или станет соответствовать меньшему воздушно-топливному отношению, и выполняет управление для переключения управления на обогащение, когда количество запасенного кислорода становится расчетным базовым количеством запасенного кислорода или более в течение временного периода управления на обеднение и для переключения на управление на обеднение, когда выходной сигнал датчика воздушно-топливного отношения на выпускной стороне станет соответствующим богатому расчетному воздушно-топливному отношению или менее его в течение временного периода управления на обогащение. Система управления дополнительно выполняет управление для задания бедного заданного воздушно-топливного отношения при первом количестве всасываемого воздуха более богатым, чем бедное заданное воздушно-топливное отношение при втором количестве всасываемого воздуха, которое меньше, чем первое количество всасываемого воздуха, при сравнении бедного заданного воздушно-топливного отношения при первом количестве всасываемого воздуха с бедным заданным воздушно-топливным отношением при втором количестве всасываемого воздуха.

[0018] В этом изобретении может выполняться управление для задания бедного заданного воздушно-топливного отношения тем более богатым, чем больше возрастает количество всасываемого воздуха.

[0019] В этом изобретении область большого количества всасываемого воздуха может быть задана заранее, при этом в области большого количества всасываемого воздуха бедное заданное воздушно-топливное отношение может задается более богатым по мере возрастания количества всасываемого воздуха, а в области количества всасываемого воздуха, которое меньше, чем область большого количества всасываемого воздуха, бедное заданное воздушно-топливное отношение может поддерживаться постоянным.

Технический результат

[0020] В соответствии с настоящим изобретением представлена система управления двигателя внутреннего сгорания, которая предотвращает выходной поток NO_X.

Краткое описание чертежей

[0021] Фиг. 1 представляет собой схематическое изображение двигателя внутреннего сгорания в примере осуществления изобретения.

Фиг. 2А показывает взаимосвязь между количеством запасенного кислорода в катализаторе очистки выхлопных газов и концентрацией NO_X в выхлопных газах, вытекающих из катализатора очистки выхлопных газов.

Фиг. 2B показывает взаимосвязь между количеством запасенного кислорода в катализаторе очистки выхлопных газов и концентрацией несгоревшего газа в выхлопных газах, вытекающих из катализатора очистки выхлопных газов.

Фиг. 3 представляет собой схематический вид в разрезе датчика воздушно-топливного отношения.

Фиг. 4А представляет собой первое изображение, схематически показывающее работу датчика воздушно-топливного отношения.

Фиг. 4B представляет собой второе изображение, схематически показывающее работу датчика воздушно-топливного отношения.

Фиг. 4С представляет собой третье изображение, схематически показывающее работу датчика воздушно-топливного отношения.

Фиг. 5 показывает взаимосвязь между воздушно-топливным отношением в выхлопных газах и выходным током датчика воздушно-топливного отношения.

Фиг. 6 представляет пример конкретных контуров, образующих устройство подачи напряжения и устройство определения тока.

Фиг. 7 представляет собой временную диаграмму количества запасенного кислорода в катализаторе очистки выхлопных газов на впускной стороне и т.п. при первом нормальном рабочем управлении примера осуществления изобретения.

Фиг. 8 представляет собой временную диаграмму количества запасенного кислорода в выпускном катализаторе очистки выхлопных газов и т.п. при первом нормальном рабочем управлении примера осуществления изобретения.

Фиг. 9 представляет собой функциональную схему системы управления.

Фиг. 10 представляет собой блок-схему процедуры управления для вычисления величины коррекции воздушно-топливного отношения при первом нормальном рабочем управлении примера осуществления изобретения.

Фиг. 11 представляет собой временную диаграмму второго нормального рабочего управления примера осуществления изобретения.

Фиг. 12 представляет собой блок-схему процедуры управления для вычисления величины коррекции воздушно-топливного отношения при втором нормальном рабочем управлении примера осуществления изобретения.

Фиг. 13 представляет собой диаграмму, показывающую взаимосвязь между количеством всасываемого воздуха и бедной заданной величиной коррекции в примере осуществления изобретения.

Фиг. 14 представляет собой диаграмму, показывающую другую взаимосвязь между количеством всасываемого воздуха и бедной заданной величиной коррекции в примере осуществления изобретения.

Фиг. 15 представляет собой временную диаграмму третьего нормального рабочего управления примера осуществления изобретения.

Фиг. 16 представляет собой временную диаграмму управления в предшествующем уровне техники.

Описание примеров осуществления изобретения

[0022] Со ссылкой на фиг. 1 - фиг. 15 будет пояснен пример осуществления системы управления двигателя внутреннего сгорания. Двигатель внутреннего сгорания в примере осуществления оснащен корпусом двигателя, выдающего вращательное усилие, и системой обработки выхлопных газов, очищающей выхлопные газы, вытекающие из камеры сгорания.

[0023] Пояснение двигателя внутреннего сгорания в целом

Фиг. 1 представляет собой изображение, схематически показывающее двигатель внутреннего сгорания в примере осуществления изобретения. Двигатель внутреннего сгорания оснащен корпусом 1 двигателя. Корпус 1 двигателя содержит блок 2 цилиндров и головку 4 цилиндра, которая прикреплена к блоку 2 цилиндров. В блоке 2 цилиндров образованы цилиндрические отверстия. Внутри цилиндрических отверстий имеются осуществляющие возвратно-поступательное движение поршни 3. Камеры 5 сгорания образованы пространствами, ограниченными цилиндрическими отверстиями блока 2 цилиндров, поршнями 3 и головкой 4 цилиндра. Головка 4 цилиндра образована с впускными отверстиями 7 и выпускными отверстиями 9. Впускные клапаны 6 служат для открывания и закрывания впускных отверстий 7, тогда как выпускные клапаны 8 служат для открывания и закрывания служат для выпускных отверстий 9.

[0024] На поверхности внутренней стенки головки 4 цилиндра в центральной части каждой камеры 5 сгорания находится свеча 10 зажигания. На периферической части на поверхности внутренней стенки головки 4 цилиндра расположен топливный инжектор 11. Свеча 10 зажигания выполнена с возможностью генерирования искры в соответствии с сигналом зажигания. Кроме того, топливный инжектор 11 впрыскивает заданное количество топлива в каждую камеру 5 сгорания в соответствии с сигналом зажигания. Следует отметить, что топливный инжектор 11 может также быть приспособлен для впрыска топлива во впускное отверстие 7. Кроме того, в настоящем примере осуществления изобретения в качестве топлива используется бензин со стехиометрическим воздушно-топливным отношением 14,6. Однако двигатель внутреннего сгорания настоящего изобретения может также использовать другое топливо.

[0025] Впускное отверстие 7 каждого цилиндра соединено через соответствующую впускную ответвительную трубку 13 с расширительным баком 14, тогда как расширительный бак 14 соединен через впускную трубку 15 с очистителем воздуха 16. Впускные отверстия 7, впускные ответвительные трубки 13, расширительный бак 14 и впускная трубка 15 образуют «впускной тракт двигателя». Кроме того, внутри впускной трубки 15 дроссельный клапан 18 приводится в действие ведущим приводом 17 дроссельного клапана. Дроссельный клапан 18 может управляться ведущим приводом 17 дроссельного клапана, с помощью которого можно менять проходное сечение впускного тракта.

[0026] С другой стороны, выпускное отверстие 9 каждого цилиндра соединено с выпускным коллектором 19. Выпускной коллектор 19 имеет множество ответвительных трубок, которые соединены с выпускными отверстиями 9, и головную часть, к которой сходятся эти ответвительные трубки. Головная часть выпускного коллектора 19 соединена с впускным кожухом 21, в которой находится впускной катализатор 20 очистки выхлопных газов. Впускной кожух 21 соединен через выхлопную трубу 22 с выпускным кожухом 23, в котором находится выпускной катализатор 24 очистки выхлопных газов. Выпускные отверстия 9, выпускной коллектор 19, впускной кожух 21, выхлопная труба 22 и выпускной кожух 23 образуют «выхлопной канал двигателя».

[0027] Система управления двигателя внутреннего сгорания настоящего примера осуществления изобретения содержит электронный блок управления (ЭБУ) 31. Электронный блок 31 управления в настоящем примере осуществления состоит из цифрового компьютера и оснащен такими частями как ОЗУ (оперативное запоминающее устройство) 33, ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) 34, ЦПУ (микропроцессор) 35, входной порт 36 и выходной порт 37, соединенными друг с другом через двунаправленную шину 32.

[0028] Внутри впускной трубки 15 расположен воздушный расходомер 39 для определения скорости потока воздуха, текущего внутри впускной трубки 15. Выходной сигнал этого воздушного расходомера 39 подается через соответствующий АЦ преобразователь 38 на входной порт 36.

[0029] Кроме того, в головной части выпускного коллектора 19 расположен датчик 40 воздушно-топливного отношения на впускной стороне для определения воздушно-топливного отношения в выхлопных газах, текущих внутрь выпускного коллектора 19 (то есть, выхлопных газов, втекающих во впускной катализатор 20 очистки выхлопных газов). Кроме того, внутри выхлопной трубы 22 находится датчик 41 воздушно-топливного отношения на выпускной стороне для определения воздушно-топливного отношения в выхлопных газах, текущих внутри выхлопной трубы 22 (то есть, выхлопных газов, вытекающих из впускного катализатора 20 очистки выхлопных газов и втекающих в выпускной катализатор 18 очистки выхлопных газов). Выходные сигналы этих датчиков воздушно-топливного отношения также поступают через соответствующий АЦ преобразователь 38 на входной порт 36. Конфигурации этих датчиков воздушно-топливного отношения будут пояснены позже.

[0030] Кроме того, педаль 42 акселератора соединена с датчиком 43 нагрузки для генерирования выходного напряжения, пропорционального усилию нажатия на педаль 42 акселератора, при этом выходное напряжение датчика 43 нагрузки подается через соответствующий АЦ преобразователь 38 на входной порт 36. Датчик 44 угла поворота коленвала, например, генерирует выходной импульс каждый раз, когда коленвал поворачивается на 15 градусов. Этот выходной импульс подается на входной порт 36. ЦПУ 35 вычисляет обороты двигателя, исходя из выходных импульсов датчика 44 угла поворота коленвала. С другой стороны, выходной порт 37 соединен через соответствующую приводную цепь 45 со свечами 10 зажигания, топливными инжекторами 11 и ведущим приводом 17 дроссельного клапана.

[0031] Пояснение к катализатору очистки выхлопных газов

Система обработки выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания настоящего примера осуществления изобретения оснащена множеством катализаторов очистки выхлопных газов. Система обработки выхлопных газов настоящего примера осуществления изобретения включает в себя впускной катализатор 20 очистки выхлопных газов и выпускной катализатор 18 очистки выхлопных газов, расположенный по направлению потока от катализатора 20 очистки выхлопных газов. Впускной катализатор 20 очистки выхлопных газов и выпускной катализатор 18 очистки выхлопных газов имеют сходную конфигурацию. Ниже пояснен только впускной катализатор 20 очистки выхлопных газов, однако выпускной катализатор 18 очистки выхлопных газов также имеет сходную конфигурацию и функциональность.

[0032] Впускной катализатор 20 очистки выхлопных газов представляет собой трехкомпонентный катализатор, имеющий способность к накапливанию кислорода. Более конкретно, впускной катализатор 20 очистки выхлопных газов выполнен из носителя, изготовленного из керамики, на которую нанесен драгоценный металл, имеющий каталитическое действие (например, платина (Pt), палладий (Pd), и родий (Rh)), а также вещество, имеющее способность к накапливанию кислорода (например, оксид церия (CeO₂)). Впускной катализатор 20 очистки выхлопных газов проявляет каталитическое действие, одновременно удаляя несгоревший газ (НС, СО, и т.д.) и окислы азота (NO_X), а также способность к накапливанию кислорода, когда достигает заданной температуры активации.

[0033] В соответствии со способностью к накапливанию кислорода впускного катализатора 20 очистки выхлопных газов, впускной катализатор 20 очистки выхлопных газов накапливает кислород, содержащийся в выхлопных газах, когда воздушно-топливное отношение в выхлопных газах, втекающих во впускной катализатор 20 очистки выхлопных газов, беднее, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение (бедное воздушно-топливное отношение). С другой стороны, впускной катализатор 20 очистки выхлопных газов выпускает кислород, накопленный во впускном катализаторе 20 очистки выхлопных газов, когда воздушно-топливное отношение втекающих выхлопных газов богаче, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение (богатое воздушно-топливное отношение). Следует отметить, что «воздушно-топливное отношение в выхлопных газах» означает отношение массы топлива к массе воздуха, подаваемого до тех пор, пока образуются выхлопные газы. Как правило, это означает отношение массы топлива к массе воздуха, подаваемого во внутреннее пространство камеры 5 сгорания во время генерирования выхлопных газов. В этом описании воздушно-топливное отношение в выхлопных газах иногда именуется «выхлопным воздушно-топливным отношением». Далее будет пояснена взаимосвязь между количеством запасенного кислорода в катализаторе очистки выхлопных газов и способностью к очистке в настоящем примере осуществления изобретения.

[0034] На фиг. 2А и фиг. 2B показана взаимосвязь между количеством запасенного кислорода в катализаторе очистки выхлопных газов и концентрацией NOX и несгоревшего газа (НС, СО и т.д.) в выхлопных газах, вытекающих из катализатора очистки выхлопных газов. Фиг. 2А показывает взаимосвязь между количеством запасенного кислорода и концентрацией NO_X в выхлопных газах, вытекающих из катализатора очистки выхлопных газов, когда воздушно-топливное отношение в выхлопных газах, втекающих в катализатор очистки выхлопных газов, представляет собой бедное воздушно-топливное отношение. С другой стороны, на фиг. 2B показана взаимосвязь между количеством запасенного кислорода и концентрацией несгоревшего газа в выхлопных газах, вытекающих из катализатора очистки выхлопных газов, когда воздушно-топливное отношение в выхлопных газах, втекающих в катализатор очистки выхлопных газов, представляет собой богатое воздушно-топливное отношение.

[0035] Как понятно из фиг. 2А, когда количество запасенного кислорода в катализаторе очистки выхлопных газов мало, имеется дополнительный интервал до максимального количества запасенного кислорода. По этой причине, даже если воздушно-топливное отношение в выхлопных газах, втекающих в катализатор очистки выхлопных газов, представляет собой бедное воздушно-топливное отношение (то есть, эти выхлопные газы содержат NO_X и кислород), кислород в выхлопных газах накапливается в катализаторе очистки выхлопных газов. Вместе с этим, NO_X удаляется путем восстановления. В результате этого выхлопные газы, вытекающие из катализатора очистки выхлопных газов, не содержат много NO_X.

[0036] Однако, если количество запасенного кислорода в катализаторе очистки выхлопных газов становится больше, когда воздушно-топливное отношение в выхлопных газах, втекающих в катализатор очистки выхлопных газов, представляет собой бедное воздушно-топливное отношение, для катализатора очистки выхлопных газов становится труднее накапливать кислород в выхлопных газах. Вместе с этим также становится тяжелее удалять NO_X из выхлопных газов путем восстановления. По этой причине, как понятно из фиг. 2А, если количество запасенного кислорода становится выше верхнего предельного количества Cuplim запасенного кислорода около максимального количества Cmax запасенного кислорода, концентрация NO_X в выхлопных газах, вытекающих из катализатора очистки выхлопных газов, быстро возрастает.

[0037] С другой стороны, когда количество запасенного кислорода в катализаторе очистки выхлопных газов является большим, если воздушно-топливное отношение в выхлопных газах, втекающих в катализатор очистки выхлопных газов, представляет собой богатое воздушно-топливное отношение (то есть, эти выхлопные газы включают в себя НС, СО или другой несгоревший газ), кислород, накопленный в катализаторе очистки выхлопных газов, выпускается. По этой причине несгоревший газ в выхлопных газах, втекающих в катализатор очистки выхлопных газов, удаляется путем окисления. В результате этого, как понятно из фиг. 2B, выхлопные газы, вытекающие из катализатора очистки выхлопных газов, не содержат много несгоревшего газа.

[0038] Однако, если количество запасенного кислорода в катализаторе очистки выхлопных газов становится меньше и становится близким к 0, если воздушно-топливное отношение в выхлопных газах, втекающих в катализатор очистки выхлопных газов, является богатым воздушно-топливным отношением, количество кислорода, покидающего катализатор очистки выхлопных газов, становится меньше и вместе с этим также становится труднее удалить несгоревший газ в выхлопных газах путем окисления. По этой причине, как понятно из фиг. 2B, если количество запасенного кислорода становится меньше определенного нижнего предельного количества Clowlim запасенного кислорода, концентрация несгоревшего газа в выхлопных газах, вытекающих из катализатора очистки выхлопных газов, быстро возрастает.

[0039] Вышеупомянутым образом для катализаторов 20 и 24 очистки выхлопных газов, используемых в настоящем примере осуществления изобретения, характеристики удаления NO_X и несгоревшего газа в выхлопных газах меняются в соответствии с воздушно-топливным отношением выхлопных газов, текущих в катализаторы очистки 20 и 24 выхлопных газов, и их количествами запасенного кислорода. Следует отметить, что катализаторы 20 и 24 очистки выхлопных газов могут быть катализаторами, отличными от трехкомпонентных катализаторов, если они имеют каталитическое действие и способность к накапливанию кислорода.

[0040] Конструкция датчиков воздушно-топливного отношения

Далее со ссылкой на фиг. 3 будут пояснены конструкции впускного датчика 40 воздушно-топливного отношения и датчика 41 воздушно-топливного отношения на выпускной стороне в настоящем примере осуществления изобретения. Фиг. 3 представляет собой схематический вид в разрезе датчика воздушно-топливного отношения. Датчики воздушно-топливного отношения в настоящем примере осуществления изобретения представляют собой одноэлементные датчики воздушно-топливного отношения с одним элементом, образованным из слоя из твердого электролита и из пары электродов. Датчики воздушно-топливного отношения этим не ограничиваются. Можно применить другие типы датчиков, где выходной сигнал постоянно меняется в соответствии с воздушно-топливным отношением в выхлопных газах. Например, можно использовать двухэлементные датчики воздушно-топливного отношения.

[0041] Каждый датчик воздушно-топливного отношения в настоящем примере осуществления изобретения содержит слой 51 из твердого электролита, электрод (первый электрод) 52 со стороны выхлопных газов, расположенным на одной боковой поверхности слоя 51 из твердого электролита, электрод (второй электрод) 53 с атмосферной стороны, расположенный на другой боковой поверхности слоя 51 из твердого электролита, слой 54 регулирования диффузии, регулирующий диффузию выхлопных газов, проходящих через него, защитный слой 55, защищающий слой 54 регулирования диффузии, и нагревательный элемент 56 для нагревания датчика воздушно-топливного отношения.

[0042] Одна боковая поверхность слоя 51 из твердого электролита контактирует со слоем 54 регулирования диффузии, тогда как другая боковая поверхность слоя 54 регулирования диффузии, которая противоположна боковой поверхности слоя 54, контактирующей со слоем 51 из твердого электролита, контактирует с защитным слоем 55. В настоящем примере осуществления между слоем 51 из твердого электролита и слоем 54 регулирования диффузии образована дозировочная газовая камера 57. Газ для анализа датчиком воздушно-топливного отношения, то есть выхлопные газы, вводится через слой 54 регулирования диффузии в эту дозировочную газовую камеру 57. Кроме того, внутри дозировочной газовой камеры 57 находится электрод 52 со стороны выхлопных газов, поэтому электрод 52 со стороны выхлопных газов открыт воздействию выхлопных газов через слой 54 регулирования диффузии. Следует отметить, что наличие дозировочной газовой камеры 57 не обязательно. Система может также быть скомпонована таким образом, что слой 54 регулирования диффузии будет напрямую контактировать с поверхностью электрода 52 со стороны выхлопных газов.

[0043] На другой боковой поверхности слоя 51 из твердого электролита находится нагревательный элемент 56. Между слоем 51 из твердого электролита и нагревательным элементом 56 образована базовая газовая камера 58. Внутрь этой базовой газовой камеры 58 вводят базовый газ. В настоящем примере осуществления изобретения базовая газовая камера 58 открыта в атмосферу. Соответственно, внутрь базовой газовой камеры 58, входит атмосферный воздух в качестве базового газа. Электрод 53 с атмосферной стороны расположен внутри базовой газовой камеры 58. Поэтому электрод 53 с атмосферной стороны открыт воздействию базового газа (базовой атмосферы). В настоящем примере осуществления изобретения, поскольку атмосферный воздух используется в качестве базового газа, электрод 53 с атмосферной стороны открыт воздействию атмосферы.

[0044] Нагревательный элемент 56 оснащен множеством нагревателей 59. Эти нагреватели 59 могут быть использованы для управления температурой датчика воздушно-топливного отношения, в частности, температурой слоя 51 из твердого электролита. Нагревательный элемент 56 имеет достаточную теплогенерирующую способность для нагрева слоя 51 из твердого электролита до активации.

[0045] Слой 51 из твердого электролита образован из спеченой прессовки ZrO₂ (циркония), HfO₂, ThO₂, Bi₂O₃ или другого оксида с кислород-ионной проводимостью, при этом СаО, MgO, Y₂O₃, Yb₂O₃ или т.п. включен в качестве стабилизатора. Кроме того, слой 54 регулирования диффузии образован из пористого спеченного материала, оксида алюминия, оксида магния, оксида кремния, шпинели, муллита или другого термостойкого неорганического вещества. Кроме того, электрод 52 со стороны выхлопных газов и электрод 53 с атмосферной стороны образованы из платины или другого благородного металла с высокой каталитической активностью.

[0046] Кроме того, между электродом 52 со стороны выхлопных газов и электродом 53 с атмосферной стороны прикладывается подаваемое на датчик напряжение Vr с использованием устройства 60 приложения напряжения, установленного в электронном блоке 31 управления. Кроме того, электронный блок 31 управления содержит устройство 61 определения тока, которое определяет ток, текущий через слой 51 из твердого электролита между электродом 52 со стороны выхлопных газов и электродом 53 с атмосферной стороны, когда устройство 60 приложения напряжения выдает подаваемое на датчик напряжение Vr. Ток, определенный этим устройством 61 определения тока, представляет собой выходной ток датчика воздушно-топливного отношения.

[0047] Работа датчиков воздушно-топливного отношения

Далее со ссылкой на фиг. 4А - фиг. 4С будет пояснена базовая концепция работы сконфигурированных таким образом датчиков воздушно-топливного отношения. Фиг. 4А - фиг. 4С являются изображениями, схематически показывающими работу датчика воздушно-топливного отношения. Во время использования датчик воздушно-топливного отношения размещен таким образом, чтобы наружные периферийные поверхности защитного слоя 55 и слоя 54 регулирования диффузии были открыты воздействию выхлопных газов. Кроме того, в базовую газовую камеру 58 датчика воздушно-топливного отношения входит атмосферный воздух.

[0048] Как пояснено выше, слой 51 из твердого электролита образован спеченным веществом из кислород-ионопроводящего оксида. Поэтому он имеет свойство (свойство кислородного датчика) возникновения электродвижущей силы Е в результате движения ионов кислорода от стороны боковой поверхности с высокой концентрацией к стороне боковой поверхности с низкой концентрацией, если разница в концентрации кислорода возникает между двумя боковыми поверхностями слоя 51 из твердого электролита в состоянии, активируемом с помощью высокой температуры.

[0049] И наоборот, слой 51 из твердого электролита имеет свойство (способность перекачивать кислород) вызывать движение ионов кислорода таким образом, чтобы между двумя боковыми поверхностями слоя из твердого электролита возникало отношение концентраций кислорода в соответствии с разницей потенциалов, если разница потенциалов задана между двумя боковыми поверхностями. Более конкретно, когда задана разница потенциалов между двумя боковыми поверхностями, движение ионов кислорода вызывается таким образом, чтобы концентрация кислорода на боковой поверхности с положительной полярностью стала выше, чем концентрация кислорода на боковой поверхности с отрицательной полярностью, с коэффициентом, соответствующим разнице потенциалов. Кроме того, как показано на фиг. 3 и фиг. 4А - фиг. 4С на датчике воздушно-топливного отношения, постоянное подаваемое на датчик напряжение Vr подается между электродом 52 со стороны выхлопных газов и электродом 53 с атмосферной стороны таким образом, чтобы электрод 53 с атмосферной стороны приобретал положительную полярность, а электрод 52 со стороны выхлопных газов приобретал отрицательную полярность. Следует отметить, что в настоящем примере осуществления изобретения подаваемое на датчик напряжение Vr на датчике воздушно-топливного отношения становится этим напряжением.

[0050] Когда воздушно-топливное отношение в выхлопных газах вокруг датчика воздушно-топливного отношения беднее, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение, отношение концентрации кислорода между двумя боковыми поверхностями слоя 51 из твердого электролита не так велико. По этой причине, если задать подаваемое на датчик напряжение Vr равным нужной величине, фактическое отношение концентраций кислорода между двумя боковыми поверхностями слоя 51 из твердого электролита становится меньше, чем отношение концентраций кислорода, соответствующее подаваемому на датчик напряжению Vr. По этой причине, как показано на фиг. 4А, движение ионов кислорода возникает от электрода 52 со стороны выхлопных газов к электроду 53 с атмосферной стороны таким образом, чтобы отношение концентраций кислорода между двумя боковыми поверхностями слоя 51 из твердого электролита становилась больше отношения концентраций кислорода, соответствующего подаваемому на датчик напряжению Vr. В результате ток течет от положительного электрода устройства 60 приложения напряжения, выдающего подаваемое на датчик напряжение Vr, к отрицательному электроду через электрод 53 с атмосферной стороны, слой из твердого электролита 51 и электрод 52 со стороны выхлопных газов.

[0051] Сила тока (выходной ток) Ir, текущего в это время, пропорциональна количеству кислорода, текущему из выхлопной системы через слой 54 регулирования диффузии в дозировочную газовую камеру 57, если задать подаваемое на датчик напряжение Vr равным нужной величине. Поэтому, определяя силу этого тока Ir с помощью устройства 61 определения тока, можно определить концентрацию кислорода, и, в свою очередь, определить воздушно-топливное отношение в бедной области.

[0052] С другой стороны, когда воздушно-топливным отношением в выхлопных газах вокруг датчика воздушно-топливного отношения богаче, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение, несгоревший газ вытекает из внутренней части выхлопной системы через слой 54 регулирования диффузии во внутреннюю часть дозировочной газовой камеры 57, так, что даже если присутствует кислород на электроде 52 со стороны выхлопных газов, он вступает реакцию с удаляемым несгоревшим газом. По этой причине внутри дозировочной газовой камеры 57 концентрация кислорода становится чрезвычайно низкой. В результате отношение концентраций кислорода между двумя боковыми поверхностями слоя 51 из твердого электролита становится большим. По этой причине, если задать подаваемое на датчик напряжение Vr равным нужной величине, между двумя боковыми поверхностями слоя 51 из твердого электролита, фактическое отношение концентраций кислорода становится больше, чем отношение концентраций кислорода, соответствующее подаваемому на датчик напряжению Vr. По этой причине, как показано на фиг. 4b, происходит движение ионов кислорода от электрода 53 с атмосферной стороны к электроду 52 со стороны выхлопных газов так, чтобы отношение концентраций кислорода между двумя боковыми поверхностями слоя 51 из твердого электролита становилась меньше отношения концентраций кислорода, соответствующего подаваемому на датчик напряжению Vr. В результате ток течет от электрода 53 с атмосферной стороны через устройство 60 приложения напряжения, выдающего подаваемое на датчик напряжение Vr, на электрод 52 со стороны выхлопных газов.

[0053] Ток, текущий в это время, является выходным током Ir. Величина выходного тока определяется скоростью потока ионов кислорода, которые вынуждены двигаться внутри слоя 51 из твердого электролита от электрода 53 с атмосферной стороны к электроду 52 со стороны выхлопных газов, если задать подаваемое на датчик напряжение Vr равным нужной величине. На электроде 52 со стороны выхлопных газов ионы кислорода вступают в реакцию (горения) с несгоревшим газом, вытекающим от выхлопной системы через слой 54 регулирования диффузии в дозировочную газовую камеру 57 посредством диффузии. Соответственно скорость потока движения ионов кислорода соответствует концентрации несгоревшего газа в выхлопных газах, втекающих в дозировочную газовую камеру 57. Поэтому путем определения величины этого тока Ir с помощью устройства 61 определения тока можно определить концентрацию несгоревшего газа и, в свою очередь, можно определить воздушно-топливное отношение в богатой области.

[0054] Кроме того, когда воздушно-топливное отношение в выхлопных газах вокруг датчика воздушно-топливного отношения представляет собой стехиометрическое воздушно-топливное отношение, количества кислорода и несгоревшего газа, втекающих в дозировочную газовую камеру 57, достигают химически эквивалентного соотношения. По этой причине из-за каталитического действия электрода 52 со стороны выхлопных газов оба полностью сгорают, и не возникает колебаний концентраций кислорода и несгоревшего газа в дозировочной газовой камере 57. В результате этого, отношение концентраций кислорода между двумя боковыми поверхностями слоя 51 из твердого электролита не колеблется, а поддерживается равным отношению концентраций кислорода, соответствующему подаваемому на датчик напряжению Vr. По этой причине, как показано на фиг. 4С, не возникает движение ионов кислорода из-за свойства перекачивания кислорода, и, в результате, не вырабатывается ток, текущий через цепь.

[0055] Сконфигурированный таким образом датчик воздушно-топливного отношения имеет выходную характеристику, показанную на фиг. 5. То есть, в датчике воздушно-топливного отношения, чем больше воздушно-топливное отношение в выхлопных газах (то есть, чем беднее оно становится), тем больше выходной ток Ir датчика воздушно-топливного отношения. Кроме того, датчик воздушно-топливного отношения сконфигурирован таким образом, чтобы выходной ток Ir становился нулевым, когда воздушно-топливное отношение в выхлопных газах равно стехиометрическому воздушно-топливному отношению.

[0056] Цепи устройства подачи напряжения и устройства определения тока

Фиг. 6 показывает один пример конкретных цепей, образующих устройство 60 приложения напряжения и устройство 61 определения тока. В проиллюстрированном примере электродвижущая сила, возникающая из-за свойств кислородного датчика, обозначена как «Е», внутренне сопротивление слоя 51 из твердого электролита, обозначено как «Ri», и разница потенциалов между электродом 52 со стороны выхлопных газов и электродом 53 с атмосферной стороны обозначена как «Vs».

[0057] Как понятно из фиг. 6, устройство 60 приложения напряжения, по существу, выполняет управление с отрицательной обратной связью таким образом, чтобы электродвижущая сила Е, возникающая из-за характеристики датчика содержания кислорода, соответствовала подаваемому на датчик напряжению Vr. Другими словами, устройство 60 приложения напряжения выполняет управление с отрицательной обратной связью таким образом, чтобы разница Vs потенциалов становилась подаваемым на датчик напряжением Vr, даже если разница Vs потенциалов между электродом 52 со стороны выхлопных газов и электродом 53 с атмосферной стороны меняется из-за изменений отношения концентраций кислорода между двумя боковыми поверхностями слоя 51 из твердого электролита.

[0058] Поэтому если воздушно-топливное отношение в выхлопных газах становится стехиометрическим воздушно-топливным отношением, и не возникает изменений отношения концентраций кислорода между двумя боковыми поверхностями слоя 51 из твердого электролита, отношение концентраций кислорода между двумя боковыми поверхностями слоя 51 из твердого электролита становится отношением концентраций кислорода, соответствующим подаваемому на датчик напряжению Vr. В этом случае электродвижущая сила Е соответствует подаваемому на датчик напряжению Vr, и разница Vs потенциалов между электродом 52 со стороны выхлопных газов и электродом 53 с атмосферной стороны становится подаваемым на датчик напряжением Vr. В результате ток Ir не течет.

[0059] С другой стороны, если воздушно-топливным отношение в выхлопных газах становится воздушно-топливным отношением, отличным от стехиометрического воздушно-топливного отношения, и возникает изменение отношения концентраций кислорода между двумя боковыми поверхностями слоя 51 из твердого электролита, отношение концентраций кислорода между двумя боковыми поверхностями слоя 51 из твердого электролита не становится отношением концентраций кислорода, соответствующим подаваемому на датчик напряжению Vr. В этом случае электродвижущая сила Е становится величиной, отличной от подаваемого на датчик напряжения Vr. По этой причине, из-за управления с отрицательной обратной связью, создается разница Vs потенциалов между электродом 52 со стороны выхлопных газов и электродом 53 с атмосферной стороны с тем, чтобы заставить ионы кислорода двигаться между двумя боковыми поверхностями слоя 51 из твердого электролита таким образом, чтобы электродвижущая сила Е соответствовала подаваемому на датчик напряжению Vr. Кроме того, ток Ir течет вместе с движением ионов кислорода в это время. В результате этого, величина электродвижущей силы Е приближается к величине подаваемого на датчик напряжения Vr. Если электродвижущая сила Е приближается к величине подаваемого на датчик напряжения Vr, в конечном итоге, разница Vs потенциалов также приближается к величине подаваемого на датчик напряжения Vr.

[0060] Поэтому устройство 60 приложения напряжения, можно сказать, по существу создает подаваемое на датчик напряжение Vr между электродом 52 со стороны выхлопных газов и электродом 53 с атмосферной стороны. Следует отметить, что электрическая цепь устройства 60 приложения напряжения не обязательно должна быть такой, как показано на фиг. 6. Устройство может быть любого типа с условием быть способным, по существу, создавать подаваемое на датчик напряжение Vr между электродом 52 со стороны выхлопных газов и электродом 53 с атмосферной стороны.

[0061] Кроме того, устройство 61 определения тока фактически не определяет ток. Оно определяет напряжение Е₀ и вычисляет ток, исходя из этого напряжения Е₀. При этом Е₀ выражено следующей формулой (1).

[0062]

[0063] При этом V₀ является смещающим напряжением (напряжением, подаваемым таким образом, чтобы Е₀ не становится отрицательной величиной, например, 3 V), и R является величиной сопротивления, показанной на фиг. 6.

[0064] В формуле (1) подаваемое на датчик напряжение Vr, смещающее напряжение V₀ и величина R сопротивления являются постоянными, таким образом, напряжение Е₀ меняется в соответствии с током Ir. По этой причине, если определить напряжение Е₀, можно вычислить ток Ir, исходя из этого напряжения Е₀.

[0065] Поэтому устройство 61 определения тока, можно сказать, по существу, определяет ток Ir, текущий между электродом 52 со стороны выхлопных газов и электродом 53 с атмосферной стороны. Следует отметить, что электрическая цепь устройства 61 определения тока не обязательно должна быть такой, как показано на фиг. 6. Устройство может быть любого типа, с условием быть способным определять ток Ir, текущий между электродом 52 со стороны выхлопных газов и электродом 53 с атмосферной стороны.

[0066] Краткое изложение базового нормального рабочего управления

Далее будет пояснено краткое изложение управления воздушно-топливным отношением в системе управления двигателя внутреннего сгорания настоящего примера осуществления изобретения. Сначала будет пояснено нормальное рабочее управление для определения величины впрыска топлива таким образом, чтобы воздушно-топливное отношение газа соответствовало целевому воздушно-топливному отношению в двигателе внутреннего сгорания. Система управления двигателя внутреннего сгорания оснащена средством управления воздушно-топливным отношением во втекающих газах для регулирования воздушно-топливного отношения в выхлопных газах, втекающих в катализатор очистки выхлопных газов. Средство управления воздушно-топливным отношением во втекающих газах настоящего примера осуществления изобретения регулирует количество топлива, подаваемое в камеру сгорания для соответствующего регулирования воздушно-топливного отношения в выхлопных газах, втекающих в катализатор очистки выхлопных газов. Средство управления воздушно-топливным отношением во втекающих газах этим не ограничивается. Можно использовать любое устройство, способное регулировать воздушно-топливное отношение в выхлопных газах, втекающих в катализатор очистки выхлопных газов. Например, средство управления воздушно-топливным отношением во втекающих газах может содержать устройство EGR (рециркуляции выхлопных газов) для рециркуляции выхлопных газов во впускной канал двигателя и быть приспособленным для регулировки количества рециркулирующего газа.

[0067] Двигатель внутреннего сгорания настоящего примера осуществления изобретения использует выходной ток Irup датчика 40 воздушно-топливного отношения на впускной стороне в качестве основы для управления с обратной связью таким образом, чтобы выходной ток Imp датчика 40 воздушно-топливного отношения на впускной стороне (то есть воздушно-топливное отношение в выхлопных газах, втекающих в катализатор очистки выхлопных газов) стал величиной, соответствующей целевому воздушно-топливному отношению.

[0068] Целевое воздушно-топливное отношение задается на основе выходного тока датчика 41 воздушно-топливного отношения на выпускной стороне. Более конкретно, когда выходной ток Irdwn датчика 41 воздушно-топливного отношения на выпускной стороне становится богатой расчетной базовой величиной Iref или менее, целевое воздушно-топливное отношение делается бедным заданным воздушно-топливным отношением и поддерживается равным этому воздушно-топливному отношению. Здесь в качестве богатой расчетной базовой величины Iref можно использовать величину, соответствующую заранее заданному богатому расчетному воздушно-топливному отношению (например, 14,55), которая несколько богаче, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение. Кроме того, бедное заданное воздушно-топливное отношение представляет собой заранее заданное воздушно-топливное отношение, которое в некоторой степени беднее, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение, например, находится в интервале 14,65÷20, предпочтительно 14,65÷18, более предпочтительно 14,65÷16 или около того.

[0069] Система управления двигателя внутреннего сгорания настоящего примера осуществления изобретения оснащена средством получения количества запасенного кислорода для получения количества запасенного кислорода в катализаторе очистки выхлопных газов. Когда целевое воздушно-топливное отношение представляет собой бедное расчетное воздушно-топливное отношение, оценивается количество OSAsc запасенного кислорода во впускном катализаторе 20 очистки выхлопных газов. Кроме того, в настоящем примере осуществления изобретения количество OSAsc запасенного кислорода во впускном катализаторе 20 очистки выхлопных газов оценивается, даже когда целевое воздушно-топливное отношение представляет собой богатое заданное воздушно-топливное отношение. Количество OSAsc запасенного кислорода оценивается на основе выходного тока Irup датчика 40 воздушно-топливного отношения на впускной стороне, оценочного значения количества воздуха, всасываемого в камеру 5 сгорания, вычисленного на основе показаний воздушного расходомера 39 и т.д., величины впрыска топлива из топливного инжектора 11 и т.д. Кроме того, в течение временного периода, когда управление выполняется таким образом, чтобы целевое воздушно-топливное отношение было установлено равным бедному заданному воздушно-топливному отношению, если оценочное значение количества OSAsc запасенного кислорода становится заранее заданным расчетным базовым количеством Cref запасенного кислорода или более, целевое воздушно-топливное отношение, которое было бедным заданным воздушно-топливным отношением до того момента, когда оно делается богатым заданным воздушно-топливным отношением и поддерживается равным этому воздушно-топливному отношению. В настоящем примере осуществления изобретения применяется слабо богатое заданное воздушно-топливное отношение. Слабо богатое заданное воздушно-топливное отношение несколько богаче, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение, например, оно находится в интервале 13,5÷14,58, предпочтительно 14÷14,57, более предпочтительно 14,3÷14,55 или около того. После этого, когда выходной ток Irdwn датчика 41 воздушно-топливного отношения на выпускной стороне снова становится богатой расчетной базовой величиной Iref или менее, целевое воздушно-топливное отношение снова делается бедным заданным воздушно-топливным отношением и после этого повторяется аналогичное действие.

[0070] Таким образом, в настоящем примере осуществления изобретения целевое воздушно-топливное отношение в выхлопных газах, втекающих во впускной катализатор 20 очистки выхлопных газов, поочередно задается равным бедному заданному воздушно-топливному отношению и слабо богатому заданному воздушно-топливному отношению. В частности, в настоящем примере осуществления изобретения отличие бедного заданного воздушно-топливного отношения от стехиометрического воздушно-топливного отношения больше, чем отличие слабо богатого заданного воздушно-топливного отношения от стехиометрического воздушно-топливного отношения. Поэтому в настоящем примере осуществления изобретения целевое воздушно-топливное отношение поочередно устанавливается равным бедному заданному воздушно-топливному отношению на короткий период времени и равным слабо богатому заданному воздушно-топливному отношению на длинный период времени.

[0071] Следует отметить, что отличие бедного заданного воздушно-топливного отношения от стехиометрического воздушно-топливного отношения может быть, по существу, таким же, что и отличие богатого заданного воздушно-топливного отношения от стехиометрического воздушно-топливного отношения. То есть, величина отклонения богатого заданного воздушно-топливного отношения и величина отклонения бедного заданного воздушно-топливного отношения могут стать, по существу, равными. В таком случае период бедного заданного воздушно-топливного отношения и период богатого заданного воздушно-топливного отношения имеют, по существу, одинаковую величину.

[0072] Пояснение управления с использованием временной диаграммы

Поясненная выше операция будет более конкретно объяснена со ссылкой на фиг. 7. Фиг. 7 представляет собой временную диаграмму параметров в случае выполнения управления воздушно-топливным отношением в системе управления двигателя внутреннего сгорания настоящего изобретения, таких как количество OSAsc запасенного кислорода во впускном катализаторе 20 очистки выхлопных газов, выходной ток Irdwn датчика 41 воздушно-топливного отношения на выпускной стороне, величина AFC коррекции воздушно-топливного отношения, выходной ток Irup датчика 40 воздушно-топливного отношения на впускной стороне и концентрация NO_X в выхлопных газах, вытекающих из впуского катализатора 20 очистки выхлопных газов.

[0073] Следует отметить, что выходной ток Irup датчика 40 воздушно-топливного отношения на впускной стороне становится равным нулю, когда воздушно-топливное отношение в выхлопных газах, втекающих во впускной катализатор 20 очистки выхлопных газов, представляет собой стехиометрическое воздушно-топливное отношение, становится отрицательной величиной, когда воздушно-топливное отношение в выхлопных газах представляет собой богатое воздушно-топливное отношение, и становится положительной величиной, когда воздушно-топливное отношение в выхлопных газах представляет собой бедное воздушно-топливное отношение. Кроме того, когда воздушно-топливное отношение в выхлопных газах, втекающих во впускной катализатор 20 очистки выхлопных газов, представляет собой богатое воздушно-топливное отношение или бедное воздушно-топливное отношение, чем больше отклонение от стехиометрического воздушно-топливного отношения, тем больше абсолютная величина выходного тока Irup датчика 40 воздушно-топливного отношения на впускной стороне. Выходной ток Irdwn датчика 4.1 воздушно-топливного отношения на выпускной стороне меняется в соответствии с воздушно-топливным отношением в выхлопных газах, вытекающих из впускного катализатора 20 очистки выхлопных газов, таким же образом, что и выходной ток Irup датчика 40 воздушно-топливного отношения на впускной стороне. Кроме того, величина AFC коррекции воздушно-топливного отношения является величиной коррекции, относящейся к целевому воздушно-топливному отношению в выхлопных газах, втекающих во впускной катализатор 20 очистки выхлопных газов. Когда величина AFC коррекции воздушно-топливного отношения равна 0, целевое воздушно-топливное отношение становится стехиометрическим воздушно-топливным отношением, когда величина AFC коррекции воздушно-топливного отношения представляет собой положительную величину, целевое воздушно-топливное отношение становится бедным воздушно-топливным отношением, и когда величина AFC коррекции воздушно-топливного отношения представляет собой отрицательную величину, целевое воздушно-топливное отношение становится богатым воздушно-топливным отношением.

[0074] В проиллюстрированном примере в состоянии до момента t₁ времени величина AFC коррекции воздушно-топливного отношения делается слабо богатой заданной величиной AFC_rich коррекции. Слабо богатая заданная величина AFC_rich коррекции представляет собой величину, соответствующую слабо богатому заданному воздушно-топливному отношению, и составляет величину меньше 0. Поэтому целевое воздушно-топливное отношение делается богатым воздушно-топливным отношением. Вместе с этим, выходной ток Irup датчика 40 воздушно-топливного отношения на впускной стороне становится отрицательной величиной. Если выхлопные газы, втекающие во впускной катализатор 20 очистки выхлопных газов, начинают содержать несгоревший газ, количество OSAsc запасенного кислорода во впускном катализаторе 20 очистки выхлопных газов постепенно уменьшается. Однако несгоревший газ, содержащийся в выхлопных газах, удаляется во впускном катализаторе 20 очистки выхлопных газов, таким образом, выходной ток Irdwn датчика воздушно-топливного отношения на выпускной стороне становится, по существу, нулем (соответствует стехиометрическому воздушно-топливному отношению). В это время воздушно-топливное отношение в выхлопных газах, втекающих во впускной катализатор 20 очистки выхлопных газов, становится богатым воздушно-топливным отношением, таким образом, количество выпуска NO_X впускного катализатора 20 очистки выхлопных газов снижается.

[0075] Если количество OSAsc запасенного кислорода во впускном катализаторе 20 очистки выхлопных газов постепенно уменьшается, количество OSAsc запасенного кислорода уменьшается ниже нижнего предельного количества запасенного кислорода (см. Clowlim на фиг. 2B) в момент t₁ времени. Если количество OSAsc запасенного кислорода уменьшается от нижнего предельного количества запасенного кислорода, часть несгоревшего газа, втекающего во впускной катализатор 20 очистки выхлопных газов, вытекает без удаления впускным катализатором 20 очистки выхлопных газов. По этой причине в момент t₁ времени и далее вместе с уменьшением количества OSAsc запасенного кислорода во впускном катализаторе 20 очистки выхлопных газов, выходной ток Irdwn датчика 41 воздушно-топливного отношения на выпускной стороне постепенно уменьшается. Также в это время воздушно-топливное отношение в выхлопных газах, втекающих во впускной катализатор 20 очистки выхлопных газов, становится богатым воздушно-топливным отношением, таким образом, количество выпуска NO_X впускного катализатора 20 очистки выхлопных газов снижается.

[0076] После этого в момент t₂ времени выходной ток Irdwn датчика 41 воздушно-топливного отношения на выпускной стороне достигает богатой расчетной базовой величины Iref, соответствующей богатому оценочному воздушно-топливному отношению. В настоящем примере осуществления изобретения, если выходной ток Irdwn датчика 41 воздушно-топливного отношения на выпускной стороне становится равным богатой расчетной базовой величине Iref, уменьшение количества OSAsc запасенного кислорода во впускном катализаторе 20 очистки выхлопных газов сдерживается величиной AFC коррекции воздушно-топливного отношения, заменяемой на бедную заданную величину AFClean коррекции. Бедная заданная величина AFClean коррекции представляет собой величину, соответствующую бедному заданному воздушно-топливному отношению, и представляет собой величину больше 0. Поэтому целевое воздушно-топливное отношение делается бедным воздушно-топливным отношением.

[0077] Следует отметить, что в настоящем примере осуществления изобретения величина AFC коррекции воздушно-топливного отношения заменяется после того, как выходной ток Irdwn датчика 41 воздушно-топливного отношения на выпускной стороне достигает богатой расчетной базовой величины Iref, то есть после того, как воздушно-топливное отношение в выхлопных газах, вытекающих из впускного катализатора 20 очистки выхлопных газов, достигает богатого расчетного воздушно-топливного отношения. Это происходит потому, что даже если количество запасенного кислорода во впускном катализаторе 20 очистки выхлопных газов является достаточным, иногда воздушно-топливное отношение в выхлопных газах, вытекающих из впускного катализатора 20 очистки выхлопных газов, прекращает отклоняться от стехиометрического воздушно-топливного отношения в очень малой степени. То есть, если прекратить полагать, что количество запасенного кислорода уменьшилось ниже нижнего предельного количество запасенного кислорода, даже если выходной ток Irdwn слегка отклоняется от нуля (соответствуя стехиометрическому воздушно-топливному отношению), имеется вероятность, что будет расчитано, что количество запасенного кислорода уменьшилось ниже нижнего предельного количества запасенного кислорода, даже если на самом деле имеется достаточное количество запасенного кислорода. Поэтому в настоящем примере осуществления изобретения полагается, что количество запасенного кислорода уменьшилось ниже нижнего предельного количества запасенного кислорода только после того, как воздушно-топливное отношение в выхлопных газах, вытекающих из впускного катализатора 20 очистки выхлопных газов, достигает богатого расчетного воздушно-топливного отношения. Иначе говоря, богатое расчетное воздушно-топливное отношение делается равным воздушно-топливному отношению, которое не достигает воздушно-топливного отношения в выхлопных газах, вытекающих из впускного катализатора 20 очистки выхлопных газов, когда количество запасенного кислорода во впускном катализаторе 20 очистки выхлопных газов является достаточной.

[0078] Даже если в момент t₂ времени при замене целевого воздушно-топливного отношения на бедное воздушно-топливное отношение, воздушно-топливное отношение в выхлопных газах, втекающих во впускной катализатор 20 очистки выхлопных газов, не становится немедленно бедным воздушно-топливным отношением, и возникает некоторая величина задержки. В результате воздушно-топливное отношение в выхлопных газах, втекающих во впускной катализатор 20 очистки выхлопных газов, меняется от богатого воздушно-топливное отношения к бедному воздушно-топливному отношению в момент t₃ времени. Следует отметить, что в период от момента t₂ времени до момента t₃ времени воздушно-топливное отношение в выхлопных газах, вытекающих из впускного катализатора 20 очистки выхлопных газов, становится богатым воздушно-топливным отношением, таким образом, эти выхлопные газы начинают содержать несгоревший газ. Однако количество выпуска NO_X впускного катализатора 20 очистки выхлопных газов сокращается.

[0079] Если в момент t₃ времени воздушно-топливное отношение в выхлопных газах, втекающих во впускной катализатор 20 очистки выхлопных газов, меняется на бедное воздушно-топливное отношение, количество OSAsc запасенного кислорода впускного катализатора 20 очистки выхлопных газов увеличивается. Кроме того, вместе с этим воздушно-топливное отношение в выхлопных газах, вытекающих из впускного катализатора 20 очистки выхлопных газов, меняется на стехиометрическое воздушно-топливное отношение, и выходной ток Irdwn датчика 41 воздушно-топливного отношения на выпускной стороне также стремится к нулю. В это время воздушно-топливное отношение в выхлопных газах, втекающих во впускной катализатор 20 очистки выхлопных газов, становится бедным воздушно-топливным отношением, таким образом, имеется достаточный дополнительный запас в способности к накапливанию кислорода впускным катализатором 20 очистки выхлопных газов, так что кислород втекающих выхлопных газов накапливается во впускном катализаторе 20 очистки выхлопных газов, и NO_X удаляется путем восстановления. По этой причине, количество выпуска NO_X впускного катализатора 20 очистки выхлопных газов сдерживается.

[0080] После этого, если количество OSAsc запасенного кислорода во впускном катализаторе 20 очистки выхлопных газов увеличивается, в момент t₄ времени количество OSAsc запасенного кислорода достигает расчетного базового количества Cref запасенного кислорода. В настоящем примере осуществления изобретения, если количество OSAsc запасенного кислорода становится расчетным базовым количеством Cref запасенного кислорода, накапливание кислорода во впускном катализаторе 20 очистки выхлопных газов останавливается путем замены величины AFC коррекции воздушно-топливного отношения на слабо богатую заданную величину AFCrich коррекции (величина меньше нуля). Поэтому целевое воздушно-топливное отношение делается богатым воздушно-топливным отношением.

[0081] Однако, как пояснено выше, задержка возникает от момента замены целевого воздушно-топливного отношения до того момента, когда фактически меняется воздушно-топливное отношение в выхлопных газах, втекающих во впускной катализатор 20 очистки выхлопных газов. По этой причине, даже если замена происходит в момент t₄ времени, воздушно-топливное отношение в выхлопных газах, втекающих во впускной катализатор 20 очистки выхлопных газов, меняется из бедного воздушно-топливного отношения в богатое воздушно-топливное отношение в момент t₅ времени после истечения некоторого промежутка времени. В период от момента t₄ времени до момента t₅ времени воздушно-топливное отношение в выхлопных газах, втекающих во впускной катализатор 20 очистки выхлопных газов, представляет собой бедное воздушно-топливное отношение, таким образом, количество OSAsc запасенного кислорода во впускном катализаторе 20 очистки выхлопных газов увеличивается.

[0082] Однако, расчетное базовое количество Cref запасенного кислорода устанавливают значительно ниже, чем максимальное количество Cmax запасенного кислорода и верхнее предельное количество запасенного кислорода (см. Cuplim с фиг. 2А), так что даже в момент t₅ времени количество OSAsc запасенного кислорода не достигает максимального количества Cmax запасенного кислорода или верхнего предельного количества запасенного кислорода. Иначе говоря, расчетное базовое количество Cref запасенного кислорода делается существенно меньшей величиной, так что даже если задержка возникает от момента замены целевого воздушно-топливного отношения до момента, когда фактически меняется воздушно-топливное отношение в выхлопных газах, втекающих во впускной катализатор 20 очистки выхлопных газов, количество OSAsc запасенного кислорода не достигает максимального количества Cmax запасенного кислорода или верхнего предельного количества запасенного кислорода. Например, расчетное базовое количество Cref запаенного кислорода делается 3/4 или менее от максимального количества Cmax запасенного кислорода, предпочтительно 1/2 или менее, более предпочтительно 1/5 или менее. Поэтому в период от момента t₄ времени до момента t₅ времени сдерживается количество выпуска NO_X из впускного катализатора 20 очистки выхлопных газов.

[0083] В момент t₅ времени и далее величина AFC коррекции воздушно-топливного отношения становится слабо богатой заданной величиной AFCrich коррекции. Поэтому целевое воздушно-топливное отношение становится богатым воздушно-топливным отношением. Вместе с этим, выходной ток Irup датчика 40 воздушно-топливного отношения на впускной стороне становится отрицательной величиной. Выхлопные газы, втекающие во впускной катализатор 20 очистки выхлопных газов, начинают содержать несгоревший газ, таким образом, количество OSAsc запасенного кислорода во впускном катализаторе 20 очистки выхлопных газов постепенно уменьшается и в момент t₆ времени, аналогично моменту t₁ времени, количество OSAsc запасенного кислорода уменьшается ниже нижнего предельного количества запасенного кислорода. Также в это время воздушно-топливное отношение в выхлопных газах, втекающих во впускной катализатор 20 очистки выхлопных газов, является богатым воздушно-топливным отношением, таким образом, сдерживается количество выпуска NO_X впускного катализатора 20 очистки выхлопных газов.

[0084] Далее, в момент t₇ времени, аналогично моменту t₂ времени, выходной ток Irdwn датчика 41 воздушно-топливного отношения на выпускной стороне достигает богатой расчетной базовой величины Iref, соответствующей богатому расчетному воздушно-топливному отношению. Из-за этого величина AFC коррекции воздушно-топливного отношения заменяется на бедную заданную величину AFClean коррекции, соответствующую бедному установочному воздушно-топливному отношению. После этого цикл из вышеупомянутых моментов t₁-t₆ времени повторяется.

[0085] Следует отметить, что такое управление величиной AFC коррекции воздушно-топливного отношения выполняется электронным блоком 31 управления. Поэтому электронный блок 31 управления, можно сказать, оснащен средством увеличения количества запасенного кислорода, чтобы постоянно делать целевое воздушно-топливное отношение в выхлопных газах, втекающих во впускной катализатор 20 очистки выхлопных газов, бедным заданным воздушно-топливным отношением, когда воздушно-топливное отношение в выхлопных газах, определенное датчиком 41 воздушно-топливного отношения на выпускной стороне, становится богатым расчетным воздушно-топливным отношением или менее, до тех пор, когда количество OSAsc запасенного кислорода во впускного катализаторе 20 очистки выхлопных газов станет расчетным базовым количеством Cref запасенного кислорода, а также средством уменьшения количества запасенного кислорода, чтобы постоянно делать целевое воздушно-топливное отношение слабо богатым заданным воздушно-топливным отношением, когда количество OSAsc запасенного кислорода во впускном катализаторе 20 очистки выхлопных газов станет расчетным базовым количеством Cref запасенного кислорода или более таким образом, чтобы количество OSAsc запасенного кислорода уменьшалась по направлению к нулю, не достигая максимального количества Cmax запасенного кислорода.

[0086] Как понятно из вышеприведенного пояснения, в соответствии с настоящим примером существления изобретения можно постоянно не допускать повышения выпуска NO_X из впускного катализатора 20 очистки выхлопных газов. То есть при выполнении вышеописанного управления в принципе можно уменьшать количество выпускаемого NO_X из впускного катализатора 20 очистки выхлопных газов.

[0087] Кроме того, в целом, когда выходной ток Irup впускного датчика 40 воздушно-топливного отношения и оценочное значение количества всасываемого воздуха и т.д. используются в качестве основы для оценки количества OSAsc запасенного кислорода, может возникнуть ошибка. Также в настоящем примере осуществления изобретения количество OSAsc запасенного кислорода оценивается в период с момента t₃ времени до момента t₄ времени, таким образом, оценочное значение количества OSAsc запасенного кислорода включает в себя некоторую ошибку. Однако даже при наличии такой ошибки, если задать расчетное базовое количество Cref запасенного кислорода существенно ниже, чем максимальное количество Cmax запасенного кислорода или верхнее предельное количество запасенного кислорода, фактическое количество OSAsc запасенного кислорода почти никогда не достигает максимального количества Cmax запасенного кислорода или верхнего предельного количества запасенного кислорода. Поэтому также с этой точки зрения можно сдерживать рост количества NO_X, выпускаемого впускным катализатором 20 очистки выхлопных газов.

[0088] Кроме того, если количество запасенного кислорода в катализаторе очистки выхлопных газов поддерживается постоянным, способность к накапливанию кислорода катализатора очистки выхлопных газов будет падать. В противоположность этому в соответствии с настоящим примером осуществления изобретения количество OSAsc запасенного кислорода постоянно колеблется вверх и вниз, таким образом, предотвращается падение способности к накапливанию кислорода.

[0089] Следует отметить, что в вышеописанном примере осуществления изобретения в период от момента t₂ времени до момента t₄ времени величина AFC коррекции воздушно-топливного отношения поддерживается равной бедной заданной величине AFClean коррекции. Однако в этот временной период величина AFC коррекции воздушно-топливного отношения не обязательно должна поддерживаться постоянной. Она может также быть задана таким образом, чтобы колебаться так, чтобы постепенно уменьшаться. Аналогичным образом, в период от момента t₄ времени до момента t₇ времени величина AFC коррекции воздушно-топливного отношения поддерживается равной слабо богатой заданной величине AFCrich коррекции. Однако в этот временной период величина AFC коррекции воздушно-топливного отношения не обязательно должна поддерживаться постоянной. Она может также быть задана таким образом, чтобы колебаться так, чтобы постепенно уменьшаться.

[0090] Однако также и в этом случае величина AFC коррекции воздушно-топливного отношения в период от момента t₂ времени до момента t₄ времени может быть задана таким образом, чтобы разница между средней величиной целевого воздушно-топливного отношения в этот временной период и стехиометрическим воздушно-топливным отношением становилась больше, чем разница между средней величиной целевого воздушно-топливного отношения в период от момента t₄ времени до момента t₇ времени и стехиометрическим воздушно-топливным отношением.

[0091] Кроме того, в вышеописанном примере осуществления изобретения выходной ток Irup датчика 40 воздушно-топливного отношения на впускной стороне и оценочное значение количества воздуха, всасываемого в камеру 5 сгорания и т.д. используются в качестве основы для оценки количества OSAsc запасенного кислорода во впускном катализаторе 20 очистки выхлопных газов. Однако количество OSAsc запасенного кислорода может также быть вычислено на основе других параметров, кроме этих параметров. Параметры, отличные от этих параметров, могут также использоваться в качестве основы для оценки. Кроме того, в вышеописанном примере осуществления изобретения, если оценочное значение количества OSAsc запасенного кислорода становится расчетным базовым количеством Cref запасенного кислорода или более, целевое воздушно-топливное отношение заменяется с бедного заданного воздушно-топливного отношения на слабо богатое заданное воздушно-топливное отношение. Однако выбор момента времени для замены целевого воздушно-топливного отношения с бедного заданного воздушно-топливного отношения на слабо богатое заданное воздушно-топливное отношение может, например, также производиться на основе времени работы двигателя от момента замены целевого воздушно-топливного отношения с слабо богатого заданного воздушно-топливного отношения на бедное заданное воздушно-топливное отношение или другого параметра. Однако также и в этом случае целевое воздушно-топливное отношение должно заменяться с бедного заданного воздушно-топливного отношения на слабо богатое заданное воздушно-топливное отношение, пока количество OSAsc запасенного кислорода во впускном катализаторе 20 очистки выхлопных газов оценивается как величина, которая меньше, чем максимальное количество запасенного кислорода.

[0092] Пояснение управления с использованием выпускного катализатора

Кроме того, в настоящем примере осуществления изобретения в дополнение к впускному катализатору 20 очистки выхлопных газов предусмотрен выпускной катализатор 18 очистки выхлопных газов. Количество OSAufc запасенного кислорода в выпускном катализаторе 18 очистки выхлопных газов делается величиной, близкой к максимальному количеству Cmax запасенного кислорода с помощью управления отсечкой топлива (F/C), выполняемого в каждый определенный временной период. По этой причине, даже если выхлопные газы, содержащие несгоревший газ, вытекают из впускного катализатора 20 очистки выхлопных газов, несгоревший газ удаляется путем окисления в выпускном катализаторе 24 очистки выхлопных газов.

[0093] При этом «управление отсечкой топлива» представляет собой управление по остановке впрыска топлива из топливного инжектора 11 во время замедления установленного на транспортном средстве двигателя внутреннего сгорания и т.д. даже в состоянии, когда коленвал и поршень 3 движутся. При выполнении этого управления большое количество воздуха течет в катализатор 20 очистки выхлопных газов и катализатор 24 очистки выхлопных газов.

[0094] Ниже со ссылкой на фиг. 8 будет пояснен характер изменения количства OSAufc запасенного кислорода в выпускном катализаторе 24 очистки выхлопных газов. Фиг. 8 представляет собой диаграмму, сходную с фиг. 7. Вместо концентрации NO_X на фиг. 7 она показывает характер изменения количества OSAufc запасенного кислорода в выпускном катализаторе 18 очистки выхлопных газов и концентрацию несгоревшего газа в выхлопных газах (НС, СО, и т.д.), вытекающих из выпускного катализатора 18 очистки выхлопных газов. Кроме того, в примере, показанном на фиг. 8, выполняется такое же управление, что и в примере, показанном на фиг. 7.

[0095] В примере, показанном на фиг. 8, до момента t₁ времени выполняется управление отсечкой топлива. По этой причине до момента t₁ времени количество OSAufc запасенного кислорода в выпускном катализаторе 18 очистки выхлопных газов становится величиной, близкой к максимальному количеству Cmax запасенного кислорода. Кроме того, до момента t₁ времени воздушно-топливное отношение в выхлопных газах, вытекающих из впускного катализатора 20 очистки выхлопных газов, поддерживается, по существу, равным стехиометрическому воздушно-топливному отношению. По этой причине количество OSAufc запасенного кислорода выпускного катализатора 18 очистки выхлопных газов поддерживается постоянной.

[0096] После этого в период от момента t₁ времени до момента t₄ времени воздушно-топливное отношение в выхлопных газах, вытекающих из впускного катализатора 20 очистки выхлопных газов, становится богатым воздушно-топливным отношением. По этой причине выхлопные газы, содержащие несгоревший газ, текут в выпускной катализатор 18 очистки выхлопных газов.

[0097] Как пояснено выше, выпускной катализатор 18 очистки выхлопных газов хранит большое количества кислорода, таким образом, если выхлопные газы, втекающие в выпускной катализатор 18 очистки выхлопных газов, содержат несгоревший газ, накопленный кислород обеспечивает удаление несгоревшего газа путем окисления. Кроме того, вместе с этим количество OSAufc запасенного кислорода в выпускном катализаторе 18 очистки выхлопных газов будет уменьшаться. Однако в период с момента t₁ времени до момента t₄ времени несгоревший газ, вытекающий из впускного катализатора 20 очистки выхлопных газов, не становится таким большим, таким образом, степень уменьшения количества OSAufc запасенного кислорода в течение этого периода является небольшой. По этой причине в период с момента t₁ времени до момента t₄ времени несгоревший газ, вытекающий из впускного катализатора 20 очистки выхлопных газов, удаляется путем восстановления выпускным катализатором 24 очистки выхлопных газов.

[0098] Также в момент t₆ времени, в каждый определенный временной интервал, аналогичным образом, что и в случае с период с момента t₁ времени до момента t₄ времени, несгоревший газ вытекает из впускного катализатора 20 очистки выхлопных газов. Вытекающий таким образом несгоревший газ в основном удаляется путем восстановления с помощью кислорода, накопленного в выпускном катализаторе 18 очистки выхлопных газов. Поэтому почти нет несгоревшего газа, вытекающего из выпускного катализатора 18 очистки выхлопных газов. Как пояснено выше, если учитывать тот факт, что количество NO_X, выпускаемого впускным катализатором 20 очистки выхлопных газов делается малым, в соответствии с настоящим примером осуществления изобретения, количества выпускаемых из выпускного катализатора 18 очистки выхлопных газов несгоревших газов и NO_X становятся постоянно малыми.

[0099] Особое пояснение управления

Далее со ссылкой на фиг. 9 и фиг. 10 будет более конкретно пояснена система управления в вышеописанном примере осуществления изобретения. Система управления в настоящем примере осуществления изобретения, как показано на функциональной схеме на фиг. 9, включает в себя функциональные блоки A1-А9. Ниже функциональные блоки будут пояснены со ссылкой на фиг. 9.

[0100] Вычисление величины впрыска топлива

Сначала будет пояснено вычисление величины впрыска топлива. При вычислении величины впрыска топлива используются средство А1 вычисления количества воздуха, всасываемого в цилиндр, функционирующее как элемент для вычисления количества воздуха, всасываемого в цилиндр, средство А2 вычисления базовой величины впрыска топлива, функционирующее как элемент для вычисления базовой величины впрыска топлива, и средство A3 вычисления величины впрыска топлива, функционирующее как элемент для вычисления величины впрыска топлива.

[0101] Средство А1 вычисления количества воздуха, всасываемого в цилиндр, использует скорость Ga потока всасываемого воздуха, измеренную воздушным расходомером 39, обороты NE двигателя, вычисленные на основе выходного сигнала датчика 44 угла поворота коленвала, а также карту или формулу вычисления, хранимую в ПЗУ 34 электронного блока 31 управления в качестве основы для вычисления количества Мс всасываемого воздуха в каждый цилиндр. В настоящем примере осуществления изобретения средство А1 вычисления количества воздуха, всасываемого в цилиндр, функционирует как средство получения количества всасываемого воздуха. Средство получения количества всасываемого воздуха этим не ограничивается. Любое устройство или управление могут быть использованы для получения количества всасываемого воздуха, втекающего в камеру сгорания.

[0102] Средство А2 вычисления базовой величины впрыска топлива делит количество воздуха Мс, всасываемого в цилиндр, вычисленное средством А1 вычисления количества воздуха, всасываемого в цилиндр, на целевое воздушно-топливное отношение AFT, вычисленное поясненным позже средством А6 задания целевого воздушно-топливного отношения, и тем самым вычисляет базовую величину Qbase впрыска топлива (Qbase=Мс/AFT).

[0103] Средство A3 вычисления величины впрыска топлива складывает поясненную позже величину F/B коррекции DQi с базовой величиной Qbase впрыска топлива, вычисленной средством А2 вычисления базовой величины впрыска топлива, и, тем самым, вычисляет величину Qi впрыска топлива (Qi=Qbase+DQi). На топливный инжектор 11 поступает команда впрыска таким образом, чтобы вычисленная таким образом величина Qi впрыска топлива была впрыснута из топливного инжектора 11.

[0104] Вычисление целевого воздушно-топливного отношения

Далее будет пояснено вычисление целевого воздушно-топливного отношения. При вычислении целевого воздушно-топливного отношения средство получения количества запасенного кислорода используется как элемент для получения количества запасенного кислорода. При вычислении целевого воздушно-топливного отношения используются средство А4 вычисления количества запасенного кислорода, функционирующее как элемент получения количества запасенного кислорода, и средство А5 вычисления величины коррекции целевого воздушно-топливного отношения, функционирующее как элемент для вычисления величины коррекции целевого воздушно-топливного отношения, и средство А6 задания целевого воздушно-топливного отношения, функционирующее как элемент для задания целевого воздушно-топливного отношения.

[0105] Средство А4 вычисления количества запасенного кислорода использует величину Qi впрыска топлива, вычисленную средством A3 вычисления величины впрыска топлива, и выходной ток Irup датчика 40 воздушно-топливного отношения на впускной стороне в качестве основы для вычисления оценочного значения OSAest количества запасенного кислорода во впускном катализаторе 20 очистки выхлопных газов. Например, средство А4 вычисления количества запасенного кислорода умножает разницу между воздушно-топливным отношением, соответствующим выходному току Irup датчика 40 воздушно-топливного отношения на впускной стороне, и стехиометрическим воздушно-топливным отношением на величину Qi впрыска топлива, и суммарно складывает вычисленные величины для вычисления оценочного значения OSAest количества запасенного кислорода. Кроме того, величина Qi впрыска топлива и выходной ток Irup датчика 40 воздушно-топливного отношения на впускной стороне могут быть использованы в качестве основы для вычисления выпускаемого количества кислорода. Следует отметить, что количество запасенного кислорода во впускном катализаторе 20 очистки выхлопных газов не нужно постоянно оценивать средством А4 вычисления количества запасенного кислорода. Например, количество запасенного кислорода может оцениваться только на период от момента, когда целевое воздушно-топливное отношение заменяется с богатого воздушно-топливного отношения на бедное воздушно-топливное отношение (момент t₃ времени на фиг. 7) до момента, когда оценочное значение OSAest количества запасенного кислорода достигает расчетного базового количества Cref запасенного кислорода (момент t₄ времени на фиг. 7).

[0106] Средство А5 вычисления величины коррекции целевого воздушно-топливного отношения использует оценочное значение OSAest количества запасенного кислорода, вычисленное средством А4 вычисления количества запасенного кислорода, и выходной ток Irdwn датчика 41 воздушно-топливного отношения на выпускной стороне в качестве основы для вычисления величины AFC коррекции воздушно-топливного отношения целевого воздушно-топливного отношения. Более конкретно, величина AFC коррекции воздушно-топливного отношения делается бедной заданной величиной AFClean коррекции, когда выходной ток Irdwn датчика 41 воздушно-топливного отношения на выпускной стороне становится богатой расчетной базовой величиной Iref (величиной, соответствующей богатому расчетному воздушно-топливному отношению) или менее. После этого величина AFC коррекции воздушно-топливного отношения поддерживается равной бедной заданной величине AFClean коррекции, пока оценочное значение OSAest количества запасенного кислорода не достигнет расчетного базового количества Cref запасенного кислорода. Если оценочное значение OSAest количества запасенного кислорода достигает расчетного базового количества Cref запасенного кислорода, величина AFC коррекции воздушно-топливного отношения делается слабо богатой заданной величиной AFCrich коррекции. После этого величина AFC коррекции воздушно-топливного отношения поддерживается равной слабо богатой заданной величине AFCrich коррекции до тех пор, когда выходной ток Irdwn датчика 41 воздушно-топливного отношения на выпускной стороне станет богатой расчетной базовой величиной Iref (величиной, соответствующей богатому расчетному воздушно-топливному отношению).

[0107] Средство А6 назначения целевого воздушно-топливного отношения вычисляет целевое воздушно-топливное отношение AFT путем суммирования величины AFC коррекции воздушно-топливного отношения, вычисленного средством А5 вычисления величины коррекции целевого воздушно-топливного отношения, с базовым воздушно-топливным отношением, в настоящем примере осуществления изобретения стехиометрическим воздушно-топливным отношением AFR. Поэтому целевое воздушно-топливное отношение AFT делается или слабо богатым заданным воздушно-топливным отношением (когда величина AFC коррекции воздушно-топливного отношения представляет собой слабо богатую заданную величину AFCrich коррекции), или бедным заданным воздушно-топливным отношением (когда величина AFC коррекции воздушно-топливного отношения представляет собой бедную заданную величину AFClean коррекции). Вычисленное таким образом целевое воздушно-топливное отношение AFT вводится в средство А2 вычисления базовой величины впрыска топлива и поясненное ниже средство А8 вычисления разницы воздушно-топливных отношений.

[0108] Фиг. 10 представляет собой блок-схему, показывающую процедуру управления для вычисления величины AFC коррекции воздушно-топливного отношения. Проиллюстрированная процедура управления выполняется прерыванием с постоянными временными интервалами.

[0109] Как показано на фиг. 10, сначала, на этапе S11, определяется, выполнено ли условие для вычисления величины AFC коррекции воздушно-топливного отношения. Обстоятельства, когда условие для вычисления величины коррекции воздушно-топливного отношения выполнено, имеют место, например, когда не происходит управление отсечкой топлива и т.д. Если на этапе S11 определяется, что условие для вычисления заданного воздушно-топливного отношения выполнено, процедура переходит на этап S12. На этапе S12 получают выходной ток Irup датчика 40 воздушно-топливного отношения на впускной стороне, выходной ток Irdwn датчика 41 воздушно-топливного отношения на выпускной стороне и величину Qi впрыска топлива. На следующем этапе S13 выходной ток Irup впукного датчика 40 воздушно-топливного отношения и величина Qi впрыска топлива, полученные на этапе S12, используются в качестве основы для вычисления оценочного значения OSAest количества запасенного кислорода.

[0110] Далее на этапе S14 определяется, установлен ли равным «0» флаг Fr задания бедного отношения. Флаг Fr задания бедного отношения задан равным «1», если величина AFC коррекции воздушно-топливного отношения задана равной бедной заданной величине AFClean коррекции и задана равной «0» в иных случаях. Когда на этапе S14 флаг Fr задания бедного отношения задан равным «0», процедура переходит на этап S15. На этапе S15 определяется, является ли выходной ток Irdwn датчика 41 воздушно-топливного отношения на выпускной стороне богатой расчетной базовой величиной Iref или менее. Если делается оценка, что выходной ток Irdwn датчика 41 воздушно-топливного отношения на выпускной стороне больше, чем богатая расчетная базовая величина Iref, процедура управления заканчивается.

[0111] С другой стороны, если количество OSAsc запасенного кислорода во впускном катализаторе 20 очистки выхлопных газов уменьшается, и воздушно-топливное отношение в выхлопных газах, вытекающих из впускного катализатора 20 очистки выхлопных газов, падает, на этапе S15 определяется, что выходной ток Irdwn датчика 41 воздушно-топливного отношения на выпускной стороне является богатой расчетной базовой величиной Iref или менее. В этом случае процедура переходит на этап S16, где величина AFC коррекции воздушно-топливного отношения делается равной бедной заданной величине AFClean коррекции. Далее на этапе S17 флаг Fr задания бедного отношения задается равным «1», и процедура управления заканчивается.

[0112] В следующем цикле процедуры управления на этапе S14 определяется, что флаг Fr задания бедного отношения не был задан равным «0», и процедура переходит на этап S18. На этапе S18 определяется, меньше ли оценочное значение OSAest количества запасенного кислорода, вычисленное на этапе S13, чем расчетное базовое количество Cref запасенного кислорода. Когда определяется, что оценочное значение OSAest количества запасенного кислорода меньше, чем расчетное базовое количество Cref запасенного кислорода, процедура переходит на этап S19, где величина AFC коррекции воздушно-топливного отношения продолжает быть бедной установочной величиной AFClean коррекции. С другой стороны, если количество запасенного кислорода впускного катализатора 20 очистки выхлопных газов увеличивается, в конечном итоге на этапе S18 определяется, что оценочное значение OSAest количества запасенного кислорода является расчетным базовым количеством Cref запасенного кислорода или более, и процедура переходит на этап S20. На этапе S20 величина AFC коррекции воздушно-топливного отношения делается равной слабо богатой заданной величине AFCrich коррекции, далее на этапе S21, флаг Fr задания бедного отношения перезадается равным 0, затем процедура управления заканчивается.

[0113] Вычисление величины F/B коррекции

Далее, возвращаясь опять же к фиг. 9, будет пояснено вычисление величины F/B коррекции на основе выходного тока Irup датчика 40 воздушно-топливного отношения на впускной стороне. При вычислении величины F/B коррекции используются элемент для преобразования цифровой величины, образованный средством А7 преобразования цифровой величины, элемент для вычисления разницы воздушно-топливных отношений, образованный средством А8 вычисления разницы воздушно-топливных отношений, и элемент для вычисления величины F/B коррекции, образованный средством А9 вычисления величины F/B коррекции.

[0114] Средство А7 преобразования цифровой величины использует выходной ток Irup датчика 40 воздушно-топливного отношения на впускной стороне и карту или формулу вычисления (например, карту, как ту, что показана на фиг. 5), определяющие взаимосвязь между выходным током Irup датчика 40 воздушно-топливного отношения на впускной стороне и воздушно-топливным отношением в качестве основы для вычисления воздушно-топливного отношения AFup в выхлопных газах с впускной стороны, соответствующего выходному току Irup. Поэтому воздушно-топливное отношение AFup в выхлопных газах с впускной стороны соответствует воздушно-топливному отношению в выхлопных газах, втекающих во впускной катализатор 20 очистки выхлопных газов.

[0115] Средство А8 вычисления разницы воздушно-топливных отношений вычитает из воздушно-топливного отношения AFup в выхлопных газах с впускной стороны, вычисленного средством А7 преобразования цифровой величины, целевое воздушно-топливное отношение AFT, вычисленное средством А6 задания целевого воздушно-топливного отношения, и, тем самым, вычисляет разницу DAF воздушно-топливных отношений (DAF=AFup-AFT). Эта разница DAF воздушно-топливных отношений представляет собой величину, выражающую избыток/не достаток количества топлива, подаваемого по отношению к целевому воздушно-топливному отношению AFT.

[0116] Средство А9 вычисления величины F/B коррекции обрабатывает разницу DAF воздушно-топливных отношений, вычисленную средством А8 вычисления разницы воздушно-топливных отношений, с помощью пропорционально-интегрально-дифференциальной (ПИД) обработки для вычисления величины F/B коррекции DFi с целью компенсации избытка/недостатка количества подаваемого топлива на основе нижеследующей формулы (2). Вычисленная таким образом величина F/B коррекции DFi вводится в средство A3 вычисления впрыска топлива.

[0117]

[0118] Следует отметить, что в вышеуказанной формуле (2) Кр представляет собой предварительно установленный коэффициэнт пропорциональности (константу пропорциональности), Ki представляет собой предварительно установленный коэффициэнт интегрирования (константу интегрирования), и Kd представляет собой предварительно установленный коэффициент дифференцирования (константу дифференцирования). Кроме того, DDAF является производной по времени разницы DAF воздушно-топливных отношений и вычисляется путем деления разницы между текущей обновленной разницей DAF воздушно-топливных отношений и предшествующей обновленной разницей DAF воздушно-топливных отношений на время, соответствующее интервалу обновления. Кроме того, SDAF представляет собой интеграл по времени разницы DAF воздушно-топливных отношений. Этот интеграл DDAF по времени вычисляют путем сложения предшествующего обновленного интеграла DDAF по времени и текущей обновленной разницы DAF воздушно-топливных отношений (SDAF=DDAF+DAF).

[0119] Следует отметить, что в вышеописанном примере осуществления изобретения воздушно-топливное отношение в выхлопных газах, втекающих во впускной катализатор 20 очистки выхлопных газов, определяется датчиком 40 воздушно-топливного отношения на впускной стороне. Однако точность определения воздушно-топливного отношения в выхлопных газах, втекающих во впускной катализатор 20 очистки выхлопных газов, не обязательно должна быть высокой, таким образом, например, величина впрыска топлива из топливного инжектора 11 и выходной сигнал воздушного расходомера 39 могут быть использованы в качестве основы для оценки воздушно-топливного отношения в выхлопных газах.

[0120] Таким образом, в ходе управления нормальной работой путем выполнения управления с тем, чтобы делать состояние воздушно-топливного отношения в выхлопных газах, втекающих во впускной катализатор очистки выхлопных газов, периодически состоянием богатого воздушно-топливного отношения и состоянием бедного воздушно-топливного отношения и дополнительно избежать того, чтобы количество запасенного кислорода достигало области вблизи максимального количества запасенного кислорода, можно удерживать NO_X от вытекания. В настоящем примере осуществления изобретения в ходе управления нормальной работой управление по превращению воздушно-топливного отношения в выхлопных газах, втекающих во впускной катализатор 20 очистки выхлопных газов, в богатое воздушно-топливное отношение, именуется «управлением на обогащение», тогда как управление по превращению воздушно-топливного отношения в выхлопных газах, втекающих в катализатор 20 очистки выхлопных газов, в бедное воздушно-топливное отношение именуется «управлением на обеднение». То есть в ходе управления нормальной работой периодически выполняется управление на обогащение и управление на обеднение. Кроме того, вышеупомянутое нормальное рабочее управление именуется «первым нормальным рабочим управлением».

[0121] Пояснение второго нормального рабочего управления

Далее будет пояснено второе нормальное рабочее управление в настоящем примере осуществления изобретения. Во время периода работы двигателя внутреннего сгорания меняется требуемая нагрузка. Система управления двигателя внутреннего сгорания корректирует количество всасываемого воздуха на основе требуемой нагрузки. То есть по мере увеличения нагрузки количество всасываемого воздуха увеличивается. Количество топлива, впрыснутого из топливного инжектора, устанавливается на основе количества всасываемого воздуха и воздушно-топливного отношения во время сгорания.

[0122] В связи с этим, даже если воздушно-топливное отношение во время сгорания остается тем же самым, если количество всасываемого воздуха увеличивается, скорость потока выхлопных газов, текущих в катализатор очистки выхлопных газов, увеличивается. Если воздушно-топливное отношение в выхлопных газах представляет собой бедное воздушно-топливное отношение, чем больше возрастает количество всасываемого воздуха, тем больше возрастает количество кислорода, втекающего в катализатор очистки выхлопных газов в единицу времени. По этой причине в рабочем состоянии, где количество всасываемого воздуха становится больше, скорость изменения количества запасенного кислорода в катализаторе очистки выхлопных газов становится больше. Воздушно-топливное отношение во время сгорания включает в себя заданную ошибку при изменении вместе с колебаниями нагрузки и т.д. Из-за отклонения воздушно-топливного отношения во время сгорания и т.п. отклонение также возникает в воздушно-топливном отношении в выхлопных газах, втекающих в катализатор очистки выхлопных газов. В это время, даже если воздушно-топливное отношение в выхлопных газах является небольшим, если скорость потока выхлопных газов большая, скорость возрастания количества запасенного кислорода становится быстрее, и количество запасенного кислорода может приблизиться к максимальному количества Cmax запасенного кислорода в катализаторе очистки выхлопных газов. Если количество запасенного кислорода приближается к максимальному количества Cmax запасенного кислорода в катализаторе очистки выхлопных газов, может оказаться затруднительным удаление NO_X в достаточной степени.

[0123] Поэтому при втором нормальном рабочем управлении настоящего примера осуществления изобретения выполняется управление для получения количества всасываемого воздуха, и количество всасываемого воздуха используется в качестве основы для изменения бедного заданного воздушно-топливного отношения при управлении на обеднение. При втором нормальном рабочем управлении выполняется управление по установке бедного заданного воздушно-топливного отношения тем более богатым, чем больше возрастает количество всасываемого воздуха.

[0124] На фиг. 11 показана временная диаграмма второго нормального рабочего управления в настоящем примере осуществления изобретения. Вплоть до момента t₅ времени выполняется управление, сходное с вышеупомянутым первым нормальным рабочим управлением. То есть вплоть до момента t₂ времени выполняется управление на обогащение, тогда как от момента t₂ времени до момента t₄ времени выполняется управление на обеднение. В момент t₂ времени выходной ток Irdwn датчика 41 воздушно-топливного отношения на выпускной стороне достигает богатой расчетной базовой величины Iref. В момент t₂ времени величина коррекции воздушно-топливного отношения заменяется с слабо богатой заданной величины AFCrich коррекции на бедную заданную величину AFClean коррекции. В момент t₃ времени воздушно-топливное отношение в выхлопных газах, втекающих в катализатор 20 очистки выхлопных газов, становится бедным воздушно-топливным отношением. В момент t₃ времени количество запасенного кислорода в катализаторе 20 очистки выхлопных газов увеличивается, пока в момент t₄ времени количество запасенного кислорода не достигает расчетного базового количества Cref запасенного кислорода. В момент t₄ времени величина коррекции воздушно-топливного отношения заменяется с бедной заданной величины AFClean 1 коррекции на слабо богатую заданную величину AFCrich коррекции. С момента t₅ времени количество запасенного кислорода постепенно уменьшается.

[0125] При этом до момента t₁₁ времени требуемая нагрузка является постоянной и количество Mc1 всасываемого воздуха является постоянным. До момента t₁₁ времени нагрузка является относительно низкой. Количество Mc1 всасываемого воздуха представляет собой малое количество всасываемого воздуха. В момент t₁₁ времени требуемая нагрузка увеличивается и становится высокой нагрузкой. Количество всасываемого воздуха меняется от малого количества всасываемого воздуха к большому количеству всасываемого воздуха. В примере управления, показанном на фиг. 11, количество Mc1 всасываемого воздуха увеличивается до количества Мс2 всасываемого воздуха. Если количество Мс всасываемого воздуха увеличивается, количество выхлопных газов, втекающих в катализатор 20 очистки выхлопных газов за единицу времени, увеличивается.

[0126] Также вокруг момента t₁₁ времени величина коррекции воздушно-топливного отношения поддерживается равной слабо богатой заданной величине AFCrich коррекции. Однако скорость потока выхлопных газов, втекающих в катализатор 20 очистки выхлопных газов, увеличивается, таким образом, в момент t₁₁ времени скорость уменьшения количества запасенного кислорода становится выше. В момент t₁₂ времени выходной ток Irdwn датчика 41 воздушно-топливного отношения на выпускной стороне начинает отклоняться от нуля и в момент t₁₃ времени достигает богатой расчетной базовой величины Iref. В момент t₁₃ времени управление на обогащение меняется на управление на обеднение. В момент t₁₄ времени выходной сигнал датчика 40 воздушно-топливного отношения на впускной стороне меняется от соответствия богатому воздушно-топливному отношению к соответствию бедному воздушно-топливному отношению.

[0127] При управлении на обеднение от момента t₁₃ времени и далее в момент t₁₁ времени количество всасываемого воздуха увеличивается, так что выполняется управление для понижения бедного заданного воздушно-топливного отношения. Величина коррекции воздушно-топливного отношения задается равной бедной заданной величине AFClean2 коррекции. Бедная заданная величина AFClean2 коррекции меньше, чем бедная заданная величина AFClean 1 коррекции. Выходной ток Irup датчика 40 воздушно-топливного отношения на впускной стороне при управлении на обеднение в момент t₁₃ времени становится меньше, чем выходной ток Irup датчика 40 воздушно-топливного отношения на впускной стороне при предыдущем управлении на обеднение. Таким образом, при управлении на обеднение, начинающемся от момента t₁₃ времени, бедное воздушно-топливное отношение в выхлопных газах, втекающих в катализатор 20 очистки выхлопных газов, делается богаче, чем бедное воздушно-топливное отношение управления на обеднение, начинающегося от момента t₂ времени. В примере управления, показанном на фиг. 11, в то время как величина коррекции воздушно-топливного отношения делается меньше, количество всасываемого воздуха увеличивается, таким образом, скорость возрастания количества запасенного кислорода становится выше, чем при предыдущем управлении на обеднение от момента t₂ времени до момента t₄ времени.

[0128] В момент t₁₅ времени оценочное значение OSAest количества запасенного кислорода достигает расчетного базового количества Cref запасенного кислорода, и управление на обеднение переключается на управление на обогащение. Величина коррекции воздушно-топливного отношения заменяется с бедной заданной величины AFClean2 коррекции на слабо богатую заданную величину AFCrich коррекции. В момент t₁₆ времени выходной сигнал датчика 40 воздушно-топливного отношения на впускной стороне переключается из соответствующего бедному воздушно-топливному отношению на соответствующий богатому воздушно-топливному отношению. Количество запасенного кислорода постепенно уменьшается, начиная с момента t₁₆ времени.

[0129] В примере управления, показанном на фиг. 11, управление выполняется для снижения бедного заданного воздушно-топливного отношения по мере увеличения количества всасываемого воздуха. При этом в примере, показанном на фиг. 11, даже если перевести бедное заданное воздушно-топливное отношение на богатую сторону, степень возрастания количества всасываемого воздуха является большой, таким образом, время до того момента, когда количество запасенного кислорода достигнет расчетного базового количества запасенного кислорода, становится короче. То есть, длительность управления на обеднение от момента t₁₃ времени до момента t₁₅ времени короче, чем длительность управления на обеднение от момента t₂ времени до момента t₄ времени. Длительность управления на обеднение при снижении бедного заданного воздушно-топливного отношения этим не ограничивается. Ее можно удлинить в соответствии с увеличением количества всасываемого воздуха, или можно сделать, по существу, такой же. Кроме того, в примере управления, показанном на фиг. 11, количество запасенного кислорода в момент t₁₅ времени когда увеличенное количество всасываемого воздуха больше, чем количество запасенного кислорода в момент t₅ времени, однако управление этим не ограничивается. Даже при изменении количества всасываемого воздуха количество запасенного кислорода может также поддерживаться, по существу, постоянным.

[0130] Таким образом, из-за выполняемого таким образом управления, когда количество всасываемого воздуха увеличивается, то есть, когда нагрузка увеличивается, воздушно-топливное отношение в выхлопных газах, втекающих в катализатор 20 очистки выхлопных газов, при управлении на обеднение снижается, может быть предотвращено то, что количество запасенного кислорода достигнет почти максимального количества Cmax запасенного кислорода из-за того факта, что скорость возрастания количества запасенного кислорода при переключении на управление на обеднение является большой. По этой причине можно сдерживать истечение NO_X из катализатора 20 очистки выхлопных газов.

[0131] На фиг. 12 показана блок-схема второго нормального рабочего управления в настоящем примере осуществления изобретения. Процесс от этапа S11 к этапу S13 сходен с вышеописанным первым нормальным рабочим управлением. На этапе S13 вычисляется оценочное значение OSAest количества запасенного кислорода, затем процедура переходит на этап S31. На этапе S31 считывается количество Мс всасываемого воздуха.

[0132] Далее на этапе S32 задают бедное заданное воздушно-топливное отношение. То есть задают бедную заданную величину AFClean коррекции. Следует отметить, что в настоящем примере осуществления изобретения используемая слабо богатая заданная величина AFCrich коррекции представляет собой заранее заданную постоянную величину коррекции, даже если количество всасываемого воздуха меняется.

[0133] На фиг. 13 показана зависимость бедной заданной величины коррекции при втором нормальном рабочем управлении. Во всех диапазонах количества Мс всасываемого воздуха бедная заданная величина коррекции задана таким образом, чтобы при увеличении количества Мс всасываемого воздуха уменьшалась бедная заданная величина AFClean коррекции. Взаимосвязь между этим количеством всасываемого воздуха и бедной заданной величиной коррекции может быть сохранена заранее в электронном блоке 31 управления. То есть можно сохранять бедную заданную величину AFClean коррекции как функцию количества Мс всасываемого воздуха заранее в электронном блоке 31 управления. Таким образом, можно задать воздушно-топливное отношение в выхлопных газах, втекающих в катализатор 20 очистки выхлопных газов, при управлении на обеднение на основе количества всасываемого воздуха.

[0134] Этапы S14-S21 сходны с вышеописанным первым нормальным рабочим управлением. При этом на этапе S16 при изменении величины коррекции воздушно-топливного отношения от слабо богатой заданной величины AFCrich коррекции до бедной заданной величины AFClean коррекции с целью переключения из управления на обогащение в управление на обеднение, используется бедная заданная величина AFClean коррекции, установленная на этапе S32.

[0135] Кроме того, при управлении на обеднение, когда на этапе S18 оценочное значение OSAest количества запасенного кислорода меньше, чем расчетное базовое количество Cref запасенного кислорода, управление на обеднение продолжается. В этом случае на этапе S19 в качестве величины AFC коррекции воздушно-топливного отношения используется бедная заданная величина AFClean коррекции, установленная на этапе S32. Бедная заданная величина коррекции меняется на основе количества всасываемого воздуха, таким образом, выполняется управление по изменению бедной заданной величины коррекции, когда количество всасываемого воздуха меняется даже в течение временного периода при продолжении управления на обеднение.

[0136] Следует отметить, что в течение временного периода, когда выполняется управление на обеднение, может выполняться управление для поддержания бедной заданной величины коррекции во время переключения с управления на обогащение на управление на обеднение. То есть в течение временного периода управления на обеднение может выполняться управление для поддержания бедной заданной величины коррекции постоянной.

[0137] В настоящем примере осуществления изобретения выполняется управление по заданию бедного заданного воздушно-топливного отношения в более богатым (изменение к меньшей величине) по мере увеличения количества всасываемого воздуха, однако управление этим не ограничивается, поскольку предусмотрено управление по заданию бедного заданного воздушно-топливного отношения при первом количестве всасываемого воздуха более богатым (изменению к меньшей величине) по сравнению с бедным заданного воздушно-топливным отношением при втором количестве всасываемого воздуха, при сравнении бедного заданного воздушно-топливного отношения при любом первом количестве всасываемого воздуха с бедным заданным воздушно-топливным отношением при втором количестве всасываемого воздуха, меньшем, чем первое количество всасываемого воздуха. Например, возможно, что область большого количества всасываемого воздуха, где количество всасываемого воздуха рассчитано как большое, и область малого количества всасываемого воздуха, которое меньше, чем количество всасываемого воздуха в области большого количества всасываемого воздуха, установлены заранее, и бедная заданная величина коррекции установлены как постоянные величины в этих областях. В этом случае бедная заданная величина коррекции в области большого количества всасываемого воздуха может быть установлена ниже, чем бедная заданная величина коррекции в области небольшого количества всасываемого воздуха.

[0138] На фиг. 14 показана зависимость бедной заданной величины коррекции по отношению к количеству всасываемого воздуха в настоящем примере осуществления изобретения. При другом управлении по заданию бедной заданной величины коррекции, область большого количества всасываемого воздуха, где количество всасываемого воздуха расчитано как большое, устанавливают заранее. Область далее расчетной базовой величины Mcref количества всасываемого воздуха или более, задана как область большого количества всасываемого воздуха.

[0139] В области большого количества всасываемого воздуха, чем больше увеличивается количество Мс всасываемого воздуха, тем больше уменьшается бедное заданное воздушно-топливное отношение. Однако в области, которая меньше, чем расчетная базовая величина Mcref количества всасываемого воздуха, бедное заданное воздушно-топливное отношение поддерживается постоянным. То есть, в области небольшого количества всасываемого воздуха и области среднего количества всасываемого воздуха управление выполняется для поддержания бедной заданной величины коррекции постоянной и для изменения бедной заданной величины коррекции только в области большого количества всасываемого воздуха.

[0140] В области небольшого количества всасываемого воздуха и области среднего количества всасываемого воздуха скорость потока выхлопных газов, текущих в катализатор 20 очистки выхлопных газов, является небольшой или средней, таким образом, когда величина коррекции воздушно-топливного отношения заменяется на бедное заданное воздушно-топливное отношение, скорость возрастания количества запасенного кислорода в катализаторе 20 очистки выхлопных газов поддерживается сравнительно низкой. В противоположность этому, в области большого количества всасываемого воздуха скорость возрастания количества запасенного кислорода в катализаторе 20 очистки выхлопных газов становится больше, и количество запасенного кислорода с легкостью приближается к расчетному базовому количеству Cref запасенного кислорода. По этой причине, при другом управлении по заданию бедной заданной величины коррекции в области, меньшей, чем заранее заданная расчетная базовая величина Mcref количества всасываемого воздуха, задается бедная заданная величина коррекции. В области расчетной базовой величины Mcref количества всасываемого воздуха или более по мере возрастания количества всасываемого воздуха уменьшается бедная заданная величина коррекции. Таким образом, в части области количества всасываемого воздуха может выполняться управление для изменения бедного заданного воздушно-топливного отношения в богатую сторону, если количество всасываемого воздуха увеличивается.

[0141] Кроме того, в вышеописанном примере осуществления изобретения, бедное заданное воздушно-топливное отношение делается постоянно меняющимся при увеличении количества всасываемого воздуха, однако управление этим не ограничивается. Бедное заданное воздушно-топливное отношение может также быть сделано скачкообразно изменяющимся при увеличении количества всасываемого воздуха. Например, бедное заданное воздушно-топливное отношение может также быть сделано уменьшающимся шагами при увеличении количества всасываемого воздуха.

[0142] Пояснение третьего нормального рабочего управления

На фиг. 15 показана временная диаграмма третьего нормального рабочего управления в настоящем примере осуществления изобретения. При третьем нормальном рабочем управлении управление выполняется таким образом, чтобы величина отклонения богатого заданного воздушно-топливного отношения и величина отклонения бедного заданного воздушно-топливного отношения стали, по существу, одинаковыми, когда количество Мс всасываемого воздуха мало. То есть, абсолютная величина богатой заданной величины AFCrichx коррекции управляется так, чтобы стать, по существу, такой же, что и абсолютная величина бедной заданной величины AFClean 1 коррекции. Величина отклонения богатого заданного воздушно-топливного отношения и величина отклонения бедного заданного воздушно-топливного отношения от стехиомерического воздушно-топливного отношения являются, по существу, одинаковыми, таким образом, длительность управления на обогащение и длительность управления на обеднение становятся, по существу, одинаковыми.

[0143] В момент t₂ времени величина коррекции воздушно-топливного отношения заменяется с богатой заданной величины AFCrichx коррекции на бедную заданную величину AFClean 1 коррекции. В момент t₄ времени величина коррекции воздушно-топливного отношения заменяется с бедной заданной величины AFClean 1 коррекции на богатую заданную величину AFCrichx коррекции. В момент t₁₁ времени нагрузка увеличивается, и количество Mc1 всасываемого воздуха увеличивается до количества Мс2 всасываемого воздуха. В момент t₁₃ времени выходной ток Irdwn датчика 41 воздушно-топливного отношения на выпускной стороне достигает богатой расчетной базовой величины Iref. Величина коррекции воздушно-топливного отношения заменяется с богатой заданной величины AFCrichx коррекции на бедную зхаданную величину AFClean2 коррекции. В это время, в момент tn времени, количество всасываемого воздуха увеличивается, таким образом, бедная заданная величина AFClean2 коррекции задается равной меньшему значению, чем бедная заданная величина AFClean 1 коррекции в предыдущее время управления на обеднение.

[0144] В момент t₁₅ времени управление на обеднение заменяется на управление на обогащение, тогда как в момент t₁₆ времени выходной сигнал датчика воздушно-топливного отношения на впускной стороне меняется с соответствующего бедному воздушно-топливному отношению на соответствующий богатому воздушно-топливному отношению. Кроме того, в момент t₁₇ времени управление на обогащение заменяется на управление на обеднение, тогда как в момент t₁₈ времени выходной сигнал датчика воздушно-топливного отношения на впускной стороне меняется с соответствующего богатому воздушно-топливному отношению на соответствующий бедному воздушно-топливному отношению. Даже при переключении с управления на обогащение на управление на обеднение в момент t₁₇ времени, поскольку количество всасываемого воздуха представляет собой количество Мс2 всасываемого воздуха, применяется бедная заданная величина AFClean2 коррекции.

[0145] При третьем нормальном рабочем управлении настоящего примера осуществления изобретения в области большого количества всасываемого воздуха, абсолютная величина бедной заданной величины AFClean2 коррекции становится меньше, чем абсолютная величина богатой заданной величины AFCrichx коррекции. То есть в области большого количества всасываемого воздуха величина отклонения бедного заданного воздушно-топливного отношения становится более пологой, чем величина отклонения богатого заданного воздушно-топливного отношения. Если, таким образом, количество всасываемого воздуха становится больше, абсолютная величина бедной заданной величины коррекции может также стать меньше, чем абсолютная величина богатой заданной величины коррекции.

[0146] В настоящем примере осуществления изобетения скорость Ga потока всасываемого воздуха и обороты NE двигателя используются в качестве основы для оценки количества Мс всасываемого воздуха, однако изобретение этим не ограничивается. Когда рабочее состояние двигателя внутреннего сгорания, относящееся к количеству всасываемого воздуха, меняется, может быть определено, что количество всасываемого воздуха увеличилось. Например, можно определить, что количество всасываемого воздуха увеличилось, когда увеличилась требуемая нагрузка.

[0147] При управлении на обеднение настоящего примера осуществления изобретения воздушно-топливное отношение в выхлопных газах, втекающих в катализатор очистки выхлопных газов, делается постоянно беднее, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение, до тех пор, когда количество запасенного кислорода станет расчетным базовым количеством запасенного кислорода или более, однако изобретение этим не ограничивается. Воздушно-топливное отношение в выхлопных газах, втекающих в катализатор очистки выхлопных газов, может также периодически делаться беднее, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение. Кроме того, аналогичным образом, также при управлении на обогащение, воздушно-топливное отношение в выхлопных газах, втекающих в катализатор очистки выхлопных газов, может делаться богатым заданным воздушно-топливным отношением, которое богаче, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение, постоянно или периодически до тех пор, когда выходной сигнал датчика воздушно-топливного отношения на выпускной стороне станет соответствовать богатому расчетному воздушно-топливному отношению или менее.

[0148] При вышеописанном управлении порядок этапов может соответственно меняться в диапазоне, где функции и действия не меняются. На вышеупомянутых фигурах одинаковым или эквивалентным элементам присвоены одинаковые ссылочные позиции. Следует отметить, что вышеописанный пример осуществления изобретения представляет собой иллюстрацию и не ограничивает изобретение. Кроме того, в пример осуществления изобретения включены изменения в формах, показанных в формуле изобретения.

Список ссылочных позиций

[0149] 11 топливный инжектор

18 дроссельный клапан

20 катализатор очистки выхлопных газов

31 электронный блок управления

39 воздушный расходомер

40 датчик воздушно-топливного отношения на впускной стороне

41 датчик воздушно-топливного отношения на выпускной стороне

42 педаль акселератора

43 датчик нагрузки

Изобретение относится к системе управления двигателя внутреннего сгорания. Техническим результатом является создание системы управления двигателя внутреннего сгорания, снабженной катализатором очистки выхлопных газов, имеющим способность к накапливанию кислорода, которая предотвращает отток NO_X. Предложена cистема управления для двигателя внутреннего сгорания, которая выполняет управление на обеднение, в результате чего воздушно-топливное отношение в выхлопных газах, втекающих в катализатор, задается равным бедному воздушно-топливному отношению, а также управление на обогащение, в результате которого воздушно-топливное отношение в выхлопных газах, втекающих в катализатор очистки выхлопных газов, задается равным богатому воздушно-топливному отношению. Когда количество кислорода, запасенного в катализаторе во время управления на обеднение, достигает или превышает критерий количества запасенного кислорода, выполняется переключение на управление на обогащение. Кроме того, выполняется управление на задание бедного воздушно-топливного отношения для первого количества всасываемого воздуха более богатым, чем бедное воздушно-топливное отношение для второго количества всасываемого воздуха, которое меньше, чем первое количество всасываемого воздуха. 2 з.п. ф-лы, 19 ил.

1. Система управления двигателя внутреннего сгорания, оснащенная катализатором очистки выхлопных газов, имеющим способность к накапливанию кислорода, в выхлопном канале двигателя,

при этом система управления содержит:

датчик воздушно-топливного отношения на впускной стороне, расположенный на впуске катализатора очистки выхлопных газов и определяющий воздушно-топливное отношение в выхлопных газах, втекающих в катализатор очистки выхлопных газов; и

датчик воздушно-топливного отношения на выпускной стороне, расположенный на выпуске катализатора очистки выхлопных газов и определяющий воздушно-топливное отношение в выхлопных газах, вытекающих из катализатора очистки выхлопных газов,

при этом система управления выполняет управление на обеднение, чтобы периодически или постоянно делать воздушно-топливное отношение в выхлопных газах, втекающих в катализатор очистки выхлопных газов, бедным заданным воздушно-топливным отношением, которое беднее, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение, до тех пор, пока количество запасенного кислорода в катализаторе очистки выхлопных газов станет равно расчетному базовому количеству запасенного кислорода, которое является максимальным количеством запасенного кислорода или менее, или станет больше его, и управление на обогащение, чтобы периодически или постоянно делать воздушно-топливное отношение в выхлопных газах, втекающих в катализатор очистки выхлопных газов, богатым заданным воздушно-топливным отношением, которое богаче, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение, до тех пор, пока выходной сигнал датчика воздушно-топливного отношения на выпускной стороне станет соответствовать богатому расчетному воздушно-топливному отношению, которое представляет собой воздушно-топливное отношение, которое богаче, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение, или станет соответствовать меньшему воздушно-топливному отношению, выполняет управление для переключения на управление на обогащение, когда количество запасенного кислорода становится расчетным базовым количеством запасенного кислорода или более в течение временного периода управления на обеднение и для переключения на управление на обеднение, когда выходной сигнал датчика воздушно-топливного отношения на выпускной стороне становится соответствующим богатому расчетному воздушно-топливным отношению или менее его в течение временного периода управления на обогащение, и дополнительно выполняет управление для задания бедного заданного воздушно-топливного отношения при первом количестве всасываемого воздуха более богатым, чем бедное заданное воздушно-топливное отношение при втором количестве всасываемого воздуха, которое меньше, чем первое количество всасываемого воздуха, при сравнении бедного заданного воздушно-топливного отношения при первом количестве всасываемого воздуха с бедным заданным воздушно-топливным отношением при втором количестве всасываемого воздуха.

2. Система управления двигателя внутреннего сгорания по п. 1, при этом система управления выполняет управление для задания бедного заданного воздушно-топливного отношения тем более богатым, чем больше возрастает количество всасываемого воздуха.

3. Система управления двигателя внутреннего сгорания по п. 1, в которой область большого количества всасываемого воздуха задана заранее, при этом в области большого количества всасываемого воздуха бедное заданное воздушно-топливное отношение задается более богатым по мере возрастания количества всасываемого воздуха, а в области количества всасываемого воздуха, которое меньше, чем в области большого количества всасываемого воздуха, бедное заданное воздушно-топливное отношение поддерживается постоянным.