СИСТЕМА ДИАГНОСТИКИ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2017 года по МПК F02D41/22 F02D45/00 F01N11/00 

Область техники, к которой относится изобретение

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

Предшествующий уровень техники

[0002] Ранее был известен двигатель внутреннего сгорания, в выхлопном канале которого имеется датчик воздушно-топливного отношения и в котором осуществляется управление количеством топлива, поступающего в двигатель внутреннего сгорания, на основе выходного сигнала датчика воздушно-топливного отношения.

[0003] Датчик воздушно-топливного отношения, используемый в таком двигателе внутреннего сгорания, по мере использования постепенно ухудшает свои характеристики. В качестве такого ухудшения характеристик, например, можно упомянуть ухудшение реакции датчика воздушно-топливного отношения. Ухудшение реакции датчика воздушно-топливного отношения происходит из-за того, что воздушные отверстия, расположенные в крышке датчика, предназначенной для предотвращения покрытия элемента датчика водой, в конечном итоге частично закупориваются твердыми частицами (ТЧ). Если воздушные отверстия частично закупорены таким образом, газообмен между внутренней и наружной сторонами крышки датчика становится медленнее, и в результате выходной сигнал датчика воздушно-топливного отношения становится замедленным. Если возникает такое ухудшение характеристик датчика воздушно-топливного отношения, различные операции управления, выполняемые системой управления двигателя внутреннего сгорания, в конечном итоге становятся затруднительными.

[0004] Поэтому была предложена система диагностики, диагностирующая ухудшение характеристик датчика воздушно-топливного отношения (например, см. PLTS 1-5). В качестве таковой была, например, предложена система диагностики, изменяющая целевое воздушно-топливное отношение ступенчатым образом и вместе с этим определяющая первое время реакции, пока выходная величина датчика воздушно-топливного отношения не достигнет первой заданной величины, и второе время реакции для величины, большей, чем первая заданная величина. Основываясь на этих двух временных интервалах для первого времени реакции и второго времени реакции, система диагностики оценивает ухудшение характеристик датчика воздушно-топливного отношения (например, PLT 1). Здесь в качестве параметров ухудшения характеристик датчика воздушно-топливного отношения подразумевается ухудшение реакции, когда время реакции становится медленнее, и ухудшение коэффициента усиления, когда сама реакция увеличивается или уменьшается. Согласно системе диагностики, описанной в PLT 1, используя первое время реакции и второе время реакции в качестве основы для оценки ухудшения характеристик датчика воздушно-топливного отношения, считается возможным с точностью определить, каким из двух параметров ухудшения характеристик было вызвано ухудшение характеристик датчика воздушно-топливного отношения.

Указатель ссылок

Патентная литература

[0005] PLT 1: Японская патентная публикация No. 2007-192093А

PLT 2: Японская патентная публикация No. 2011-192623А

PLT 3: Японская патентная публикация No. 2001-242126А

PLT 4: Японская патентная публикация No. 2011-106415А

Сущность изобретения

Техническая задача

[0006] В этом отношении, ухудшение реакции датчика воздушно-топливного отношения диагностируется путем ступенчатого изменения воздушно-топливного отношения выхлопного газа, вытекающего из двигателя внутреннего сгорания, и определения реакции датчика воздушно-топливного отношения относительно этого ступенчатого изменения. Кроме того, чем больше степень, на которую ступенчато изменяется воздушно-топливное отношение выхлопного газа, выпускаемого из двигателя внутреннего сгорания, тем выше точность диагностики ухудшения реакции.

[0007] При этом, когда управление отсечкой топлива останавливает или сильно уменьшает подачу топлива в камеры сгорания, воздушно-топливное отношение выхлопного газа, вытекающего из катализатора очистки выхлопного газа, становится беднее стехиометрического воздушно-топливного отношения. Бедная степень становится чрезвычайно большой. Поэтому сразу после запуска управления отсечкой топлива или сразу после окончания управления отсечкой топлива воздушно-топливное отношение выхлопного газа, выпускаемого из двигателя внутреннего сгорания, ступенчатым образом сильно меняется. По этой причине, сразу после запуска управления отсечкой топлива или сразу после окончания управления отсечкой топлива, возможна высокоточная диагностика ухудшения реакции.

[0008] С другой стороны, в двигателе внутреннего сгорания с управлением количеством топлива на основе выходного сигнала датчика воздушно-топливного отношения датчик воздушно-топливного отношения часто расположен также с выпускной стороны катализатора очистки выхлопного газа. В таком случае выхлопной газ, выпускаемый из двигателя внутреннего сгорания, проходит через катализатор очистки выхлопного газа, затем достигает датчика воздушно-топливного отношения с выпускной стороны. По этой причине, когда катализатор очистки выхлопного газа имеет способность к накоплению кислорода, воздушно-топливное отношение выхлопного газа, достигающего датчика воздушно-топливного отношения с выпускной стороны, меняется в соответствии не только с выхлопным газом, выпускаемым из двигателя внутреннего сгорания, однако, в соответствии и со способностью к накоплению кислорода, величиной накопления кислорода и т.д. катализатора очистки выхлопного газа.

[0009] По этой причине, когда, как упомянуто выше, воздушно-топливное отношение выхлопного газа, выпускаемого из двигателя внутреннего сгорания, сильно ступенчато меняется для диагностирования ухудшения реакции, иногда выходной сигнал датчика воздушно-топливного отношения с выпускной стороны перестает меняться в соответствии с состоянием катализатора очистки выхлопного газа. В таком случае, даже когда фактическая реакция датчика воздушно-топливного отношения с выпускной стороны является постоянной, если состояние катализатора очистки выхлопного газа меняется, то вместе с этим выходной сигнал датчика воздушно-топливного отношения с выпускной стороны, в конечном счете, изменится.

[0010] Напротив, например, если диагностировать ухудшение реакции сразу после окончания управления отсечкой топлива, можно выполнить диагностику в состоянии фиксации величины накопления кислорода в катализаторе очистки выхлопного газа. По этой причине, можно уменьшить воздействие состояния катализатора очистки выхлопного газа на выходной сигнал датчика воздушно-топливного отношения с выпускной стороны и в результате повысить точность диагностики ухудшения реакции датчика воздушно-топливного отношения с выпускной стороны.

[0011] Тем не менее, даже если диагностировать ухудшение реакции сразу после окончания управления отсечкой топлива данным образом, выходной сигнал датчика воздушно-топливного отношения с выпускной стороны по-прежнему меняется согласно состоянию катализатора очистки выхлопного газа. Кроме того, если выходной сигнал датчика воздушно-топливного отношения с выпускной стороны меняется согласно состоянию катализатора очистки выхлопного газа данным образом, более нельзя с точностью диагностировать ухудшение реакции датчика воздушно-топливного отношения с выпускной стороны.

[0012] Поэтому, ввиду вышеуказанных проблем, задачей настоящего изобретения является создание системы диагностики двигателя внутреннего сгорания, способной устранить последствия изменения состояния катализатора очистки выхлопного газа и при этом с точностью диагностировать нештатное ухудшение реакции датчика воздушно-топливного отношения с выпускной стороны.

Решение задачи

[0013] Чтобы решить вышеуказанную задачу, согласно первому объекту изобретения, предложена система диагностики двигателя внутреннего сгорания, содержащая катализатор очистки выхлопного газа, расположенный в выпускном канале двигателя внутреннего сгорания и способный накапливать кислород, содержащийся в поступающем выхлопном газе, а также датчик воздушно-топливного отношения, расположенный с выпускной стороны катализатора очистки выхлопного газа в направлении потока выхлопного газа и определяющий воздушно-топливное отношение выхлопного газа, вытекающего из катализатора очистки выхлопного газа, которая останавливает или уменьшает подачу топлива в камеру сгорания в качестве управления отсечкой топлива и управляет воздушно-топливным отношением выхлопного газа, текущего в катализатор очистки выхлопного газа после окончания управления отсечкой топлива, доводя его до богатого воздушно-топливного отношения, которое богаче, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение, в качестве управления богатым перезапуском, при этом система диагностики содержит средство вычисления первой характеристики изменения для вычисления первой характеристики изменения воздушно-топливного отношения за время, когда после окончания управления отсечкой топлива выходное воздушно-топливное отношение датчика воздушно-топливного отношения впервые проходит через первую область воздушно-топливного отношения, которая представляет собой часть области воздушно-топливного отношения, относящуюся к стехиометрическому воздушно-топливному отношению или больше, на основе выходного воздушно-топливного отношения, выдаваемого из датчика воздушно-топливного отношения, средство вычисления второй характеристики изменения для вычисления второй характеристики изменения воздушно-топливного отношения за время, когда после окончания управления отсечкой топлива выходное воздушно-топливное отношение датчика воздушно-топливного отношения впервые проходит через вторую область воздушно-топливного отношения, отличную от первой области воздушно-топливного отношения, на основе выходного воздушно-топливного отношения, выдаваемого из датчика воздушно-топливного отношения, и средство диагностики нештатного режима работы для вынесения в отношении состояния датчика воздушно-топливного отношения любого заключения из следующих: о штатном режиме работы, нештатном режиме работы или о необходимости уточнения для заключения на основе первой характеристики изменения, при этом, если на основе первой характеристики изменения сделано заключение о необходимости уточнения для заключения, то для вынесения заключения о штатном или нештатном режиме работы датчика воздушно-топливного отношения на основе второй характеристики изменения воздушно-топливного отношения.

[0014] Согласно второму объекту изобретения имеется первый объект изобретения, в котором первая область воздушно-топливного отношения включает область воздушно-топливного отношения, которая беднее, чем вторая область воздушно-топливного отношения.

[0015] Согласно третьему объекту изобретения имеется первый или второй объект изобретения, в котором вторая область воздушно-топливного отношения включает область воздушно-топливного отношения, которая богаче, чем первая область воздушно-топливного отношения.

[0016] Согласно четвертому объекту изобретения имеется любой объект изобретения с первого по третий, в котором вторая область воздушно-топливного отношения является областью, включающей стехиометрическое воздушно-топливное отношение.

[0017] Согласно пятому объекту изобретения имеется любой объект изобретения с первого по четвертый, в котором датчик воздушно-топливного отношения представляет собой датчик воздушно-топливного отношения предельного тока, выдающий предельный ток, когда воздушно-топливное отношение выхлопного газа, проходящего через датчик воздушно-топливного отношения, находится в заданной области воздушно-топливного отношения, при этом первая область воздушно-топливного отношения, а также вторая область воздушно-топливного отношения находятся в заданной области воздушно-топливного отношения, где датчик воздушно-топливного отношения генерирует предельный ток.

[0018] Согласно шестому объекту изобретения имеется любой объект изобретения с первого по пятый, в котором первая область воздушно-топливного отношения представляет собой область между верхним предельным воздушно-топливным отношением первой области и нижним предельным воздушно-топливным отношением первой области, находящимся на богатой стороне от верхнего предельного воздушно-топливного отношения первой области, вторая область воздушно-топливного отношения представляет собой область между верхним предельным воздушно-топливным отношением второй области и нижним предельным воздушно-топливным отношением второй области, находящимся на богатой стороне от верхнего предельного воздушно-топливного отношения второй области, при этом верхнее предельное воздушно-топливное отношение второй области беднее, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение.

[0019] Согласно седьмому объекту изобретения имеется шестой объект изобретения, в котором верхнее предельное воздушно-топливное отношение второй области богаче, чем нижнее предельное воздушно-топливное отношение первой области.

[0020] Согласно восьмому объекту изобретения имеется шестой или седьмой объект изобретения, в котором нижнее предельное воздушно-топливное отношение второй области является стехиометрическим воздушно-топливным отношением или меньше.

[0021] Согласно девятому объекту изобретения имеется любой объект изобретения с первого по восьмой, в котором первая характеристика изменения воздушно-топливного отношения представляет собой первую скорость изменения воздушно-топливного отношения, которая является скоростью изменения, когда выходное воздушно-топливное отношение датчика воздушно-топливного отношения впервые проходит через первую область воздушно-топливного отношения, а средство диагностики нештатного режима работы делает заключение, что датчик воздушно-топливного отношения работает в нештатном режиме, когда первая скорость изменения воздушно-топливного отношения медленнее, чем скорость изменения, используемая в качестве опорной для нештатного режима работы, делает заключение, что датчик воздушно-топливного отношения работает в штатном режиме, когда первая скорость изменения воздушно-топливного отношения быстрее, чем скорость изменения, используемая в качестве опорной для штатного режима работы, и делает заключение о необходимости уточнения для заключения, когда первая скорость изменения воздушно-топливного отношения находится между скоростью изменения, используемой в качестве опорной для нештатного режима работы, и скоростью изменения, используемой в качестве опорной для штатного режима работы.

[0022] Согласно десятому объекту изобретения имеется любой объект изобретения с первого по девятый, в котором вторая характеристика изменения воздушно-топливного отношения представляет собой вторую скорость изменения воздушно-топливного отношения, которая является скоростью изменения, когда выходное воздушно-топливное отношение датчика воздушно-топливного отношения впервые проходит через вторую область воздушно-топливного отношения, а средство диагностики нештатного режима работы, если сделано заключение, основанное на первой характеристике изменения воздушно-топливного отношения, что необходимо уточнение для заключения, делает заключение, что датчик воздушно-топливного отношения работает в штатном режиме, если вторая скорость изменения выходного воздушно-топливного отношения медленнее, чем скорость изменения, используемая в качестве опорной для заключения о штатном или нештатном режиме работы, и делает заключение, что датчик воздушно-топливного отношения работает в нештатном режиме, если вторая скорость изменения выходного воздушно-топливного отношения быстрее, чем скорость изменения, используемая в качестве опорной для заключения о штатном или нештатном режиме работы.

[0023] Согласно одиннадцатому объекту изобретения имеется девятый или десятый объект изобретения, в котором скорость изменения воздушно-топливного отношения вычисляется на основе периода времени, во время которого выходное воздушно-топливное отношение датчика воздушно-топливного отношения изменяется от верхнего предельного воздушно-топливное отношения до нижнего предельного воздушно-топливного отношения соответствующей области воздушно-топливного отношения.

[0024] Согласно двенадцатому объекту изобретения имеется любой объект изобретения с первого по восьмой, а также десятый и одиннадцатый, в котором первая характеристика изменения воздушно-топливного отношения представляет собой первую совокупную величину воздушно-топливного отношения, полученную путем совокупного сложения выходного воздушно-топливного отношения, когда выходное воздушно-топливное отношение датчика воздушно-топливного отношения находится в первой области воздушно-топливного отношения, а средство диагностики нештатного режима работы делает заключение, что датчик воздушно-топливного отношения работает в нештатном режиме, когда первая совокупная величина воздушно-топливного отношения больше, чем совокупная величина, используемая в качестве опорной для нештатного режима работы, делает заключение, что датчик воздушно-топливного отношения работает в штатном режиме, когда первая совокупная величина воздушно-топливного отношения меньше, чем совокупная величина, используемая в качестве опорной для штатного режима работы, и делает заключение о необходимости уточнения для заключения, когда первая совокупная величина воздушно-топливного отношения находится между совокупной величиной, используемой в качестве опорной для нештатного режима работы, и совокупной величиной, используемой в качестве опорной для штатного режима работы.

[0025] Согласно тринадцатому объекту изобретения имеется любой объект изобретения с первого по девятый, а также одиннадцатый и двенадцатый, в котором вторая характеристика изменения воздушно-топливного отношения представляет собой вторую совокупную величину воздушно-топливного отношения, полученную путем совокупного сложения выходного воздушно-топливного отношения, когда выходное воздушно-топливное отношение датчика воздушно-топливного отношения находится во второй области воздушно-топливного отношения, а средство диагностики нештатного режима работы, когда сделано заключение, основанное на первой характеристике изменения воздушно-топливного отношения, что необходимо уточнение для заключения, делает заключение, что датчик воздушно-топливного отношения работает в штатном режиме, когда вторая совокупная величина воздушно-топливного отношения больше, чем совокупная величина, используемая в качестве опорной для заключения о штатном или нештатном режиме работы, и делает заключение, что датчик воздушно-топливного отношения работает в нештатном режиме, когда вторая совокупная величина воздушно-топливного отношения меньше, чем совокупная величина, используемая в качестве опорной для заключения о штатном или нештатном режиме работы.

[0026] Согласно четырнадцатому объекту изобретения имеется любой объект изобретения с первого по восьмой, а также десятый и одиннадцатый, в котором первая характеристика изменения воздушно-топливного отношения представляет собой первую совокупную величину количества выхлопного газа, полученную путем совокупного сложения количества выхлопного газа, проходящего через выпускной канал, в котором установлен датчик воздушно-топливного отношения, в период, когда выходное воздушно-топливное отношение датчика воздушно-топливного отношения изменяется от верхнего предельного воздушно-топливного отношения до нижнего предельного воздушно-топливного отношения первой области воздушно-топливного отношения, а средство диагностики нештатного режима работы делает заключение, что датчик воздушно-топливного отношения работает в нештатном режиме, когда первая совокупная величина количества выхлопного газа больше, чем совокупная величина, используемая в качестве опорной для нештатного режима работы, делает заключение, что датчик воздушно-топливного отношения работает в штатном режиме, когда первая совокупная величина количества выхлопного газа меньше, чем совокупная величина, используемая в качестве опорной для штатного режима работы, и делает заключение о необходимости уточнения для заключения, когда первая совокупная величина количества выхлопного газа находится между совокупной величиной, используемой в качестве опорной для нештатного режима работы, и совокупной величиной, используемой в качестве опорной для штатного режима работы.

[0027] Согласно пятнадцатому объекту изобретения имеется любой объект изобретения с первого по девятый, а также одиннадцатый, двенадцатый и четырнадцатый, в котором вторая характеристика изменения воздушно-топливного отношения представляет собой вторую совокупную величину количества выхлопного газа, полученную путем совокупного сложения количества выхлопного газа, проходящего через выпускной канал, в котором установлен датчик воздушно-топливного отношения, в период, когда выходное воздушно-топливное отношение датчика воздушно-топливного отношения изменяется от верхнего предельного воздушно-топливного отношения до нижнего предельного воздушно-топливного отношения второй области воздушно-топливного отношения, а средство диагностики нештатного режима работы, когда сделано заключение, основанное на первой характеристике изменения воздушно-топливного отношения, что необходимо уточнение для заключения, делает заключение, что датчик воздушно-топливного отношения работает в штатном режиме, когда вторая совокупная величина количества выхлопного газа больше, чем совокупная величина, используемая в качестве опорной для заключения о штатном или нештатном режиме работы, и делает заключение, что датчик воздушно-топливного отношения работает в нештатном режиме, когда вторая совокупная величина количества выхлопного газа меньше, чем совокупная величина, используемая в качестве опорной для заключения о штатном или нештатном режиме работы.

[0028] Согласно шестнадцатому объекту изобретения имеется любой объект изобретения с первого по пятнадцатый, в котором средство диагностики нештатного режима работы делает заключение, что катализатор очистки выхлопного газа претерпевает ухудшение характеристик, когда на основе первой характеристики изменения воздушно-топливного отношения сделано заключение, что датчик воздушно-топливного отношения работает в штатном режиме, а на основе второй характеристики изменения воздушно-топливного отношения сделано заключение, что датчик воздушно-топливного отношения работает в нештатном режиме.

[0029] Согласно семнадцатому объекту изобретения имеется любой объект изобретения с первого по шестнадцатый, в котором система диагностики дополнительно содержит средство предупреждения для включения предупреждающего светового сигнала, когда средство диагностики нештатного режима работы делает заключение, что датчик воздушно-топливного отношения работает в нештатном режиме.

Предпочтительные результаты изобретения

[0030] Согласно настоящему изобретению предложена система диагностики двигателя внутреннего сгорания, способная устранить последствия, связанные с изменением состояния катализатора очистки выхлопного газа, и при этом с точностью диагностировать нештатное ухудшение реакции датчика воздушно-топливного отношения с выпускной стороны.

Краткое описание чертежей

[0031] Фиг. 1 представляет собой вид, схематически показывающий двигатель внутреннего сгорания, в котором используется система диагностики по настоящему изобретению.

Фиг. 2 представляет собой схематический вид в разрезе датчика воздушно-топливного отношения.

Фиг. 3 представляет собой вид, показывающий взаимосвязь между приложенным напряжением датчика и выходным током при различных воздушно-топливных отношениях выхлопного газа.

Фиг. 4 представляет собой вид, показывающий взаимосвязь между воздушно-топливным отношением выхлопного газа и выходным током, когда напряжение приложенное напряжение датчика установлено постоянным.

Фиг. 5 представляет собой временную диаграмму выходного воздушно-топливного отношения с впускной стороны, выходного воздушно-топливного отношения с выпускной стороны и т.д. до и после управления отсечкой топлива.

Фиг. 6 представляет собой временную диаграмму выходного воздушно-топливного отношения с впускной стороны, выходного воздушно-топливного отношения с выпускной стороны и т.д. до и после управления отсечкой топлива.

Фиг. 7 представляет собой временную диаграмму выходного воздушно-топливного отношения с выпускной стороны до и после управления отсечкой топлива.

Фиг. 8 представляет собой временную диаграмму, которая показывает процедуру управления для управления диагностикой нештатного режима работы по первому варианту осуществления.

Фиг. 9 представляет собой временную диаграмму выходного воздушно-топливного отношения с выпускной стороны до и после управления отсечкой топлива.

Описание вариантов осуществления

[0032] Система диагностики двигателя внутреннего сгорания

настоящего изобретения будет подробно пояснена ниже со ссылками на чертежи. Следует отметить, что, в последующем пояснении, идентичным составным элементам присвоены идентичные ссылочные позиции. Фиг. 1 представляет собой вид, который схематически показывает двигатель внутреннего сгорания, в котором использована система управления согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.

[0033] Пояснение двигателя внутреннего сгорания в целом

Как видно на фиг. 1, позицией 1 обозначен корпус двигателя, 2 - блок цилиндров, 3 - поршень, совершающий возвратно-поступательное движение внутри блока цилиндров 2, 4 - головка блока цилиндров, закрепленная на блоке цилиндров 2, 5 - камера сгорания, образованная между поршнем 3 и головкой 4 блока цилиндров, 6 - впускной клапан, 7 - впускной проход, 8 - выпускной клапан и 9 - выпускной проход. Впускной клапан 6 открывает и закрывает впускной проход 7, тогда как выпускной клапан 8 открывает и закрывает выпускной проход 9.

[0034] Как показано на фиг. 1, в центральной части поверхности внутренней стенки головки 4 блока цилиндров расположена свеча зажигания 10. Топливный инжектор 11 расположен в области поверхности внутренней стенки головки 4 блока цилиндров. Свеча зажигания 10 выполнена с возможностью генерирования искры в соответствии с сигналом зажигания. Далее, топливный инжектор 11 впрыскивает заданное количество топлива в камеру сгорания 5 в соответствии с сигналом впрыска. Следует отметить, что топливный инжектор 11 может также быть расположен так, чтобы впрыскивать топливо во впускной проход 7. Кроме того, в настоящем варианте осуществления, в качестве топлива использован бензин со стехиометрическим воздушно-топливным отношением 14,6. Тем не менее, двигатель внутреннего сгорания, в котором применена система диагностики по настоящему изобретению, может также использовать другое топливо.

[0035] Впускной проход 7 каждого цилиндра соединен с уравнительным ресивером 14 через соответствующую впускную ответвительную трубку 13. Уравнительный ресивер 14, в свою очередь, соединен с очистителем воздуха 16 через впускной трубопровод 15. Впускной проход 7, впускная ответвительная трубка 13, уравнительный ресивер 14 и впускной трубопровод 15 образуют впускной канал. Далее, внутри впускного трубопровода 15 расположен дроссельный клапан 18, который приводится в действие приводом 17 дроссельного клапана. Дроссельный клапан 18 может быть повернут приводом 17 дроссельного клапана, что ведет к изменению проходного сечения впускного канала.

[0036] С другой стороны, выпускной проход 9 каждого цилиндра соединен с выпускным коллектором 19. Выпускной коллектор 19 имеет множество ответвительных трубок, которые соединены с выпускным проходом 9, и трубопровод, на котором собираются все ответвительные трубки. Трубопровод выпускного коллектора 19 соединен с корпусом 21 с впускной стороны, который вмещает в себя катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, встроенный в него. Корпус 21 с впускной стороны соединен через выхлопную трубку 22 с корпусом 23 с выпускной стороны, который вмещает в себя катализатор 24 очистки выхлопного газа с выпускной стороны, встроенный в него. Выпускной проход 9, выпускной коллектор 19, корпус 21 с впускной стороны, выхлопная трубка 22 и корпус 23 с выпускной стороны образуют выпускной канал.

[0037] Электронный блок управления (ЭБУ) 31 представляет собой цифровой компьютер, который оснащен компонентами, соединенными вместе посредством двунаправленной шины 32, такими как ОЗУ (оперативное запоминающее устройство) 33, ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) 34, МПЦ (микропроцессор) 35, входной порт 36 и выходной порт 37. Во впускном трубопроводе 15 установлен расходомер 39 для определения расхода воздуха, протекающего через впускной трубопровод 15. Выходной сигнал расходомера 39 подается на входной порт 36 через соответствующий аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) 38. Кроме того, на трубопроводе выпускного коллектора 19 установлен датчик 40 воздушно-топливного отношения с впускной стороны, который определяет воздушно-топливное отношение в выхлопном газе, протекающем внутри выпускного коллектора 19 (то есть выхлопном газе, направляющемся в катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны). Дополнительно в выхлопной трубке 22 расположен датчик 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны, который определяет воздушно-топливное отношение в выхлопном газе, протекающем внутри выхлопной трубки 22 (то есть выхлопном газе, вытекающем из катализатора 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны и направляющегося в катализатор 24 очистки выхлопного газа с выпускной стороны). Выходные сигналы этих датчиков 40 и 41 воздушно-топливного отношения также поступают через соответствующие АЦП 38 на входной порт 36. Следует отметить, что конфигурации датчиков 40 и 41 воздушно-топливного отношения будут пояснены ниже.

[0038] Далее, педаль 42 акселератора имеет соединенный с ней датчик 43 нагрузки, который генерирует выходное напряжение, пропорциональное усилию нажатия на педаль 42 акселератора. Выходное напряжение датчика 43 нагрузки подается на входной порт 36 через соответствующий АЦП 38. Датчик 44 угла поворота коленчатого вала генерирует выходной импульс каждый раз, когда, например, коленчатый вал поворачивается на 15 градусов. Этот выходной импульс подается на входной порт 36. МПЦ 35 вычисляет частоту вращения двигателя, исходя из выходного импульса датчика 44 угла поворота коленчатого вала. С другой стороны, выходной порт 37 соединен через соответствующие приводные цепи 45 со свечами зажигания 10, топливными инжекторами 11 и приводом 17 дроссельного клапана.

[0039] Пояснение катализатора очистки выхлопного газа

Катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны и катализатор 24 очистки выхлопного газа с выпускной стороны имеют похожие конфигурации. Ниже будет пояснен только катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, однако, катализатор 24 очистки выхлопного газа с выпускной стороны может также иметь аналогичную конфигурацию и функционирование.

[0040] Катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны представляет собой трехкомпонентный катализатор, который имеет способность к накоплению кислорода. Более конкретно, катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны включает несущий элемент, сделанный из керамики, на который нанесены драгоценный металл, который имеет каталитическое действие (например, платина (Pt)), и вещество, которое имеет способность к накоплению кислорода (например, оксид церия (СеO₂)). Катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны имеет способность к накоплению кислорода в дополнение к каталитическому действию по одновременному удалению несгоревшего газа (НС, СО, и т.д.) и оксидов азота (NO_X) при достижении заданной температуры активации.

[0041] Согласно способности к накоплению кислорода катализатором 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны накапливает кислород, содержащийся в выхлопном газе, когда воздушно-топливное отношение выхлопного газа, текущего в катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, беднее, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение (далее - бедное воздушно-топливное отношение). С другой стороны, катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны высвобождает кислород, который накоплен в катализаторе 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, когда воздушно-топливное отношение поступающего выхлопного газа богаче, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение (далее - богатое воздушно-топливное отношение). Следует отметить, что «воздушно-топливное отношение выхлопного газа» означает отношение массы воздуха к массе топлива, которые поступают в момент образования выхлопного газа. Обычно это также означает отношение массы воздуха к массе топлива, которые подаются в камеру сгорания 5. Далее в настоящем описании воздушно-топливное отношение выхлопного газа иногда может именоваться выхлопным воздушно-топливным отношением.

[0042] Катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны имеет каталитическое действие и способность к накоплению кислорода и вследствие этого совершает действие по удалению NO_X и несгоревшего газа в соответствии с количеством накопленного кислорода. Если воздушно-топливное отношение выхлопного газа, текущего в катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, представляет собой бедное воздушно-топливное отношение, то, когда величина накопления кислорода является небольшой, катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны будет накапливать кислород, содержащийся в выхлопном газе, и вместе с этим количество NO_X будет уменьшаться. Тем не менее, имеются пределы в способности к накоплению кислорода. Если величина накопления кислорода в катализаторе 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны превышает верхнюю предельную величину накопления, катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны почти не будет больше накапливать какое-либо количество кислорода. В этом случае, если воздушно-топливное отношение выхлопного газа, текущего в катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, представляет собой бедное воздушно-топливное отношение, воздушно-топливное отношение выхлопного газа, вытекающего из катализатора 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, также станет бедным воздушно-топливным отношением.

[0043] С другой стороны, если воздушно-топливное отношение выхлопного газа, текущего в катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, представляет собой богатое воздушно-топливное отношение, то, когда величина накопления кислорода большая, кислород, накопленный в катализаторе 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, будет высвобождаться, и несгоревший газ, содержащийся в выхлопном газе, будет удаляться окислением. Тем не менее, если величина накопления кислорода в катализаторе 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны становится небольшой и падает ниже нижней предельной величины накопления, катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны больше почти не будет высвобождать кислород. В этом случае, если воздушно-топливное отношение выхлопного газа, текущего в катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, является богатым воздушно-топливным отношением, то воздушно-топливное отношение выхлопного газа, вытекающего из катализатора 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, также станет богатым воздушно-топливным отношением.

[0044] Как пояснено выше, согласно катализаторам 20, 24 очистки выхлопного газа, используемым в настоящем варианте осуществления, свойство удаления NO_X и несгоревшего газа, содержащихся в выхлопном газе, меняется в соответствии с воздушно-топливным отношением выхлопного газа, текущего в катализатор очистки выхлопного газа, и величиной накопления кислорода. Следует отметить, что катализаторы 20, 24 очистки выхлопного газа могут также являться катализаторами, отличными от трехкомпонентных катализаторов, с тем условием, что они имеют каталитическое действие и способность к накоплению кислорода.

[0045] Пояснение датчика воздушно-топливного отношения

В настоящем варианте осуществления в качестве датчиков 40, 41 воздушно-топливного отношения использованы датчики воздушно-топливного отношения предельного тока. Фиг. 2 будет использована, чтобы наглядно пояснить конструкцию датчиков 40, 41 воздушно-топливного отношения. Датчики 40 и 41 воздушно-топливного отношения оснащены слоями 51 из твердого электролита, электродами 52 стороны выхлопного газа, расположенными на одной лицевой стороне данных слоев, электродами 53 стороны атмосферы, расположенными на другой лицевой стороне данных слоев, слоями 54 стабилизации диффузии, которые стабилизируют диффузию проходящего выхлопного газа, защитными слоями 55, которые защищают слои 54 стабилизации диффузии, и нагревательными частями 56, которые нагревают датчики 40 и 41 воздушно-топливного отношения.

[0046] Каждый слой 51 из твердого электролита образован из спеченного тела, полученного из оксида, проводящего ионы кислорода, такого как ZrO₂ (диоксида циркония), HfO₂, ThO₂, Bi₂O₃ или других, в которых СаО, MgO, Y₂O₃, Yb₂O₃ и т.д., примешаны в качестве стабилизатора. Далее, слой 54 стабилизации диффузии образован из пористого спеченного тела, полученного из оксида алюминия, оксида магния, оксида кремния, шпинели, муллита или других термостойких неорганических веществ. Кроме того, электрод 52 стороны выхлопного газа и электрод 53 стороны атмосферы выполнены из платины или другого драгоценного металла с высокой каталитической активностью.

[0047] Далее, между электродом стороны выхлопного газа и электродом стороны атмосферы подается приложенное напряжение V датчика от устройства подачи напряжения 60, установленного в ЭБУ 31. Дополнительно ЭБУ 31 оснащен устройством определения тока 61, которое измеряет ток I, текущий между электродами 52 и 53 через слой из твердого электролита, когда подается приложенное напряжение V датчика. Ток, который определяется устройством определения тока 61, представляет собой выходной ток датчиков 40 и 41 воздушно-топливного отношения.

[0048] Сконфигурированные таким образом датчики 40, 41 воздушно-топливного отношения имеют характеристики напряжение-ток (V-I), такие, как показаны на фиг. 3. Как понятно из фиг. 3, выходной ток (I) становится больше, чем больше (чем беднее) воздушно-топливное отношение выхлопного газа. Кроме того, линия V-I на каждом воздушно-топливном отношении выхлопного газа имеет область, параллельную оси V, то есть область, где, даже если приложенное напряжение датчика меняется, выходной ток не будет изменяться вообще. Это область напряжения называется «областью предельного тока». Ток в это время называется «предельным током». На фиг. 3 область предельного тока и предельный ток, когда воздушно-топливное отношение выхлопного газа составляет 18, соответственно обозначены как W18 и 118.

[0049] С другой стороны, в области, где приложенное напряжение датчика ниже, чем область предельного тока, выходной ток меняется, по существу, пропорционально приложенному напряжению датчика. Такая область называется «пропорциональной областью». Наклон в это время определяется сопротивлением постоянному току слоя 51 из твердого электролита. Кроме того, в области, где приложенное напряжение датчика выше, чем область предельного тока, выходной ток увеличивается также вместе с увеличением приложенного напряжения датчика. В этой области на электроде 52 стороны выхлопного газа влага, содержащаяся в выхлопном газе, разлагается и т.п., в силу чего выходное напряжение меняется в соответствии с изменением приложенного напряжения датчика.

[0050] Фиг. 4 представляет собой вид, показывающий взаимосвязь между воздушно-топливным отношением выхлопного газа и выходным током I, когда приложенное напряжение зафиксировано на 0,4 В или около того. Как понятно из фиг. 4, на датчиках 40, 41 воздушно-топливного отношения чем больше становится воздушно-топливное отношение выхлопного газа (то есть чем беднее), тем больше выходной ток I в датчиках 40, 41 воздушно-топливного отношения. Кроме того, датчики 40, 41 воздушно-топливного отношения выполнены так, что когда воздушно-топливное отношение выхлопного газа представляет собой стехиометрическое воздушно-топливное отношение, выходной ток I становится нулевым. Далее, когда воздушно-топливное отношение выхлопного газа становится больше, чем некоторая величина или еще больше (в настоящем варианте осуществления, 18 или больше), или когда оно меньше, чем некоторая величина или еще меньше, отношение изменения выходного тока к изменению воздушно-топливного отношения выхлопного газа становится меньше.

[0051] Следует отметить, что в вышеуказанном примере в качестве датчиков 40, 41 воздушно-топливного отношения использованы датчики воздушно-топливного отношения предельного тока той конструкции, что показаны на фиг. 2. Тем не менее, с тем условием, что выходная величина будет плавно меняться по отношению к изменению воздушно-топливного отношения выхлопного газа, по меньшей мере, вблизи стехиометрического воздушно-топливного отношения, может быть использована и другая конструкция, относящаяся к датчику воздушно-топливного отношения предельного тока или к датчику воздушно-топливного отношения, не являющимся датчиком предельного тока, или к любому другому типу датчика воздушно-топливного отношения.

[0052] Базовое управление

В выполненном таким образом двигателе внутреннего сгорания, на основе выходных сигналов датчика 40 воздушно-топливного отношения с впускной стороны и датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны, величина впрыска топлива из топливного инжектора 11 и т.п. устанавливается так, что воздушно-топливное отношение выхлопного газа, текущего в катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, становится целевым воздушно-топливным отношением, оптимальным с точки зрения рабочего состояния двигателя. В качестве способа установки величины впрыска топлива, может быть упомянут способ использования выходного сигнала датчика 40 воздушно-топливного отношения с впускной стороны, как основы для управления воздушно-топливным отношением выхлопного газа, текущего в катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, выполняемого таким образом, чтобы воздушно-топливное отношение стало целевым воздушно-топливным отношением, а также использования выходного сигнала датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны, как основы для коррекции выходного сигнала датчика 40 воздушно-топливного отношения с впускной стороны или изменения целевого воздушно-топливного отношения.

[0053] Кроме того, в двигателе внутреннего сгорания согласно варианту осуществления настоящего изобретения, во время замедления транспортного средства, в котором установлен двигатель внутреннего сгорания, и т.п., впрыск топлива из топливного инжектора 11 останавливается или значительно сокращается в целях прекращения или значительного сокращения подачи топлива внутрь камеры 5 сгорания, в качестве «управления отсечкой топлива». Данное управление отсечкой топлива выполняется, например, когда величина нажатия на педаль 42 акселератора равна нулю или, по существу, равна нулю (то есть нагрузка на двигатель равна нулю или, по существу, равна нулю), а обороты двигателя представляют собой заданные обороты, которые больше, чем обороты холостого хода, или больше, чем заданные обороты.

[0054] Когда выполняется управление отсечкой топлива, воздух или выхлопной газ, подобный воздуху, выпускаются из двигателя внутреннего сгорания, и поэтому газ с чрезвычайно высоким воздушно-топливным отношением (то есть, чрезвычайно высокой бедной степенью) втекает в катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны. В результате, во время управления отсечкой топлива, большое количество кислорода втекает в катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, и величина накопления кислорода катализатором 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны достигает верхней предельной величины накопления.

[0055] Кроме того, в двигателе внутреннего сгорания настоящего варианта осуществления, во время управления отсечкой топлива, кислород, накопленный в катализаторе 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, высвобождается путем изменения воздушно-топливного отношения выхлопного газа, текущего в катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, на богатое воздушно-топливное отношение сразу после окончания управления отсечкой топлива в качестве «управления богатым перезапуском». Это состояние показано на фиг. 5.

[0056] Фиг. 5 представляет собой временную диаграмму воздушно-топливного отношения, соответствующего выходной величине датчика 40 воздушно-топливного отношения с впускной стороны (ниже, именуемого «выходным воздушно-топливным отношением с впускной стороны»), величины накопления кислорода катализатором 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны и воздушно-топливного отношения, соответствующего выходной величине датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны (ниже, именуемого «выходным воздушно-топливным отношением с выпускной стороны»), при выполнении управления отсечкой топлива. В проиллюстрированном примере, управление отсечкой топлива запускается во время t₁, и управление отсечкой топлива заканчивается во время t₃.

[0057] В проиллюстрированном примере, если управление отсечкой топлива начинается во время t₁, выхлопной газ с бедным воздушно-топливным отношением выпускается из корпуса 1 двигателя. При этом выходное воздушно-топливное отношение датчика 40 воздушно-топливного отношения с впускной стороны увеличивается. В это время, кислород в выхлопном газе, втекающем в катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, накапливается в катализаторе 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, и поэтому величина накопления кислорода катализатором 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны возрастает, в то время как выходное воздушно-топливное отношение датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны остается на уровне стехиометрического воздушно-топливного отношения.

[0058] После этого, когда в момент времени t₂ величина накопления кислорода катализатором 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны достигает верхней предельной величины накопления (Сmax), катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны более не может накапливать кислород. По этой причине, после момента времени t₂ выходное воздушно-топливное отношение датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны становится беднее, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение.

[0059] Если в момент времени t₃ управление отсечкой топлива завершается, чтобы заставить катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны высвободить кислород, накопленный во время управления отсечкой топлива, выполняется управление богатым перезапуском. При управлении богатым перезапуском выхлопной газ с воздушно-топливным отношением, которое слегка богаче, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение, выпускается из корпуса 1 двигателя. Наряду с этим, выходное воздушно-топливное отношение датчика 40 воздушно-топливного отношения с впускной стороны становится богатым воздушно-топливным отношением, а величина накопления кислорода катализатором 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны постепенно уменьшается. В это время, даже если выхлопной газ с богатым воздушно-топливным отношением течет в катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, то кислород, накопленный в катализаторе 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, и несгоревший газ в выхлопном газе вступают в реакцию, и поэтому воздушно-топливное отношение выхлопного газа, выпускаемого из катализатора 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, становится, по существу, стехиометрическим воздушно-топливным отношением. По этой причине, выходное воздушно-топливное отношение датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны становится по существу, стехиометрическим воздушно-топливным отношением.

[0060] Если величина накопления кислорода продолжает уменьшаться, в конечном итоге величина накопления кислорода становится, по существу, равной нулю, и несгоревший газ вытекает из катализатора 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны. Из-за этого, в момент времени t₄ воздушно-топливное отношение выхлопного газа, определенное датчиком 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны, становится богаче, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение. Если, таким образом, выходное воздушно-топливное отношение датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны достигает конечной величины воздушно-топливного отношения, которое слегка богаче, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение, то управление богатым перезапуском завершается. После этого, запускается обычное управление воздушно-топливным отношением. В проиллюстрированном примере, воздушно-топливное отношение выхлопного газа, вытекающего из корпуса двигателя, управляется так, чтобы стать стехиометрическим воздушно-топливным отношением.

[0061] Следует отметить, что условием для окончания управления богатым перезапуском не обязательно должен быть момент времени, когда датчик 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны определяет богатое воздушно-топливное отношение. Например, управление также может быть закончено, когда истекает определенный период времени после окончания управления отсечкой топлива или при некоторых других условиях.

[0062] Проблема при диагностике ухудшения реакции

Как пояснено выше, при установке величины впрыска топлива на основе датчиков 40, 41 воздушно-топливного отношения, если датчики 40, 41 воздушно-топливного отношения работают в нештатном режиме, и точность выходных сигналов датчика воздушно-топливного отношения 40, 41, в конечном итоге, ухудшается, то становится невозможным далее оптимально устанавливать величину впрыска топлива. В результате, в конечном счете, происходит ухудшение показателей выхлопных выбросов и ухудшение показателей экономии топлива. По этой причине во многих двигателях внутреннего сгорания предусмотрена система диагностики для самодиагностики нештатного режима работы датчиков 40, 41 воздушно-топливного отношения.

[0063] В этом отношении, в качестве нештатного режима выходного сигнала датчиков 40, 41 воздушно-топливного отношения может быть упомянуто ухудшение реакции. Ухудшение реакции датчика воздушно-топливного отношения, например, возникает из-за воздушных отверстий, проделанных в крышке датчика (крышки, расположенной снаружи от защитного слоя 55), предназначенной для предотвращения покрытия элемента датчика водой, которые в конечном итоге частично забиваются твердыми частицами (ТЧ). Состояние зависимостей в датчике воздушно-топливного отношения, когда возникает такое ухудшение реакции, показано на фиг. 6.

[0064] Фиг. 6 представляет собой временную диаграмму, сходную с фиг.5 выходного воздушно-топливного отношения с впускной стороны и выходного воздушно-топливного отношения с выпускной стороны до и после управления отсечкой топлива. В проиллюстрированном примере, управление отсечкой топлива запускается в момент времени t₁, и управление отсечкой топлива заканчивается в момент времени t₃. Если управление отсечкой топлива заканчивается, благодаря управлению богатым перезапуском, выхлопной газ с богатым воздушно-топливным отношением течет в катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны.

[0065] Если датчик 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны не претерпевает ухудшения реакции, выходное воздушно-топливное отношение датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны следует тренду, показанному на фиг. 6 сплошной линией A. То есть после окончания управления отсечкой топлива, поскольку имеется расстояние между корпусом двигателя 1 и датчиком 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны, выходное воздушно-топливное отношение датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны начинает падать, при этом слегка отставая от окончания управления отсечкой топлива. Кроме того, в это время воздушно-топливное отношение выхлопного газа, вытекающего из катализатора 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, становится, по существу, стехиометрическим воздушно-топливным отношением, и поэтому выходное воздушно-топливное отношение датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны также превращается, по существу, в стехиометрическое воздушно-топливное отношение.

[0066] С другой стороны, если датчик 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны претерпевает ухудшение реакции, выходное воздушно-топливное отношение датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны следует тренду, показанному на фиг. 6 прерывистой линией B. То есть, по сравнению с тем, когда датчик 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны не претерпевает ухудшения реакции (сплошная линия А), скорость падения выходного воздушно-топливного отношения становится меньше. Таким образом, скорость падения выходного воздушно-топливного отношения датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны меняется в соответствии с каким-либо ухудшением реакции датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны. По этой причине, вычисляя эту скорость падения, можно диагностировать наличие какого-либо ухудшения реакции датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны. В частности, такое ухудшение реакции предпочтительно диагностируют на основе скорости падения в области, где воздушно-топливное отношение выхлопного газа находится между 18 или около того и 17 или около того.

[0067] В то же время, тренд в выходном воздушно-топливном отношении датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны после окончания управления отсечкой топлива также меняется согласно степени ухудшения характеристик катализатора 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны. Например, если степень ухудшения характеристик катализатора 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны высокая, и способность к накоплению кислорода падает, катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны почти не накапливает кислорода даже во время управления отсечкой топлива. По этой причине, если управление отсечкой топлива заканчивается, и воздушно-топливное отношение выхлопного газа, текущего в катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, делается богатым воздушно-топливным отношением, то вместе с этим воздушно-топливное отношение выхлопного газа, вытекающего из катализатора 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, также быстро падает.

[0068] Это состояние показано на фиг. 6 одноточечной штрихпунктирной линией С. На фиг. 6 одноточечная штрихпунктирная линия C выражает тренд в выходном воздушно-топливном отношении в случае, когда датчик 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны не претерпевает ухудшения реакции, а степень ухудшения характеристик катализатора 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны является высокой. Как понятно из сравнения сплошной линии A и одноточечной штрихпунктирной линия C на фиг. 6, после окончания управления отсечкой топлива скорость изменения выходного воздушно-топливного отношения датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны становится быстрее, чем в случае, когда катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны не претерпел ухудшения характеристик.

[0069] С другой стороны, если датчик 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны претерпевает ухудшение реакции, и степень ухудшения характеристик катализатора 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны высока, то уменьшение скорости падения выходного воздушно-топливного отношения, сопровождающее ухудшение реакции, и увеличение скорости падения выходного воздушно-топливного отношения, сопровождающее ухудшение характеристик катализатора 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, совпадают. В результате, в таком случае выходное воздушно-топливное отношение датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны, как показано на фиг. 6 двухточечной штрихпунктирной линией D, следует тому же тренду, что выходное воздушно-топливное отношение в случае сплошной линии A (случай, где датчик 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны не претерпевает ухудшения реакции, и степень ухудшения характеристик катализатора 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны является низкой) в области воздушно-топливного отношения выхлопного газа между 18 или около того и 17 или около того.

[0070] По этой причине, если, как пояснено выше, скорость падения выходного воздушно-топливного отношения используется в качестве основы для диагностики ухудшения реакции, как показано на фиг. 6 двухточечной штрихпунктирной линией D, то невозможно выявить нештатный режим работы даже тогда, когда датчик 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны претерпевает нештатное ухудшение реакции.

[0071] Принцип диагностики нештатного режима в настоящем изобретении

Напротив, в варианте осуществления согласно настоящему изобретению в двух различных областях воздушно-топливного отношения вычисляют скорости изменения выходного воздушно-топливного отношения датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны и на основе вычисленных скоростей изменения воздушно-топливного отношения в этих областях диагностируют нештатный режим работы датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны (в частности, ухудшение реакции). Ниже со ссылкой на фиг. 7 и фиг. 8, будет пояснен принцип диагностики нештатного режима работы датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны в настоящем изобретении.

[0072] Как пояснено выше, в области между выходным воздушно-топливным отношением, равным приблизительно 18 и приблизительно 17, при условии, что степень ухудшения характеристик катализатора 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны является низкой, можно определить наличие или отсутствие ухудшения реакции выходного воздушно-топливного отношения датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны. Поэтому, в настоящем варианте осуществления, после окончания управления отсечкой топлива вычисляют скорость изменения выходного воздушно-топливного отношения, когда выходное воздушно-топливное отношение датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны впервые проходит через первую область X воздушно-топливного отношения между 18 и 17 (ниже, именуемая «первая скорость изменения воздушно-топливного отношения»). Период ΔT₁ времени изменения от верхнего предельного воздушно-топливного отношения первой области воздушно-топливного отношения (то есть 18) до нижнего предельного воздушно-топливного отношения первой области воздушно-топливного отношения (то есть 17) используется как параметр, выражающий первую скорость изменения воздушно-топливного отношения. Чем длиннее этот первый период ΔT₁ времени изменения воздушно-топливного отношения, тем медленнее становится первая скорость изменения воздушно-топливного отношения. Следует отметить, что на фиг. 7, первый период ΔT₁ времени изменения воздушно-топливного отношения представляет собой параметр, показывающий первую скорость изменения воздушно-топливного отношения относительно сплошной линии A.

[0073] Кроме того, в настоящем варианте осуществления, вычисляется скорость изменения выходного воздушно-топливного отношения, когда выходное воздушно-топливное отношение датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны находится во второй области воздушно-топливного отношения Y между 16 и стехиометрическим воздушно-топливным отношением (14,6) (ниже именуемая «вторая скорость изменения воздушно-топливного отношения»). В отношении также этой второй скорости изменения воздушно-топливного отношения, таким же образом, что и с первой скоростью изменения воздушно-топливного отношения, в качестве параметра, выражающего вторую скорость изменения воздушно-топливного отношения используется период ΔТ₂ времени изменения от верхнего предельного воздушно-топливного отношения второй области воздушно-топливного отношения (т.е. 16) до нижнего предельного воздушно-топливного отношения второй области воздушно-топливного отношения (т.е. стехиометрического воздушно-топливного отношения). Чем длиннее второй период ΔТ₂ времени изменения воздушно-топливного отношения, тем медленнее становится вторая скорость изменения воздушно-топливного отношения. Следует отметить, что на фиг. 7, второй период ΔТ₂ времени изменения воздушно-топливного отношения представляет собой параметр, показывающий вторую скорость изменения воздушно-топливного отношения относительно сплошной линии А.

[0074] Согласно данному варианту осуществления настоящего изобретения на основе вычисленной таким образом первой скорости изменения воздушно-топливного отношения и второй скорости изменения воздушно-топливного отношения, которые используются в качестве основания, диагностируется нештатный режим работы датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны. Сначала, если первая скорость изменения воздушно-топливного отношения (скорость изменения в первой области воздушно-топливного отношения X) медленнее, чем скорость изменения, используемая в качестве опорной для нештатного режима (то есть период ΔT₁ времени изменения длиннее, чем пороговая величина, используемая в качестве опорной для нештатного режима), то делается заключение, что датчик 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны претерпевает нештатное ухудшение реакции.

[0075] То есть, если сравнить выходные воздушно-топливные отношения с A по D в первой области воздушно-топливного отношения X, то наклон становится меньше у прерывистой линии В по сравнению со сплошной линией, где датчик 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны не претерпевает ухудшения реакции, и степень ухудшения характеристик катализатора 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны является низкой. Далее, прерывистая линия B показывает случай, когда датчик 41 воздушно-топливного с выпускной стороны отношения претерпевает ухудшение реакции. Поэтому если первая скорость изменения воздушно-топливного отношения становится меньше, чем скорость изменения, когда датчик 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны не претерпевает ухудшения реакции, то можно сказать, что датчик 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны претерпевает нештатное ухудшение реакции. Поэтому в настоящем изобретении, когда скорость изменения выходного воздушно-топливного отношения датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны медленнее, чем скорость изменения, используемая в качестве опорной для нештатного режима, то делается заключение, что датчик 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны претерпевает нештатное ухудшение реакции.

[0076] Следует отметить, что скорость изменения, используемая в качестве опорной для нештатного режима работы, например, является скоростью, которая слегка медленнее, чем минимальная скорость, которой может быть скорость изменения в первой области воздушно-топливного отношения X, когда датчик 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны не претерпевает ухудшения реакции, и степень ухудшения характеристик катализатора 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны является низкой. Далее, скорость изменения, используемая в качестве опорной для нештатного режима работы, может быть заданной величиной или может быть величиной, которая изменяется в соответствии с оборотами двигателя или нагрузкой двигателя или другими рабочими параметрами при управлении богатым перезапуском.

[0077] С другой стороны, когда первая скорость изменения воздушно-топливного отношения (скорость изменения в первой области воздушно-топливного отношения X) быстрее, чем скорость изменения, используемая в качестве опорной для штатного режима (т.е. период ΔT₁ времени короче, чем пороговая величина, используемая в качестве опорной для штатного режима), то делается заключение, что датчик 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны не претерпевает нештатного ухудшения реакции. Другими словами, если сравнивать выходные воздушно-топливные отношения с A по D в первой области воздушно-топливного отношения X, то наклон становится больше у одноточечной штрихпунктирной линии C в сравнении со сплошной линией A, где датчик 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны не претерпевает нештатного ухудшения реакции и степень ухудшения характеристик катализатора 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны является низкой. Далее, одноточечная штрихпунктирная линия C показывает случай, когда датчик 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны не претерпевает ухудшения реакции. Поэтому, если первая скорость изменения воздушно-топливного отношения становится быстрее, чем скорость изменения воздушно-топливного отношения, когда датчик 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны не претерпевает ухудшения реакции, то можно сказать, что датчик 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны не претерпевает нештатного ухудшения реакции.

Поэтому в настоящем изобретении, когда скорость изменения выходного воздушно-топливного отношения датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны быстрее, чем скорость изменения, используемая в качестве опорной для штатного режима, то делается заключение, что датчик 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны не претерпевает нештатного ухудшения реакции.

[0078] Следует отметить, что скорость изменения, используемая в качестве опорной для штатного режима, представляет собой, например, скорость изменения, которая слегка быстрее, чем максимальная скорость, которой может быть скорость изменения в первой области воздушно-топливного отношения X, когда датчик 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны не претерпевает ухудшения реакции, и степень ухудшения характеристик катализатора 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны является низкой. Далее, скорость изменения, используемая в качестве опорной для штатного режима работы, может быть заданной величиной или может быть величиной, которая изменяется в соответствии с оборотами двигателя, или нагрузкой двигателя, или другими рабочими параметрами при управлении богатым перезапуском.

[0079] Напротив, когда первая скорость изменения воздушно-топливного отношения (скорость изменения в первой области воздушно-топливного отношения X) быстрее, чем скорость изменения, используемая в качестве опорной для нештатного режима, и медленнее, чем скорость изменения, используемая в качестве опорной для штатного режима то делается заключение, что остается неясным, претерпевает ли датчик 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны нештатное ухудшение реакции (состояние нештатного режима работы остается невыясненным), и что уточнение должно быть сделано для этого заключения. Другими словами, как описано выше, в первой области воздушно-топливного отношения X, и когда датчик 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны не претерпевает нештатного ухудшения реакции, а степень ухудшения характеристик катализатора 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны является низкой (сплошная линия A), и когда датчик 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны претерпевает нештатное ухудшение реакции, а степень ухудшения характеристик катализатора 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны является высокой (двухточечная штрихпунктирная линия D), выходное воздушно-топливное отношение датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны показывает сходные тенденции. Поэтому в обоих случаях первая скорость изменения воздушно-топливного отношения в конечном итоге становится быстрее, чем скорость изменения, используемая в качестве опорной для нештатного режима, и становится медленнее, чем скорость изменения, используемая в качестве опорной для штатного режима. Поэтому в настоящем варианте осуществления, когда скорость изменения выходного воздушно-топливного отношения датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны становится быстрее, чем скорость изменения, используемая в качестве опорной для нештатного режима, и становится медленнее, чем скорость изменения, используемая в качестве опорной для штатного режима, делается заключение о необходимости уточнения для заключения.

[0080] С другой стороны, сравним сплошную линию A и двухточечную штрихпунктирную линию D, у которых делается заключение, что необходимо уточнение для заключения, основанного на первой скорости изменения воздушно-топливного отношения. В случае сплошной линии A (когда датчик 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны не претерпевает нештатного ухудшения реакции, а степень ухудшения характеристик катализатора 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны является низкой), выходное воздушно-топливное отношение датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны постепенно стабилизируется на стехиометрическом воздушно-топливном отношении. Это происходит потому, что степень ухудшения характеристик катализатора 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны является низкой, и поэтому, даже если воздушно-топливное отношение выхлопного газа, текущего в катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, является богатым воздушно-топливным отношением, то кислород, накопленный в катализаторе 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, обеспечивает удаление несгоревшего газа посредством окисления. В результате, в случае сплошной линии A, вторая скорость изменения воздушно-топливного отношения (скорость изменения во второй области воздушно-топливного отношения Y) становится медленнее.

[0081] С другой стороны, в случае двухточечной линии D (когда датчик 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны претерпевает нештатное ухудшение реакции, а степень ухудшения характеристик катализатора 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны является высокой) выходное воздушно-топливное отношение датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны быстро изменяется через стехиометрическое воздушно-топливное отношение до богатого воздушно-топливного отношения. Это происходит потому, что степень ухудшения характеристик катализатора 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны является высокой, а значит, катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны не может накопить достаточно кислорода, и в результате выхлопной газ, текущий в катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, проходит через катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны как есть. Поэтому в случае двухточечной линии D вторая скорость изменения воздушно-топливного отношения (скорость изменения во второй области воздушно-топливного отношения Y) становится быстрее.

[0082] Следует отметить, что в примере, показанном на фиг. 6, в случае одноточечной линии С и в случае двухточечной линии D, выходное воздушно-топливное отношение датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны быстро изменяется до богатого воздушно-топливного отношения, а затем немедленно изменяется на стехиометрическое воздушно-топливное отношение. Это происходит потому, что сразу после того, как выходное воздушно-топливное отношение изменяется до богатого воздушно-топливного отношения (более точно, сразу после того, как достигнута конечная величина воздушно-топливного отношения), управление богатым перезапуском заканчивается, и целевое воздушно-топливное отношение выхлопного газа, текущего в катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, переключается на стехиометрическое воздушно-топливное отношение.

[0083] Поэтому в настоящем варианте осуществления, если делается заключение о необходимости уточнения для заключения, основанного на первой скорости изменения воздушно-топливного отношения, нештатный режим работы датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны диагностируется на основе второй скорости изменения воздушно-топливного отношения. В частности, когда вторая скорость изменения выходного воздушно-топливного отношения медленнее, чем скорость изменения, используемая в качестве опорной для заключения о штатном или нештатном режиме работы, то делается заключение, что датчик 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны не претерпевает нештатного ухудшения реакции. С другой стороны, когда вторая скорость изменения выходного воздушно-топливного отношения быстрее, чем скорость изменения, используемая в качестве опорной для заключения о штатном или нештатном режиме работы, то делается заключение, что датчик 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны претерпевает нештатное ухудшение реакции. Следует отметить, что скорость изменения, используемая в качестве опорной для заключения о штатном или нештатном режиме работы, представляет собой, например, скорость изменения, которая слегка быстрее, чем максимальная скорость, которой может быть скорость изменения во второй области воздушно-топливного отношения Y, когда датчик 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны не претерпевает ухудшения реакции, и степень ухудшения характеристик катализатора 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны является низкой. Далее, скорость изменения, используемая в качестве опорной для заключения о штатном или нештатном режиме работы, может быть заданной величиной или может быть величиной, которая изменяется в соответствии с оборотами двигателя, или нагрузкой двигателя, или другими рабочими параметрами при управлении богатым перезапуском.

[0084] Поэтому, обобщая сказанное, в настоящем варианте осуществления, когда первая скорость изменения воздушно-топливного отношения медленнее, чем скорость изменения, используемая в качестве опорной для нештатного режима работы, то делается заключение, что датчик 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны работает в нештатном режиме, в то время как, когда первая скорость изменения воздушно-топливного отношения быстрее, чем скорость изменения, используемая в качестве опорной для штатного режима работы, то делается заключение, что датчик 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны работает в штатном режиме. Далее, если первая скорость изменения воздушно-топливного отношения быстрее, чем скорость изменения, используемая в качестве опорной для нештатного режима работы, и медленнее, чем скорость изменения, используемая в качестве опорной для штатного режима работы, то делается заключение о необходимости уточнения для заключения (т.е. состояние нештатного режима работы остается невыясненным). Далее, если делается заключение, основанное на первой скорости изменения воздушно-топливного отношения, что необходимо уточнение для заключения, то когда вторая скорость изменения выходного воздушно-топливного отношения медленнее, чем скорость изменения, используемая в качестве опорной для заключения о штатном или нештатном режиме работы, то делается заключение, что датчик 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны работает в штатном режиме, в то время как, когда она быстрее, чем скорость изменения, используемая в качестве опорной для заключения о штатном или нештатном режиме работы, то делается заключение, что датчик 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны работает в нештатном режиме. При такой диагностике нештатного режима работы датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны, даже если катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны претерпевает ухудшение характеристик, то становится возможным точно диагностировать нештатное ухудшение реакции датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны.

[0085] Следует отметить, что вычисление первой скорости изменения воздушно-топливного отношения на основе выходного воздушно-топливного отношения датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны выполняется средством вычисления первой скорости изменения, в то время как вычисление второй скорости изменения воздушно-топливного отношения на основе выходного воздушно-топливного отношения датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны выполняется средством вычисления второй скорости изменения. Далее, заключение о штатном или нештатном режиме работы датчика 41 воздушно-топливного отношения, основанное на первой скорости изменения воздушно-топливного отношения и второй скорости изменения воздушно-топливного отношения, делается средством диагностики нештатного режима работы. ЭБУ 31 функционирует как указанные средство вычисления первой скорости изменения, средство вычисления второй скорости изменения и средство диагностики нештатного режима работы.

[0086] Далее, в вышеизложенном варианте осуществления в качестве скоростей изменения воздушно-топливного отношения при прохождении через области воздушно-топливного отношения X и Y используются периоды времени, в которые выходное воздушно-топливное отношение датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны изменяется от верхнего предельного воздушно-топливного отношения до нижнего предельного воздушно-топливного отношения соответствующих областей воздушно-топливного отношения (периоды времени изменения воздушно-топливного отношения). Однако вместо периодов времени изменения воздушно-топливного отношения в качестве скоростей изменения воздушно-топливного отношения могут также быть использованы величины, полученные вычитанием нижнего предельного воздушно-топливного отношения от верхнего предельного воздушно-топливного отношения соответствующих областей воздушно-топливного отношения, и деления этих величин на период времени изменения воздушно-топливного отношения.

[0087] Далее, вместо скоростей изменения воздушно-топливного отношения при прохождении через области воздушно-топливного отношения X и Y возможно также использовать совокупные величины количества выхлопного газа, проходящего через датчик 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны в периоды, когда выходное воздушно-топливное отношение изменяется от верхнего предельного воздушно-топливного отношения до нижнего предельного воздушно-топливного отношения соответствующих областей воздушно-топливного отношения. Совокупные величины количества выхлопного газа могут быть вычислены, исходя из выходной величины расходомера 39, или могут оцениваться, исходя из нагрузки на двигатель и оборотов двигателя.

[0088] В этом случае, когда первая совокупная величина количества выхлопного газа, полученная путем совокупного сложения количества выхлопного газа, проходящего через датчик 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны в период, когда выходное воздушно-топливное отношение изменяется от верхнего предельного воздушно-топливного отношения до нижнего предельного воздушно-топливного отношения первой области воздушно-топливного отношения, больше, чем совокупная величина, используемая в качестве опорной для нештатного режима работы, то делается заключение, что датчик 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны работает в нештатном режиме. С другой стороны, когда первая совокупная величина количества выхлопного газа меньше, чем совокупная величина, используемая в качестве опорной для штатного режима работы, то делается заключение, что датчик 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны работает в штатном режиме. Однако когда первая совокупная величина количества выхлопного газа находится между совокупной величиной, используемой в качестве опорной для нештатного режима работы, и совокупной величиной, используемой в качестве опорной для штатного режима работы, то делается заключение о необходимости уточнения для заключения. Далее, если делается заключение, основанное на первой совокупной величине количества выхлопного газа, что необходимо уточнение для заключения, то когда вторая совокупная величина количества выхлопного газа, полученная путем совокупного сложения количества выхлопного газа, проходящего через датчик 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны в период, когда выходное воздушно-топливное отношение изменяется от верхнего предельного воздушно-топливного отношения до нижнего предельного воздушно-топливного отношения второй области воздушно-топливного отношения, больше, чем совокупная величина, используемая в качестве опорной для заключения о штатном или нештатном режиме работы, то делается заключение, что датчик 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны работает в штатном режиме. С другой стороны, когда вторая совокупная величина количества выхлопного газа меньше, чем совокупная величина, используемая в качестве опорной для заключения о штатном или нештатном режиме работы, то делается заключение, что датчик 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны работает в нештатном режиме.

[0089] Кроме того, в настоящем варианте осуществления, когда система диагностики определяет, что датчик 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны функционирует в нештатном режиме, зажигается предупреждающий световой сигнал на транспортном средстве, на котором установлен двигатель внутреннего сгорания.

[0090] В дополнение, как пояснено выше, в случае одноточечной штрихпунктирной линии C и в случае двухточечной штрихпунктирной линии D, степень ухудшения характеристик катализатора 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны становится высокой. Поэтому, в этих случаях, может быть определено, что катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны претерпевает ухудшение характеристик. Более конкретно, когда первая скорость изменения воздушно-топливного отношения быстрее, чем скорость изменения, используемая в качестве опорной для штатного режима работы, т.е. когда делается заключение на основе первой скорости изменения воздушно-топливного отношения, что датчик 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны работает в штатном режиме, то делается заключение, что катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны претерпевает ухудшение характеристик. Далее, когда вторая скорость изменения выходного воздушно-топливного отношения быстрее, чем скорость изменения, используемая в качестве опорной для заключения о штатном или нештатном режиме работы, т.е. когда делается заключение на основе второй скорости изменения воздушно-топливного отношения, что датчик 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны работает в нештатном режиме, то делается заключение, что катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны претерпевает ухудшение характеристик.

[0091] Первая область воздушно-топливного отношения и вторая область воздушно-топливного отношения

В этом отношении, если определить первую область воздушно-топливного отношения областью между верхним предельным воздушно-топливным отношением первой области и нижним предельным воздушно-топливным отношением первой области на богатой стороне от него, в вышеупомянутом примере верхнее предельное воздушно-топливное отношение первой области принимается равным 18, а нижнее предельное воздушно-топливное отношение первой области принимается равным 17. Кроме того, если определить вторую область воздушно-топливного отношения между верхним предельным воздушно-топливным отношением второй области и нижним предельным воздушно-топливным отношением второй области на богатой стороне от него, в вышеупомянутом примере верхнее предельное воздушно-топливное отношение второй области принимается равным приблизительно 16, а нижнее предельное воздушно-топливное отношение второй области устанавливается на стехиометрическое воздушно-топливное отношение (в изложенном выше примере 14,6). Тем не менее, это может быть изменено в соответствии с характеристиками катализатора 20 очистки выхлопного газа, составом топлива, конфигурацией датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны и т.п., и поэтому первая область воздушно-топливного отношения и вторая область воздушно-топливного отношения не обязательно должны быть областями между этими значениями.

[0092] Сначала будет пояснена первая область воздушно-топливного отношения. Первая область воздушно-топливного отношения главным образом должна представлять собой область, в которой скорость изменения выходного воздушно-топливного отношения меняется, когда датчик 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны претерпевает ухудшение реакции. Поэтому верхнее предельное воздушно-топливное отношение первой области должно быть меньше, чем выходное воздушно-топливное отношение, когда выпускается воздух из катализатора 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны.

[0093] Кроме того, при использовании в качестве датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны датчика воздушно-топливного отношения предельного тока, как пояснено выше, верхнее предельное воздушно-топливное отношение первой области должно быть воздушно-топливным отношением, при котором датчик 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны может генерировать предельный ток. Например, в примере, показанном на фиг. 3, когда приложенное напряжение датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны установлено на 0,4 В, если воздушно-топливное отношение выхлопного газа равно 18 или около того, выдается предельный ток, однако если воздушно-топливное отношение выхлопного газа становится больше этого значения, предельный ток не выдается. Если, таким образом, предельный ток больше не выдается, точность выходного тока по отношению к фактическому воздушно-топливному отношению ухудшается, и поэтому точность определения воздушно-топливного отношения падает. Поэтому верхнее предельное воздушно-топливное отношение первой области устанавливается воздушно-топливным отношением, при котором датчик 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны может генерировать предельный ток. Для датчика воздушно-топливного отношения, имеющего V-I характеристику, показанную на фиг. 3, оно становится равным 18 или менее.

[0094] В качестве альтернативного варианта, если использовать в качестве датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны датчик, выполненный таким образом, что приложенное напряжение делается больше при возрастании выходного тока, верхнее предельное воздушно-топливное отношение первой области также может быть использовано в качестве верхнего предельного бедного воздушно-топливного отношения, при котором генерируется предельный ток, когда подается напряжение, генерирующее предельный ток, при котором выхлопной газ имеет стехиометрическое воздушно-топливное отношение.

[0095] Кроме того, время, через которое воздушно-топливное отношение выхлопного газа, вытекающего из катализатора 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, становится богаче, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение, меняется согласно количеству кислорода, которое может быть накоплено катализатором 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны (максимальной величиной накопления кислорода). Поэтому, если установить нижнее предельное воздушно-топливное отношение первой области на величину, которая меньше, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение, даже если ухудшение реакции датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны имеет ту же самую степень, данное время меняется в зависимости от максимальной величины накопления кислорода катализатором 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны. Поэтому нижнее предельное воздушно-топливное отношение первой области должно быть стехиометрическим воздушно-топливным отношением или больше. В частности, нижнее предельное воздушно-топливное отношение первой области предпочтительно беднее, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение.

[0096] Кроме того, когда используют датчик воздушно-топливного отношения предельного тока в качестве датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны вышеуказанным образом, нижнее предельное воздушно-топливное отношение первой области также должно быть воздушно-топливным отношением, при котором датчик 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны может генерировать предельный ток. Поэтому в датчике воздушно-топливного отношения, имеющем V-I характеристику, показанную на фиг. 3, оно принимается равным 12 или больше. Следует отметить, что рассматривая пункт, согласно которому и верхнее предельное воздушно-топливное отношение первой области и нижнее предельное воздушно-топливное отношение первой области должны быть воздушно-топливным отношением, при котором датчик 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны может генерировать предельный ток, можно сказать, что первая область воздушно-топливного отношения может представлять собой область в области воздушно-топливного отношения, где датчик 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны генерирует предельный ток.

[0097] Далее будет пояснена вторая область воздушно-топливного отношения. Вторая область воздушно-топливного отношения главным образом должна быть областью, в которой скорость изменения выходного воздушно-топливного отношения меняется в соответствии со степенью ухудшения характеристик катализатора 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, независимо от наличия или отсутствия ухудшения реакции датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны. Как пояснено выше, выходное воздушно-топливное отношение около стехиометрического воздушно-топливного отношения меняется в соответствии со степенью ухудшения характеристик катализатора 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, и поэтому вторая область воздушно-топливного отношения предпочтительно включает в себя стехиометрическое воздушно-топливное отношение.

[0098] Таким же образом, как и упомянутое выше верхнее предельное воздушно-топливное отношение первой области, верхнее предельное воздушно-топливное отношение второй области должно быть ниже, чем выходное воздушно-топливное отношение, когда катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны выпускает воздух. Кроме того, когда используется датчик воздушно-топливного отношения предельного тока в качестве датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны, вторая область воздушно-топливного отношения должна быть воздушно-топливным отношением, при которой датчик 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны может генерировать предельный ток. Более того, для предотвращения того, чтобы на вторую скорость изменения воздушно-топливного отношения влияла скорость изменения воздушно-топливного отношения в первой области воздушно-топливного отношения, верхнее предельное воздушно-топливное отношение второй области предпочтительно богаче (ниже), чем нижнее предельное воздушно-топливное отношение первой области.

[0099] С другой стороны, нижнее предельное воздушно-топливное отношение второй области, как пояснено выше, устанавливается на такое воздушно-топливное отношение, чтобы вторая область воздушно-топливного отношения включала близость стехиометрического воздушно-топливного отношением, поскольку тренд в выходном воздушно-топливном отношении вблизи стехиометрического воздушно-топливного отношения меняется в соответствии со степенью ухудшения характеристик катализатора 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны. В частности, вторая область воздушно-топливного отношения устанавливается в диапазоне от воздушно-топливного отношения, которое слегка беднее, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение, до воздушно-топливного отношения, которое богаче, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение. Кроме того, если момент времени окончания управления богатым перезапуском установлен на момент времени, когда выходное воздушно-топливное отношение датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны достигает конечной величины воздушно-топливного отношения, которое богаче, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение, то конечная величина воздушно-топливного отношения может также быть сделана нижним предельным воздушно-топливным отношением второй области. Кроме того, как пояснено выше, при использовании датчика воздушно-топливного отношения предельного тока в качестве датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны, вторая область воздушно-топливного отношения также делается областью в области воздушно-топливного отношения, при которой датчик 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны генерирует предельный ток.

[0100] Следует отметить, что если коротко объяснить взаимосвязь между первой областью воздушно-топливного отношения и второй областью воздушно-топливного отношения в настоящем варианте осуществления, можно сказать, что первая область воздушно-топливного отношения предпочтительно включает в себя область воздушно-топливного отношения, которая беднее, чем вторая область воздушно-топливного отношения, при этом вторая область воздушно-топливного отношения предпочтительно включает в себя область воздушно-топливного отношения, которая богаче, чем первая область воздушно-топливного отношения.

[0101] Временная диаграмма

Фиг. 8 представляет собой временную диаграмму, показывающую процедуру управления для диагностики нештатного режима работы в настоящем варианте осуществления. Управление для диагностики нештатного режима работы, показанное на фиг. 8, выполняется в ЭБУ 31.

[0102] Как показано на фиг. 8, сначала на этапе S11 определяется, закончена ли уже диагностика нештатной работы датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны после того, как был заведен двигатель внутреннего сгорания или после того, как ключ зажигания автомобиля, на котором установлен двигатель внутреннего сгорания, был повернут. Если на этапе S11 определено, что диагностика нештатной работы уже закончена, то процедура управления завершается. С другой стороны, если на этапе S11 делается определение, что диагностика нештатной работы датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны не закончена, то процедура переходит на этап S12.

[0103] На этапе S12 на основе выходного сигнала датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны вычисляется первый период ΔT₁ времени изменения воздушно-топливного отношения. В частности, после окончания управления отсечкой топлива и старта управления богатым перезапуском, период времени от момента, когда выходное воздушно-топливное отношение датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны впервые достигает верхнего предельного воздушно-топливного отношения первой области (например, 18), до момента, когда оно достигает нижнего предельного воздушно-топливного отношения первой области (например, 17), вычисляется в качестве первого периода ΔT₁ времени изменения воздушно-топливного отношения.

[0104] Далее на этапах S13 и S14 определяется, является ли первый период ΔT₁ времени изменения воздушно-топливного отношения, вычисленный на этапе S12, пороговой величиной Tlup, используемой для заключения о нештатном режиме, или больше, пороговой величиной Tllow, используемой для заключения о штатном режиме, или меньше, или находится между пороговой величиной Tlup, используемой для заключения о нештатном режиме и пороговой величиной Tllow, используемой для заключения о штатном режиме. Когда определяется, что первый период ΔT₁ времени изменения воздушно-топливного отношения является пороговой величиной Tlup, используемой для заключения о нештатном режиме, или больше, то процедура переходит на этап S15. На этапе S15 делается заключение, что датчик 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны претерпевает нештатное ухудшение реакции. С другой стороны, когда на этапах S13 и S14 определяется, что первый период ΔT₁ времени изменения воздушно-топливного отношения является пороговой величиной Tllow, используемой для заключения о штатном режиме, или меньше, то процедура переходит на этап S16. На этапе S16 делается заключение, что датчик 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны не претерпевает нештатного ухудшения реакции. С другой стороны, когда на этапах S13 и S14 определяется, что первый период ΔT₁ времени изменения воздушно-топливного отношения находится между пороговой величиной Tlup, используемой для заключения о нештатном режиме, и пороговой величиной Tllow, используемой для заключения о штатном режиме, то процедура переходит на этап S17.

[0105] На этапе S17 на основе выходного сигнала датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны вычисляется второй период ΔТ₂ времени изменения воздушно-топливного отношения. В частности, после окончания управления отсечкой топлива и старта управления богатым перезапуском, период времени от момента, когда выходное воздушно-топливное отношение датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны впервые достигает верхнего предельного воздушно-топливного отношения второй области (например, 16), до момента, когда оно достигает нижнего предельного воздушно-топливного отношения второй области (например, стехиометрическое воздушно-топливное отношение), вычисляется в качестве второго периода ΔТ₂ времени изменения воздушно-топливного отношения.

[0106] Далее, на этапе S18 определяется, является ли второй период ΔТ₂ времени изменения воздушно-топливного отношения, вычисленный на этапе S17, меньше, чем пороговая величина T2mid, используемая для заключения о штатном или нештатном режиме. Когда определяется, что второй период ΔТ₂ времени изменения воздушно-топливного отношения меньше, чем пороговая величина T2mid, используемая для заключения о штатном или нештатном режиме, то процедура переходит на этап S19. На этапе S19 делается заключение, что датчик 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны претерпевает нештатное ухудшение реакции. С другой стороны, когда на этапе S18 определяется, что второй период ΔТ₂ времени изменения воздушно-топливного отношения является пороговой величиной T2mid, используемой для заключения о штатном или нештатном режиме, или больше, то процедура переходит на этап S20. На этапе S20 делается заключение, что датчик 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны не претерпевает нештатного ухудшения реакции.

[0107] Следует отметить, что в вышеприведенном примере нештатный режим работы диагностируется на основе первого периода ΔT₁ времени изменения воздушно-топливного отношения и второго периода ΔТ₂ времени изменения воздушно-топливного отношения. Однако, как пояснено выше, вместо первого периода ΔT₁ времени изменения воздушно-топливного отношения, возможно также использовать первую скорость V₁ изменения воздушно-топливного отношения, полученную путем вычитания нижнего предельного воздушно-топливного отношения первой области из верхнего предельного воздушно-топливного отношения первой области и деления данной величины на первый период времени изменения воздушно-топливного отношения. Далее вместо второго периода ΔТ₂ времени изменения воздушно-топливного отношения, возможно также использовать вторую скорость V₂ изменения воздушно-топливного отношения, полученную путем вычитания нижнего предельного воздушно-топливного отношения второй области из верхнего предельного воздушно-топливного отношения второй области и деления данной величины на второй период времени изменения воздушно-топливного отношения.

[0108] Напротив, как пояснено выше, вместо первого периода ΔT₁ времени изменения воздушно-топливного отношения, возможно также использовать совокупную величину первого количества выхлопного газа, полученную путем совокупного сложения количества выхлопного газа, проходящего через датчик 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны за то время, пока выходное воздушно-топливное отношение изменяется от верхнего предельного воздушно-топливного отношения первой области до нижнего предельного воздушно-топливного отношения первой области. Далее, вместо второго периода ΔТ₂ времени изменения воздушно-топливного отношения, возможно также использовать совокупную величину второго количества выхлопного газа, полученную путем совокупного сложения количества выхлопного газа, проходящего через датчик 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны за то время, пока выходное воздушно-топливное отношение изменяется от верхнего предельного воздушно-топливного отношения второй области до нижнего предельного воздушно-топливного отношения второй области.

[0109] В этом случае, когда на этапе S13 первая скорость V₁ изменения воздушно-топливного отношения является скоростью изменения, используемой в качестве опорной для нештатного режима, или меньше, то процедура управления переходит на этап S15, где делается заключение, что датчик 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны работает в нештатном режиме. Далее, когда на этапе S14 первая скорость V₁ изменения воздушно-топливного отношения является скоростью изменения, используемой в качестве опорной для штатного режима, или больше, то процедура управления переходит на этап S16, где делается заключение, что датчик 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны работает в штатном режиме. Таким же образом когда на этапе S18 вторая скорость V₂ изменения воздушно-топливного отношения является скоростью изменения, используемой в качестве опорной для штатного или нештатного режима, или больше, то процедура управления переходит на этап S19, где делается заключение, что датчик 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны работает в нештатном режиме.

[0110] Второй вариант осуществления

Далее, со ссылкой на фиг. 9, будет пояснена система диагностики согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения. Система диагностики согласно второму варианту осуществления в основном выполнена таким же образом, что и система диагностики согласно первому варианту осуществления. Тем не менее, в первом варианте осуществления, скорость изменения выходного воздушно-топливного отношения датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны используется в качестве основы для диагностирования нештатной работы, тогда как во втором варианте осуществления, совокупная величина (интегрированная величина) выходного воздушно-топливного отношения датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны используется в качестве основы для диагностирования нештатной работы.

[0111] Для наличия или отсутствия ухудшения реакции датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны для выходного воздушно-топливного отношения, совокупная величина выходного воздушно-топливного отношения также показывает сходную тенденцию, как и скорость изменения воздушно-топливного отношения. Это состояние показано на фиг. 9.

[0112] Фиг. 9 представляет собой временную диаграмму, сходную с фиг. 7. На фиг. 9, I_1A является совокупной величиной выходного воздушно-топливного отношения за то время, когда выходное воздушно-топливное отношение впервые проходит через первую область X воздушно-топливного отношения, в случае, когда датчик 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны не претерпевает ухудшения реакции, и степень ухудшения характеристик катализатора 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны является небольшой (сплошная линия А). Кроме того, на фиг. 9 I_1B является совокупной величиной выходного воздушно-топливного отношения, когда выходное воздушно-топливное отношение впервые проходит через первую область X воздушно-топливного отношения в случае, когда датчик 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны претерпевает ухудшение реакции, и степень ухудшения характеристик катализатора 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны является небольшой (прерывистая линия В). Кроме того, на фиг. 9, I_1C является совокупной величиной выходного воздушно-топливного отношения, когда выходное воздушно-топливное отношение впервые проходит через первую область X воздушно-топливного отношения в случае, когда датчик 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны не претерпевает ухудшения реакции, и степень ухудшения характеристик катализатора 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны является большой (одноточечная штрихпунктирная линия С).

[0113] Если сравнить эти совокупные величины I_1А, I_1B, и I_1C, то совокупная величина I_1B больше, чем совокупная величина I_1A. Поэтому понятно, что если датчик 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны претерпевает ухудшение реакции, совокупная величина выходного воздушно-топливного отношения, при прохождении через первую область X воздушно-топливного отношения, становится больше. Кроме того, совокупная величина I_1C меньше, чем совокупная величина I_1A. Поэтому, если степень ухудшения характеристик катализатора 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны становится выше, совокупная величина выходного воздушно-топливного отношения при прохождении через первую область X воздушно-топливного отношения становится меньше.

[0114] С другой стороны, когда датчик 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны претерпевает ухудшение реакции, и степень ухудшения характеристик катализатора 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны является высокой (двухточечная штрихпунктирная линия D), выходное воздушно-топливное отношение имеет характеристики, сходные со сплошной линией A в первой области X воздушно-топливного отношения. По этой причине, в случае, как показано сплошной линией A, и в случае, как показано двухточечной штрихпунктирной линией D, совокупные величины выходного воздушно-топливного отношения за то время, когда выходное воздушно-топливное отношение впервые проходит через первую область X воздушно-топливного отношения, приобретают одинаковое значение.

[0115] Таким образом, в настоящем варианте осуществления, если совокупная величина выходного воздушно-топливного отношения, когда выходное воздушно-топливное отношение впервые проходит через первую область X воздушно-топливного отношения, больше, чем совокупная величина, используемая в качестве опорной для нештатного режима, то делается заключение, что датчик 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны претерпевает нештатное ухудшение реакции. Следует отметить, что совокупная величина, используемая в качестве опорной для нештатного режима, является, например, установленной на величину слегка большую, чем максимальная величина, которую совокупная величина выходного воздушно-топливного отношения может принимать в первой области X воздушно-топливного отношения, когда датчик 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны не претерпевает ухудшения реакции, и степень ухудшения характеристик катализатора 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны является небольшой.

[0116] С другой стороны, если совокупная величина выходного воздушно-топливного отношения, когда выходное воздушно-топливное отношение впервые проходит через первую область X воздушно-топливного отношения, меньше, чем совокупная величина, используемая в качестве опорной для штатного режима, то делается заключение, что датчик 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны не претерпевает нештатного ухудшения реакции. Следует отметить, что совокупная величина, используемая в качестве опорной для штатного режима, является, например, установленной на величину слегка меньшую, чем минимальная величина, которую совокупная величина выходного воздушно-топливного отношения может принимать в первой области X воздушно-топливного отношения, когда датчик 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны не претерпевает ухудшения реакции, и степень ухудшения характеристик катализатора 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны является небольшой.

[0117] Далее, если совокупная величина выходного воздушно-топливного отношения, когда выходное воздушно-топливное отношение впервые проходит через первую область X воздушно-топливного отношения, находится между совокупной величиной, используемой в качестве опорной для нештатного режима, и совокупной величиной, используемой в качестве опорной для штатного режима, то делается заключение, что остается неясным, претерпевает ли датчик 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны нештатное ухудшение реакции (состояние нештатного режима работы остается невыясненным), и что уточнение должно быть сделано для этого заключения.

[0118] Далее, на фиг. 9 I_2A представляет собой совокупную величину выходного воздушно-топливного отношения, когда, как показано сплошной линией A, выходное воздушно-топливное отношение впервые проходит через вторую область Y воздушно-топливного отношения. Далее, на фиг. 9 I_2D представляет собой совокупную величину выходного воздушно-топливного отношения, когда, как показано двухточечной линией D, выходное воздушно-топливное отношение впервые проходит через вторую область Y воздушно-топливного отношения. Если сравнить эти совокупные величины I_2А и I_2D, то совокупная величина I_2А является большей, чем совокупная величина I_2D. Поэтому является установленным, что если степень ухудшения характеристик катализатора 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны становится выше, то совокупная величина выходного воздушно-топливного отношения при прохождении через вторую область Y воздушно-топливного отношения становится меньше.

[0119] Поэтому в настоящем варианте осуществления, если делается заключение о необходимости уточнения для заключения, основанного на совокупной величине выходного воздушно-топливного отношения, когда выходное воздушно-топливное отношение впервые проходит через первую область X воздушно-топливного отношения, то нештатный режим работы диагностируется на основе совокупной величины выходного воздушно-топливного отношения, когда выходное воздушно-топливное отношение впервые проходит через вторую область Y воздушно-топливного отношения. В частности, если совокупная величина выходного воздушно-топливного отношения, когда выходное воздушно-топливное отношение впервые проходит через вторую область Y воздушно-топливного отношения, больше, чем совокупная величина, используемая в качестве опорной для заключения о штатном или нештатном режиме работы, то делается заключение, что датчик 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны не претерпевает нештатного ухудшения реакции. С другой стороны, если эта совокупная величина выходного воздушно-топливного отношения меньше, чем совокупная величина, используемая в качестве опорной для заключения о штатном или нештатном режиме работы, то делается заключение, что датчик 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны претерпевает нештатное ухудшение реакции.

[0120] Поэтому, обобщая сказанное, в настоящем варианте осуществления, если совокупная величина в первой области X воздушно-топливного отношения больше, чем совокупная величина, используемая в качестве опорной для нештатного режима работы, то делается заключение, что датчик 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны работает в нештатном режиме, в то время как, если совокупная величина в первой области X воздушно-топливного отношения меньше, чем совокупная величина, используемая в качестве опорной для штатного режима работы, то делается заключение, что датчик 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны работает в штатном режиме. Далее, если совокупная величина в первой области X воздушно-топливного отношения находится между совокупной величиной, используемой в качестве опорной для нештатного режима работы, и совокупной величиной, используемой в качестве опорной для штатного режима работы, то делается заключение о необходимости уточнения для заключения. Далее, если на основе совокупной величины в первой области X воздушно-топливного отношения определено, что уточнение должно быть сделано к заключению, то когда вторая совокупная величина воздушно-топливного отношения больше, чем совокупная величина, используемая в качестве опорной для заключения о штатном или нештатном режиме работы, то делается заключение, что датчик 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны не претерпевает нештатного ухудшения реакции, а когда она меньше, чем совокупная величина, используемая в качестве опорной для заключения о штатном или нештатном режиме работы, то делается заключение, что датчик 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны претерпевает нештатное ухудшение реакции. При такой диагностике нештатного режима работы датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны, даже если катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны претерпевает ухудшение характеристик, то становится возможным точно диагностировать нештатное ухудшение реакции датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны.

[0121] Если выразить вместе вышеизложенные первый и второй варианты осуществления согласно осуществлению настоящего изобретения, то средство вычисления первой характеристики изменения (ЭБУ 31) вычисляет первую характеристику изменения воздушно-топливного отношения, когда выходное воздушно-топливное отношение датчика воздушно-топливного отношения впервые проходит через первую область воздушно-топливного отношения. В дополнение, средство вычисления второй характеристики изменения (ЭБУ 31) вычисляет вторую характеристику изменения воздушно-топливного отношения при первом проходе через вторую область воздушно-топливного отношения. Далее, средство диагностики нештатного режима работы (ЭБУ 31) делает заключение о штатном режиме работы, нештатном режиме работы или о необходимости уточнения для заключения (т.е. невыясненное состояние нештатного режима работы) для состояния датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны на основе первой характеристики изменения воздушно-топливного отношения. Когда на основе первой характеристики изменения воздушно-топливного отношения делается заключение о необходимости уточнения для заключения, то заключение о том, работает ли датчик в штатном режиме или в нештатном режиме, делается на основе второй характеристики изменения воздушно-топливного отношения.

[0122] В качестве характеристики изменения воздушно-топливного отношения в вышеизложенных вариантах осуществления могут быть упомянуты: скорость изменения воздушно-топливного отношения (период времени изменения воздушно-топливного отношения), совокупная величина воздушно-топливного отношения, совокупная величина количества выхлопного газа, проходящего через датчик 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны, в то время как выходное воздушно-топливное отношение изменяется от верхнего предельного воздушно-топливного отношения до нижнего предельного воздушно-топливного отношения в каждой области воздушно-топливного отношения, и т.п. Однако в качестве характеристики изменения воздушно-топливного отношения другие параметры, отличные от названных выше параметров, могут быть использованы с тем условием, что они показывают тренды, схожие со скоростью изменения воздушно-топливного отношения и т.п. в отношении наличия или отсутствия нештатного ухудшение реакции датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны и степени ухудшения характеристик катализатора 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны.

Список ссылочных позиций

[0123] 1 - корпус двигателя

5 - камера сгорания

6 - впускной клапан 8. выпускной клапан

11 - топливный инжектор

19 - выпускной коллектор

20 - катализатор очистки выхлопного газа с впускной стороны

21 - корпус с впускной стороны

23 - корпус с выпускной стороны

24 - катализатор очистки выхлопного газа с выпускной стороны

31 - электронный блок управления (ЭБУ)

40 - датчик воздушно-топливного отношения с впускной стороны

41 - датчик воздушно-топливного отношения с выпускной стороны

Изобретение относится к системе диагностики двигателя внутреннего сгорания. Техническим результатом является устранение последствия изменения состояния катализатора очистки выхлопного газа, при этом с точностью диагностировать нештатное ухудшение реакции датчика воздушно-топливного отношения с выпускной стороны. Предложен двигатель внутреннего сгорания, содержащий катализатор (20) очистки выхлопного газа, а также датчик (41) воздушно-топливного отношения, расположенный с выпускной стороны катализатора очистки выхлопного газа, останавливает или уменьшает подачу топлива в качестве управления отсечкой топлива и управляет воздушно-топливным отношением выхлопного газа, доводя его до богатого воздушно-топливного отношения после окончания управления отсечкой топлива в качестве управления богатым перезапуском. Система диагностики вычисляет первую характеристику изменения воздушно-топливного отношения в то время, когда выходное воздушно-топливное отношение впервые проходит через первую область X воздушно-топливного отношения, и вторую характеристику изменения воздушно-топливного отношения в то время, когда выходное воздушно-топливное отношение впервые проходит через вторую область воздушно-топливного отношения Y, отличную от первой области X воздушно-топливного отношения. Система диагностики делает заключение из следующих: о штатном режиме работы, нештатном режиме работы или о необходимости уточнения для заключения, в отношении состояния датчика воздушно-топливного отношения, на основе первой характеристики изменения воздушно-топливного отношения, при этом, если на основе первой характеристики изменения сделано заключение о необходимости уточнения для заключения, то делает заключение о штатном или нештатном режиме работы датчика воздушно-топливного отношения на основе второй характеристики изменения воздушно-топливного отношения. 16 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Система диагностики двигателя внутреннего сгорания, содержащая катализатор очистки выхлопного газа, расположенный в выпускном канале двигателя внутреннего сгорания и способный накапливать кислород, содержащийся в поступающем выхлопном газе, а также датчик воздушно-топливного отношения, расположенный с выпускной стороны катализатора очистки выхлопного газа в направлении потока выхлопного газа и определяющий воздушно-топливное отношение выхлопного газа, вытекающего из катализатора очистки выхлопного газа, которая останавливает или уменьшает подачу топлива в камеру сгорания в качестве управления отсечкой топлива и управляет воздушно-топливным отношением выхлопного газа, текущего в катализатор очистки выхлопного газа после окончания управления отсечкой топлива, доводя его до богатого воздушно-топливного отношения, которое богаче, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение, в качестве управления богатым перезапуском,

при этом система диагностики содержит

средство вычисления первой характеристики изменения для вычисления первой характеристики изменения воздушно-топливного отношения за время, когда после окончания управления отсечкой топлива выходное воздушно-топливное отношение датчика воздушно-топливного отношения впервые проходит через первую область воздушно-топливного отношения, которая представляет собой часть области воздушно-топливного отношения, относящуюся к стехиометрическому воздушно-топливному отношению или больше, на основе выходного воздушно-топливного отношения, выдаваемого из датчика воздушно-топливного отношения,

средство вычисления второй характеристики изменения для вычисления второй характеристики изменения воздушно-топливного отношения за время, когда после окончания управления отсечкой топлива выходное воздушно-топливное отношение датчика воздушно-топливного отношения впервые проходит через вторую область воздушно-топливного отношения, отличную от первой области воздушно-топливного отношения, на основе выходного воздушно-топливного отношения, выдаваемого из датчика воздушно-топливного отношения, и

средство диагностики нештатного режима работы для вынесения в отношении состояния датчика воздушно-топливного отношения любого заключения из следующих: о штатном режиме работы, нештатном режиме работы или о необходимости уточнения для заключения на основе первой характеристики изменения, при этом, если на основе первой характеристики изменения сделано заключение о необходимости уточнения для заключения, то для вынесения заключения о штатном или нештатном режиме работы датчика воздушно-топливного отношения на основе второй характеристики изменения воздушно-топливного отношения.

2. Система диагностики двигателя внутреннего сгорания по п. 1, в которой первая область воздушно-топливного отношения включает область воздушно-топливного отношения, которая беднее, чем вторая область воздушно-топливного отношения.

3. Система диагностики двигателя внутреннего сгорания по п. 1 или 2, в которой вторая область воздушно-топливного отношения включает область воздушно-топливного отношения, которая богаче, чем первая область воздушно-топливного отношения.

4. Система диагностики двигателя внутреннего сгорания по п. 1 или 2, в которой вторая область воздушно-топливного отношения является областью, включающей стехиометрическое воздушно-топливное отношение.

5. Система диагностики двигателя внутреннего сгорания по п. 1 или 2, в которой датчик воздушно-топливного отношения представляет собой датчик воздушно-топливного отношения предельного тока, выдающий предельный ток, когда воздушно-топливное отношение выхлопного газа, проходящего через датчик воздушно-топливного отношения, находится в заданной области воздушно-топливного отношения, при этом первая область воздушно-топливного отношения, а также вторая область воздушно-топливного отношения находятся в заданной области воздушно-топливного отношения, где датчик воздушно-топливного отношения генерирует предельный ток.

6. Система диагностики двигателя внутреннего сгорания по п. 1 или 2, в которой первая область воздушно-топливного отношения представляет собой область между верхним предельным воздушно-топливным отношением первой области и нижним предельным воздушно-топливным отношением первой области, находящимся на богатой стороне от верхнего предельного воздушно-топливного отношения первой области, вторая область воздушно-топливного отношения представляет собой область между верхним предельным воздушно-топливным отношением второй области и нижним предельным воздушно-топливным отношением второй области, находящимся на богатой стороне от верхнего предельного воздушно-топливного отношения второй области, при этом верхнее предельное воздушно-топливное отношение второй области беднее, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение.

7. Система диагностики двигателя внутреннего сгорания по п. 6, в которой верхнее предельное воздушно-топливное отношение второй области богаче, чем нижнее предельное воздушно-топливное отношение первой области.

8. Система диагностики двигателя внутреннего сгорания по п. 6, в которой нижнее предельное воздушно-топливное отношение второй области является стехиометрическим воздушно-топливным отношением или меньше.

9. Система диагностики двигателя внутреннего сгорания по п. 1 или 2, в которой

первая характеристика изменения воздушно-топливного отношения представляет собой первую скорость изменения воздушно-топливного отношения, которая является скоростью изменения, когда выходное воздушно-топливное отношение датчика воздушно-топливного отношения впервые проходит через первую область воздушно-топливного отношения, а

средство диагностики нештатного режима работы делает заключение, что датчик воздушно-топливного отношения работает в нештатном режиме, когда первая скорость изменения воздушно-топливного отношения медленнее, чем скорость изменения, используемая в качестве опорной для нештатного режима работы, делает заключение, что датчик воздушно-топливного отношения работает в штатном режиме, когда первая скорость изменения воздушно-топливного отношения быстрее, чем скорость изменения, используемая в качестве опорной для штатного режима работы, и делает заключение о необходимости уточнения для заключения, когда первая скорость изменения воздушно-топливного отношения находится между скоростью изменения, используемой в качестве опорной для нештатного режима работы, и скоростью изменения, используемой в качестве опорной для штатного режима работы.

10. Система диагностики двигателя внутреннего сгорания по п. 1 или 2, в которой

вторая характеристика изменения воздушно-топливного отношения представляет собой вторую скорость изменения воздушно-топливного отношения, которая является скоростью изменения, когда выходное воздушно-топливное отношение датчика воздушно-топливного отношения впервые проходит через вторую область воздушно-топливного отношения, а

средство диагностики нештатного режима работы, если сделано заключение, основанное на первой характеристике изменения воздушно-топливного отношения, что необходимо уточнение для заключения, делает заключение, что датчик воздушно-топливного отношения работает в штатном режиме, если вторая скорость изменения выходного воздушно-топливного отношения медленнее, чем скорость изменения, используемая в качестве опорной для заключения о штатном или нештатном режиме работы, и делает заключение, что датчик воздушно-топливного отношения работает в нештатном режиме, если вторая скорость изменения выходного воздушно-топливного отношения быстрее, чем скорость изменения, используемая в качестве опорной для заключения о штатном или нештатном режиме работы.

11. Система диагностики двигателя внутреннего сгорания по п. 9, в которой скорость изменения воздушно-топливного отношения вычисляется на основе периода времени, во время которого выходное воздушно-топливное отношение датчика воздушно-топливного отношения изменяется от верхнего предельного воздушно-топливное отношения до нижнего предельного воздушно-топливного отношения соответствующей области воздушно-топливного отношения.

12. Система диагностики двигателя внутреннего сгорания по п. 1 или 2, в которой

первая характеристика изменения воздушно-топливного отношения представляет собой первую совокупную величину воздушно-топливного отношения, полученную путем совокупного сложения выходного воздушно-топливного отношения, когда выходное воздушно-топливное отношение датчика воздушно-топливного отношения находится в первой области воздушно-топливного отношения, а

средство диагностики нештатного режима работы делает заключение, что датчик воздушно-топливного отношения работает в нештатном режиме, когда первая совокупная величина воздушно-топливного отношения больше, чем совокупная величина, используемая в качестве опорной для нештатного режима работы, делает заключение, что датчик воздушно-топливного отношения работает в штатном режиме, когда первая совокупная величина воздушно-топливного отношения меньше, чем совокупная величина, используемая в качестве опорной для штатного режима работы, и делает заключение о необходимости уточнения для заключения, когда первая совокупная величина воздушно-топливного отношения находится между совокупной величиной, используемой в качестве опорной для нештатного режима работы, и совокупной величиной, используемой в качестве опорной для штатного режима работы.

13. Система диагностики двигателя внутреннего сгорания по п. 1 или 2, в которой

вторая характеристика изменения воздушно-топливного отношения представляет собой вторую совокупную величину воздушно-топливного отношения, полученную путем совокупного сложения выходного воздушно-топливного отношения, когда выходное воздушно-топливное отношение датчика воздушно-топливного отношения находится во второй области воздушно-топливного отношения, а

средство диагностики нештатного режима работы, когда сделано заключение, основанное на первой характеристике изменения воздушно-топливного отношения, что необходимо уточнение для заключения, делает заключение, что датчик воздушно-топливного отношения работает в штатном режиме, когда вторая совокупная величина воздушно-топливного отношения больше, чем совокупная величина, используемая в качестве опорной для заключения о штатном или нештатном режиме работы, и делает заключение, что датчик воздушно-топливного отношения работает в нештатном режиме, когда вторая совокупная величина воздушно-топливного отношения меньше, чем совокупная величина, используемая в качестве опорной для заключения о штатном или нештатном режиме работы.

14. Система диагностики двигателя внутреннего сгорания по п. 1 или 2, в которой

первая характеристика изменения воздушно-топливного отношения представляет собой первую совокупную величину количества выхлопного газа, полученную путем совокупного сложения количества выхлопного газа, проходящего через выпускной канал, в котором установлен датчик воздушно-топливного отношения, в период, когда выходное воздушно-топливное отношение датчика воздушно-топливного отношения изменяется от верхнего предельного воздушно-топливного отношения до нижнего предельного воздушно-топливного отношения первой области воздушно-топливного отношения, а

средство диагностики нештатного режима работы делает заключение, что датчик воздушно-топливного отношения работает в нештатном режиме, когда первая совокупная величина количества выхлопного газа больше, чем совокупная величина, используемая в качестве опорной для нештатного режима работы, делает заключение, что датчик воздушно-топливного отношения работает в штатном режиме, когда первая совокупная величина количества выхлопного газа меньше, чем совокупная величина, используемая в качестве опорной для штатного режима работы, и делает заключение о необходимости уточнения для заключения, когда первая совокупная величина количества выхлопного газа находится между совокупной величиной, используемой в качестве опорной для нештатного режима работы, и совокупной величиной, используемой в качестве опорной для штатного режима работы.

15. Система диагностики двигателя внутреннего сгорания по п. 1 или 2, в которой

вторая характеристика изменения воздушно-топливного отношения представляет собой вторую совокупную величину количества выхлопного газа, полученную путем совокупного сложения количества выхлопного газа, проходящего через выпускной канал, в котором установлен датчик воздушно-топливного отношения, в период, когда выходное воздушно-топливное отношение датчика воздушно-топливного отношения изменяется от верхнего предельного воздушно-топливного отношения до нижнего предельного воздушно-топливного отношения второй области воздушно-топливного отношения, а

средство диагностики нештатного режима работы, когда сделано заключение, основанное на первой характеристике изменения воздушно-топливного отношения, что необходимо уточнение для заключения, делает заключение, что датчик воздушно-топливного отношения работает в штатном режиме, когда вторая совокупная величина количества выхлопного газа больше, чем совокупная величина, используемая в качестве опорной для заключения о штатном или нештатном режиме работы, и делает заключение, что датчик воздушно-топливного отношения работает в нештатном режиме, когда вторая совокупная величина количества выхлопного газа меньше, чем совокупная величина, используемая в качестве опорной для заключения о штатном или нештатном режиме работы.

16. Система диагностики двигателя внутреннего сгорания по п. 1 или 2, в которой средство диагностики нештатного режима работы делает заключение, что катализатор очистки выхлопного газа претерпевает ухудшение характеристик, когда на основе первой характеристики изменения воздушно-топливного отношения сделано заключение, что датчик воздушно-топливного отношения работает в штатном режиме, а на основе второй характеристики изменения воздушно-топливного отношения сделано заключение, что датчик воздушно-топливного отношения работает в нештатном режиме.

17. Система диагностики двигателя внутреннего сгорания по п. 1 или 2, дополнительно содержащая средство предупреждения для включения предупреждающего светового сигнала, когда средство диагностики нештатного режима работы делает заключение, что датчик воздушно-топливного отношения работает в нештатном режиме.