СИСТЕМА ДИАГНОСТИКИ НЕИСПРАВНОСТИ ДАТЧИКА ВОЗДУШНО-ТОПЛИВНОГО ОТНОШЕНИЯ Российский патент 2018 года по МПК F02D45/00 

Область техники, к которой относится изобретение

[0001] Настоящее изобретение относится к системе диагностики неисправности датчика воздушно-топливного отношения, расположенного в выпускном канале двигателя внутреннего сгорания.

Предшествующий уровень техники

[0002] Ранее была известна система очистки выхлопного газа, включающая в себя датчик воздушно-топливного отношения расположенный в выпускном канале двигателя внутреннего сгорания с впускной стороны от катализатора очистки выхлопного газа в направлении потока выхлопного газа, и включающая в себя датчик кислорода с выпускной стороны катализатора очистки выхлопного газа в направлении потока выхлопного газа. В этой системе очистки выхлопного газа, например, управление с обратной связью количеством топлива, подаваемого в двигатель внутреннего сгорания, выполняется на основе выходного сигнала датчика воздушно-топливного отношения с впускной стороны так, что воздушно-топливное отношение выхлопного газа, текущего в катализатор очистки выхлопного газа, становится целевым воздушно-топливным отношением (основное управление с обратной связью), и управление с обратной связью целевым воздушно-топливным отношением выполняется на основе выходного сигнала датчика кислорода с выпускной стороны (суб-управление с обратной связью).

[0003] В этом отношении, иногда датчик кислорода и т.п.,

используемый в двигателе внутреннего сгорания, имеет неисправность в виде трещины в элементе, образующем датчик. В таком случае, датчик не может производить соответствующий выходной сигнал, соответствующий воздушно-топливному отношению втекающего выхлопного газа. Поэтому известна необходимость диагностики неисправности для диагностики этого датчика на неисправность.

[0004] В качестве такой системы диагностики неисправности, например, известна система, которая диагностирует неисправность следующим образом. То есть, когда выходное воздушно-топливное отношение датчика кислорода с выпускной стороны стало воздушно-топливным отношением, которое беднее, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение (ниже, именуемое «бедным воздушно-топливным отношением»), воздушно-топливное отношение выхлопного газа, текущего в катализатор очистки выхлопного газа, делается воздушно-топливным отношением, которое богаче, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение (ниже, именуемое «богатым воздушно-топливным отношением»). После этого, когда количество накопления кислорода в катализаторе очистки выхлопного газа становится нулевым, если выходное воздушно-топливное отношение датчика кислорода с выпускной стороны не становится богатым воздушно-топливным отношением, то диагностируется, что датчик кислорода имеет неисправность в виде треснувшего элемента и т.д. (например, PLT 1). Согласно PLT 1, из-за этого считается возможным быстро и точно определить неисправность в датчике кислорода.

Указатель ссылок

Патентная литература

[0005] PLT 1. Японская патентная публикация No. 2004-019542А\

PLT 2. Японская патентная публикация No. 2010-196483А

PLT 3. Японская патентная публикация No. 2010-025090А

PLT 4. Японская патентная публикация No. 2007-032537А

PLT 5. Японская патентная публикация No. 2004-308574А

Сущность изобретения

Техническая задача

[0006] В этом отношении, PLT 1 основывается на использовании датчика кислорода в качестве датчика с выпускной стороны. В результате, даже когда количество накопления кислорода в катализаторе очистки выхлопного газа равно нулю, если выходное воздушно-топливное отношение датчика воздушно-топливного отношения с впускной стороны поддерживается на бедном воздушно-топливном отношении, а выходное воздушно-топливное отношение датчика кислорода поддерживается на богатом воздушно-топливном отношении, то делается оценка, что образовался треснувший элемент или возникла иная неисправность.

[0007] Однако, при использовании датчика воздушно-топливного отношения в качестве датчика с выпускной стороны, сходная технология не может быть применена. То есть, при использовании датчика воздушно-топливного отношения в качестве датчика с выпускной стороны, даже если датчик воздушно-топливного отношения имеет неисправность в виде треснувшего элемента и т.д., нельзя утверждать, что выходное воздушно-топливное отношение датчика воздушно-топливного отношения может поддерживаться на бедном воздушно-топливном отношении.

[0008] Поэтому с учетом вышеуказанной проблемы, задачей настоящего изобретения является создание системы диагностики неисправности, способной с точностью диагностировать неисправность датчика воздушно-топливного отношения с выпускной стороны при использовании датчика воздушно-топливного отношения в качестве датчика с выпускной стороны.

Решение задачи

[0009] Чтобы решить вышеуказанную задачу, согласно первому объекту изобретения, имеется система диагностики неисправности датчика воздушно-топливного отношения, содержащая катализатор очистки выхлопного газа, расположенный в выпускном канале двигателя внутреннего сгорания, датчик воздушно-топливного отношения с впускной стороны, расположенный в выпускном канале с впускной стороны от катализатора очистки выхлопного газа в направлении потока выхлопного газа, датчик воздушно-топливного отношения с выпускной стороны, расположенный в выпускном канале с выпускной стороны от катализатора очистки выхлопного газа в направлении потока выхлопного газа, и устройство диагностики, диагностирующее датчик воздушно-топливного отношения с выпускной стороны на неисправность на основе выходных сигналов этих датчиков воздушно-топливного отношения, при этом устройство диагностики делает оценку, что датчик воздушно-топливного отношения с выпускной стороны имеет неисправность, если выходное воздушно-топливное отношение датчика воздушно-топливного отношения с впускной стороны стало богатым воздушно-топливным отношением, которое богаче, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение, а выходное воздушно-топливное отношение датчика воздушно-топливного отношения с выпускной стороны изменилось из воздушно-топливного отношения, которое богаче, чем бедное оценочное опорное воздушно-топливное отношение, которое, в свою очередь, беднее, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение, на воздушно-топливное отношение, которое беднее, чем бедное оценочное опорное воздушно-топливное отношение.

[0010] Согласно второму объекту изобретения, имеется первый объект изобретения, в котором устройство диагностики делает оценку, что датчик воздушно-топливного отношения с выпускной стороны имеет неисправность, если выходное воздушно-топливное отношение датчика воздушно-топливного отношения с впускной стороны меняется из бедного воздушно-топливного отношения, которое беднее, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение, на богатое воздушно-топливное отношение, и поддерживается на богатом воздушно-топливном отношении, а выходное воздушно-топливное отношение датчика воздушно-топливного отношения с выпускной стороны изменилось из воздушно-топливного отношения, которое богаче, чем бедное оценочное опорное воздушно-топливное отношение, которое, в свою очередь, беднее, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение, на воздушно-топливное отношение, которое беднее, чем бедное оценочное опорное воздушно-топливное отношение.

[0011] Согласно третьему объекту изобретения, имеется первый или второй объект изобретения, в котором система дополнительно содержит устройство определения скорости потока, определяющее или оценивающее скорость потока выхлопного газа, текущего около датчика воздушно-топливного отношения с выпускной стороны, и устройство диагностики диагностирует неисправность датчика воздушно-топливного отношения с выпускной стороны, только когда скорость потока, определенная или оцененная устройством определения скорости потока, представляет собой заранее определенную нижнюю предельную скорость потока или больше.

[0012] Согласно четвертому объекту изобретения, имеется третий объект изобретения, в котором бедное оценочное опорное воздушно-топливное отношение установлено на основе скорости потока выхлопного газа, определенной или оцененной устройством определения скорости потока.

[0013] Согласно пятому объекту изобретения, имеется четвертый объект изобретения, в котором бедное оценочное опорное воздушно-топливное отношение установлено тем беднее, чем больше скорость потока выхлопного газа, определенная или оцененная устройством определения скорости потока.

[0014] Согласно шестому объекту изобретения, имеется любой объект изобретения с первого по пятый, в котором бедное оценочное опорное воздушно-топливное отношение установлено на основе воздушно-топливного отношения, определенного датчиком воздушно-топливного отношения с впускной стороны.

[0015] Согласно седьмому объекту изобретения, имеется шестой объект изобретения, в котором бедное оценочное опорное воздушно-топливное отношение установлено тем беднее, чем ниже воздушно-топливное отношение, определенное датчиком воздушно-топливного отношения с впускной стороны.

[0016] Согласно восьмому объекту изобретения, имеется любой объект изобретения с первого по седьмой, в котором двигатель внутреннего сгорания может выполнять управление отсечкой топлива для остановки или уменьшения подачи топлива в камеру сгорания во время работы двигателя внутреннего сгорания, и устройство диагностики не диагностирует датчик воздушно-топливного отношения с выпускной стороны на неисправность, когда истекшее время от окончания управления отсечкой топлива представляет собой опорное истекшее время или меньше.

[0017] Согласно девятому объекту изобретения, имеется любой объект изобретения с первого по восьмой, в котором двигатель внутреннего сгорания может выполнять управление отсечкой топлива для остановки или уменьшения подачи топлива в камеру сгорания во время работы двигателя внутреннего сгорания, и перезапуском богатого управления, чтобы сделать воздушно-топливное отношение выхлопного газа, текущего в катализатор очистки выхлопного газа, богатым воздушно-топливным отношением после окончания управления отсечкой топлива, и устройство диагностики диагностирует датчик воздушно-топливного отношения с выпускной стороны на неисправность во время выполнения перезапуска богатого управления.

[0018] Согласно десятому объекту изобретения, имеется любой объект изобретения с первого по восьмой, в котором двигатель внутреннего сгорания может выполнять обычное управление, попеременно меняя воздушно-топливное отношение выхлопного газа, текущего в катализатор очистки выхлопного газа, между богатым воздушно-топливным отношением и бедным воздушно-топливным отношением, которое беднее, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение, а также активное управление, делающее воздушно-топливное отношение выхлопного газа, текущего в катализатор очистки выхлопного газа, богаче, чем богатое воздушно-топливное отношение во время обычного управления, и система диагностики диагностирует датчик воздушно-топливного отношения с выпускной стороны на неисправность во время выполнения активного управления.

[0019] Согласно одиннадцатому объекту изобретения, имеется любой объект изобретения с первого по десятый, в котором датчик воздушно-топливного отношения с выпускной стороны представляет собой датчик воздушно-топливного отношения стаканного типа.

[0020] Согласно двенадцатому объекту изобретения, имеется любой объект изобретения с первого по одиннадцатый, в котором система включает предупредительный световой сигнал, когда делается оценка, что датчик воздушно-топливного отношения с выпускной стороны стал неисправным.

Предпочтительные результаты изобретения

[0021] Согласно настоящему изобретению, имеется система диагностики неисправности, способная с точностью диагностировать неисправность датчика воздушно-топливного отношения с выпускной стороны при использовании датчика воздушно-топливного отношения в качестве датчика с выпускной стороны.

Краткое описание чертежей

[0022] Фиг. 1 представляет собой вид, схематически показывающий двигатель внутреннего сгорания, в котором используется система диагностики неисправности согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.

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

Фиг. 3 представляет собой вид, показывающий соотношение между приложенным к датчику напряжением и выходным током при различном воздушно-топливном отношении выхлопного газа.

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

Фиг. 5 представляет собой временную диаграмму количества накопления кислорода в катализаторе очистки выхлопного газа с впускной стороны и т.д. во время обычной работы двигателя внутреннего сгорания.

Фиг. 6 представляет собой схематичный вид в разрезе датчика воздушно-топливного отношения, в котором возникла неисправность в виде треснувшего элемента.

Фиг. 7 представляет собой временную диаграмму выходного воздушно-топливного отношения датчика воздушно-топливного отношения, и т.д. в случае выполнения активного управления.

Фиг. 8 представляет собой вид, показывающий взаимосвязь между расходом выхлопного газа, текущего около датчика воздушно-топливного отношения с выпускной стороны, и выходным сигналом датчика воздушно-топливного отношения с выпускной стороны.

Фиг. 9 представляет собой блок-схему, показывающую программу управления диагностикой неисправности датчика воздушно-топливного отношения с выпускной стороны.

Фиг. 10 представляет собой вид, показывающий взаимосвязь между расходом выхлопного газа и бедным оценочным опорным воздушно-топливным отношением.

Фиг. 11 представляет собой блок-схему, показывающую программу управления диагностикой неисправности датчика воздушно-топливного отношения с выпускной стороны во втором варианте осуществления.

Фиг. 12 представляет собой вид, показывающий взаимосвязь между фактическим воздушно-топливным отношением выхлопного газа, текущего около датчика воздушно-топливного отношения с выпускной стороны, и выходным воздушно-топливным отношением датчика воздушно-топливного отношения с выпускной стороны.

Фиг. 13 представляет собой вид, показывающий соотношение между выходным воздушно-топливным отношением датчика воздушно-топливного отношения с впускной стороны и бедным оценочным опорным воздушно-топливным отношением.

Описание вариантов осуществления

[0023] Ниже, со ссылкой на чертежи, будет подробно пояснен вариант осуществления настоящего изобретения. Следует отметить, что в нижеследующем пояснении, одни и те же составляющие элементы обозначены одними и теми же ссылочными позициями.

[0024] Пояснение двигателя внутреннего сгорания в целом

Фиг. 1 представляет собой вид, на котором схематически показан двигатель внутреннего сгорания, в котором используется система диагностики неисправности согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения. 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.

[0025] Как показано на фиг. 1, свеча зажигания 10 расположена в центральной части поверхности внутренней стенки головки 4 блока цилиндров, в то время как топливный инжектор 11 расположен на боковой части 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 неисправности по настоящему изобретению, может также использовать другое топливо.

[0026] Впускной проход 7 каждого цилиндра соединен с уравнительным ресивером 14 через соответствующую впускную ответвительную трубку 13, при этом 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 управляться приводом 17 дроссельного клапана, с тем, чтобы изменять проходное сечение впускного канала.

[0027] С другой стороны, выпускной проход 9 каждого цилиндра соединен с выпускным коллектором 19. Выпускной коллектор 19 имеет множество ответвительных трубок, которые соединены с выпускными проходами 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. 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. Выпускной проход 9, выпускной коллектор 19, корпус 21 с впускной стороны, выхлопная трубка 22 и корпус 23 с выпускной стороны образуют выпускной канал.

[0028] 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, ЦПУ (центральное процессорное устройство - 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 через соответствующий аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) 38 на входной порт 36. 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.

[0029] 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. ЦПУ 35 вычисляет частоту вращения двигателя, исходя из выходного импульса датчика 44 угла поворота коленчатого вала. С другой стороны, выходной порт 37 соединен через соответствующие управляющие контуры 45 со свечами зажигания 10, топливными инжекторами 11, и приводом 17 дроссельного клапана. Следует отметить, что ЭБУ 31 действует как система диагностики, диагностирующая датчик 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны на неисправность.

[0030] Катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны и катализатор 24 очистки выхлопного газа с выпускной стороны представляют собой трехкомпонентные катализаторы, которые имеют способность к накоплению кислорода. Более конкретно, катализаторы 20 и 24 очистки выхлопного газа включают несущие элементы, сделанные из керамики, на которые нанесены драгоценный металл, который имеет каталитическое действие (например, платина (Pt)), и вещество, которое имеет способность к накоплению кислорода (например, оксид церия (CeO₂)). Таким образом, катализаторы 20 и 24 очистки выхлопного газа при достижении заданной температуры активации обладают не только каталитическим действием по одновременному удалению несгоревшего газа (НС или СО и т.п.) и оксидов азота NO_x, но также и способностью к накоплению кислорода.

[0031] Согласно способности к накоплению кислорода, имеющейся у катализаторов 20 и 24 очистки выхлопного газа, катализаторы 20 и 24 очистки выхлопного газа накапливают кислород, содержащийся в выхлопном газе, когда воздушно-топливное отношение выхлопного газа, текущего в катализаторы 20 и 24 очистки выхлопного газа, беднее, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение (ниже именуемое «бедным воздушно-топливным отношением»). С другой стороны, катализаторы 20 и 24 очистки выхлопного газа выпускают кислород, накопленный в катализаторах 20 и 24 очистки выхлопного газа, когда воздушно-топливное отношение в поступающем выхлопном газе богаче, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение (ниже именуемое «богатым воздушно-топливным отношением»). В результате, до тех пор, пока поддерживается способность к накоплению кислорода у катализаторов 20 и 24 очистки выхлопного газа, независимо от воздушно-топливного отношения выхлопного газа, текущего в катализаторы 20 и 24 очистки выхлопного газа, воздушно-топливное отношение выхлопного газа, вытекающего из катализаторов 20 и 24 очистки выхлопного газа, становится, по существу, стехиометрическим воздушно-топливным отношением.

[0032] Пояснение датчика воздушно-топливного отношения

В настоящем варианте осуществления, в качестве датчиков 40 и 41 воздушно-топливного отношения, используются датчики воздушно-топливного отношения предельного тока стаканного типа. Фиг. 2 будет использована, чтобы наглядно пояснить конструкцию датчиков 40, 41 воздушно-топливного отношения. Каждый из датчиков 40 и 41 воздушно-топливного отношения оснащен слоем 51 твердого электролита, электродом 52 стороны выхлопа, расположенным на поверхности одной стороны такового, электродом 53 стороны атмосферы, расположенными на поверхности другой его стороны, слоем 54 стабилизации диффузии, который стабилизируют диффузию проходящего выхлопного газа, эталонную газовую камеру 55, и нагревательную часть 56, которая нагревает датчики 40 или 41 воздушно-топливного отношения.

[0033] В частности, в каждом из датчиков 40 и 41 воздушно-топливного отношения стаканного типа в настоящем варианте осуществления, слой 51 твердого электролита имеет цилиндрическую форму с одним закрытым концом. Внутрь эталонной газовой камеры 55, которая образована внутри слоя 51 твердого электролита, введен атмосферный газ (воздух), там же расположена нагревательная часть 56. На внутренней поверхности слоя 51 твердого электролита расположен электрод 53 стороны атмосферы. На наружной поверхности слоя 51 твердого электролита расположен электрод 52 стороны выхлопа. На наружной поверхности слоя 51 твердого электролита и электрода 52 стороны выхлопа, расположен покрывающих их слой 54 стабилизации диффузии. Следует отметить, что снаружи слоя 54 стабилизации диффузии может быть расположен защитный слой (не показан) для предотвращения осаждения жидкости и т.п. на поверхности слоя 54 стабилизации диффузии.

[0034] Слой 51 твердого электролита образован из спеченного тела ZrO₂ (диоксида циркония), HfO₂, ThO₂, Bi₂O₃ или других оксидов, проводящих ионы кислорода, в которых CaO, 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 выхлопа и электрод 53 стороны атмосферы выполнены из платины или другого драгоценного металла с высокой каталитической активностью.

[0035] Далее, между электродом 52 стороны выхлопа и электродом 53 стороны атмосферы, напряжение датчика V подается устройством 60 управления напряжением, которое установлено в ЭБУ 31. Кроме того, ЭБУ 31 оснащен устройством 61 определения тока, который определяет ток I, текущий между этими электродами 52 и 53 через слой 51 твердого электролита, когда подается напряжение датчика. Ток, который определяется этим устройством 61 определения тока, представляет собой выходной ток I датчиков 40 и 41 воздушно-топливного отношения.

[0036] Выполненные таким образом датчики 40 и 41 воздушно-топливного отношения имеют характеристику напряжение-ток (V-I), как показано на фиг. 3. Как понятно из фиг. 3, выходной ток I датчиков 40 и 41 воздушно-топливного отношения становится тем больше, чем больше (беднее) воздушно-топливное отношение выхлопного газа. Кроме того, на линии V-I каждого выхлопного воздушно-топливного отношения имеется область, параллельная оси напряжения датчика V, то есть, область, где выходной ток I не меняется совсем, даже если меняется напряжение датчика V. Эта область напряжения называется «областью предельного тока». Ток в это время называется «предельным током». На фиг. 3, область предельного тока и предельный ток, когда выхлопное воздушно-топливное отношение составляет 18, обозначены как W₁₈ и I₁₈.

[0037] Фиг. 4 представляет собой вид, показывающий соотношение между воздушно-топливным отношением выхлопного газа и выходным током I, когда приложенное напряжение становится постоянным 0,45 В или около того. Как понятно из фиг. 4, в каждом датчике 40 и 41 воздушно-топливного отношения, чем больше становится воздушно-топливное отношение выхлопного газа (то есть, чем беднее), тем больше выходной ток I из датчиков 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 на некоторую величину или еще больше, или, когда оно становится меньше на некоторую величину, отношение изменения выходного тока к изменению воздушно-топливного отношения выхлопного газа становится меньше.

[0038] 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. Однако в качестве датчика 40 воздушно-топливного отношения с впускной стороны, может, например, также использоваться датчик воздушно-топливного отношения предельного тока многослойного типа или датчика воздушно-топливного отношения предельного тока другой конструкции или датчик воздушно-топливного отношения, не относящийся в датчикам предельного тока, или иной датчик воздушно-топливного отношения.

[0039] Базовое управление

В выполненном таким образом двигателе внутреннего сгорания, величина впрыска топлива из топливного инжектора 11 устанавливается на основе выходных сигналов датчика 40 воздушно-топливного отношения с впускной стороны и датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны так, что воздушно-топливное отношение выхлопного газа, текущего в катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, становится оптимальным воздушно-топливным отношением на основе рабочего состояния двигателя. В качестве способа установки такой величины впрыска топлива, может быть упомянут способ выполнения управления на основе выходного сигнала датчика 40 воздушно-топливного отношения с впускной стороны, при котором воздушно-топливное отношение выхлопного газа, текущего в катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны (или целевое воздушно-топливное отношение выхлопного газа, вытекающего из корпуса двигателя) становится целевым воздушно-топливным отношением, а корректировка выходного сигнала датчика 40 воздушно-топливного отношения с впускной стороны, или изменение целевого воздушно-топливного отношения, осуществляется на основе выходного сигнала датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны.

[0040] Со ссылкой на фиг. 5, будет простым образом пояснен пример такого управления целевым воздушно-топливным отношением. Фиг. 5 представляет собой временную диаграмму количества накопления кислорода в катализаторе очистки выхлопного газа с впускной стороны, целевого воздушно-топливного отношения, выходного воздушно-топливного отношения датчика воздушно-топливного отношения с впускной стороны, и выходного воздушно-топливного отношения датчика воздушно-топливного отношения с выпускной стороны во время обычной работы двигателя внутреннего сгорания (обычного управления). Следует отметить, что «выходное воздушно-топливное отношение» означает воздушно-топливное отношение, соответствующее выходному сигналу датчика воздушно-топливного отношения. Кроме того, «время обычной работы (обычное управление)» обозначает рабочее состояние (состояние управления), когда не выполняется управление для корректировки величины впрыска топлива согласно конкретному рабочему состоянию двигателя внутреннего сгорания (например, коррекция по повышению величины впрыска топлива, выполняемая во время ускорения транспортного средства, на котором установлен двигатель внутреннего сгорания, позже поясненное управление отсечкой топлива, и т.д.)

[0041] В примере, показанном на фиг. 5, когда выходное воздушно-топливное отношение датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны становится богатым оценочным опорным воздушно-топливным отношением (например, 14, 55) или меньше, целевое воздушно-топливное отношение устанавливается и поддерживается на бедном установленном воздушно-топливном отношении AFlean (например, 15). После этого, если оценивается количество накопления кислорода в катализаторе 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, и эта оцененная величина становится заранее определенным оценочным опорным количеством Cref накопления (количеством, которое меньше, чем максимальное количество накопления кислорода Cmax) или больше, то целевое воздушно-топливное отношение устанавливается и поддерживается на богатом установленном воздушно-топливном отношении AFrich (например, 14,4). В примере, показанном на фиг. 5, такая операция повторяется.

[0042] Более конкретно в примере, показанном на фиг. 5, до момента t₁ времени, целевое воздушно-топливное отношение делается богатым установленным воздушно-топливным отношением AFrich. Вместе с этим, выходное воздушно-топливное отношение датчика 40 воздушно-топливного отношения с впускной стороны также становится богатым воздушно-топливным отношением. Кроме того, катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны накапливает кислород, при этом выходное воздушно-топливное отношение датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны становится, по существу, стехиометрическим воздушно-топливным отношением (14,6). В это время, воздушно-топливное отношение выхлопного газа, текущего в катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, является богатым воздушно-топливным отношением, при этом количество накопления кислорода в катализаторе 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны постепенно падает.

[0043] После этого, в момент t] времени, количество накопления кислорода в катализаторе 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны приближается к нулю, в силу чего часть несгоревшего газа, текущего в катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, начинает вытекать, поскольку не была удалена катализатором 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны. В результате, в момент t₂ времени, выходное воздушно-топливное отношение датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны становится богатым оценочным опорным воздушно-топливным отношением AFrefri, которое слегка богаче, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение. В это время, целевое воздушно-топливное отношение переключается из богатого установленного воздушно-топливного отношения AFrich в бедное установленное воздушно-топливное отношение AFlean.

[0044] При переключении целевого воздушно-топливного отношения, воздушно-топливное отношение выхлопного газа, текущего в катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, становится бедным воздушно-топливным отношением, и вытекающий поток несгоревшего газа уменьшается и останавливается. Кроме того, количество накопления кислорода в катализаторе 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны постепенно увеличивается, и в момент t₃ времени, достигает оценочного опорного количества Cref накопления. Если, таким образом, количество накопления кислорода достигает оценочного опорного количества Cref накопления, целевое воздушно-топливное отношение снова переключается из бедного установленного воздушно-топливного отношения AFlean в богатое установленное воздушно-топливное отношение AFrich. Из-за этого переключения целевого воздушно-топливного отношения, воздушно-топливное отношение выхлопного газа, текущего в катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, снова становится богатым воздушно-топливным отношением. В результате, количество накопления кислорода в катализаторе 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны постепенно уменьшается. После этого, эта операция повторяется. Путем выполнения такого управления, можно предотвратить вытекание NO_X из катализатора 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны.

[0045] Следует отметить, что управление целевым воздушно-топливным отношением на основе выходных сигналов датчика 40 воздушно-топливного отношения с впускной стороны и датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны, выполняемое как обычное управление, не ограничивается таким вышеупомянутым управлением. Пока управление выполняется на основе выходных сигналов этих датчиков 40 и 41 воздушно-топливного отношения, оно может представлять собой любое управление. Поэтому, например, в качестве обычного управления, можно зафиксировать целевое воздушно-топливное отношение на стехиометрическом воздушно-топливном отношении и выполнять управление с обратной связью так, чтобы выходное воздушно-топливное отношение датчика 40 воздушно-топливного отношения с впускной стороны становилось стехиометрическим воздушно-топливным отношением, а также выполнять управление по корректировке выходного воздушно-топливного отношения датчика 40 воздушно-топливного отношения с впускной стороны на основе выходного воздушно-топливного отношения датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны.

[0046] Треснувший элемент датчика воздушно-топливного отношения

В этом отношении, в качестве неисправности, возникающей на вышеупомянутых датчиках 40, 41 воздушно-топливного отношения, можно упомянуть растрескивание элемента, образующего датчик 40 или 41 воздушно-топливного отношения, то есть, явление, именуемое «треснувшим элементом». Более конкретно, иногда возникает трещина, которая проходит через слой 51 твердого электролита и слой 54 стабилизации диффузии (С1 на фиг. 6), или трещина, которая проходит через слой 51 твердого электролита и слой 54 стабилизации диффузии плюс через два электрода 52, 53 (С2 на фиг. 6). Если такой треснувший элемент возникает, как показано на фиг. 6, выхлопной газ попадает в эталонную газовую камеру 55 через треснувшую часть.

[0047] В результате, когда воздушно-топливное отношение выхлопного газа вокруг датчиков 40, 41 воздушно-топливного отношения является богатым воздушно-топливным отношением, выхлопной газ с богатым воздушно-топливным отношением попадает в эталонную газовую камеру 55. Из-за этого выхлопной газ с богатым воздушно-топливным отношением распространяется в эталонной газовой камере 55, и электрод 53 стороны атмосферы подвергается воздействию выхлопного газа с богатым воздушно-топливным отношением. С другой стороны, также в этом случае, электрод 52 стороны выхлопа подвергается воздействию выхлопного газа через слой 54 стабилизации диффузии. По этой причине, в сравнении с электродом 53 стороны атмосферы электрод 52 стороны выхлопа становится сравнительно бедным. В результате выходные воздушно-топливные отношения датчиков 40 и 41 воздушно-топливного отношения становятся бедными воздушно-топливными отношениями. То есть, если датчики 40 и 41 воздушно-топливного отношения имеют треснувшие элементы, даже если воздушно-топливное отношение выхлопного газа вокруг датчиков 40 и 41 воздушно-топливного отношения представляет собой богатое воздушно-топливное отношение, выходные воздушно-топливные отношения датчиков 40 и 41 воздушно-топливного отношения в конечном итоге становятся бедными воздушно-топливными отношениями. С другой стороны, если воздушно-топливное отношение выхлопного газа вокруг датчиков 40 и 41 воздушно-топливного отношения представляет собой бедное воздушно-топливное отношение, такого обратного явления для выходного воздушно-топливного отношения не возникает. Это происходит потому, что если воздушно-топливное отношение выхлопного газа представляет собой бедное воздушно-топливное отношение, выходные токи датчиков 40 и 41 воздушно-топливного отношения зависят от количества кислорода, которое достигает поверхности электрода 52 стороны выхлопа через слой 54 стабилизации диффузии, больше, чем от разницы воздушно-топливного отношения двух сторон слоя 51 твердого электролита.

[0048] Диагностика неисправности

В настоящем варианте осуществления, такое вышеупомянутое свойство неисправности в виде треснувшего элемента датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны используется для диагностики датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны на неисправность в виде треснувшего элемента. Более конкретно, ЭБУ 31 выполняет активное управление, когда наступают заранее определенные условия. При активном управлении, величина впрыска топлива из топливного инжектора 11 управляется так, что целевое воздушно-топливное отношение выхлопного газа, текущего в катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны (или целевое воздушно-топливное отношение выхлопного газа, вытекающего из корпуса двигателя), становится богатым воздушно-топливным отношением. Далее, вместе с этим, фактическое воздушно-топливное отношение выхлопного газа, текущего в катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, также становится богатым воздушно-топливным отношением.

[0049] Фиг. 7 представляет собой временную диаграмму выходного воздушно-топливного отношения датчика воздушно-топливного отношения в случае выполнения активного управления. В примере, показанном на фиг. 7, активное управление начинается в момент t₄ времени. Если активное управление начинается в момент t₄ времени, целевое воздушно-топливное отношение установлено на богатое воздушно-топливное отношение. В частности, в показанном примере, целевое воздушно-топливное отношение во время активного управления делается активным управляющим воздушно-топливным отношением AFact, которое богаче, чем богатое установленное воздушно-топливное отношение, установленное во время обычной работы. В это время, выходное воздушно-топливное отношение датчика 40 воздушно-топливного отношения с впускной стороны становится богатым воздушно-топливным отношением. С другой стороны, несгоревший НС и т.п., содержащийся в выхлопном газе, текущем в катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, вступает в реакцию с кислородом, накопленным в катализаторе 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, и удаляется. По этой причине, выходное воздушно-топливное отношение датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны становится, по существу, стехиометрическим воздушно-топливным отношением.

[0050] Благодаря активному управлению, выхлопной газ с богатым воздушно-топливным отношением поступает в катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, и, таким образом, количество накопления кислорода в катализаторе 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны постепенно уменьшается. Также в это время, выходное воздушно-топливное отношение датчика 40 воздушно-топливного отношения с впускной стороны становится богатым воздушно-топливным отношением, тогда как выходное воздушно-топливное отношение датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны становится, по существу, стехиометрическим воздушно-топливным отношением. В конечном итоге, количество накопления кислорода становится, по существу, нулевым. Из-за этого выхлопной газ с богатым воздушно-топливным отношением, содержащий несгоревший НС и т.п., вытекает из катализатора 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны. То есть, фактическое воздушно-топливное отношение выхлопного газа, текущего около датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны, становится богатым воздушно-топливным отношением.

[0051] При этом, когда датчик 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны не имеет неисправности в виде треснувшего элемента, как показано на фиг. 7 сплошной линией, вместе с фактическим воздушно-топливным отношением выходное воздушно-топливное отношение датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны также становится богатым воздушно-топливным отношением. Поэтому в настоящем варианте осуществления, когда выходное воздушно-топливное отношение датчика 40 воздушно-топливного отношения с впускной стороны становится богатым воздушно-топливным отношением, в частности, когда выходное воздушно-топливное отношение датчика 40 воздушно-топливного отношения с впускной стороны меняется из бедного воздушно-топливного отношения, которое беднее, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение, на богатое воздушно-топливное отношение, и поддерживается на богатом воздушно-топливном отношении, если выходное воздушно-топливное отношение датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны меняется из воздушно-топливного отношения, которое беднее, чем богатое оценочное опорное воздушно-топливное отношение AFrefri (например, по существу, из стехиометрического воздушно-топливного отношения), на воздушно-топливное отношение, которое богаче, чем оно (момент t₅ времени), то делается оценка, что датчик 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны не имеет неисправности в виде треснувшего элемента. Следует отметить, что в настоящем варианте осуществления, богатое оценочное опорное воздушно-топливное отношение AFrefri в это время является таким же, что и богатое оценочное опорное воздушно-топливное отношение AFrefri во время обычной работы, однако, оно может также иметь и иное значение. В результате, индикатор оценки неисправности остается в положении OFF.

[0052] С другой стороны, когда датчик 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны имеет неисправность в виде треснувшего элемента, как показано на фиг. 7 прерывистой линией, в отличие от фактического воздушно-топливного отношения, выходное воздушно-топливное отношение датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны становится бедным воздушно-топливным отношением. Поэтому в настоящем варианте осуществления, когда выходное воздушно-топливное отношение датчика 40 воздушно-топливного отношения с впускной стороны представляет собой богатое воздушно-топливное отношение, если выходное воздушно-топливное отношение датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны меняется из воздушно-топливного отношения, которое богаче, чем бедное оценочное опорное воздушно-топливное отношение AFrefle, которое слегка беднее, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение (например, по существу, из стехиометрического воздушно-топливного отношения) на воздушно-топливное отношение, которое беднее, чем оно (момент t₅ времени), то делается оценка, что датчик 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны имеет неисправность в виде треснувшего элемента. В результате, индикатор оценки неисправности устанавливается на ON.

[0053] Если датчик 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны диагностирован на неисправность данным образом, активное управление останавливается, и возобновляется обычная работа. В частности, в примере, показанном на фиг. 7, датчик 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны диагностируется на отсутствие неисправности в момент t₅ времени, при этом, в момент t₅ времени, активное управление останавливается. После этого, если возобновляется обычная работа, выходное воздушно-топливное отношение датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны становится богатым оценочным опорным воздушно-топливным отношением AFrefri или меньше, при этом целевое воздушно-топливное отношение устанавливается на бедное установленное воздушно-топливное отношение AFlean и управление, показанное на фиг. 5, повторяется.

[0054] Таким образом, согласно настоящему варианту осуществления, если выходное воздушно-топливное отношение датчика воздушно-топливного отношения с впускной стороны представляет собой богатое воздушно-топливное отношение, после того, как выходное воздушно-топливное отношение датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны становится, по существу, стехиометрическим воздушно-топливным отношением, датчик 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны диагностируется на неисправность на основе того, на какой тип воздушно-топливного отношения произойдет изменение. Благодаря этому датчик с выпускной стороны, который представляет собой датчик воздушно-топливного отношения, может быть диагностирован на неисправность в виде треснувшего элемента.

[0055] Следует отметить, что вышеупомянутые богатое оценочное опорное воздушно-топливное отношение AFrefri и бедное оценочное опорное воздушно-топливное отношение AFrefle делаются воздушно-топливными отношениями вне диапазона, в котором выходное воздушно-топливное отношение исправного датчика воздушно-топливного отношения колеблется вблизи стехиометрического воздушно-топливного отношения, когда количество накопления кислорода в катализаторе 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны представляет собой промежуточную величину.

[0056] В этом отношении, в настоящем варианте осуществления, активное управление выполняется тогда, когда наступают определенные условия исполнения, и не выполняется тогда, когда они не наступают. Другими словами, диагностика неисправности датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны выполняется тогда, когда наступают определенные условия исполнения, и не выполняется тогда, когда они не наступают.

[0057] При этом, «когда наступают определенные условия исполнения» означает, например, что наступают все нижеследующие условия. Первое условие состоит в том, что два датчика 40 и 41 воздушно-топливного отношения являются активными, то есть, температуры двух датчиков 40 и 41 воздушно-топливного отношения являются температурами активации или больше. Если датчики 40 и 41 воздушно-топливного отношения не активны, в целом, они не могут с точностью определить воздушно-топливное отношение выхлопного газа. Кроме того, даже если возникнет неисправность в виде треснувшего элемента, вряд ли произойдет отклонение выходного воздушно-топливного отношения.

[0058] Второе условие состоит в том, что скорость потока выхлопного газа, текущего около датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны, представляет собой заранее определенную нижнюю предельную скорость потока или больше. Фиг. 8 представляет собой вид, показывающий соотношение между расходом выхлопного газа, текущего около датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны, и выходным воздушно-топливным отношением датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны. В показанном примере, воздушно-топливное отношение выхлопного газа, текущего около датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны, представляет собой богатое воздушно-топливное отношение, которое слегка богаче, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение.

[0059] Как понятно из фиг. 8, когда скорость потока выхлопного газа, текущего около датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны, является небольшой, почти нет разницы в выходном воздушно-топливном отношении между исправным датчиком и датчиком, имеющим неисправность в виде треснувшего элемента. В отличие от этого, если скорость потока выхлопного газа становится больше, в датчике, имеющем неисправность в виде треснувшего элемента, выходное воздушно-топливное отношение становится бедным. Поэтому, если скорость потока выхлопного газа, текущего около датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны, является небольшой, даже если возникает неисправность в виде треснувшего элемента, в выходном воздушно-топливном отношении не возникает изменений.

[0060] Кроме того, как показано на фиг. 8, в датчике, имеющем неисправность в виде треснувшего элемента, когда скорость потока выхлопного газа, текущего около датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны, становится больше, выходное воздушно-топливное отношение датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны смещается в бедную сторону. Поэтому, когда скорость потока выхлопного газа, текущего около датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны, является небольшой, даже если образовался треснувший элемент, бедная степень выходного воздушно-топливного отношения датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны иногда является небольшой, и бедное оценочное опорное воздушно-топливное отношение AFrefri не достигается.

[0061] Поэтому в настоящем варианте осуществления, скорость потока выхлопного газа, представляющая собой заранее определенную нижнюю предельную скорость потока, то есть, такую скорость потока, при которой выходное воздушно-топливное отношение различается между исправным датчиком и датчиком, имеющим неисправность в виде треснувшего элемента (например, G₁ с фиг. 8), или больше, составляет условие для активного управления.

[0062] Следует отметить, что скорость потока выхлопного газа, текущего около датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны, вычисляют, например, на основе расхода воздуха, определенного расходомером 39 и т.д. Однако эта скорость потока выхлопного газа может также определяться с помощью другой технологии. В качестве альтернативного варианта, можно установить анемометр, и т.п.для определения скорости потока выхлопного газа, текущего через внутреннюю часть выпускного канала вблизи датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны, и напрямую определять скорость потока анемометром и т.д.

[0063] Третье условие состоит в том, что истекшее время от окончания управления отсечкой топлива представляет собой опорное истекшее время или больше. «Управление отсечкой топлива» представляет собой управление для остановки или существенного уменьшения подачи топлива в камеру сгорания в состоянии, когда двигатель внутреннего сгорания работает (в состоянии, когда вращается коленвал). Это управление отсечкой топлива выполняется, например, когда величина нажатия педали акселератора 42 составляет ноль или, по существу, ноль (то есть, нагрузка двигателя является нулевой или, по существу, нулевой), и обороты двигателя представляют собой заданные обороты, которые выше, чем обороты во время холостого хода, или превышают заданные обороты.

[0064] Сразу после окончания такого управления отсечкой топлива, даже если управлять величиной впрыска топлива так, что воздушно-топливное отношение выхлопного газа, выпущенного из корпуса двигателя, становится богатым воздушно-топливным отношением, выходное воздушно-топливное отношение исправного датчика воздушно-топливного отношения, не имеющего неисправности в виде треснувшего элемента, также станет бедным воздушно-топливным отношением. По этой причине, нельзя с точностью диагностировать датчик 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны на треснувший элемент, пока не истечет некоторое время от окончания управления отсечкой топлива. Поэтому в настоящем варианте осуществления, истекшее время от окончания управления отсечкой топлива, представляющее собой опорное истекшее время или больше, то есть, время, требуемое для того, чтобы выходное воздушно-топливное отношение в исправном датчике воздушно-топливного отношения стабилизировалось после окончания управления отсечкой топлива, или больше него, является условием для активного управления.

[0065] Четвертое условие состоит в том, что оценка неисправности датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны не была совершена в период от момента, когда включатель зажигания транспортного средства, на котором установлен двигатель внутреннего сгорания, был повернут в положение ON, до настоящего момента. Оценка неисправности датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны не должна выполняться так часто, поэтому оценка неисправности выполняется только тогда, когда оценка неисправности не была выполнена. Более конкретно, индикатор неисправности, который устанавливается на ON, когда произведена оценка о наличии неисправности при оценке неисправности датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны, или индикатор окончания оценки, который устанавливается на ON, когда оценка неисправности датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны выполнена, не установленный на ON, представляет собой данное условие.

[0066] Следует отметить, что в вышеупомянутом варианте осуществления, во время обычной работы, целевое воздушно-топливное отношение выхлопного газа, текущего в катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, поочередно меняется между богатым воздушно-топливным отношением и бедным воздушно-топливным отношением. В таком случае, во время активного управления, целевое воздушно-топливное отношение выхлопного газа, текущего в катализатор очистки выхлопного газа, делается воздушно-топливным отношением, которое богаче, чем богатое воздушно-топливное отношение во время обычной работы (обычного управления) (в вышеупомянутом варианте осуществления, богатое установленное воздушно-топливное отношение AFrich). Однако, во время обычной работы, не обязательно нужно поочередно менять целевое воздушно-топливное отношение между богатым воздушно-топливным отношением и бедным воздушно-топливным отношением. Например, также можно установить целевое воздушно-топливное отношение на стехиометрическое воздушно-топливное отношение на все время.

[0067] Кроме того, в вышеупомянутом варианте осуществления, активное управление выполняется при диагностике датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны на неисправность. Однако не обязательно нужно выполнять активное управление при диагностике датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны на неисправность.

[0068] Например, сразу после окончания управления отсечкой топлива, обычно выполняется перезапуск богатого управления для того, чтобы сделать воздушно-топливное отношение выхлопного газа, текущего в катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, богатым воздушно-топливным отношением. Это выполняется, чтобы выпустить часть или весь кислород, накопленный в катализаторе 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны во время управления отсечкой топлива. Диагностика неисправности датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны может выполняться во время этого перезапуска богатого управления. Однако также и в этом случае, как пояснено выше, необходимо, чтобы истекшее время от окончания управления отсечкой топлива составляло опорное истекшее время или больше.

[0069] Блок-схема

Фиг. 9 представляет собой блок-схему, показывающую программу управления диагностикой неисправности датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны. Проиллюстрированная программа управления выполняется прерыванием в определенные интервалы времени.

[0070] Сначала, на этапе S11, делается оценка, завершена ли оценка неисправности датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны после того, как двигатель внутреннего сгорания был запущен, или после того, как ключ зажигания транспортного средства, на котором установлен двигатель внутреннего сгорания, был включен. Если оценка неисправности уже была выполнена после запуска двигателя внутреннего сгорания, программа управления завершается. С другой стороны, если делается оценка, что оценка неисправности еще не закончена, программа переходит на этап S12. На этапе S12, делается оценка, установлен ли индикатор Fa активного управления на «0». Индикатор Fa активного управления представляет собой индикатор, установленный на «1», когда выполняется активное управление, и установленный на «0» в иных случаях. Когда активное управление все еще не выполняется, программа переходит на этап S13.

[0071] На этапе S13 делается оценка, выполнены ли условия исполнения для активного управления. Если вышеупомянутые условия исполнения для активного управления не выполнены, программа управления завершается. С другой стороны, если условия исполнения для активного управления выполнены, программа переходит на этап S14, и целевое воздушно-топливное отношение устанавливается на активное управляющее воздушно-топливное отношение. Далее, на этапе S15, индикатор Fa активного управления устанавливается на «1», и программа управления завершается.

[0072] На следующем этапе программы управления, поскольку индикатор Fa активного управления установлен на «1», программа переходит от этапа S12 на этап S16. На этапе S16 делается оценка, установлен ли стехиометрический индикатор Fs на 0. Стехиометрический индикатор Fs представляет собой индикатор, установленный на «1», когда после запуска активного управления, выходное воздушно-топливное отношение датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны достигает, по существу, стехиометрического воздушно-топливного отношения, и установлен на «0» в иных случаях. Если, на этапе S16, стехиометрический индикатор Fs установлен на 0, программа переходит на этап S17. На этапе S17 делается оценка, является ли выходное воздушно-топливное отношение датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны воздушно-топливным отношением между богатым оценочным опорным воздушно-топливным отношением AFrefri и бедным оценочным опорным воздушно-топливным отношением AFrefle, то есть, по существу, перешло ли оно в стехиометрическое воздушно-топливное отношение. Когда, на этапе S17, делается оценка, что выходное воздушно-топливное отношение датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны не перешло в стехиометрическое воздушно-топливное отношение, программа управления завершается. С другой стороны, когда, на этапе S17, делается оценка, что выходное воздушно-топливное отношение датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны перешло в стехиометрическое воздушно-топливное отношение, программа переходит на этап S18. На этапе S18, стехиометрический индикатор Fs устанавливается на «1», и программа управления завершается.

[0073] На следующем этапе программы управления, поскольку стехиометрический индикатор Fs установлен на «1», программа переходит от этапа S16 на этапы S19 и S20. На этапе S19 делается оценка, является ли выходное воздушно-топливное отношение датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны бедным оценочным опорным воздушно-топливным отношением AFrefle или больше, тогда как на этапе S20 делается оценка, является ли выходное воздушно-топливное отношение датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны богатым оценочным опорным воздушно-топливным отношением AFrefri или меньше. Когда на этапах S19 и S20 делается оценка, что выходное воздушно-топливное отношение датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны представляет собой воздушно-топливное отношение между богатым оценочным опорным воздушно-топливным отношением AFrefri и бедным оценочным опорным воздушно-топливным отношением AFrefle, программа управления завершается.

[0074] С другой стороны, когда на этапе S19 делается оценка, что выходное воздушно-топливное отношение представляет собой бедное оценочное опорное воздушно-топливное отношение AFrefle или больше, программа переходит на этап S21. На этапе S21 делается оценка, что датчик 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны стал неисправным, индикатор оценки неисправности устанавливается на ON, и, из-за этого, например, включается предупредительный световой сигнал на транспортном средстве, на котором установлен двигатель внутреннего сгорания. Кроме того, если на этапе S20 делается оценка, что выходное воздушно-топливное отношение представляет собой богатое оценочное опорное воздушно-топливное отношение AFrefri или меньше, программа переходит на этап S22. На этапе S22, делается оценка, что датчик 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны является исправным, и индикатор оценки неисправности остается OFF.

[0075] После этапа S21 и этапа S22, программа переходит на этап S23. На этапе S23, целевое воздушно-топливное отношение высвобождается из состояния, установленного на активное управляющее воздушно-топливное отношение, и начинается обычная работа. Далее, на этапе S24, индикатор Fa активного управления и стехиометрический индикатор Fs сбрасываются на 0, и программа управления завершается.

[0076] Второй вариант осуществления

Далее, со ссылкой на фиг. 10 и фиг. 11, будет пояснена система диагностики неисправности по второму варианту осуществления настоящего изобретения. Конфигурация и т.д. системы диагностики неисправности по второму варианту осуществления настоящего изобретения в целом аналогична конфигурации и т.д. системы диагностики неисправности по первому варианту осуществления. Однако в первом варианте осуществления, пороговая величина для оценки, неисправности датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны, то есть, бедное оценочное опорное воздушно-топливное отношение, представляет собой заранее определенную постоянную величину, тогда как в настоящем варианте осуществления, бедное оценочное опорное воздушно-топливное отношение меняется в соответствии со скоростью потока выхлопного газа, текущего около датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны.

[0077] В этом отношении, даже если датчик 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны не является неисправным и находится в нормальном состоянии, иногда выходное воздушно-топливное отношение датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны становится бедным воздушно-топливным отношением во время активного управления. Например, если выхлопной газ, выпущенный из корпуса двигателя, содержит большой объем водорода, выходное воздушно-топливное отношение датчика 40 воздушно-топливного отношения с впускной стороны станет богаче, чем фактическое воздушно-топливное отношение выхлопного газа. В таком случае, при выполнении управления с обратной связью величиной впрыска топлива на основе выходного воздушно-топливного отношения датчика 40 воздушно-топливного отношения с впускной стороны, даже если целевое воздушно-топливное отношение представляет собой богатое воздушно-топливное отношение, фактическое воздушно-топливное отношение выхлопного газа, текущего в катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, может стать бедным воздушно-топливным отношением. В результате, даже во время активного управления, выходное воздушно-топливное отношение датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны в конечном итоге станет бедным воздушно-топливным отношением.

[0078] В этом случае, если бедное оценочное опорное воздушно-топливное отношение установлено на относительно низкое воздушно-топливное отношение, то есть, низкую бедную степень воздушно-топливного отношения, то независимо от того, находится ли датчик 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны фактически в исправном состоянии, в конечном итоге будет сделана ошибочная оценка, что датчик 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны является неисправным. Чтобы снизить вероятность такой ошибочной оценки, предпочтительно, насколько это возможно, устанавливать бедное оценочное опорное воздушно-топливное отношение в высокое воздушно-топливное отношение, то есть, высокую бедную степень воздушно-топливного отношения.

[0079] При этом, как пояснено со ссылкой на фиг. 8, выходное воздушно-топливное отношение датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны, когда образовался треснувший элемент, становится выше, чем выше скорость потока выхлопного газа, текущего около датчика. Поэтому в настоящем варианте осуществления, бедное оценочное опорное воздушно-топливное отношение AFrefle устанавливается на основе скорости потока выхлопного газа, текущего около датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны. Более конкретно, как показано на фиг. 10, чем больше становится скорость потока выхлопного газа, текущего около датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны, тем больше (тем беднее) становится бедное оценочное опорное воздушно-топливное отношение AFrefle. Из-за этого предотвращается ошибочная оценка датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны как неисправного.

[0080] Фиг. 11 представляет собой блок-схему, показывающую программу управления диагностикой неисправности датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны во втором варианте осуществления. Проиллюстрированная программа управления выполняется прерыванием в определенные интервалы времени. Следует отметить, что этапы S31 - S44 с фиг. 11 аналогичны этапам S11 - S24 с фиг. 9, поэтому их пояснение будет опущено.

[0081] Когда на этапе S36 делается оценка, что стехиометрический индикатор Fs установлен на «1», программа переходит на этап S45. На этапе S45, например, скорость потока выхлопного газа, текущего около датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны, вычисляется на основе выходного сигнала расходомера 39, и бедное оценочное опорное воздушно-топливное отношение AFrefle вычисляется на основе этой скорости потока с использованием карты, показанной на фиг. 10. Следует отметить, что в этом случае, вместо карты, показанной на фиг. 10, можно использовать формулу вычисления и т.п., заранее найденную экспериментально или путем вычисления, для вычисления бедного оценочного опорного воздушно-топливного отношения AFrefle.

[0082] Третий вариант осуществления

Далее, со ссылкой на фиг. 12 и фиг. 13, будет пояснена система диагностики неисправности по третьему варианту осуществления настоящего изобретения. Конфигурация, и т.д. системы диагностики неисправности по третьему варианту осуществления настоящего изобретения в целом аналогична конфигурациям, и т.д. систем диагностики неисправности по первому варианту осуществления и второму варианту осуществления. Однако в настоящем варианте осуществления, бедное оценочное опорное воздушно-топливное отношение установлено на основе выходного воздушно-топливного отношения датчика 40 воздушно-топливного отношения с впускной стороны.

[0083] Фиг. 12 представляет собой вид, показывающий взаимосвязь между фактическим воздушно-топливным отношением выхлопного газа, текущего около датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны, и выходным воздушно-топливным отношением датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны. На фиг. 12, прерывистая линия показывает взаимосвязь между фактическим воздушно-топливным отношением и выходным воздушно-топливным отношением в случае, когда датчик 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны находится в нормальном состоянии. Как понятно из фиг. 12, в датчике, в котором образовался треснувший элемент, когда фактическое воздушно-топливное отношение становится богаче, выходное воздушно-топливное отношение становится выше (то есть, беднее). Это происходит потому, что чем богаче становится фактическое воздушно-топливное отношение, тем больше разница между воздушно-топливными отношениями около двух электродов 52 и 53 датчика воздушно-топливного отношения, где образовался треснувший элемент.

[0084] Поэтому в настоящем варианте осуществления, бедное оценочное опорное воздушно-топливное отношение AFrefle устанавливается на основе выходного воздушно-топливного отношения датчика 40 воздушно-топливного отношения с впускной стороны. Более конкретно, как показано на фиг. 13, чем ниже становится выходное воздушно-топливное отношение датчика 40 воздушно-топливного отношения с впускной стороны, тем выше (то есть, беднее) становится бедное оценочное опорное воздушно-топливное отношение AFrefle. Из-за этого, предотвращается ошибочная оценка датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны как неисправного.

[0085] Следует отметить, что также и в настоящем варианте осуществления, на этапе S45 с фиг. 11, бедное оценочное опорное воздушно-топливное отношение AFrefle вычисляется на основе выходного воздушно-топливного отношения датчика 40 воздушно-топливного отношения с впускной стороны с использованием карты, показанной на фиг. 13. Кроме того, в этом случае, вместо карты, показанной на фиг. 13, можно использовать формулу вычисления и т.п.заранее определенную экспериментально или путем вычисления, для вычисления бедного оценочного опорного воздушно-топливного отношения AFrefle.

[0086] Кроме того, второй вариант осуществления и третий вариант осуществления могут также быть объединены. В этом случае, бедное оценочное опорное воздушно-топливное отношение AFrefle устанавливается на основе скорости потока выхлопного газа, текущего около датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны, и выходного воздушно-топливного отношения датчика 40 воздушно-топливного отношения с впускной стороны.

Список ссылочных позиций

[0087] 1 - корпус двигателя

5 - камера сгорания

7 - впускной проход

9 - выпускной проход

19 - выпускной коллектор

20 - катализатор очистки выхлопного газа с впускной стороны

24 - катализатор очистки выхлопного газа с выпускной стороны

31 - ЭБУ

40 - датчик воздушно-топливного отношения с впускной стороны

41 - датчик воздушно-топливного отношения с выпускной стороны

Изобретение относится к системе диагностики неисправности датчика воздушно-топливного отношения, расположенного в выпускном канале двигателя внутреннего сгорания. Техническим результатом является создание системы диагностики неисправности, способной с точностью диагностировать неисправность датчика воздушно-топливного отношения с выпускной стороны. Результат достигается тем, что система диагностики неисправности датчика воздушно-топливного отношения, содержащая катализатор очистки выхлопного газа, расположенный в выпускном канале двигателя внутреннего сгорания, датчик воздушно-топливного отношения с впускной стороны, расположенный в выпускном канале с впускной стороны от катализатора очистки выхлопного газа в направлении потока выхлопного газа, датчик воздушно-топливного отношения с выпускной стороны, расположенный в выпускном канале с выпускной стороны от катализатора очистки выхлопного газа в направлении потока выхлопного газа, и устройство диагностики, диагностирующее датчик воздушно-топливного отношения с выпускной стороны на неисправность на основе выходных сигналов этих датчиков воздушно-топливного отношения. Устройство диагностики делает оценку, что датчик воздушно-топливного отношения с выпускной стороны имеет неисправность, если выходное воздушно-топливное отношение датчика воздушно-топливного отношения с впускной стороны стало богатым воздушно-топливным отношением, которое богаче, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение, а выходное воздушно-топливное отношение датчика воздушно-топливного отношения с выпускной стороны изменилось из воздушно-топливного отношения, которое богаче, чем бедное оценочное опорное воздушно-топливное отношение на воздушно-топливное отношение, которое беднее, чем бедное оценочное опорное воздушно-топливное отношение. В результате, можно с точностью диагностировать неисправность датчика воздушно-топливного отношения с выпускной стороны при использовании датчика воздушно-топливного отношения в качестве датчика с выпускной стороны. 11 з.п. ф-лы, 13 ил.

1. Система диагностики неисправности датчика воздушно-топливного отношения, содержащая катализатор очистки выхлопного газа, расположенный в выпускном канале двигателя внутреннего сгорания, датчик воздушно-топливного отношения с впускной стороны, расположенный в выпускном канале с впускной стороны от катализатора очистки выхлопного газа в направлении потока выхлопного газа, датчик воздушно-топливного отношения с выпускной стороны, расположенный в выпускном канале с выпускной стороны от катализатора очистки выхлопного газа в направлении потока выхлопного газа, и устройство диагностики, диагностирующее датчик воздушно-топливного отношения с выпускной стороны на неисправность на основе выходных сигналов этих датчиков воздушно-топливного отношения, при этом

устройство диагностики делает оценку, что датчик воздушно-топливного отношения с выпускной стороны имеет неисправность, если выходное воздушно-топливное отношение датчика воздушно-топливного отношения с впускной стороны стало богатым воздушно-топливным отношением, которое богаче, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение, а выходное воздушно-топливное отношение датчика воздушно-топливного отношения с выпускной стороны изменилось из воздушно-топливного отношения, которое богаче, чем бедное оценочное опорное воздушно-топливное отношение, которое, в свою очередь, беднее, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение, на воздушно-топливное отношение, которое беднее, чем бедное оценочное опорное воздушно-топливное отношение.

2. Система диагностики неисправности датчика воздушно-топливного отношения по п. 1, в которой устройство диагностики делает оценку, что датчик воздушно-топливного отношения с выпускной стороны имеет неисправность, если выходное воздушно-топливное отношение датчика воздушно-топливного отношения с впускной стороны меняется из бедного воздушно-топливного отношения, которое беднее, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение, на богатое воздушно-топливное отношение, и поддерживается на богатом воздушно-топливном отношении, а выходное воздушно-топливное отношение датчика воздушно-топливного отношения с выпускной стороны изменилось из воздушно-топливного отношения, которое богаче, чем бедное оценочное опорное воздушно-топливное отношение, которое, в свою очередь, беднее, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение, на воздушно-топливное отношение, которое беднее, чем бедное оценочное опорное воздушно-топливное отношение.

3. Система диагностики неисправности датчика воздушно-топливного отношения по п. 1 или 2, в которой

система дополнительно содержит устройство определения скорости потока, определяющее или оценивающее скорость потока выхлопного газа, текущего около датчика воздушно-топливного отношения с выпускной стороны, и

устройство диагностики диагностирует неисправность датчика воздушно-топливного отношения с выпускной стороны, только когда скорость потока, определенная или оцененная устройством определения скорости потока, представляет собой заранее определенную нижнюю предельную скорость потока или больше.

4. Система диагностики неисправности датчика воздушно-топливного отношения по п. 3, в которой бедное оценочное опорное воздушно-топливное отношение установлено на основе скорости потока выхлопного газа, определенной или оцененной устройством определения скорости потока.

5. Система диагностики неисправности датчика воздушно-топливного отношения по п. 4, в которой бедное оценочное опорное воздушно-топливное отношение установлено тем беднее, чем больше скорость потока выхлопного газа, определенная или оцененная устройством определения скорости потока.

6. Система диагностики неисправности датчика воздушно-топливного отношения по п. 1 или 2, в которой бедное оценочное опорное воздушно-топливное отношение установлено на основе воздушно-топливного отношения, определенного датчиком воздушно-топливного отношения с впускной стороны.

7. Система диагностики неисправности датчика воздушно-топливного отношения по п. 6, в которой бедное оценочное опорное воздушно-топливное отношение установлено тем беднее, чем ниже воздушно-топливное отношение, определенное датчиком воздушно-топливного отношения с впускной стороны.

8. Система диагностики неисправности датчика воздушно-топливного отношения по п. 1 или 2, в которой

двигатель внутреннего сгорания может выполнять управление отсечкой топлива для остановки или уменьшения подачи топлива в камеру сгорания во время работы двигателя внутреннего сгорания, и

устройство диагностики не диагностирует датчик воздушно-топливного отношения с выпускной стороны на неисправность, когда истекшее время от окончания управления отсечкой топлива представляет собой опорное истекшее время или меньше.

9. Система диагностики неисправности датчика воздушно-топливного отношения по п. 1 или 2, в которой

двигатель внутреннего сгорания может выполнять управление отсечкой топлива для остановки или уменьшения подачи топлива в камеру сгорания во время работы двигателя внутреннего сгорания, и перезапуском богатого управления, чтобы сделать воздушно-топливное отношение выхлопного газа, текущего в катализатор очистки выхлопного газа, богатым воздушно-топливным отношением после окончания управления отсечкой топлива, и

устройство диагностики диагностирует датчик воздушно-топливного отношения с выпускной стороны на неисправность во время выполнения перезапуска богатого управления.

10. Система диагностики неисправности датчика воздушно-топливного отношения по п. 1 или 2, в которой

двигатель внутреннего сгорания может выполнять обычное управление, попеременно меняя воздушно-топливное отношение выхлопного газа, текущего в катализатор очистки выхлопного газа, между богатым воздушно-топливным отношением и бедным воздушно-топливным отношением, которое беднее, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение, а также активное управление, делающее воздушно-топливное отношение выхлопного газа, текущего в катализатор очистки выхлопного газа, богаче, чем богатое воздушно-топливное отношение во время обычного управления, и

система диагностики диагностирует датчик воздушно-топливного отношения с выпускной стороны на неисправность во время выполнения активного управления.

11. Система диагностики неисправности датчика воздушно-топливного отношения по п. 1 или 2, в которой датчик воздушно-топливного отношения с выпускной стороны представляет собой датчик воздушно-топливного отношения стаканного типа.

12. Система диагностики неисправности датчика воздушно-топливного отношения по п. 1 или 2, в которой система включает предупредительный световой сигнал, когда делается оценка, что датчик воздушно-топливного отношения с выпускной стороны стал неисправным.