УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ СООТНОШЕНИЕМ ВОЗДУХ-ТОПЛИВО И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ СООТНОШЕНИЕМ ВОЗДУХ-ТОПЛИВО Российский патент 2018 года по МПК F02D41/14 

Область техники

[0001] Изобретение относится к управлению соотношением воздух-топливо в двигателе внутреннего сгорания.

Предпосылки изобретения

[0002] В качестве выполняемого в двигателе внутреннего сгорания управления соотношением воздух-топливо известно управление с обратной связью соотношением воздух-топливо с использованием так называемого датчика соотношения воздух-топливо, выполненного так, что выходное значение тока, выдаваемое им при приложении к нему заданного напряжения, линейно изменяется с соотношением воздух-топливо отработавшего газа. Когда соотношение воздух-топливо отработавшего газа богаче стехиометрического соотношения воздух-топливо, кислород в атмосферном канале датчика соотношения воздух-топливо ионизируется находящимся на стороне атмосферы электродом, и когда получающиеся в результате этого ионы кислорода движутся к находящемуся на стороне выхлопа электроду через слой твердого электролита, через датчик соотношения воздух-топливо протекает ток. Следовательно, когда соотношение воздух-топливо отработавшего газа продолжает оставаться богаче стехиометрического соотношения воздух-топливо, приводя к недостатку в количестве кислорода в атмосферном канале, обнаруживаемое значение, полученное датчиком соотношения воздух-топливо, отклоняется в бедную сторону от фактического соотношения воздух-топливо. Чтобы предотвращать это отклонение, в JP2008-14178A описывается временное прекращение управления с обратной связью соотношением воздух-топливо и переключение на управление с разомкнутым контуром, когда точность обнаружения датчиком соотношения воздух-топливо ухудшается описанным выше образом.

Сущность изобретения

[0003] Однако, когда управление с обратной связью соотношением воздух-топливо прекращается описанным в вышеприведенном документе образом, больше невозможно смягчать колебание количества впрыскиваемого топлива, вызванное отдельными различиями в компонентах, таких как клапан впрыска топлива. Следовательно, во время управления с разомкнутым контуром точность управления хуже, чем во время управления с обратной связью соотношением воздух-топливо, и в результате ухудшаются различные эксплуатационные показатели, такие как выходная мощность двигателя, топливная экономичность и выбросы отработавших газов.

[0004] Поэтому задачей настоящего изобретения является предоставление устройства управления соотношением воздух-топливо и способа управления соотношением воздух-топливо, с помощью которых управление с обратной связью соотношением воздух-топливо может выполняться в более широком диапазоне.

[0005] Согласно одному варианту осуществления этого изобретения предложено устройство управления соотношением воздух-топливо, включающее в себя датчик соотношения воздух-топливо, выполненный так, что его выходное значение тока изменяется линейно в соответствии с концентрацией кислорода, и средство управления с обратной связью соотношением воздух-топливо, выполненное с возможностью реализовывать управление с обратной связью по соотношению воздух-топливо на основе обнаруженного значения от датчика соотношения воздух-топливо. Устройство управления соотношением воздух-топливо дополнительно включает в себя запрещающее средство, выполненное с возможностью запрещать управление с обратной связью, когда соотношение воздух-топливо равно или превышает заданное богатое соотношение воздух-топливо. Однако, управление с обратной связью разрешается в течение заданного периода после того, как соотношение воздух-топливо достигает или превышает заданное богатое соотношение воздух-топливо.

Краткое описание чертежей

[0006] Фиг. 1 - вид, показывающий конфигурацию системы двигателя внутреннего сгорания, в которой применяется вариант осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 2 - это вид в разрезе датчика соотношения воздух-топливо.

Фиг. 3 - схематичная диаграмма, показывающая вольтамперную характеристику датчика соотношения воздух-топливо.

Фиг. 4 - схематичная диаграмма, показывающая вольтамперную характеристику датчика соотношения воздух-топливо, когда точность управления ухудшается вследствие недостатка количества поступления кислорода.

Фиг. 5 - блок-схема последовательности операций процедуры управления соотношением воздух-топливо.

Фиг. 6 - схематичная диаграмма, показывающая зависимость между соотношением воздух-топливо отработавшего газа и возможным периодом измерения датчика соотношения воздух-топливо.

Фиг. 7 - временная диаграмма, показывающая случай, при котором исполняется процедура управления по фиг. 5.

Подробное описание вариантов осуществления

[0007] Вариант осуществления настоящего изобретения будет описан ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи.

[0008] Фиг. 1 - это вид, показывающий конфигурацию системы двигателя внутреннего сгорания, в которой применяется вариант осуществления настоящего изобретения.

[0009] Во впускном канале 2 двигателя 1 внутреннего сгорания расположены воздушный фильтр 4, расходомер 5 воздуха, компрессор 10A турбонагнетателя, дроссельная камера 6, ресивер 7 и клапан 8 впрыска топлива в порядке от стороны входа потока всасываемого воздуха. Следует отметить, что двигатель 1 внутреннего сгорания согласно этому варианту осуществления является двигателем внутреннего сгорания с так называемым впрыском во впускной канал, но вместо него может быть использован двигатель внутреннего сгорания с так называемым прямым впрыском в цилиндр.

[0010] В выпускном канале двигателя 1 внутреннего сгорания расположены датчик 9 соотношения воздух-топливо, турбина 10B турбонагнетателя, каталитический нейтрализатор 11 в коллекторе и O₂-датчик 12 в порядке от стороны входа потока отработавшего газа.

[0011] Компрессор 10A и турбина 10B в действительности связаны друг с другом через вал, вращаясь как одно целое. Дополнительно, хотя это и не показано на фиг. 1, на стороне ниже по потоку от компрессора 10A может быть расположен промежуточный охладитель, чтобы охлаждать воздух, который был сжат компрессором 10A с увеличением температуры.

[0012] Датчик 9 соотношения воздух-топливо выполнен так, что выходной ток, выдаваемый им при приложении к нему напряжения, изменяется линейно в соответствии с концентрацией кислорода в отработавшем газе. Конструкция и характеристики датчика 9 соотношения воздух-топливо будут описаны ниже.

[0013] Каталитический нейтрализатор 11 в коллекторе является трехфункциональным каталитическим нейтрализатором. O₂-датчик 12 создает электродвижущую силу, соответствующую концентрации кислорода в отработавшем газе. Электродвижущая сила, созданная O₂-датчиком 12, равна приблизительно 0 В, когда отработавший газ беднее стехиометрического соотношения воздух-топливо (далее также упоминается просто как "когда отработавший газ является бедным"), и приблизительно 1 В, когда отработавший газ богаче стехиометрического соотношения воздух-топливо (далее также упоминается просто как "когда отработавший газ является богатым"). Таким образом, O₂-датчик 12 выполнен так, что его выходное напряжение сильно изменяется поблизости от стехиометрического соотношения воздух-топливо. Другими словами, O₂-датчик 12 способен определять, является ли отработавший газ бедным или богатым.

[0014] Соответствующие сигналы обнаружения от расходомера 5 воздуха, датчика 9 соотношения воздух-топливо и O₂-датчика 12 считываются контроллером 13 двигателя (далее называемым ЭБУ). На основе этих сигналов обнаружения, а также сигналов обнаружения от датчика положения акселератора, датчика угла поворота коленчатого вала и т.д., не показанных на чертежах, ЭБУ 13 управляет количеством впрыскиваемого топлива и моментом зажигания, задает целевое соотношение воздух-топливо и выполняет управление с обратной связью соотношением воздух-топливо и т.д. для выравнивания соотношения воздух-топливо с целевым соотношением воздух-топливо.

[0015] Следует отметить, что O₂-датчик 12 не используется при управлении двигателем 1 внутреннего сгорания в состоянии, когда датчик 9 соотношения воздух-топливо функционирует нормально. Однако, когда в датчике 9 соотношения воздух-топливо возникает аномальность, управление с обратной связью соотношением воздух-топливо реализуется на основе сигнала обнаружения от O₂-датчика 12.

[0016] Дополнительно, ЭБУ 13 реализует управление с обратной связью соотношением воздух-топливо по каждому цилиндру двигателя 1 внутреннего сгорания. Следовательно, чтобы провести точное различие между цилиндрами, датчик 9 соотношения воздух-топливо расположен в месте на стороне выше по потоку от турбины 10B или, более конкретно, в месте на стороне выше по потоку от турбины 10B рядом с участком схождения, где сходятся каналы потока отработавшего газа от соответствующих цилиндров. Когда датчик 9 соотношения воздух-топливо располагается на стороне ниже по потоку от турбины 10B, датчик 9 соотношения воздух-топливо обнаруживает соотношение воздух-топливо отработавшего газа после того, как отработавший газ сошелся в одной точке и прошел через турбину 10B, так что смешивание отработавшего газа уже произошло и, в результате, трудно проводить различие между цилиндрами.

[0017] Далее будет описан датчик 9 соотношения воздух-топливо.

[0018] Фиг. 2 - это вид в разрезе, показывающий чувствительный элемент 20 датчика 9 соотношения воздух-топливо. Следует отметить, что закрывающая чувствительный элемент 20 крышка и нагреватель для нагрева чувствительного элемента 20 были исключены из фиг. 2.

[0019] Чувствительный элемент 20 выполнен включающим в себя слой 21 твердого электролита, находящийся на стороне выхлопа электрод 22, предусмотренный на стороне выхлопа от слоя 21 твердого электролита, находящийся на стороне атмосферы электрод 23, предусмотренный со стороны атмосферы от слоя 21 твердого электролита, и слой 24 диффузионного сопротивления.

[0020] Слой 21 твердого электролита образован из вещества, через которое могут перемещаться ионы кислорода, например, диоксида циркония или т.п.

[0021] Находящийся на стороне выхлопа электрод 22 расположен в канале 27 отработавшего газа. Часть отработавшего газа, протекающего через выпускной канал 3, рассеивается слоем 24 диффузионного сопротивления и в этом состоянии затекает в канал 27 отработавшего газа, соприкасаясь с находящимся на стороне выхлопа электродом 22. Слой 24 диффузионного сопротивления образован из пористой керамики или т.п., например.

[0022] Находящийся на атмосферной стороне электрод 23 расположен в атмосферном канале 25, который сообщается с атмосферой. Атмосферный воздух, затекающий в атмосферный канал 25, контактирует с находящимся на стороне атмосферы электродом 23.

[0023] Находящийся на стороне выхлопа электрод 22 и находящийся на стороне атмосферы электрод 23 являются платиновыми электродами.

[0024] Когда между находящимся на стороне выхлопа электродом 22 и находящимся на стороне атмосферы электродом 23 выполненного описанным выше образом датчика 9 соотношения воздух-топливо прикладывается напряжение V обнаружения аккумулятором (средством приложения напряжения) 28, через датчик 9 соотношения воздух-топливо протекает ток, соответствующий концентрации кислорода в отработавшем газе.

[0025] Например, когда соотношение воздух-топливо отработавшего газа является богатым, кислород в атмосферном канале 25 образует ионы кислорода в ответ на электродную реакцию на находящемся на стороне атмосферы электроде 23, и эти ионы кислорода перемещаются через слой 21 твердого электролита от находящегося на стороне атмосферы электрода 23 к находящемуся на стороне выхлопа электроду 22, как указано стрелками на фиг. 2. На стороне находящегося на стороне выхлопа электрода 22 ионы кислорода, которые переместились к нему, реагируют с HC, CO и H₂ в канале 27 отработавшего газа, образуя двуокись углерода и воду.

[0026] Между тем, когда соотношение воздух-топливо отработавшего газа является бедным, избыточный кислород в отработавшем газе образует ионы кислорода в ответ на электродную реакцию на находящемся на стороне выхлопа электроде 22, и эти ионы кислорода движутся через слой 21 твердого электролита от находящегося на стороне выхлопа электрода 22 к находящемуся на стороне атмосферы электроду 23. Когда ионы кислорода достигают находящегося на стороне атмосферы электрода 23, электроны отделяются от них, так что ионы кислорода превращаются в кислород, и этот кислород выпускается в атмосферный канал 25.

[0027] Как описано выше, между находящимся на стороне выхлопа электродом 22 и находящимся на стороне атмосферы электродом 23 протекает ток в соответствии с перемещением ионов кислорода, и значение тока, который протекает в это время, изменяется в соответствии с соотношением воздух-топливо отработавшего газа.

[0028] Фиг. 3 - это схематичная диаграмма, показывающая вольтамперную характеристику описанного выше датчика 9 соотношения воздух-топливо. Абсцисса показывает прикладываемое напряжение, а ордината показывает выходной ток.

[0029] Как показано на фиг. 3, существует область, в которой значение выходного тока не изменяется даже в ответ на изменение прикладываемого напряжения и тогда, когда соотношение воздух-топливо является бедным, и тогда, когда соотношение воздух-топливо является богатым. Эта область прикладываемого напряжения, в которой значение выходного тока не изменяется, будет называться "областью предельного тока", и значение выходного тока в области предельного тока будет называться "предельным значением тока".

[0030] Предельное значение тока соразмерно соотношению воздух-топливо отработавшего газа, и поэтому соотношение воздух-топливо может быть обнаружено на основе величины предельного значения тока.

[0031] На основе соотношения воздух-топливо, обнаруженного таким образом, ЭБУ 13 выполняет управление с обратной связью по количеству впрыскиваемого топлива для выравнивания соотношения воздух-топливо отработавшего газа с целевым соотношением воздух-топливо (например, стехиометрическим соотношением воздух-топливо).

[0032] Впрочем, причиной того, почему соотношение воздух-топливо отработавшего газа может быть обнаружено с помощью датчика 9 соотношения воздух-топливо, является то, что ионы кислорода движутся через слой 21 твердого электролита, как описано выше. Следовательно, когда соотношение воздух-топливо отработавшего газа является богатым, так что количество кислорода, подаваемого к находящемуся на стороне атмосферы электроду 23, становится недостаточным, величина перемещения ионов кислорода становится меньше величины перемещения, соответствующей соотношению воздух-топливо, и в результате значение обнаружения, полученное датчиком 9 соотношения воздух-топливо, становится беднее фактического соотношения воздух-топливо. Датчик 9 соотношения воздух-топливо конструктивно ограничен с точки зрения емкости атмосферного канала 25, пути введения атмосферного воздуха и т.п., и поэтому ограничена скорость, с которой атмосферный воздух затекает в атмосферный канал 25. Соответственно постоянно более вероятно возникает дефицит в количестве кислорода, подаваемого к находящемуся на стороне атмосферы электроду 23, когда соотношение воздух-топливо отработавшего газа увеличивается при обогащении.

[0033] Фиг. 4 - это схематичная диаграмма, показывающая вольтамперную характеристику в случае, когда количество кислорода, подаваемого к находящемуся на стороне атмосферы электроду 23, является недостаточным. Как показано на чертеже, на богатой стороне, выходное значение тока увеличивается пропорционально прикладываемому напряжению. Когда предельный тока перестает быть «плоским» таким образом, точность обнаружения соотношения воздух-топливо ухудшается.

[0034] Следовательно, чтобы подавить уменьшение точности управления соотношением воздух-топливо, вызванное уменьшением точности обнаружения датчика 9 соотношения воздух-топливо, ЭБУ 13 выполняет процедуру управления, описанную ниже.

[0035] Фиг. 5 показывает процедуру управления соотношением воздух-топливо, выполняемую ЭБУ 13.

[0036] На этапе S10 ЭБУ 13 определяет, осуществляется или нет вседиапазонное управление соотношением воздух-топливо. Когда вседиапазонное управление соотношением воздух-топливо не осуществляется, ЭБУ 13 завершает текущую процедуру в том состоянии, как она есть, а когда вседиапазонное управление соотношением воздух-топливо осуществляется, ЭБУ 13 выполняет отработку этапа S20. "Вседиапазонное управление соотношением воздух-топливо" является управлением с обратной связью соотношением воздух-топливо, основанным на обнаруженном датчиком 9 соотношения воздух-топливо значении, и выполняется посредством управления количеством впрыскиваемого топлива так, чтобы реализовывать целевое соотношение воздух-топливо, заданное в соответствии с рабочим состоянием двигателя. Следует отметить, что здесь целевое соотношение воздух-топливо не ограничено стехиометрическим соотношением воздух-топливо. Во время ускорения, например, может быть задано богатое целевое соотношение воздух-топливо для того, чтобы создать более высокий крутящий момент.

[0037] Чтобы выполнять вседиапазонное управление соотношением воздух-топливо, датчик 9 соотношения воздух-топливо должен быть в активном состоянии. Следовательно, на этом этапе, когда датчик 9 соотношения воздух-топливо не находится в активном состоянии, например, во время операции прогрева вслед за холодным запуском, вседиапазонное управление соотношением воздух-топливо определяется как неосуществляемое.

[0038] На этапе S20 ЭБУ 13 определяет, меньше ли или нет соотношение воздух-топливо (A/F) отработавшего газа, чем пороговое значение A/F1. Когда соотношение воздух-топливо равно или превышает пороговое значение A/F1, ЭБУ 13 выполняет отработку этапа S30, а когда соотношение воздух-топливо меньше порогового значения A/F1, ЭБУ 13 выполняет отработку этапа S40. Пороговое значение A/F1, используемое на этом этапе, является соотношением воздух-топливо, при котором количество кислорода, подаваемого к находящемуся на стороне атмосферы электроду датчика соотношения воздух-топливо, не становится недостаточным при продолжении работы на этом соотношении воздух-топливо, или, другими словами, соотношением воздух-топливо, при котором точность обнаружения датчика 9 соотношения воздух-топливо не ухудшается. Пороговое значение A/F1 задается в соответствии с конструкцией датчика 9 соотношения воздух-топливо, например, емкостью атмосферного канала 25, путем введения атмосферного воздуха и т.д. В этом варианте осуществления в качестве порогового значения A/F1 задается обнаруживаемое A/F, которое описано ниже.

[0039] На этапе S30, который выполняется, когда соотношение воздух-топливо равно или превышает пороговое значение A/F1, ЭБУ 13 продолжает вседиапазонное управление соотношением воздух-топливо как есть.

[0040] Когда соотношение воздух-топливо меньше порогового значения A/F1, ЭБУ 13 активирует таймер на этапе S40 и затем определяет на этапе S50, прошел ли или нет заданный период, установленный заранее.

[0041] Здесь будет описан этот заданный период.

[0042] Фиг. 6 - это схематичная диаграмма, показывающая зависимость между соотношением воздух-топливо отработавшего газа и возможным периодом измерения, в течение которого соотношение воздух-топливо может быть измерено датчиком 9 соотношения воздух-топливо, причем эта зависимость была выявлена авторами настоящего изобретения. Возможный период измерения является тем периодом, в течение которого датчик 9 соотношения воздух-топливо может точно обнаруживать соотношение воздух-топливо.

[0043] Как описано выше, когда соотношение воздух-топливо отработавшего газа является богатым, так что количество кислорода, подаваемого к находящемуся на стороне атмосферы электроду 23, становится недостаточным вследствие ограничений в емкости атмосферного канала 25 и т.д., датчик 9 соотношения воздух-топливо не способен точно обнаружить соотношение воздух-топливо.

[0044] Когда в качестве предела обнаружения A/F задается предельное соотношение воздух-топливо на богатой стороне, при котором количество кислорода, подаваемого к находящемуся на стороне атмосферы электроду 23, не становится недостаточным во время обнаружения соотношения воздух-топливо, и соотношение воздух-топливо остается на бедной стороне от предела обнаружения A/F, возможный период измерения датчика 9 соотношения воздух-топливо является теоретически бесконечным.

[0045] Однако, даже когда соотношение воздух-топливо находится на богатой стороне от предела обнаружения A/F, точность обнаружения датчика 9 соотношения воздух-топливо не ухудшается немедленно. Например, когда соотношение воздух-топливо меняется с бедной стороны от предела обнаружения A/F на богатую сторону, сразу после такого изменения атмосферный канал 25 все еще полон атмосферным воздухом, и поэтому количество кислорода, подаваемого к находящемуся на стороне атмосферы электроду 23, не становится недостаточным немедленно. Другими словами, датчик 9 соотношения воздух-топливо может точно обнаруживать соотношение воздух-топливо до тех пор, пока подача кислорода к находящемуся на стороне атмосферы электроду 23 покрывается воздухом в атмосферном канале 25. Выражаясь другим образом, когда соотношение воздух-топливо отработавшего газа богаче предела обнаружения A/F, возможный период измерения датчика 9 соотношения воздух-топливо постоянно сокращается по мере того, как увеличивается обогащение.

[0046] Описанные выше характеристики, т.е. то, что точность обнаружения датчика 9 соотношения воздух-топливо не ухудшается сразу же, как только соотношение воздух-топливо сдвигается в богатую сторону от предела обнаружения A/F, и что требуемое для ухудшения точности обнаружения время (возможный период измерения) определяется в соответствии с соотношением воздух-топливо, были выявлены авторами изобретения.

[0047] Следовательно, в этом варианте осуществления, на основании описанных выше характеристик, заданный период задается в соответствии с соотношением воздух-топливо, и в качестве заданного периода задается возможный период ST1 измерения при соотношении A/F2 воздух-топливо. Когда заданный период ST1 задается таким образом, соотношение воздух-топливо на бедной стороне от соотношения A/F2 воздух-топливо может точно обнаруживаться в течение заданного периода ST1. Конкретный заданный период ST1 задается в соответствии с конструкцией датчика 9 соотношения воздух-топливо и типом транспортного средства, в котором применяется этот вариант осуществления, но, как правило, по продолжительности составляет приблизительно от нескольких десятков секунд до нескольких минут.

[0048] Теперь будет продолжено описание блок-схемы.

[0049] ЭБУ 13 выполняет отработку этапа S60 после определения на этапе S50 того, что заданный период ST1 еще не прошел, и выполняет отработку этапа S70 после определения того, что заданный период ST1 прошел.

[0050] На этапе S60 ЭБУ 13 продолжает вседиапазонное управление соотношением воздух-топливо. Причина этого состоит в том, что возможный период измерения датчика соотношения воздух-топливо не истекает до тех пор, пока не пройдет заданный период ST1.

[0051] При этом на этапе S70 ЭБУ 13 запрещает вседиапазонное управление соотношением воздух-топливо и выполняет управление с разомкнутым контуром на основе целевого соотношения воздух-топливо. Причина этого состоит в том, что, когда вседиапазонное управление соотношением воздух-топливо выполняется в том состоянии, где точность обнаружения датчика 9 соотношения воздух-топливо ухудшилась, точность, с которой осуществляется управление соотношением воздух-топливо, ухудшается.

[0052] На этапе S80 ЭБУ 13 определяет, вернулось ли или нет соотношение A/F воздух-топливо к пороговому значению A/F1 или выше него. Когда соотношение A/F воздух-топливо вернулось, ЭБУ 13 выполняет отработку этапа S90, а когда соотношение A/F воздух-топливо не вернулось, ЭБУ 13 выполняет отработку этапа S50.

[0053] На этапе S90 ЭБУ 13 определяет, что вседиапазонное управление соотношением воздух-топливо должно быть возобновлено, и выполняет отработку этапа S30. Следует отметить, что, когда отработка продвигается от этапа S60 к этапу S90 через этап S80, ЭБУ 13 определяет, что вседиапазонное управление соотношением воздух-топливо должно продолжаться.

[0054] Как описано выше, в ситуации, когда точность, с которой обнаруживается соотношение воздух-топливо отработавшего газа, может ухудшаться вследствие конструктивных ограничений датчика 9 соотношения воздух-топливо, вседиапазонное управление соотношением воздух-топливо продолжается в течение заданного периода, во время которого датчик 9 соотношения воздух-топливо может точно обнаруживать соотношение воздух-топливо. Когда заданный период проходит, вседиапазонное управление соотношением воздух-топливо запрещается, и вместо этого выполняется управление с разомкнутым контуром. Дополнительно, когда соотношение воздух-топливо достигает или превышает пороговое значение A/F1 после переключения на управление с разомкнутым контуром, вседиапазонное управление соотношением воздух-топливо возобновляется.

[0055] Фиг. 7 - это пример временной диаграммы, показывающей случай, в котором выполняют процедуру управления по фиг. 5. На этой диаграмме управления с обратной связью соотношением воздух-топливо пунктирные линии показывают случай, в котором выполняется управление согласно этому варианту осуществления, а сплошные линии показывают случай, в котором выполняется управление согласно уровню техники.

[0056] Перед моментом T1 времени датчик 9 соотношения воздух-топливо не находится в активном состоянии, а значит, вседиапазонное управление соотношением воздух-топливо (управление с обратной связью соотношением воздух-топливо) не выполняется.

[0057] Когда датчик 9 соотношения воздух-топливо входит в активное состояние в момент T1 времени, начинается вседиапазонное управление соотношением воздух-топливо. Далее, с момента T1 времени, транспортное средство начинает ускоряться, и поэтому нагрузка на двигатель увеличивается, приводя к увеличению обогащения соотношения воздух-топливо. Причина того, почему обогащение соотношения воздух-топливо увеличивается, заключается в том, что целевое соотношение воздух-топливо переключается на так называемое «мощное» соотношение воздух-топливо или значение поблизости от мощного соотношения воздух-топливо для того, чтобы создать более высокий крутящий момент.

[0058] Когда целевое соотношение воздух-топливо становится богаче порогового значения A/F1 в момент T2 времени, вседиапазонное управление соотношением воздух-топливо продолжается в состоянии, при котором активирован таймер.

[0059] В момент T3 времени, в который истекает заданный период ST1 вслед за активацией таймера, вседиапазонное управление соотношением воздух-топливо переключается на управление с разомкнутым контуром. Во время такого переключения соотношение воздух-топливо изменяется ступенчатым образом, причем причина этого состоит в том, что после переключения на управление с разомкнутым контуром больше невозможно смягчать колебание количества впрыскиваемого топлива, вызванное индивидуальными различиями компонентов, таких как клапан впрыска топлива. Следовательно, в зависимости от величины этого изменения, соотношение воздух-топливо может не изменяться ступенчатым образом в момент T3 времени.

[0060] Когда соотношение воздух-топливо отработавшего газа превышает A/F1 в момент T4 времени после переключения на управление с разомкнутым контуром, управление с разомкнутым контуром переключается на вседиапазонное управление соотношением воздух-топливо.

[0061] Согласно этому варианту осуществления, как описано выше, соотношением воздух-топливо можно управлять с обратной связью в течение заданного периода даже при том соотношении воздух-топливо, при котором точность обнаружения датчика 9 соотношения воздух-топливо может ухудшаться вследствие недостатка в количестве кислорода, подаваемого к находящемуся на стороне атмосферы электроду 23, например, мощном соотношении воздух-топливо или соотношении воздух-топливо поблизости от него. В результате получаются эффекты улучшения с точки зрения каждого параметра из выходной мощности, топливной экономичности и выбросов отработавших газов по сравнению со случаем, когда вседиапазонное управление соотношением воздух-топливо переключается на управление с разомкнутым контуром сразу же, как только соотношение воздух-топливо входит в эту область.

[0062] Далее будут подытожены действия и результаты, полученные с помощью этого варианта осуществления.

[0063] Устройство управления соотношением воздух-топливо согласно этому варианту осуществления включает в себя датчик 9 соотношения воздух-топливо, выполненный так, что его выходное значение тока изменяется линейно в соответствии с концентрацией кислорода, и ЭБУ 13 (средство управления с обратной связью соотношением воздух-топливо, запрещающее средство) для реализации управления с обратной связью по соотношению воздух-топливо на основе обнаруженного значения датчика 9 соотношения воздух-топливо и запрещения управления с обратной связью, когда соотношение воздух-топливо равно или превышает заданное богатое соотношение воздух-топливо. Устройство управления соотношением воздух-топливо разрешает управление с обратной связью в течение заданного периода после того, как соотношение воздух-топливо достигает или превышает заданное богатое соотношение воздух-топливо. При этом заданное богатое соотношение воздух-топливо является таким соотношением воздух-топливо, при котором количество кислорода, подаваемого к находящемуся на стороне атмосферы электроду датчика соотношения воздух-топливо, становится недостаточным, когда работа продолжается при этом соотношении воздух-топливо.

[0064] Следовательно, управление с обратной связью соотношением воздух-топливо может выполняться даже в ситуации, когда количество кислорода, подаваемого к находящемуся на стороне атмосферы электроду 23, является недостаточным вследствие конструктивных ограничений датчика 9 соотношения воздух-топливо, так что точность обнаружения соотношения воздух-топливо может ухудшаться, например, когда требуется богатое целевое соотношение воздух-топливо, такое как мощное соотношение воздух-топливо. В результате могут быть достигнуты улучшения в выходной мощности, топливной экономичности и выбросах отработавших газов по сравнению со случаем, когда в той же ситуации выполняется управление с разомкнутым контуром.

[0065] В этом варианте осуществления управление с разомкнутым контуром, имеющее заданное соотношение воздух-топливо в качестве целевого значения, выполняется после того, как запрещено управление с обратной связью соотношением воздух-топливо. С этой целью отклонение между фактическим соотношением воздух-топливо и целевым соотношением воздух-топливо может быть подавлено даже в состоянии, когда ухудшилась точность обнаружения датчика 9 соотношения воздух-топливо.

[0066] Заданный период согласно этому варианту осуществления задается более коротким, чем время, требуемого на ухудшение точности обнаружения соотношения воздух-топливо вследствие недостатка в количестве кислорода, подаваемого к находящемуся на стороне атмосферы электроду датчика соотношения воздух-топливо. Поэтому может быть предотвращена ситуация, в которой управление с обратной связью соотношением воздух-топливо выполняется на основе соотношения воздух-топливо, обнаруженного с низкой степенью точности обнаружения.

[0067] В этом варианте осуществления двигатель 1 внутреннего сгорания включает в себя турбонагнетатель 10, а датчик 9 соотношения воздух-топливо предусмотрен в выхлопном канале 3 на стороне выше по потоку от турбины 10B. Таким образом, датчик 9 соотношения воздух-топливо обнаруживает соотношение воздух-топливо отработавшего газа прежде, чем проходит смешивание, делая более легким различение цилиндров. В результате управление соотношением воздух-топливо может выполняться в соответствии с вариацией между цилиндрами в количестве впрыскиваемого топлива и т.д.

[0068] В этом варианте осуществления датчик 9 соотношения воздух-топливо выполнен включающим в себя слой 21 твердого электролита, через который могут перемещаться ионы кислорода, находящийся на стороне выхлопа электрод 22, предусмотренный на стороне выхлопа от слоя 21 твердого электролита так, чтобы быть открытым в выпускной канал 3 двигателя 1 внутреннего сгорания, находящийся на стороне атмосферы электрод 23, предусмотренный со стороны атмосферы от слоя 21 твердого электролита так, чтобы быть открытым в атмосферу, и средство 28 приложения напряжения для приложения электрического напряжения между находящимся на стороне выхлопа электродом 22 и находящимся на стороне атмосферы электродом 23. Следовательно, датчик 9 соотношения воздух-топливо выполнен так, что его выходное значение тока изменяется линейно в соответствии с концентрацией кислорода в отработавшем газе, и поэтому способен обнаруживать соотношение воздух-топливо в широком диапазоне.

[0069] Продолжительность заданного периода согласно этому варианту осуществления задается в соответствии с соотношением воздух-топливо. При этом заданный период может быть задан надлежащим образом в соответствии с возможным периодом измерения, который различен при каждом соотношении воздух-топливо. В результате, управление с обратной связью соотношением воздух-топливо может быть реализовано непрерывно в течение более длительного времени.

[0070] Следует отметить, что в вышеприведенном описании используется датчик 9 соотношения воздух-топливо с так называемым введением атмосферного воздуха, но этот вариант осуществления может также быть применен к случаю, в котором используется датчик того типа, который вырабатывает кислород посредством слоя накачки кислорода, предусмотренного в чувствительном элементе 20. Это обусловлено тем, что ситуация, в которой выработка кислорода не может продолжаться с обогащенным соотношением воздух-топливо, так что количество кислорода, подаваемого к находящемуся на стороне атмосферы электроду 23, становится недостаточным, может возникать аналогично тому, когда датчик 9 соотношения воздух-топливо является датчиком типа со слоем накачки кислорода.

[0071] Выше был описан один вариант осуществления настоящего изобретения, но вышеописанный вариант осуществления просто иллюстрирует некоторые примеры применений настоящего изобретения, и технические рамки настоящего изобретения не ограничиваются конкретными конфигурациями вышеописанного варианта осуществления.

Изобретение относится к управлению соотношением воздух-топливо в двигателе внутреннего сгорания. Техническим результатом является предоставление устройства управления соотношением воздух-топливо и способа управления соотношением воздух-топливо, с помощью которых управление с обратной связью соотношением воздух-топливо может выполняться в более широком диапазоне. Результат достигается тем, что устройство управления соотношением с обратной связью включает в себя датчик соотношения воздух-топливо, выполненный так, что его выходное значение тока изменяется линейно в соответствии с концентрацией кислорода, и средство управления соотношением воздух-топливо, способное выполнять управление с обратной связью соотношением воздух-топливо для управления с обратной связью количеством впрыскиваемого топлива на основе обнаруженного значения от датчика соотношения воздух-топливо, так что отработавший газ двигателя внутреннего сгорания достигает заданного соотношения воздух-топливо. Устройство управления соотношением воздух-топливо дополнительно включает в себя запрещающее средство для запрещения управления с обратной связью, когда соотношение воздух-топливо достигает или превышает заданное богатое соотношение воздух-топливо. Устройство управления соотношением воздух-топливо разрешает управление с обратной связью в течение заданного периода после того, как соотношение воздух-топливо достигает или превышает заданное богатое соотношение воздух-топливо. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Устройство управления соотношением воздух-топливо, содержащее:

датчик соотношения воздух-топливо, выполненный так, что его выходное значение тока изменяется линейно в соответствии с концентрацией кислорода;

средство управления с обратной связью соотношением воздух-топливо для управления с обратной связью по соотношению воздух-топливо на основе обнаруженного значения от датчика соотношения воздух-топливо; и

запрещающее средство для запрещения управления с обратной связью, когда соотношение воздух-топливо меньше заданного богатого соотношения воздух-топливо,

причем это управление с обратной связью разрешается в течение заданного периода после того, как соотношение воздух-топливо становится меньше заданного богатого соотношения воздух-топливо.

2. Устройство управления соотношением воздух-топливо по п. 1, в котором заданное богатое соотношение воздух-топливо является таким соотношением воздух-топливо, при котором количество кислорода, подаваемого к находящемуся на стороне атмосферы электроду датчика соотношения воздух-топливо, становится недостаточным, когда работа продолжается при соотношении воздух-топливо.

3. Устройство управления соотношением воздух-топливо по п. 1 или 2, в котором выполняется управление с разомкнутым контуром, имеющее заданное соотношение воздух-топливо в качестве целевого значения, после того как запрещено управление с обратной связью соотношением воздух-топливо.

4. Устройство управления соотношением воздух-топливо по п. 2, в котором заданный период задается более коротким, чем время, требуемое на ухудшение точности обнаружения соотношения воздух-топливо вследствие недостатка в количестве кислорода, подаваемого к находящемуся на стороне атмосферы электроду датчика соотношения воздух-топливо.

5. Устройство управления соотношением воздух-топливо по п. 1, в котором двигатель внутреннего сгорания включает в себя турбонагнетатель, и датчик соотношения воздух-топливо предусмотрен в выпускном канале на стороне выше по потоку от турбины турбонагнетателя.

6. Устройство управления соотношением воздух-топливо по п. 1, в котором датчик соотношения воздух-топливо выполнен включающим в себя:

слой твердого электролита, через который могут перемещаться ионы кислорода;

находящийся на стороне выхлопа электрод, предусмотренный со стороны выхлопа от слоя твердого электролита открытым в выпускной канал двигателя внутреннего сгорания;

находящийся на стороне атмосферы электрод, который предусмотрен со стороны атмосферы от слоя твердого электролита открытым в атмосферу; и

средство приложения напряжения для приложения электрического напряжения между находящимся на стороне выхлопа электродом и находящимся на стороне атмосферы электродом.

7. Устройство управления соотношением воздух-топливо по п. 1, в котором продолжительность заданного периода задается в соответствии с соотношением воздух-топливо.

8. Способ управления соотношением воздух-топливо, содержащий этапы, на которых:

выполняют управление с обратной связью соотношением воздух-топливо для управления с обратной связью количеством впрыскиваемого топлива на основе обнаруженного значения от датчика соотношения воздух-топливо для того, чтобы установить отработавший газ двигателя внутреннего сгорания на заданное соотношение воздух-топливо, причем датчик соотношения воздух-топливо выполнен так, что его выходное значение тока изменяется линейно в соответствии с концентрацией кислорода; и

когда соотношение воздух-топливо становится меньше заданного богатого соотношения воздух-топливо, разрешают управление с обратной связью в течение заданного периода после того, как соотношение воздух-топливо становится меньше заданного богатого соотношения воздух-топливо, и запрещают управление с обратной связью, как только заданный период прошел.