Система управления двигателя внутреннего сгорания - RU2642518C2

Чертежи

Показать все 16 чертежа(ей)

Описание

Область техники, к которой относится изобретение

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

Предшествующий уровень техники

[0002] Выхлопной газ, выпущенный из камеры сгорания, содержит несгоревший газ, NO_X и т.д. Для удаления таких компонентов выхлопного газа, в выпускном канале двигателя устанавливается каталитический нейтрализатор очистки выхлопного газа. В качестве катализатора очистки выхлопного газа, который может одновременно удалять несгоревший газ, NO_X и другие компоненты, известен трехкомпонентный катализатор. Трехкомпонентный катализатор может удалять несгоревший газ, NO_X и т.д. с высокой скоростью удаления, когда воздушно-топливное отношение выхлопного газа близко к стехиометрическому воздушно-топливному отношению. По этой причине, применяется система управления, которая содержит датчик воздушно-топливного отношения в выпускном канале двигателя внутреннего сгорания, и использует выходное значение этого датчика воздушно-топливного отношения в качестве основы для управления количеством топлива, подаваемого в двигатель внутреннего сгорания.

[0003] В качестве катализатора очистки выхлопного газа, может быть использован катализатор, имеющий способность накапливать кислород. Каталитический нейтрализатор очистки выхлопного газа, обладающий способностью накапливать кислород, может удалять несгоревший газ (НС, СО и т.д.), NO_X и т.д., когда количество накопления кислорода является надлежащим количеством, находящимся между верхним предельным количеством накопления и нижним предельным количеством накопления, даже если воздушно-топливное отношение выхлопного газа, поступающего в катализатор очистки выхлопного газа, является богатым отношением. Если выхлопной газ с воздушно-топливным отношением, находящимся с богатой стороны от стехиометрического воздушно-топливного отношения (ниже упоминаемым как «богатое воздушно-топливное отношение»), поступает в катализатор очистки выхлопного газа, то кислород, накопленный в катализаторе очистки выхлопного газа, используется для удаления несгоревшего газа, содержащегося в выхлопном газе, путем окисления.

[0004] С другой стороны, если выхлопной газ с воздушно-топливным отношением, находящимся с бедной стороны от стехиометрического воздушно-топливного отношения (ниже упоминаемым как «бедное воздушно-топливное отношение»), поступает в катализатор очистки выхлопного газа, то кислород, содержащийся в выхлопном газе, накапливается в катализаторе очистки выхлопного газа. Благодаря этому, поверхность катализатора очистки выхлопного газа начинает испытывать недостаток кислорода. Наряду с этим, NO_X, содержащиеся в выхлопном газе, удаляются посредством восстановления. Таким образом, независимо от воздушно-топливного отношения выхлопного газа, поступающего в катализатор очистки выхлопного газа, катализатор очистки выхлопного газа может очищать выхлопной газ до тех пор, пока количество накопленного кислорода является надлежащим количеством.

[0005] Таким образом, в такой системе управления для поддержания количества накопления кислорода в катализаторе очистки выхлопного газа на надлежащем уровне, с впускной стороны от катализатора очистки выхлопного газа в направлении потока выхлопного газа установлен датчик воздушно-топливного отношения, а с выпускной стороны в направлении потока выхлопного газа установлен датчик кислорода. С помощью этих датчиков система управления использует выходной сигнал датчика воздушно-топливного отношения с впускной стороны в качестве основы для системы управления с обратной связью так, что выходной сигнал этого датчика воздушно-топливного отношения становится целевым значением, соответствующий целевому воздушно-топливному отношению. Кроме того, выходной сигнал датчика кислорода с выпускной стороны используется в качестве основы для корректировки целевого значения датчика воздушно-топливного отношения с впускной стороны.

[0006] Например, в системе управления, описанной в японской патентной публикации №2011-069337А, когда выходное напряжение датчика кислорода с выпускной стороны представляет собой пороговое значение с высокой стороны или больше, и катализатор очистки выхлопного газа находится в состоянии недостатка кислорода, целевое воздушно-топливное отношение выхлопного газа, поступающего в катализатор очистки выхлопного газа, устанавливается на бедное воздушно-топливное отношение. И наоборот, когда выходное напряжение датчика кислорода с выпускной стороны является пороговым значением с низкой стороны или меньше, и катализатор очистки выхлопного газа находится в состоянии избытка кислорода, целевое воздушно-топливное отношение делается богатым воздушно-топливным отношением. Благодаря такому управлению, когда имеется состояние недостатка кислорода или в состоянии избытка кислорода, считается возможным быстро возвращать состояние катализатора очистки выхлопного газа в состояние между этими двумя состояниями, то есть в состояние, в котором катализатор очистки выхлопного газа сохраняет надлежащее количество кислорода.

[0007] Дополнительно, в системе управления, описанной в японской патентной публикации №2001-234787А, выходные сигналы расходомера воздуха и датчика воздушно-топливного отношения с впускной стороны от катализатора очистки выхлопного газа и т.д. используются в качестве основы для расчета количества накопления кислорода в катализаторе очистки выхлопного газа. Кроме того, если расчетное количество накопления кислорода становится больше, чем целевое количество накопления кислорода, то целевое воздушно-топливное отношение выхлопного газа, поступающего на катализатор очистки выхлопного газа, делается богатым воздушно-топливным отношением а, если расчетное количество накопления кислорода становится меньше, чем целевое количество накопления кислорода, то целевое воздушно-топливное отношение делается бедным воздушно-топливным отношением. Благодаря такому управлению, считается, что количество накопления кислорода в катализаторе очистки выхлопного газа может поддерживаться постоянным на целевом количестве накопления кислорода.

Перечень ссылок

Патентная литература

[0008] PLT 1. Японская патентная публикация №2011-069337А

PLT 2. Японская патентная публикация №2001-234787А

PLT 3. Японская патентная публикация №8-232723А

PLT 4. Японская патентная публикация №2009-162139А

Сущность изобретения

Техническая задача

[0009] Катализатору очистки выхлопного газа, обладающему способностью накапливать кислород, становится трудно накапливать кислород, содержащийся в выхлопном газе, когда количество накопления кислорода становится близким к максимальному количеству накопления кислорода, если воздушно-топливное отношение выхлопного газа, поступающего в катализатор очистки выхлопного газа, является бедным воздушно-топливным отношением. Внутренняя поверхность катализатора очистки выхлопного газа переходит в состояние избытка кислорода. NO_X, содержащийся в выхлопном газе, трудно удаляется посредством восстановления. По этой причине, если количество накопления кислорода становится близким к максимальному количеству накопления кислорода, то концентрация NO_X в выхлопном газе, выходящем из катализатора очистки выхлопного газа, быстро повышается.

[0010] По этой причине, как это раскрыто в японской патентной публикации №2011-069337А, если выполняется управление с целью установки целевого воздушно-топливного отношения на богатое воздушно-топливное отношение, когда выходное напряжение датчика кислорода с выпускной стороны становится пороговым значением на низкой стороне или меньше, то существует проблема, которая заключается в том, что определенное количество NO_X вытекает из катализатора очистки выхлопного газа.

[0011] На фиг. 17 представлена временная диаграмма, объясняющая зависимость между воздушно-топливным отношением выхлопного газа, поступающего в катализатор очистки выхлопного газа, и концентрацией NO_X, вытекающих из катализатора очистки выхлопного газа. Фиг. 17 представляет собой временную диаграмму количества накопления кислорода в катализаторе очистки выхлопного газа, воздушно-топливного отношения выхлопного газа, определенного датчиком кислорода с выпускной стороны, целевого воздушно-топливного отношения выхлопного газа, поступающего в катализатор очистки выхлопного газа, воздушно-топливного отношения выхлопного газа, определенного датчиком воздушно-топливного отношения с впускной стороны, и концентрации NO_X в выхлопном газе, вытекающем из катализатора очистки выхлопного газа.

[0012] В состоянии до момента времени t₁ целевое воздушно-топливное отношение выхлопного газа, поступающего в катализатор очистки выхлопного газа, установлено на бедное воздушно-топливное отношение. По этой причине, количество накопления кислорода в катализаторе очистки выхлопного газа постепенно увеличивается. С другой стороны, весь кислород, содержащийся в выхлопном газе, поступающем в катализатор очистки выхлопного газа, накапливается в катализаторе очистки выхлопного газа, так что выхлопной газ, вытекающий из катализатора очистки выхлопного газа, практически не содержит кислорода вообще. По этой причине, воздушно-топливное отношение выхлопного газа, определенное датчиком кислорода с выпускной стороны, становится, по существу, стехиометрическим воздушно-топливным отношением. Таким же образом, NO_X, содержащиеся в выхлопном газе, поступающем в катализатор очистки выхлопного газа, полностью удаляется посредством восстановления в катализаторе очистки выхлопного газа, так что выхлопной газ, вытекающий из катализатора очистки выхлопного газа, не содержит NO_Xвообще.

[0013] Когда количество накопления кислорода в катализаторе очистки выхлопного газа постепенно увеличивается и приближается к максимальному количеству Cmax накопления кислорода, часть кислорода, содержащегося в выхлопном газе, поступающем в катализатор очистки выхлопного газа, больше не будет накапливается в катализаторе очистки выхлопного газа. В результате, с момента времени t₁ выхлопной газ, вытекающий из катализатора очистки выхлопного газа, начинает содержать кислород. По этой причине, воздушно-топливное отношение выхлопного газа, обнаруженное датчиком кислорода с выпускной стороны, становится бедным воздушно-топливным отношением. После этого, когда количество накопления кислорода в катализаторе очистки выхлопного газа дополнительно увеличивается, воздушно-топливное отношение выхлопного газа, вытекающего из катализатора очистки выхлопного газа, достигает заданного верхнего предельного воздушно-топливного отношения AFhighref (что соответствует пороговой величине с низкой стороны), и целевое воздушно-топливное отношение переключается на богатое воздушно-топливное отношение.

[0014] Если целевое воздушно-топливное отношение переключается на богатое воздушно-топливное отношение, то количество впрыскиваемого топлива в двигатель внутреннего сгорания требуется увеличить, для соответствия переключенному целевому воздушно-топливному отношению. Даже если количество впрыскиваемого топлива увеличивается данным образом, то существует определенное расстояние от корпуса двигателя внутреннего сгорания до катализатора очистки выхлопного газа, так что воздушно-топливное отношение выхлопного газа, поступающего в катализатор очистки выхлопного газа, не сразу меняется на богатое воздушно-топливное отношение. Возникает задержка. По этой причине, даже если целевое воздушно-топливное отношение в момент времени t₂ переключается на богатое воздушно-топливное отношение, то вплоть до момента времени t₃ воздушно-топливное отношение выхлопного газа, поступающего в катализатор очистки выхлопного газа, остается бедным воздушно-топливным отношением. По этой причине, в интервале времени от момента времени t₂ до момента времени t₃, количество накопления кислорода в катализаторе очистки выхлопного газа достигает максимального количества Cmax накопления кислорода или становится значением близким к максимальному количеству Cmax накопления кислорода, и, как следствие, кислород и NO_X вытекают из катализатора очистки выхлопного газа. После этого, в момент времени t₃ воздушно-топливное отношение выхлопного газа, поступающего в катализатор очистки выхлопного газа, становится богатым воздушно-топливным отношением, и воздушно-топливное отношение выхлопного газа, вытекающего из катализатора очистки выхлопного газа, сходится к стехиометрическому воздушно-топливному отношению.

[0015] Таким образом, происходит задержка от момента времени переключения целевого воздушно-топливного отношения из бедного воздушно-топливного отношения на богатое воздушно-топливное отношение, до момента времени, когда воздушно-топливное отношение выхлопного газа, поступающего в катализатор очистки выхлопного газа, становится богатым воздушно-топливным отношением. В результате, в период времени от момента времени t₁ до момента времени t₄, NO_X, в конечном итоге, вытекают из катализатора очистки выхлопного газа.

[0016] Задачей настоящего изобретения является создание системы управления двигателя внутреннего сгорания, снабженного катализатором очистки выхлопного газа, обладающего способностью накапливать кислород, которая подавляет выпуск NO_X.

Решение технической задачи

[0017] Первая система управления двигателя внутреннего сгорания, согласно настоящему изобретению, представляет собой систему управления двигателя внутреннего сгорания, снабженного катализатором очистки выхлопного газа, обладающим способностью накапливать кислород и расположенным в выпускном канале двигателя, при этом система управления содержит: датчик воздушно-топливного отношения с впускной стороны, расположенный выше по потоку относительно катализатора очистки выхлопного газа и определяющий воздушно-топливное отношение выхлопного газа, текущего в катализатор очистки выхлопного газа, датчик воздушно-топливного отношения с выпускной стороны, расположенный ниже по потоку относительно катализатора очистки выхлопного газа, и определяющий воздушно-топливное отношение выхлопного газа, вытекающего из катализатора очистки выхлопного газа, и средство получения количества накопления кислорода для получения количества накопления кислорода, накопленного в катализаторе очистки выхлопного газа, при этом система управления выполнена с возможностью осуществлять управление нормальным режимом работы, включающего бедное управление для непрерывной или прерывистой установки воздушно-топливного отношения выхлопного газа, поступающего в катализатор очистки выхлопного газа, на бедное установленное воздушно-топливное отношение, которое беднее, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение, до тех пор, пока количество накопления кислорода в катализаторе очистки выхлопного газа не станет оценочным опорным количеством накопления, которое представляет собой максимальное количество накопления кислорода или меньше, или становится еще больше, и богатое управление для непрерывной или прерывистой установки воздушно-топливного отношения выхлопного газа, поступающего в катализатор очистки выхлопного газа, на богатое установленное воздушно-топливное отношение, которое богаче, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение, до тех пор, пока выходной сигнал датчика воздушно-топливного отношения с выпускной стороны не станет богатым оценочным воздушно-топливным отношением, которое является воздушно-топливным отношением более богатым, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение, или не станет еще меньше, и управление нормальным режимом работы включает в себя управление переключением на богатое управление в течение периода времени бедного управления, когда количество накопления кислорода становится оценочным опорным количеством накопления или больше, и переключением на бедное управление в течение периода времени богатого управления, когда выходной сигнал датчика воздушно-топливного отношения с выпускной стороны становится богатым оценочным воздушно-топливным отношением или меньше, при этом бедное оценочное воздушно-топливное отношение заранее определено в области, где воздушно-топливное отношение выхлопного газа, вытекающего из катализатора очистки выхлопного газа, является бедным воздушно-топливным отношением, которое беднее, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение, а управление нормальным режимом работы включает в себя управление оценочным опорным уменьшением, которое снижает оценочное опорное количество накопления в бедном управлении, когда в течение периода времени выполнения бедного управления, воздушно-топливное отношение выхлопного газа, вытекающего из катализатора очистки выхлопного газа, становится бедным оценочным воздушно-топливным отношением или больше, и система управления делает оценку, что катализатор очистки выхлопного газа является неисправным, когда оценочное опорное количество накопления становится меньше заранее заданного оценочного значения износа.

[0018] В приведенном выше изобретении, система управления может определять число раз выполнения бедного управления и число раз, когда воздушно-топливное отношение выхлопного газа, вытекающего из катализатора очистки выхлопного газа, стало бедным оценочным воздушно-топливным отношением или больше, и выполнять управление оценочным опорным уменьшением, если отношение числа раз, когда воздушно-топливное отношение выхлопного газа, вытекающего из катализатора очистки выхлопного газа, стало бедным оценочным воздушно-топливным отношением или больше, к числу раз выполнения бедного управления, становится больше, чем заранее заданное оценочное значение.

[0019] В приведенном выше изобретении, управление нормальным режимом работы может включать в себя управление, сохраняющее оценочное опорное количество накопления, когда воздушно-топливное отношение выхлопного газа, вытекающего из катализатора очистки выхлопного газа, поддерживается на уровне меньшем, чем бедное оценочное воздушно-топливное отношение, в течение периода времени выполнения бедного управления.

[0020] Вторая система управления двигателя внутреннего сгорания, согласно настоящему изобретению, представляет собой систему управления двигателя внутреннего сгорания, снабженного катализатором очистки выхлопного газа, обладающим способностью накапливать кислород и расположенным в выпускном канале двигателя, при этом система управления содержит: датчик воздушно-топливного отношения с впускной стороны, расположенный выше по потоку относительно катализатора очистки выхлопного газа и определяющий воздушно-топливное отношение выхлопного газа, текущего в катализатор очистки выхлопного газа, датчик воздушно-топливного отношения с выпускной стороны, расположенный ниже по потоку относительно катализатора очистки выхлопного газа, и определяющий воздушно-топливное отношение выхлопного газа, вытекающего из катализатора очистки выхлопного газа, и средство получения количества накопления кислорода для получения количества накопления кислорода, накопленного в катализаторе очистки выхлопного газа, при этом система управления выполнена с возможностью осуществлять управление нормальным режимом работы, включающее бедное управление для непрерывной или прерывистой установки воздушно-топливного отношения выхлопного газа, поступающего в катализатор очистки выхлопного газа, на бедное установленное воздушно-топливное отношение, которое беднее, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение, до тех пор, пока количество накопления кислорода в катализаторе очистки выхлопного газа не станет оценочным опорным количеством накопления, которое представляет собой максимальное количество накопления кислорода или меньше, или становится еще больше, и богатое управление для непрерывной или прерывистой установки воздушно-топливного отношения выхлопного газа, поступающего в катализатор очистки выхлопного газа, на богатое установленное воздушно-топливное отношение, которое богаче, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение, до тех пор, пока выходной сигнал датчика воздушно-топливного отношения с выпускной стороны не станет богатым оценочным воздушно-топливным отношением, которое является воздушно-топливным отношением более богатым, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение, или не станет еще меньше, и управление нормальным режимом работы включает в себя управление переключением на богатое управление в течение периода времени бедного управления, когда количество накопления кислорода становится оценочным опорным количеством накопления или больше, и переключением на бедное управление в течение периода времени богатого управления, когда выходной сигнал датчика воздушно-топливного отношения с выпускной стороны становится богатым оценочным воздушно-топливным отношением или меньше, при этом бедное оценочное воздушно-топливное отношение заранее определено в области, где воздушно-топливное отношение выхлопного газа, вытекающего из катализатора очистки выхлопного газа, является бедным воздушно-топливным отношением, которое беднее, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение, а система управления определяет число раз выполнения бедного управления и число раз, когда воздушно-топливное отношение выхлопного газа, вытекающего из катализатора очистки выхлопного газа, стало бедным оценочным воздушно-топливным отношением или больше, и система управления делает оценку, что катализатор очистки выхлопного газа является неисправным, если отношение числа раз, когда воздушно-топливное отношение выхлопного газа, вытекающего из катализатора очистки выхлопного газа, стало бедным оценочным воздушно-топливным отношением или больше, к числу раз выполнения бедного управления, становится больше, чем заранее заданное оценочное значение.

Полезные эффекты изобретения

[0021] В соответствии с настоящим изобретением, предложена система управления двигателя внутреннего сгорания, которая подавляет утечку NO_X.

Краткое описание чертежей

[0022] Фиг. 1 является схематическим видом двигателя внутреннего сгорания в варианте осуществления.

Фиг. 2А является видом, показывающим взаимосвязь количества накопления кислорода в катализаторе очистки выхлопного газа и NO_X, содержащихся в выхлопном газе, поступающем из катализатора очистки выхлопного газа.

Фиг. 2В является видом, показывающим взаимосвязь количества накопления кислорода в катализаторе очистки выхлопного газа и концентрации несгоревшего газа, содержащегося в выхлопном газе, поступающем из катализатора очистки выхлопного газа.

Фиг. 3 является схематическим видом в поперечном разрезе датчика воздушно-топливного отношения.

Фиг. 4А является первым видом, схематически иллюстрирующим работу датчика воздушно-топливного отношения.

Фиг. 4В является вторым видом, схематически иллюстрирующим работу датчика воздушно-топливного отношения.

Фиг. 4С является третьим видом, схематически иллюстрирующим работу датчика воздушно-топливного отношения.

Фиг. 5 является видом, показывающим взаимосвязь воздушно-топливного отношения датчика воздушно-топливного отношения и выходного тока.

Фиг. 6 является видом, показывающим один из примеров конкретных схем, образующих устройство подачи напряжения и устройство определения тока.

Фиг. 7 представляет собой временную диаграмму количества накопления кислорода в катализаторе очистки выхлопного газа с впускной стороны и т.д.

Фиг. 8 является временной диаграммой количества накопления кислорода в катализаторе очистки выхлопного газа с выпускной стороны и т.д.

Фиг. 9 показывает функциональную блок-схему системы управления.

Фиг. 10 является блок-схемой, иллюстрирующей процедуру управления вычислением величины коррекции воздушно-топливного отношения в первом управлении нормальным режимом работы в варианте осуществления изобретения.

Фиг. 11 является временной диаграммой управления обнаружением бедного режима в варианте осуществления.

Фиг. 12 является временной диаграммой второго управления нормальным режимом работы в варианте осуществления.

Фиг. 13 является блок-схемой второго управления нормальным режимом работы в варианте осуществления.

Фиг. 14 является блок-схемой управления оценкой износа катализатора очистки выхлопного газа во втором управлении нормальным режимом работы в варианте осуществления.

Фиг. 15 является временной диаграммой третьего управления нормальным режимом работы в варианте осуществления.

Фиг. 16 является блок-схемой управления оценкой износа катализатора очистки выхлопного газа в третьем управлении нормальным режимом работы в варианте осуществления.

Фиг. 17 показывает временную диаграмму процесса управления в предшествующем уровне техники.

Описание вариантов осуществления

[0023] Со ссылкой на фиг. 1 – фиг. 16 будет приведено описание системы управления двигателя внутреннего сгорания согласно варианту осуществления. Двигатель внутреннего сгорания в настоящем варианте осуществления снабжен корпусом двигателя, вырабатывающий вращательное усилие, и системой обработки выхлопного газа для очистки выхлопного газа, вытекающего из камеры сгорания.

[0024] Общее объяснение принципа работы двигателя внутреннего сгорания

Фиг. 1 представляет собой вид, схематично показывающий двигатель внутреннего сгорания в настоящем варианте осуществления. Двигатель внутреннего сгорания снабжен корпусом 1 двигателя. Корпус 1 двигателя включает в себя блок 2 цилиндров и головку 4 блока цилиндров, которая прикреплена к блоку 2 цилиндров. В блоке 2 цилиндров выполнены отверстия. Поршни 3 установлены таким образом, чтобы совершать возвратно-поступательное движение внутри отверстий. Камеры 5 сгорания образованы пространствами, окруженными стенками отверстий блока 2 цилиндров, поршнями 3 и головкой 4 блока цилиндров. Головка 4 блока цилиндров сформирована впускными проходами 7 и выпускными проходами 9. Впускные клапаны 6 образованы для открывания и закрывания впускных проходов 7, в то время как выпускные клапаны 8 сформированы так, чтобы открывать и закрывать выпускные проходы 9.

[0025] На внутренней поверхности стенки головки 4 блока цилиндров, в центральной части каждой камеры 5 сгорания, установлена свеча 10 зажигания. В периферийной части на внутренней поверхности стенки головки 4 блока цилиндров установлен топливный инжектор 11. Свеча 10 зажигания выполнена с возможностью генерировать искру в соответствии с сигналом зажигания. Кроме того, топливный инжектор 11 впрыскивает заданное количество топлива в каждую камеру 5 сгорания, в соответствии с сигналом впрыска. Следует отметить, что топливный инжектор 11 может быть также установлен с возможностью впрыскивать топливо во впускной проход 7. Кроме того, в настоящем варианте осуществления, в качестве топлива используется бензин со стехиометрическим воздушно-топливным отношением, равным 14,6. Тем не менее, двигатель внутреннего сгорания согласно настоящему изобретению может также использовать другое топливо.

[0026] Впускной проход 7 каждого цилиндра соединен через соответствующую впускную трубку 13 с уравнительным ресивером 14, в то время как уравнительный ресивер 14 соединен через впускной трубопровод 15 с воздухоочистителем 16. Впускные каналы 7, впускные трубки 13, уравнительный ресивер 14 и впускной трубопровод 15 образуют «впускной канал двигателя». Далее, внутри впускного трубопровода 15 расположен дроссельный клапан 18, который приводится в действие исполнительным механизмом 17 дроссельного клапана. Дроссельный клапан 18 может быть приведен в действие исполнительным механизмом 17 дроссельного клапана, что обеспечивает возможность изменять проходное сечение впускного канала.

[0027] С другой стороны, выпускной проход 9 каждого цилиндра соединен с выпускным коллектором 19. Выпускной коллектор 19 имеет множество ответвлений, которые соединены с выпускными проходами 9, и трубопровод, на котором эти ответвления объединяются. Трубопровод выпускного коллектора 19 соединен с кожухом 21 с впускной стороны, в котором установлен катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны. Кожух 21 с впускной стороны соединен через выпускной патрубок 22 с кожухом 23 с выпускной стороны, в котором установлен катализатор 24 очистки выхлопного газа с выпускной стороны. Выпускные проходы 9, выпускной коллектор 19, кожух 21 с впускной стороны, выпускной патрубок 22 и кожух 23 с выпускной стороны «выпускной канал двигателя».

[0028] Система управления двигателя внутреннего сгорания, согласно настоящему варианту осуществления, включает в себя электронный блок 31 управления (ЭБУ). Электронный блок 31 управления в настоящем варианте осуществления состоит из цифрового компьютера, который снабжен компонентами, соединенными друг с другом посредством двунаправленной шины 32, такими как ОЗУ (оперативное запоминающее устройство) 33, ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) 34, ЦП (центральный микропроцессор) 35, входной порт 36 и выходной порт 37.

[0029] Во впускном трубопроводе 15 установлен расходомер 39 воздуха для определения расхода воздуха, протекающего через впускной трубопровод 15. Выходной сигнал расходомера 39 воздуха подается через соответствующий аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) 38 на входной порт 36.

[0030] Дополнительно, в трубопроводе выпускного коллектора 19 установлен датчик 40 воздушно-топливного отношения с впускной стороны для определения воздушно-топливного отношения выхлопного газа, протекающего через внутреннюю часть выпускного коллектора 19 (то есть выхлопного газа, поступающего в катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны). Кроме того, внутри выпускного патрубка 22 установлен датчик 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны для определения воздушно-топливного отношения выхлопного газа, протекающего через внутреннюю часть выпускного патрубка 22 (то есть выхлопного газа, вытекающего из катализатора 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, и протекающего в катализатор 24 очистки выхлопного газа с выпускной стороны). Выходные сигналы этих датчиков воздушно-топливного отношения также являются входным сигналом для входного порта 36 через соответствующие АЦП 38. Следует отметить, что конфигурации этих датчиков воздушно-топливного отношения будут объяснены позже.

[0031] Кроме того, педаль 42 акселератора соединена с датчиком 43 нагрузки для генерации выходного напряжения пропорционального величине воздействия на педаль 42 акселератора, в то время как выходное напряжение датчика 43 нагрузки через соответствующий АЦП 38 поступает на вход входного порта 36. Датчик 44 угла поворота коленчатого вала, например, генерирует выходной импульс каждый раз, когда коленчатый вал поворачивается на 15 градусов. Этот выходной импульс подается на вход входного порта 36. ЦП 35 вычисляет число оборотов двигателя на основе выходных импульсов датчика 44 угла поворота коленчатого вала. С другой стороны, выходной порт 37 соединен через соответствующий контур 45 управления со свечами 10 зажигания, топливными инжекторами 11 и исполнительным механизмом 17 дроссельного клапана.

[0032] Описание работы катализатора очистки выхлопного газа

Система обработки выхлопного газа двигателя внутреннего сгорания, согласно настоящему варианту осуществления, снабжена множеством катализаторов очистки выхлопного газа. Система обработки выхлопного газа в соответствии с настоящим вариантом осуществления включает в себя катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны и катализатор 24 очистки выхлопного газа с выпускной стороны, расположенный ниже по потоку от катализатора 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны. Катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны и катализатор 24 очистки выхлопного газа с выпускной стороны имеют аналогичную конфигурацию. Ниже будет приведено описание только катализатора 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, но катализатор 24 очистки выхлопного газа с выпускной стороны также имеет аналогичную конфигурацию и действие.

[0033] Катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны представляет собой трехкомпонентный катализатор, который имеет способность к накоплению кислорода. Более конкретно, катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны включает несущий элемент, сделанный из керамики, на который нанесены драгоценный металл, который имеет каталитическое действие (например, платина (Pt), палладий (Pd), родий (Rh)), и вещество, которое имеет способность к накоплению кислорода (например, оксид церия (CeO₂)). Катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны обладает каталитическим действием по одновременному удалению несгоревшего газа (НС или CO и т.п.) и оксидов азота NO_X при достижении заданной температуры активации, а также - способностью к накоплению кислорода.

[0034] Согласно способности к накоплению кислорода, имеющейся у катализатора 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны накапливает кислород, содержащийся в выхлопном газе, когда воздушно-топливное отношение выхлопного газа, текущего в катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, беднее, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение (бедное воздушно-топливное отношение). С другой стороны, катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны выпускает кислород, накопленный в катализаторе 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, когда воздушно-топливное отношение в поступающем выхлопном газе богаче, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение (богатое воздушно-топливное отношение). Отметим, что «воздушно-топливное отношение выхлопного газа» означает отношение массы воздуха к массе топлива, подаваемым в то время, когда, образуется выхлопной газ. Как правило, это означает отношение массы воздуха к массе топлива, подаваемым внутрь камеры 5 сгорания, когда генерируется выхлопной газ. В описании, воздушно-топливное отношение выхлопного газа иногда будет упоминаться как «выхлопное воздушно-топливное отношение». Далее будет пояснена взаимосвязь между количеством накопления кислорода в катализаторе очистки выхлопного газа и способностью очистки в настоящем варианте осуществления.

[0035] На фиг. 2А и фиг. 2В показана взаимосвязь между количеством накопления кислорода в катализаторе очистки выхлопного газа и концентрацией NO_X и несгоревшего газа (НС, СО и т.д.) в выхлопном газе, вытекающем из катализатора очистки выхлопного газа. Фиг. 2А показывает взаимосвязь между количеством накопления кислорода и концентрацией NO_X в выхлопном газе, вытекающем из катализатора очистки выхлопного газа, когда воздушно-топливное отношение выхлопного газа, поступающего в катализатор очистки выхлопного газа, представляет собой бедное воздушно-топливное отношение. С другой стороны, Фиг. 2В показывает взаимосвязь между количеством накопления кислорода и концентрацией несгоревшего газа в выхлопном газе, вытекающем из катализатора очистки выхлопного газа, когда воздушно-топливное отношение выхлопного газа, поступающего в катализатор очистки выхлопного газа, представляет собой богатое воздушно-топливное отношение.

[0036] Как понятно из фиг. 2А, когда количество накопления кислорода в катализаторе очистки выхлопного газа является небольшим, имеется некоторый резерв до максимального количества накопления кислорода. По этой причине, даже если воздушно-топливное отношение выхлопного газа, текущего в катализатор очистки выхлопного газа, представляет собой бедное воздушно-топливное отношение (то есть этот выхлопной газ включает в себя NO_X и кислород), кислород, содержащийся в выхлопном газе, накапливается в катализаторе очистки выхлопного газа. Вместе с тем, оксиды NO_Xвосстанавливаются и очищаются. В результате выхлопной газ, вытекающий из катализатора очистки выхлопного газа, почти совсем не содержит NO_X.

[0037] Однако, если количество накопления кислорода в катализаторе очистки выхлопного газа увеличивается, когда воздушно-топливное отношение выхлопного газа, текущего в катализатор очистки выхлопного газа, является бедным воздушно-топливным отношением, катализатору очистки выхлопного газа становится труднее продолжать накопление кислорода, содержащегося в выхлопном газе. Вместе с тем, становится также труднее удалять NO_X, содержащиеся в выхлопном газе, путем их восстановления. По этой причине, как понятно из фиг. 2А, если количество накопления кислорода увеличивается сверх верхнего предела количества накопления Cuplim, находящегося вблизи максимального количества накопления кислорода Cmax, концентрация NO_X в выхлопном газе, вытекающем из катализатора очистки выхлопного газа, быстро возрастает.

[0038] С другой стороны, когда количество накопления кислорода в катализаторе очистки выхлопного газа большое, если воздушно-топливное отношение выхлопного газа, текущего в катализатор очистки выхлопного газа, представляет собой богатое воздушно-топливное отношение (то есть этот выхлопной газ содержит НС или СО или другой несгоревший газ), накопленный в катализаторе очистки выхлопного газа кислород высвобождается. По этой причине несгоревший газ, содержащийся в выхлопном газе, текущем в катализатор очистки выхлопного газа, удаляется путем окисления. В результате, как понятно из фиг. 2В, выхлопной газ, вытекающий из катализатора очистки выхлопного газа, почти не содержит также и какого-либо несгоревшего газа.

[0039] Однако, если количество накопления кислорода в катализаторе очистки выхлопного газа становится меньше, и становится близким к 0, если воздушно-топливное отношение выхлопного газа, поступающего в катализатор очистки выхлопного газа, является богатым воздушно-топливным отношением, то кислород, высвобождаемый из катализатора очистки выхлопного газа, становится меньше, и наряду с этим, также становится труднее удалить несгоревший газ, содержащийся в выхлопном газе, путем окисления. По этой причине, как будет понятно из фиг. 2В, если количество накопления кислорода уменьшается ниже определенного нижнего предельного количества Clowlim накопления, то концентрация несгоревшего газа, содержащегося в выхлопном газе, вытекающего из катализатора очистки выхлопного газа, быстро возрастает.

[0040] В приведенном выше рассуждении, в соответствии с использованием катализаторов 20 и 24 очистки выхлопного газа в настоящем варианте осуществления, характеристики удаления NO_X и несгоревшего газа, содержащихся в выхлопном газе, изменяются в соответствии с воздушно-топливным отношением выхлопного газа, поступающего в катализаторы 20 и 24 очистки выхлопного газа, и количеством накопления кислорода в них. Следует отметить, что при условии их способности выполнять каталитическое действие и накапливать кислород, катализаторы 20 и 24 очистки выхлопного газа могут быть катализаторами, отличными от трехкомпонетных катализаторов.

[0041] Конфигурация датчиков воздушно-топливного отношения

Далее со ссылкой на фиг. 3 будет пояснена конфигурация датчика 40 воздушно-топливного отношения с впускной стороны и датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны в настоящем варианте осуществления. Фиг. 3 представляет собой схематический вид в разрезе датчика воздушно-топливного отношения. Датчики воздушно-топливного отношения в настоящем варианте осуществления представляют собой датчики воздушно-топливного отношения одноячейного типа, имеющие одну ячейку, образованную слоем твердого электролита и парой электродов. Однако датчики воздушно-топливного отношения не ограничены этой конструкцией. Имеется также возможность также использовать другие типы датчиков, где выходной сигнал непрерывно изменяется в соответствии с воздушно-топливным отношением выхлопного газа. Например, можно также использовать датчики воздушно-топливного отношения двухячейного типа.

[0042] Каждый датчик воздушно-топливного отношения в настоящем варианте осуществления имеет слой 51 твердого электролита, электрод 52 стороны выхлопа (первый электрод), расположенный на одной боковой поверхности слоя 51 твердого электролита, электрод 53 стороны атмосферы (второй электрод), расположенный на другой боковой поверхности слоя 51 твердого электролита, слой 54 стабилизации диффузии, стабилизирующий диффузию проходящего через него выхлопного газа, защитный слой 55, защищающий слой 54 стабилизации диффузии, и нагревательную часть 56 для нагрева датчика воздушно-топливного отношения.

[0043] На одной боковой поверхности слоя 51 твердого электролита расположен слой 54 стабилизации диффузии, тогда как на другой боковой поверхности слоя 54 стабилизации диффузии, находящейся на противоположной стороне от боковой поверхности слоя 51 твердого электролита, расположен защитный слой 55. В настоящем варианте осуществления, измерительная газовая камера 57 образована между слоем 51 твердого электролита и слоем 54 стабилизации диффузии. Газ, анализируемый датчиком воздушно-топливного отношения, то есть выхлопной газ, вводится в измерительную газовую камеру 57 через слой 54 стабилизации диффузии. Далее, электрод 52 стороны выхлопа расположен внутри измерительной газовой камеры 57, поэтому электрод 52 стороны выхлопа подвержен воздействию выхлопного газа через слой 54 стабилизации диффузии. Следует отметить, что измерительная газовая камера 57 не обязательно должна быть образована. Система может быть также сконфигурирована таким образом, что слой 54 стабилизации диффузии напрямую вступает в контакт с поверхностью электрода 52 стороны выхлопа.

[0044] На другой боковой поверхности слоя 51 твердого электролита расположена нагревательная часть 56. Между слоем 51 твердого электролита и нагревательной частью 56, образована эталонная газовая камера 58. Внутрь эталонной газовой камеры 58 вводят эталонный газ. В настоящем варианте осуществления, эталонная газовая камера 58 открыта воздействию атмосферы. Поэтому внутрь эталонной газовой камеры 58 атмосфера вводится как эталонный газ. Электрод 53 стороны атмосферы расположен внутри эталонной газовой камеры 58, поэтому электрод 53 стороны атмосферы открыт воздействию эталонного газа (эталонной атмосферы). В настоящем варианте осуществления, поскольку атмосферный воздух использован как эталонный газ, то электрод 53 стороны атмосферы открыт воздействию атмосферы.

[0045] Нагревательная часть 56 оснащена множеством нагревателей 59. Эти нагреватели 59 могут быть использованы для управления температурой датчика воздушно-топливного соотношения, в частности, температурой слоя 51 из твердого электролита. Нагревательная часть 56 имеет достаточную теплогенерирующую способность для нагревания слоя 51 твердого электролита до его активации.

[0046] Слой 51 твердого электролита образован из спеченного ZrO₂(диоксида циркония), HfO₂, ThO₂, Bi₂O₃ или других оксидов, проводящих ионы кислорода, в который CaO, MgO, Y₂O₃, Yb₂O₃ и т.д., примешаны в качестве стабилизатора. Далее, слой 54 стабилизации диффузии образован из пористого спеченного 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.

[0047] Далее, между электродом 52 стороны выхлопа и электродом 53 стороны атмосферы от устройства подачи напряжения 60, установленного в ЭБУ 31, подается напряжение датчика Vr. Дополнительно ЭБУ 31 оснащен устройством определения тока 61, которое измеряет ток, текущий между электродами 52 и 53 через слой 51 твердого электролита, когда устройство подачи напряжения 60 подает напряжение датчика Vr. Ток, который определяется устройством определения тока 61, представляет собой выходной ток датчика воздушно-топливного отношения.

[0048] Работа датчика воздушно-топливного отношения

Далее со ссылкой на фиг. 4А - фиг. 4С будет пояснена базовая концепция работы выполненных таким образом датчиков воздушно-топливного отношения. Фиг. 4А - фиг. 4С представляют собой виды, на которых схематически показана работа датчика воздушно-топливного отношения. Во время использования, датчик воздушно-топливного отношения расположен так, что наружные периферийные поверхности защитного слоя 55 и слоя 54 стабилизации диффузии подвергаются воздействию выхлопного газа. Кроме того, атмосферный воздух вводится в эталонную газовую камеру 58 датчика воздушно-топливного отношения.

[0049] Как было пояснено выше, слой 51 твердого электролита образован спеченным оксидом, проводящим ионы кислорода. Вследствие этого, он имеет характеристику (свойство кислородной ячейки) электродвижущей силы Е, генерация которой вызвана перемещением ионов кислорода со стороны боковой поверхности с высокой их концентрацией на сторону боковой поверхности с их низкой концентрацией, если возникает разница в концентрации кислорода между двумя боковыми поверхностями слоя 51 твердого электролита в состоянии, активированном высокой температурой.

[0050] Напротив, слой 51 твердого электролита имеет характеристику (свойство кислородного насоса) инициирования движения ионов кислорода таким образом, чтобы отношение концентраций кислорода, возникающее между двумя боковыми поверхностями слоя твердого электролита, соответствовало разности потенциалов, если разность потенциалов задается между двумя боковыми поверхностями. Более конкретно, когда разность потенциалов задана между двумя боковыми поверхностями, вызванное этим движение ионов кислорода происходит так, что концентрация кислорода на боковой поверхности, которой задана положительная полярность, становится больше концентрации кислорода на боковой поверхности, которой задана отрицательная полярность, в соотношении согласно разности потенциалов. Кроме того, как показано на фиг. 3 и фиг. 4А - фиг. 4С, в датчике воздушно-топливного отношения постоянное напряжение датчика Vr подано между электродом 52 стороны выхлопа и электродом 53 стороны атмосферы так, что электрод 53 стороны атмосферы приобретает положительную полярность, а электрод 52 стороны выхлопного газа приобретает отрицательную полярность. Следует отметить, что в настоящем варианте осуществления поданное напряжение датчика Vr является одним и тем же для датчика воздушно-топливного отношения.

[0051] Когда воздушно-топливное отношение выхлопного газа около датчика воздушно-топливного отношения беднее, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение, отношение концентраций кислорода между двумя боковыми поверхностями слоя 51 твердого электролита не становится большим. Поэтому, устанавливая поданное напряжение датчика Vr на соответствующее значение, фактическое отношение концентраций кислорода между двумя боковыми поверхностями слоя 51 твердого электролита становится меньше отношения концентраций кислорода, соответствующего поданному напряжению датчика Vr. По этой причине, как показано на фиг 4А, движение ионов кислорода происходит от электрода 52 стороны выхлопа к электроду 53 стороны атмосферы так, что отношение концентраций кислорода между двумя боковыми поверхностями слоя 51 твердого электролита становится больше, приближаясь к отношению концентраций кислорода, соответствующему поданному напряжению датчика Vr. В результате, ток течет с положительного полюса устройства подачи напряжения 60, которое подает напряжение датчика Vr, через электрод 53 стороны атмосферы, слой 51 твердого электролита и электрод 52 стороны выхлопа на отрицательный полюс устройства подачи напряжения 60.

[0052] Сила тока (выходной ток) Ir в данном случае пропорциональна количеству кислорода, поступающему из выпускного канала через слой 54 стабилизации диффузии в измерительную газовую камеру 57, если поданное напряжение датчика Vr установлено на соответствующую величину. Поэтому, измеряя силу этого тока Ir устройством определения тока 61, можно определить концентрацию кислорода и, в свою очередь, определить воздушно-топливное отношение в обедненной смеси.

[0053] С другой стороны, когда воздушно-топливное отношение выхлопного газа около датчика воздушно-топливного соотношения богаче стехиометрического воздушно-топливного отношения, несгоревший газ течет из выпускного канала через слой 54 стабилизации диффузии внутрь измерительной газовой камеры 57. Поэтому даже если имеется кислород на электроде 52 стороны выхлопа, этот кислород вступает в реакцию с несгоревшим газом и удаляется. Таким образом, внутри измерительной газовой камеры 57 концентрация кислорода становится чрезвычайно низкой. В результате отношение концентраций кислорода между двумя боковыми поверхностями слоя 51 твердого электролита становится большим. По этой причине, устанавливая поданное напряжение датчика Vr на соответствующую величину, между двумя боковыми поверхностями слоя 51 твердого электролита фактическое отношение концентраций кислорода станет больше отношения концентраций кислорода, соответствующего поданному напряжению датчика Vr. Поэтому, как показано на фиг. 4В, происходит движение ионов кислорода от электрода 53 стороны атмосферы к электроду 52 стороны выхлопа так, что отношение концентраций кислорода между двумя боковыми поверхностями слоя 51 твердого электролита снижается в сторону отношения концентраций кислорода, соответствующему поданному напряжению датчика Vr. В результате, ток течет от электрода 53 стороны атмосферы через устройство подачи напряжения 60, которое подает напряжение датчика Vr, на электрод 52 стороны выхлопного газа.

[0054] Ток, протекающий в это время, становится выходным током Ir. Сила выходного тока в данном случае определяется расходом ионов кислорода, которые перемещаются через слой 51 твердого электролита от электрода 53 стороны атмосферы на электрод 52 стороны выхлопного газа, если поданное напряжение датчика Vr установлено на соответствующую величину. На электроде 52 стороны выхлопа ионы кислорода вступают в реакцию (сгорают) с несгоревшим газом, который посредством диффузии проникает из выпускного канала через слой 54 стабилизации диффузии в измерительную газовую камеру 57. Таким образом, расход ионов кислорода соответствует концентрации несгоревшего газа в выхлопном газе, поступающего в измерительную газовую камеру 57. Поэтому, измеряя силу этого тока Ir устройством определения тока 61, можно определить концентрацию несгоревшего газа и, в свою очередь, можно определить воздушно-топливное отношение в обогащенной смеси.

[0055] Далее, когда воздушно-топливное отношение выхлопного газа около датчика воздушно-топливного соотношения представляет собой стехиометрическое воздушно-топливное отношение, количество кислорода и количество несгоревшего газа, поступающие в измерительную газовую камеру 57, находятся в химически эквивалентном соотношении. Поэтому, благодаря каталитическому действию электрода 52 стороны выхлопа, кислород и несгоревший газ полностью сгорают, и колебаний концентрации кислорода и несгоревшего газа в измерительной газовой камере 57 не возникает. В результате, отношение концентраций кислорода на двух боковых поверхностях слоя 51 твердого электролита не колеблется, однако поддерживается на отношении концентраций кислорода, соответствующей поданному напряжению датчика Vr. По этой причине, как показано на фиг. 4С, движения ионов кислорода вследствие упомянутого свойства кислородного насоса не возникает, и в результате, ток по цепи не течет.

[0056] Выполненный таким образом датчик воздушно-топливного отношения имеет выходные характеристики, показанные на фиг. 5. То есть в датчике воздушно-топливного отношения, чем больше воздушно-топливное отношение выхлопного газа (то есть чем оно беднее), тем больше выходной ток Ir датчика воздушно-топливного отношения. Кроме того, датчик воздушно-топливного отношения выполнен так, что выходной ток Ir становится равным нулю, когда воздушно-топливное отношение выхлопного газа представляет собой стехиометрическое воздушно-топливное отношение.

[0057] Схемы устройства приложения напряжения и устройства контроля тока

Фиг. 6 показывает один из примеров конкретных схем, которые образуют устройство подачи напряжения 60 и устройство определения тока 61. В проиллюстрированном примере электродвижущая сила Е, которая возникает благодаря свойству кислородной ячейки, обозначена как «Е», внутреннее сопротивление слоя 51 твердого электролита обозначено как «Ri», и разность потенциалов между электродом 52 стороны выхлопа и электродом 53 стороны атмосферы обозначена как «Vs».

[0058] Как понятно из фиг. 6, устройство подачи напряжения 60 в основном осуществляет управление с отрицательной обратной связью так, что электродвижущая сила Е, которая возникает благодаря свойству кислородной ячейки, соответствует поданному напряжению датчика Vr. Другими словами, устройство подачи напряжения 60 осуществляет управление с отрицательной обратной связью так, что разность потенциалов Vs становится поданным напряжением датчика Vr, даже если разность потенциалов Vs между электродом 52 стороны выхлопа и электродом 53 стороны атмосферы меняется из-за изменения отношения концентраций кислорода между двумя боковыми поверхностями слоя 51 твердого электролита.

[0059] Поэтому, если воздушно-топливное отношение выхлопного газа становится стехиометрическим воздушно-топливным отношением, и изменений в отношении концентраций кислорода между двумя боковыми поверхностями слоя 51 твердого электролита не возникает, отношение концентраций кислорода между двумя боковыми поверхностями слоя 51 твердого электролита становится отношением концентраций кислорода, соответствующим поданному напряжению датчика Vr. В этом случае, электродвижущая сила Е соответствует поданному напряжению датчика Vr, и разность потенциалов Vs между электродом 52 стороны выхлопа и электродом 53 стороны атмосферы становится поданным напряжением датчика Vr. В результате ток Ir не течет.

[0060] С другой стороны, если воздушно-топливное отношение выхлопного газа становится воздушно-топливным отношением, которое отличается от стехиометрического воздушно-топливного соотношения, и возникает изменение отношения концентраций кислорода между двумя боковыми поверхностями слоя 51 твердого электролита, то отношение концентраций кислорода между двумя боковыми поверхностями слоя 51 твердого электролита уже не является тем отношением концентраций кислорода, которое соответствует поданному напряжению датчика Vr. В этом случае, электродвижущая сила Е становится величиной, отличной от поданного напряжения датчика Vr. Поэтому, благодаря управлению с отрицательной обратной связью, между электродом 52 стороны выхлопа и электродом 53 стороны атмосферы возникает такая разность потенциалов Vs, которая заставит ионы кислорода перемещаться между двумя боковыми поверхностями слоя 51 твердого электролита до тех пор, пока электродвижущая сила Е не придет в соответствие поданному напряжению датчика Vr. Кроме того, одновременно с движением ионов кислорода течет ток Ir. В результате происходит сближение электродвижущей силы Е с поданным напряжением датчика Vr. Если электродвижущая сила Е сближается с поданным напряжением датчика Vr, в конечном итоге разность потенциалов Vs также сблизится с поданным напряжением датчика Vr.

[0061] Вследствие этого, устройство подачи напряжения 60, по существу, подает напряжение датчика Vr между электродом 52 стороны выхлопа и электродом 53 стороны атмосферы. Следует отметить, что электрическая схема устройства подачи напряжения 60 не обязательно должна быть такой, как показана на фиг. 6. Устройство может быть любого типа, при условии его способности, по существу, подавать напряжение датчика Vr между электродом 52 стороны выхлопа и электродом 53 стороны атмосферы.

[0062] Далее, устройство 61 определения тока на самом деле не измеряет ток. Оно измеряет напряжение Е₀, и вычисляет ток из этого напряжения Е₀. В этой связи Е₀ выражено в следующем уравнении (1).

[0063]

[0064] Здесь V₀ является напряжением смещения (напряжение, подаваемое так, чтобы Е₀ не становилось отрицательной величиной, например, 3В), и R представляет собой значение сопротивления, показанного на фиг. 6.

[0065] В уравнении (1) поданное напряжение Vr датчика, напряжение V₀ смещения и сопротивление R постоянны, поэтому напряжение Е₀ изменяется в соответствии с величиной тока Ir. По этой причине, при измерении напряжения Е₀, можно вычислить ток Ir, используя значение этого напряжения Е₀.

[0066] Таким образом, можно сказать, что устройство определения тока 61, по существу, определяет ток Ir, который протекает через электрод 52 стороны выхлопа и электрод 53 стороны атмосферы. Следует отметить, что электрическая схема устройства определения тока 61 не обязательно должна быть такой, как показано на фиг. 6. Устройство может быть любого типа, при условии его способности измерять ток Ir, протекающий через электрод 52 стороны выхлопа и электрод 53 стороны атмосферы.

[0067] Краткое изложение управления нормальным режимом работы

Далее будет приведено краткое изложение процесса управления воздушно-топливным отношением в системе управления двигателя внутреннего сгорания, согласно настоящему варианту осуществления. Во-первых, будет описано управление нормальным режимом работы для определения количества впрыска топлива в двигателе внутреннего сгорания, чтобы привести воздушно-топливное отношение выхлопного газа в соответствие с целевым воздушно-топливным отношением. Система управления двигателя внутреннего сгорания снабжена средством управления поступающего воздушно-топливного отношения для регулирования воздушно-топливного отношения выхлопного газа, поступающего в катализатор очистки выхлопного газа. Средство управления поступающим воздушно-топливным отношением согласно настоящему варианту осуществления регулирует количество топлива, подаваемого в камеру сгорания, чтобы, таким образом, регулировать воздушно-топливное отношение выхлопного газа, поступающего в катализатор очистки выхлопного газа. Средство управления поступающим воздушно-топливным отношением не ограничивается этим. Можно использовать любое устройство, способное регулировать воздушно-топливное отношение выхлопного газа, поступающего в катализатор очистки выхлопного газа. Например, средство управления поступающим воздушно-топливным отношением может содержать EGR устройство (управление рециркуляцией выхлопного газа) для рециркуляции выхлопного газа во впускной канал двигателя, и быть выполнено таким образом, чтобы регулировать количество рециркулируемого газа.

[0068] Двигатель внутреннего сгорания по настоящему варианту осуществления использует выходной ток Irup датчика 40 воздушно-топливного отношения с впускной стороны как основу для управления с обратной связью так, чтобы выходной ток Irup датчика 40 воздушно-топливного соотношения с впускной стороны (то есть воздушно-топливное отношение выхлопного газа, текущего в катализатор очистки выхлопного газа), становился величиной, соответствующей целевому воздушно-топливному отношению.

[0069] Целевое воздушно-топливное отношение выхлопного газа устанавливается на основе выходного тока датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны. Более конкретно, когда выходной ток Irdwn датчика 41 воздушно-топливного соотношения с выпускной стороны становится богатой оценочной опорной величиной Iref или меньше, целевое воздушно-топливное отношение устанавливается на бедное установленное воздушно-топливное отношение и поддерживается на данном уровне воздушно-топливного отношения. Здесь, в качестве богатой оценочной опорной величины Iref можно использовать величину, соответствующую заранее определенному богатому оценочному воздушно-топливному отношению (например, 14.55), которое слегка богаче, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение. Кроме того, бедное установленное воздушно-топливное отношение является заранее определенным воздушно-топливным отношением, которое беднее, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение на некоторую величину. Например, оно составляет 14,65-20, предпочтительно 14,68-18, наиболее предпочтительно 14,7-16 или около того.

[0070] Система управления двигателя внутреннего сгорания, согласно настоящему варианту осуществления снабжена средством получения количества накопления кислорода для получения количества кислорода, накопленного в катализаторе очистки выхлопного газа. Когда целевое воздушно-топливное отношение является бедным установленным воздушно-топливным отношением, производится оценка количества накопления кислорода OSAsc в катализаторе 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны. Далее, в настоящем варианте осуществления количество накопления кислорода OSAsc в катализаторе 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны оценивается, даже когда целевое воздушно-топливное отношение является богатым установленным воздушно-топливным отношением. Количество накопления кислорода OSAsc оценивается на основе выходного тока Irup датчика 40 воздушно-топливного отношения с впускной стороны, расчетной величины количества воздуха, входящего в камеру сгорания 5, которая вычисляется с помощью расходомера 39, и т.п., количества топлива, поданного из топливного инжектора 11, и т.п. Кроме того, в течение периода времени, когда управление осуществляется таким образом, что целевое воздушно-топливное отношение установлено на бедное установленное воздушно-топливное отношение, если расчетное количество накопления кислорода OSAsc становится заранее определенным оценочным опорным количеством накопления Cref или больше, целевое воздушно-топливное отношение, которое до этого было бедным установленным воздушно-топливным отношением, меняется на богатое установленное воздушно-топливное отношение, и поддерживается на этом уровне воздушно-топливного отношения. В настоящем варианте осуществления используется слабо богатое установленное воздушно-топливное отношение. Слабо богатое установленное воздушно-топливное отношение является воздушно-топливным соотношением, которое слегка богаче, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение. Например, оно составляет 13,5-14,58, предпочтительно 14-14,57, более предпочтительно, 14,3-14,55 и т.д. После этого, когда выходной ток Irdwn датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны снова становится равным богатой оценочной опорной величине Iref или меньше, целевое воздушно-топливное отношение вновь устанавливается на бедное установленное воздушно-топливное отношение, а затем аналогичная операция повторяется.

[0071] Таким образом, в настоящем варианте осуществления, целевое воздушно-топливное отношение выхлопного газа, текущего в катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, поочередно устанавливают на бедное установленное воздушно-топливное отношение и на слабо богатое установленное воздушно-топливное отношение. В частности, в настоящем варианте осуществления разница между бедным установленным воздушно-топливное отношением и стехиометрическим воздушно-топливным отношением больше, чем разница между слабо богатым установленным воздушно-топливное отношением и стехиометрическим воздушно-топливным отношением. Вследствие этого, в настоящем варианте осуществления, целевое воздушно-топливное отношение попеременно устанавливается на бедное установленное воздушно-топливное отношение на короткий период времени и на слабо богатое установленное воздушно-топливное отношение на длинный период времени.

[0072] Следует отметить, что, разница между бедным установленным воздушно-топливным отношением и стехиометрическим воздушно-топливным отношением, может быть, по существу, такой же, как разница между богатым установленным воздушно-топливным отношением и стехиометрическим воздушно-топливным отношением. То есть глубина богатого установленного воздушно-топливного отношения и глубина бедного установленного воздушно-топливного отношения могут стать, по существу, равными. В таком случае, период времени бедного установленного воздушно-топливного отношения и период времени богатого установленного воздушно-топливного отношения становятся, по существу, периодами времени одной и той же продолжительности.

[0073] Объяснение управления с использованием временной диаграммы

Фиг. 7 показывает временную диаграмму первого управления нормальным режимом работы в настоящем варианте осуществления. Фиг. 7 представляет собой временную диаграмму параметров в случае выполнения управления воздушно-топливным отношением в системе управления двигателя внутреннего сгорания согласно настоящему изобретению, таких как: количество накопления кислорода OSAsc в катализаторе 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, выходной ток Irdwn датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны, величина коррекции воздушно-топливного отношения AFC, выходной ток Irup датчика 40 воздушно-топливного отношения с впускной стороны и концентрация NO_X в выхлопном газе, вытекающем из катализатора 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны.

[0074] Следует отметить, что выходной ток Irup датчика 40 воздушно-топливного отношения с впускной стороны становится равным нулю, когда воздушно-топливное отношение выхлопного газа, текущего в катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, представляет собой стехиометрическое воздушно-топливное отношение, становится отрицательным значением, когда воздушно-топливное отношение выхлопного газа является богатым воздушно-топливным отношением, и имеет положительное значение, когда воздушно-топливное отношение выхлопного газа является бедным воздушно-топливным отношением. Кроме того, если воздушно-топливное отношение выхлопного газа, текущего в катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, представляет собой богатое или бедное воздушно-топливное отношение, то чем больше оно отличается от стехиометрического воздушно-топливного отношения, тем больше абсолютное значение выходного тока Irup датчика 40 воздушно-топливного отношения с впускной стороны. Выходной ток Irdwn датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны также меняется в соответствии с воздушно-топливным отношением выхлопного газа, вытекающего из катализатора 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, аналогично выходному току Irup датчика 40 воздушно-топливного отношения с впускной стороны. Далее, величина коррекции воздушно-топливного отношения AFC является величиной коррекции, относящейся к целевому воздушно-топливному отношению выхлопного газа, текущего в катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны. Когда величина коррекции воздушно-топливного отношения AFC равна нулю, целевое воздушно-топливное отношение представляет собой стехиометрическое воздушно-топливное отношение, когда величина коррекции воздушно-топливного отношения AFC имеет положительное значение, целевое воздушно-топливное отношение становится бедным воздушно-топливным отношением, и когда величина коррекции воздушно-топливного отношения AFC имеет отрицательное значение, целевое воздушно-топливное соотношение становится богатым воздушно-топливным отношением.

[0075] В показанном примере, в состоянии перед моментом времени t₁, величина коррекции AFC воздушно-топливного отношения установлена на слабо богатую установленную величину коррекции AFCrich воздушно-топливного отношения. Слабо богатая установленная величина коррекции AFCrich является величиной, соответствующей слабо богатому установленному воздушно-топливному отношению и имеет значение меньше нуля. Вследствие этого, целевое воздушно-топливное отношение установлено на богатое воздушно-топливное отношение. Вместе с тем, выходной ток Irup датчика 40 воздушно-топливного отношения с впускной стороны, становится отрицательным значением. Если выхлопной газ, текущий в катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, начинает содержать несгоревший газ, то количество накопления кислорода OSAsc в катализаторе 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны постепенно уменьшается. Однако несгоревший газ, содержащийся в выхлопном газе, удаляется в катализаторе 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, и вследствие этого выходной ток Irdwn датчика воздушно-топливного отношения с выпускной стороны становится, по существу, равным нулю (в соответствии со стехиометрическим воздушно-топливным отношением). В это время, воздушно-топливное отношение выхлопного газа, текущего в катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, является богатым воздушно-топливным отношением, и вследствие этого, количество NO_x, выпущенных из катализатора 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, держится на низком уровне.

[0076] Если количество накопления кислорода OSAsc в катализаторе 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны будет постепенно уменьшаться, количество накопления кислорода OSAsc уменьшается до величины, меньшей, чем нижний предел количества накопления (см. Clowlim на фиг. 2В) в момент t₁ времени. Если количество накопления кислорода OSAsc продолжает уменьшаться после прохождения нижнего предела количества накопления, то часть несгоревшего газа, текущего в катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, вытекает из него, не будучи удаленной в катализаторе 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны. По этой причине, после момента t₁ времени, вместе с уменьшением количества накопленного кислорода OSAsc в катализаторе 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, постепенно падает выходной ток Irdwn датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны. Напомним, что в это время, воздушно-топливное отношение выхлопного газа, текущего в катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, является богатым воздушно-топливным отношением, и вследствие этого количество NOx, выпущенных из катализатора 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, держится на низком уровне.

[0077] Затем, в момент времени t₂, выходной ток Irdwn датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны достигает богатой оценочной опорной величины Iref, соответствующей богатому оценочному воздушно-топливному отношению. В настоящем варианте осуществления, если выходной ток Irdwn датчика воздушно-топливного отношения с выпускной стороны достигает богатой оценочной опорной величины Iref, падение количества накопления кислорода OSAsc в катализаторе 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны останавливают, для чего переключают величину коррекции воздушно-топливного отношения AFC на бедную установленную величину коррекции AFClean. Бедная установленная величина коррекции AFClean представляет собой величину, соответствующую бедному установленному воздушно-топливному отношению, и имеет значение больше нуля. Вследствие этого, целевое воздушно-топливное отношение устанавливается на бедное воздушно-топливное отношение.

[0078] Следует отметить, что в настоящем варианте осуществления величина коррекции AFC воздушно-топливного отношения переключается после того, как выходной ток Irdwn датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны достигает богатой оценочной опорной величины Iref, то есть после того как воздушно-топливное отношение выхлопного газа, вытекающего из катализатора 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, достигает богатого оценочного воздушно-топливного отношения. Это так, потому что даже если количество накопления кислорода в катализаторе 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны является достаточным, воздушно-топливное отношение выхлопного газа, вытекающего из катализатора 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, иногда слегка отклоняется от стехиометрического воздушно-топливного отношения. То есть если, в конечном итоге, полагать, что количество накопления кислорода уменьшилось ниже нижнего предела количества накопления, когда выходной ток Irdwn датчика отклоняется от нуля (соответствует стехиометрическому воздушно-топливному отношению), то существует возможность прийти к выводу, что количество накопления кислорода уменьшилось ниже нижнего предела количества накопления, даже когда имеется фактически достаточное количество накопления кислорода. Вследствие этого, в настоящем варианте осуществления считается, что количество накопления кислорода уменьшается ниже нижнего предела количества накопления, только после того, как воздушно-топливное отношение выхлопного газа, вытекающего из катализатора 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, достигает богатого оценочного воздушно-топливного отношения. Иначе говоря, богатое оценочное воздушно-топливное отношение устанавливается как такое воздушно-топливное отношение, которого воздушно-топливное отношение выхлопного газа, вытекающего из катализатора 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, не способно достичь, пока количество накопления кислорода в катализаторе 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны является достаточным.

[0079] Даже если в момент t₂ времени целевое воздушно-топливное отношение переключается на бедное воздушно-топливное отношение, воздушно-топливное отношение выхлопного газа, текущего в катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, не становится бедным воздушно-топливным отношением сразу, и возникает определенная задержка. В результате воздушно-топливное отношение выхлопного газа, текущего в катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, меняется от богатого воздушно-топливного отношения на бедное воздушно-топливное отношение к моменту t₃времени. Следует отметить, что в течение времени между моментами t₂ и t₃, воздушно-топливное отношение выхлопного газа, вытекающего из катализатора 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, становится богатым воздушно-топливным отношением, и вследствие этого этот выхлопной газ начинает содержать несгоревший газ. Таким образом, объем выхода NO_X из катализатора 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны подавляется.

[0080] Если в момент t₃ времени, когда воздушно-топливное отношение выхлопного газа, текущего в катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, меняется на бедное воздушно-топливное отношение, количество накопления кислорода OSAsc в катализаторе 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны начинает увеличиваться. Далее, вместе с этим, воздушно-топливное отношение выхлопного газа, вытекающего из катализатора 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, меняется в сторону стехиометрического воздушно-топливное отношения, и выходной ток Irdwn датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны также стремится к нулю. Хотя в это время воздушно-топливное отношение выхлопного газа, текущего в катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, становится бедным воздушно-топливным отношением, катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны имеет достаточный запас способности к накоплению кислорода, и вследствие этого кислород, содержащийся во втекающем выхлопном газе, накапливается в катализаторе 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, и оксиды NO_X удаляются путем восстановления. По этой причине, количество NO_X, выпущенных из катализатора 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, держится на низком уровне.

[0081] После этого, если количество накопления кислорода OSAsc в катализаторе 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны увеличивается, в момент t₄ времени количество накопления кислорода OSAsc достигает оценочного опорного количества накопления Cref. Опорное оценочное количество накопления Cref установлено на максимальное количество Cmax накопления кислорода или меньше. В настоящем варианте осуществления, если количество накопления кислорода OSAsc становится оценочным опорным количеством накопления Cref, накопление кислорода в катализаторе 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны останавливают, для чего переключают величину коррекции AFC воздушно-топливного отношения на слабо богатую установленную величину AFCrich коррекции (имеет значение меньше нуля). Вследствие этого, целевое воздушно-топливное отношение устанавливается на богатое воздушно-топливное отношение.

[0082] Тем не менее, как было пояснено выше, возникает задержка от момента, когда переключается целевое воздушно-топливное отношение, до момента, когда воздушно-топливное отношение выхлопного газа, текущего в катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, фактически меняется. По этой причине, даже если переключение происходит в момент t₄времени, воздушно-топливное отношение выхлопного газа, текущего в катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, меняется от бедного воздушно-топливного отношения к богатому воздушно-топливному отношению после определенного промежутка времени, проходящего с этого момента, т.е. в момент t₅ времени. В промежутке между моментами t₄ и t₅времени воздушно-топливное отношение выхлопного газа, текущего в катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, является бедным воздушно-топливным отношением, и вследствие этого количество накопления кислорода OSAsc в катализаторе 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны увеличивается.

[0083] Однако оценочное опорное количество Cref накопления устанавливается в достаточной мере ниже, чем максимальное количество Cmax накопления кислорода или верхний предел количества накопления (см. Cuplim на фиг. 2А), и вследствие этого даже в момент t₅ времени количество накопления кислорода OSAsc не достигает максимального количества Cmax накопления кислорода или верхнего предела количества накопления. Иначе говоря, оценочное опорное количество Cref накопления устанавливается на величину, достаточно малую для того, чтобы, количество накопления кислорода OSAsc не достигало максимального количества Cmax накопления кислорода или верхнего предела количества накопления, даже если происходит задержка от момента переключения целевого воздушно-топливного отношения до момента, когда воздушно-топливное отношение выхлопного газа, текущего в катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, фактически меняется. Например, оценочное опорное количество Cref накопления устанавливается на 3/4 или меньше от максимального количества Cmax накопления кислорода, предпочтительно 1/2 или меньше, более предпочтительно 1/5 или меньше. Вследствие этого, в течение промежутка времени t₄-t₅ количество NO_X, выпущенное из катализатора 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, держится на низком уровне.

[0084] В момент t₅ времени величина AFC коррекции воздушно-топливного отношения устанавливается на слабо богатую установленную величину AFCrich коррекции. Вследствие этого, целевое воздушно-топливное отношение устанавливается как богатое воздушно-топливное отношение. Вместе с тем выходной ток Irup датчика 40 воздушно-топливного отношения с впускной стороны принимает отрицательное значение. Выхлопной газ, текущий в катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, начинает содержать несгоревший газ, и вследствие этого количество накопления кислорода OSAsc в катализаторе 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны постепенно уменьшается. В момент времени t₆, таким же образом, как момент времени t₁, количество накопления кислорода OSAsc уменьшается ниже нижнего предела количества накопления. Также в этот момент времени, воздушно-топливное отношение выхлопного газа, текущего в катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, является богатым воздушно-топливным отношением, и вследствие этого объем NO_X, выпущенный из катализатора 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, держится на низком уровне.

[0085] Далее, во момент времени t₇, таким же образом, что и в момент времени t₂, выходной ток Irdw датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны достигает богатой оценочной опорной величины Iref в соответствии с богатым оценочным воздушно-топливным отношением. Из-за этого величина AFC коррекции воздушно-топливного отношения переключается на бедную установленную величину AFClean коррекции, соответствующую бедному установленному воздушно-топливному отношению. После этого цикл вышеупомянутых моментов t₁-t₆ времени повторяется.

[0086] Следует отметить, что такое управление величиной AFC коррекции воздушно-топливного отношения выполняется ЭБУ 31. Вследствие этого, можно сказать, что ЭБУ 31 содержит: средство увеличения количества накопления кислорода для постоянной установки целевого воздушно-топливного отношения выхлопного газа, текущего в катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, на бедное установленное воздушно-топливное отношение, когда воздушно-топливное отношение выхлопного газа, которое было определено датчиком 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны, становится богатым оценочным воздушно-топливным отношением или меньше, пока количество накопления кислорода OSAsc в катализаторе 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны не станет оценочным опорным количеством Cref накопления, и средство уменьшения количества накопления кислорода для постоянной установки целевого воздушно-топливного отношения на слабо богатое установленное воздушно-топливное отношение, когда количество накопления кислорода OSAsc в катализаторе 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны становится оценочным опорным количеством накопления Cref или больше, так, чтобы количество накопления кислорода OSAsc снижалось до нуля и никогда не достигало максимального количества Cmax накопления кислорода.

[0087] Как понятно из вышеприведенного объяснения, согласно настоящему варианту осуществления, можно постоянно удерживать на низком уровне количество выпуска NO_X из катализатора 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны. То есть до тех пор, пока выполняется вышеописанное управление, в основном, можно сократить количество выпуска NOx из катализатора 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны.

[0088] Далее, в целом, если выходной ток Irup датчика 40 воздушно-топливного отношения с впускной стороны и расчетное количество входящего воздуха, и т.д. используются в качестве основы для оценки количества накопления кислорода OSAsc, имеется вероятность возникновения ошибки. Также и в настоящем варианте осуществления, количество накопления кислорода OSAsc оценивается в период времени t₃-t₄, и вследствие этого расчетное количество накопления кислорода OSAsc включает в себя некоторую ошибку. Тем не менее, даже если такая ошибка включена, при установке оценочного опорного количества Cref накопления на величину, достаточно меньшую, чем максимальное количество Cmax накопления кислорода или верхний предел количества накопления, фактическое количество накопления кислорода OSAsc практически никогда не достигнет максимального количества Cmax накопления кислорода или верхнего предела количества накопления. Вследствие этого, также и с этой точки зрения, можно удерживать на низком уровне количество выпуска NO_X из катализатора 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны.

[0089] Кроме того, если количество накопления кислорода в катализаторе очистки выхлопного газа будет поддерживаться постоянным, способность катализатора очистки выхлопного газа к накоплению кислорода будет падать. Напротив, согласно настоящему варианту осуществления, количество накопления кислорода OSAsc постоянно колеблется вверх и вниз, и, таким образом, способность катализатора к накоплению кислорода удерживается от падения.

[0090] Следует отметить, что в вышеизложенном варианте осуществления в промежутке t₂-t₄ времени величина AFC коррекции воздушно-топливного отношения поддерживается на бедной установленной величине AFClean коррекции. Тем не менее, в такой временной период величину AFC коррекции воздушно-топливного отношения не обязательно нужно поддерживать постоянной. Она может быть также настроена как на колебание, так и на постепенное уменьшение. Аналогичным образом, в период t₄-t₇времени величина AFC коррекции воздушно-топливного отношения поддерживается на слабо богатой установленной величине AFCrich коррекции. Тем не менее, в такой временной период величину AFC коррекции воздушно-топливного отношения не обязательно нужно поддерживать постоянной. Она может быть также настроена как на колебание, так и на постепенное уменьшение.

[0091] Однако также и в этом случае величина AFC коррекции воздушно-топливного отношения в промежутке t₂-t₄ времени может устанавливаться так, чтобы разница между средним значением целевого воздушно-топливного отношения в этот период и стехиометрическим воздушно-топливным отношением была больше, чем разница между средним значением целевого воздушно-топливного отношения в промежутке t₄-t₇ времени и стехиометрическим воздушно-топливным отношением.

[0092] Далее, в вышеизложенном варианте осуществления, выходной ток Irup датчика 40 воздушно-топливного отношения с впускной стороны и расчетное количество воздуха, входящего в камеру сгорания 5, и т.д. используются в качестве основы для оценки количества накопления кислорода OSAsc в катализаторе 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны. Однако количество накопления кислорода OSAsc может быть также рассчитано с помощью других параметров помимо данных параметров. Параметры, которые отличны от данных параметров, также могут использоваться в качестве основы для оценки. Кроме того, в вышеизложенном варианте осуществления, если расчетное значение количества накопления кислорода OSAsc становится оценочным опорным количеством Cref накопления или больше, то целевое воздушно-топливное отношение переключается из бедного установленного воздушно-топливного отношения на слабо богатое установленное воздушно-топливное отношение. Тем не менее, определение времени переключения целевого воздушно-топливного отношения из бедного установленного воздушно-топливного отношения на слабо богатое установленное воздушно-топливное отношение может, например, быть основано на времени работы двигателя от момента переключения целевого воздушно-топливного отношения из слабого богатого установленного воздушно-топливного отношения на бедное установленное воздушно-топливное отношение. Однако даже в этом случае, целевое воздушно-топливное отношение должно быть переключено из бедного установленного воздушно-топливного отношения в слабое богатое установленное воздушно-топливное отношение в период, когда количество накопления кислорода OSAsc в катализаторе 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны оценивается как меньшая величина по сравнению с максимальным количеством накопления кислорода.

[0093] Объяснение управления с использованием катализатора с выпускной стороны

Кроме того, в настоящем варианте осуществления, в дополнение к катализатору 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, имеется также катализатор 24 очистки выхлопного газа с выпускной стороны. Количество накопления кислорода OSAufc в катализаторе 24 очистки выхлопного газа с выпускной стороны делается величиной близкой к максимальному количеству Cmax накопления кислорода посредством управления отсечкой подачи топлива, которое выполняется в каждый определенный период времени. По этой причине, даже если выхлопной газ, содержащий несгоревший газ, вытекает из катализатора 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, несгоревший газ удаляется посредством окисления в катализаторе 24 очистки выхлопного газа с выпускной стороны.

[0094] Здесь, «управление отсечкой подачи топлива» является управлением для остановки впрыска топлива из топливного инжектора 11 во время замедления транспортного средства, оснащенного двигателем внутреннего сгорания и т.д., даже в состоянии, в котором коленчатый вал и поршень 3 находятся в движении. При выполнении этого управления, большое количество воздуха протекает в катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны и катализатор 24 очистки выхлопного газа с выпускной стороны.

[0095] Ниже, со ссылкой на фиг. 8, будет пояснена тенденция относительно количества накопления кислорода OSAufc в катализаторе 24 очистки выхлопного газа с выпускной стороны. Фиг. 8 представляет собой вид, сходный с фиг. 7. Вместо тенденции по концентрации NO_X с фиг. 7, здесь показаны тенденция по количеству накопления кислорода OSAufc в катализаторе 24 очистки выхлопного газа с выпускной стороны, и тенденция по концентрации несгоревшего газа (НС, СО, и т.д.) в выхлопном газе, вытекающем из катализатора 24 очистки выхлопного газа с выпускной стороны. Кроме того, в примере, показанном на фиг. 8, выполняется управление, аналогичное примеру, показанному на фиг. 7.

[0096] В примере, показанном на фиг. 8, перед моментом t₁ времени выполняется управление отсечкой подачи топлива. По этой причине, перед моментом t₁ времени, количество накопления кислорода OSAufc в катализаторе 24 очистки выхлопного газа с выпускной стороны принимает значение, близкое к максимальному количеству Cmax накопления кислорода. Кроме того, перед моментом t₁ времени, воздушно-топливное отношение выхлопного газа, вытекающего из катализатора 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, удерживается, по существу, на стехиометрическом воздушно-топливном отношении. По этой причине, количество накопления кислорода OSAufc в катализаторе 24 очистки выхлопного газа с выпускной стороны поддерживается постоянным.

[0097] После этого, в период времени t₁-t₄, воздушно-топливное отношение выхлопного газа, вытекающего из катализатора 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, становится богатым воздушно-топливным отношением. По этой причине выхлопной газ, содержащий несгоревший газ, течет в катализатор 24 очистки выхлопного газа с выпускной стороны.

[0098] Как пояснено выше, катализатор 24 очистки выхлопного газа с выпускной стороны накапливает большое количество кислорода, таким образом, если выхлопной газ, текущий в катализатор 24 очистки выхлопного газа с выпускной стороны, содержит несгоревший газ, то накопленный кислород обеспечивает удаление несгоревшего газа посредством окисления. Следовательно, вместе с этим количество накопления кислорода OSAufc в катализаторе 24 очистки выхлопного газа с выпускной стороны уменьшается. Однако в период времени t₁-t₄, несгоревший газ вытекает из катализатора 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны в очень небольшом количестве, и вследствие этого величина уменьшения количества накопления кислорода OSAufc в этом интервале незначительна. Вследствие этого, несгоревший газ, вытекающий из катализатора 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны в моменты t₁-t₄ времени полностью удаляется путем окисления в катализаторе 24 очистки выхлопного газа с выпускной стороны.

[0099] Также после момента времени t₆, на протяжении каждого соответствующего интервала времени, таким же образом, как и в случае интервала времени t₁-t₄, несгоревший газ вытекает из катализатора 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны. Таким образом, вытекающий несгоревший газ в основном удаляется путем окисления кислородом, который накоплен в катализаторе 24 очистки выхлопного газа с выпускной стороны. Вследствие этого, несгоревший газ практически не вытекает из катализатора 24 очистки выхлопного газа с выпускной стороны. Как пояснено выше, если принимать во внимание тот факт, что количество выпуска NO_X из катализатора 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны обеспечивается очень малым, то согласно настоящему варианту осуществления, количество выпуска несгоревшего газа и NO_X из катализатора 24 очистки выхлопного газа с выпускной стороны, всегда остается малым.

[0100] Конкретное объяснение управления

Далее, со ссылкой на фиг. 9 и фиг. 10, будет приведено конкретное пояснение системы управления в вышеописанном варианте осуществления. Система управления в настоящем варианте осуществления, как показано на функциональной блок-схеме на фиг. 9, сконфигурирована, как содержащая функциональные блоки с A1 по А9. Ниже, со ссылкой на фиг. 9, будет приведено описание функциональных блоков.

[0101] Расчет количества впрыска топлива

Во-первых, будет пояснен порядок вычисления количества впрыска топлива. При расчете количества впрыска топлива, используются средство А1 вычисления объема поступающего в цилиндр воздуха, функционирующее как вычислительный участок для количества всасываемого в цилиндр воздуха, средство А2 вычисления базового количества впрыска топлива, функционирующее в качестве вычислительного участка для базового количества впрыска топлива, и средство A3 вычисления количества впрыска топлива, функционирующее как вычислительный участок для количества впрыска топлива.

[0102] Средство А1 вычисления объема поступающего в цилиндр воздуха использует впускной воздушный расход Ga, измеренный расходомером 39, частоту вращения двигателя NE, рассчитанную на основе выходного сигнала датчика 44 угла поворота коленвала, и схему или формулу расчета, хранящуюся в ПЗУ 34 ЭБУ 31 в качестве основы для вычисления впускного объема Мс воздуха в каждый цилиндр.

[0103] Средство А2 вычисления базового количества впрыска топлива делит впускной объем Мс воздуха в цилиндр, который рассчитывают с помощью средства А1 вычисления объема поступающего в цилиндр воздуха, на целевое воздушно-топливное отношение AFT, которое рассчитывают разъясненным ниже средством А6 установления целевого воздушно-топливное отношения, для вычисления, таким образом, базового количества Qbase впрыска топлива (Qbase=Мс/AFT).

[0104] Средство вычисления количества впрыска топлива A3 добавляет разъясненную ниже величину DQi F/B коррекции к базовому количеству Qbase впрыска топлива, определенному средством А2 вычисления базового количества впрыска топлива, для расчета, таким образом, количества впрыска топлива Qi (Qi=Qbase+DQi). Топливному инжектору 11 подается такая команда на впрыск, чтобы рассчитанное указанным образом количество Qi впрыска топлива было введено из топливного инжектора 11.

[0105] Расчет целевого воздушно-топливного отношения

Далее будет пояснен расчет целевого воздушно-топливного отношения. При расчете целевого воздушно-топливного отношения средство получения количества накопления кислорода используется в качестве получающего участка для количества накопления кислорода. При расчете целевого воздушно-топливного отношения средство А4 вычисления количества накопления кислорода функционирует как получающий участок для количества накопления кислорода, средство А5 вычисления величины коррекции целевого воздушно-топливного отношения функционирует как вычислительный участок для величины коррекции целевого воздушно-топливного отношения, и средство А6 установления целевого воздушно-топливного отношения функционирует как вычислительный участок для установления целевого воздушно-топливного отношения.

[0106] Средство А4 вычисления количества накопления кислорода использует количество впрыска топлива Qi, рассчитанное средством A3 вычисления количества впрыска топлива, и выходной ток Irup датчика 40 воздушно-топливного отношения с впускной стороны как основу для вычисления расчетного значения количества накопления кислорода OSAest в катализаторе 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны. Например, средство А4 вычисления количества накопления кислорода умножает разницу между воздушно-топливным отношением, соответствующим выходному току Irup датчика 40 воздушно-топливного отношения с впускной стороны, и стехиометрическим воздушно-топливным отношением на количество впрыска топлива Qi, и совокупно складывает вычисленные значения для вычисления расчетного значения количества накопления кислорода OSAest. Следует отметить, что средству А4 вычисления количества накопления кислорода не нужно постоянно определять количество накопления кислорода в катализаторе 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны. Например, можно оценивать количество накопления кислорода только для периода от момента фактического переключения целевого воздушно-топливное отношения из богатого воздушно-топливного отношения на бедное воздушно-топливное отношение (момент времени t₃ на фиг. 7) до момента, когда расчетное значение количества накопления кислорода OSAest достигает оценочного опорного количества Cref накопления (момент времени t₄ на фиг. 7).

[0107] Средство А5 вычисления величины коррекции целевого воздушно-топливного отношения использует расчетное значение количества накопления кислорода OSAest, вычисленное средством А4 вычисления количества накопления кислорода, и выходной ток Irdwn датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны в качестве основы для вычисления величины AFC коррекции целевого воздушно-топливного отношения. Более конкретно, величина коррекции AFC воздушно-топливного отношения устанавливается на бедную установленную величину AFClean коррекции, когда выходной ток Irdwn датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны становится равным богатой оценочной опорной величине Iref (значение, соответствующее богатому оценочному воздушно-топливному отношению) или меньше. Затем, величина AFC коррекции воздушно-топливного отношения поддерживается на бедной установленной величине AFClean коррекции, пока расчетное значение количества накопления кислорода OSAest не достигнет оценочного опорного количества Cref накопления. Если расчетное значение количества накопления кислорода OSAest достигает оценочного опорного количества Cref накопления, величина AFC коррекции воздушно-топливного отношения устанавливается на слабо богатую установленную величину AFCrich коррекции. После этого, величина AFC коррекции воздушно-топливного отношения поддерживается на слабой богатой установленной величине AFCrich коррекции, пока выходной ток Irdwn датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны не станет равным богатой оценочной опорной величине Iref (значение, соответствующее оценочному опорному воздушно-топливному отношению).

[0108] Средство А6 установления целевого воздушно-топливного отношения вычисляет целевое воздушно-топливное отношение AFT путем добавления величины AFC коррекции воздушно-топливного отношения, вычисленной средством А5 вычисления величины коррекции целевого воздушно-топливного отношения, к опорному воздушно-топливному отношению, которое, в настоящем варианте осуществления, представляет собой стехиометрическое воздушно-топливное отношение AFR. Вследствие этого, целевое воздушно-топливное отношение AFT устанавливается либо на слабо богатое установленное воздушно-топливное отношение (когда величина AFC коррекции воздушно-топливного отношения является слабо богатой установленной величиной AFCrich коррекции), либо на бедное установленное воздушно-топливное отношение (когда величина коррекции AFC воздушно-топливного отношения является бедной установленной величиной AFClean коррекции). Рассчитанное таким образом целевое воздушно-топливное отношение AFT подается на средство А2 вычисления базового количества впрыска топлива и на ниже описанное средство А8 вычисления разности воздушно-топливного отношения.

[0109] Фиг. 10 представляет собой блок-схему, на которой показана процедура управления для расчета величины AFC коррекции воздушно-топливного отношения. Изображенная процедура управления выполняется с перерывами в каждый соответствующий интервал времени.

[0110] Как показано на фиг. 10, сначала на этапе S11 делается оценка, выполняются ли условия для вычисления величины AFC коррекции воздушно-топливного отношения. Случаем, когда условия для вычисления величины коррекции воздушно-топливного отношения выполняются, является, например, случай, когда управление отсечкой подачи топлива не исполняется. Если на этапе S11 делается оценка, что условия для вычисления величины коррекции воздушно-топливного отношения выполнены, процедура переходит на этап S12. На этапе S12 получают выходной ток Irup датчика 40 воздушно-топливного отношения с впускной стороны, выходной ток Irdwn датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны и количество впрыска топлива Qi. Далее, на этапе S13 выходной ток Irup датчика 40 воздушно-топливного отношения с впускной стороны и количество впрыска топлива Qi, которые были получены на этапе S12, используются как основа для вычисления расчетного значения количества накопления кислорода OSAest.

[0111] Далее, на этапе S14 оценивается, установлен ли индикатор бедной конфигурации Fr на 0. Индикатор бедной конфигурации Fr устанавливается на 1, если величина AFC коррекции воздушно-топливного отношения установлена на бедную установленную величину AFClean коррекции, и устанавливается на 0 в других случаях. Если на этапе S14 оценивается, что индикатор бедной конфигурации Fr установлен на 0, процедура переходит на этап S15. На этапе S15 дают оценку наличия того факта, что выходной ток Irdwn датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны равен богатой оценочной опорной величине Iref или меньше. Когда делается оценка, что выходной ток Irdwn датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны больше богатой оценочной опорной величины Iref, процедура управления заканчивается.

[0112] С другой стороны, если количество накопления кислорода OSAsc в катализаторе 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны уменьшается, и воздушно-топливное отношение выхлопного газа, вытекающего из катализатора 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, падает, то со временем на этапе S15 делается оценка, что выходной ток Irdwn датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны стал равен богатой оценочной опорной величине Iref или меньше. В этом случае, процедура переходит на этап S16, где величина AFC коррекции воздушно-топливного отношения устанавливается на бедную установленную величину AFClean коррекции. Далее, на этапе S17, индикатор бедной конфигурации Fr устанавливают на 1, и процедура управления заканчивается.

[0113] В ходе следующей процедуры управления на этапе S14 делается оценка, что индикатор бедной конфигурации Fr не установлен на 0, и процедура переходит на этап S18. На этапе S18 делается оценка, является ли расчетное значение количества накопления кислорода OSAest, вычисленное на этапе S13, меньшим значением, чем оценочное опорное количество накопления Cref. Когда делается оценка, что расчетное значение количества накопления кислорода OSAest меньше, чем оценочное опорное количество накопления Cref, процедура переходит на этап S19, где величина AFC коррекции воздушно-топливного отношения по-прежнему остается бедной установленной величиной AFClean коррекции. С другой стороны, если количество накопления кислорода в катализаторе 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны увеличивается, в конечном итоге, на этапе S18 делается заключение, что расчетное значение количества накопления кислорода OSAest представляет собой оценочное опорное количество накопления Cref или больше, и процедура переходит на этап S20. На этапе S20 величину AFC коррекции воздушно-топливного отношения устанавливают на слабо богатую установленную величину AFCrich коррекции, затем на этапе S21, индикатор бедной конфигурации Fr сбрасывается на 0, и процедура управления завершается.

[0114] Расчет величины F/B коррекции

Обращаясь к фиг. 9, будет пояснен расчет величины F/B коррекции на основе выходного тока Irup датчика 40 воздушно-топливного отношения с впускной стороны. При расчете величины F/B коррекции используются участок преобразования в цифровое значение, образованный средством А7 преобразования в цифровое значение, участок вычисления разности воздушно-топливного отношения, образованный средством А8 вычисления разности воздушно-топливного отношения, и участок вычисления величины F/B коррекции, образованный средством А9 вычисления величины F/B коррекции.

[0115] Средство А7 преобразования в цифровое значение использует выходной ток Irup датчика 40 воздушно-топливного отношения с впускной стороны, и схему или расчетную формулу (например, схему, показанную на фиг. 5), которая определяет взаимосвязь между выходным током Irup датчика 40 воздушно-топливного отношения с впускной стороны и воздушно-топливным отношением, в качестве основы для вычисления воздушно-топливного отношения AFup выхлопного газа с впускной стороны, соответствующего выходному току Irup. Вследствие этого, воздушно-топливное отношение AFup выхлопного газа с впускной стороны соответствует воздушно-топливному отношению выхлопного газа, текущего в катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны.

[0116] Средство А8 вычисления разности воздушно-топливного отношения вычитает целевое воздушно-топливное отношение AFT, вычисленное средством А6 установления целевого воздушно-топливного отношения, из воздушно-топливного отношения AFup выхлопного газа с впускной стороны, вычисленного средством А7 преобразования в цифровое значение, с целью вычисления разности воздушно-топливного отношения DAF (DAF=AFup-AFT). Эта разность воздушно-топливного отношения DAF представляет собой величину, которая выражает избыток/недостаток количества поданного топлива по отношению к целевому воздушно-топливному отношению AFT.

[0117] Средство А9 вычисления величины F/B коррекции обрабатывает разность воздушно-топливного отношения DAF, вычисленную средством А8 вычисления разности воздушно-топливного отношения, путем пропорциональной интегрально-дифференциальной обработки (PID-процессинг), чтобы вычислить величину DFi F/B коррекции с целью компенсации избытка/недостатка количества подачи топлива на основе следующего уравнения (2). Вычисленная таким образом величина DFi F/B коррекции поступает на вход средства A3 вычисления количества впрыска топлива.

[0118]

[0119] Следует отметить, что в вышеприведенном уравнении (2), Kp представляет собой заданный пропорциональный коэффициент (пропорциональная константа), Ki - заданный интегральный коэффициент (интегральная константа), и Kd является заданным дифференциальным коэффициентом (дифференциальная константа). Кроме того, DDAF представляет собой временную производную разности воздушно-топливного отношения DAF, и рассчитывается путем деления разности между только что обновленной разностью воздушно-топливного отношения DAF и ранее обновленной разностью воздушно-топливного отношения DAF на время, соответствующее интервалу обновления. Далее, SDAF представляет собой временной интеграл разности воздушно-топливного отношения DAF. Этот временной интеграл SDAF рассчитывают путем сложения ранее обновленного временного интеграла SDAF и только что обновленной разности воздушно-топливного отношения DAF (SDAF=SDAF+DAF).

[0120] Следует отметить, что в вышеизложенном варианте осуществления воздушно-топливное отношение выхлопного газа, текущего в катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, определяется датчиком 40 воздушно-топливного отношения с впускной стороны. Тем не менее, точность определения воздушно-топливное отношения выхлопного газа, текущего в катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, не обязательно должна быть высокой, и вследствие этого, например, количество впрыска топлива из топливного инжектора 11 и выходной сигнал расходомера 39 могут быть использованы в качестве основы для расчета воздушно-топливного отношения выхлопного газа.

[0121] Таким образом, при управлении нормальным режимом работы путем осуществления такого управления, при котором воздушно-топливное отношение выхлопного газа, поступающего в катализатор очистки выхлопного газа с впускной стороны, повторяющимся образом приводится в состояние богатого воздушно-топливного отношения и в состояние бедного воздушно-топливного отношения, и дополнительно избегается увеличение количества накопления кислорода до достижения области максимального количества, становится возможным удерживать NO_X от истечения. В настоящем варианте осуществления при управлении нормальным режимом работы, управление, обеспечивающее переход воздушно-топливного отношения выхлопного газа, поступающего в катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, на богатое воздушно-топливное отношение, будет именоваться как «богатое управление», когда как управление, обеспечивающее переход воздушно-топливного отношения выхлопного газа, поступающего в катализатор 20 очистки выхлопного газа с впускной стороны, на бедное воздушно-топливное отношение, будет именоваться как «бедное управление». То есть при управлении нормальным режимом работы богатое управление и бедное управление выполняются циклически.

[0122] Объяснение управления обнаружением бедного режима

В этом отношении, в период времени, когда осуществляется управление нормальным режимом работы, иногда происходящее со временем изнашивание катализатора очистки выхлопного газа или осаждение углеводородов, содержащихся в выхлопном газе, или загрязнение серными ингредиентами вызывает снижение способности накапливать кислород. Если способность к накоплению кислорода снижается, иногда внутри катализатора очистки выхлопного газа формируется бедная атмосфера. Например, когда выхлопной газ с бедным воздушно-топливным отношением поступает в катализатор очистки выхлопного газа, иногда кислород не может накапливаться в достаточной степени, и внутри катализатора очистки выхлопного газа формируется бедная атмосфера. В результате, подлежащие удалению NO_X не удаляются в достаточной степени. Если способность к накоплению кислорода катализатора очистки выхлопного газа падает, то способность удаления NO_Xпостоянно снижается.

[0123] С другой стороны, даже если способность к накоплению кислорода катализатора очистки выхлопного газа является достаточной, иногда воздушно-топливное отношение выхлопного газа, поступающего в катализатор очистки выхлопного газа, временно становится выше требуемого воздушно-топливного отношения. Например, при ускорении или замедлении двигателя вместе с изменением требуемой нагрузки, иногда воздушно-топливное отношение во время сгорания топлива в камере сгорания изменяется. Во время колебания воздушно-топливного отношения во время сгорания топлива, иногда нарушение равновесия воздушно-топливного отношения во время сгорания топлива делает воздушно-топливное отношение более бедным, чем требуемое. Если воздушно-топливное отношение в момент сгорания топлива становится более бедным, чем требуемое воздушно-топливное отношение, то воздушно-топливное отношение выхлопного газа, поступающего в катализатор очистки выхлопного газа, становится более бедным, чем требуемое воздушно-топливное отношение. В результате, внутри катализатора очистки выхлопного газа формируется бедная атмосфера, и подлежащие удалению NO_X не удаляются в достаточной степени.

[0124] Если внутри катализатора 20 очистки выхлопного газа формируется бедная атмосфера, то воздушно-топливное отношение выхлопного газа, вытекающего из катализатора 20 очистки выхлопного газа, также становится бедным воздушно-топливным отношением. Таким образом, система управления двигателем внутреннего сгорания, согласно настоящему варианту осуществления, определяет, когда воздушно-топливное отношение выхлопного газа, вытекающего из катализатора 20 очистки выхлопного газа, становится бедным воздушно-топливным отношением в течение периода времени осуществления управления нормальным режимом работы, и осуществляет управление таким образом, чтобы сделать воздушно-топливное отношение выхлопного газа, поступающего в катализатор 20 очистки выхлопного газа, богатым воздушно-топливным отношением, которое является более богатым, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение. В настоящем варианте осуществления, этот управление называется «управлением обнаружением бедного режима». В управлении обнаружением бедного режима, воздушно-топливное отношение выхлопного газа, поступающего в катализатор 20 очистки выхлопного газа, регулируют так, чтобы установить вспомогательное богатое установленное воздушно-топливное отношение.

[0125] В настоящем варианте осуществления, когда воздушно-топливное отношение выхлопного газа, вытекающего из катализатора 20 очистки выхлопного газа, становится равным заранее определенному бедному оценочному воздушно-топливному отношению или больше, делается оценка, что воздушно-топливное отношение выхлопного газа стало бедным воздушно-топливным отношением. В настоящем варианте осуществления бедное оценочное воздушно-топливное отношение предопределено заранее. Для бедного оценочного воздушно-топливного отношения, таким же образом, как и для богатого оценочного воздушно-топливного отношения, учитывая незначительную степень флуктуации воздушно-топливного отношения от стехиометрического воздушно-топливного отношения в течение периода времени работы, представляется возможным применять значение, которое лишь незначительно беднее, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение. В качестве такого бедного оценочного воздушно-топливного отношения, например, может быть применимо значение 14,65. В настоящем варианте осуществления заранее устанавливается бедная оценочная опорная величина Irefx выходного тока датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны, соответствующая бедному оценочному воздушно-топливному отношению.

[0126] На фиг. 11 показана временная диаграмма управления обнаружением бедного режима в случае, когда воздушно-топливное отношение выхлопного газа, вытекающего из катализатора очистки выхлопного газа, становится бедным воздушно-топливным отношением. Фиг. 11 показывает график оценочного значения количества накопления кислорода и оценочного значения количества высвобождения кислорода катализатором 20 очистки выхлопного газа, оцененных посредством ЭБУ 31. Количество высвобождения кислорода показано как отрицательное значение. Чем больше абсолютное значение, тем больше количество высвобождения кислорода, что проиллюстрировано на фигуре. Количество накопления кислорода становится равным нулю, когда воздушно-топливное отношение выхлопного газа, поступающего в катализатор 20 очистки выхлопного газов, переключается из бедного воздушно-топливного отношения на богатое воздушно-топливное отношение. Кроме того, количество высвобождения кислорода становится равным нулю, когда воздушно-топливное отношение выхлопного газа, поступающего в катализатор 20 очистки выхлопного газа, переключается из богатого воздушно-топливного отношения на бедное воздушно-топливное отношение.

[0127] До момента t₃ времени выполняется управление, аналогичное первому управлению нормальным режимом работы (см. фиг. 7). То есть в момент t₂ времени выходной ток Irdwn датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны достигает богатого оценочного опорного значения Iref. В момент t₂ времени величина коррекции воздушно-топливного отношения переключается со слабо богатой установленной величины AFCrich коррекции на бедную установленную величину AFClean коррекции. В момент t₃времени воздушно-топливное отношение выхлопного газа, поступающего в катализатор 20 очистки выхлопного газа, становится бедным воздушно-топливным отношением, в соответствии с бедной установленной величиной AFClean коррекции. С момента t₃ времени количество накопления кислорода в катализаторе 20 очистки выхлопного газа начинает увеличиваться, и выходной ток датчика 41 воздушно-топливного с выпускной стороны повышается к нулю.

[0128] В это время из-за износа катализатора 20 очистки выхлопного газа возникает нарушение равновесия воздушно-топливного отношения во время сгорания и т.п., и независимо от того, достигло ли количество накопления кислорода в катализаторе 20 очистки выхлопного газа оценочного опорного количества Cref накопления или нет, воздушно-топливное отношение выхлопного газа, вытекающего из катализатора 20 очистки выхлопного газа, становится бедным воздушно-топливным отношением. То есть выходной ток Irdwn датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны становится больше нуля. В момент t₁₁ времени выходной ток Irdwn датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны достигает бедной оценочной опорной величины Irefx.

[0129] В момент t₁₁ времени система управления согласно настоящему варианту осуществления определяет, что выходной ток датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны достиг бедной оценочной опорной величины Irefx, и выполняет управление обнаружением бедного режима. Величина коррекции воздушно-топливного отношения изменяется таким образом, что воздушно-топливное отношение выхлопного газа, поступающего в катализатор 20 очистки выхлопного газа, становится вспомогательным богатым установленным воздушно-топливным отношением. Величина коррекции воздушно-топливного отношения переключается с бедной установленной величины AFClean коррекции на вспомогательную богатую установленную величину AFCrichx коррекции. Вспомогательная богатая установленная величина AFCrichx коррекции предварительно определяется. В примере управления, показанном на фиг. 11, вспомогательная богатая установленная величина AFCrichx коррекции устанавливается таким образом, что ее абсолютное значение становится больше, чем слабо богатая установленная величина AFCrich коррекции.

[0130] В момент t₁₂ времени выходной сигнал датчика 40 воздушно-топливного отношения с впускной стороны переключается с бедного воздушно-топливного отношения на богатое воздушно-топливное отношение. В момент t₁₂времени выходной ток Irdwn датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны начинает уменьшаться. Путем переключения воздушно-топливным отношением выхлопного газа, поступающего в катализатор 20 очистки выхлопного газа, на богатое воздушно-топливное отношение данным образом, можно быстро вернуть выходной ток датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны к нулю. То есть можно сделать воздушно-топливное отношение выхлопного газа внутри катализатора 20 очистки выхлопного газа, а также выхлопного газа, выходящего из катализатора 20 очистки выхлопного газа, стехиометрическим воздушно-топливным отношением.

[0131] В примере, показанном на фиг. 11, управление обнаружением бедного режима продолжается до тех пор, пока выходной ток датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны не возвращается к нулю. В момент t₁₃ времени система управления обнаруживает, что выходной ток Irdwn датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны становится равным нулю, и заканчивает управление обнаружением бедного режима. В момент t₁₃ времени величина коррекции воздушно-топливного отношения возвращается к слабо богатой установленной величине AFCrich коррекции, соответствующей воздушно-топливному отношению в богатом управлении при управлении нормальным режимом работы. В момент t₁₄ времени воздушно-топливное отношение выхлопного газа, поступающего в катализатор 20 очистки выхлопного газа, возвращается к слабо богатому воздушно-топливному отношению. В момент t₁₃ времени начинает выполняться вышеупомянутый процесс управления нормальным режимом работы.

[0132] График количества накопления кислорода и количества высвобождения кислорода, как показано на фиг. 11 с помощью штрихпунктирной линии, иллюстрирует случай, когда воздушно-топливное отношение выхлопного газа, вытекающего из катализатора 20 для очистки выхлопного газа, не становится бедным воздушно-топливным отношением. При выполнении управления обнаружением бедного режима, бедное воздушно-топливное отношение переключается на богатое воздушно-топливное отношение в состоянии, когда количество накопления кислорода меньше, чем количество накопления кислорода, накопленное в случае бедного управления при управлении нормальным режимом работы.

[0133] При выполнении управления обнаружением бедного режима в период времени управления нормальным режимом работы, можно быстро вернуться к стехиометрическому воздушно-топливному отношению, и подавить утечку NO_X из катализатора 20 очистки выхлопного газа, когда внутри катализатора 20 очистки выхлопного газа образуется бедная атмосфера.

[0134] В приведенном выше управлении обнаружением бедного режима, вспомогательное богатое установленное воздушно-топливное отношение управления обнаружением бедного режима определено как более богатое, чем богатое установленное воздушно-топливное отношение в случае богатого управления при управлении нормальным режимом работы, но изобретение не ограничивается этим. Вспомогательное богатое установленное воздушно-топливное отношение также может быть таким же, как богатое установленное воздушно-топливное отношение. То есть в качестве управления обнаружением бедного режима, может выполняться управление для переключения из бедного управления на богатое управление при управлении нормальным режимом работы. В последующем описании в качестве управления обнаружением бедного режима, объяснение будет приведено на примере управления для переключения бедного управления на богатое управление при управлении нормальным режимом работы.

[0135] Объяснение управления оценочным опорным уменьшением и управления оценкой неисправности катализатора

В управлении обнаружением бедного режима воздушно-топливное отношение выхлопного газа, поступающего в катализатор 20 очистки выхлопного газа, переключается из бедного воздушно-топливного отношения на богатое воздушно-топливное отношение для подавления утечки NO_X. В связи с этим, когда износ катализатора 20 очистки выхлопного газа, наряду с его старением и т.д., приводит к снижению максимального количества Cmax накопления кислорода в катализаторе 20 очистки выхлопного газа, иногда воздушно-топливное отношение выхлопного газа, вытекающего из катализатора 20 очистки выхлопного газа, становится бедным воздушно-топливным отношением каждый раз при выполнении бедного управления. Поэтому, система управления может осуществить управление оценочным опорным уменьшением для уменьшения оценочного опорного количества накопления в катализаторе очистки выхлопного газа при обнаружении того, что воздушно-топливное отношение выхлопного газа, вытекающего из катализатора очистки выхлопного газа, стало бедным воздушно-топливным отношением в течение периода времени выполнения бедного управления. При выполнении управления оценочным опорным уменьшением, количество кислорода, подаваемого в катализатор 20 очистки выхлопного газа посредством бедного управления (количество накопления кислорода), уменьшается.

[0136] Система управления в случае, когда воздушно-топливное отношение выхлопного газа стало бедным воздушно-топливным отношением, может оценить, что воздушно-топливное отношение выхлопного газа, вытекающего из катализатора 20 очистки выхлопного газа, стало заранее определенным бедным оценочным воздушно-топливным отношением или больше. Для такого бедного оценочного воздушно-топливного отношения, можно использовать оценочное значение, аналогичное бедному оценочному воздушно-топливному отношению для управления обнаружением бедного режима. В настоящем варианте осуществления бедная оценочная опорная величина Irefx выходного тока датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны, соответствующая бедному оценочному воздушно-топливному отношению, устанавливается заранее. Следует отметить, что оценочное значение для оценки того, что воздушно-топливное отношение выхлопного газа стало бедным воздушно-топливным отношением для управления оценочным опорным уменьшением, и оценочное значение для оценки того, что воздушно-топливное отношение выхлопного газа стало бедным воздушно-топливным отношением для управления обнаружением бедного режима, могут отличаться друг от друга.

[0137] В управлении оценочным опорным уменьшением в настоящем варианте осуществления оценочное опорное количество Cref накопления уменьшается на основе числа раз выполнения бедного управления, когда воздушно-топливное отношение выхлопного газа, вытекающего из катализатора очистки выхлопного газа, становится бедным воздушно-топливным отношением.

[0138] На фиг. 12 показана временная диаграмма во втором управлении нормальным режимом работы в настоящем варианте осуществления. Перед выполнением управления оценочным опорным уменьшением заранее устанавливается исходное оценочное опорное количество Cref1 накопления. Кроме того, управление обнаружением бедного режима выполняется, если обнаруживается, что воздушно-топливное отношение выхлопного газа, вытекающего из катализатора 20 очистки выхлопного газа, является бедным воздушно-топливным отношением. Здесь «управление обнаружением бедного режима» переключает бедное управление при управлении нормальным режимом работы на богатое управление без выполнения управления для временной установки чрезвычайно богатого воздушно-топливного отношения.

[0139] Система управления определяет число раз выполнения бедного управления, то есть частоту Nt. Кроме того, система управления определяет число раз, когда воздушно-топливное отношение выхлопного газа, вытекающего из катализатора 20 очистки выхлопного газа, стало бедным воздушно-топливным отношением, то есть число раз Nx бедного определения. В настоящем варианте осуществления, определяется число раз, когда выходной ток Irdwn датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны стал бедной оценочным опорной величиной Irefx или больше.

[0140] Далее, система управления выполняет управление оценочным опорным уменьшением для уменьшения оценочного опорного количества Cref накопления, когда число раз Nx бедного обнаружения достигает оценочного значения CNx числа раз бедного обнаружения до того, как частота Nt достигнет оценочного значения CNt частоты. То есть осуществляется выполнение управления для уменьшения оценочного опорного количества Cref накопления, если число раз, когда воздушно-топливное отношение выхлопного газа, вытекающего из катализатора 20 очистки выхлопного газа, становится бедным воздушно-топливным отношением, определяется как заранее определенное отношение или больше по отношению к число раз выполнения бедного управления.

[0141] До времени t₂₁ времени воздушно-топливное отношение выхлопного газа, вытекающего из катализатора 20 очистки выхлопного газа, не становится бедным воздушно-топливным отношением, и оценочное опорное количество Cref1 накопления поддерживается постоянным. В момент t₂₂ времени выходной ток Irdwn датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны достигает бедной оценочной опорной величины Irefx, и выполняется управление обнаружением бедного режима. Величина коррекции воздушно-топливного отношения изменяется с бедной установленной величины AFClean коррекции на слабо богатую установленную величину AFCrich коррекции.

[0142] Далее, в момент t₂₃ времени, выходной ток Irdwn датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны достигает богатой оценочной опорной величины Iref, и богатое управление переключается на бедное управление. При бедном управлении в это время, воздушно-топливное отношение выхлопного газа, вытекающего из катализатора 20 очистки выхлопного газа, не достигает бедного воздушно-топливного отношения и поддерживается, по существу, на стехиометрическом воздушно-топливном отношении или меньше. В момент t₂₄ времени оценочная величина количества накопления кислорода достигает оценочного опорного количества Cref1 накопления и бедное управление переключается на богатое управление. Управление обнаружением бедного режима не выполняется, и один цикл бедного управления заканчивается.

[0143] Во множестве циклов выполнения бедного управления присутствует комбинация случаев, когда воздушно-топливное отношение выхлопного газа, вытекающего из катализатора 20 очистки выхлопного газа, становится бедным воздушно-топливным отношением, и случаев, когда оно поддерживается на уровне стехиометрического воздушно-топливного отношения или меньше. Система управления увеличивает частоту Nt на 1, если бедное управление осуществляется один раз. Кроме того, система управления увеличивает число раз Nx бедного обнаружения на 1, если бедное воздушно-топливное отношение обнаружено в течение периода времени, в который выполняется один цикл бедного управления. В примере выполнения управления, показанного на фиг. 12, в связи с тем, что бедное управление начинается с момента времени t₂₁, частота Nt изменяется от 0 до 1. Кроме того, число раз Nx бедного обнаружения изменяется с 0 до 1. Из-за того, что бедное управление начинается с момента времени t₂₃, частота Nt изменяется от 1 до 2. С другой стороны, число раз Nx бедного обнаружения поддерживается как есть, на 1.

[0144] При управлении нормальным режимом работы в настоящем варианте осуществления, богатое управление и бедное управление повторяются при определении частоты Nt и числа раз Nx бедного обнаружения. При бедном управлении, начинающемся в моменты t₂₅, t₂₆ и t₂₇ времени, воздушно-топливное отношение выхлопного газа, вытекающего из катализатора 20 очистки выхлопного газа, становится бедным воздушно-топливным отношением. В этих циклах бедного управления, частота Nt и число раз Nx бедного обнаружения увеличиваются.

[0145] В настоящем варианте осуществления оценочное значение CNt частоты, относящееся к частоте Nt выполнения бедного управления, является предварительно установленным. Кроме того, является также предварительно установленным и оценочное значение CNx число раз бедного обнаружения, относящееся к числу раз Nx бедного обнаружения, когда определяется, что воздушно-топливное отношение выхлопного газа, вытекающего из катализатора 20 очистки выхлопного газа, стало бедным воздушно-топливным отношением.

[0146] В бедном управлении, начинающемся с момента t₂₇ времени, в момент t₂₈ времени выходной ток Irdwn датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны достигает бедной оценочной опорной величины Irefx, и выполняется управление обнаружением бедного режима. Число раз Nx бедного обнаружения увеличивается на 1, и достигается оценочное значение CNx числа раз бедного обнаружения. В отличие от этого, частота Nt увеличивается на 1, но остается меньше, чем оценочное значение CNt частоты.

[0147] Система управления определяет, что число раз Nx бедного обнаружения достигает оценочного значения CNx число раз бедного обнаружения до того, как частота Nt достигает оценочного значения CNt частоты. Далее, система управления осуществляет управление для снижения оценочного опорного количества Cref накопления в момент t₂₉ времени. В настоящем варианте осуществления заранее устанавливается величина уменьшения DCL за один раз. Оценочное опорное количество Cref1 накопления изменяется на оценочное опорное количество Cref2 накопления.

[0148] Следует отметить, что, когда частота Nt достигает оценочного значения CNt частоты или число раз Nx бедного обнаружения достигает оценочного значения CNx число раз бедного обнаружения, может быть осуществлено управление для того, чтобы частота Nt и число раз Nx бедного обнаружения стали равны нулю. То есть может выполняться управление для сброса частоты Nt и числа раз Nx бедного обнаружения.

[0149] Посредством уменьшения оценочного опорного количества Cref накопления, количество накопления кислорода в катализаторе 20 очистки выхлопного газа в одном цикле бедного управления, уменьшается. По этой причине, можно уменьшить число раз выполнения управления, когда воздушно-топливное отношение выхлопного газа, вытекающего из катализатора 20 очистки выхлопного газа, становится бедным воздушно-топливным отношением.

[0150] С момента t₂₉ времени, при бедном управлении, начинающемся в момент t₃₁ времени, и бедном управлении, начинающемся в момент t₃₂ времени, в обоих случаях бедного управления, воздушно-топливное отношение выхлопного газа, вытекающего из катализатора 20 очистки выхлопного газа, поддерживается, по существу, на стехиометрическом воздушно-топливном отношении или меньше.

[0151] Если продолжить управление нормальным режимом работы, то износ катализатора 20 очистки выхлопного газа вызывает постепенное уменьшение максимального количества Cmax накопления кислорода. Кроме того, благодаря управлению оценочным опорным уменьшением, оценочное опорное количество Cref накопления может постепенно уменьшаться. К моменту t₃₃ времени после продолжения управления нормальным режимом работы, оно снизилось до оценочного опорного количества Cref3 накопления. Далее, при бедном управлении, начинающемся в момент t₃₃ времени, в момент t₃₄ времени воздушно-топливное отношение выхлопного газа, вытекающего из катализатора 20 очистки выхлопного газа, становится бедным воздушно-топливным отношением.

[0152] При бедном управлении, начиная с момента t₃₅ времени, в момент t₃₆ времени воздушно-топливное отношение выхлопного газа, вытекающего из катализатора 20 очистки выхлопного газа, становится бедным воздушно-топливным отношением, при этом число раз Nx бедного обнаружения увеличивается на 1, и частота Nt увеличивается на 1. В результате, число раз Nx бедного обнаружения достигает оценочного значения CNx числа раз бедного обнаружения. Система управления осуществляет управление для снижения оценочного опорного количества Cref накопления на величину DCL уменьшения в момент t₃₇ времени. Оценочное опорное количество Cref3 накопления изменяется на оценочное опорное количество Cref4 накопления.

[0153] Для выполнения управления нормальным режимом работы в момент t₃₇ времени, повторяется аналогичное управление. В бедном управлении, начинающемся с момента t₄₁ времени, и в бедном управлении, начинающемся с момента t₄₂ времени, количество накопления кислорода достигает оценочного опорного количества Cref4 накопления, и бедное управление переключается на богатое управление.

[0154] Таким образом, во втором управлении нормальным режимом работы при многократном выполнении бедного управления, управление для уменьшения оценочного опорного количества накопления осуществляется тогда, когда бедное воздушно-топливное отношение обнаруживается в заранее определенной доле циклов или больше. Другими словами, при управлении оценочным опорным уменьшением, оценочное опорное количество накопления снижается, если отношение числа раз, когда воздушно-топливное отношение выхлопного газа, вытекающего из катализатора очистки выхлопного газа, стало бедным оценочным воздушно-топливным отношением или больше, к числу раз выполнения бедного управления, становится больше, чем заданное оценочное значение.

[0155] Кроме того, в настоящем варианте осуществления, при выполнении множества циклов бедного управления, если доля циклов, в которых обнаруживалось бедное воздушно-топливное отношение, является меньше, чем заданное оценочное значение доли циклов, то поддерживается оценочное опорное количество накопления. Если частота Nt достигает оценочного значения CNt частоты до того, как число раз Nx бедного обнаружения достигает оценочного значения CNx числа раз бедного обнаружения, оценочное опорное количество Cref накопления поддерживается без изменений.

[0156] При выполнении процесса управления оценочным опорным уменьшением, можно снизить количество накопления кислорода в катализаторе 20 очистки выхлопного газа при переключении из бедного управления на богатое управление. То есть при бедном управлении, можно свести количество кислорода, подаваемое в катализатор 20 очистки выхлопного газа, к величине, меньшей, чем максимальное количество Cmax накопления кислорода, которое снизилось из-за износа катализатора 20 очистки выхлопного газа и т.д. Оценочное опорное количество накопления может быть установлено для обеспечения соответствия изменению максимального количества Cmax накопления кислорода в катализаторе очистки выхлопного газа. В результате катализатор 20 очистки выхлопного газа не накапливает кислород, а возникновение бедной атмосферы внутри катализатора 20 очистки выхлопного газа может быть предотвращено. Становится возможным предотвратить вытекание NO_X из катализатора 20 очистки выхлопного газа.

[0157] В связи с этим, когда способность к накоплению кислорода катализатора 20 очистки выхлопного газа становится меньше по сравнению с заранее определенной величиной способности накапливать кислород, то можно определить, что катализатор 20 очистки выхлопного газа изношен и неисправен. Система управления согласно настоящему варианту осуществления выполняет управление оценкой неисправности катализатора для определения, стал ли катализатор 20 для очистки выхлопного газа неисправен. При повторении управления оценочным опорным уменьшением оценочное опорное количество Cref накопления постепенно снижается. Во втором управлении нормальным режимом работы, когда оценочное опорное количество Cref накопления становится меньше, чем предварительно определенное оценочное значение CCref износа, делается оценка, что катализатор очистки выхлопного газа стал неисправен.

[0158] В примере управления, показанном на фиг. 12, в момент времени t₃₇ оценочное опорное количество Cref накопления уменьшается и становится меньше, чем оценочное значение CCref износа. Система управления обнаруживает, что оценочное опорное количество Cref накопления стало меньше, чем оценочное значение CCref износа, и определяет, что катализатор 20 очистки выхлопного газа является неисправным. Например, система управления включает сигнальную лампочку, находящуюся на приборной панели перед креслом водителя, и указывающую на неисправность катализатора очистки выхлопного газа. Путем включения сигнальной лампочки пользователь может быть проинформирован о неисправности катализатора очистки выхлопного газа, и, таким образом, он может затребовать ремонт катализатора очистки выхлопного газа.

[0159] На фиг. 13 показана блок-схема второго управления нормальным режимом работы по настоящему варианту осуществления. Этапы с S11 по этап S14 аналогичны первому управлению нормальным режимом работы (см. фиг. 10).

[0160] Когда на этапе S14 индикатор Fr бедной конфигурации не равен 0, процедура переходит к этапу S41. То есть когда величина коррекции воздушно-топливного отношения установлена на бедную установленную величину коррекции, и выполняется бедное управление, то процедура переходит к этапу S41. На этапе S41 оценивается, достиг ли выходной ток Irdwn датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны бедной оценочной опорной величины Irefx. То есть определяется, принимает ли воздушно-топливное отношение выхлопного газа, вытекающего из катализатора 20 очистки выхлопного газа, значение меньшее, чем заранее определенное бедное оценочное воздушно-топливное отношение.

[0161] Если на этапе S41 выходной ток Irdwn датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны является бедной оценочной опорной величиной Irefx или больше, то процедура переходит к этапу S42. В этом случае, можно сделать вывод о том, что воздушно-топливное отношение выхлопного газа, вытекающего из катализатора 20 очистки выхлопного газа, представляет собой бедное воздушно-топливное отношение. На этапе S42 выполняется управление для увеличения числа раз Nx бедного обнаружения на 1.

[0162] Далее, на этапе S20 величина AFC коррекции воздушно-топливного отношения изменяется на слабо богатую установленную величину AFCrich коррекции. То есть бедное управление переключается на богатое управление. На этапе S21 индикатор Fr бедной конфигурации изменяется с 1 на 0. Далее, на этапе S43 частота Nt увеличивается на 1.

[0163] С другой стороны, если на этапе S41, выходной ток Irdwn датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны оказывается меньше, чем бедная оценочная опорная величина Irefx, то процедура переходит к этапу S18. На этапе S18 определяют, достигло ли оценочное значение OSAest количества накопления кислорода оценочного опорного количества Cref объема накопления. Когда на этапе S18 оценочное значение OSAest количества накопления кислорода оказывается меньше, чем оценочное опорное количество Cref накопления, то процедура переходит к этапу S19. На этапе S19 величина AFC коррекции воздушно-топливного отношения устанавливается на бедную установленную величину AFCrich коррекции, и в результате, бедное управление продолжает выполняться.

[0164] Если на этапе S18 оценочное значение OSAest количества накопления кислорода представляет собой оценочное опорное количество Cref накопления или больше, то процедура переходит к этапу S20. В этом случае, кислород накапливается до оценочного опорного количества накопления, безотносительно того, достигло ли воздушно-топливное отношение выхлопного газа, вытекающего из катализатора 20 очистки выхлопного газа, бедного оценочного воздушно-топливного отношения или нет. В этом случае, на этапе S20 и этапе S21 бедное управление переключается на богатое управление. Кроме того, на этапе S43 частота Nt увеличивается на 1. Если на этапе S14 индикатор Fr бедной конфигурации равен 0, то процедура аналогична первому управлению нормальным режимом работы, показанному на фиг. 10.

[0165] Таким образом, во втором управлении нормальным режимом работы, определяется число раз выполнения бедного управления, то есть частота Nt, и число раз, когда воздушно-топливное отношение выхлопного газа, вытекающего из катализатора 20 очистки выхлопного газа, становится бедным воздушно-топливным отношением, то есть число раз Nx бедного обнаружения.

[0166] На фиг. 14 показана блок-схема управления для установления оценочного опорного количества накопления и управления для оценки неисправности катализатора очистки выхлопного газа во втором управлении нормальным режимом работы. Процесс управления, показанный на фиг. 14, может, например, выполняться через каждый заранее заданный временной интервал. В качестве альтернативы, процедура может выполняться каждый раз, при завершении бедного управления.

[0167] На этапе S51 считывается текущее значение числа раз Nx бедного обнаружения. На этапе S52 считывается текущее значение частоты Nt. На этапе S53 считывается текущее значение оценочного опорного количества Cref накопления.

[0168] На этапе S54 оценивается, является ли число раз Nx бедного обнаружения оценочным значением CNx числа раз бедного обнаружения или больше. То есть оценивается, достигло ли число раз Nx бедного обнаружения оценочного значения CNx числа раз бедного обнаружения. Когда число раз Nx бедного обнаружения является оценочным значением CNx числа раз бедного обнаружения или больше, процедура переходит к этапу S55. На этапе S55 выполняется управления для уменьшения оценочного опорного количества Cref накопления. В настоящем варианте осуществления изобретения используется заранее заданная величина DCL уменьшения для снижения оценочного опорного количества накопления.

[0169] При этом при повторении управления для уменьшения оценочного опорного количества Cref накопления, оценочное опорное количество накопления стремится быть равным нулю или меньше. Например, оценочное опорное количество накопления может стать отрицательной величиной. В этом отношении, количество накопления кислорода не может стать меньше нуля. В качестве альтернативы, в системе управления согласно настоящему варианту осуществления, если оценочное опорное количество накопления уменьшается до заданного оценочного значения износа, то система управления выполняет управление для уведомления пользователя о неисправности катализатора очистки выхлопного газа. При наличии уведомления для пользователя о неисправности катализатора очистки выхлопного газа, дальнейшее управление для дополнительного снижения оценочного опорного количества накопления не имеет большого значения, так как пользователю предлагается заменить катализатор очистки выхлопного газа и т.д.

[0170] По этой причине, в настоящем варианте осуществления в качестве защитного значения для нижнего предела оценочного опорного количества накопления заранее устанавливается защитное значение нижнего предела количества накопления. Защитное значение нижнего предела количества накопления является значением, которое устанавливается так, что оценочное опорное количество накопления не может становиться меньше, чем защитное значение нижнего предела количества накопления. В качестве альтернативы, минимальное значение диапазона, в котором необходимо установить оценочное опорное количество накопления, представляет собой защитное значение нижнего предела количества накопления.

[0171] На этапе S56 оценивается, является ли оценочное опорное количество Cref накопления, вычисленное на этапе S55, меньше, чем предварительно установленное защитное значение нижнего предела количества накопления. Если на этапе S56 оценочное опорное количество Cref накопления меньше, чем защитное значение нижнего предела количества накопления, то процедура переходит к этапу S57. На этапе S57 в качестве оценочного опорного количества Cref накопления используется защитное значение нижнего предела количества накопления. Если на этапе S56 оценочное опорное количество Cref накопления является защитным значением нижнего предела количества накопления или больше, то применяется оценочное опорное количество Cref накопления на этапе S55.

[0172] Далее, на этапе S60 оценивается, является ли оценочное опорное количество Cref накопления меньше, чем оценочное значение CCref износа. Если на этапе S60 оценочное опорное количество Cref накопления меньше, чем оценочное значение CCref износа, то процедура переходит к этапу S61. На этапе S61 можно судить, что катализатор 20 очистки выхлопного газа является неисправным. Кроме того, система управления включает сигнальную лампочку, показывая, что катализатор 20 очистки выхлопного газа является неисправным.

[0173] Когда на этапе S60 оценочное опорное количество Cref накопления равно оценочному значению CCref износа или больше, то можно сделать вывод, что способность к накоплению кислорода катализатора 20 очистки выхлопного газа находится в пределах допустимого диапазона. Можно сделать вывод о том, что катализатор 20 очистки выхлопного газа является исправным. В этом случае, процедура переходит к этапу S62.

[0174] На этапе S62 число раз Nx бедного обнаружения устанавливается на нуль. Кроме того, на этапе S63 частота Nt устанавливается на нуль. Таким образом, могут быть выполнены управление оценочным опорным уменьшением для уменьшения оценочного опорного количества накопления и управление оценкой неисправности катализатора для оценки износа катализатора очистки выхлопного газа.

[0175] С другой стороны, когда на этапе S54 число раз Nx бедного обнаружения меньше оценочного значения CNx число раз бедного обнаружения, то процедура переходит к этапу S58. На этапе S58 определяют, равна ли частота Nt оценочному значению CNt частоты или больше. То есть оценивается, достигла ли частота Nt оценочного значения CNt частоты. Когда на этапе S58, частота Nt меньше, чем оценочное значение CNt частоты, то это управление заканчивается.

[0176] Если на этапе S58 частота Nt является оценочным значением CNt частоты или больше, то процедура переходит на этап S62. В этом случае, частота Nt достигла оценочного значения CNt частоты до того, как число раз Nx бедного обнаружения достигает оценочного значения CNx число раз бедного обнаружения. Оценочное опорное количество накопления поддерживается на уровне текущего значения, а число раз Nx бедного обнаружения и частота Nt сбрасываются. На этапе S62 число раз Nx бедного обнаружения устанавливается на нуль. Кроме того, на этапе S63 частота Nt устанавливается на нуль.

[0177] Таким образом, система управления согласно настоящему варианту осуществления может уменьшить влияние износа катализатора 20 очистки выхлопного газа и уменьшить оценочное опорное количество накопления. Кроме того, система управления может определить, является ли катализатор 20 очистки выхлопного газа неисправным.

[0178] Управление оценочным опорным уменьшением не ограничивается вышеописанным вариантом осуществления. Процесс выполняется, когда воздушно-топливное отношение выхлопного газа, вытекающего из катализатора очистки выхлопного газа, становится бедным воздушно-топливным отношением. Например, управление оценочным опорным уменьшением может также не определять частоту бедного управления, но выполнять управление для уменьшения оценочного опорного количества накопления, когда число раз бедного обнаружения достигает заданного оценочного значения числа раз. В качестве альтернативы, также возможно уменьшение величины оценочного опорного количества накопления каждый раз при выполнении одного цикла управления обнаружением бедного режима. Кроме того, на самом последнем заданном числе раз выполнения бедного управления, если число раз, когда воздушно-топливное отношение выхлопного газа, вытекающего из катализатора очистки выхлопного газа, является бедным воздушно-топливным отношением, достигает заранее определенного оценочного значения числа раз, управление для уменьшения оценочного опорного количества накопления может быть выполнено.

[0179] Следует отметить, что, когда в течение периода времени выполнения бедного управления, воздушно-топливное отношение выхлопного газа, вытекающего из катализатора 20 очистки выхлопного газа, становится бедным воздушно-топливным отношением, управление для снижения бедного установленного воздушно-топливного отношения может быть выполнено в качестве необязательного варианта. То есть воздушно-топливное отношение выхлопного газа, поступающего в катализатор 20 очистки выхлопного газа при бедном управлении, может быть изменено в богатую сторону. Если катализатор 20 очистки выхлопного газа изнашивается и т.д., то объем кислорода, накопленный в катализаторе 20 очистки выхлопного газа, за единицу времени уменьшается. То есть скорость накопления кислорода падает. Посредством изменения бедного установленного воздушно-топливного отношения в богатую сторону, можно снизить количество кислорода, протекающего в единицу времени, и возможно предотвратить возникновение бедной атмосферы внутри катализатора 20 очистки выхлопного газа. В результате, можно не допустить утечки NO_x из катализатора 20 очистки выхлопного газа.

[0180] Далее, при оценке воздушно-топливного отношения выхлопного газа, вытекающего из катализатора 20 очистки выхлопного газа, иногда выполняется ошибочная оценка из-за колебаний воздушно-топливного отношения во время сгорания и т.д. Альтернативно, если адсорбция углеводородов или серы и т.д. вызывает временное снижение максимального количества накопления кислорода, иногда максимальное количество накопления кислорода восстанавливается. В качестве альтернативы, иногда при выполнении управления оценочным опорным уменьшением величина уменьшения оценочного опорного количества накопления оказывается слишком велика. По этой причине, когда воздушно-топливное отношение выхлопного газа, вытекающего из катализатора 20 очистки выхлопного газа, удерживается на уровне меньшем, чем бедное оценочное воздушно-топливное отношение, в течение периода времени выполнения бедного управления, то также возможно выполнить управление для увеличения оценочного опорного количества накопления. Более того, если воздушно-топливное отношение выхлопного газа, вытекающего из катализатора 20 очистки выхлопного газа, поддерживается на уровне меньшем, чем бедное оценочное воздушно-топливное отношение, в течение периода времени выполнения бедного управления, то при выполнении бедного управления может быть также выполнено управление для изменения бедного установленного воздушно-топливного отношения в бедную сторону.

[0181] Фиг. 15 показывает временную диаграмму третьего управления нормальным режимом работы в настоящем варианте осуществления. В третьем управлении нормальным режимом работы определяется наличие каких-либо отклонений от штатного режима работы катализатора 20 очистки выхлопного газа на основе числа раз выполнения бедного управления и числа раз выполнения управления обнаружением бедного режима без изменения оценочного опорного количества Cref накопления.

[0182] Управление от момента t₂₁ времени до момента t₂₈ времени аналогично второму управлению нормальным режимом работы (см. фиг. 12). В бедном управлении, начиная с момента t₂₇ времени, в момент t₂₈, времени выходной ток Irdwn датчика 41 воздушно-топливного отношения с выпускной стороны достигает бедной оценочной опорной величины Irefx, и выполняется управление обнаружением бедного режима. Число раз Nx бедного обнаружения увеличивается на 1 и достигает оценочного значения CNx числа раз бедного обнаружения. В противоположность этому, частота Nt остается меньше, чем оценочное значение CNt частоты.

[0183] Система управления в момент t₂₉ времени обнаруживает, что число раз Nx бедного обнаружения достигает оценочного значения CNx числа раз бедного обнаружения до того, как частота Nt достигает оценочного значения CNt частоты. Система управления может оценить, что катализатор 20 очистки выхлопного газа изношен и стал неисправен. В момент времени t₂₉ частота Nt и число раз Nx бедного обнаружения сбрасываются на ноль. С момента времени t₅₁ выполняется управление нормальным режимом работы.

[0184] Таким образом, в третьем управлении нормальным режимом работы, на основе отношения числа раз выполнения управления обнаружением бедного режима к числу раз выполнения бедного управления делается оценка, является ли катализатор очистки выхлопного газа неисправным. Более конкретно, делается оценка, что катализатор очистки выхлопного газа является неисправным, если отношение числа раз, когда воздушно-топливное отношение выхлопного газа, вытекающего из катализатора очистки выхлопного газа, стало бедным оценочным воздушно-топливным отношением или больше, к числу раз выполнения бедного управления, становится больше, чем заданное оценочное значение отношения.

[0185] На фиг. 16 показана блок-схема процедуры для управления оценкой неисправности катализатора для оценки того, является ли катализатор очистки выхлопного газа неисправным в третьем управлении нормальным режимом работы согласно настоящему варианту осуществления. Процедура управления, показанная на фиг. 16, может, например, выполняться через каждый заранее заданный временной интервал. В качестве альтернативы, она может выполняться каждый раз, когда завершается один цикл выполнения бедного управления.

[0186] Этапы с S51 по S54 аналогичны второму управлению нормальным режимом работы (см. фиг. 14). Если на этапе S54 число раз Nx бедного обнаружения равно оценочному значению CNx число раз бедного обнаружения или больше, то процедура переходит к этапу S61. На этапе S61 делается заключение, что катализатор 20 очистки выхлопного газа изношен и является неисправным. Далее, на этапе S62 число раз Nx бедного обнаружения устанавливается на нуль. Кроме того, на этапе S63 частота Nt устанавливается на нуль.

[0187] С другой стороны, если на этапе S54 число раз Nx бедного обнаружения меньше оценочного значения CNx числа раз бедного обнаружения, то процедура переходит к этапу S58. На этапе S58 делается оценка, является ли частота Nt равной оценочному значению CNt частоты или больше. Если на этапе S58 частота Nt меньше, чем оценочное значение CNt частоты, то эта процедура управления завершается.

[0188] Если на этапе S58 частота Nt является оценочным значением CNt частоты или больше, то процедура переходит на этап S62. В этом случае, можно судить о том, что катализатор 20 очистки выхлопного газа является исправным. Далее, на этапе S62 и этапе S63 число раз Nx бедного обнаружения и частота Nt сбрасываются на ноль.

[0189] Таким образом, в третьем управлении нормальным режимом работы, можно определить неисправность катализатора очистки выхлопного газа без изменения оценочного опорного количества накопления. Следует отметить, что в приведенной выше процедуре управления, число раз выполнения бедного управления делается равным нулю при достижении заданного оценочного значения числа раз, но настоящее изобретение не ограничивается этим. Заключение может быть также сделано на основе самого последнего заданного числа раз выполнения бедного режима управления. То есть на основании самого последнего заданного числа раз выполнения бедного управления, также можно судить, является ли катализатор очистки выхлопного газа неисправным, если число раз, когда воздушно-топливное отношение выхлопного газа, вытекающего из катализатора очистки выхлопного газа, является бедным воздушно-топливным отношением, достигает заданного оценочного значения числа раз.

[0190] При выполнении бедного управления, согласно настоящему варианту осуществления, воздушно-топливное отношение выхлопного газа, поступающего в катализатор очистки выхлопного газа, делается непрерывно более бедным, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение, но настоящее изобретение не ограничивается этим. Воздушно-топливное отношение выхлопного газа, поступающего в катализатор очистки выхлопного газа, также может быть прерывисто более бедным, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение. Далее, аналогичным образом, при выполнении богатого управления также возможно сделать воздушно-топливное отношение выхлопного газа, поступающего катализатор очистки выхлопного газа, богаче, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение, непрерывно или прерывисто.

[0191] В приведенных выше процессах управления порядок этапов может быть соответствующим образом изменен в пределах диапазона, где функции и действия не изменяются. В указанных выше чертежах одинаковые или соответствующие элементы имеют одинаковые ссылочные обозначения. Следует отметить, что приведенные выше варианты осуществления являются иллюстративными и не ограничивают изобретение. Кроме того, варианты осуществления дополнительно включают в себя изменения в аспектах, показанных в формуле изобретения.

Список ссылочных позиций

[0192] 5. Камера сгорания

11. Топливный инжектор

19. Выпускной коллектор

20. Катализатор очистки выхлопного газа

31. Электронный блок управления

40. Датчик воздушно-топливного отношения с впускной стороны

41. Датчик воздушно-топливного отношения с выпускной стороны.

Реферат

Изобретение относится к системе управления двигателя внутреннего сгорания. Техническим результатом является создание системы управления двигателя внутреннего сгорания, снабженного катализатором очистки выхлопного газа, обладающего способностью накапливать кислород, которая подавляет выпуск NO. Результат достигается тем, что система управления двигателя внутреннего сгорания выполняет управление нормальным режимом работы, включающее в себя бедное управление для установки воздушно-топливного отношения выхлопного газа, поступающего в катализатор очистки выхлопного газа, на бедное воздушно-топливное отношение, и богатое управление для установки воздушно-топливного отношения выхлопного газа, поступающего в катализатор очистки выхлопного газа, на богатое воздушно-топливное отношение. Управление нормальным режимом работы включает в себя управление опорным оцененным уменьшением, которое снижает оценочное опорное количество накопления в бедном управлении, когда в течение периода времени выполнения бедного управления, воздушно-топливное отношение выхлопного газа, вытекающего из катализатора очистки выхлопного газа, становится бедным оценочным воздушно-топливным отношением или больше. Система управления делает оценку, что катализатор очистки выхлопного газа является неисправным, когда оценочное опорное количество накопления становится меньше, чем оценочное значение износа. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 17 ил.

Формула