DE102013202477A1

DE102013202477A1 - Emissionssteuerungssystem für eine brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102013202477A1
Application number: DE102013202477A
Authority: DE
Inventors: Shingo Nakata; Mikiyasu Matsuoka; Hiroki Nogami
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2012-02-17
Filing date: 2013-02-15
Publication date: 2013-08-22
Also published as: US20130213016A1; JP2013170453A; JP5817581B2; US8893473B2

Abstract

Ein Emissionssteuerungssystem für eine Brennkraftmaschine weist einen stromaufwärtigen Sensor (20), der stromaufwärtig eines Katalysators (18) in einer Strömungsrichtung eines Abgases vorgesehen ist, einen stromabwärtigen Sensor (21), der stromabwärtig des Katalysators vorgesehen ist, um ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu erfassen, so dass sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis einem Luft-Kraftstoff-Sollverhältnis bei einer Nebenregelung annähert, und einen Konstantstromzufuhrabschnitt (27) auf, der eine Ausgabecharakteristik des stromabwärtigen Sensors durch Anlegen eines konstanten Stroms an ein Paar Elektroden (33, 34) ändert. Ein Charakteristiksteuerungsabschnitt steuert den Konstantstromzufuhrabschnitt bei der Nebenregelung, um eine Zeiteinstellung einer Magererfassung des stromabwärtigen Sensors vorauseilend zu machen, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fetter ist als das Luft-Kraftstoff-Sollverhältnis, und um eine Zeiteinstellung einer Fetterfassung des stromabwärtigen Sensors vorauseilend zu machen, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis magerer ist als das Luft-Kraftstoff-Sollverhältnis.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Emissionssteuerungssystem für eine Brennkraftmaschine, das einen Katalysator, der zur Reinigung eines Abgases verwendet wird, und Abgassensoren aufweist, die jeweils stromaufwärtig und stromabwärtig des Katalysators in einer Strömungsrichtung des Abgases angeordnet sind.
STAND DER TECHNIK
Üblicherweise weist zum Zweck der Verbesserung eines katalytischen Umwandlungswirkungsgrads eines Katalysators, der zur Reinigung eines Abgases verwendet wird, ein Emissionssteuerungssystem für eine Brennkraftmaschine, Abgassensoren (z. B. einen Luft-/Kraftstoffsensor und einen Sauerstoffsensor) auf, die jeweils stromaufwärtig und stromabwärtig des Katalysators in einer Strömungsrichtung des Abgases angeordnet sind. Die Abgassensoren erfassen ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases oder erfassen, ob das Abgas fett oder mager ist. Das Emissionssteuerungssystem führt eine „Hauptregelung” und eine „Nebenregelung” aus. Bei der Hauptregelung korrigiert das Emissionssteuerungssystem eine Kraftstoffeinspritzmenge auf der Grundlage einer Ausgabe des stromaufwärtigen Abgassensors, so dass ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das stromaufwärtig des Katalysators strömt, gleich wie ein stromaufwärtiges Luft-Kraftstoff-Sollverhältnis wird. Bei der Nebenregelung korrigiert das Emissionssteuerungssystem das stromaufwärtige Luft-Kraftstoff-Sollverhältnis, ein Korrekturausmaß, das bei der Hauptregelung verwendet wird, oder die Kraftstoffeinspritzmenge auf der Grundlage einer Ausgabe des stromabwärtigen Abgassensors, so dass ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das stromabwärtig des Katalysators strömt, gleich wie ein stromabwärtiges Luft-Kraftstoff-Sollverhältnis wird.
Wenn sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases von fett auf mager oder von mager auf fett ändert, kann eine Ausgabeänderung des Abgassensors, wie z. B. eines Sauerstoffsensors, hinter einer Änderung eines tatsächlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases nacheilen. Somit kann der Abgassensor einen Raum zur Verbesserung hinsichtlich seines Erfassungsansprechverhaltens aufweisen.
Zum Beispiel ist, wie in Patentdokument 1 ( JP 8-20414 B2 korrespondierend zu USP 4,741,817 A ) beschrieben ist, zumindest eine einer elektrochemischen Hilfszelle in einem Inneren eines Gassensors zur Erhöhung seines Erfassungsansprechverhaltens aufgenommen (angeordnet).
Um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Abgases, das stromabwärtig des Katalysators strömt, gleichmäßig dem stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Sollverhältnis bei einer Hauptregelung und einer Nebenregelung anzunähern, sind Emissionssteuerungssysteme in dem Patentdokument 2 ( JP 2518247 B2 ) und dem Patentdokument 3 ( JP 3826996 B2 ) offenbart. In dem Patentdokument 2 wird ein Aktualisierungsausmaß einer Konstante, die bei einer Regelung verwendet wird, in Übereinstimmung mit einer Erhöhung einer Differenz zwischen einer Ausgabe eines Abgassensors, der stromabwärtig eines Katalysators angeordnet ist, und einem vorbestimmten Wert korrespondierend zu dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis erhöht. Zusätzlich wird ein Korrekturausmaß eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines Abgases, das stromabwärtig des Katalysators strömt, abhängig von einer Ausgabe eines Abgassensors, der stromaufwärtig des Katalysators angeordnet ist, und der Konstanten, die bei der Regelung verwendet wird, berechnet. In dem Patentdokument 3 wird ein mittlerer Sollwert zwischen einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das durch einen Abgassensor erfasst wird, der stromabwärtig eines Katalysators angeordnet ist, und einem Luft-Kraftstoff-Sollverhältnis stromabwärtig des Katalysators festgelegt. Ein Korrekturausmaß eines stromaufwärtigen Luft-Kraftstoff-Sollverhältnisses wird auf der Grundlage des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, das durch den stromabwärtigen Abgassensor erfasst wird, und des mittleren Sollwerts berechnet.
In dem Patentdokument 1 ist es erforderlich, dass die elektrochemische Hilfszelle in dem Inneren des Gassensors angeordnet ist. Somit ist, wenn die elektrochemische Hilfszelle in einem allgemeinen Gassensor angeordnet ist, der keine elektrochemische Hilfszelle hat, es erforderlich, dass die Struktur des allgemeinen Gassensors außerordentlich geändert wird. Bei der praktischen Verwendung kann es erforderlich sein, dass der Gassensor seine Gestalt außerordentlich ändert, und somit können sich die Herstellkosten des Gassensors erhöhen.
Bei den Emissionssteuerungssystemen, die in den Patentdokumenten 2 und 3 beschrieben sind, wird eine Korrektur des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases, das stromabwärtig des Katalysators strömt, bei der Nebenregelung nicht umgeschaltet, bis der stromabwärtige Abgassensor erfasst, dass ein Umwandlungswirkungsgrad des Katalysators in Bezug auf NOx oder HC niedrig wird (d. h. dass eine Emissionsrate von NOx oder HC hoch ist). Somit kann es schwierig sein, einen Umwandlungswirkungsgrad des Katalysators auf einem hohen Wert (innerhalb eines Reinigungsfensters) zu halten. Daher kann sich eine Emissionsrate eines schädlichen Materials wie z. B. von NOx und HC erhöhen.
ZUSAMMENFASSUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, ein Emissionssteuerungssystem für eine Brennkraftmaschine bereitzustellen, das in der Lage ist, eine Ausgabecharakteristik eines Abgassensors ohne große Designänderung und Kostenerhöhung zu ändern, und das in der Lage ist, eine Dauer zu verlängern, innerhalb der ein Umwandlungswirkungsgrad eines Katalysators hoch ist, während eine Emissionsrate eines schädlichen Materials wie z. B. von NOx und HC reduziert ist.
Gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Offenbarung weist ein Emissionssteuerungssystem für eine Brennkraftmaschine einen Katalysator, einen stromaufwärtigen Abgassensor, einen Hauptregelungsabschnitt, einen stromabwärtigen Abgassensor, einen Nebenregelungsabschnitt, einen Konstantstromzufuhrabschnitt und einen Charakteristiksteuerungsabschnitt auf. Der Katalysator wird zur Reinigung eines Abgases verwendet, das von der Brennkraftmaschine abgegeben wird. Der stromaufwärtige Abgassensor ist stromaufwärtig des Katalysators in einer Strömungsrichtung des Abgases vorgesehen, um ein stromaufwärtiges Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das stromaufwärtig des Katalysators strömt, zu erfassen oder um zu erfassen, ob das Abgas fett oder mager ist. Der Hauptregelungsabschnitt korrigiert eine Kraftstoffeinspritzmenge der Brennkraftmaschine basierend auf einem Ausgabewert des stromaufwärtigen Abgassensors in einer Hauptregelung, so dass das stromaufwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis gleich wie ein stromaufwärtiges Luft-Kraftstoff-Sollverhältnis wird. Der stromabwärtige Abgassensor ist stromabwärtig des Katalysators in der Strömungsrichtung des Abgases vorgesehen, um ein stromabwärtiges Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das stromabwärtig des Katalysators strömt, zu erfassen oder um zu erfassen, ob das Abgas fett oder mager ist. Der stromabwärtige Abgassensor weist ein Sensorelement auf, das ein Paar Elektroden und einen Festelektrolytkörper aufweist, der zwischen dem Paar Elektroden angeordnet ist. Der Nebenregelungsabschnitt korrigiert das stromaufwärtige Luft-Kraftstoff-Sollverhältnis oder die Kraftstdffeinspritzmenge basierend auf einem Ausgabewert des stromabwärtigen Abgassensors in einer Nebenregelung, so dass das stromabwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis gleich wie ein stromabwärtiges Luft-Kraftstoff-Sollverhältnis wird. Der Konstantstromzufuhrabschnitt ändert eine Ausgabecharakteristik des stromabwärtigen Abgassensors durch Anlegen eines konstanten Stroms an dem Paar Elektroden und durch Festlegen einer Fließrichtung des konstanten Stroms zwischen dem Paar Elektroden. Der Charakteristiksteuerungsabschnitt steuert den Konstantstromzufuhrabschnitt. Der Charakteristiksteuerungsabschnitt steuert den Konstantstromzufuhrabschnitt, um den konstanten Strom an dem Paar Elektroden anzulegen, so dass eine Zeiteinstellung einer Magererfassung des stromabwärtigen Abgassensors vorauseilt, wenn das stromabwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis fetter ist als das stromabwärtige Luft-Kraftstoff-Sollverhältnis und wenn der Nebenregelungsabschnitt das stromabwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis derart korrigiert, dass das stromabwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der Nebenregelung magerer wird. Der Charakteristiksteuerungsabschnitt steuert den Konstantstromzufuhrabschnitt, um den konstanten Strom an dem Paar Elektroden anzulegen, so dass eine Zeiteinstellung einer Fetterfassung des stromabwärtigen Abgassensors vorauseilt, wenn das stromabwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis magerer ist als das stromabwärtige Luft-Kraftstoff-Sollverhältnis und wenn der Nebenregelungsabschnitt das stromabwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis derart korrigiert, dass das stromabwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der Nebenregelung fetter wird.
Der Konstantstromzufuhrabschnitt ist in der Lage, die Ausgabecharakteristik des stromabwärtigen Abgassensors durch Anlegen des konstanten Stroms Ics zwischen dem Paar Elektroden zu ändern. Es ist nicht erforderlich, eine elektrochemische Hilfszelle oder dergleichen in einem Inneren des stromabwärtigen Abgassensors anzuordnen. Daher kann die Ausgabecharakteristik des stromabwärtigen Abgassensors ohne große Designänderungen und Kostenerhöhung geändert werden.
Wenn das stromabwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der Nebenregelung auf einen mageren Wert korrigiert wird, wird der konstante Strom angelegt, so dass die Zeiteinstellung der Magererfassung des stromabwärtigen Abgassensors vorauseilt. Somit kann der stromabwärtige Abgassensor aufgrund der Korrektur in der Nebenregelung rasch erfassen, dass das stromabwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis magerer wird (ist) als ein Reinigungsbereich (Reinigungsfenster). Demgemäß kann die Korrektur in der Nebenregelung unmittelbar umgeschaltet werden, so dass das stromabwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf einen fetteren Wert korrigiert wird. Daher kann das stromabwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis gehalten werden oder kann rasch auf einen Wert zurückkehren, der innerhalb des Reinigungsbereichs liegt. Als Ergebnis kann die Verringerung eines Umwandlungswirkungsgrads des Katalysators in Bezug auf NOx begrenzt (verhindert) werden.
Andererseits wird, wenn das stromabwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf einen fetteren Wert bei der Nebenregelung korrigiert wird, der konstante Strom angelegt, so dass die Zeiteinstellung der Fetterfassung des stromabwärtigen Abgassensors vorauseilt. Somit kann der stromabwärtige Abgassensor aufgrund der Korrektur in der Nebenregelung rasch erfassen, dass das stromabwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis fetter wird (ist) als der Reinigungsbereich. Demgemäß kann die Korrektur in der Nebenregelung unmittelbar umgeschaltet werden, so dass das stromabwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf einen mageren Wert korrigiert wird. Daher kann das stromabwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis gehalten werden oder kann rasch auf einen Wert zurückkehren, der innerhalb des Reinigungsbereichs liegt. Als Ergebnis kann die Verringerung eines Umwandlungswirkungsgrads des Katalysators in Bezug auf HC begrenzt (verhindert) werden.
Durch wiederholtes Ausführen des vorstehend beschriebenen Prozesses kann die Korrektur der Nebenregelung umgeschaltet werden, bevor sich der Umwandlungswirkungsgrad des stromaufwärtigen Katalysators 18 verringert, oder zu einer Zeit, wenn eine Verringerung des Umwandlungswirkungsgrads des stromaufwärtigen Katalysators 18 beginnt. Folglich ist eine Dauer, innerhalb der der Umwandlungswirkungsgrad des stromaufwärtigen Katalysators 18 hoch ist (d. h. eine Dauer, innerhalb der das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das in dem stromaufwärtigen Katalysator 18 strömt, innerhalb des Reinigungsbereichs liegt), verlängert werden. Daher können die Emissionsraten in Bezug auf das schädliche Material wie z. B. NOx und HC reduziert werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Offenbarung kann gemeinsam mit ihren zusätzlichen Aufgaben, Merkmalen und Vorteilen am besten aus der nachstehenden Beschreibung, den angefügten Ansprüchen und den beigefügten Zeichnungen verstanden werden. In den Zeichnungen ist Folgendes dargestellt:
1 ist eine schematische Ansicht, die ein Emissionssteuerungssystem gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung zeigt;
2 ist eine schematische Ansicht, die eine Schnittansicht eines Sensorelements, eine Konstantstromschaltung und einen Mikrorechner des Emissionssteuerungssystems gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
3 ist ein Diagramm, das ein Verhältnis zwischen einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis (Luft-Kraftstoff-Äquivalenzverhältnis λ) eines Abgases und einer elektromotorischen Kraft, die durch das Sensorelement erzeugt wird, gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
4A ist eine schematische Ansicht, die einen Zustand von Komponenten des Abgases um das Sensorelement herum zeigt, wenn sich ein tatsächliches Luft-Kraftstoff-Verhältnis von fett auf mager ändert, gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
4B ist eine schematische Ansicht, die einen Zustand von Komponenten des Abgases um das Sensorelement herum zeigt, wenn sich ein tatsächliches Luft-Kraftstoff-Verhältnis von mager auf fett ändert, gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
5 ist ein Zeitdiagramm, das ein Verhalten einer Sensorausgabe in Übereinstimmung mit einer Änderung des tatsächlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in einem Fall, in dem kein konstanter Strom an das Sensorelement angelegt wird, gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
6A ist eine schematische Ansicht, die einen Zustand der Komponenten des Abgases um das Sensorelement herum zeigt, wenn sich das tatsächliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis von fett auf mager ändert, und die eine Fließrichtung in dem Sensorelement zeigt, wenn ein Mageransprechverhalten des Sensorelements erhöht wird, gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
6B ist eine schematische Ansicht, die einen Zustand der Komponenten des Abgases um das Sensorelement herum zeigt, wenn sich das tatsächliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis von mager auf fett ändert, und die eine Fließrichtung in dem Sensorelement zeigt, wenn ein Fettansprechverhalten des Sensorelements erhöht wird, gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;;
7 ist ein Diagramm, das ein Verhältnis zwischen dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis (Luft-Kraftstoff-Äquivalenzverhältnis λ) des Abgases und der elektromotorischen Kraft, die durch das Sensorelement erzeugt wird, gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
8 ist ein Zeitdiagramm, das Änderungen einer Ausgabe eines Sauerstoffsensors, eines Korrekturausmaßes in der Nebenregelung und eines konstanten Stroms Ics gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
9 ist ein Ablaufschaubild, das einen Steuerungsprozess einer Charakteristiksteuerungsroutine gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
10 ist ein Zeitdiagramm, das Änderungen einer Ausgabe eines Sauerstoffsensors, eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in einem stromaufwärtigen Katalysator, eine Emissionsrate von NOx und eine Emissionsrate von HC gemäß einem Vergleichsbeispiel zeigt;
11 ist ein Zeitdiagramm, das Änderungen einer Ausgabe eines Sauerstoffsensors, eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in einem stromaufwärtigen Katalysator, eine Emissionsrate von NOx und eine Emissionsrate von HC gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
12 ist ein Zeitdiagramm, das Änderungen einer Ausgabe eines Sauerstoffsensors, eines Korrekturausmaßes in einer Nebenregelung und eines konstanten Stroms Ics gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung zeigt;
13 ist ein Zeitdiagramm, das Änderungen einer Ausgabe eines Sauerstoffsensors, eines Korrekturausmaßes in einer Nebenregelung und eines konstanten Stroms Ics gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung zeigt;
14 ist ein Zeitdiagramm, das Änderungen einer Ausgabe eines Sauerstoffsensors, eines Korrekturausmaßes in einer Nebenregelung und eines konstanten Stroms Ics gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung zeigt; und
15 ist ein Ablaufschaubild, das einen Steuerungsprozess einer Charakteristiksteuerungsroutine gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel zeigt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung sind nachstehend in Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. In den Ausführungsbeispielen kann ein Teil bzw. Element, der bzw. das jenem entspricht, das in dem vorausgegangen Ausführungsbeispiel beschrieben ist, mit dem gleichen Bezugszeichen bezeichnet werden und kann dessen redundante Erläuterung für den Teil bzw. das Element weggelassen werden. Wenn nur ein Teil einer Gestaltung in dem Ausführungsbeispiel beschrieben ist, kann ein anderes vorausgegangenes Ausführungsbeispiel für die anderen Teile der Gestaltung angewandt werden. Die Teile können miteinander kombiniert werden, selbst wenn es nicht explizit beschrieben ist, dass die Teile kombiniert werden können. Die Ausführungsbeispiele können teilweise miteinander kombiniert werden, selbst wenn es nicht explizit beschrieben ist, dass die Ausführungsbeispiele kombiniert werden können, vorausgesetzt dass es keine Einschränkung bei der Kombination gibt.
(Erstes Ausführungsbeispiel)
Ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung ist in Bezug auf 1 bis 11 beschrieben. Zunächst ist ein Emissionssteuerungssystem 1 des vorliegenden Ausführungsbeispiels in Bezug auf 1 beschrieben. Das Emissionssteuerungssystem 1 weist einen Verbrennungsmotor 11 (Brennkraftmaschine), eine Einlassleitung 12, durch die eine Einlassluft strömt, um in die Brennkraftmaschine 11 angesaugt zu werden, eine Drosselklappe 13, die in der Einlassleitung 12 vorgesehen ist, und einen Drosselsensor 14 auf, der in der Einlassleitung 12 vorgesehen ist. Ein Öffnungsgrad (Drosselöffnungsgrad) der Drosselklappe 13 wird mittels eines Motors oder dergleichen eingestellt und der Drosselsensor 14 erfasst den Drosselöffnungsgrad der Drosselklappe 13. Die Brennkraftmaschine 11 weist Kraftstoffeinspritzventile 15, die entsprechend an Zylindern der Brennkraftmaschine 11 angebracht sind, um einen Kraftstoff in die Zylinder oder in Einlassanschlüsse der Zylinder einzuspritzen, und Zündkerzen 16 auf, die in dem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine 11 benachbart zu den jeweiligen Zylindern vorgesehen sind. Die Zündkerzen 16 erzeugen einen elektrischen Funken, um ein Luft-Kraftstoff-Gemisch in den Zylindern zu zünden.
Das Emissionssteuerungssystem 1 weist des Weiteren eine Auslassleitung 17, durch die ein Abgas, das von der Brennkraftmaschine 11 abgegeben wird, hindurchtritt, einen stromaufwärtigen Katalysator 18 (Reinigungskatalysator), der in der Auslassleitung 17 vorgesehen ist, einen stromabwärtigen Katalysator 19, der stromabwärtig des stromaufwärtigen Katalysators 18 in einer Strömungsrichtung des Abgases in der Auslassleitung 17 angeordnet ist, einen A/F-Sensor 20 (A/F-Linearsensor), der stromaufwärtig des stromaufwärtigen Katalysators 18 in der Abgasströmungsrichtung in der Auslassleitung 17 angeordnet ist, und einen Sauerstoffsensor 21 (O₂-Sensor, stromabwärtiger Abgassensor) auf, der stromabwärtig des stromaufwärtigen Katalysators 18, d. h. zwischen dem stromaufwärtigen Katalysator 18 und dem stromabwärtigen Katalysator 19, in der Abgasströmungsrichtung in der Auslassleitung 17 angeordnet ist. Der stromaufwärtige Katalysator 18 und der stromabwärtige Katalysator 19 sind z. B. Dreiwege-Katalysatoren, die Substanzen (schädliche Materialien) wie z. B. Kohlenstoffmonoxid (CO), Kohlenwasserstoff (HC) und Stickstoffoxide (NOx), die in dem Abgas beinhaltet sind, reinigen. Der A/F-Sensor 20 gibt ein Linearsignal abhängig von einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases aus. Der Sauerstoffsensor 21 gibt eine Spannung (Signalwert) aus, die (der) sich abhängig davon ändert, ob das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases höher oder niedriger ist als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis, in anderen Worten, ob das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett oder mager ist. Wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis höher ist als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis, kann ausgesagt werden, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis mager ist. Wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis niedriger ist als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis, kann ausgesagt werden, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett ist. Der A/F-Sensor 20 kann als ein Beispiel eines stromaufwärtigen Abgassensors, der stromaufwärtig des stromaufwärtigen Katalysators 18 vorgesehen ist, verwendet werden und der Sauerstoffsensor 21 kann als ein Beispiel eines stromabwärtigen Abgassensors, der stromabwärtig des stromaufwärtigen Katalysators 18 vorgesehen ist, verwendet werden.
Zusätzlich weist das Emissionssteuerungssystem 1 verschiedenen Sensoren, wie einen Kurbelsensor 22, der ein Impulssignal bei jedem vorbestimmten Drehwinkel (d. h. Kurbelwinkel) einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 11 ausgibt, einen Einlasssensor 23, der eine Einlassluftmenge erfasst, die in die Brennkraftmaschine 11 angesaugt wird, und einen Kühlmitteltemperatursensor 24 auf, der eine Temperatur eines Kühlmittels für die Brennkraftmaschine 11 erfasst. Der Drehwinkel der Kurbelwelle und eine Drehzahl der Brennkraftmaschine 11 werden auf der Grundlage des Signals, das von dem Kurbelsensor 22 ausgegeben wird, bestimmt.
Ausgaben der vorstehend beschriebenen verschiedenen Sensoren werden zu einer elektronischen Steuerungseinheit (ECU) 25 eingegeben. Die ECU 25 weist einen Mikrorechner 26 auf, der in 2 gezeigt ist, und führt eine Vielzahl von Brennkraftmaschinensteuerungsprogrammen aus, die in einem Festwertspeicher (ROM) gespeichert sind, der in dem Mikrorechner beinhaltet ist, so dass die ECU 25 z. B. eine Kraftstoffeinspritzmenge, eine Zündzeitabstimmung und den Drosselgrad (Einlassluftmenge) basierend auf einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine 11 steuert.
Wenn eine vorbestimmte Regelungsbedingung erfüllt ist, führt die ECU 25 eine Hauptregelung und eine Nebenregelung (Neben-F-B-Steuerung, Nebenfeedbacksteuerung) aus. In der Hauptregelung wird ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis (Kraftstoffeinspritzmenge) des Abgases, das stromaufwärtig des stromaufwärtigen Katalysators 18 strömt, auf der Grundlage einer Ausgabe des A/F-Sensors 20 (stromaufwärtiger Abgassensor) korrigiert, so dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das stromaufwärtig des stromaufwärtigen Katalysators 18 strömt, gleich wie ein stromaufwärtiges Luft-Kraftstoff-Sollverhältnis wird. In der Nebenregelung korrigiert die ECU 25 das stromaufwärtige Luft-Kraftstoff-Sollverhältnis, das in der Hauptregelung verwendet wird, auf der Grundlage einer Ausgabe von dem Sauerstoffsensor 21 (stromabwärtiger Abgassensor), so dass ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das stromabwärtig des stromaufwärtigen Katalysators 18 strömt, gleich wie ein stromabwärtiges Luft-Kraftstoff-Sollverhältnis wird, oder korrigiert die ECU 25 ein Korrekturausmaß der Hauptregelung oder die Kraftstoffeinspritzmenge. Ein Abschnitt der ECU 25, der die Hauptregelung ausführt, kann als ein Beispiel eines Hauptregelungsabschnitts verwendet werden, der die Hauptregelung ausführt. Ein Abschnitt der ECU 25, der die Nebenregelung ausführt, kann als ein Beispiel eines Nebenregelungsabschnitts verwendet werden, der die Nebenregelung ausführt.
Nachstehend ist der Sauerstoffsensor 21 basierend auf 2 beschrieben. Der Sauerstoffsensor 21 weist ein Sensorelement 31 mit einer becherartigen Form auf. Das Sensorelement 31 ist in einem Gehäuse oder in einem Elementgehäuse aufgenommen und ist in der Auslassleitung 17 angeordnet, die mit der Brennkraftmaschine 11 verbunden ist.
Das Sensorelement 31 hat eine becherartige Form in einer Querschnittsfläche, wie in 2 gezeigt ist. Das Sensorelement 31 weist eine Festelektrolytschicht 32 (Festelektrolytkörper), eine Abgaselektrodenschicht 33, die an einem Außenumfang der Festelektrolytschicht 32 vorgesehen ist, und eine Atmosphärenelektrodenschicht 34 auf, die an einem Innenumfang der Festelektrolytschicht 32 vorgesehen ist. Die Festelektrolytschicht 32 ist z. B. aus einem Oxidsinterkörper mit einer Sauerstoffionenleitfähigkeit hergestellt. Der Oxidsinterkörper ist eine feste Lösung, in der ein gelöster Stoff wie z. B. CaO, MgO, Y₂O₃ oder Yb₂O₃ als ein Stabilisierungsmittel in einem Lösemittel wie z. B. ZrO₂, HfO₂, ThO₂ oder Bi₂O₃ gelöst ist. Die Elektrodenschichten 33 und 34 sind aus einem Edelmetall, das eine ausgezeichnete katalytische Aktivität aufweist, wie z. B. Platin hergestellt und sind durch ein chemisches Plattierungsverfahren mit einem porösen Material beschichtet. Diese Elektrodenschichten 33 und 34 werden als ein Beispiel eines Paars Elektroden (Elektrodenpaars, Sensorelektroden) verwendet, die zueinander gegenüberliegend sind. Das Sensorelement 31 weist des Weiteren einen Atmosphärenraum 35, der durch die Atmosphärenelektrodenschicht 34 umgeben ist, und ein Heizelement 36 auf, das in dem Atmosphärenraum 35 aufgenommen ist. Das Heizelement 36 hat ein Heizvermögen, das ausreichend ist, um das Sensorelement 31 zu aktivieren, und das Sensorelement 31 wird dadurch als ein Ganzes durch die Heizenergie, die durch das Heizelement 36 erzeugt wird, geheizt (erwärmt). Eine Aktivierungstemperatur des Sauerstoffsensors 21 reicht z. B. von 350°C bis 400°C. Zu dem Atmosphärenraum 35 wird von einer Atmosphäre Luft eingebracht, so dass eine Sauerstoffkonzentration in dem Atmosphärenraum 35 auf einen vorbestimmten Grad gehalten wird.
Das Abgas strömt an einer Außenseite der Festelektrolytschicht 32 des Sensorelements 31, in anderen Worten ist die Abgaselektrolytschicht 33 zu dem Abgas freiliegend. Die Luft, die von der Atmosphäre in das Sensorelement 31 eingebracht wird, wird an einer Innenseite der Festelektrolytschicht 32 eingefangen, in anderen Worten liegt die Atmosphärenelektrodenschicht 34 zu der eingebrachten Luft frei. Infolgedessen wird eine elektromotorische Kraft zwischen den Elektrodenschichten 33 und 34 abhängig von einer Differenz einer Sauerstoffkonzentration (Sauerstoffpartialdruck) zwischen dem Abgas und der eingebrachten Luft erzeugt. Infolgedessen erzeugt das Sensorelement 31 eine elektromotorische Kraft, die sich abhängig davon ändert, ob das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases fett oder mager ist. Demgemäß gibt der Sauerstoffsensor 21 ein Signal der elektromotorischen Kraft abhängig von der Sauerstoffkonzentration (d. h. Luft-Kraftstoff-Verhältnis) des Abgases aus.
Wie in 3 gezeigt ist, erzeugt das Sensorelement 31 eine elektromotorische Kraft (Spannung), die sich abhängig davon ändert, ob das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases größer oder kleiner ist als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis, d. h. ob das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases mager oder fett ist. In 3 ist, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases gleich wie das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, ein Luft-Kraftstoff-Äquivalenzverhältnis λ gleich 1. Das Sensorelement 31 hat eine derartige Charakteristik, dass die elektromotorische Kraft, die durch das Sensorelement 31 erzeugt wird, sich nahe des stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses drastisch ändert, bei dem das Luft-Kraftstoff-Äquivalenzverhältnis λ gleich 1 ist. Das Sensorelement 31 erzeugt eine fette elektromotorische Kraft, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett ist, und das Sensorelement 31 erzeugt eine magere elektromotorische Kraft, die sich von der fetten elektromotorischen Kraft in einem Spannungswert unterscheidet, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis mager ist. Zum Beispiel beträgt die fette elektromotorische Kraft ungefähr 0,9 V und beträgt die magere elektromotorische Kraft ungefähr 0 V. Alternativ kann die fette elektromotorische Kraft niedriger festgelegt sein als die magere elektromotorische Kraft.
Wie in 2 gezeigt ist, ist die Abgaselektrodenschicht 33 des Sensorelements 31 geerdet und ist die Atmosphärenelektrodenschicht 34 mit dem Mikrorechner 26 verbunden. Wenn das Sensorelement 31 eine elektromotorische Kraft abhängig von einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis (d. h. Sauerstoffkonzentration) des Abgases erzeugt, wird ein Erfassungssignal korrespondierend zu der erzeugten elektromotorischen Kraft zu dem Mikrorechner 26 ausgegeben. Der Mikrorechner 26 ist z. B. in der ECU 25 vorgesehen und berechnet das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases auf der Grundlage des Erfassungssignals. Der Mikrorechner 26 kann eine Drehzahl der Brennkraftmaschine 11 oder eine Einlassluftmenge auf der Grundlage der Erfassungsergebnisse der vorstehend beschriebenen verschiedenen Sensoren berechnen.
Wenn die Brennkraftmaschine 11 betrieben wird, kann ein tatsächliches Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases wiederholt zwischen fett und mager hin und her wechseln. In einem derartigen Fall kann, wenn das Erfassungsansprechverhalten des Sauerstoffsensors 21 niedrig ist, eine Leistung der Brennkraftmaschine 11 beeinflusst werden. Zum Beispiel kann bei einem Hochlastbetrieb der Brennkraftmaschine 11 eine Menge an NOx in dem Abgas größer werden als erwartet.
Das Erfassungsansprechverhalten des Sauerstoffsensors 21 in einem Fall, in dem sich das tatsächlich Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases von fett auf mager oder von mager auf fett ändert, ist nachstehend beschrieben. Wenn sich das tatsächliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das von der Brennkraftmaschine 11 abgegeben wird (d. h. das tatsächliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das stromabwärtig des stromaufwärtigen Katalysators 18 strömt) von fett auf mager oder von mager auf fett ändert, ändert sich die Komponentenzusammensetzung des Abgases. Komponenten des Abgases, das um den Sauerstoffsensor 21 unmittelbar vor der Änderung des tatsächlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses herumströmt, können an dem Sauerstoffsensor 21 unmittelbar nach der Änderung des tatsächlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses verbleiben. Die Ausgabe des Sauerstoffsensors 21 ändert sich in Übereinstimmung mit der Änderung des tatsächlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses. Daher können die verbleibenden Komponenten an dem Sauerstoffsensor 21 die Ausgabeänderung des Sauerstoffsensors 21 zu einer Verzögerungsseite hin bewirken. In anderen Worten kann sich das Erfassungsansprechverhalten des Sauerstoffsensors 21 verringern. Insbesondere verbleibt, unmittelbar nachdem sich das tatsächliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis von fett auf mager ändert, wie in 4A gezeigt ist, eine fette Komponente wie z. B. HC an der Abgaselektrodenschicht 33 und stört eine Reaktion einer mageren Komponente wie z. B. NOx. Als Ergebnis kann sich ein Erfassungsansprechverhalten des Sauerstoffsensors 21 verringern, wenn sich das tatsächliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis von fett auf mager ändert. Unmittelbar nachdem sich das tatsächliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis von mager auf fett ändert, wie in 4B gezeigt ist, verbleibt die magere Komponente wie z. B. NOx an der Abgaselektrodenschicht 33 und stört eine Reaktion der fetten Komponente wie z. B. HC. Als Ergebnis kann sich das Erfassungsansprechverhalten des Sauerstoffsensors 21 verringern, auch wenn sich das tatsächliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis von mager auf fett ändert.
Die Ausgabeänderung des Sauerstoffsensors 21 in einem Fall, in dem ein konstanter Strom Ics, der nachstehend beschrieben ist, nicht an dem Sensorelement 31 angelegt wird, ist nachstehend in Bezug auf 5 beschrieben. Wenn das tatsächliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis zwischen fett und mager hin und her wechselt, wechselt eine Ausgabe (Sensorausgabe) des Sauerstoffsensors 21 zwischen der fetten elektromotorischen Kraft (z. B. 0,9 V) und der mageren elektromotorischen Kraft (z. B. 0 V) in Übereinstimmung mit dem Wechsel des tatsächlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses. In diesem Fall läuft die Änderung der Sensorausgabe hinter der Änderung des tatsächlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses nach. Wie in 5 gezeigt ist, wenn sich das tatsächliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis von fett auf mager ändert, ändert sich die Sensorausgabe des Sauerstoffsensors 21 nach der Änderung des tatsächlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses verspätet um eine Zeit TD1. Wenn sich das tatsächliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis von mager auf fett ändert, ändert sich die Sensorausgabe des Sauerstoffsensors 21 nach der Änderung des tatsächlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses verspätet um eine Zeit TD2.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist, wie in 2 gezeigt ist, eine Konstantstromschaltung 27 mit der Atmosphärenelektrodenschicht 34 verbunden. Die Konstantstromschaltung 27 kann als ein Beispiel eines Konstantstromzufuhrabschnitts verwendet werden, der einen konstanten Strom an die Elektrodenschichten 33 und 34 anlegt und eine Fließrichtung des konstanten Stroms zwischen den Elektrodenschichten 33 und 34 festlegt. Der Mikrorechner 26 steuert die Konstantstromschaltung 27, um einen konstanten Strom Ics zu der Abgaselektrodenschicht 33 und der Atmosphärenelektrodenschicht 34 zuzuführen, so dass der konstante Strom Ics in einer vorbestimmten Richtung zwischen den Elektrodenschichten 33, 34 fließt. Demgemäß ändert die Konstantstromschaltung 27 eine Ausgabecharakteristik des Sauerstoffsensors 21 derart, dass sich das Erfassungsansprechverhalten des Sauerstoffsensors 21 ändert. Der Mikrorechner 26 bestimmt eine Fließrichtung und eine Fließrate des konstanten Stroms Ics, der zwischen den Elektrodenschichten 33, 34 fließt, und der Mikrorechner 26 steuert die Konstantstromschaltung 27, so dass der konstante Strom Ics in der bestimmten Fließrichtung und mit der bestimmten Fließrate strömt.
Die Konstantstromschaltung 27 führt den konstanten Strom Ics mit einem positiven Wert oder einem negativen Wert zu der Atmosphärenelektrodenschicht 34 zu und ist in der Lage, den konstanten Strom Ics variabel einzustellen. In anderen Worten steuert der Mikrorechner 26 den konstanten Strom Ics durch eine Impulsweitenmodulationssteuerung (PMW-Steuerung) in einer variablen Weise. In der Konstantstromschaltung 27 wird der konstante Strom Ics abhängig von einem Einschaltdauersignal, das von dem Mikrorechner 26 ausgegeben wird, eingestellt und wird der eingestellte konstante Strom Ics zu der Abgaselektrodenschicht 33 und der Atmosphärenelektrodenschicht 34 zugeführt.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der konstante Strom Ics, der von der Abgaselektrodenschicht 33 zu der Atmosphärenelektrodenschicht 34 fließt, als ein negativer konstanter Strom (–Ics) definiert und ist der konstante Strom Ics, der von der Atmosphärenelektrodenschicht 34 zu der Abgaselektrodenschicht 33 fließt, als ein positiver konstanter Strom (+Ics) definiert.
Wenn das Erfassungsansprechverhalten des Sauerstoffsensors 21 in einem Fall erhöht wird, in dem sich das tatsächliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis von fett auf mager ändert, in anderen Worten, wenn eine Magerempfindlichkeit des Sauerstoffsensors 21 erhöht wird, gibt die Konstantstromschaltung 27 den negativen konstanten Strom (–Ics) aus, so dass Sauerstoff von der Atmosphärenelektrodenschicht 34 zu der Abgaselektrodenschicht 33 durch die Festelektrolytschicht 32 zugeführt wird, wie in 6A gezeigt ist. Die Zufuhr von Sauerstoff von der Atmosphärenelektrodenschicht 34 zu der Abgaselektrodenschicht 33 unterstützt eine Oxidationsreaktion der fetten Komponente (z. B. HC), die an der Abgaselektrodenschichten 33 vorliegt (verbleibt). Infolgedessen kann die fette Komponente von der Abgaselektrodenschicht 33 rasch entfernt werden. Demgemäß kann die magere Komponente (z. B. NOx) einfach an der Abgaselektrodenschicht 33 reagieren und kann das Erfassungsansprechverhalten des Sauerstoffsensors 21 erhöht werden, wenn sich das tatsächliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis von fett auf mager ändert. In anderen Worten wird ein Mageransprechverhalten (Magerempfindlichkeit) des Sauerstoffsensors 21 erhöht. Das Mageransprechverhalten des Sauerstoffsensors 21 ist das Erfassungsansprechverhalten des Sauerstoffsensors 21 in Bezug auf ein mageres Gas, das ein Abgas ist, das ein tatsächliches Luft-Kraftstoff-Verhältnis hat, das magerer (d. h. höher) ist als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis.
Wenn das Erfassungsansprechverhalten des Sauerstoffsensors 21 in einem Fall erhöht wird, in dem sich das tatsächliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis von mager auf fett ändert, in anderen Worten, wenn eine Fettempfindlichkeit des Sauerstoffsensors 21 erhöht wird, gibt die Konstantstromschaltung 27 den positiven konstanten Strom (+Ics) aus, so dass Sauerstoff von der Abgaselektrodenschicht 33 zu der Atmosphärenelektrodenschicht 34 durch die Festelektrolytschicht 32 zugeführt wird, wie in 6B gezeigt ist. Die Zufuhr von Sauerstoff von der Abgaselektrodenschicht 33 zu der Atmosphärenelektrodenschicht 34 unterstützt eine Reduktionsreaktion der mageren Komponente (z. B. NOx), die an der Abgaselektrodenschicht 33 vorliegt (verbleibt). Infolgedessen kann die magere Komponente von der Abgaselektrodenschicht 33 rasch entfernt werden. Demgemäß kann die fette Komponente (z. B. HC) einfach an der Abgaselektrodenschicht 33 reagieren und kann das Erfassungsansprechverhalten des Sauerstoffsensors 21 erhöht werden, wenn sich das tatsächliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis von mager auf fett ändert. In anderen Worten wird ein Fettansprechverhalten (Fettempfindlichkeit) des Sauerstoffsensors 21 erhöht. Das Fettansprechverhalten des Sauerstoffsensors 21 ist das Erfassungsansprechverhalten des Sauerstoffsensors 21 in Bezug auf ein fettes Gas, das ein Abgas ist, das ein tatsächliches Luft-Kraftstoff-Verhältnis hat, das fetter (d. h. niedriger) als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist.
7 zeigt die Ausgabecharakteristik (Charakteristik der elektromotorischen Kraft) des Sauerstoffsensors 21. Die Kurve (a), die in 7 gezeigt ist, ist eine Ausgabecharakteristiklinie des Sauerstoffsensors 21, wenn das Mageransprechverhalten (Magerempfindlichkeit) in einem Fall erhöht wird, in dem sich das tatsächliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis von fett auf mager ändert. Die Kurve (b), die in 7 gezeigt ist, ist eine Ausgabecharakteristiklinie des Sauerstoffsensors 21, wenn das Fettansprechverhalten (Fettempfindlichkeit) in einem Fall erhöht wird, in dem sich das tatsächliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis von mager auf fett ändert. Die Kurve (c), die in 7 gezeigt ist, ist eine Ausgabecharakteristiklinie, gleich wie jene, die in 3 gezeigt ist, in anderen Worten zeigt die Kurve (c) den Fall, wenn der konstante Strom Ics nicht an die Elektrodenschichten 33 und 34 angelegt wird.
Wie vorstehend beschrieben ist, fließt, wenn das Mageransprechverhalten (Magerempfindlichkeit) in dem Fall erhöht wird, in dem sich das tatsächliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis von fett auf mager ändert, der negative konstante Strom (–Ics) zwischen den Elektrodenschichten 33 und 34, so dass Sauerstoff von der Atmosphärenelektrodenschicht 34 durch die Festelektrolytschicht 32 zu der Abgaselektrodenschicht 33 zugeführt wird, wie in 6A gezeigt ist. In diesem Fall ist, wie in 7 gezeigt ist, die Ausgabecharakteristiklinie (a) auf einer fetteren Seite der Ausgabecharakteristiklinie (c) in einem Luft-Kraftstoff-Äquivalenzverhältnis λ angeordnet und ist an einer unteren Seite der Ausgabecharakteristiklinie (c) in einer elektromotorischen Kraft angeordnet. Somit kann, selbst wenn das tatsächliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis (Luft-Kraftstoff-Äquivalenzverhältnis λ) innerhalb einer fetten Region liegt, die eine Luft-Kraftstoff-Verhältnisregion ist, die niedriger ist als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis, der Sauerstoffsensor 21 die magere elektromotorische Kraft ausgeben, wenn das tatsächliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis nahe dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis liegt. Daher kann in Bezug auf die Ausgabecharakteristik des Sauerstoffsensors 21 das Erfassungsansprechverhalten (Magerempfindlichkeit) des Sauerstoffsensors 21 erhöht werden, wenn sich das tatsächliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis von fett auf mager ändert.
Wenn das Fettansprechverhalten (Fettempfindlichkeit) in dem Fall erhöht wird, in dem sich das tatsächliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis von mager auf fett ändert, fließt der positive konstante Strom (+Ics) zwischen den Elektrodenschichten 33 und 34, so dass Sauerstoff von der Abgaselektrodenschicht 33 durch die Festelektrolytschicht 32 zu der Atmosphärenelektrodenschicht 34 zugeführt wird, wie in 6B gezeigt ist. In diesem Fall liegt, wie in 7 gezeigt ist, die Ausgabecharakteristiklinie (b) an einer mageren Seite der Ausgabecharakteristiklinie (c) bei einem Luft-Kraftstoff-Äquivalenzverhältnis λ und liegt auf einer höheren Seite der Ausgabecharakteristiklinie (c) bei einer elektromotorischen Kraft. Somit kann, selbst wenn das tatsächliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis (Luft-Kraftstoff-Äquivalenzverhältnis λ) innerhalb einer mageren Region liegt, die eine Luft-Kraftstoff-Verhältnisregion ist, die höher ist als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis, der Sauerstoffsensor 21 die fette elektromotorische Kraft ausgeben, wenn das tatsächliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis nahe an dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis liegt. Daher kann in Bezug auf die Ausgabecharakteristik des Sauerstoffsensors 21 das Erfassungsansprechverhalten (Fettempfindlichkeit) des Sauerstoffsensors 21 erhöht werden, wenn sich das tatsächliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis von mager auf fett ändert.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel führt die ECU 25 (oder der Mikrorechner 26) eine Charakteristiksteuerungsroutine aus, die in 9 gezeigt ist, um die Konstantstromschaltung 27 zu steuern, wie in 8 gezeigt ist. Wie in 8 gezeigt ist, wird, wenn die Ausgabe des Sauerstoffsensors 21 höher ist als eine Sollspannung (stromabwärtiger Sollwert) korrespondierend zu dem stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Sollverhältnis, in anderen Worten wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das stromabwärtig des stromaufwärtigen Katalysators 18 strömt, fetter ist als das stromabwärtige Luft-Kraftstoff-Sollverhältnis, eine Magerkorrektur in der Nebenregelung ausgeführt, in der das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das stromabwärtig des stromaufwärtigen Katalysators 18 strömt, korrigiert wird, um magerer zu sein. Zusätzlich wird die Konstantstromschaltung 27 gesteuert, um einen negativen konstanten Strom –Ics zu den Elektrodenschichten 33, 34 zuzuführen, derart, dass der Sauerstoffsensor 21 das magere Gas früh erfassen kann, in anderen Worten kann eine Zeitabstimmung einer Magererfassung des Sauerstoffsensors 21 vorauseilen (vorgezogen werden). In anderen Worten wird die Konstantstromschaltung 27 gesteuert, um den negativen konstanten Strom –Ics zuzuführen, derart, dass das Mageransprechverhalten des Sauerstoffsensors 21 erhöht wird. Demgemäß ist der Sauerstoffsensor 21 in der Lage, es frühzeitig zu erfassen, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das in dem stromaufwärtigen Katalysator 18 strömt, magerer wird als ein Reinigungsbereich (Reinigungsfenster), der ein Bereich des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ist, innerhalb dem ein Umwandlungswirkungsgrad des stromaufwärtigen Katalysators 18 hoch ist. Daher kann die Magerkorrektur rasch auf eine Fettkorrektur in der Nebenregelung umgeschaltet werden, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das in dem stromaufwärtigen Katalysator 18 strömt, magerer wird als der Reinigungsbereich. Bei der Fettkorrektur wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das stromabwärtig des stromaufwärtigen Katalysators 18 strömt, korrigiert, um fetter zu werden. Als Ergebnis kann das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das in den stromaufwärtigen Katalysator 18 strömt, gehalten werden oder kann schnell innerhalb des Reinigungsbereichs zurückkehren und kann eine Verringerung eines Umwandlungswirkungsgrads in Bezug auf NOx dadurch verhindert (begrenzt) werden.
Andererseits wird, wenn die Ausgabe des Sauerstoffsensors 21 niedriger als die Sollspannung ist, wie in 8 gezeigt ist, in anderen Worten, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das stromabwärtig des stromaufwärtigen Katalysators 18 strömt, magerer ist als das stromabwärtige Luft-Kraftstoff-Sollverhältnis, die Fettkorrektur in der Nebenregelung ausgeführt werden, so dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das stromabwärtig des stromaufwärtigen Katalysators 18 strömt, fetter wird. Zusätzlich wird die Konstantstromschaltung 27 gesteuert, um einen positiven konstanten Strom +Ics zu den Elektrodenschichten 33, 34 zuzuführen, derart, dass der Sauerstoffsensor 21 das fette Gas früh erfassen kann, d. h., dass eine Zeitabstimmung einer Fetterfassung des Sauerstoffsensors 21 vorauseilen (vorgezogen werden) kann. In anderen Worten wird die Konstantstromschaltung 27 gesteuert, um den positiven konstanten Strom +Ics zuzuführen, derart, dass das Fettansprechverhalten des Sauerstoffsensors 21 erhöht wird. Demgemäß ist der Sauerstoffsensor 21 in der Lage, es frühzeitig zu erfassen, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das in den stromaufwärtigen Katalysator 18 strömt, fetter wird als der Reinigungsbereich. Daher kann die Fettkorrektur schnell auf die Magerkorrektur in der Nebenregelung umgeschaltet werden, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das in den stromaufwärtigen Katalysator 18 strömt, fetter wird als der Reinigungsbereich. Als Ergebnis kann das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das in dem stromaufwärtigen Katalysator 18 strömt, gehalten werden oder kann rasch innerhalb des Reinigungsbereichs zurückkehren und kann eine Verringerung eines Umwandlungswirkungsgrads in Bezug auf HC verhindert (begrenz) werden.
Die Charakteristiksteuerungsroutine, die in 9 gezeigt ist, ist nachstehend beschrieben. Die Charakteristiksteuerungsroutine wird in einer vorbestimmten Dauer ausgeführt, wenn die ECU 25 betrieben wird. Die Charakteristiksteuerungsroutine kann als ein Beispiel eines Charakteristiksteuerungsabschnitts verwendet werden, der den Konstantstromzufuhrabschnitt steuert.
Wenn die Charakteristiksteuerungsroutine gestartet wird, wird es in einem Schritt 121 bestimmt, ob eine vorbestimmte Stromanlegebedingung (App-Bedingung) erfüllt ist. Zum Beispiel wird es bestimmt, ob der Sauerstoffsensor 21 normal ist (d. h. ob der Sauerstoffsensor 21 keine Abnormalität aufweist) oder ob der Sauerstoffsensor 21 in einem Aktivierungszustand ist. Wenn es in dem Schritt 101 bestimmt wird, dass die Stromanlegebedingung nicht erfüllt ist, wird die Charakteristiksteuerungsroutine beendet, ohne dass ein Steuerungsbetrieb ausgeführt wird.
Wenn es in dem Schritt 101 bestimmt wird, dass die Stromanlegebedingung erfüllt ist, wird es in einem Schritt 102 bestimmt, ob die Nebenregelung ausgeführt wird. Wenn es bestimmt wird, dass die Nebenregelung nicht ausgeführt wird, wird die Charakteristiksteuerungsroutine beendet, ohne dass ein Steuerungsbetrieb ausgeführt wird.
Wenn es in dem Schritt 102 bestimmt wird, dass die Nebenregelung ausgeführt wird, wird es in einem Schritt 103 bestimmt, ob die Fettkorrektur in der Nebenregelung ausgeführt wird.
Wenn es in dem Schritt 103 bestimmt wird, dass die Fettkorrektur in der Nebenregelung auszuführen ist, wird ein Steuerungsbetrieb in einem Schritt 104 ausgeführt. Bei dem Schritt 104 wird die Konstantstromschaltung 27 gesteuert, um den konstanten Strom Ics anzulegen, so dass der konstante Strom Ics in eine Richtung fließt, in die die Zeitabstimmung der Fetterfassung des Sauerstoffsensors 21 vorauseilend ist (d. h. die Konstantstromschaltung 27 wird gesteuert, um den konstanten Strom Ics an die Elektrodenschichten 33, 34 anzulegen, so dass das Fettansprechverhalten des Sauerstoffsensors 21 erhöht wird).
Wenn es in dem Schritt 103 bestimmt wird, dass die Fettkorrektur der Nebenregelung nicht auszuführen ist (d. h. wenn es bestimmt wird, dass die Magerkorrektur der Nebenregelung auszuführen ist), wird ein Steuerungsbetrieb in einem Schritt 105 ausgeführt. Bei dem Schritt 105 wird die Konstantstromschaltung 27 gesteuert, um den konstanten Strom Ics anzulegen, so dass der konstante Strom Ics in eine Richtung fließt, in die die Zeitabstimmung der Magererfassung des Sauerstoffsensors 21 vorauseilend ist (d. h. die Konstantstromschaltung 27 wird gesteuert, um den konstanten Strom Ics an die Elektrodenschichten 33, 34 anzulegen, so dass das Mageransprechverhalten des Sauerstoffsensors 21 erhöht wird). Abschnitte der ECU 25 (oder der Mikrorechner 26), die die Steuerungsbetriebe der Schritte 104 und 105 ausführen, können als ein Beispiel des Charakteristiksteuerungsabschnitts verwendet werden.
In dem vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel legt die Konstantstromschaltung 27, die außerhalb des Sauerstoffsensors 21 vorgesehen ist, den konstanten Strom Ics zwischen dem Paar Sensorelektroden 33 und 34 an. Demgemäß kann die Ausgabecharakteristik des Sauerstoffsensors 21 geändert werden. Des Weiteren ist es nicht erforderlich, eine elektrochemische Hilfszelle oder dergleichen in einem Inneren des Sauerstoffsensors 21 bereitzustellen. Daher kann die Ausgabecharakteristik des Sauerstoffsensors 21 ohne große Designänderungen und ohne Kostenerhöhung geändert werden.
In einem Vergleichsbeispiel, das in 10 gezeigt ist, hat ein Emissionssteuerungssystem keine Funktion zum Ändern einer Ausgabecharakteristik des Sauerstoffsensors 21, der stromabwärtig eines Katalysators in einer Strömungsrichtung des Abgases vorgesehen ist. Somit kann, wenn ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das in den Katalysator strömt, fetter oder magerer wird (ist) als ein Reinigungsbereich des Katalysators aufgrund einer Fettkorrektur oder der Magerkorrektur in der Nebenregelung, der Sauerstoffsensor es nicht rasch erfassen, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das in den Katalysator strömt, fetter oder magerer wird (ist) als der Reinigungsbereich. Infolgedessen kann eine Zeitabstimmung des Umschaltens der Nebenregelung zwischen der Fettkorrektur und der Magerkorrektur verzögert sein und kann das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das in den Katalysator strömt, nicht rasch innerhalb des Reinigungsbereiche zurückkehren. Daher können die Umwandlungswirkungsgrade in Bezug auf NOx und HC geringer sein und können die Emissionsraten von NOx und HC dadurch erhöht sein.
In dem ersten Ausführungsbeispiel wird, wenn die Magerkorrektur in der Nebenregelung ausgeführt wird, der konstante Strom Ics angelegt, so dass die Zeitabstimmung der Magererfassung des Sauerstoffsensors 21 vorauseilend ist (d. h. der konstante Strom Ics wird angelegt, so dass das Mageransprechverhalten des Sauerstoffsensors 21 erhöht ist). Somit kann, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das in den stromaufwärtigen Katalysator 18 strömt, magerer wird (ist) als der Reinigungsbereich aufgrund der Magerkorrektur, der Sauerstoffsensor 21 es rasch erfassen, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis magerer wird (ist) als der Reinigungsbereich. Demgemäß kann in der Nebenregelung die Magerkorrektur zu der Fettkorrektur unmittelbar umgeschaltet werden. Daher kann, wie in 11 gezeigt ist, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das in den stromaufwärtigen Katalysator 18 strömt, gehalten werden, oder kann rasch innerhalb des Reinigungsbereichs zurückkehren. Als Ergebnis kann die Verringerung des Umwandlungswirkungsgrads in Bezug auf NOx verhindert werden und kann die Emissionsrate von NOx reduziert werden.
Wenn die Fettkorrektur in der Nebenregelung ausgeführt wird, wird der konstante Strom Ics angelegt, so dass die Zeitabstimmung der Fetterfassung des Sauerstoffsensors 21 vorauseilend ist (d. h. der konstante Strom Ics wird angelegt, so dass das Fettansprechverhalten des Sauerstoffsensors 21 erhöht ist). Somit kann, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das in den stromaufwärtigen Katalysator 18 strömt, fetter wird (ist) als der Reinigungsbereich aufgrund der Fettkorrektur, der Sauerstoffsensor 21 es rasch erfassen, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fetter wird (ist) als der Reinigungsbereich. Demgemäß kann in der Nebenregelung die Fettkorrektur zu der Magerkorrektur unmittelbar umgeschaltet werden. Daher kann, wie in 11 gezeigt ist, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das in den stromaufwärtigen Katalysator 18 strömt, gehalten werden oder kann rasch innerhalb des Reinigungsbereichs zurückkehren. Als Ergebnis kann die Verringerung des Umwandlungswirkungsgrads in Bezug auf HC verhindert werden und kann die Emissionsrate von HC reduziert werden.
Durch wiederholtes Ausführen des vorstehend beschriebenen Steuerungsprozesses kann zwischen der Fettkorrektur und der Magerkorrektur in der Nebenregelung umgeschaltet werden, bevor der Umwandlungswirkungsgrad des stromaufwärtigen Katalysators 18 abnimmt, oder zu einer Zeit, wenn eine Verringerung des Umwandlungswirkungsgrads des stromaufwärtigen Katalysators 18 beginnt. Folglich kann eine Dauer, innerhalb der der Umwandlungswirkungsgrad des stromaufwärtigen Katalysators 18 hoch gehalten werden kann (d. h. eine Dauer, innerhalb der das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das in den stromaufwärtigen Katalysator strömt, innerhalb des Reinigungsbereichs gehalten werden kann) verlängert werden. Daher können die Emissionsraten in Bezug auf die schädlichen Materialien wie z. B. NOx und HC reduziert werden.
(Zweites Ausführungsbeispiel)
Ein zweites Ausführungsbeispiel ist nachstehend in Bezug auf 12 beschrieben. Der Teil, der im Wesentlichen gleich wie der Teil des ersten Ausführungsbeispiels ist, ist nachstehend weggelassen oder vereinfacht dargestellt, und der Teil, der von dem ersten Ausführungsbeispiel verschieden ist, ist nachstehend in einem zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben.
In dem zweiten Ausführungsbeispiel ist, wie in 12 gezeigt ist, wenn eine Magerkorrektur in einer Nebenregelung ausgeführt wird, eine Sollspannung (stromabwärtiger Sollwert) einer Ausgabe eines Sauerstoffsensors 21 auf eine Magersollspannung festgelegt, die niedriger ist als eine Referenzspannung (Referenzwert). Andererseits ist, wenn eine Fettkorrektur in der Nebenregelung ausgeführt wird, die Sollspannung der Ausgabe des Sauerstoffsensors 21 auf eine Fettsollspannung festgelegt, die höher ist als die Referenzspannung. In anderen Worten ist, wenn die Magerkorrektur in der Nebenregelung ausgeführt wird, ein stromabwärtiges Luft-Kraftstoff-Sollverhältnis magerer festgelegt als ein Luft-Kraftstoff-Referenzverhältnis korrespondierend zu dem Referenzwert. Wenn die Fettkorrektur in der Nebenregelung ausgeführt wird, ist das stromabwärtige Luft-Kraftstoff-Sollverhältnis fetter festgelegt als das Luft-Kraftstoff-Referenzverhältnis. Die Referenzspannung kann zu dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis korrespondieren.
Demgemäß kann eine Hysteresecharakteristik beim Umschalten zwischen der Magerkorrektur und der Fettkorrektur in der Nebenregelung bereitgestellt werden. Daher kann ein häufiges Umschalten einer Fließrichtung eines konstanten Stroms Ics zwischen den Elektrodenschichten 33, 34 verhindert werden und kann eine Schwankung der Ausgabe des Sauerstoffsensors 21 verhindert werden. In anderen Worten kann eine Signalschwankung der Ausgabe des Sauerstoffsensors 21 verhindert werden.
(Drittes Ausführungsbeispiel)
Ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung ist nachstehend in Bezug auf 13 beschrieben. Der Teil, der im Wesentlichen gleich wie ein Teil des ersten Ausführungsbeispiels ist, ist nachstehend weggelassen oder vereinfacht beschrieben, und der Teil, der von dem ersten Ausführungsbeispiel verschieden ist, ist nachstehend in dem dritten Ausführungsbeispiel beschrieben.
In dem dritten Ausführungsbeispiel ist, wie in 13 gezeigt ist, ein Wert eines konstanten Stroms Ics abhängig von einer Differenz zwischen einer Ausgabe eines Sauerstoffsensors 21 und einer Sollspannung festgelegt. Zum Beispiel gilt, je größer die Differenz (Absolutwert) zwischen der Ausgabe des Sauerstoffsensors 21 und der Sollspannung ist, desto größer ist der Wert (Absolutwert) des konstanten Stroms Ics festgelegt.
Wenn die Differenz (Absolutwert) zwischen der Ausgabe des Sauerstoffsensors 21 und der Sollspannung relativ groß ist, in anderen Worten, wenn ein Korrekturausmaß (Absolutwert) in einer Nebenregelung relativ groß ist, wird der Wert (Absolutwert) des konstanten Stroms Ics groß, so dass das Erfassungsansprechverhalten des Sauerstoffsensors 21 erhöht ist. In anderen Worten ist eine Zeitabstimmung einer Fetterfassung oder eine Zeitabstimmung einer Magererfassung vorauseilend. Infolgedessen kann es verhindert werden, dass die Konvergenz der Ausgabe des Sauerstoffsensors 21 an der Sollspannung aufgrund eines übermäßigen Korrekturausmaßes der Nebenregelung schlecht wird. Andererseits wird, wenn die Differenz (Absolutwert) zwischen der Ausgabewelle des Sauerstoffsensors 21 und der Sollspannung relativ klein ist, in anderen Worten, wenn das Korrekturausmaß (Absolutwert) in der Nebenregelung relativ gering ist, der Wert (Absolutwert) des konstanten Stroms Ics klein, so dass das Erfassungsansprechverhalten des Sauerstoffsensors 21 verringert wird. In anderen Worten wird die Zeitabstimmung der Fetterfassung oder die Zeitabstimmung der Magererfassung verzögert. Demgemäß kann sich die Ausgabe des Sauerstoffsensors 21 an die Sollspannung annähern (konvergieren).
Sowohl die Technologien des zweiten Ausführungsbeispiels als auch des dritten Ausführungsbeispiels können mit der Technologie des ersten Ausführungsbeispiels kombiniert werden.
(Viertes Ausführungsbeispiel)
Nachstehend ist ein viertes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung in Bezug auf 14 und 15 beschrieben. Der Teil, der im Wesentlichen gleich wie jener Teil des ersten Ausführungsbeispiels ist, ist nachstehend weggelassen oder vereinfacht dargestellt, und der Teil, der von dem ersten Ausführungsbeispiel verschieden ist, ist nachstehend in dem vierten Ausführungsbeispiel beschrieben.
In dem vierten Ausführungsbeispiel führt eine ECU 25 (oder ein Mikrorechner 26) eine Charakteristiksteuerungsroutine, die in 15 gezeigt ist, aus, um eine Konstantstromschaltung 27 zu steuern, wie in 14 gezeigt ist. Ein Referenzstromwert Io, der durch eine strichpunktierte Linie in 14 gezeigt ist, ist mittels eines Kennfelds oder dergleichen abhängig von einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine (z. B. einer Drehrate der Brennkraftmaschine oder einer Last, die auf die Brennkraftmaschine aufgebracht wird) festgelegt. Wenn eine Ausgabe eines Sauerstoffsensors 21 höher ist als eine Sollspannung (stromabwärtige Sollspannung), in anderen Worten, wenn ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das stromabwärtig eines stromaufwärtigen Katalysators 18 strömt, fetter ist als ein stromabwärtiges Luft-Kraftstoff-Sollverhältnis, das zu der stromabwärtigen Sollspannung korrespondiert, wird eine Magerkorrektur in einer Nebenregelung ausgeführt, so dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis magerer wird. Zusätzlich wird die Konstantstromschaltung 27 gesteuert, um einen Wert eines konstanten Stroms Ics zu steuern, so dass eine Zeitabstimmung einer Magererfassung des Sauerstoffsensors 21 früher auftritt als die in einem Fall, in dem der Wert des konstanten Stroms Ics gleich ist wie der Referenzstromwert Io. In anderen Worten wird die Konstantstromschaltung 27 gesteuert, um den Wert des konstanten Stroms Ics zu steuern, so dass ein Mageransprechverhalten des Sauerstoffsensors 21 höher wird als das in dem Fall, in dem der Wert des konstanten Stroms Ics gleich ist wie der Referenzstromwert Io. Andererseits wird, wenn die Ausgabe des Sauerstoffsensors 21 kleiner ist als die Sollspannung, in anderen Worten, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das stromabwärtig des stromaufwärtigen Katalysators 18 strömt, magerer ist als das stromabwärtige Luft-Kraftstoff-Sollverhältnis, eine Fettkorrektur in der Nebenregelung ausgeführt, so dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fetter wird. Zusätzlich wird die Konstantstromschaltung 27 gesteuert, um den Wert des konstanten Stroms Ics zu korrigieren, so dass eine Zeitabstimmung einer Fetterfassung des Sauerstoffsensors 21 früher auftritt als die in dem Fall, in dem der Wert des konstanten Stroms Ics gleich ist wie der Referenzstromwert Io. In anderen Worten wird die Konstantstromschaltung 27 gesteuert, um den Wert des konstanten Stroms Ics zu korrigieren, so dass ein Fettansprechverhalten des Sauerstoffsensors 21 höher ist als das in dem Fall, in dem der Wert des konstanten Stroms Ics gleich ist wie der Referenzstromwert Io.
Die Charakteristiksteuerungsroutine, die in 15 gezeigt ist, ist nachstehend beschrieben. Bei der Charakteristiksteuerungsroutine wird es zunächst in einem Schritt 201 bestimmt, ob eine Stromanlegebedingung (App-Bedingung) erfüllt ist. Die Stromanlegebedingungen im vierten Ausführungsbeispiel kann gleich sein wie die Stromanlegebedingung, die in dem Schritt 101 von 9 gezeigt ist. Wenn es in dem Schritt 201 bestimmt wird, dass die Stromanlegebedingung erfüllt ist, wird ein Steuerungsbetrieb in einem Schritt 202 ausgeführt. In dem Schritt 202 wird der Referenzstromwert Io mittels eines Kennfelds oder dergleichen abhängig von einem vorliegenden Betriebszustand der Brennkraftmaschine 11 (z. B. einer Brennkraftmaschinendrehrate oder Brennkraftmaschinenlast) festgelegt und wird die Konstantstromschaltung 27 gesteuert, um den Wert des konstanten Stroms Ics auf den Referenzstromwert Io (Ics = Io) festzulegen.
In einem nachfolgenden Schritt 203 wird es bestimmt, ob die Nebenregelung ausgeführt wird. Wenn es bestimmt wird, dass die Nebenregelung ausgeführt wird, wird es in einem Schritt 204 bestimmt, ob die Fettkorrektur in der Nebenregelung ausgeführt wird.
Wenn es in dem Schritt 204 bestimmt wird, dass die Fettkorrektur in der Nebenregelung ausgeführt wird, wird ein Steuerungsbetrieb in einem Schritt 205 ausgeführt. In dem Schritt 205 wird die Konstantstromschaltung 27 gesteuert, um den Wert des konstanten Stroms Ics durch Hinzufügen des vorbestimmten Werts ΔI zu dem Referenzstromwert Io (Ics = Io + ΔI) zu korrigieren, so dass die Zeitabstimmung der Fettkorrektur des Sauerstoffsensors 21 vorauseilend ist, d. h. dass das Fettansprechverhalten des Sauerstoffsensors 21 erhöht ist (wird).
Wenn es in dem Schritt 204 bestimmt wird, dass die Fettkorrektur in der Nebenregelung nicht ausgeführt wird, in anderen Worten, wenn es bestimmt wird, dass die Magerkorrektur in der Nebenregelung ausgeführt wird, wird ein Steuerungsbetrieb in einem Schritt 206 ausgeführt. In dem Schritt 206 wird die Konstantstromschaltung 27 gesteuert, um den Wert des konstanten Stroms Ics durch Abziehen des vorbestimmten Werts ΔI von dem Referenzstromwert Io (Ics = Io – ΔI) zu korrigieren, so dass die Zeitabstimmung der Magererfassung des Sauerstoffsensors 21 vorauseilend ist, d. h., dass das Mageransprechverhalten des Sauerstoffsensors 21 erhöht ist (wird). Abschnitte der ECU 25 (oder der Mikrorechner 26), die die Steuerungsbetriebe der Schritte 205 und 206 ausführen, können als ein Beispiel des Charakteristiksteuerungsabschnitts verwendet werden.
In dem vorstehend beschriebenen vierten Ausführungsbeispiel wird, wenn die Magerkorrektur in der Nebenregelung ausgeführt wird, der konstante Strom Ics korrigiert, so dass die Zeitabstimmung der Magererfassung des Sauerstoffsensors 21 früher auftritt als die in dem Fall, in dem der Wert des konstanten Stroms Ics gleich ist wie der Referenzstromwert Io. Wenn die Fettkorrektur in der Nebenregelung ausgeführt wird, wird der konstante Strom Ics korrigiert, so dass die Zeitabstimmung der Fetterfassung des Sauerstoffsensors 21 früher auftritt als die in dem Fall, in dem der Wert des konstanten Stroms Ics gleich ist wie der Referenzstromwert Io. Somit kann selbst in einem System, in dem der Wert des konstanten Stroms Ics im Allgemeinen gleich festgelegt ist wie der Referenzstromwert Io, der auf der Grundlage eines Brennkraftmaschinenbetriebszustands während eines Betriebs der Brennkraftmaschine 11 bestimmt wird, der Wert des konstanten Stroms Ics in Bezug auf den Referenzstromwert Io in der Nebenregelung festgelegt werden, so dass das Fettansprechverhalten oder das Mageransprechverhalten des Sauerstoffsensors 21 erhöht ist. Demgemäß können in dem vierten Ausführungsbeispiel gleiche Wirkungen wie in dem ersten Ausführungsbeispiel erhalten werden.
Die Technologie des zweiten Ausführungsbeispiels kann mit der Technologie des vierten Ausführungsbeispiels kombiniert werden. Insbesondere kann, wenn die Magerkorrektur in der Nebenregelung ausgeführt wird, die Sollspannung der Ausgabe des Sauerstoffsensors 21 niedriger festgelegt werden als die Referenzspannung. Wenn die Fettkorrektur in der Nebenregelung ausgeführt wird, kann die Sollspannung der Ausgabe des Sauerstoffsensors 21 höher festgelegt werden als die Referenzspannung.
Die Technologie des dritten Ausführungsbeispiels kann mit der Technologie des vierten Ausführungsbeispiels kombiniert werden. Insbesondere kann ein Wert des konstanten Stroms Ics abhängig von der Differenz zwischen der Ausgabe des Sauerstoffsensors 21 und der Sollspannung festgelegt werden. Zum Beispiel kann der vorbestimmte Wert ΔI abhängig von der Differenz zwischen der Ausgabe des Sauerstoffsensors 21 und der Sollspannung festgelegt werden. Des Weiteren können die Technologien des zweiten Ausführungsbeispiels und des dritten Ausführungsbeispiels mit der Technologie des vierten Ausführungsbeispiels kombiniert werden.
Obwohl die vorliegende Offenbarung vollständig in Verbindung mit den bevorzugten Ausführungsbeispielen in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben worden ist, ist es anzumerken, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen gemacht werden können, die einem Fachmann ersichtlich sind. In den vorstehend beschriebenen ersten bis vierten Ausführungsbeispielen ist die Konstantstromschaltung 27 mit der Atmosphärenelektrodenschicht 34 des Sauerstoffsensors 21 (Sensorelement 31) verbunden. Jedoch kann z. B. die Konstantstromschaltung 27 mit der Abgaselektrodenschicht 33 des Sauerstoffsensors 21 (Sensorelement 31) verbunden sein oder kann die Konstantstromschaltung 27 sowohl mit der Atmosphärenelektrodenschicht 34 als auch mit der Abgaselektrodenschicht 33 verbunden sein.
In den vorstehend beschriebenen ersten bis vierten Ausführungsbeispielen wird die vorliegende Offenbarung bei dem Emissionssteuerungssystem 1 mit dem Sauerstoffsensor 21 angewandt, der das becherartig geformte Sensorelement 31 hat. Jedoch kann z. B. die vorliegende Offenbarung bei einem Emissionssteuerungssystem mit einem Sauerstoffsensor angewandt werden, der ein Sensorelement hat, das eine Schichtstruktur hat.
In den vorstehend beschriebenen ersten bis vierten Ausführungsbeispielen ist die vorliegende Offenbarung bei dem Emissionssteuerungssystem 1 angewandt, in dem der Sauerstoffsensor 21 stromabwärtig des stromaufwärtigen Katalysators 18 in der Strömungsrichtung des Abgases angeordnet ist. Jedoch ist die vorliegende Offenbarung nicht auf den stromaufwärtigen Katalysator 18 oder den Sauerstoffsensor 21 beschränkt. Die vorliegende Offenbarung kann bei einem Emissionssteuerungssystem angewandt werden, bei dem ein Abgassensor wie z. B. ein Sauerstoffsensor oder ein Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor stromabwärtig eines Katalysators zur Reinigung eines Abgases in einer Strömungsrichtung des Abgases angeordnet ist.
Zusätzliche Vorteile und Modifikationen sind dem Fachmann ersichtlich. Die Offenbarung in ihrer breitesten Auslegung ist daher nicht auf die spezifischen Details, das dargestellte Gerät und die beispielhaften Beispiele beschränkt, die gezeigt und beschrieben sind.
Ein Emissionssteuerungssystem für eine Brennkraftmaschine weist einen stromaufwärtigen Sensor (20), der stromaufwärtig eines Katalysators (18) in einer Strömungsrichtung eines Abgases vorgesehen ist, einen stromabwärtigen Sensor (21), der stromabwärtig des Katalysators vorgesehen ist, um ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu erfassen, so dass sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis einem Luft-Kraftstoff-Sollverhältnis bei einer Nebenregelung annähert, und einen Konstantstromzufuhrabschnitt (27) auf, der eine Ausgabecharakteristik des stromabwärtigen Sensors durch Anlegen eines konstanten Stroms an ein Paar Elektroden (33, 34) ändert. Ein Charakteristiksteuerungsabschnitt steuert den Konstantstromzufuhrabschnitt bei der Nebenregelung, um eine Zeiteinstellung einer Magererfassung des stromabwärtigen Sensors vorauseilend zu machen, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fetter ist als das Luft-Kraftstoff-Sollverhältnis, und um eine Zeiteinstellung einer Fetterfassung des stromabwärtigen Sensors vorauseilend zu machen, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis magerer ist als das Luft-Kraftstoff-Sollverhältnis.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 8-20414 B2 [0004]
US 4741817 A [0004]
JP 2518247 B2 [0005]
JP 3826996 B2 [0005]

Claims

Emissionssteuerungssystem für eine Brennkraftmaschine, mit einem Katalysator (18), der zur Reinigung eines Abgases, das von der Brennkraftmaschine abgegeben wird, verwendet wird; einem stromaufwärtigen Abgassensor (20), der stromaufwärtig des Katalysators (18) in einer Strömungsrichtung des Abgases vorgesehen ist, um ein stromaufwärtiges Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das stromaufwärtig des Katalysators (18) strömt, zu erfassen oder um zu erfassen, ob das Abgas fett oder mager ist; einem Hauptregelungsabschnitt, der eine Kraftstoffeinspritzmenge der Brennkraftmaschine basierend auf einem Ausgabewert des stromaufwärtigen Abgassensors (20) in einer Hauptregelung korrigiert, so dass das stromaufwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis gleich wie ein stromaufwärtiges Luft-Kraftstoff-Sollverhältnis wird; einem stromabwärtigen Abgassensor (21), der stromabwärtig des Katalysators (18) in der Strömungsrichtung des Abgases vorgesehen ist, um ein stromabwärtiges Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das stromabwärtig des Katalysators (18) strömt, zu erfassen oder um zu erfassen, ob das Abgas fett oder mager ist, wobei der stromabwärtige Abgassensor (21) ein Sensorelement (31) aufweist, das ein Paar Elektroden (33, 34) und einen Festelektrolytkörper (32) aufweist, der zwischen dem Paar Elektroden (33, 34) angeordnet ist; einem Nebenregelungsabschnitt, der das stromaufwärtige Luft-Kraftstoff-Sollverhältnis oder die Kraftstoffeinspritzmenge basierend auf einem Ausgabewert des stromabwärtigen Abgassensors (21) in einer Nebenregelung korrigiert, so dass das stromabwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis gleich wie ein stromabwärtiges Luft-Kraftstoff-Sollverhältnis wird; einem Konstantstromzufuhrabschnitt (27), der eine Ausgabecharakteristik des stromabwärtigen Abgassensors (21) durch Anlegen eines konstanten Stroms (Ics) an dem Paar Elektroden (33, 34) und durch Festlegen einer Fließrichtung des konstanten Stroms (Ics) zwischen dem Paar Elektroden (33, 34) ändert; und einem Charakteristiksteuerungsabschnitt, der den Konstantstromzufuhrabschnitt (27) steuert, wobei der Charakteristiksteuerungsabschnitt den Konstantstromzufuhrabschnitt (27) steuert, um den konstanten Strom (Ics) an dem Paar Elektroden (33, 34) anzulegen, so dass eine Zeiteinstellung einer Magererfassung des stromabwärtigen Abgassensors (21) vorauseilt, wenn das stromabwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis fetter ist als das stromabwärtige Luft-Kraftstoff-Sollverhältnis und wenn der Nebenregelungsabschnitt das stromabwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis derart korrigiert, dass das stromabwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der Nebenregelung magerer wird, und der Charakteristiksteuerungsabschnitt den Konstantstromzufuhrabschnitt (27) steuert, um den konstanten Strom (Ics) an dem Paar Elektroden (33, 34) anzulegen, so dass eine Zeiteinstellung einer Fetterfassung des stromabwärtigen Abgassensors (21) vorauseilt, wenn das stromabwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis magerer ist als das stromabwärtige Luft-Kraftstoff-Sollverhältnis und wenn der Nebenregelungsabschnitt das stromabwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis derart korrigiert, dass das stromabwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der Nebenregelung fetter wird.
Emissionssteuerungssystem nach Anspruch 1, wobei der Charakteristiksteuerungsabschnitt einen Wert des konstanten Stroms (Ics) so korrigiert, dass die Zeiteinstellung der Magererfassung des stromabwärtigen Abgassensors (21) früher auftritt als die eines Falles, in dem der Wert des konstanten Stroms (Ics) gleich ist wie ein Referenzstromwert (Io), der von einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine abhängt, wenn der Nebenregelungsabschnitt das stromabwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis derart korrigiert, dass das stromabwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der Nebenregelung magerer wird, und der Charakteristiksteuerungsabschnitt einen Wert des konstanten Stroms (Ics) so korrigiert, dass die Zeiteinstellung der Fetterfassung des stromabwärtigen Abgassensors (21) früher auftritt als die eines Falles, in dem der Wert des konstanten Stroms (Ics) gleich ist wie ein Referenzstromwert (Io), wenn der Nebenregelungsabschnitt das stromabwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis derart korrigiert, dass das stromabwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der Nebenregelung fetter wird.
Emissionssteuerungssystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Charakteristiksteuerungsabschnitt das stromabwärtige Luft-Kraftstoff-Sollverhältnis magerer festlegt als ein Luft-Kraftstoff-Referenzverhältnis, wenn der Nebenregelungsabschnitt das stromabwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis derart korrigiert, dass das stromabwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der Nebenregelung magerer wird, und der Charakteristiksteuerungsabschnitt das stromabwärtige Luft-Kraftstoff-Sollverhältnis fetter festlegt als das Luft-Kraftstoff-Referenzverhältnis, wenn der Nebenregelungsabschnitt das stromabwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis derart korrigiert, dass das stromabwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der Nebenregelung fetter wird.
Emissionssteuerungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Charakteristiksteuerungsabschnitt einen Wert des konstanten Stroms (Ics) abhängig von einer Differenz zwischen dem Ausgabewert des stromabwärtigen Abgassensors (21) und dem stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Sollverhältnis festlegt.