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HINTERGRUND
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(Technisches Gebiet)
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Steuern eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses einer Maschine mit interner Verbrennung.
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(Beschreibung des Standes der Technik)
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In einem Fahrzeug, welches eine Maschine mit interner Verbrennung als Antriebskraft hat, ist eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuervorrichtung vorgesehen, um ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu steuern. Gemäß der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuervorrichtung erfasst ein Sensor das Luft-Kraftstoff-Verhältnis (Sauerstoffkonzentration) des Abgases, welches durch den Abgasdurchtritt hindurchtritt und passt die Kraftstoffzufuhr der Maschine mit interner Verbrennung an derart, dass das erfasste Luft-Kraftstoff-Verhältnis ein angemessener Wert wird.
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In dem Abgasdurchtritt ist ein Reinigungskatalysator vorgesehen, welcher eine Sauerstoff-Verschluss-und-Freigabe-Fähigkeit hat, wodurch das Abgas gereinigt wird. Allgemein ist der Sensor, welcher das Luft-Kraftstoff-Verhältnis misst, an sowohl einer Position in der stromaufwärtigen Seite zu dem Reinigungskatalysator, welcher in dem Abgasdurchtritt platziert ist, als auch einer Position in der stromabwärtigen Seite zu dem Reinigungskatalysator, welcher in dem Abgasdurchtritt platziert ist, vorgesehen.
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Beispielsweise offenbart die japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2015-172356 eine Steuervorrichtung, welche die Kraftstoffzufuhr zu der Maschine mit interner Verbrennung anpasst, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welches durch den Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor auf der stromaufwärtigen Seite gemessen wird, zu steuern, um ein vorbestimmtes Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu sein. Normalerweise ist das oben erwähnte Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt, um auf einer fetten Seite des theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zu sein. Wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welches durch einen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor in der stromabwärtigen Seite gemessen wird, eine fette Seite hinsichtlich des theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses wird, wird das oben erwähnte Luft-Kraftstoff-Verhältnis vorübergehend zu einer mageren Seite geändert. Dann, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welches durch einen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor in der stromabwärtigen Seite gemessen wird, der theoretische Wert wird, wird das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis wiederum auf die fette Seite eingestellt.
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Demnach wird bei einer solchen Steuerung das Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welches an dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor in der stromabwärtigen Seite gemessen wird, mit einer im Wesentlichen konstanten Frequenz ein Wert der fetten Seite. Zu dieser Zeit weicht das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases von der höchsten Reinigungseffizienz des Reinigungskatalysators ab, so dass das Abgas Kohlenmonoxid enthält. Um zu verhindern, dass solch ein Abgas außerhalb des Fahrzeugs emittiert wird, ist ein anderer Reinigungskatalysator zum Reinigen des Abgases auf einer weiter stromabwärtigen Seite als der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor vorgesehen, welcher auf der stromabwärtigen Seite platziert ist.
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Gemäß der Steuervorrichtung, welche in der oben erwähnten Patentliteratur offenbart ist, wird der Zielwert des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, welches an dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor der stromaufwärtigen Seite gemessen wird, alternierend zwischen einem Wert der fetten Seite relativ zu dem theoretischen Wert und einem Wert der mageren Seite relativ zu dem theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis geändert. Als ein Ergebnis solch einer Steuerung wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welches an dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor der stromabwärtigen Seite gemessen wird, häufig ein Wert der fetten Seite. In anderen Worten gesagt, weicht das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, welches durch den Reinigungskatalysator hindurchtritt, häufig von der höchsten Reinigungseffizienz ab.
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KURZFASSUNG
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Demnach ist es erwünscht, eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuervorrichtung vorzusehen, welche in der Lage ist, eine Auftrittshäufigkeit eines Phänomens zu verringern, indem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, welches durch den Reinigungskatalysator hindurchtritt, von der höchsten Reinigungseffizienz abweicht.
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Eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung ist eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuervorrichtung (10), welche ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis einer Maschine mit interner Verbrennung (11) steuert. Die Vorrichtung weist Folgendes auf: einen stromaufwärtigen Sensor (200, 200A), welcher das Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Abgases in einem Abgasdurchtritt (13) an einer stromaufwärtigen Seite eines Reinigungskatalysators (14), der das Abgas reinigt, misst, wobei das Abgas von der Maschine mit interner Verbrennung abgeführt wird und durch den Abgasdurchtritt hindurchtritt; einen stromabwärtigen Sensor (300, 300A), welcher das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases in dem Abgasdurchtritt an einer stromabwärtigen Seite des Reinigungskatalysators misst; und eine Steuereinheit (100), welche eine Menge von Kraftstoff, welcher der Maschine mit interner Verbrennung zugeführt wird, anpasst, wodurch das Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welches an dem stromaufwärtigen Sensor gemessen wird, gesteuert wird, um ein Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu sein, wobei eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Abweichung als eine Differenz zwischen dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welches durch den stromabwärtigen Sensor gemessen wird, und einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welches einer höchsten Reinigungseffizienz in dem Reinigungskatalysator entspricht, definiert ist; und die Steuereinheit konfiguriert ist, um eine Kalibriersteuerung durchzuführen, in welcher ein Kalibrierwert, welcher der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Abweichung entspricht, addiert wird zu oder subtrahiert wird von dem Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis derart, dass die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Abweichung sich 0 annähert.
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Bei solch einer Kalibriersteuerung wird als ein Kalibrierwert, welcher zum Addieren zu oder Subtrahieren von dem Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis verwendet wird, ein Wert, welcher einer Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Abweichung entspricht, das heißt ein optimierter Wert eingestellt, um die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Abweichung zu steuern, um 0 zu sein. Diese Kalibriersteuerung wird einige Male wie benötigt durchgeführt, wodurch die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Abweichung innerhalb einer kurzen Zeitperiode 0 sein kann. In anderen Worten gesagt erlaubt es die Steuerung, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welches an dem stromabwärtigen Sensor gemessen wird, die höchste Reinigungseffizienz in einer kurzen Zeitperiode erreicht.
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Für den obenstehend beschriebenen „Kalibrierwert, welcher der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Abweichung entspricht“ kann die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Abweichung selbst verwendet werden, oder es kann ein Wert verwendet werden, in welchem ein vorbestimmter Koeffizient mit der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Abweichung multipliziert wird.
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Unmittelbar nachdem die Kalibriersteuerung durchgeführt wird, ist das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, welches durch den Reinigungskatalysator hindurchtritt, im Wesentlichen dasselbe wie ein Wert, welcher der höchsten Reinigungseffizienz des Reinigungskatalysators entspricht. Demnach benötigt es eine längere Zeit bis zum nächsten Auftreten eines Phänomens, in welchem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases von der höchsten Reinigungseffizienz abweicht. Als ein Ergebnis kann, gemäß der oben beschriebenen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuervorrichtung, die Auftrittshäufigkeit des Phänomens, in welchem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, welches durch den Reinigungskatalysator hindurchtritt, von der höchsten Reinigungseffizienz des Reinigungskatalysators der stromaufwärtigen Seite abweicht, niedriger sein als diejenige einer herkömmlichen Technik.
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Gemäß der vorliegenden Offenbarung ist eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuervorrichtung vorgesehen, welche in der Lage ist, die Auftrittshäufigkeit des Phänomens zu verringern, in welchem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis von Abgas, welches durch den Reinigungskatalysator hindurchtritt von der höchsten Reinigungseffizienz des Reinigungskatalysators der stromaufwärtigen Seite abweicht.
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Figurenliste
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In den beigefügten Zeichnungen:
- 1 ist ein Diagramm, welches eine Gesamtkonfiguration einer Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt;
- 2 ist ein Diagramm, welches eine interne Konfiguration eines Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors zeigt, welcher in der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuervorrichtung, welche in 1 gezeigt ist, enthalten ist;
- 3 ist ein Diagramm, welches eine Beziehung zwischen dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis von Abgas, welches an dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor gemessen wird, und dem Ausgangsstrom, welcher von dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor ausgegeben wird zeigt;
- 4 ist ein Graph, welcher das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, welches durch einen Reinigungskatalysator hindurchtritt, und einen Reinigungsfaktor des Reinigungskatalysators zeigt;
- 5 ist ein Flussdiagramm, welches einen Prozess veranschaulicht, welcher durch eine Steuereinheit ausgeführt wird, welche in der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuervorrichtung enthalten ist,
- 6 ist ein Flussdiagramm, welches einen Prozess veranschaulicht, welcher durch eine Steuereinheit ausgeführt wird, welche in der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuervorrichtung enthalten ist;
- 7A bis 7D sind ein Satz eines Zeitdiagramms, welches eine Änderung in dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder dergleichen zeigt, welche an dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor gemessen werden; und
- 8 ist ein Diagramm, welches eine interne Konfiguration des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors zeigt, welcher in der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung enthalten ist.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Hierin nachstehend werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben werden. Um das Verständnis der Beschreibung zu erleichtern, sind dieselben Bezugszeichen denselben Elementen in jeder Zeichnung soweit möglich hinzugefügt und redundante Erklärungen werden ausgelassen werden.
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(Erste Ausführungsform)
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Eine erste Ausführungsform wird in der Folge beschrieben werden. Eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuervorrichtung 10 gemäß der ersten Ausführungsform ist in einem Fahrzeug MV (eine Gesamtkonfiguration ist nicht gezeigt) enthalten und als eine Vorrichtung zum Steuern des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses einer Maschine 11 mit interner Verbrennung konfiguriert. Vor dem Beschreiben der Konfiguration der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuervorrichtung 10 wird eine Konfiguration des Fahrzeugs MV beschrieben werden. Das Fahrzeug MV ist mit der Maschine 11 mit interner Verbrennung, einem Abgasdurchtritt 13, einem stromaufwärtsseitigen Reinigungskatalysator 14, einem stromabwärtsseitigen Reinigungskatalysator 15 und einem Fahrzeuggeschwindigkeitssenssor 16 vorgesehen.
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In der Maschine 11 mit interner Verbrennung als sogenannter Maschine wird Kraftstoff zusammen mit Luft zugeführt und innerhalb davon verbrannt, wodurch eine Antriebskraft des Fahrzeugs MV erzeugt wird. Eine Kraftstoffzufuhr zu der Maschine 11 mit interner Verbrennung wird durch den Injektor 12 durchgeführt, welcher als ein Kraftstoffeinspritzventil dient. Der Kraftstoff wird der internen Verbrennungsmaschine 11 zugeführt, während der Injektor 12 geöffnet ist, und die Kraftstoffzufuhr wird gestoppt, wenn der Injektor 12 in einem geschlossenen Zustand ist. Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis variiert abhängig von einer Änderung in einer Menge des Kraftstoffs, welcher von dem Injektor 12 zugeführt wird. Ein Öffnen und Schließen des Injektors 12 wird durch eine Steuereinheit 100 gesteuert, welche später beschrieben werden wird.
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Der Abgasdurchtritt 13 ist eine Leitung, welche ein Abgas, welches in der Maschine 11 mit interner Verbrennung erzeugt wird, in Richtung außerhalb des Fahrzeugs MV einführt, wodurch das Abgas abgeführt wird. Das Abgas strömt von der linken Seite zu der rechten Seite in 1.
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Jeder des stromaufwärtsseitigen Reinigungskatalysators 14 und des stromabwärtsseitigen Reinigungskatalysators 15 ist aus einem dreidimensionalen Katalysator gebildet. Diese Reinigungskatalysatoren 14 und 15 haben jeweils eine Konfiguration, welche auf dem Basismaterial, welches aus Keramik aufgebaut ist, ein Edelmetall wie beispielsweise Platin, welches eine katalytische Tätigkeit hat, ein Abstützelement wie beispielsweise Aluminiumoxid, welches das Edelmetall abstützt und eine Substanz wie beispielsweise Ceroxid, welches Sauerstoff-Verschließ- und Freigebefähigkeit hat, abstützt. Der stromaufwärtsseitige Reinigungskatalysator 14 und der stromabwärtsseitige Reinigungskatalysator 15 reinigen unverbranntes Gas wie beispielsweise Kohlenwasserstoff und Kohlenmonoxid und Stickoxide gleichzeitig, wenn die Temperatur davon eine vorbestimmte Aktivierungstemperatur erreicht.
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Der stromaufwärtsseitige Reinigungskatalysator 14 und der stromabwärtsseitige Reinigungskatalysator 15 sind angeordnet, um entlang eines Abgasstroms in dem Abgasstrom 13 zu sein. Der stromabwärtsseitige Reinigungskatalysator 15 ist in einer stromabwärtsseitigen Seite zu dem stromaufwärtsseitigen Reinigungskatalysator 14 angeordnet.
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Der Fahrzeuggeschwindigkeitssenssor 16 ist ein Sensor, welcher eine Fortbewegungsgeschwindigkeit des Fahrzeugs MV (d.h. Fahrzeuggeschwindigkeit) erfasst. Die Fortbewegungsgeschwindigkeit, die an dem Fahrzeuggeschwindigkeitssenssor 16 gemessen wird, wird der Steuereinheit 100 zugeführt. Es sei angemerkt, dass verschiedene Sensoren anders als der Fahrzeuggeschwindigkeitssenssor in dem Fahrzeug montiert sind, in welchem jeweilige Messwerte der verschiedenen Sensoren der Steuereinheit 100 zugeführt werden. Diese Konfigurationen sind jedoch in 1 ausgelassen.
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Als nächstes wird unter Bezugnahme auf 1 eine Konfiguration der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuervorrichtung 10 beschrieben werden. Die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuervorrichtung 10 ist mit einem stromaufwärtigen Sensor 200, einem stromabwärtigen Sensor 300 und einer Steuereinheit 100 vorgesehen.
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Der stromaufwärtige Sensor 200 ist Sensor (Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor), welcher das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases misst, welches durch den Abgasdurchtritt 13 hindurchtritt. Der stromaufwärtige Sensor 200 ist derart konfiguriert, dass der Ausgangsstrom abhängig von dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases (d.h. der Sauerstoffkonzentration) variiert. In dem Abgasdurchtritt 13 ist der stromaufwärtige Sensor 200 an einer weiter stromaufwärtigen Seite angeordnet als der stromaufwärtsseitige Reinigungskatalysator 14 platziert ist. In anderen Worten gesagt ist der stromaufwärtige Sensor 200 als ein Sensor vorgesehen, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases auf der stromaufwärtigen Seite zu dem stromaufwärtsseitigen Katalysator 14 zu messen, welcher das Abgas in dem Abgasdurchtritt 13 reinigt. Die spezifische Konfiguration des stromaufwärtigen Sensors 200 wird später beschrieben werden.
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Ähnlich zu dem stromaufwärtigen Sensor 200 ist der stromabwärtige Sensor 300 ein Sensor, welcher das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases misst, welches durch den Abgasdurchtritt 13 hindurchtritt (Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor). Die Konfiguration des stromabwärtigen Sensors 300 ist dieselbe wie diejenige des stromaufwärtigen Sensors 200. In dem Abgasdurchtritt 13 ist der stromabwärtige Sensor 300 auf einer stromabwärtigen Seite angeordnet dazu, wo der stromaufwärtsseitige Reinigungskatalysator 14 platziert ist, und auf einer stromaufwärtigen Seite dazu, wo der stromabwärtsseitige Reinigungskatalysator 15 platziert ist. Das heißt, dass der stromabwärtige Sensor 300 als ein Sensor vorgesehen ist, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases auf der stromabwärtigen Seite zu dem stromaufwärtsseitigen Katalysator 14 zu erfassen, welcher das Abgas in dem Abgasdurchtritt 13 reinigt.
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Die Steuereinheit dient als ein Steuerteil, welcher den Gesamtbetrieb der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuervorrichtung 10 steuert. Die Steuereinheit 100 ist aus einem Computersystem, welches eine CPU, einen ROM, einen RAM und dergleichen aufweist, gebildet. Die Steuereinheit 100 passt die Kraftstoffzufuhr zu der Maschine 11 mit interner Verbrennung durch ein Steuern des Injektors 12 an, um geöffnet oder geschlossen zu werden, wodurch das Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welches an dem stromaufwärtigen Sensor 200 gemessen wird, gesteuert wird, um das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu sein.
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Beispielsweise verkürzt in dem Fall, in dem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welches an dem stromaufwärtigen Sensor 200 gemessen wird, kleiner ist als das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis (d.h. Wert der fetten Seite zu dem Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis) die Steuereinheit 100 die Zeitdauer zum Öffnen (Öffnungszeitdauer) des Injektors 12. Demnach wird eine Menge der Kraftstoffzufuhr zu der Maschine 11 mit interner Verbrennung verringert, so dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welches an dem stromaufwärtigen Sensor 200 gemessen wird, zunimmt, um sich dem Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis anzunähern.
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Im Gegensatz dazu ändert, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welches an dem stromaufwärtigen Sensor 200 gemessen wird, größer ist als das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis (magere Seite zu dem Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis) die Steuereinheit 100 die Zeitdauer zum Öffnen des Injektors 12, um länger zu sein. Demnach nimmt die Menge von Kraftstoffzufuhr zu der Maschine mit interner Verbrennung zu, so dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welches an dem stromaufwärtigen Sensor 200 gemessen wird, abnimmt, um sich dem Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis anzunähern.
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Als das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist das sogenannte theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder nahe dem theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt. Das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis kann ein konstanter Wert sein oder ein Wert, welcher konstant geändert wird. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann, wie später beschrieben werden wird, das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis basierend auf dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welches an dem stromabfwärtigen Sensor 300 gemessen wird, geändert werden (kalibriert werden).
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Um die Aktivierung des Katalysators aufrechtzuerhalten kann eine Variation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses mit konstanten Perioden (Störungssteuerung) dazu hinzugefügt werden. Ein gemittelter Wert jedoch des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, welcher während der konstanten Perioden variiert wird, wird derselbe Wert wie das oben beschriebene Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis.
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Unter Bezugnahme auf 2 wird eine Konfiguration des stromaufwärtigen Sensors 200 beschrieben werden. Es sei festgehalten, dass die Konfiguration des stromabwärtigen Sensors dieselbe ist wie die Konfiguration des stromaufwärtigen Sensors 200. Demnach wird hierin nachstehend nur der stromaufwärtige Sensor 200 beschrieben werden, und die Erklärung des stromabwärtigen Sensors wird ausgelassen werden.
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Der stromaufwärtige Sensor 200 ist als ein Platten-Typ-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor konfiguriert, welcher eine Ein-Zellstruktur hat. In 2 ist ein Querschnitt für einen Teil des stromaufwärtigen Sensors 200 gezeigt, welcher in dem Abgasdurchtritt 13 angeordnet ist. Es sei festgehalten, dass die Konfiguration des stromaufwärtigen Sensors 200 dieselbe ist wie die Konfiguration, welche in der japanischen Patentanmeldungsoffenlegungsschrift Nr. 1995-120429 offenbart ist.
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Der stromaufwärtige Sensor 200 weist einen Festelektrolyten 210, eine Betriebselektrode 211, eine Referenzelektrode 212 und einen Heizer 218 auf.
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Der Festelektrolyt 210 ist aus einem teilweise stabilisierten Zirkonoxid bzw. Zirkondioxid gefertigt, welches in eine folienähnlichen Form gebildet ist. Der Festelektrolyt 210 hat eine elektrische Sauerstoffionenleitfähigkeit bei einer vorbestimmten Aktivierungstemperatur. Der stromaufwärtige Sensor 200 ist konfiguriert, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases durch ein Verwenden von Eigenschaften des Festelektrolyten 210 zu messen, in welchem eine Menge von Sauerstoffionen, welche durch den Festelektrolyten hindurchtritt, abhängig von dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis (Sauerstoffkonzentration) des Abgases variiert.
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Die Betriebselektrode 211 ist eine Schicht, welche auf einer Oberfläche einer Seite (obere Seite in 2) des Festelektrolyten 210 gebildet ist. Die Betriebselektrode 211 ist aus einer porösen Schicht gebildet, welche aus Platin oder dergleichen gefertigt ist. Demzufolge hat die Betriebselektrode 211 sowohl eine elektrische Leitfähigkeit als auch eine Permeabilität.
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Eine Gastransmissionsschicht bzw. Gasübertragungsschicht 213 ist vorgesehen, um um die Betriebselektrode 211 herum abzudecken. Die Gasübertragungsschicht 213 ist aus Antihitzekeramiken bzw. hitzebeständigen Keramiken gefertigt, welche eine Porosität haben, die Gesamtoberfläche des Festelektrolyten 210 bedeckend, auf welchem die Betriebselektrode 211 gebildet ist. In der Gasübertragungsschicht 213 ist eine Oberfläche entgegengesetzt zu dem Festelektrolyten 210 durch eine Gasabschirmschicht 214 bedeckt. Die Gasabschirmschicht 214 ist eine Schicht, welche aus hitzebeständiger Keramik gefertigt ist, welche eine Porosität ähnlich zu der Übertragungsschicht 213 hat, wobei die Porosität kleiner ist als die Porosität der Gasübertragungsschicht 213. Demnach tritt das Abgas, welches durch den Abgasdurchtritt 13 hindurchtritt, innerhalb der Gasübertragungsschicht 213 von einer Seitenoberfläche ein, welche die Gasübertragungsschicht 213 (Oberfläche, wo die Gasabschirmschicht 214 nicht bedeckt) öffnet, und erreicht den Festelektrolyten 210 über die Betriebselektrode 211.
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Die Referenzelektrode 212 ist eine Schicht, welche auf einer Oberfläche entgegengesetzt zu der Seite der Betriebselektrode 211 in dem Festelektrolyten 210 (nach unten gerichtete Seite in 2) gebildet ist. Ähnlich zu der Betriebselektrode 211 ist die Referenzelektrode 212 eine Schicht, welche eine Porosität hat, welche aus Platin oder dergleichen gefertigt ist. Demnach hat die Referenzelektrode 212 sowohl eine elektrische Leitfähigkeit als auch Permeabilität.
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In dem Festelektrolyten 210 ist eine Oberfläche, auf welcher die Referenzelektrode 212 gebildet ist, durch eine Leitung (duct) 215 bedeckt. Die Leitung 215 ist eine Schicht, welche aus Aluminiumoxid gefertigt ist und durch Spritzgießen gebildet wird. Ein Luftdurchtritt 216, welcher ein Raum ist, welcher von dem Abgasdurchtritt 13 isoliert ist, ist innerhalb der Leitung 215 gebildet. Insbesondere ist der Luftdurchtritt 216 zwischen der Leitung 215 und der Referenzelektrode 212 gebildet. Die außenseitige Luft wird in den Luftdurchtritt 216 eingeführt. Demnach ist der Festelektrolyt 210 derart gebildet, dass eine Oberfläche dem Abgas, welches durch den Abgasdurchtritt 13 hindurchtritt, ausgesetzt ist, und die andere Oberfläche ist der außenseitigen Luft ausgesetzt. In dem Festelektrolyten 210 tritt ein Transport von Sauerstoffionen aufgrund der Differenz von Sauerstoffkonzentrationen zwischen jeweiligen Oberflächen davon auf.
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Der Heizer 218 wird betrieben, um Wärme zu erzeugen, wodurch der Festelektrolyt 210 aufrechterhalten wird, um die Aktivierungstemperatur zu sein. Der Heizer 218 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist durch eine Mischung von Platin und Aluminiumoxid gebildet. Eine Menge von Leistung, welche dem Heizer 218 zugeführt wird, das heißt eine Wärmemenge des Heizers 218 wird durch die Steuereinheit 100 angepasst. Eine Isolierschicht 217, welche aus Aluminiumoxid gebildet ist, welches eine hohe Reinheit hat, ist vorgesehen, um um den Heizer 218 herum abzudecken.
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Andere Konfigurationen des stromaufwärtigen Sensors 200 werden beschrieben werden. Der außenseitige Teil des oben beschriebenen stromaufwärtigen Sensors 200 ist durch eine Schutzschicht 219 bedeckt. Die Schutzschicht 219 verhindert, dass die Gasübertragungsschicht 213 aufgrund kondensierter Komponenten des Abgases verstopft wird. Die Schutzschicht 210 ist aus einem Aluminiumoxid mit großer Oberfläche durch ein Verwenden eines Tauch-Verfahrens oder Plasmasprühverfahrens gebildet. In Hinsicht auf ein Verhindern des Verstopfens der Gasübertragungsschicht 213 kann nur die Seitenoberfläche der Gasübertragungsschicht 213 mit der Schutzschicht 219 bedeckt sein. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform jedoch können, um Feuchtigkeitszurückhaltungseigenschaften zu verbessern, Abschnitte anders als die Seitenoberfläche der Gasübertragungsschicht 213 mit der Schutzschicht 219 ebenso bedeckt sein.
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Weiter außerhalb ist die Schutzschicht 219 durch eine Abdeckung (nicht gezeigt), welche aus rostfreiem Edelstahl gebildet ist, bedeckt. Die Abdeckung weist eine Mehrzahl von Öffnungen auf, welche darin gebildet sind, durch welche das Abgas strömt, um in die Abdeckung einzutreten.
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Wenn der stromaufwärtige Sensor das Luft-Kraftstoff-Verhältnis misst, wird eine vorbestimmte Spannung zwischen der Betriebselektrode 211 und der Referenzelektrode 212 angelegt. Zu dieser Zeit tritt in dem Festelektrolyten 210 ein Transport von Sauerstoffionen aufgrund des Unterschiedes der Sauerstoffkonzentrationen zwischen der Seite der Betriebselektrode 211 (das heißt Abgassauerstoffkonzentration) und der Seite der Referenzelektrode 212 (das heißt Sauerstoffkonzentration von atmosphärischer Luft) auf. Als ein Ergebnis fließt ein Ausgangsstrom zwischen der Betriebselektrode 211 und der Referenzelektrode 212, wobei ein Betrag des Ausgangsstroms im Wesentlichen proportional zu dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases ist. Demnach sind der stromaufwärtige Sensor 200 und der stromabwärtige Sensor 300 jeweils konfiguriert derart, dass der Ausgangsstrom davon proportional zu dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases ist. Die Steuereinheit 100 erlangt das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, welches durch die Abgasleitung 13 strömt, basierend auf dem Betrag des Ausgangsstroms, welcher durch den stromaufwärtigen Sensor 200 oder dergleichen fließt.
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3 veranschaulicht eine Beziehung zwischen dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases (horizontale Achse) und dem oben beschriebenen Ausgangsstrom (vertikale Achse) mit Linien L1 bis L3. Die Linien L1 bis L3 zeigen den Betrag des Ausgangsstroms, jeweils gemessen an unterschiedlichen stromaufwärtigen Sensoren 200, in welchen der Ausgangsstrom des stromaufwärtigen Sensors 200 abhängig von individuellen Differenzen der Sensoren variiert.
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In 3 repräsentiert R0 ein theoretisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis. R1, welches in 3 gezeigt ist, ist ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welches geringfügig zu der mageren Seite des theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ist. R2, welches in 3 gezeigt ist, ist ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welches leicht in dem theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist.
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Der Punkt P, welcher in 3 gezeigt ist, ist das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis (R0) des Abgases, welches repräsentiert, dass der Ausgangsstrom gleich null ist. Jede der Linien L1 bis L3 tritt durch den Punkt P hindurch. In anderen Worten gesagt hat der stromaufwärtige Sensor 200 Eigenschaften, in welchen der Ausgangsstrom zuverlässig 0 wird, ohne durch individuelle Differenzen beeinflusst zu werden, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist. Solche Eigenschaften sind in dem stromaufwärtigen Sensor 200 gegenwärtig, da der stromaufwärtige Sensor 200 als eine Ein-Zellstruktur konfiguriert ist, wie in 2 gezeigt ist. Wenn angenommen wird, dass der stromaufwärtige Sensor 200 nicht als eine Ein-Zellstruktur konfiguriert ist, sondern als eine Struktur konfiguriert ist, welche eine Pumpzelle hat, kann der Ausgangsstrom nicht 0 sein aufgrund von individuellen Herstellungsdifferenzen, auch wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases der theoretische Wert ist. Der stromaufwärtige Sensor 200 ist konfiguriert, um eine Ein-Zellstruktur zu haben, wodurch solch eine Abweichung des Ausgangsstroms vermieden wird.
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In dem Fall, in dem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases signifikant von dem theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis abweicht, ist der Ausgangsstrom des Abgases nicht länger proportional zu dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases. Andererseits ist, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases nahe zu dem theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist (das heißt ein Wert zwischen R1 und R2, welche in 3 gezeigt sind), der Ausgangsstrom ungefähr proportional zu dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases. Wie in 3 gezeigt ist, ist, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis irgendwo zwischen R1 und R2 ist, die Variation in den Messwerten unter den Linien 1 bis 3 klein genug, um vernachlässigt zu werden. Gemäß dem stromaufwärtigen Sensor 200 oder dem stromabwärtigen Sensor 300 kann das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der Nachbarschaft des theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses genau gemessen werden, während der Einfluss individueller Differenzen vermieden wird.
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Unter Bezugnahme auf 4 werden die Reinigungsleistungsfähigkeit des stromaufwärtsseitigen Reinigungskatalysators 14 und des stromabwärtsseitigen Reinigungskatalysators beschrieben werden. Es sei festgehalten, dass nur der stromaufwärtsseitige Reinigungskatalysator beschrieben werden wird, da der stromaufwärtsseitige und der stromabwärtsseitige Reinigungskatalysator dieselben sind.
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Die Linie L11 zeigt eine Beziehung zwischen einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis (horizontale Achse) des Abgases, welches durch den stromaufwärtsseitigen Reinigungskatalysator 14 hindurchtritt, und einem Reinigungsfaktor (vertikale Achse) von Stickoxiden, welche in dem Abgas enthalten sind, an. Die Linie L12 zeigt eine Beziehung zwischen einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis (horizontale Achse) des Abgases, welches durch den stromaufwärtsseitigen Reinigungskatalysator 14 hindurchtritt, und einem Reinigungsfaktor (vertikale Achse) von Kohlenmonoxiden an, welche in dem Abgas enthalten sind. Die Linie L13 zeigt eine Beziehung zwischen einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis (horizontale Achse) des Abgases, welches durch den stromaufwärtsseitigen Reinigungskatalysator 14 hindurchtritt, und einem Reinigungsfaktor (vertikale Achse) von Kohlenwasserstoff, welcher in dem Abgas enthalten ist, an.
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Wie durch die Linie L11 angezeigt ist, ist der Reinigungsfaktor von Stickoxiden groß, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases auf der fetten Seite ist, und wird klein, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis (R0) überschreitet, um die magere Seite zu erreichen. Wie durch die Linien L12 und L13 angezeigt ist, zeigen die Reinigungsfaktoren von Kohlenmonoxiden und Kohlenwasserstoffen klein an, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases auf der fetten Seite ist, das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis überschreitend, und werden größer, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in Richtung der mageren Seite zunimmt. Wie in 4 gezeigt ist, zeigen, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, welches durch den stromaufwärtsseitigen Reinigungskatalysator 14 hindurchtritt um das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis herum ist, Reinigungsfaktoren sowohl von Stickoxiden, Kohlenmonoxiden als auch Kohlenwasserstoffen hoch an.
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Das heißt, dass auf das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis Bezug genommen werden kann als ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis, bei dem die Reinigungsleistungsfähigkeit durch den stromaufwärtsseitigen Reinigungskatalysator 14 oder den stromabwärtsseitigen Reinigungskatalysator 15 maximiert sind, das heißt ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis der höchsten Reinigungseffizienz. Wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, welches durch den stromaufwärtsseitigen Reinigungskatalysator hindurchtritt, die höchste Reinigungseffizienz ist, ist der Ausgangsstrom des stromaufwärtigen Sensors 300 gleich 0.
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Unter Bezugnahme auf 5 wird ein Prozess, welcher durch die Steuereinheit 100 ausgeführt wird, beschrieben werden. Wie obenstehend beschrieben ist, steuert die Steuereinheit 100 den Injektor 12, um eine Menge von Kraftstoff, welche der Maschine 11 mit interner Verbrennung zugeführt wird, anzupassen, wodurch das Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welches an dem stromaufwärtigen Sensor 200 gemessen wird, gesteuert wird, um das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu sein. Die Steuereinheit 100 führt wiederholt die Serie von Prozessen, welche in 5 gezeigt sind, zu vorbestimmten Zeitdauern bzw. Perioden aus. Diese Prozesse werden getrennt von dem obenstehend beschriebenen Steuerprozess ausgeführt, welcher durch die Steuereinheit 100 ausgeführt wird.
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Bei dem ersten Schritt S01 wird bestimmt, ob der Ausgangsstrom des stromabwärtigen Sensors 300 gleich null ist oder nicht. Wenn der Ausgangsstrom des stromabwärtigen Sensors 300 gleich null ist, ist das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, welches durch den stromaufwärtsseitigen Reinigungskatalysator 14 hindurchtritt, bei der höchsten Reinigungseffizienz, in welcher die Reinigung des Abgases in dem stromaufwärtsseitigen Reinigungskatalysator 14 angemessen durchgeführt wurde. Demnach beendet in diesem Fall der Prozess die Serie von Prozessen, welche in 5 gezeigt sind, ohne den Prozess bei Schritt S02 auszuführen.
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Wenn der Ausgangsstrom des stromaufwärtigen Sensors 300 nicht gleich 0 ist, weicht das Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welches durch den stromaufwärtsseitigen Reinigungskatalysator 14 hindurchtritt, von der höchsten Reinigungseffizienz ab. Dies bedeutet, dass Stickoxide oder dergleichen in Richtung der stromabwärtigen Seite des stromaufwärtsseitigen Reinigungskatalysators 14 ausströmen. Demnach schreitet in diesem Fall der Prozess zu S02 voran und führt einen Kalibrierprozess durch. Der Kalibrierprozess kalibriert (ändert) das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis derart, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, welches durch den stromaufwärtsseitigen Reinigungskatalysator hindurchtritt, der höchsten Reinigungseffizienz entspricht.
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Unter Bezugnahme auf 6 wird der Fluss der spezifischen Prozesse, welche in dem Kalibrierprozess ausgeführt werden, beschrieben werden. Beim ersten Schritt S11 in der Kalibriersteuerung bestimmt der Prozess, ob ein Aufwärmen der Maschine 11 mit interner Verbrennung vollendet ist oder nicht. Der Prozess bestimmt, dass das Aufwärmen der Maschine 11 mit interner Verbrennung vollendet ist, wenn die Temperatur des Kühlwassers, welches zwischen der Maschine 11 mit interner Verbrennung und dem Kühler (nicht gezeigt) zirkuliert, auf eine vorbestimmte Temperatur (beispielsweise 65 °C) oder höher zunimmt. Wenn das Aufwärmen nicht vollendet ist, führt der Prozess den Prozess bei Schritt S11 wieder aus. Wenn das Aufwärmen vollendet ist, schreitet der Prozess zu Schritt S12 voran.
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Bei Schritt S12 bestimmte der Prozess, ob ein Fortbewegungszustand des Fahrzeugs MV stabil ist oder nicht. Wenn die Fortbewegungsgeschwindigkeit, welche an dem Fahrzeuggeschwindigkeitssenssor 16 gemessen wird, nahezu konstant ist und innerhalb eines vorbestimmten Bereiches (beispielsweise ± 5 km/h), bestimmt der Prozess, dass der Fortbewegungszustand des Fahrzeugs MV stabil ist. Wenn der Fortbewegungszustand als unstabil bestimmt wird, führt der Prozess den Prozess bei Schritt S12 wiederum aus. Wenn der Fortbewegungszustand stabil ist, schreitet der Prozess zu Schritt S13 voran.
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Bei Schritt S13 startet der Prozess ein Abtasten eines Messwertes an dem stromabwärtigen Sensor 300. Das Objekt, welches abzutasten ist, kann der Ausgangswert von dem stromabwärtigen Sensor 300 sein oder der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Wert, welcher beispielsweise dem Ausgangsstrom entspricht. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird der Ausgangsstrom des stromabwärtigen Sensors 300 unter 32 msec Intervallen abgetastet und der abgetastete Wert wird in eine Speichereinheit gespeichert, welche in der Steuereinheit 100 enthalten ist.
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Bei Schritt S14 bestimmt der Prozess, ob die Anzahl von abgetasteten Werten (das heißt die Anzahl von Abtastungen) ein vorbestimmter Zielwert ist oder mehr. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist 200 als der Zielwert der Anzahl von Abtastungen eingestellt. Wenn die Anzahl von Abtastungen weniger ist als der Zielwert, wird der Prozess bei Schritt S14 wiederum ausgeführt. Wenn die Anzahl von Abtastungen mehr als der Zielwert ist, schreitet der Prozess zu Schritt S15 voran. Bei Schritt S15 wird ein Prozess zum Beenden des Abtastens ausgeführt.
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Bei Schritt S16 führt der Prozess einen Mittelwertbildungsprozess durch. Der Mittelwertbildungsprozess berechnet einen Mittelwert des abgetasteten Wertes aus dem Prozess bei Schritt S13.
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Bei Schritt S17 berechnet der Prozess einen Kalibrierwert, welcher zu addieren ist zu oder zu subtrahieren ist von dem Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Für die Berechnung des Kalibrierwertes wird zuerst der Ausgangsstromwert (das heißt 0 mA), welcher dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis bei der höchsten Reinigungseffizienz des Reinigungskatalysators 14 der stromaufwärtigen Seite entspricht, von dem Durchschnittswert subtrahiert, welcher bei Schritt S17 berechnet wird (Mittelwert von Werten, welche durch den stromabwärtigen Sensor 300 gemessen werden). Danach identifiziert der Prozess den Absolutwert des erlangten Wertes und wandelt den Absolutwert (Stromwert) in das Luft-Kraftstoff-Verhältnis um, wodurch der Kalibrierwert erlangt wird. Die Umwandlung des absoluten Wertes (Stromwert) in das Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird basierend auf einer Beziehung durchgeführt, welche durch die Linie L1 oder dergleichen, welche in 3 beispielsweise gezeigt ist, angezeigt wird.
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Hier kann, wenn eine Differenz zwischen dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welches an dem stromabwärtigen Sensor 300 gemessen wird, und dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis bei der höchsten Reinigungseffizienz in dem Reinigungskatalysator als „Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Abweichung“ definiert wird, auf den Kalibrierwert, welcher wie obenstehend beschrieben berechnet wird, Bezug genommen als ein Wert, welcher dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Abweichwert entspricht.
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Bei Schritt S18 wird der Kalibrierwert, welcher bei Schritt S17 berechnet wird, zu dem Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis addiert oder von dem Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis subtrahiert. Wenn der Mittelwert, welcher bei Schritt S16 berechnet wird, ein Wert auf der mageren Seite (positive Seite) ist, wird der Kalibrierwert von dem Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis subtrahiert. In anderen Worten gesagt wird das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis geändert, um ein mehr auf der fetten Seite angesiedelter Wert zu sein als der gegenwärtige Wert. Andererseits wird, wenn der Mittelwert, welcher bei Schritt S16 berechnet wird, auf der fetten Seite (negativen Seite) ist, der Kalibrierwert zu dem Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis hinzugefügt. In anderen Worten gesagt wird das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis geändert, um ein mehr auf der mageren Seite angesiedelter Wert zu sein als der gegenwärtige Wert.
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Wenn der Prozess bei Schritt S18 durchgeführt wird, wird die Serie von Prozessen, welche in 6 gezeigt ist, beendet. Danach wird eine Menge von Kraftstoff, welche der Maschine 11 mit interner Verbrennung zugeführt wird, angepasst derart, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welches an dem stromaufwärtigen Sensor 200 gemessen wird, das kalibrierte Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird.
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Unter Bezugnahme auf die 7A bis 7D wird eine Änderung in dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis beschrieben werden, wenn die oben beschriebenen Prozesse durchgeführt werden. 7A zeigt eine Änderung in dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welches an dem stromaufwärtigen Sensor 200 gemessen wird. 7B zeigt eine Änderung in dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welches an dem stromabwärtigen Sensor 300 gemessen wird. 7C zeigt eine Änderung in der Konzentration von Kohlenmonoxiden, welche in dem Abgas enthalten sind, welches durch den stromabwärtigen Sensor 300 hindurchtritt. 7D zeigt eine Änderung in der Konzentration von Stickoxiden, welche in dem Abgas enthalten sind, welches durch den stromabwärtigen Sensor 300 hindurchtritt.
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In einem Beispiel, welches in den 7A bis 7D gezeigt ist, wird die erste Kalbiriersteuerung zur Zeit t1 ausgeführt. Da das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt ist, um das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis R0 vor der Zeit t1 zu sein, ist das Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welches an dem stromaufwärtigen Sensor gemessen wird, ungefähr dasselbe wie das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis R0 (7A). Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis jedoch, welches an dem stromabwärtigen Sensor 300 gemessen wird, weicht um ΔR1 in Richtung der fetten Seite von dem theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis R0 ab, welches der höchsten Reinigungseffizienz entspricht (7B). Solch eine Abweichung wird beispielsweise durch eine Verschlechterung des Reinigungskatalysators 14 der stromaufwärtigen Seite oder einen Mangel von Sauerstoffkokklusionsmenge bzw. Sauerstoffeinschlußmenge verursacht.
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In der Kalibriersteuerung, welche zur Zeit t1 ausgeführt wird, wird das oben erwähnte ΔR1 kalibriert. Nach der Zeit t1 verschiebt die Steuerung das gegenwärtige Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis um ΔR1 in Richtung der mageren Seite und stellt das verschobene Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis ein, um das letzte Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu sein. Demnach ist das Luft-Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welches an dem stromaufwärtigen Sensor 300 nach der Zeit t1 gemessen wird, ein Wert, in welchem ΔR1 zu dem theoretischen Luft-Luft-Kraftstoff-Verhältnis R0 hinzuaddiert ist (7A).
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Als der Kalibrierwert, welcher in der Kalibriersteuerung addiert wird zu oder subtrahiert wird von dem Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis, wird die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Abweichung ohne eine Änderung in der vorliegenden Ausführungsform verwendet. Auf solch einen Kalibrierwert kann Bezug genommen werden als ein optimierter Wert, welcher es erlaubt, dass die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Abweichung nahezu 0 ist. Demnach muss theoretisch das Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welches an dem stromabwärtigen Sensor 300 nach der Zeit t1 zu welcher die Kalibriersteuerung durchgeführt wird, gemessen wird, das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis R0 sein (höchste Reinigungseffizienz).
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Praktisch jedoch ist es wahrscheinlich, dass die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Abweichung auch nach der Zeit t1 gegenwärtig ist aufgrund eines Fehlers der Kraftstoffeinspritzmenge in dem Injektor 12 oder einer Verzögerung einer Änderung in dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Als ein Beispiel, welches in 7 gezeigt ist, ist die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Abweichung nach der Zeit t2 als ΔR2 gezeigt, was kleiner ist als ΔR1.
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Demnach wird zu der Zeit t2 die Kalibriersteuerung wiederum ausgeführt. Nach der Zeit t2 wird das gegenwärtige Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis (das heißt theoretisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis R0 + ΔR1) weiter in Richtung der mageren Seite um ΔR2 verschoben, um als das jüngste Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt zu werden.
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Diese Kalibriersteuerungen werden wiederholt ausgeführt, bis das Luft-Kraftstoff-Verhältnis welches an dem stromabwärtigen Sensor 300 gemessen wird, die höchste Reinigungseffizienz erreicht, das heißt Schritt S01 als Ja bestimmt wird. Gemäß dem Beispiel, welches in 7 gezeigt ist, wird eine dritte Zeit-Kalibriersteuerung zur Zeit t3 ausgeführt, wodurch das Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welches an dem stromabwärtigen Sensor 300 gemessen wird, die höchste Reinigungseffizienz ist. Demnach wird die Kalibriersteuerung zur Zeit t4 nicht ausgeführt, welche der Zeit t3 folgt.
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Als ein Ergebnis von wiederholten Kalibriersteuerungen, wie obenstehend beschrieben, wird die Konzentration von Kohlenmonoxiden an dem stromabwärtigen Sensor 300 schrittweise verringert und zeigt nahezu 0 nach der Zeit t3 (7C). Es sei angemerkt, dass 7C ein Beispiel ist, in dem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welches an dem stromabwärtigen Sensor 300 gemessen wird, in Richtung der fetten Seite verschoben ist, so dass die Konzentration von Stickoxiden an dem stromabwärtigen Sensor 300 bei nahezu 0 bleibt (7D). Im Gegensatz dazu nähert sich in dem Fall, in dem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, welches an dem stromabwärtigen Sensor 300 gemessen wird, in Richtung der mageren Seite verschoben ist, die Konzentration von Stickoxiden stufenweise null an.
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Wie obenstehend beschrieben ist, ist die Steuereinheit 100 der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuereinheit 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform konfiguriert, um eine Kalibriersteuerung durchzuführen, in welcher ein Kalibrierwert, welcher der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Abweichung entspricht, addiert wird zu oder subtrahiert wird von dem Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis derart, dass die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Abweichung sich 0 annähert. Demnach erlauben es diese Kalibriersteuerungen, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welches an dem stromabwärtigen Sensor 300 gemessen wird, die höchste Reinigungseffizienz in einer kurzen Zeitperiode erreicht.
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Ferner entspricht, unmittelbar nachdem die Kalibriersteuerung für einmal oder mehrere Male durchgeführt ist, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, welches durch den stromaufwärtsseitigen Reinigungskatalysator 14 hindurchtritt, der höchsten Reinigungseffizienz des stromaufwärtsseitigen Reinigungskatalysators 14. Demnach benötigt es eine längere Zeit zu dem nächsten Auftreten eines Phänomens, in welchem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases von der höchsten Reinigungseffizienz abweicht. Als ein Ergebnis kann die Häufigkeit des Auftretens des Phänomens, in welchem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis von Abgas, welches durch den stromaufwärtsseitigen Reinigungskatalysator 14 hindurchtritt, von der höchsten Reinigungseffizienz des stromaufwärtsseitigen Reinigungskatalysators 14 abweicht, niedriger sein als diejenige einer herkömmlichen Technik.
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Demnach kann, da eine Menge von Stickoxiden oder dergleichen, welche in Richtung der stromabwärtigen Seite des stromaufwärtigen Reinigungskatalysators 14 austritt, verringert ist, der stromabwärtsseitige Reinigungskatalysator 14 kleiner sein als derjenige der herkömmlichen Technik.
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Gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann die berechnete Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Abweichung als ein „Kalibrierwert, welcher der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Abweichung entspricht“ ohne irgendeine Änderung verwendet werden. Anstelle des Verwendens solch eines Aspekts kann ein Wert, in welchem ein vorbestimmter Kalibrierfaktor mit der berechneten Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Abweichung multipliziert wird, verwendet werden. In anderen Worten gesagt kann ein Wert, in welchem ein vorbestimmter Kalibrierfaktor mit dem Messwert an dem stromabwärtigen Sensor 300 multipliziert wird, verwendet werden, um den Kalibrierwert zu berechnen. Beispielsweise kann in dem Fall, in dem ein Erfassungsfehler in einer Erfassungsschaltung auftritt, welche den Ausgangsstrom des stromabwärtigen Sensors 300 erfasst, der oben erwähnte Kalibrierfaktor eingestellt werden, wodurch Fehler ausgelöscht werden können.
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Auch wenn der oben beschriebene Erfassungsfehler ein Problem ist, kann ein Prozess durchgeführt werden, um den erfassten Ausgangsstromwert zu einer Zeit zurückzusetzen, wenn die Leistung des Fahrzeugs MV angeschaltet wird (beispielsweise unmittelbar vor dem Starten der Maschine 11 mit interner Verbrennung).
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Die Steuereinheit 100 in der vorliegenden Ausführungsform berechnet den Kalibrierwert unter Verwendung eines Mittelwerts einer Mehrzahl von Messwerten an dem stromabwärtigen Sensor 300 (Schritte S16 und S17). Demnach ist die Steuereinheit 100 in der Lage, einen angemessenen Wert als eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Abweichung und einen Kalibrierwert zu berechnen, auch wenn die Messwerte an dem stromabwärtigen Sensor 300 variieren. Wenn der oben beschriebene Erfassungsfehler kein Problem ist, kann der Kalibrierwert basierend auf einem einzelnen Messwert bei Schritt S17, welcher in 6 gezeigt ist, berechnet werden. Das heißt, dass der Zielwert der Anzahl von Abtastungen, welcher bei Schritt S14 eingestellt wird, eins sein kann.
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Die Steuereinheit 100 in der vorliegenden Ausführungsform ist entworfen, um die Kalibriersteuerung auszuführen, wenn der Fortbewegungszustand des Fahrzeugs MV stabil ist, das heißt wenn eine Variation der Fortbewegungsgeschwindigkeit des Fahrzeugs MV innerhalb eines vorbestimmten Bereiches ist (Schritt S12, welcher in 6 gezeigt ist). Demnach kann die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Abweichung genau unter einer Bedingung berechnet werden, in welcher der Verbrennungszustand in der internen Verbrennungsmaschine 11 stabil ist, so dass eine genauere Kalibrierung des Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältniswertes erreicht werden kann. Die Bestimmung, ob der Fortbewegungszustand des Fahrzeugs MV stabil ist oder nicht, kann auf einem Index anders als dem Fortbewegungszustand basiert sein.
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(Zweite Ausführungsform)
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Unter Bezugnahme auf 8 wird eine zweite Ausführungsform beschrieben werden. Die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuervorrichtung 10 gemäß der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform in der Konfiguration des stromaufwärtigen Sensors 200A und der stromabwärtigen Seite 300A und eine andere Konfiguration und ein Aspekt der Steuerung sind dieselben wie die erste Ausführungsform. Die Konfiguration des stromaufwärtigen Sensors 200A und die Konfiguration des stromabwärtigen Sensors 300A sind gleich. Demzufolge wird nur die Konfiguration des stromaufwärtigen Sensors 200A beschrieben werden, und eine Erklärung anderer Konfigurationen wird ausgelassen werden.
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8 ist eine Querschnittsansicht, welche einen stromaufwärtigen Sensor 200A gemäß der zweiten Ausführungsform veranschaulicht. Der stromaufwärtige Sensor 200A ist aus einer Ein-Zellstruktur ähnlich zu derjenigen der ersten Ausführungsform (2) gebildet. Gemäß der zweiten Ausführungsform jedoch ist der stromaufwärtige Sensor 200A nicht aus dem Platten-Typ-Sensor konfiguriert sondern aus einem Glasform-Sensor konfiguriert. Es sei angemerkt, dass die Konfiguration des stromaufwärtigen Sensors 200A dieselbe ist wie der Sensor, welcher durch die japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 1998-82760 offenbart ist.
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Der stromaufwärtige Sensor 200A weist einen Festkörperelektrolyt 230, die Betriebselektrode 211 und die Referenzelektrode 232 auf.
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Der Festelektrolytkörper 230 ist ein Element, welches in einer im Wesentlichen zylindrischen Form gebildet ist und aus einem Material von ZrO2-Y2O3 gefertigt ist. Der Festelektrolytkörper 230 hat eine Sauerstoffionen-Leitfähigkeit bei einer vorbestimmten Aktivierungstemperatur. Der Festelektrolytkörper 230 ist an einem Ende in der longitudinalen Richtung (oberes Ende in 8) geöffnet und das andere Ende ist verschlossen. Ein Luftdurchtritt 236 ist in dem Festelektrolytkörper 230 gebildet, welcher ein Raum ist, welcher von dem Abgasdurchtritt 13 isoliert ist. Die Außenluft wird in den Luftdurchtritt 216 eingeführt.
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Die Betriebselektrode 231 ist eine Schicht, welche auf einer außenseitigen Oberfläche des Festelektrolyten 230 gebildet ist. Die Betriebselektrode 231 ist aus einer porösen Schicht gebildet, welche aus Platin oder dergleichen gefertigt ist. Demnach hat die Betriebselektrode 231 sowohl eine elektrische Leitfähigkeit als auch eine Permeabilität.
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Ein Sensorteil 235 ist in der Nachbarschaft eines verschlossenen unteren Endteils in dem Festelektrolytkörper 230 vorgesehen. In dem Sensorteil 235 ist die Betriebselektrode 231 direkt auf der Oberfläche des Festelektrolyten 230 gebildet. In dem anderen Teil in dem Festelektrolytkörper 230 ist eine elektrische Isolierschicht 234 zwischen der Oberfläche des Festelektrolyten 230 und der Betriebselektrode 231 zwischenliegend angeordnet. In solch einer Konfiguration treten Sauerstoffionen nur durch den Sensorteil 235 in dem Festelektrolytkörper 230 hindurch.
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Die Außenumfangsoberfläche der Betriebselektrode 231 ist durch eine Diffusionswiderstandsschicht 233, welche eine Porosität hat, bedeckt. Das Abgas, welches durch den Abgasdurchtritt 13 hindurchtritt, erreicht den Festelektrolyten 230 über die Diffusionswiderstandsschicht 233 und die Betriebselektrode in dem Sensorteil 235.
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Die Referenzelektrode 232 ist eine Schicht, welche auf der Innenoberfläche des Festelektrolytkörpers 230 gebildet ist. Ähnlich ist die Referenzelektrode 232 aus einer porösen Schicht gebildet, welche aus Platin oder dergleichen gebildet ist. Demnach hat die Referenzelektrode 232 sowohl eine elektrische Leitfähigkeit als auch eine Permeabilität.
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Wie beschrieben ist, wird Außenluft in den Luftdurchtritt 236 eingeführt. Demnach ist der Festelektrolytkörper 230 dem Abgas, welches durch den Abgasdurchtritt 13 an der äußeren Oberfläche davon hindurchtritt, ausgesetzt und ist der Außenluft an der Innenoberfläche davon ausgesetzt. In dem Sensorteil 235 des Festelektrolyten 230 tritt ein Transport von Sauerstoffionen aufgrund der Differenz von Sauerstoffkonzentrationen zwischen jeweiligen Oberflächen davon auf.
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Die Anschlussabschnitte 237 und 238 sind in der Nachbarschaft des oberen Endabschnitts vorgesehen, welcher in dem Festelektrolytkörper 230 geöffnet ist. Diese Anschlussabschnitte sind jeweils aus Platinplattierung bzw. einer Platinbeschichtung gebildet. Der Anschlussabschnitt 237 ist mit der Betriebselektrode 231 über einen Leitungsabschnitt 239 verbunden. Der Anschlussabschnitt 238 ist direkt mit der Referenzelektrode 232 verbunden.
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Wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis an dem stromaufwärtigen Sensor 200A gemessen wird, wird eine vorbestimmte Spannung zwischen dem Anschlussabschnitt 237 und dem Anschlussabschnitt 238 angelegt, das heißt zwischen der Betriebselektrode 231 und der Referenzelektrode 232. In diesem Moment tritt in dem Sensorteil 235 des Festelektrolytkörpers 230 ein Transport von Sauerstoffionen aufgrund der Differenz von Sauerstoffkonzentrationen zwischen der Seite der Betriebselektrode 231 (das heißt Sauerstoffkonzentration in dem Abgas) und der Seite der Referenzelektrode 232 (das heißt Sauerstoffkonzentration von Atmosphärenluft) auf. Als ein Ergebnis fließt ein Strom (Ausgangsstrom) proportional zu dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases zwischen den Anschlussabschnitt 237 und dem Anschlussabschnitt 238. Demnach ist jeder des stromaufwärtigen Sensors 200A und des stromabwärtigen Sensors 300A derart konfiguriert, dass der Ausgangsstrom variiert, um proportional zu dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases zu sein. Die Steuereinheit 100 berechnet das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, welches durch den Abgasdurchtritt 13 hindurchströmt, basierend auf einem Betrag des Ausgangsstroms, welcher durch den stromaufwärtigen Sensor 200A oder dergleichen fließt.
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Als Sensoren zum Messen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses können der oben beschriebene stromaufwärtige Sensor 200A und der stromabwärtige Sensor 300A verwendet werden, um dieselben Effekte zu erhalten, welche in der ersten Ausführungsform beschrieben sind. Dieser stromaufwärtige Sensor 200A und der stromabwärtige Sensor 300A können wie dieselbe Konfiguration konfiguriert sein. Wechselseitige unterschiedliche Konfigurationen können jedoch für diesen stromaufwärtigen Sensor 200A und den stromabwärtigen Sensor 300A verwendet werden.
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Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung wurden mit spezifischen Beispielen beschrieben. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht auf diese spezifischen Beispiele beschränkt. Ein Fachmann kann eine Designänderung in Übereinstimmung mit diesen spezifischen Beispielen durchführen und diese Änderung kann in dem Umfang der vorliegenden Offenbarung enthalten sein, solange Merkmale der vorliegenden Offenbarung darin enthalten sind. Eine Anordnung, eine Bedingung, eine Form jedes Elements, welches in den spezifischen Beispielen enthalten ist, ist nicht auf die eine, welche in den oben beschriebenen Ausführungsformen gezeigt ist, beschränkt. Beliebige Modifikationen können jedoch getätigt werden. Jeweilige Elemente, welche in den oben beschriebenen spezifischen Beispielen enthalten sind, können kombiniert werden, solange keine technische Inkonsistenz gegenwärtig ist.