DE10301301B4

DE10301301B4 - Abgassteuerungsvorrichtung, die an einem Verbrennungsmotor vorgesehen ist, und Abgasssteuerungsverfahren

Info

Publication number: DE10301301B4
Application number: DE10301301A
Authority: DE
Inventors: Takamitsu Aichi Asanuma
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-01-16
Filing date: 2003-01-15
Publication date: 2011-07-07
Anticipated expiration: 2023-01-16
Also published as: JP3649188B2; US6978603B2; DE10301301A1; FR2834755B1; FR2834755A1; JP2003206732A; US20030131593A1

Abstract

Abgassteuerungsvorrichtung, die in einem Abgasdurchgang eines Verbrennungsmotors vorgesehen ist, durch die Partikel oxidiert werden, die bei einer Verbrennung von Benzin in einer Brennkammer erzeugt werden,
wobei der Verbrennungsmotor eine Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Regeleinrichtung (20) aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Regeleinrichtung (20) ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis derart verschiebt, dass eine Kraftstoffmenge viel geringer als eine bei einem vorliegenden Luft/Kraftstoff-Verhältnis vorliegende Kraftstoffmenge wird, wenn die Bedingung, dass sich eine Oxidationsgeschwindigkeit der Partikel verringert, oder zusätzlich zu der Bedingung, dass sich die Oxidationsgeschwindigkeit der Partikel verringert, die Bedingung, dass eine Menge der abgelagerten Partikel zumindest eine vorbestimmte Menge ist, erfüllt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Abgassteuerungsvorrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie ein Verfahren nach dem Oberbegriff von Anspruch 12.
Partikelstoffe in einem Verbrennungsmotorabgas einschließlich kleiner Rußpartikel und anderes sind typischer Weise ein Problem bei Dieselverbrennungsmotoren. Verschiedenartige Technologien zum Entfernen von Partikelstoffen aus dem Dieselverbrennungsmotorabgas wurden entwickelt. Eine solche Technologie ist beispielsweise in der japanischen geprüften Patentoffenlegungsschrift Nr. 7-106290 offenbart.
Jedoch werden Partikelstoffe nicht nur von Dieselverbrennungsmotoren sondern auch von Benzinmotoren erzeugt. Insbesondere unterliegen Direkteinspritzbenzinmotoren der Erzeugung von Rauch aufgrund einer übermäßig hohen Kraftstoffkonzentration in der Nähe von Zündkerzen während einer geschichteten mageren Verbrennungsbetriebsart, bei der eine geringe Menge von Kraftstoff, der in einem geschichteten Zustand vorgesehen ist, in Brennkammern verbrant wird. Daher gibt es einen großen Bedarf für eine geeignete Entfernung von Partikelstoffen, die in dem Rauch vorhanden sind. Da Benzinverbrennungsmotoren sich von Dieselverbrennungsmotoren hinsichtlich des Kraftstoffs und ebenso hinsichtlich der Verbrennungsmotorbetriebsbedingungen aufgrund der Kraftstoffdifferenz unterscheiden, ist es notwendig, eine Entfernung von Partikelstoffen speziell für Benzinverbrennungsmotoren zu überlegen.
US 6 167 696 B1 offenbart eine Abgassteuerungsvorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine wirksamere Entfernung von Partikelstoffen durchzuführen, die durch einen Benzinmotor erzeugt werden.
Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 oder ein Verfahren nach Anspruch 12 gelöst. Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Die Erfindung nimmt das nachstehend beschriebene Mittel bei einer Brennkraftmaschine auf, bei der Partikelstoffe, die in Verbindung mit einer Verbrennung von Benzin in einer Brennkammer erzeugt werden, einer Oxidationsbehandlung durch eine Abgassteuerungsvorrichtung unterzogen werden, die in einem Abgasdurchgang vorgesehen ist.
Wenn eine Betriebsbedingung, bei der eine Oxidationsgeschwindigkeit von Partikelstoffen sich verringert, angenommen wird, oder wenn eine Menge der Partikelstoffe, die mit zumindest einer vorbestimmten Menge abgelagert ist, angenommen wird, wird im allgemeinen ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu einer magereren Seite von dem vorliegenden Luft/Kraftstoff-Verhältnis durch eine Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungseinrichtung verschoben, um die Zufuhr von Sauerstoff zu erhöhen.
Dafür sind verschiedene Mittel verfügbar.
Bei dieser Erfindung ist ein stoichiometrischer Verbrennungsmotor (ein stoichiometrischer Verbrennungsmotor der Anschlusseinspritzbauart oder ein stoichiometrischer Direkteinspritzmotor), der in der Lage ist, bei dem stoichiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu arbeiten, eine Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsänderungseinrichtung zum Ändern zwischen einer Rückführregelung in Richtung auf ein stoichiometrisches Luft/Kraftstoff-Verhältnis, wodurch die Menge des Sauerstoffs in dem Abgas verringert wird, und einer Rückführregelung in Richtung einer mageren Verbrennungsseite, wodurch eine Menge des Sauerstoffs in dem Abgas erhöht wird, gemäß einem Zustand der Partikelstoffe in der Abgassteuerungsvorrichtung vorgesehen, die in dem Abgasdurchgang vorgesehen ist.
Bei dieser Konstruktion ist es wünschenswert, dass die Brennkraftmaschine eine Rückführregelungseinrichtung zum Rückführregeln des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses auf einen vorbestimmten Sollwert beziehungsweise Zielwert auf der Grundlage einer Abgabe eines Sauerstoffkonzentrationssensors hat, der in dem Abgasdurchgang vorgesehen ist.
Die Brennkraftmaschine kann eine erste Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungseinrichtung zum Durchführen einer stoichiometrischen Rückführregelung, wobei der Zielwert auf ein stoichiometrisches Luft/Kraftstoff-Verhältnis gesetzt ist, und eine zweite Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungseinrichtung zum Durchführen einer mageren Rückführregelung haben, bei der eine Menge des Kraftstoffs relativ zu dem stoichiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis klein gemacht wird, wobei im Prinzip die Steuerung durch die erste Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungseinrichtung durchgeführt wird und die Steuerungseinrichtung zu der zweiten Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungseinrichtung gemäß einem Zustand der Partikelstoffe in der Abgassteuerungsvorrichtung geändert wird.
Bei der Erfindung ist es vorzuziehen, dass die Abgassteuerungsvorrichtung zumindest eines von einer Filtervorrichtung, bei der ein Filter, das in der Lage ist, Partikelstoffe zu oxidieren und zu entfernen, mit einem NOx-Absorber (Aktiver Sauerstoffauslöser) beladen ist, einer Filtervorrichtung, die mit einem Oxidationskatalysator beladen ist, und einer Filtervorrichtung, bei der ein Filter vorgesehen ist, das nicht mit einem Katalysator beladen ist, und wobei ein Katalysator zur Oxidation von NO in NO₂ stromaufwärts von dem Filter angeordnet ist, und wobei Partikelstoffe durch NO₂ oxidiert werden. Es ist offensichtlich, dass die Abgassteuerungsvorrichtung ein einfaches Filter sein kann, das nicht mit einem Katalysator oder dergleichen beladen ist.
Des weiteren schließen bei der Erfindung Beispiele der Bedingung zum Ändern der Steuerung zu der mageren Rückführregelung, die durch die zweite Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungseinrichtung durchgeführt wird, eine Annahme einer Betriebsbedingung ein, bei der die Oxidationsgeschwindigkeit der Partikelstoffe sich verringert. Es ist ebenso möglich, eine Ablagerungszustandserfassungseinrichtung zum Erfassen eines Zustands einer Ablagerung von Partikelstoffen vorzusehen. Wenn bei dieser Konstruktion eine Menge von abgelagerten Partikelstoffen zumindest einen vorbestimmten Betrag erreicht, wird die Rückführregelung zu der mageren Rückführregelung geändert, die durch die zweite Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungseinrichtung durchgeführt wird.
Wenn des weiteren eine Temperatur der Abgassteuerungsvorrichtung zumindest ein vorbestimmter Wert ist, kann die Rückführregelung zu der mageren Rückführregelung, die durch die zweite Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungseinrichtung durchgeführt wird, geändert werden, nachdem sich die Temperatur verringert. Wenn die magere Rückführregelung in einem Zustand durchgeführt wird, bei dem die Temperatur hoch ist und eine beträchtliche Menge von Partikelstoffen abgelagert ist, gibt es die Gefahr, dass die Partikelstoffe plötzlich verbrennen und daher einen Schmelzschaden an der Abgassteuerungsvorrichtung (Filter) verursachen. Wenn des weiteren die Abgassteuerungsvorrichtung (Filter) mit einem Katalysator beladen ist, kann sich eine Verschlechterung des Katalysators ergeben. Wenn daher bei dieser Konstruktion die Temperatur der Abgassteuerungsvorrichtung (Filter) hoch ist, wird die Steuerung zu der mageren Rückführregelung nach einem gewissen Temperaturabfall geändert.
Bei dem vorstehend beschriebenen Aufbau ist es geeignet, den Verbrennungsmotor zu der Zeit eines Kaltstarts durch eine Zielwertsteuerung ohne Durchführen der Rückführregelung durch die erste oder die zweite Steuerungseinrichtung zu betreiben und nachfolgend die Steuerung zu der mageren Rückführregelung zu ändern, die durch die zweite Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungseinrichtung durchgeführt wird. Für diesen Fall ist es ebenso geeignet eine Konstruktion anzunehmen, bei der während eines kalten Verbrennungsmotorstarts die Rückführregelung durch die erste Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungseinrichtung durchgeführt wird, vorausgesetzt, dass eine Rückführregelungsstartbedingung erfüllt ist, und wird darauf die Rückführregelung zu der mageren Rückführregelung geändert, die durch die zweite Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungseinrichtung durchgeführt wird, wenn die Abgassteuerungsvorrichtung eine Aktivierungstemperatur erreicht. Während des Kaltstarts wird insbesondere eine große Menge von Partikelstoffen erzeugt. Daher wird beim Starten der Rückführregelung zum Zeitpunkt des Verbrennungsmotorstarts die zweite Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung zunächst gestartet, um eine erhöhte Menge von Sauerstoff zuzuführen und dadurch die Oxidation von Partikelstoffen zu beschleunigen. Durch Einschließen des Zustands der Aktivierung der Abgassteuerungsvorrichtung (Filter) als eine Bedingung für die Steuerung wir es möglich, die Partikelstoffe zuverlässiger zu entfernen. Es ist ebenso geeignet, eine Konstruktion anzunehmen, bei der währende eines Hochlastverbrennungsmotorbetriebs eine Zielwertsteuerung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses durchgeführt wird und zum Zeitpunkt eines Übergangs von diesem Steuerungszustand zu einer Rückführregelung die Steuerung von der Zielwertsteuerung zu der mageren Rückführregelung geändert wird, die durch die zweite Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungseinrichtung durchgeführt wird. Ein Betrag einer Erzeugung von Partikelstoffen ist ebenso während des Hochlastbetriebs groß. Wenn daher der Zustand des Betriebs sich von einem Hochlastbetrieb zu einem Betrieb ändert, bei dem die Rückführregelung möglich ist, wird die zweite Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung mit der mageren Rückführung zunächst gestartet, um die Menge der Zufuhr des Sauerstoffs zu erhöhen und daher die Partikelstoffe zu entfernen.
Bei der vorstehend genannten Steuerung ist es ebenso geeignet, eine Konstruktion anzunehmen, bei der die Rückführregelung von der mageren Rückführregelung zu der stoichiometrischen Rückführregelung zurückgeführt wird, wenn eine vorbestimmte Menge von Sauerstoff der Abgassteuerungsvorrichtung zugeführt wurde.
Hinsichtlich der zweiten Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungseinrichtung ist die Erzielung eines Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, das eine geringfügig magere Stoichiometrie aufweist, als Ergebnis der mageren Rückführregelung ausreichend.
Es ist erkennbar, dass die vorstehend genannten Konstruktionen auf verschiedene Arten kombiniert werden können.
Die vorstehend genannte Aufgabe und weitere Merkmale sowie Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erkennbar, in denen ähnliche Bezugszeichen verwendet werden, um ähnliche Elemente darzustellen.
1 ist ein schematisches Diagramm, das einen Strukturaufbau eines Ausführungsbeispiels der Erfindung darstellt;
2 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Berechnung der eingespritzten Kraftstoffmenge darstellt;
3 ist ein Konzeptdiagramm, das eine Beziehung zwischen der Ausgangswellenform eines O₂-Sensors und eines Luft/Kraftstoff-Korrekturfaktors FAF anzeigt;
4 ist ein Teil eines Ablaufdiagramms, das eine Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung auf der Grundlage der Abgabe des O₂-Sensors darstellt;
5 ist ein weiterer Teil des Ablaufdiagramms, das die Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung auf der Grundlage der Abgabe des O₂-Sensors darstellt;
6A bis 6D sind Zeitablaufdiagramme zur zusätzlichen Darstellung des Ablaufdiagramms von den 4 und 5;
7 ist ein Diagramm, das eine magere Rückführregelung auf der Grundlage der Änderung von der Abgabespannung des O₂-Sensors darstellt;
8A bis 8D sind Diagramme, die die magere Rückführregelung darstellen, die ausgeführt wird, wenn die Filtertemperatur auf eine sichere Oxidationstemperatur des Partikelstoffe oder darunter abfällt;
9A bis 9C sind Diagramme, die ein Beispiel 1 der mageren Rückführregelung entsprechend der Erzeugung von Partikelstoffen zum Zeitpunkt des Verbrennungsmotorkaltstarts darstellen;
10A bis 10C sind Diagramme, die ein Beispiel 2 der mageren Rückführregelung entsprechend der Erzeugung von Partikelstoffen zum Zeitpunkt des Verbrennungsmotorkaltstarts darstellen; und
11 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer mageren Rückführregelung entsprechend der Erzeugung von Partikelstoffen zum Zeitpunkt eines Hochlastbetriebs darstellt.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
(Ausführungsbeispiel der mit einer Abgassteuerungsvorrichtung ausgestatteten Brennkraftmaschine)
Zunächst wird ein Benzinverbrennungsmotor beschrieben, der eine Brennkraftmaschine ist, auf den die Erfindung angewendet ist. 1 ist ein schematisches Diagramm, das einen Gesamtaufbau eines mit eines Abgassteuerungsvorrichtung ausgestatteten Benzinverbrennungsmotors zeigt. 1 zeigt einen Brennkraftmaschinenkörper 11, einen Einlassdurchgang 12 und ein Luftdurchflussmessgerät 13, das in dem Einlassdurchgang 12 vorgesehen ist. Das Luftdurchflussmessgerät 13 mißt direkt eine Durchflussmenge der Einlassluft. Das Luftdurchflussmessgerät 13, das in einem Ausführungsbeispiel eingesetzt ist, ist beispielsweise ein Luftdurchflussmessgerät der Bauart mit einem bewegbaren Flügel mit einem eingebauten Potentiometer und erzeugt ein Ausgangssignal einer analogen Spannung, die proportional zu der Durchflussmenge der Einlassluft ist. Das Ausgangssignal des Luftdurchflussmessgeräts 13 wird in einen A/D-Wandler 101, der mit einem Multiplexer ausgestattet ist, eingegeben, der in einem Steuerungsschaltkreis 20 vorgesehen ist. Ein Verteiler 14 ist mit einem Kurbelwinkelsensor 15, der ein Referenzpositionserfassungsimpulssignal bei allen 720° hinsichtlich eines Kurbelwinkels erzeugt, und einem Kurbelwinkelsensor 16 versehen, der ein Kurbelwinkelerfassungsimpulssignal bei allen 30° Kurbelwinkel erzeugt. Die Impulssignale von den Kurbelwinkelsensoren 15, 16 werden einer Eingabe/Ausgabe-Schnittstelle 102 zugeführt. Die Ausgabe des Kurbelwinkelsensors 16 wird einem Interruptanschluss einer CPU 103 zugeführt.
Des weiteren ist der Einlassdurchgang 12 mit Kraftstoffeinspritzventilen 7 zum Zuführen von druckbeaufschlagtem Kraftstoff von einem Kraftstoffzufuhrsystem zu Einlassanschlüssen von individuellen Zylindern versehen. Ein Drosselventil 26 des Einlassdurchgangs 12 ist mit einem Leerlaufschalter 27 versehen, der ein Signal erzeugt zum Anzeigen, ob das Drosselventil 26 sich in einem vollständig geschlossenem Zustand befindet, das heißt ein LL-Signal. Das Leerlaufzustandsabgabesignal LL wird der Eingabe/Ausgabe-Schnittstelle 102 des Steuerungsschaltkreises 20 zugeführt.
In diesem Ausführungsbeispiel hat der Einlassdurchgang 12 einen Beipassdurchgang 21, der das Drosselventil 26 umläuft, und ein Leerlaufdrehzahlsteuerungsventil (ISC-Ventil) 22, das eine Durchflussmenge von Luft durch den Beipassdurchgang 21 steuert. Das ISC-Ventil 22 ist ein Durchflusssteuerungsventil, das durch eine geeignete Bauart eines Betätigungsglieds angetrieben wird, beispielsweise durch einen Schrittmotor oder ähnliches. Das ISC-Ventil 22 arbeitet auf ein Ausgangssignal des Steuerungsschaltkreises 20 hin. Das ISC-Ventil wird verwendet, um die Leerlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors auf eine Zieldrehzahl durch Einstellen der Luftmenge zu steuern, die von dem Verbrennungsmotor während eines Leerlaufbetriebs aufgenommen wird. In diesem Ausführungsbeispiel funktioniert das ISC-Ventil 22 als ein Teil einer Katalysatorheizeinrichtung zum Anheben der Temperatur eines Katalysators durch Erhöhen der Verbrennungsmotorleerlaufdrehzahl und dadurch erhöhen der Durchflussmenge des Abgases, wenn der Katalysator nicht aktiviert wurde. Ein Wassermantel 18 eines Zylinderblocks des Verbrennungsmotorkörpers 11 ist mit einem Wassertemperatursensor 19 zum erfassen der Temperatur von Kühlwasser versehen. Der Wassertemperatursensor 19 erzeugt ein elektrisches Signal einer analogen Spannung entsprechend der Temperatur des Kühlwassers. Die Abgabe des Wassertemperatursensors 19 wird ebenso dem A/D-Wandler 101 zugeführt.
In einem Abgassystem stromabwärts von eine Abgaskrümmer 31 des Verbrennungsmotorkörpers 11 ist ein katalytischer Wandler 32 vorgesehen, der einen Drei-Wege-Katalysator zum gleichzeitigen Entfernen von drei schädlichen Komponenten des Abgases enthält, das heißt von HC, CO und NO_x. Der Abgaskrümmer 31, der stromaufwärts von dem katalytischen Wandler 32 gelegen ist, ist mit einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor (in diesem Ausführungsbeispiel ein O₂-Sensor, der die Sauerstoffkonzentration erfasst) 33 versehen. Der O₂-Sensor 33 erfasst die Konzentration einer Sauerstoffkomponente in dem Abgas und erzeugt eine Ausgangsspannung, die in Abhängigkeit davon variiert, ob das Luft/Kraftstoff an der fetten oder an der mageren Seite des stoichiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses liegt. Die Ausgangsspannung des O₂-Sensors 33 wird dem A/D-Wandler 101 des Steuerungsschaltkreises 20 zugeführt.
Der Steuerungsschaltkreis 20 ist beispielsweise als ein Mikrocomputer ausgebildet und hat einen ROM 104, einen RAM 105, einen Hilfs-RAM 106, einen Zeitgeberschaltkreis 107 und dergleichen, neben dem A/D-Wandler 101, der Eingabe/Ausgabe-Schnittstelle 102 und der CPU 103.
In diesem Ausführungsbeispiel führt der Steuerungsschaltkreis 20 grundlegende Steuerungen durch, wie zum Beispiel die Kraftstoffeinspritzsteuerung des Verbrennungsmotorkörpers 11, die Zündsteuerung und so weiter. Des weiteren realisiert der Steuerungsschaltkreis 20 verschiedenartige funktionelle Mittel der Erfindung, wie zum Beispiel die Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungseinrichtung zum Steuern des Verbrennungsmotorluftkraftstoffverhältnisses, die Katalysatoraktivierungszustandserfassungseinrichtung zum Erfassen, ob der Katalysator 32 sich in einem aktivierten Zustand befindet, die Katalysatoraktivierungseinrichtung zum Durchführen einer Katalysatoraufwärmung durch Steuern des ISC-Ventils 22 und Verzögern der Verbrennungsmotorzündzeitabstimmung, die Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Änderungseinrichtung, die Ablagerungszustanderfassungseinrichtung zum Erfassen des Zustands der Ablagerung der Partikelstoffe, und so weiter, über Programme.
Der Steuerungsschaltkreis 20 weist des weiteren einen Herunter-Zähler 108, einen Flip-Flop 109 und einen Antriebsschaltkreis 110 auf, die zum Steuern des Kraftstoffeinspritzventils 7 arbeiten. Wenn eine Kraftstoffeinspritzmenge (Einspritzdauer) TAU in einer nachstehend beschriebenen Routine berechnet wird, heißt das, dass die Einspritzdauer TAU in dem Herunter-Zähler 108 voreingestellt ist und der Flip-Flop 109 gesetzt wird. Als Folge beginnt der Antriebsschaltkreis 110 das Kraftstoffeinspritzventil 7 Energie zu beaufschlagen. Wenn der Herunter-Zähler 108 Zeitgebersignale zählt (nicht in den Zeichnungen dargestellt), so dass der Ausgabeanschluss des Herunter-Zählers 108 schließlich das Niveau ”1” erreicht, wird der Flip-Flop 109 gesetzt, um die Energiebeaufschlagung des Kraftstoffeinspritzventils 7 anzuhalten. Das heißt, dass das Kraftstoffeinspritzventil 7 für die Kraftstoffeinspritzdauer TAU Energiebeaufschlagt wird, und daher eine Kraftstoffmenge entsprechend der Dauer TAU einer entsprechenden Brennkammer des Verbrennungsmotorkörpers 11 zugeführt wird.
Die Eingabe/Ausgabe-Schnittstelle 102 des Steuerungsschaltkreises 20 ist mit einem Zündschaltkreis 112 verbunden, um die Zündzeitabstimmung des Verbrennungsmotorkörpers 7 zu steuern. Das heißt, dass nach der Eingabe des Referenzkurbelwinkelimpulssignals von dem Kurbelwinkelsensor 16 zu der Eingabe/Ausgabe-Schnittstelle 102 der Steuerungsschaltkreis 20 ein Zündsignal zu dem Zündschaltkreis 112 jedes mal dann ausgibt, wenn der Kurbelwinkel einen vorbestimmten Rotationswinkel erreicht. Auf diese Weise verursacht der Steuerungsschaltkreis 20, dass die (nicht gezeigten) Zündkerzen der individuellen Zylinder funken erzeugen. Hinsichtlich der Zündzeitabstimmung des Verbrennungsmotorkörpers 11 werden optimale Werte in dem ROM 104 des Steuerungsschaltkreises 20 in der Form einer Funktion der Verbrennungsmotorbetriebsbedingungen, wie zum Beispiel die Last (beispielsweise der Betrag der Einlassluft pro Umdrehung des Verbrennungsmotors), der Verbrennungsmotordrehzahl und so weiter im voraus gespeichert, und wird eine optimale Zündzeitabstimmung gemäß den Betriebsbedingungen ermittelt.
Kühlwassertemperaturdaten und Einlassluftmengendaten von dem Luftdurchflussmessgerät 13 werden in vorbestimmten Bereichen in dem RAM 105 durch eine A/D-Wandlungsroutine eingegeben und gespeichert, die zu jeder vorbestimmten Zeit oder zu jedem vorbestimmten Kurbelwinkel ausgeführt wird. Das heißt, dass die Einlassluftmengendaten und die Kühlwassertemperaturdaten in dem RAM 105 zu jeder vorbestimmten Zeit aktualisiert werden. Drehzahldaten werden berechnet und werden in einem vorbestimmten Bereich in dem RAM 105 durch einen Interrupt bei allen 30° KW (Kurbelwinkel) auf der Grundlage des Kurbelwinkelsensors 16 gespeichert. Obwohl dieses Ausführungsbeispiel in Verbindung mit einem Benzinverbrennungsmotor der Anschlusseinspritzbauart beschrieben ist, bei dem der Kraftstoff von den Kraftstoffeinspritzventilen 7 in Einlassanschlüsse eingespritzt wird, kann der Benzinverbrennungsmotor ein Benzinverbrennungsmotor der Direkteinspritzbauart sein, bei dem die Kraftstoffeinspritzventile in einem Zylinderkopf vorgesehen sind, um Kraftstoff direkt in die Zylinder einzuspritzen.
(Drei-Wege-Katalysator: Filter)
Der Drei-Wege-Katalysator, der in dem katalytischen Wandler 32 enthalten ist, ist durch Ablagern einer dünnen Schicht von Edelmetallen wie zum Beispiel Platin (Pt) + Rhodium (Rh) oder von Platin (Pt) + Rhodium (Rh) + Palladium (Pd), und so weiter an Flächen von Aluminiumoxid ausgebildet.
Der Katalysator verringert gleichzeitig drei Komponenten des Abgases, das heißt CO, HC und NOx, durch die folgenden Reaktionen: (O₂, NOx) + (CO, HC, H₂) → N₂ + H₂O + CO₂
Zusätzlich zu dem Dreiwegekatalysator kann ein Partikelfilter (PF) als eine Abgassteuerungsvorrichtung stromabwärts von dem Dreiwegekatalysator vorgesehen sein.
Das Partikelfilter (PF) hat eine Wabenstruktur einer allgemeinen Wandströmungsbauart, die eine Vielzahl von Abgasdurchgangswegen hat, die sich parallel zueinander erstrecken. Dieses Partikelfilter ist beispielsweise aus einem porösen Material, wie zum Beispiel Cordierit oder dergleichen ausgebildet. An inneren Wänden von Poren ist eine Schicht einer Stütze von beispielsweise Aluminiumoxid ausgebildet. An der Stütze sind ein Edelmetallkatalysator und ein aktives Sauerstoffabgabemittel beziehungsweise ein aktives Sauerstoffauslassmittel gestützt, das Sauerstoff aufnimmt und speichert, wenn in der Nähe des Mittels ein übermäßiger Sauerstoff vorhanden ist, und das den gespeicherten Sauerstoff in der Form von aktivem Sauerstoff abgibt beziehungsweise ablässt, wenn die Sauerstoffkonzentration in der Nähe des Mittels niedriger wird.
Als Abgassteuerungsvorrichtung kann ein Filter verwendet werden, das durch Stützen eines NOx-Absorbers (aktiver Sauerstoffauslöser) an einem Filter verwendet werden, das in der Lage ist, Partikelstoffe zu oxidieren und zu entfernen. In diesem Filter ist eine Stütze beispielsweise aus Aluminiumoxid mit einem Edelmetall beladen, wie zum Beispiel Platin Pt oder dergleichen, und mit zumindest einem Element, das aus den Alkalimetallen ausgewählt ist, wie zum Beispiel Kalium K, Natrium Na, Lithium Li, Cäsium Cs, und so weiter, den Erdalkalimetallen, wie zum Beispiel Barium Ba, Kalzium Ca, und so weiter, und den seltenen Erden, wie zum Beispiel Lantan La, Yttrium Y, und so weiter. Wenn das Verhältnis zwischen Luft und Kraftstoff, die in den Abgasdurchgang stromaufwärts von dem NOx-Katalysator und den Verbrennungsmotoreinlassdurchgang zugeführt wird, Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Abgaseinströmung, die in den NOx-Katalysator einströmt, genannt wird, absorbiert der NOx-Katalysator das NOx, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Abgaseinströmung von dem stoichiometrischen Verhältnis mager ist, und gibt gespeichertes NOx ab, wenn die Sauerstoffkonzentration in der Abgaseinströmung niedrig wird.
Des weiteren kann als eine Abgassteuerungsvorrichtung ein Filter verwendet werden, das mit einem Oxidationskatalysator beladen ist. Der Oxidationskatalysator ist beispielsweise durch Beladen von Flächen von granulatförmigem Aluminiumoxid, die im Allgemeinen Katalysatorpellets genannt werden, mit einer dünnen Schicht von Edelmetall beispielsweise aus Palladium (Pd), Palladium + Platin (Pt) und so weiter, ausgebildet werden. Der Oxidationskatalysator vereinfacht die Oxidation von CO und HC, das in dem Abgas vorhanden ist, in CO₂ und H₂O, die ungiftig sind.
Ebenso kann als eine Abgassteuerungsvorrichtung eine Kombination eines Filters, der keinen Katalysator trägt, und eines Katalysators zur Oxidation von NO in NO₂ verwendet werden, der stromaufwärts von dem Filter angeordnet ist. Bei dieser Abgassteuerungsvorrichtung wird NO₂ zum Oxidieren der Partikelstoffe verwendet.
(Kraftstoffeinspritzsteuerung)
Nachstehend wird eine Kraftstoffeinspritzsteuerung in dem Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben, die aufgebaut ist, wie vorstehend beschrieben ist. Die Steuerung wird durch den Steuerungsschaltkreis 20 ausgeführt.
Der Zustand, bei dem die Abgassteuerungsleistungsfähigkeit des Dreiwegekatalysators erwartet werden kann, ist auf einen engen Bereich eines Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in der Nähe des stoichiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses beschränkt. Daher ist es wesentlich, dass die Kraftstoffmenge, die eingespritzt wird, auf eine Menge gesteuert wird, die eine vollständige Verbrennung mit der aufgenommenen Sauerstoffmenge ermöglicht (das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in dieser Situation ist das stoichiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis).
Wenn jedoch das Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf das stoichiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis gesteuert wird, ergeben sich Probleme hinsichtlich der Laufleistungsfähigkeit, der Verbrennungsmotorsicherheit, der Kraftstoffwirtschaftlichkeit, und so weiter in manchen Fällen.
Daher ist es notwendig, verschiedenartige Korrekturen durchzuführen. Daher wird die Kraftstoffeinspritzsteuerung benötigt.
Die vorstehend genannte Magerverbrennungssteuerung wird ebenso durch die Kraftstoffeinspritzsteuerung erzielt.
Die Kraftstoffeinspritzsteuerung wird durch die CPU 103 verwirklicht, die die Antriebszeit des Antriebsschaltkreises 110 der Kraftstoffeinspritzventile 7 gesteuert (Kraftstoffeinspritzdauer TAU = Kraftstoffeinspritzmenge).
Die Einspritzdauer TAU (= Kraftstoffeinspritzmenge) variiert zwischen der Zeit des Verbrennungsmotorstarts und der Zeit des Verbrennungsmotorbetriebs nach dem Aufwärmen. Es ist anzumerken, dass in der nachstehenden Beschreibung die Einspritzdauer und die Kraftstoffeinspritzmenge die gleiche Bedeutung haben.
Die Kraftstoffeinspritzmenge zum Zeitpunkt des Starts kann beispielsweise auf die folgende Weise ermittelt werden:
Wenn ein Verbrennungsmotorstartkraftstoffeinspritzventil zusätzlich zu einem Hauptkraftstoffeinspritzventil vorgesehen ist, wird Kraftstoff durchgängig über das Startkraftstoffeinspritzventil für eine vorbestimmte Zeit (vorbestimmt durch die Wassertemperatur) zu der Zeit des Verbrennungsmotorstarts durch eine Zielwertsteuerung eingespritzt. Die Einspritzung wird angehalten, wenn die Verbrennungsmotordrehzahl einen vorbestimmten Wert erreicht oder übersteigt.
Andererseits wird für den Fall der Hauptkraftstoffeinspritzventils die Kraftstoffeinspritzdauer TAU (Kraftstoffeinspritzmenge) durch die folgende Gleichung ermittelt: TAU = TAUSTU·FTHA + TAUV TAUSTU: Die Startgrundeinspritzdauer (Einspritzmenge), die durch die Temperatur des Kühlwassers ermittelt wird und sich mit der Verringerung der Wassertemperatur erhöht.
FTHA: Ein Einlasstemperaturkorrekturwert, der mit einer Erhöhung der Einlasslufttemperatur verringert wird, da die Luftdichte mit der Einlasslufttemperatur variiert.
TAUV: Die ungültige Einspritzdauer: Das Kraftstoffeinspritzventil hat eine Betätigungsverzögerung zwischen dem Aufbringen einer Antriebsspannung darauf und der Öffnung des Ventils und hat ebenso eine Verzögerung beim Schließen. Die Verzögerungszeit ist zu dem Zeitpunkt des Öffnens des Ventils größer als zu dem Zeitpunkt des Schließens des Ventils. Wenn daher ein einfacher Versuch durchgeführt wird, um eine Antriebsspannung auf das Kraftstoffeinspritzventil für eine Dauer entsprechend der Menge von Kraftstoff aufzubringen, der tatsächlich in dem Zylinder aufgenommen werden soll, wird die tatsächliche Ventilöffnungsdauer kürzer als beabsichtigt (die tatsächliche Einspritzmenge ist niedriger als beabsichtigt). Die Dauer, während der die Kraftstoffeinspritzung aus dem Kraftstoffeinspritzventil nicht durchgeführt wird, wird ungültige Einspritzdauer genannt. Die ungültige Einspritzdauer TAUV ist eine Korrekturmenge zum Korrigieren der Kraftstoffeinspritzdauer, so dass die Menge des Kraftstoffs, die tatsächlich eingespritzt wird, dem erforderlichen Wert gleich wird.
Kraftstoffeinspritzmenge (Dauer) nach dem Start
Nach dem Start wird der Verbrennungsmotor auf der Grundlage der durch die folgende Gleichung ermittelten Kraftstoffeinspritzmenge betrieben: TAU = TAUP·FWL·(FAF + FG)·{FASE + FAE + FOTP + FDE(D)}·FFC + TAUV TAUP: Die Grundeinspritzmenge (Einspritzdauer), das heißt ein Grundwert von einer Kraftstoffeinspritzmenge, der auf der Grundlage der aufgenommenen Luftmenge ermittelt wird, die durch einen einzelnen Einlasstakt aufgenommen wird (die von einem Sensorerfassungswert ermittelt wird).
FWL: Die Aufwärmerhöhung. Da während der Aufwärmung ein kraftstoffreiches Luft/Kraftstoff-Verhältnis aufgrund einer schlechten Zerstäubung des Kraftstoffs benötigt wird, wird eine Erhöhungskorrektur der Kraftstoffmenge durchgeführt, um das Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu der fetten Seite während des Aufwärmens zu schieben. Die Aufwärmungserhöhung wird durch Korrigieren eines Korrekturwerts erhalten, der der Kühlwassertemperatur entspricht, um einen Korrekturfaktor, der auf der Verbrennungsmotordrehzahl gegründet ist.
FAF: Der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückführkorrekturfaktor. Zum Steuern des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses auf einem Bereich (in der Nähe des stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses), bei dem eine gute Abgassteuerungseffizienz des Dreiwegekatalysators erwartet wird, wird das vorliegende Luft/Kraftstoff-Verhältnis von dem Ausgangswert des Sauerstoffsensors erfasst und wird das Luft/Kraftstoff-Verhältnis rückführgeregelt, um in den vorstehend genannten Bereich einzutreten.
FG: Der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Lernfaktor. Die benötigte Kraftstoffeinspritzmenge variiert in Abhängigkeit von individuellen Differenzen der Verbrennungsmotoren und ändert sich über die Zeit auch unter gleichen Betriebsbedingungen. Während der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückführung wird die Differenz zwischen dem tatsächlich benötigten Wert und dem berechneten Wert durch die Rückführung korrigiert. Wenn jedoch die Rückführung nicht durchgeführt wird, tritt die Differenz direkt auf und weicht daher das Luft/Kraftstoff-Verhältnis ab. Daher wird der Betrag der Korrektur, die durch die Rückführung gemacht wird, in dem Speicher gespeichert und wird ständig korrigiert, um die vorstehend genannte Differenz bei allen Verbrennungsmotorbetriebszuständen zu beseitigen.
FASE: Die Nachstarterhöhung. Unmittelbar nach dem Start sind die Anschlüsse und ihre Umgebungen trocken. Zum Anfeuchten der Anschlussbereiche und daher zum Verhindern des Verbrennungsmotorausfalls wird die Kraftstoffeinspritzmenge für eine vorbestimmte Zeit nach dem Starten vergrößert. Der Anfangswert von FASE wird auf der Grundlage der Kühlwassertemperatur ermittelt, die während der Zeit des Startens auftritt. Darauf wird der Wert FASE bei jeder vorbestimmten Kraftstoffeinspritzung verringert. Die Verringerung von FASE wird beendet, wenn FASE = 0 erreicht ist.
FAE: Die Beschleunigungserhöhung. Zu dem Zeitpunkt der Beschleunigung steigt der Einlassrohrdruck an (fällt der negative Druck ab), so dass sich von der Menge des eingespritzten Kraftstoffs die Menge des Kraftstoffs vergrößert, die an den Einlassventilen und ihren Umgebungen abgelagert wird. Eine gewisse Zeit ist erforderlich, bis der abgelagerte Kraftstoff in die Brennkammern eintritt. Daher wird während der Beschleunigung das Luft/Kraftstoff-Verhältnis von dem stoichiometrischen Verhältnis mager außer die Kraftstoffeinspritzmenge wird um eine Menge entsprechend der Erhöhung der Menge der Ablagerung des Kraftstoffs erhöht. Die Beschleunigungserhöhung FAE kompensiert die Erhöhung der Menge der Ablagerung des Kraftstoffs.
FOTP: Die OTP-Erhöhung. Zu der Zeit des Hochlastbetriebs oder des Hochdrehzahlbetriebs wird die Abgastemperatur hoch, so dass sich eine Gefahr eines Wärmeschadens an Bauteilen des Abgassystems ergibt. Daher wird das Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf die fette Seite von dem stoichiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis zum Verringern der Abgastemperatur verschoben.
FDE(D): Die Verzögerungserhöhung (Verringerung). Zu der Zeit der Verzögerung gibt das Luftdurchflussmessgerät einen Erfassungswert ab, der kleiner als der tatsächliche Wert ist, aufgrund des Unterschwingens. Zum Kompensieren des verringerten Werts wird eine Erhöhung zu der Zeit der Verzögerung vorgesehen. Des weiteren wächst zu der Zeit der Verzögerung der Einlassrohrunterdruck an, so dass der Kraftstoff, der an dem Einlassrohr abgelagert ist, verdampft, und in die Brennkammern aufgenommen wird. Zum Kompensieren dieser Menge des aufgenommenen Kraftstoffs wird die Kraftstoffeinspritzmenge verringert.
FFC: Der Kraftstoffabschaltunterbrechungszeitkorrekturfaktor. In manchen Fällen wird eine Kraftstoffabschaltung durchgeführt, um die Kraftstoffwirtschaftlichkeit zu verbessern. Zum Verhindern eines Stoßes, der durch eine scharfe Erhöhung des Drehmoments zum Zeitpunkt der Unterbrechung der Kraftstoffabschaltung verursacht wird, wird die Kraftstoffeinspritzmenge für einen sanften Drehmomentanstieg zum Zeitpunkt der Unterbrechung der Kraftstoffabschaltung verringert.
TAUV: Die ungültige Einspritzzeit.
Zum Vereinfachen des Verständnisses wird die vorstehend genannte Gleichung zu TAU = TAUP·FAF·β + χ vereinfacht.
2 zeigt eine Routine zum Berechnen einer Kraftstoffeinspritzmenge durch die Verwendung der Gleichung. Diese Routine wird zu jedem vorbestimmten Kurbelwinkel, beispielsweise 360° durchgeführt. In Schritt S101 werden Einlassluftmengendaten Q und Drehzahldaten Ne von dem RAM 105 eingelesen und wird eine Grundkraftstoffeinspritzmenge TAUP (TAUP ist die Kraftstoffeinspritzdauer zum Erzielen des stoichiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses) berechnet. Beispielsweise wird die Berechnung mit TAUP ← α·Q/Ne (α ist eine Konstante) durchgeführt. In Schritt S102 wird eine Abschlusskraftstoffeinspritzmenge TAU mit TAU ← TAUP·FAF·β + χ berechnet. Nachfolgend wird in Schritt S103 die Einspritzmenge TAU in dem Herunterzähler 108 gesetzt und der Flip-Flop 109 gesetzt, um die Kraftstoffeinspritzung zu starten. Nachfolgend endet in Schritt S104 diese Routine. Wenn gemäß vorstehender Beschreibung die Zeit entsprechend der Kraftstoffeinspritzmenge TAU abläuft, wird der Flip-Flop 109 durch das Ausgangssignal des Herunterzählers 108 zurückgestellt, so dass die Kraftstoffeinspritzung endet.
Auf die vorstehend beschriebene Art wird die Kraftstoffeinspritzmenge ermittelt und wird die Kraftstoffeinspritzung auf der Grundlage der Kraftstoffeinspritzmenge durchgeführt. Als Folge wird das Luft/Kraftstoff-Verhältnis ermittelt. Das heißt, dass die Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung erzielt wird.
(Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückführregelung)
Aufgrund der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückführregelung, die in der Kraftstoffeinspritzsteuerung durchgeführt wird, wird die Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung gemäß der Erfindung erzielt.
Diese Steuerung wird durch eine erste Luft/Kraftstoff-Steuerungseinrichtung durchgeführt, die an der CPU des Steuerungsschaltkreises 20 durch ein Programm verwirklicht ist. Die erste Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungseinrichtung ist eine stoichiometrische Rückführregelungseinrichtung zum Rückführregeln eines Zielwerts in Richtung auf das stoichiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis. Wenn der Ausgangswert des O₂-Sensors, der in dem Abgasdurchgang vorgesehen ist, von dem stoichiometrischen Verhältnis fett ist (eine hohe Konzentration mit Bezug auf das stoichiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis), wird die Kraftstoffeinspritzmenge verringert. Wenn der Ausgangswert des O₂-Sensors von dem stoichiometrischen Verhältnis mager ist (niedrige Konzentration mit Bezug auf das stoichiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis), wird die Kraftstoffeinspritzmenge erhöht.
Die zweite Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungseinrichtung wird an der CPU des Steuerungsschaltkreises 20 durch ein Programm verwirklicht. Die zweite Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungseinrichtung ist eine magere Rückführsteuerungseinrichtung zum Verschieben des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses zu einem magereren Luft/Kraftstoff-Verhältnis.
3 zeigt eine Beziehung zwischen dem Wert von FAF und der Ausgangswellenform von dem O₂-Sensor, die bei der Rückführregelung verwendet wird. In 3 sind TDR und TDL inverse charakteristische Verzögerungszeiteinstellungen zum Kompensieren der Ansprechverzögerung des O₂-Sensors, die zu der Zeit des Übergangs von der mageren Seite zu der fetten Seite und dem Übergang von der fetten Seite zu der mageren Seite auftritt. Das Ansprechverhalten des O₂-Sensors ist bei dem Übergang von mager zu fett besser als bei dem Übergang von fett zu mager. Bei dem Übergang von der fetten Seite zu der mageren Seite erreicht das Übermaß an O₂ einen Zustand, bei dem nur eine geringe Menge von Sauerstoff um den Sensorerfassungsabschnitt vorhanden ist. Dagegen reagiert bei dem Übergang von der mageren Seite zu der fetten Seite O₂, das in dem Übermaß vorhanden ist, mit ankommendem HC und CO, so dass die Menge von O₂ sich verringert. Da O₂ eine größere Molekularabmessung als HC und CO hat, benötigt O₂ eine längere Zeit, um den Erfassungsabschnitt des Sensors zu erreichen, als HC und CO. Daher variiert die Zeit, die benötigt wird, bevor der O₂-Sensor in die Lage versetzt wird, das Schalten des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses zu erfassen, zwischen den zwei Richtungen des Übergangs, wie vorstehend beschrieben ist.
Während der Erfassungsverzögerungszeit bei dem Übergang von mager zu fett (Fetterfassungsverzögerung) erzeugt der O₂-Sensor eine ”magere” Abgabe, obwohl das tatsächliche Luft/Kraftstoff-Verhältnis von dem stoichiometrischen Verhältnis fett ist. Daher führt die Rückführregelung eine Korrektur zu einer fetteren Seite durch, so dass das tatsächliche Luft/Kraftstoff-Verhältnis weiter fett von dem stoichiometrischen Verhältnis wird. Während der Erfassungsverzögerungszeit bei dem Übergang von fett zu mager (Magererfassungsverzögerung) erzeugt der O₂-Sensor eine ”fette” Abgabe, obwohl das tatsächliche Luft/Kraftstoff-Verhältnis von dem stoichiometrischen Verhältnis mager ist. Daher führt die Rückführregelung eine Korrektur zu einer magereren Seite durch, so dass das tatsächliche Luft/Kraftstoff-Verhältnis weiter mager von dem stoichiometrischen Verhältnis wird. Da insgesamt die magere Erfassungsverzögerung länger als die fette Erfassungsverzögerung ist, setzt sich die übermäßige Korrektur zu einer magereren Seite für eine längere Zeit fort als die übermäßige Korrektur zu einer fetteren Seite, das heißt, dass eine magere Abweichung auftritt. Zum Verhindern dieses Problems werden Verzögerungszeiten TD (TDR > TDL) mit inversen Charakteristiken mit Bezug auf die vorstehend genannten Verzögerungszeiten gesetzt.
In 3 sind RSL und RSR Kraftstoffeinspritzmenge, die stufenweise zu Zeiten von dem Übergang von fett zu mager und dem Übergang von mager zu fett korrigiert werden. RSL wird als Magersprungkonstante bezeichnet und RSR wird als Fettsprungkonstante bezeichnet.
Ebenso stellt in 3 KIL und KIR Gradienten (Integrationskonstanten) einer graduellen Korrektur der Kraftstoffeinspritzmenge zu der mageren (fetten) Seite während des fetten (mageren) Zustands dar.
Die vorstehend beschriebene Vorrichtung in der Lage, den Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturfaktor FAF auf der Grundlage der Abgabe des O₂-Sensors 33 durch die erste Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungseinrichtung zu berechnen und ist daher in der Lage, das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in Richtung auf das stoichiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis rückführzuregeln.
Die 4 und 5 stellen eine Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsroutine zum Berechnen eines Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturfaktors FAF dar. Diese Routine wird zu jeder vorbestimmten Zeit, beispielsweise 4 ms ausgeführt. In Schritt S201 wird ermittelt, ob eine geschlossene Bedingung (Rückführbedingung) für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis durch den O₂-Sensor 33 erfüllt ist. Die geschlossene Bedingung beziehungsweise die geschlossene Regelbedingung ist beispielsweise nicht erfüllt, wenn die Kühlwassertemperatur niedriger oder gleich einem vorbestimmten Wert (beispielsweise 70°C) ist oder wenn der Verbrennungsmotorstart gerade durchgeführt wird oder wenn die Nachstarterhöhung durchgeführt wird oder wenn die Aufwärmerhöhung gerade durchgeführt wird oder wenn die Leistungserhöhung gerade durchgeführt wird oder wenn die Kraftstoffeinspritzmengenerhöhung zum Verhindern des Überhitzens des Katalysators gerade durchgeführt wird oder wenn das Ausgangssignal des stromaufwärtigen O₂-Sensors 33 nicht invertiert wurde oder wenn die Kraftstoffabschaltung gerade durchgeführt wird und so weiter. Für andere Fälle ist die geschlossene Bedingung erfüllt. Wenn die geschlossene Bedingung nicht erfüllt ist, schreitet der Vorgang zu Schritt S225 in 5 fort, bei dem die Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückführmarke XMFB zu ”0” gesetzt wird. Nachfolgend endet in Schritt S226 die Routine. Der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturfaktor FAF kann zu ”1,0” gesetzt sein. Wenn die geschlossene Bedingung erfüllt ist, schreitet der Vorgang zu Schritt S202 weiter.
In Schritt S202 wird die Abgabe VOM des O₂-Sensors 33 nach dessen A/D-Umwandlung eingegeben.
Nachfolgend wird im Schritt S203 ermittelt, ob das Luft/Kraftstoff-Verhältnis mager oder fett von dem stoichiometrischen Verhältnis ist auf der Grundlage davon, ob VOM niedriger oder gleich einer Vergleichsspannung VR1 ist. Die Vergleichsspannung VR1 ist normalerweise eine Spannung an der Mitte einer Amplitude der Abgabe des O₂-Sensors. In diesem Ausführungsbeispiel ist VR1 gleich 0,45 V. Die Schritte S204 bis S204 und die Schritte S210 bis S215 sind Abläufe zum Setzen einer Luft/Kraftstoff-Verhältnismarke F1 auf der Grundlage des Werts der Abgabe des O₂-Sensors 33, der in Schritt S203 ermittelt wird.
Die Luft/Kraftstoff-Verhältnismarke F1 zeigt an, ob das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases stromaufwärts von dem Katalysator 32 von dem stoichiometrischen Verhältnis fett oder mager ist. Der Wert der Marke F1 wird von 1 (fett) zu 0 (mager) oder von 0 zu 1 (Schritte S207 bis S209 und Schritte S213 bis S215) durch den Herunterzählvorgang (für den Fall des mageren Kraftstoffverhältnisses) oder den Hochzählvorgang (für den Fall des fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnisses) eines Verzögerungszählers CDLY (Schritte S206 und S212) geändert, wenn die Abgabe des stromaufwärtigen O₂-Sensors 33 fett oder mager von dem stoichiometrischen Verhältnis für zumindest eine vorbestimmte Verzögerungszeit (TDL, TDR) verbleibt. Der Wert TDL (Schritte S207 und S208) ist eine Magerverzögerungszeit zum Erhalten der Ermittelung eines fetten Zustands trotz der Änderung der Abgabe des O₂-Sensors 33 von der fetten Seite zu der mageren Seite und ist als ein negativer Wert definiert. Der Wert TDR (Schritte S213 und S214) ist ein Fettverzögerungszeit zum Erhalten der Ermittelung eines fetten Zustands trotz der Änderung der Abgabe des O₂-Sensors 33 von der mageren Seite zu der fetten Seite und ist als ein positiver Wert definiert.
Nachfolgend wird in Schritt S216 ermittelt, ob das Zeichen (Vorzeichen) des Werts der Luft/Kraftstoff-Verhältnismarke F1 umgekehrt wurde, das heisst, ob das Luft/Kraftstoff-Verhältnis nach dem Verzögerungsvorgang umgekehrt wurde. Wenn sich das Luft/Kraftstoff-Verhältnis umgekehrt hat, wird in Schritt S217 ermittelt, ob die Umkehrung von fett zu mager oder von mager zu fett auf der Grundlage des Werts der Luft/Kraftstoff-Verhältnismarke F1 vorliegt. Wenn die Umkehrung von fett zu mager vorliegt, wird der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturfaktor FAF sprungförmig von FAF ← FAF + RSR zum Korrigieren des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses zu einer fetteren Seite in Schritt S218 erhöht. Wenn dagegen die Umkehrung von mager zu fett vorliegt, wird der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturfaktor FAF sprungförmig von FAF ← FAF – RSL zum Korrigieren des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses zu einer magereren Seite in Schritt S219 verringert. Das heisst, das ein Sprungvorgang durchgeführt wird.
Wenn in Schritt S216 ermittelt wird, dass das Zeichen der Luft/Kraftstoff-Verhältnismarke F1 sich nicht umgekehrt hat, wird ein Integrationsvorgang in den Schritten S220, S221 und S222 durchgeführt. Das heisst, dass in Schritt S220 ermittelt wird, ob F1 gleich „1” ist. Wenn F1 gleich „0” ist (mager), wird FAF ← FAF + KIR in Schritt S221 durchgeführt. Wenn dagegen F1 gleich „1” ist (fett), wird FAF ← FAS – KIL in Schritt S222 durchgeführt. Die Integrationskonstanten KIR, KIL sind ausreichend klein im Vergleich mit den Sprungkonstanten RSR, RSL voreingestellt, das heisst, dass KIR (KIL) < RSR (RSL) ist. Daher wird in Schritt S221 das Luft/Kraftstoff-Verhältnis graduell von einem mageren Zustand (F1 = „0”) in Richtung auf eine fette Seite geändert. In Schritt S222 wird das Luft/Kraftstoff-Verhältnis graduell von einem fetten Zustand (F1 = „1”) in Richtung auf eine magere Seite geändert.
Nachfolgend wird in Schritt S223 der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturfaktor FAF in den Schritten S218, S219, S221 und S222 berechnet und durch einen Minimalwert, beispielsweise 0,8, oder durch einen Maximalwert, beispielsweise 1,2, geführt. Wenn daher der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturfaktor FAF aus irgendeinem Grund übermässig gross oder übermässig klein wird, wird das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Verbrennungsmotors durch den Führungswert zum Verhindern eines überfetten oder eines untermageren Zustands gesteuert. In Schritt S224 wird die Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückführmarke XMFB zu „1” gesetzt und wird der Wert FAF, der wie vorstehend berechnet wird, in dem RAM 105 gespeichert. Nachfolgend endet in Schritt S226 diese Schleife.
Der vorstehend beschriebene Vorgang ist in Zeitablaufdiagrammen von 6A bis 6D dargestellt. Wenn ein Fett/Mager-Ermittelungs-Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Signal A/F von der Abgabe VOM des O₂-Sensors 33 erhalten wird, wie in 6A angedeutet ist, zählt der Verzögerungszähler CDLY für den Fall des fetten Zustands hoch oder zählt für den Fall des mageren Zustands herunter, wie in 6B angedeutet ist. Als Folge wird ein verzögerungsverarbeitetes Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Signal A/F' (entsprechend der Luft/Kraftstoff-Verhältnismarke F1) ausgebildet, wie in 6C angedeutet ist. Obwohl sich beispielsweise das Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Signal A/F von der mageren zu der fetten Seite zu einem Zeitpunkt t1 ändert, wird das verzögerte Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Signal A/F' an der mageren Seite für die Fettverzögerungszeit TDR gehalten und ändert sich zu der fetten Seite zu einem Zeitpunkt t2. Obwohl sich das Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Signal A/F von der fetten zu der mageren Seite zu einem Zeitpunkt t3 ändert, wird das verzögerte Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Signal A/F' an der fetten Seite für eine Zeit entsprechend der Magerverzögerungszeit(-TDL) gehalten und ändert sich zu der mageren Seite zu einem Zeitpunkt t4.
Wenn jedoch das Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Signal A/F sich in einer Zeit umkehrt, die kürzer als die Fettverzögerungszeit TDR ist, wie für den Fall der Zeitpunkte t5, t6 und t7, ist eine lange Zeit für den Verzögerungszähler CDLY zum Erreichen des Maximalwerts TDR erforderlich. Als Folge kehrt sich das Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Signal A/F' zu einem Zeitpunkt t8 um. Das heisst, dass das Nachverzögerungsverarbeitungs-Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Signal A/F' stabiler als das Vorverzögerungsverarbeitungs-Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Signal A/F ist. Auf der Grundlage des stabilen Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Signals A/F', das von dem Verzögerungsvorgang vorgesehen wird, wird der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturfaktor FAF erhalten, wie in 6D angedeutet ist.
(Erfindungsgemässe Steuerung)
In der Erfindung wird die Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsänderungseinrichtung zum Ändern zwischen der Rückführregelung zu dem stoichiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis, wodurch die Sauerstoffmenge in dem Abgas verringert wird (erste Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungseinrichtung) und der Rückführregelung zu einer Magerverbrennungsseite zu ändern, wodurch die Sauerstoffmenge in dem Abgas erhöht wird (zweite Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungseinrichtung), gemäss dem Zustand der Oxidation oder des Zustands der Ablagerung von Partikelstoffen an der Abgassteuerungsvorrichtung, die in dem Abgasdurchgang vorgesehen ist.
Das Ausführungsbeispiel umfasst eine erste Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungseinrichtung zum Durchführen einer stoichiometrischen Rückführregelung, bei der das Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu dem stoichiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf der Grundlage der Abgabe des O₂-Sensors gebracht wird, und eine zweite Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungseinrichtung zum Durchführen einer mageren Rückführregelung, bei der die Menge des Kraftstoffs, zu einem übermässig mageren Zustand relativ zu dem stoichiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis geändert wird. Im Prinzip wird die Steuerung durch die erste Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungseinrichtung durchgeführt. Wenn ermittelt wird, dass Partikelstoffe an der Abgassteuerungsvorrichtung abgelagert sind oder wenn eine Bedingung, bei der die Oxidationsrate der Partikelstoffe sich verringert, gebildet ist, wird die Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungseinrichtung zu der zweiten Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungseinrichtung geschaltet. Das heisst, dass der stoichiometrische Betrieb im Prinzip durchgeführt wird. Wenn ermittelt wird, dass sich Partikelstoffe abgelagert haben, oder wenn ermittelt wird, dass die Oxidationsgeschwindigkeit im Begriff ist sich zu verringern, wird die Steuerung zu der mageren Seite geschaltet.
Beispiele von spezifischen Vorgängen der vorstehend genannten Steuerung umfassen einen Vorgang, bei dem bei der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturfaktor FAF2 gesetzt ist, so dass sich das Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu der mageren Seite verschiebt, und einen Vorgang, bei dem die Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungskonstanten, wie z. B. die Sprungkonstanten RSR, RSL, die Integrationskonstanten KIR, KIL, die Verzögerungszeiten TDR, TDL oder die Vergleichsspannung (Mager/Fett-Ermittelungsspannung) VR1 für die Abgabe VOM des Luftdurchflussmessgeräts 13 variabel gemacht sind.
Als nächstes wird beschrieben, wie sich das Luft/Kraftstoffverhältnis ändert, wenn die Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Konstantenwerte variabel sind. Wenn beispielweise die Fettsprungkonstante RSR vergrössert wird, kann das Steuerungs-Luft/Kraftstoffverhältnis zu der fetten Seite verschoben werden. Desweiteren gestattet die Verringerung der Magersprungkonstante RSL eine Verschiebung des Steuerungs-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses zu der fetten Seite. Dagegen gestattet eine Vergrösserung der Magersprungkonstante RSL eine Verschiebung des Steuerungs-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses zu der mageren Seite. Eine Verringerung der Fettsprungkonstante RSR gestattet eine Verschiebung des Steuerungs-Luft/Kraftstoffverhältnisses zu der mageren Seite.
Desweiteren gestattet eine Vergrösserung der Fettintegrationskonstante KIR eine Verschiebung des Steuerungs-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses zu der fetten Seite. Die Verringerung der Magerintegrationskonstanten KIL gestattet ebenso eine Verschiebung des Steuerungs-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses zu der fetten Seite. Dagegen gestattet eine Vergrösserung der Magerintegrationskonstanten KIL eine Verschiebung des Steuerungs-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses zu der mageren Seite. Die Verringerung der Fettintegrationskonstanten KIR gestattet ebenso eine Verschiebung des Steuerungs-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses zu der mageren Seite. Daher kann das Luft/Kraftstoff-Verhältnis durch Korrigieren der Fettintegrationskonstanten KIR und der Magerintegrationskonstanten KIL gesteuert werden.
Wenn die Fettverzögerungszeit TDR grösser gesetzt wird oder die Magerverzögerungszeit(-TDL) kleiner gesetzt wird, kann das Steuerungs-Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu der fetten Seite verschoben werden. Wenn dagegen die Magerverzögerungszeit(-TDL) grösser gesetzt wird oder die Fettverzögerungszeit TDR kleiner gesetzt wird, kann das Steuerungs-Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu der mageren Seite verschoben werden.
Desweiteren gestattet eine Erhöhung der Vergleichsspannung VR1 eine Verschiebung des Steuerungs-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses zu der fetten Seite. Die Verringerung der Vergleichspannung VR1 gestattet eine Verschiebung des Steuerungs-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses zu der mageren Seite.
Bei dieser Erfindung muss ein zentrales Luft/Kraftstoff-Verhältnis an der mageren Seite liegen. Wie aus der vorstehend genannten Beschreibung erkennbar ist, kann das zentrale Luft/Kraftstoff-Verhältnis in Richtung auf eine magere Seite durch eine Kombination wie folgt gesetzt werden:

(1) magerseitige Sprungkonstante RSL > fettseitige Sprungkonstante RSR;
(2) magerseitige Integrationskonstante KIL > fettseitige Integrationskonstante KIR;
(3) Fettermittelungsverzögerungszeit TDR < Magerermittelungsverzögerungszeit TDL (wodurch ein magerer Zustand für eine lange Zeit erhalten werden kann);
(4) die Mager/Fettermittelungsspannung des O₂-Sensors wird von dem für die stoichiometrische Rückführungsregelung (7) gesetzten Niveau verringert (wenn die Ermittelungsspannung unterhalb von dem Niveau für die stoichiometrische Rückführregelung verringert wird, wird die Ermittelung, dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis von dem stoichiometrischen Verhältnis fett ist, häufiger durchgeführt, so dass die Zeit der Magerkorrektur lang wird und das zentrale Luft/Kraftstoff-Verhältnis dazu neigt, von dem stoichiometrischen Verhältnis mager zu sein).

Normalerweise wird bei dem vorstehend beschriebenen Verbrennungsmotor die stoichiometrische Rückführregelung durch die erste Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungseinrichtung durchgeführt. Wenn jedoch Partikelstoffe an dem Filter abgelagert sind oder erwartet wird, dass sie sich an dem Filter ablagern, oder wenn die Oxidationsgeschwindigkeit der Partikelstoffe sich verringert hat oder erwartet wird, dass sie sich verringert, wird die Magerrückführregelung durch Setzen eines Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturfaktors FAF2 durchgeführt, um das Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu der mageren Seite zu verschieben, oder durch Ändern der Sprungkonstanten RSL, RSR, der Integrationskonstanten KIL, KIR oder der Verzögerungszeiten TDR, TDL, die bei der stoichiometrischen Rückführregelung verwendet werden, um die vorstehend genannte Bedingung (1) bis (3) zu erfüllen, oder durch Verringern der Mager/Fettermittelungsspannung des O₂-Sensors von dem für die stoichiometrische Rückführregelung gesetzten Niveau als die Bedingung (4).
Diese Magerrückführregelung wird durchgeführt, wenn Partikelstoffe an dem Filter abgelagert sind oder erwartet wird, dass sie sich an dem Filter ablagern, oder wenn die Oxidationsgeschwindigkeit der Partikelstoffe sich verringert hat oder erwartet wird, dass sie sich verringert. Insbesondere wird die Magerrückführregelung unter den folgenden Bedingungen durchgeführt.

a) Wenn ermittelt wird, dass die Oxidationsgeschwindigkeit der Partikelstoffe im Begriff ist, sich zu verringern, wird die Rückführregelung in Richtung auf die magere Seite durch eine vorstehend beschriebene Technologie gesetzt.

Beispiel 1 der Ermittelung: Abbildungen eines Ausstosses von Partikelstoffen von dem Verbrennungsmotor unter verschiedenen Betriebsbedingungen werden vorbereitet. Die vorstehend genannte Ermittelung wird gemacht, wenn in einem Bereich eine Abbildung eingetreten wird (wenn die Menge der Partikelstoffe sich erhöht, so dass der Oxidationsprozess unter der Ablagerung der Partikelstoffe nicht aufrechterhalten wird). (Dies ist ein Beispiel einer Ablagerungs-Zustands-Erfassungs-Einrichtung zum Erfassen des Zustands der Ablagerungen von Partikelstoffen.)
Beispiel 2 der Ermittelung: Die vorstehend genannte Ermittelung wird durchgeführt, wenn ein Partikelstoff-Erfassungssensor, der in dem Abgassystem angeordnet ist, einen Wert erfasst, der grösser oder gleich einem Grenzwert ist. (Das ist ein Beispiel der Ablagerungs-Zustands-Erfassungs-Einrichtung zum Erfassen des Zustands der Ablagerung der Partikelstoffe.)
Beispiel 3 der Ermittelung: Die vorstehend genannte Ermittelung wird durchgeführt, wenn die Filtertemperatur (Temperatur, die von einer Schätzungsabbildung ermittelt wird, oder eine tatsächlich gemessene Temperatur) niedrig ist.
Beispiel 4 der Ermittelung: Die vorstehend genannte Ermittelung wird durchgeführt, wenn ermittelt wird, dass die Partikelstoff-Oxidationsgeschwindigkeit niedrig ist, durch Berücksichtigen der Partikelstoff-Oxidationsgeschwindigkeit von der Menge der Partikelstoffe, die ausgestossen wird, und der Temperatur. Es wird ermittelt, dass die Partikelstoff-Oxidationsgeschwindigkeit niedrig ist, wenn sich die Menge der ausgestossenen Partikelstoffe erhöht und wenn sich die Temperatur verringert.

b) Wenn ein verstopfter Zustand des Partikelstofffilters erfasst wird, wird die Rückführregelung in Richtung auf die magere Seite durch eine vorstehend beschriebene Technologie gesetzt.

Beispiel 1 der Erfassung des Verstopfens: Die vorstehend genannte Ermittelung wird durchgeführt, wenn ein Drucksensor einen Druckanstieg oberhalb eines Grenzwerts erfasst.
Beispiel 2 der Erfassung: Die vorstehend genannte Ermittelung wird durchgeführt, wenn der Grad der Verringerung der Menge der Einlassluft einen Grenzwert übersteigt.
Beispiel 3 der Erfassung: Die vorstehend genannte Ermittelung wird durchgeführt, wenn eine Menge einer Ablagerung von Partikelstoffen grösser oder gleich einem gewissen Niveau auf der Grundlage einer Partikelstoff-Ablagerungsmengen-Schätzlogik erwartet wird.
(Dieses sind Beispiele der Ablagerungszustands-Erfassungs-Einrichtung zum Erfassen des Zustands der Ablagerung der Partikelstoffe.)
Wenn jedoch in der Situation b) die Filtertemperatur grösser oder gleich einer Temperatur der sicheren Oxidationsgeschwindigkeit der Partikelstoffe ist, ist es wünschenswert, die stoichiometrische Rückführregelung in Richtung auf die magere Seite zu verändern, nachdem die Filtertemperatur auf oder unter die Sicherheitstemperatur abfällt. Wenn die Magerrückführregelung an einem Punkt P in 8A durchgeführt wird, gibt es unter Bezugnahme auf die 8A bis 8D eine Gefahr, dass die Filtertemperatur stark auf einen Überhitzungszustand ansteigt und daher den Katalysator beschädigt. Daher ist eine Sicherheitstemperatur zum Vermeiden der Gefahr als ein Grenzwert bei beispielsweise ungefähr 500° Celsius gesetzt. Die Magerrückführregelung wird zu dem Zeitpunkt durchgeführt, wenn sich die Filtertemperatur auf oder unter die Grenztemperatur verringert.
Bei einem System, bei dem die stoichiometrische Rückführregelung in Richtung auf die magere Seite geändert wird, ist es möglich, die Emission von NOx nicht nur für den Fall b) zu minimieren, sondern auch für einen Fall, bei dem die stoichiometrische Rückführregelung in Richtung auf die magere Seite über die Speicherreduktionsfunktion geändert wird, die an dem Filter vorgesehen ist.
Desweiteren ist es bei einem System, bei dem die stoichiometrische Rückführregelung in Richtung auf die magere Seite geändert wird, geeignet, erhöhte Mengen von Rodium und anderen Metallen, die an dem Filter gestützt sind, vorzusehen, so dass die Reduktionsentfernung von NOx effektiver durchgeführt werden kann, auch wenn die Rückführregelung in Richtung auf die magere Seite geändert wird.

c) Die Rückführregelung wird in Richtung auf die magere Seite durch eine Technologie geändert, wie vorstehend beschrieben ist, wenn unter einer Bedingung, bei der die Partikelstoffe mit einer relativ grossen Menge vorhanden sind und sich wahrscheinlich ablagern, wie bei einem Kaltstart oder dergleichen, die stoichiometrische Rückführregelung gerade durchgeführt wird und ermittelt wird, dass das Filter aktiviert wurde.

Zu der Zeit des Kaltstarts ist die Menge der erzeugten Partikelstoffe gross. Desweiteren ist die Temperatur des O₂-Sensors niedrig, so dass die Erfassung des O₂ unmöglich ist. Daher wird der Verbrennungsmotor über eine Zielwerksteuerung betrieben. Daher wird während des nachfolgenden Betriebs die Rückführung zu der mageren Seite unter der Bedingung gesteuert, dass die stoichiometrische Rückführregelungsbedingung erfüllt ist (der O₂-Sensor aktiviert ist), und wird daher die stoichiometrische Rückführregelung gestartet und wird das Filter aktiviert.
Daher wird eine große Menge Sauerstoff zu dem aktivierten Filter zugeführt, so dass die Oxidation der Partikelstoffe verbessert werden kann. Die Menge der ausgestossenen Partikelstoffe kann über eine Integration auf der Grundlage eines Partikelstoffsensors berechnet werden, der in dem Abgasrohr angeordnet ist. Die Ermittelung hinsichtlich der Aktivierung des Filters basiert auf einem Wert der Filtertemperatur, der durch einen Temperatursensor erfasst wird, oder der Verbrennungsmotorbetriebsbedingung. Wenn beispielsweise die Filtertemperatur grösser oder gleich der Aktivierungstemperatur ist oder wenn eine vorbestimmte Zeit dem Start des Verbrennungsmotors folgend abgelaufen ist, wird ermittelt, dass das Filter aktiviert wurde.
Die 9A bis 9C zeigen Zeitablaufdiagramme des vorstehend genannten Vorgangs. In diesem Ausführungsbeispiel werden die Filteraktivierungsermittelung (9A), die O₂-Sensoraktivierungsermittelung (9B) und die Fahrzeuggeschwindigkeit (9C) gleichzeitig überwacht. Nachdem der Verbrennungsmotor gestartet ist, wird eine vorbestimmte Temperatur erreicht und der O₂-Sensor aktiv. Darauf wird die Magerrückführregelung unter der Bedingung durchgeführt, dass die Verbrennungsmotordrehzahl ansteigt und die Filtertemperatur ansteigt, so dass die Aktivierung erzielt wird.
Die 10A bis 10D zeigen einen Fall an, bei dem die Menge der Partikelstoffe, die ausgestossen wird, aus der Wassertemperatur- oder der Öltemperaturbedingung (über eine Abbildung oder dergleichen) vorhergesagt wird, und wobei, wenn die vorbestimmte Menge größer oder gleich einem vorbestimmten Wert ist, die Magerrückführregelung durchgeführt wird.

d) Die Rückführregelung wird zu der mageren Seite durch eine Technologie geändert, wie vorstehend beschrieben ist, wenn nach einem Hochlastbetrieb, der einen Ausstoss von einer grossen Menge von Partikelstoffen verursacht, die stoichiometrische Rückführregelung gestartet wird und ermittelt wird, dass das Filter aktiviert wurde.

Während des Hochlastbetriebs wird ein Fettbetrieb auf der Grundlage einer Zielwertsteuerung zum Sicherstellen der Abgabe oder zum Schützen des Katalysators durchgeführt. Daher kann ein magerseitiger Betrieb durch die Rückführung nicht durchgeführt werden. Daher wird nach dem Hochlastbetrieb, der den Ausstoß einer großen Menge von Partikelstoffen verursacht, die Magerrückführregelung unter der Bedingung durchgeführt, dass die stoichiometrische Rückführregelung gestartet wurde, und wird das Filter aktiviert.
Wenn es für diesen Fall eine Gefahr einer thermischen Verschlechterung gibt, die durch einen mageren Betrieb verursacht wird, wird die Rückführregelung zu der mageren Seite durch eine Technologie geändert, wie vorstehend beschrieben ist, unter der Bedingung, dass die Temperatur niedriger oder gleich einer Verschlechterungsermittelungstemperatur (700 bis 800°C) ist.
Diese Regelung beziehungsweise Steuerung ist in den 11A und 11B dargestellt. Zu der Zeit des Hochlastbetriebs aufgrund von einer raschen Beschleunigung erhöht sich die Fahrzeuggeschwindigkeit und wird in die Zielwertsteuerung eingetreten. Für diesen Fall ist die Erzeugung von Partikelstoffen groß und wird die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas im Wesentlichen null. Nachdem die Fahrzeuggeschwindigkeit stabil wird, kehrt die Steuerung zu der Rückführregelung zurück, so dass es möglich wird, Sauerstoff dem Filter durch die Magerrückführregelung zuzuführen. Wenn jedoch aufgrund der Temperaturverringerung nach der raschen Beschleunigung das Filter überhitzt wird, so dass ermittelt wird, dass es eine Gefahr einer thermischen Verschlechterung gibt, die durch weiteres Erhitzen als Folge der mageren Rückführregelung verursacht wird (ermittelt auf der Grundlage der Filtertemperatur), wird die Magerrückführregelung unter der Bedingung (T1) durchgeführt, dass die Filtertemperatur auf oder unter eine thermische Verschlechterungsverhinderungsermittelungstemperatur (700 bis 800°C) abgefallen ist.
Wenn des weiteren die Menge der Partikelstoffe, die ausgestoßen wird, größer oder gleich einem vorbestimmten Wert ist, gibt es eine Gefahr einer übermäßigen Temperaturerhöhung aufgrund der Partikelstoffe. Für diesen Fall wird daher die Rückführregelung zu der mageren Seite durch eine Technologie geändert, die vorstehend beschrieben ist, unter der Bedingung (T2), dass die Temperatur auf eine sichere Partikelstoffoxidationstemperatur (beispielsweise ungefähr 600°C) abgefallen ist.

e) Wenn ermittelt wird, dass eine bestimmte Menge Sauerstoff gemäß der Menge der Partikelstoffe, die ausgestoßen wird, zugeführt wurde, wird die Magerrückführregelung angehalten.

Beispiele sind ein Fall, bei dem die Menge der Partikelstoffe, die ausgestoßen wird, sich erhöht, die Magerrückführregelungszeit vergrößert wird, ein Fall, bei dem die Menge von zugeführtem O₂ auf der Grundlage der Abgabe des O₂-Sensors integriert wird und die magere Rückführregelung angehalten wird, wenn ermittelt wird, dass eine Menge von O₂ entsprechend der Menge der Ablagerung der Partikelstoffe zugeführt wurde, ein Fall, bei dem die Menge des O₂, die zugeführt wurde, auf der Grundlage des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturfaktors integriert wurde, und die Magerrückführregelung angehalten wird, wenn eine Menge von O₂ entsprechend der Menge einer Ablagerung der Partikelstoffe zugeführt werden kann, und so weiter.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird bei einem Fall, bei dem ermittelt wird, dass die Partikelstoffoxidationsgeschwindigkeit sich verringert hat, oder einem Fall, bei dem sich Partikelstoffe abgelagert haben, und so weiter, Sauerstoff der Abgassteuerungsvorrichtung durch die Magerrückführregelung zugeführt, so dass die Partikelstoffe durch Verbrennen entfernt werden können. Insbesondere bei einem Benzindirekteinspritzverbrennungsmotor verursacht der geschichtete Magerverbrennungsbetrieb eine niedrige Abgastemperatur und eine relativ große Menge von ausgestoßenen Partikelstoffen. Wenn daher der geschichtete Magerverbrennungsbetrieb des Benzindirekteinspritzverbrennungsmotors fortgesetzt wird, gibt es eine Gefahr der Ablagerung von Partikelstoffen gemäß dem Stand der Technik. Jedoch ist das Ausführungsbeispiel in der Lage, den Partikelstoffoxidationsvorgang bei dieser Bauart des Verbrennungsmotors sanft durchzuführen.
Während die Erfindung unter Bezugnahme auf das beschrieben ist, was gegenwärtig als ihre bevorzugten Ausführungsbeispiele betrachtet wird, ist es verständlich, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiele oder Konstruktionen begrenzt ist. Dagegen ist beabsichtigt, dass die Erfindung verschiedenartige Abwandlungen und äquivalente Anordnungen abdeckt. Während außerdem die verschiedenen Elemente der offenbarten Erfindung in verschiedenen Kombinationen und Konfigurationen gezeigt sind, die beispielhaft sind, sind andere Kombinationen und Konfigurationen einschließlich mehr, weniger oder nur einem einzelnen Ausführungsbeispiel ebenso innerhalb des Anwendungsbereichs der Erfindung.
Bei der Abgassteuerungsvorrichtung, die an dem Verbrennungsmotor vorgesehen ist, wird ein Partikelstoff, der in Verbindung mit einer Verbrennung von Benzin in einer Brennkammer erzeugt wird, durch eine Abgassteuerungsvorrichtung oxidiert, die an einem Abgasdurchgang vorgesehen ist. Der Verbrennungsmotor weist eine Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsänderungseinrichtung zum Ändern zwischen einer Rückführregelung in Richtung auf ein stoichiometrisches Luft/Kraftstoff-Verhältnis, wodurch eine Menge von Sauerstoff in dem Abgas verringert wird, und einer Rückführregelung in Richtung auf eine Magerverbrennungsseite auf, wodurch die Menge des Sauerstoffs in dem Abgas erhöht wird, wenn die Oxidationsgeschwindigkeit des Partikelstoffs in der Abgassteuerungsvorrichtung, die an dem Abgasdurchgang vorgesehen ist, gering ist oder wenn die Menge der Ablagerung des Partikelstoffs groß ist.

Claims

Abgassteuerungsvorrichtung, die in einem Abgasdurchgang eines Verbrennungsmotors vorgesehen ist, durch die Partikel oxidiert werden, die bei einer Verbrennung von Benzin in einer Brennkammer erzeugt werden, wobei der Verbrennungsmotor eine Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Regeleinrichtung (20) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Regeleinrichtung (20) ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis derart verschiebt, dass eine Kraftstoffmenge viel geringer als eine bei einem vorliegenden Luft/Kraftstoff-Verhältnis vorliegende Kraftstoffmenge wird, wenn die Bedingung, dass sich eine Oxidationsgeschwindigkeit der Partikel verringert, oder zusätzlich zu der Bedingung, dass sich die Oxidationsgeschwindigkeit der Partikel verringert, die Bedingung, dass eine Menge der abgelagerten Partikel zumindest eine vorbestimmte Menge ist, erfüllt ist.
Abgassteuerungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Regelungsänderungseinrichtung (20), die zwischen einer ersten Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Regelung, die eine Rückführregelung in Richtung auf ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoff-Verhältnis durchführt, wodurch eine Menge des Sauerstoffs in dem Abgas verringert wird, und einer zweiten Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Regelung, die eine Rückführregelung in Richtung auf eine Magerverbrennungsseite durchführt, wodurch die Menge des Sauerstoffs in dem Abgas erhöht wird, auf der Grundlage eines Zustands der Partikel in der Abgassteuerungsvorrichtung (PF) ändert, die in dem Abgasdurchgang vorgesehen ist, wenn die Bedingung, dass sich die Oxidationsgeschwindigkeit der Partikel verringert, oder zusätzlich zu der Bedingung, dass sich die Oxidationsgeschwindigkeit der Partikel verringert, die Bedingung, dass die Menge der abgelagerten Partikel zumindest eine vorbestimmte Menge ist, erfüllt ist.
Abgassteuerungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Rückführregelungseinrichtung (20) zum rückgeführten Regeln des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses auf einen vorbestimmten Zielwert auf der Grundlage einer Abgabe eines Sauerstoffkonzentrationssensors (33), der in dem Abgasdurchgang vorgesehen ist, wobei der Verbrennungsmotor folgendes aufweist: eine erste Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Regeleinrichtung (20) zum Durchführen einer stöchiometrischen Rückführregelung, wobei der Zielwert ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist, und eine zweite Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Regeleinrichtung (20) zum Durchführen einer mageren Rückführregelung, bei der eine Menge des Kraftstoffs relativ zu dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis gering gemacht ist, wobei im normalen Betriebszustand die Steuerung durch die erste Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Regeleinrichtung (20) durchgeführt wird und die Rückführregelungseinrichtung (20) zu der Regelung durch die zweite Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Regeleinrichtung (20) auf der Grundlage eines Zustands der Partikel in der Abgassteuerungsvorrichtung (PF) geändert wird, wenn die Bedingung, dass sich die Oxidationsgeschwindigkeit der Partikel verringert, oder zusätzlich zu der Bedingung, dass sich die Oxidationsgeschwindigkeit der Partikel verringert, die Bedingung, dass die Menge der abgelagerten Partikel zumindest eine vorbestimmte Menge ist, erfüllt ist.
Abgassteuerungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgassteuerungsvorrichtung (PF) zumindest eines von den folgendes Elementen aufweist: eine Filtervorrichtung, bei der ein Filter, der die Partikel oxidieren und entfernen kann, mit einem NOx-Absorber (aktive Sauerstoffabfuhr) beladen ist, eine Filtervorrichtung, die mit einem Oxidationskatalysator beladen ist, und eine Filtervorrichtung, bei der ein Katalysator für eine Oxidation von NO in NO₂ stromaufwärts von dem Filter angeordnet ist, und bei dem die Partikel durch NO₂ oxidiert werden.
Abgassteuerungsvorrichtung gemäß Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückführregelung zu der mageren Rückführregelung geändert wird, die durch die zweite Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Regeleinrichtung (20) durchgeführt wird, wenn eine Betriebsbedingung angenommen wird, bei der eine Oxidationsgeschwindigkeit der Partikel sich verringert.
Abgassteuerungsvorrichtung gemäß Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch eine Ablagerungszustandserfassungseinrichtung (20) zum Erfassen eines Zustands einer Ablagerung der Partikel, wobei die Rückführregelung zu der mageren Rückführregelung, die durch die zweite Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Regeleinrichtung (20) durchgeführt wird, geändert wird, wenn eine Menge der abgelagerten Partikel zumindest eine vorbestimmte Menge erreicht.
Abgassteuerungsvorrichtung gemäß Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenn eine Temperatur der Abgassteuerungsvorrichtung (PF) zumindest ein vorbestimmter Wert ist, die Rückführregelung zu der mageren Rückführregelung geändert wird, die durch die zweite Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Regeleinrichtung (20) durchgeführt wird.
Abgassteuerungsvorrichtung gemäß Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Verbrennungsmotorkaltstart der Verbrennungsmotor über eine Zielwertsteuerung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses betrieben wird und die Steuerung darauf zu der mageren Rückführregelung geändert wird.
Abgassteuerungsvorrichtung gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Verbrennungsmotorkaltstart eine stöchiometrische Rückführregelung durchgeführt wird, wobei vorausgesetzt wird, dass eine Rückführregelungsstartbedingung erfüllt ist, und darauf die Rückführregelung zu der mageren Rückführregelung geändert wird, wenn die Abgassteuerungsvorrichtung (PF) eine Aktivierungstemperatur erreicht.
Abgassteuerungsvorrichtung gemäß Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass während eines Verbrennungsmotorhochlastbetriebs eine Zielwertsteuerung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses durchgeführt wird, und dass bei einem Übergang von diesem Steuerungszustand zu einer Rückführregelung die Steuerung von der Zielwertsteuerung zu der mageren Rückführregelung geändert wird.
Abgassteuerungsvorrichtung gemäß Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückführregelung von der mageren Rückführregelung zu der stöchiometrischen Rückführregelung zurückgestellt wird, wenn der Abgassteuerungsvorrichtung (PF) eine vorbestimmte Menge von Sauerstoff zugeführt wurde.
Abgassteuerungsverfahren für einen Verbrennungsmotor mit einer Abgassteuerungsvorrichtung (PF), die in einem Abgasdurchgang des Verbrennungsmotors vorgesehen ist und die Partikel oxidiert, die bei einer Verbrennung von Benzin in einer Brennkammer des Verbrennungsmotors erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren den folgenden Schritt aufweist: Verschieben eines Luft/Kraftstoff-Verhältnisses zu einer Seite, so dass eine Kraftstoffmenge viel weniger als eine Kraftstoffmenge wird, die bei einem vorliegenden Luft/Kraftstoff-Verhältnis vorliegt, wenn die Bedingung, dass sich eine Oxidationsgeschwindigkeit der Partikel verringert, oder zusätzlich zu der Bedingung, dass sich eine Oxidationsgeschwindigkeit der Partikel verringert, die Bedingung, dass eine Menge der abgelagerten Partikel zumindest eine vorbestimmte Menge ist, erfüllt ist.
Abgassteuerungsverfahren gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren den folgenden Schritt aufweist: Ändern der Regelung zwischen einer ersten Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Regelung, die eine Rückführregelung in Richtung auf ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoff-Verhältnis durchführt, wobei eine Menge des Sauerstoffs in dem Abgas verringert wird, und einer zweiten Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Regelung, die eine Rückführregelung in Richtung auf eine Magerverbrennungsseite durchführt, wodurch eine Menge des Sauerstoffs in dem Abgas vergrößert wird, auf der Grundlage eines Zustands der Partikel in der Abgassteuerungsvorrichtung (PF), die in dem Abgasdurchgang vorgesehen ist, wenn die Bedingung, dass sich die Oxidationsgeschwindigkeit der Partikel verringert, oder zusätzlich zu der Bedingung, dass sich die Oxidationsgeschwindigkeit der Partikel verringert, die Bedingung, dass die Menge der abgelagerten Partikel zumindest eine vorbestimmte Menge ist, erfüllt ist.
Abgassteuerungsverfahren gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Rückführregeln des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses auf einen vorbestimmten Zielwert auf der Grundlage einer Abgabe eines im Abgasdurchgang vorgesehenen Sauerstoffkonzentrationssensors (33); Durchführen einer stöchiometrischen Rückführregelung im normalen Betriebszustand, wobei der Zielwert das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist, Ändern der Steuerung zu einer mageren Rückführregelung, bei der eine Menge des Kraftstoffs relativ zu dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis gering gemacht wird, auf der Grundlage eines Zustands der Partikel in der Abgassteuerungsvorrichtung (PF), wenn die Bedingung, dass sich die Oxidationsgeschwindigkeit der Partikel verringert, oder zusätzlich zu der Bedingung, dass sich die Oxidationsgeschwindigkeit der Partikel verringert, die Bedingung, dass die Menge der abgelagerten Partikel zumindest eine vorbestimmte Menge ist, erfüllt ist.