DE19739751B4

DE19739751B4 - Abgasreinigungsgerät für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE19739751B4
Application number: DE19739751A
Authority: DE
Inventors: Kanehito Kariya Nakamura; Tsukasa Kariya Kuboshima; Hajime Kariya Katsuro; Kouichi Kariya Ohata
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1996-09-17
Filing date: 1997-09-10
Publication date: 2007-10-18
Anticipated expiration: 2017-09-11
Also published as: DE19739751A1; FR2753485A1; JP3787913B2; FR2753485B1; JPH1089051A

Abstract

Abgasreinigungsgerät für eine Brennkraftmaschine mit folgendem:
einem Katalysator (13), der an einem Abgaskanal (12) einer Brennkraftmaschine (11) zum Reduzieren und Reinigen von Stickoxiden in einem Abgas angeordnet ist;
einer Katalysatortemperaturbestimmungseinrichtung (14, 15, 16, 103, 203) zum Erfassen oder Schätzen von Temperaturen des Katalysators;
einer Laufzustandserfassungseinrichtung (27, 28, 29) zum Erfassen eines Laufzustands der Brennkraftmaschine;
einer Kohlenwasserstoffzufuhreinrichtung (17, 19) zur Zufuhr von Kohlenwasserstoffen zum Katalysator als ein Reduziermittel für Stickoxide;
einer Regeleinrichtung (26) zum Regeln der Kohlenwasserstoffzufuhreinrichtung, indem Reduzier- und Reinigungsvermögen für Stickoxide des Katalysators auf der Grundlage von Informationen geschätzt werden, die von der Katalysatortemperaturbestimmungseinrichtung und der Laufzustandsbestimmungseinrichtung vorgesehen sind,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Katalysatortemperaturbestimmungseinrichtung (14, 15, 16, 103, 203) die Temperaturen an einer Vielzahl von Stellen zwischen einer stromaufwärtigen und einer stromabwärtigen Seite des Katalysators (13) erfasst oder schätzt, und
die Regeleinrichtung (26) die Reduzier- und Reinigungsvermögen für Stickoxide des Katalysators...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Abgasreinigungsgerät gemäß den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 5.
Es bestand eine Technologie, dergemäß ein Katalysator in einem Abgasrohr vorgesehen ist und dergemäß Stickoxide durch Zufuhr von Kohlenwasserstoffen (im allgemeinen Kraftstoff) zum Katalysator als Reduziermittel gereinigt werden, um die Stickoxide (NO_x) zu reinigen, die aus der Brennkraftmaschine ausgelassen werden, in der Kraftstoff unter einem Überschuß von Sauerstoff wie in einem Dieselmotor oder dergleichen verbrannt wird. Gemäß der Reinigungseigenschaft des Katalysators, die durch 2 gezeigt ist, ist es bekannt, daß, obwohl die Reinigungsrate für Kohlenwasserstoffe mit einem Anstieg der Temperatur des Katalysators zunimmt, die Reinigungsrate für Stickoxide nur in einem Aktivierungstemperaturbereich (beispielsweise 200 bis 300°C für einen PT-Katalysator (Platin)) zunimmt. Zur Zunahme der Reinigungsrate für Stickoxide werden Kohlenwasserstoffe (Kraftstoff) die ein Reduziermittel sind, dem Katalysator zugeführt. In Abhängigkeit der Menge der Zufuhr an Kohlenwasserstoffen bedecken jedoch, wenn die Temperatur des Katalysators geringer als der Aktivierungstemperaturbereich ist, die zugeführten Kohlenwasserstoffe die Oberfläche des Katalysators, ein Gasaustauschvorgang kann nicht am Katalysator durchgeführt werden und NO_x kann nicht gereinigt werden. Wenn andererseits die Temperatur des Katalysators an der Seite der niedrigen Temperatur in dem Aktivierungstemperaturbereich ist, werden die zugeführten Kohlenwasserstoffe in einem nicht reagierten Zustand ausgelassen, wodurch die Emission umgekehrt verschlechtert wird. Wenn im Gegensatz dazu die Temperatur des Katalysators an der Seite der hohen Temperatur des Aktivierungstemperaturbereichs ist, steigt die Temperatur des Katalysators den Aktivierungstemperaturbereich übersteigend durch die Reaktionswärme der Kohlenwasserstoffe und die Reinigungsrate der Stickoxide wird umgekehrt verschlechtert.
Ein Verfahren bezüglich dieses Problems wurde in der JP 5-263624 A vorgeschlagen, bei dem eine Menge der Zufuhr an Kohlenwasser stoffen aus einer Tabelle einer Menge der Zufuhr an Kohlenwasserstoffen, die experimentell an jeden Motor angepaßt ist, und einer Abgastemperatur am Einlaß des Katalysators berechnet wird.
Tatsächlich wird jedoch die Brennkraftmaschine unter zahlreichen Bedingungen betrieben und daher wird der Katalysator unter zahlreichen Temperaturverteilungen und Aktivierungszuständen verwendet, wodurch die Temperaturverteilung und der Aktivierungszustand des Katalysators in Abhängigkeit eines Laufzustands verändert wird, selbst wenn die Abgastemperatur am Einlaß des Katalysators unverändert bleibt. Wenn daher die Menge der Zufuhr an Kohlenwasserstoffen ohne Unterscheidung der Abgastemperatur am Einlaß des Katalysators berechnet wird, kann eine Menge der Zufuhr an Kohlenwasserstoffen leicht übermäßig groß oder übermäßig gering bezüglich der tatsächlichen Temperaturverteilung und des tatsächlichen Aktivierungszustands des Katalysators sein, wodurch eine dauerhafte Reinigungsrate für Stickoxide nicht vorgesehen werden kann. Des weiteren wird Kraftstoff für die dem Katalysator zugeführten Kohlenwasserstoffe verwendet und daher steigen die Kraftstoffkosten an, wenn die Menge der Zufuhr an Kohlenwasserstoffen übermäßig groß ist.
Die EP 0 598 917 A1 offenbart ein gattungsbildendes Abgasreiningungsgerät für eine Brennkraftmaschine mit einem Katalysator, der an einem Abgaskanal einer Brennkraftmaschine zum Reduzieren und Reinigen von Stickoxiden in dem Abgas angeordnet ist, einer Katalysatortemperaturbestimmungseinrichtung zum Erfassen oder Schätzen von Temperaturen des Katalysators, einer Laufzustandserfassungseinrichtung zum Erfassen eines Laufzustands der Brennkraftmaschine, einer Kohlenwasserstoffzufuhreinrichtung zur Zufuhr von Kohlenwasserstoffen zum Katalysator als ein Reduziermittel für Stickoxide und einer Regeleinrichtung zum Regeln der Kohlenwasserstoffzufuhreinrichtung, indem Reduzier- und Reinigungsvermögen für Stickoxide des Katalysators auf der Grundlage von Informationen geschätzt werden, die von der Katalysatortem peraturbestimmungseinrichtung und der Laufzustandserfassungseinrichtung vorgesehen sind.
Die Erfindung wurde unter Berücksichtigung einer derartigen Situation gemacht und ihr liegt die Aufgabe zugrunde, ein Abgasreinigungsgerät für eine Brennkraftschiene derart weiterzubilden, dass es dazu in der Lage ist, immer eine richtige Menge an Kohlenwasserstoffen einem Katalysator zuzuführen, der unter zahlreichen Temperaturverteilungen und Aktivierungszuständen verwendet wird, dass es dazu in der Lage ist, die Reinigungsrate für Stickoxide zu fördern, und dass es dazu in der Lage ist, Kraftstoffkosten zu verringern, indem Kohlenwasserstoffe verringert werden, die in einem unreagierten Zustand ausgelassen werden.
Diese Aufgabe wird von einem Abgasreinigungsgerät mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 5 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen dargelegt.
Gemäß einem ersten Gesichtspunkt der Erfindung werden Kohlenwasserstoffe einem Katalysator als ein Reduziermittel für Stickoxide zugeführt. Temperaturen des Katalysators an einer Vielzahl der Stellen werden erfaßt oder geschätzt und ein Laufzustand einer Brennkraftmaschine wird erfaßt. Des weiteren werden Reduzier- und Reinigungsvermögen für Stickoxide an einer Vielzahl der Stellen des Katalysators geschätzt, die Reduzier- und Reinigungsvermögen werden derart gewichtet, daß die Verteilungsgrade der Reduzier- und Reinigungsvermögen für Stickoxide an stromaufwärtigen Stellen erhöht sind, wodurch ein Reduzier- und Reinigungsvermögen für Stickoxide einer Gesamtheit des Katalysators geschätzt wird, und eine Menge der Zufuhr an Kohlenwasserstoffen, die dem Katalysator zuzuführen sind, wird aus einem daraus geschätzten wert berechnet.
Der Grund für die Gewichtung der Reduzier- und Reinigungsvermögen derart, daß die Verteilungsgrade der Reduzier- und Reinigungsvermögen für Stickoxide an stromaufwärtigen Stellen erhöht sind, liegt darin, daß die Konzentration der Kohlenwasserstoffe im Inneren des Katalysators auf der stromaufwärtigen Seite erhöht ist und die selektive Reinigungsleistung der Stickoxide gefördert wird. Wenn das Reduzier- und Reinigungsvermögen für Stickoxide von einer Gesamtheit des Katalysators geschätzt wird, indem die Reduzier- und Reinigungsvermögen derart gewichtet werden, daß die Verteilungsgrade der Reduzier- und Reinigungsvermögen für Stickoxide an stromaufwärtigen Stellen erhöht sind, kann das Reduzier- und Reinigungsvermögen für Stickoxide für die Gesamtheit des Katalysators richtig geschätzt werden. Wenn daher die Menge der Zufuhr an Kohlenwasserstoffen aus dem geschätzten Wert berechnet wird, kann eine richtige Menge von Kohlenwasserstoffen jederzeit dem Katalysator zugeführt werden, der unter zahlreichen Temperaturverteilungen und Aktivierungszuständen unter zahlreichen Laufzuständen verwendet wird, wodurch die Reinigungsrate der Stickoxide gefördert werden kann und wodurch des weiteren Kraftstoffkosten verringert werden können, indem Kohlenwasserstoffe verringert werden, die in einem unreagierten Zustand ausgelassen werden.
Beim Schätzen des Reduzier- und Reinigungsvermögens für Stickoxide der Gesamtheit des Katalysators ist es vorzuziehen, das Reduzier- und Reinigungsvermögen für Stickoxide der Gesamt heit des Katalysators zu berechnen, indem die Reduzier- und Reinigungsvermögen für Stickoxide an der Vielzahl der Stellen aufsummiert werden, wobei die Reduzier- und Reinigungsvermögen derart gewichtet werden, daß die Verteilungsgrade der Reduzier- und Reinigungsvermögen für Stickoxide an den stromaufwärtigen Stellen erhöht sind. Auf diese Weise kann durch einfaches Verarbeiten der Aufsummierung der Reduzier- und Reinigungsvermögen für Stickoxide an der Vielzahl der Stellen das Reduzier- und Reinigungsvermögen für Stickoxide der Gesamtheit des Katalysators genau geschätzt werden.
Vorzugsweise wird das Reduzier- und Reinigungsvermögen für Stickoxide durch eine Menge des Zufuhrs an Kohlenwasserstoffen berechnet. Auf diese Weise kann auf eine Verarbeitung der Umwandlung des Reduzier- und Reinigungsvermögens in die Menge der Zufuhr an Kohlenwasserstoffen in der Mitte der Rechnung verzichtet werden, wodurch die Berechnung vereinfacht werden kann.
Vorzugsweise wird das Reduzier- und Reinigungsvermögen für Stickoxide berechnet, indem es durch eine Temperatur des Katalysators wiedergegeben wird, wobei eine Temperatur, die eine Gesamtheit des Katalysators wiedergibt (nachfolgend als „stellvertretende Katalysatortemperatur" bezeichnet), geschätzt wird, indem die Gewichtung derart durchgeführt wird, daß die Verteilungsgrade der Temperaturen des Katalysators an den stromaufwärtigen Stellen erhöht sind und eine Menge der Zufuhr an Kohlenwasserstoffen, die dem Katalysator zuzuführen sind, auf der Grundlage der stellvertretenden Katalysatortemperatur und eines Ergebnisses der Erfassung des Laufzustands berechnet wird. In diesem Fall ist die stellvertretende Katalsysatortemperatur, die durch den Gewichtungsvorgang geschätzt wird, nicht nur einfach eine durchschnittliche Temperatur im Hinblick auf eine thermische Energie des Katalysators, sondern eine Temperatur, die eine Eigenschaft zum Reinigen von Stickoxiden der Gesamtheit des Katalysators wiedergibt, d.h. ein Index, der das Reduzier- und Reinigungsvermögen für Stickoxide der Gesamtheit des Katalysators wiedergibt. Selbst wenn die stellvertretende Katalysatortemperatur verwendet wird, kann die Menge der Zufuhr an Kohlen wasserstoffen zum Katalysator ähnlich zum vorstehend beschriebenen Fall genau berechnet werden.
Gemäß einem zweiten Gesichtspunkt der Erfindung kann die Menge der Zufuhr an Kohlenwasserstoffen zum Katalysator korrigiert werden, um anzusteigen, wenn eine Brennkraftmaschine zur Beschleunigung angetrieben wird. Auf diese Weise kann, selbst wenn die Konzentration der Stickoxide im Abgas beim Beschleunigen des Motors ansteigt, die Funktion der Reinigung der Stickoxide am Katalysator gefördert werden, und eine Menge der ausgelassenen Stickoxide kann verringert werden.
Wie durch 15 gezeigt ist, ist gemäß einer Brennkraftmaschine mit einer Abgasrückführvorrichtung (nachfolgend als „EGR-(Abgasrückführ-)Vorrichtung" bezeichnet) zum Rezirkulieren eines Teils des Abgases in ein Einlaßsystem die EGR-Rate bei einem Betrieb im stationären Zustand vergrößert, wodurch die Stickoxide im Abgas verringert werden, indem die Temperatur der Verbrennung abgesenkt wird. Beim Beschleunigen des Motors sinkt jedoch die tatsächliche EGR-Rate im Vergleich zur Soll-EGR-Rate ab, die aus einem Betriebszustand im stationären Zustand berechnet wird, und bezüglich der Konzentration der ausgelassenen Stickoxide wird die tatsächliche Konzentration höher als die Sollkonzentration. Die Ursache dafür, daß die tatsächliche EGR-Rate unter die Soll-EGR-Rate beim Beschleunigen des Motors absinkt, scheint in einer Verzögerung beim Ansprechen der mechanischen Betätigung der EGR-Vorrichtung, einer Verzögerung der Strömung von EGR-Gas, das durch EGR-Leitungen tritt, und einer Verzögerung der Regelung zur Aufrechterhaltung der Stabilität einer EGR-Regelung zu liegen.
Es ist vorzuziehen, daß beim Korrigieren die Menge der Zufuhr an Kohlenwasserstoffen zum Katalysator beim Beschleunigen eines Motors vergrößert wird, so daß korrigiert wird, um einen Anstieg der Rate des Anstiegs beim Starten zur Beschleunigung des Motors und einen Abfall der Rate des Anstiegs mit einem Verstreichen einer Zeitspanne durchzuführen, seit mit der Beschleunigung des Motor gestartet worden ist. Die Verzögerung der EGR-Regelung verschwindet nämlich mit dem Verstreichen der Zeitspanne vom Start der Beschleunigung und die tatsächliche Konzentration der ausgelassenen Stickoxide nimmt ab. Entsprechend kann durch Korrektur, um die Rate des Anstiegs der Menge der Zufuhr an Kohlenwasserstoffen mit einem Verstreichen einer Zeit vom Start der Beschleunigung zu verringern, die Menge der Zufuhr an Kohlenwasserstoffen geeignet in Übereinstimmung mit der Abnahme der Abgaskonzentration der Stickoxide aufgrund des Verstreichens der Zeit nach dem Start der Beschleunigung korrigiert werden, wodurch Kraftstoffkosten verringert werden können, indem Kohlenwasserstoffe verringert werden, die in einem unreagierten Zustand ausgelassen werden, während die Reinigungsrate für Stickoxide gefördert wird.
1 ist ein Zusammensetzungsschaubild einer Gesamtheit eines Abgasreinigungsgeräts, das ein erstes Ausführungsbeispiel zeigt;
2 ist ein Eigenschaftsdiagramm, das eine Beziehung zwischen einer Katalysatortemperatur, einer Kohlenwasserstoffreinigungsrate und einer Stickoxidreinigungsrate zeigt;
3 ist ein Diagramm, das Temperaturverteilungen von Katalysatoren a, b und c zeigt, die in einem Test verwendet wurden;
4 ist eine Grafik zum Messen einer Beziehung zwischen einer Kohlenwasserstoffzufuhrkonzentration und einer NO_x-Reinigungsrate bezüglich der Katalysatoren a, b und c, die in dem Test verwendet wurden;
5 ist ein Diagramm, das Temperaturverteilungen von Katalysatoren d, e und f zeigt, die in einem Test verwendet wurden;
6 zeigt Grafiken zum Messen einer Beziehung zwischen der Kohlenwasserstoffzufuhrkonzentration und der NO_x- Reinigungsrate bzüglich der Katalysatoren d, e und f, die in dem Test verwendet wurden;
7 ist ein Flußdiagramm, das einen Fluß von Schritten einer Berechnungsroutine zum Berechnen einer Kohlenwasserstoffzufuhrmenge des ersten Ausführungsbeispiels zeigt;
8 ist ein Konzeptdiagramm einer Tabelle, die eine Beziehung zwischen einer Katalysatortemperatur und einer Kohlenwasserstoffzufuhrmenge im Fall einer Bezugs-NO_x-Abgasmenge gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel beschreibt;
9 zeigt Zeitdiagramme, die ein Regelbeispiel des ersten Ausführungsbeispiels zeigen;
10 zeigt ein Konzeptdiagramm von Tabellen, die eine Beziehung zwischen der Katalysatortemperatur und der Kohlenwasserstoffzufuhrmenge im Fall der Bezugs-NO_x-Abgasmenge gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel beschreiben;
11 ist ein Flußdiagramm, das einen Fluß von Schritten einer Berechnungsroutine zur Berechnung einer Kohlenwasserstoffzufuhrmenge gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel zeigt;
12 zeigt Zeitdiagramme, die ein Regelbeispiel des dritten Ausführungsbeispiels zeigen;
13 ist ein Flußdiagramm, das einen Fluß von Schritten einer Berechnungsroutine zur Berechnung einer Kohlenstoffwasserstoffzufuhrmenge gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel zeigt;
14 ist ein Diagramm, das eine Übergangszeit eines Anstiegskorrekturkoeffizienten K5 zeigt;
15 zeigt Zeitdiagramme, die ein Verhalten einer EGR-Regelung beim Antrieb eines Motors im Übergangsbereich zeigen;
16 ist ein Diagramm, das Temperaturverteilungen von Katalysatoren g, h und i zeigt, die in einem anderen Test verwendet wurden;
17 ist eine Grafik zum Messen einer Beziehung zwischen einer Kohlenwasserstoffzufuhrkonzentration und einer NO_x-Reinigungsrate bezüglich der Katalysatoren g, h und i, die in dem anderen Test verwendet wurden;
18 ist ein Diagramm, das Temperaturverteilungen von Katalysatoren j, k und m zeigt, die in einem noch anderen Test verwendet wurden;
19 zeigt Grafiken zum Messen einer Beziehung zwischen der Kohlenwasserstoffzufuhrkonzentration und der NO_x-Reinigungsrate bezüglich der Katalysatoren j, k und m, die in dem Test verwendet wurden;
20 ist eine Grafik, die eine Beziehung zwischen einer Katalysatortemperatur und einem Reaktionszustand zeigt; und
21 zeigt eine Beziehung zwischen einer Katalysatortemperatur und einem Reaktionsratenverhältnis.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.
Erstes Ausführungsbeispiel
Eine Erläuterung zum ersten Ausführungsbeispiel wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 9 wie folgt gegeben. Ein Katalysator 13 (der als NO_x-Katalysator bezeichnet wird) zum Reduzieren und Reinigen von Stickoxiden (nachfolgend als „NO_x" bezeichnet) im Abgas ist auf halben Wege eines Abgasrohrs 12 (Abgaskanal) eines Dieselmotors 11 eingebaut, der eine Brennkraftmaschine ist, wobei Abgastemperatursensoren 14, 15 und 16 jeweils an der stromaufwärtigen Seite, der Mitte und der stromabwärtigen Seite des Katalysators 13 eingebaut sind, und wobei die Temperaturen an einer Vielzahl Stellen des Katalysators 13 aus den Abgastemperaturen bestimmt wird, die durch die jeweiligen Gastemperatursensoren 14, 15 und 16 erfaßt werden. Entsprechend werden die jeweiligen Abgastemperatursensoren 14, 15 und 16 als eine Katalysatortemperaturbestimmungseinrichtung verwendet.
Eine Kohlenwasserstoffzufuhrvorrichtung 17 (Kohlenwasserstoffzufuhreinrichtung) zur Zufuhr von Kohlenwasserstoffen (Kraftstoff wie beispielsweise leichtes Öl) zum Katalysator 13 als ein Reduziermittel ist stromaufwärtig des Katalysators 13 eingebaut. Kraftstoff wird von einer Kraftstoffeinspritzpumpe 18 der Kohlenwasserstoffzufuhrvorrichtung 17 über eine Kraftstoffdruckleitung 19 mit mittleren Druck zugeführt. Die Kraftstoffeinspritzpumpe 18 setzt Kraftstoff unter Druck, das von einem nicht gezeigten Kraftstofftank angesaugt wird, und führt den Kraftstoff einer Kraftstoffeinspritzdüse 21 von jedem Zylinder des Dieselmotors 11 über eine Hochdruckkraftstoffleitung 20 unter Ausnutzung der Kraft des Dieselmotors 11 als Antriebsquelle zu und spritzt den Kraftstoff von der Kraftstoffeinspritzdüse 21 in jeden Zylinder ein, wodurch der Kraftstoff verbrannt wird.
Des weiteren ist ein EGR-Rohr 23 zum Rezirkulieren eines Teils des Abgases in ein Einlaßrohr 22 zwischen dem Abgasrohr 12 und dem Einlaßrohr 22 des Motors 11 angeschlossen, wobei ein EGR-Ventil 24 auf halben Wege des EGR-Rohrs 23 eingebaut ist. Entsprechend dem EGR-Ventil 24 ist der Ventilöffnungsgrad durch ein Regelventil 25 variabel gemacht und durch Einstellen des Öffnungsgrads wird die Menge des EGR-Gases geregelt, die durch das EGR-Rohr 23 tritt. Das Regelventil 25 wird durch eine Regelschaltung 26 gemäß dem Laufzustand des Motors geregelt. Eine EGR-Vorrichtung (Abgasrückführvorrichtung) 30 setzt sich aus dem EGR-Rohr 23, dem EGR-Ventil 24 und dem Regelventil 25 zusammen.
Die Regelschaltung 26 setzt sich hauptsächlich aus einem Mikrocomputer zusammen, die Informationen, die den Laufzustand des Motors betreffen und von einer Fahrtzustandserfassungseinrichtung wie beispielsweise einem Beschleunigungs- oder Gaspedalsen sor 27, einem Motordrehzahlsensor 28, einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 29 und der gleichen ausgegeben werden, und Informationen über Temperaturen (Verteilungen) des Katalysators 13 betreffen, die von den Abgastemperatursensoren 14, 15 und 16 ausgegeben werden, wobei der Mikrocomputer die Menge der Zufuhr an Kohlenwasserstoffen durch eine Berechnungsroutine zur Berechnung einer Kohlenwasserstoffzufuhrmenge der 7, die später erläutert wird, auf der Grundlage der Informationen berechnet und die Menge der Zufuhr an Kohlenwasserstoffen zum Katalysator 13 durch Anweisen der Kohlenwasserstoffzufuhrvorrichtung 17 gemäß dem berechneten Wert regelt.
In diesem Fall werden gemäß dem Verfahren der Berechnung der Menge der Zufuhr an Kohlenwasserstoffen die Reduzier- und Reinigungsvermögen für NO_x an einer Vielzahl Stellen des Katalysators 13 aus den Temperaturen des Katalysators 13 an der Vielzahl Stellen und dem Laufzustand des Motors geschätzt, wobei das Reduzier- und Reinigungsvermögen für NO_x für eine Gesamtheit des Katalysators 13 geschätzt wird, indem die Reduzier- und Reinigungsvermögen derart gewichtet werden, daß die Verteilungsgrade der Reduzier- und Reinigungsvermögen für NO_x an stromaufwärtigen Stellen und wobei die Menge der Zufuhr an Kohlenwasserstoffen, die dem Katalysator 13 zuzuführen ist, aus dem geschätzten Wert berechnet werden. Eine Studie des Verfahrens der Berechnung wird wie folgt angegeben.
Zuerst wurde eine Beziehung zwischen der Temperaturverteilung des Katalysators 13 und der Reinigungsrate für NO_x detailliert untersucht. Eine Erläuterung von repräsentativen Beispielen wird unter Bezugnahme auf die 16, 17 und 3 sowie auf die 6, 18 und 19 angegeben. Die 16 stellt Grafiken dar, die drei Arten von Temperaturverteilungen g, h und i zeigen, wobei die Reinigungsrate für NO_x in jedem der Fälle ausgewertet wird. Die maximale Temperatur in dem Katalysator ist 225°C an der Seite der niedrigen Temperatur des Aktivierungstemperaturbereichs, in dem eine Reinigung von NO_x möglich ist. Die Kurve g zeigt eine Temperaturverteilung, bei der die Temperatur konstant auf 225°C vom Einlaß des Katalysators zum Auslaß des Katalysa tors gehalten ist. Die Kurve h zeigt eine Temperaturverteilung, bei der die Temperatur am Einlaß des Katalysators 175°C, die unter dem Aktivierungstemperaturbereich liegt, und 225°C am Auslaß des Katalysators ist. Die Kurve i zeigt eine Temperaturverteilung, bei der die Temperatur am Einlaß des Katalysators 225°C und am Auslaß des Katalysators 175°C ist, die unter dem Aktivierungstemperaturbereich liegt. 17 zeigt ein Ergebnis einer Messung der NO_x-Reinigungsrate bezüglich der drei Arten der Temperaturverteilungen, wenn eine Kohlenwasserstoff-(KW)-Zufuhrkonzentration verändert wird. Gemäß 17 ist bei einer beliebigen KW-Zufuhrmenge die NO_x-Reinigungsrate in der Reihenfolge g, Kurve i und Kurve h. Obwohl die Kurve g und die Kurve i vergleichsweise ähnliche NO_x-Reinigungseigenschaften bezüglich eines Anstiegs der KW-Zufuhrmenge zeigen, wird im Fall der Kurve h bei erhöhter KW-Zufuhrmenge nahezu kein NO_x gereinigt. Eine Studie der Gründe dafür wird angegeben. Im Fall der Kurve h ist die Temperatur am Einlaß des Katalysators niedrig und daher reagiert das zugeführte KW nicht mit NO_x und haftet an der Oberfläche des Katalysators an, wobei die Oberfläche mit dem zugeführten KW bedeckt wird, wodurch kein Gasaustausch am Katalysator durchgeführt wird (was nachfolgend als Vergiften des Katalysators bei niedriger Temperatur bezeichnet wird). Wenn die KW-Zufuhrmenge gering ist, wird die Temperatur von der Mitte des Katalysators zum Auslaß des Katalysators höher und daher wird eine Reaktion hervorgerufen und NO_x wird im geringen Maße gereinigt. Da jedoch die KW an der Oberfläche des Katalysators mehr und mehr an der stromaufwärtigen Seite des Katalysators anhaften und daher die KW-Konzentration an der stromabwärtigen Seite des Katalysators absinkt, sinkt auch die NO_x-Reinigungsmenge ab. Wenn andererseits die KW-Zufuhrmenge ansteigt, wird mehr KW zugeführt als eine Menge, die an dem Katalysator anhaftet, oder eine Menge, die dazu in der Lage ist, durch den Katalysator zu reagieren, und entsprechend verbreitet sich die Vergiftung bei niedriger Temperatur mehr und mehr nicht nur am Einlaß des Katalysators sondern auch von der Mitte des Katalysators zum Auslaß des Katalysators. Im Fall der Kurve i, bei dem, obwohl die Durchschnittstemperatur gleich wie die der Kurve h ist, die Temperatur mit einem Gefälle verteilt ist, das zu dem der Kurve h umge kehrt ist, reagiert andererseits, da die Temperatur am Einlaß des Katalysators hoch ist, das zugeführte KW mit NO_x und die Reaktionswärme überträgt sich zur stromabwärtigen Seite des Katalysators und daher schreitet auch die Reaktion von der Mitte des Katalysators zum Auslaß des Katalysators fort. Selbst wenn die durchschnittliche Temperatur die gleiche ist, kann nämlich, wenn die Temperatur am Einlaß des Katalysators (stromaufwärtige Seite des Katalysators) gering ist, leicht ein Vergiften bei niedriger Temperatur des Katalysators hervorgerufen werden. Um diese Vergiftung zu vermeiden, ist es vorzuziehen, der Temperatur (Aktivierungszustand) an der stromabwärtigen Seite des Katalysators Bedeutung zu schenken, wodurch die KW-Zufuhrmenge bestimmt wird. Sobald das Vergiften bei geringer Temperatur des Katalysators verursacht wird, schreitet des weiteren die Katalysatorreaktion nicht voran, bis die KW verdampft sind und ein Gasaustausch an dem Katalysator durchgeführt wird. Wenn beispielsweise leichtes Öl als KW zugeführt wird, verdampft das leichte Öl solange nicht, bis es einer hohen Temperatur von 300°C oder höher unterliegt. 3 stellt Grafiken dar, die drei Arten von Temperaturverteilungen a, b und c zeigen, wobei die NO_x-Reinigungsraten ausgewertet werden, wozu in jedem der Fälle die maximale Temperatur im Inneren des Katalysators 250°C ist, bei der die NO_x-Reinigungsrate maximiert ist. In 3 zeigt die Kurve a eine Temperaturverteilung, bei der die Temperatur konstant bei 250°C vom Einlaß des Katalysators zum Auslaß des Katalysators bleibt, die Kurve b zeigt eine Temperaturverteilung, bei der die Temperatur am Einlaß des Katalysators 200°C und am Auslaß des Katalysators 250°C ist, und die Kurve c zeigt eine Temperaturverteilung, bei der die Temperatur am Einlaß des Katalysators 250°C und am Auslaß des Katalysators 200°C ist. 4 zeigt ein Ergebnis einer Messung der NO_x-Reinigungsrate bezüglich der drei Arten der Temperaturverteilungen a, b und c, wenn die Kohlenwasserstoffzufuhrkonzentration verändert wird. Wenn gemäß 4 die Kohlenwasserstoffzufuhrkonzentration 1000 ppmc ist, ist die NO_x-Reinigungsrate in der Reihenfolge der Kurve b, der Kurve a und der Kurve c und die Kohlenwasserstoffreinigungsrate ist in der Reihenfolge der Kurve a, c und b; alle Werte sind jedoch bei 90% oder darüber.
Als nächstes wird eine Erläuterung des Grundes für die NO_x-Reinigungsrate der Temperaturverteilung b angegeben, bei der die Temperatur am Auslaß des Katalysators höher als am Einlaß des Katalysators ist, wenn die Kohlenwasserstoffzufuhrkonzentration 1000 ppmc ist. Die Reaktionsrate R_KW von KW und die Reaktionsrate R_NOx von NO_x werden durch die folgenden Gleichungen wiedergegeben. Jede von ihnen ist durch einen Frequenzfaktor A_KW oder A_NOx, der sich auf die Reaktionsplatzzahl des Katalysators bezieht, einen Term, der sich auf die Temperatur bezieht, und einen Term wiedergegeben, der sich auf die Konzentrationen der reagierenden Substanzen bezieht. RKW = AKW × EXP(–EKW/RT) × [KW]a × [NOx]b × [O2]c/G RNOx = ANOx × EXP(–ENOx/RT) × [KW]d × [NOx]e × [O2]f/G
Hier zeigt 20 die Reaktionsraten (-Geschwindigkeiten) für KW und NO_x bezüglich der Temperatur des Katalysators. Gemäß 20 ist die Neigung (die der Reaktionsaktivierungsenergie entspricht) der geraden Linie von KW größer als die Neigung der geraden Linie von NO_x. 21 zeigt die NO_x-Reaktionsrate/KW-Reaktionsrate bezüglich der Temperatur des Katalysators. Wie aus 21 zu sehen ist, wird ein Verhältnis (NO_x-Reaktionsrate/KW- Reaktionsrate) größer, wenn die Temperatur des Katalysators gering ist. Wenn nämlich die Reaktionsrate von KW (Reaktionsmenge von KW, Reinigungsrate) konstant bleibt, wird die Reaktionsrate von NO_x (Reaktionsmenge von NO_x, Reinigungsrate) hoch, wenn die Temperatur des Katalysators gering ist. Da entsprechend die Reaktionsaktivierungsenergie von Kohlenwasserstoff größer als die Reaktionsaktivierungsenergie von NO_x ist, ist die selektive Reduktionsleistung von NO_x durch Kohlenwasserstoffe bei geringer Temperatur höher. Wenn entsprechend die Reaktionsmenge der Kohlenwasserstoffe konstant bleibt (die Kohlenwasserstoffreinigungsrate bleibt im wesentlichen bei 90% oder darüber konstant), wird mit Abnahme der Temperatur des Katalysators die NO_x-Reinigungsrate höher. Da andererseits der dem Katalysator zugeführte Kohlenwasserstoff im Verlauf des Hindurchtretens durch den Katalysator verbraucht wird, ist die Verteilung der Konzentration von Kohlenwasserstoffen im Inneren des Katalysators auf der stromaufwärtigen Seite des Katalysators hoch und auf der stromabwärtigen Seite gering. Im Fall der Kurve b ist die Temperatur an der stromaufwärtigen Seite des Katalysators gering und des weiteren ist die Kohlenwasserstoffkonzentration hoch und entsprechend wird die selektive Reduktionsleitung für NO_x an der stromaufwärtigen Seite des Katalysators hoch. Es scheint, daß im Fall der Kurve c, obwohl die Temperatur an der stromabwärtigen Seite des Katalysators gering ist, da die Kohlenwasserstoffkonzentration auch gering ist, die NO_x-Reinigungsrate geringer als die der Kurve b ist. Es wurde aus dem vorstehend beschriebenen Testergebnis herausgefunden, daß der Verteilungsgrad der NO_x-Reinigungseigenschaft an der stromaufwärtigen Seite des Katalysators groß ist, wodurch ein Einfluß auf die NO_x-Reinigungseigenschaft der Gesamtheit des Katalysators bewirkt wird.
Wenn andererseits die Kohlenwasserstoffzufuhrkonzentration 3000 ppmc ist, ist die NO_x-Reinigungsrate in der Reihenfolge der Kurve a, der Kurve c und der Kurve b und die Kohlenwasserstoffreinigungsrate der Kurve b ist geringer als diejenigen der Kurven a und c. Der Grund dafür, daß die NO_x-Reinigungsrate der Kurve b gering ist, scheint darin zu liegen, daß, obwohl mit einer Ab nahme der Temperatur die selektive Reduktionsleistung von NO_x durch Kohlenwasserstoffe höher wird, die Kohlenwasserstoffreaktionsmenge um den Betrag der niedrigen Kohlenwasserstoffreinigungsrate mehr geringer wird, wodurch die NO_x-Reinigungsmenge verringert wird. Im Fall der Kurve c scheint es so, als wäre es wie folgt. Obwohl die Temperatur an der stromabwärtigen Seite des Katalysators gering ist, ist die Temperatur an der stromaufwärtigen Seite des Katalysators hoch und des weiteren ist die Kohlenwasserstoffkonzentration auch hoch. Daher wird der Verteilungsgrad der NO_x-Reinigungseigenschaft an der stromaufwärtigen Seite des Katalysators groß, wobei ein Einfluß auf die NO_x-Reinigungseigenschaft der Gesamtheit des Katalysators bewirkt wird, wodurch die NO_x-Reinigungsrate der Kurve c größer als die der Kurve b ist. Wenn nämlich die NO_x-Reinigungsrate durch Multiplikation von (1) NO_x-Reaktionsrate/KW-Reaktionsrate mit (2) der Reaktionsmenge (Reaktionsrate) von Kohlenwasserstoff bestimmt wird, und wenn die Temperatur des Katalysators gering ist, wird, wenn die Kohlenwasserstoffzufuhrmenqe gering ist (die Kohlenwasserstoffreinigungsrate (Reaktionsmenge) ist in einigem Ausmaß), (1) der Quotient NO_x-Reaktionsrate/KW-Reaktionsrate dominant, während, wenn die KW-Zufuhrmenge groß ist (die KW-Reinigungsrate (Reaktionsmenge) ist gering), (2) die Reaktionsmenge (Reaktionsrate) von Kohlenwasserstoff dominant wird.
Wenn des weiteren die Kohlenwasserstoffzufuhrkonzentration 5000 ppmc ist, ist die NO_x-Reinigungsrate in der Reihenfolge der Kurve a, der Kurve c und der Kurve b und die NO_x-Reinigungsrate der Kurve b ist besonders gering. Die Kohlenwasserstoffreinigungsrate der Kurve b ist geringer als diejenige der Kurven a und c. Hier liegt der Grund dafür, daß die NO_x-Reinigungsrate der Kurve b gering ist, scheinbar darin, daß die Temperatur an der stromaufwärtigen Seite des Katalysators gering ist, und daher tritt das sogenannte Vergiften bei niedriger Temperatur des Katalysators auf, bei dem zugeführter Kohlenwasserstoff (leichtes Öl) die Oberfläche des Katalysators bedeckt, wodurch die Katalysatorreaktion gedämpft wird und NO_x nicht reduziert und gereinigt werden kann. Im Fall der Kurve c ist, obwohl die Temperatur an der stromabwärtigen Seite des Katalysators gering ist, die Tem peratur an der stromaufwärtigen Seite des Katalysators hoch und das Abgas, dessen Temperatur durch die Reaktionswärme an der stromaufwärtigen Seite erhöht ist, wird dazu gebracht, zur stromabwärtigen Seite des Katalysators zu strömen. Daher kann das Vergiften des Katalysators bei niedriger Temperatur nur schwer auftreten. In jedem Fall scheint der Verteilungsgrad der NO_x-Reinigungseigenschaft an der stromaufwärtigen Seite des Katalysators groß zu sein, die einen Einfluß auf die NO_x-Reinigungseigenschaft der Gesamtheit des Katalysators einen Einfluß hat.
Als nächstes werden zur Durchführung einer Auswertung, die ähnlich zu den vorstehend beschriebenen Fällen ist, bezüglich einer Temperaturverteilung, bei der die maximale Temperatur im Inneren des Katalysators 275°C wird, wobei die NO_x-Reinigungsrate gegenüber einem Spitzenwert abgesenkt ist, drei Arten von Temperaturverteilungen entlang der Kurve d, der Kurve e und der Kurve f vorbereitet, wie durch 5 gezeigt ist. Die Kurve d zeigt eine Temperaturverteilung, bei der die Temperatur konstant bei 275°C vom Einlaß des Katalysators zum Auslaß des Katalysators bleibt, die Kurve e zeigt eine Temperaturverteilung, bei der die Temperatur am Einlaß des Katalysators 255°C ist, in der Mitte des Katalysators 250°C ist, wobei die NO_x-Reinigungsrate maximiert ist, und am Auslaß des Katalysators 275°C ist, und die Kurve f zeigt eine Temperaturverteilung, bei der die Temperatur 275°C am Einlaß des Katalysators, 250°C in der Mitte des Katalysators, wobei die NO_x-Reinigungsrate maximiert ist, und 255°C am Auslaß des Katalysators ist. 6 zeigt die NO_x-Reinigungsrate bezüglich der Temperaturverteilungen d, e und f, wenn die Kohlenwasserstoffzufuhrkonzentration verändert wird.
Gemäß 6 ist, wenn die Kohlenwasserstoffkonzentration 1000 ppmc ist, die NO_x-Reinigungsrate in der Reihenfolge der Kurve e, der Kurve d und der Kurve f und die Kohlenwasserstoffreinigungsrate ist in jedem der Fälle 90% oder darüber. Der Grund dafür, warum die NO_x-Reinigungsrate bei der Kurve d und der Kurve f gering ist, liegt darin, daß die selektive Reduktionsleistung für NO_x gering ist, da die Temperatur an der stromaufwärtigen Seite des Katalysators hoch ist. Im Fall der Kurve f ist, selbst wenn die Temperatur an der stromabwärtigen Seite des Katalysators gering ist, die Reaktion der Kohlenwasserstoffe an der stromaufwärtigen Seite des Katalysators beschleunigt, an der die Temperatur hoch ist, und nur eine geringe Menge von Kohlenwasserstoffen wird der stromabwärtigen Seite des Katalysators zugeführt.
Wenn andererseits die Kohlenwasserstoffzufuhrkonzentration 3000 ppmc ist, ist die NO_x-Reinigungsrate in der Reihenfolge der Kurve e, Kurve d und Kurve f. Im Fall der 4 ist die Reinigungsrate der Kurve b verringert (die Kohlenwasserstoffreaktionsmenge sinkt ab) und. die NO_x-Reinigungsrate ist verringert. Im Fall der 6 ist jedoch, da die Temperatur des Katalysators als Ganzes erhöht ist, die Kohlenwasserstoffreaktionsmenge nicht bemerkenswert verringert.
Wenn des weiteren die Kohlenwasserstoffzufuhrkonzentration 5000 ppmc ist, ist die NO_x-Reinigungsrate in der Reihenfolge der Kurve e, der Kurve f und der Kurve d. Im Fall der 4 ist die NO_x-Reinigungsrate beträchtlich bei der Kurve b verringert, da das sogenannte Vergiften bei niedriger Temperatur des Katalysators auftritt, bei dem die zugeführten Kohlenwasserstoffe (leichtes Öl) die Oberfläche des Katalysators bedecken, wodurch die Katalysatorreaktion gedämpft wird und NO_x nicht reduziert und gereinigt werden kann. Im Fall der 6 ist jedoch die Katalysatortemperatur als Ganzes erhöht und daher ist die NO_x-Reinigungsrate nicht durch das Vergiften des Katalysators bei niedriger Temperatur verringert. Die Reinigungsrate der Kurve f ist höher als die der Kurve d, weil eine große Menge von Kohlenwasserstoffen auf der stromaufwärtigen Seite des Katalysators bei einer hohen Temperatur reagiert, und Abgas, dessen Temperatur durch die Reaktionswärme angehoben ist, strömt zur stromabwärtigen Seite des Katalysators, wobei jedoch die selektive Reaktionsleistung von NO_x gefördert wird, da die Temperatur an der stromabwärtigen Seite des Katalysators bei der Kurve f geringer als bei der Kurve d ist.
18 zeigt Grafiken, die drei Arten von Temperaturverteilungen entlang der Kurve j, der Kurve k und der Kurve m zeigen, wobei die NO_x-Reinigungsraten ausgewertet werden, und in jedem der Fälle ist die maximale Temperatur im Inneren des Katalysators 300°C, d.h. am oberen Limit des Aktivierungstemperaturbereichs, in dem die NO_x-Reinigung durchgeführt werden kann. Die Kurve j zeigt eine Temperaturverteilung, bei der die Temperatur konstant auf 300°C vom Einlaß des Katalysators zum Auslaß des Katalysators bleibt. Die Kurve k zeigt eine Temperaturverteilung, bei der die Temperatur am Einlaß des Katalysators 250°C und am Auslaß des Katalysators 300°C ist. Die Kurve m zeigt eine Temperaturverteilung, bei der die Temperatur am Einlaß des Katalsysators 300°C und am Auslaß des Katalysators 250°C ist. Die 19 zeigt ein Ergebnis einer Messung der NO_x-Reinigungsrate bezüglich der drei Arten der Temperaturverteilungen, wenn die KW-Zufuhrmenge verändert wird. In 19 ist die NO_x-Reinigungsrate in der Reihenfolge der Kurve k, der Kurve m und der Kurve j bei jedem Wert der KW-Zufuhrmenge. Außerdem ist die KW-Reinigungsrate 90% oder darüber in jedem der Fälle. In den Fällen der Kurve j und m wird, wenn die KW-Zufuhrmenge erhöht wird, NO_x überhaupt nicht gereinigt. Eine Erläuterung des Grundes dafür wird nun angegeben. In den Fällen der Kurve j und m reagiert, da die Temperatur am Einlaß des Katalysators hoch ist, eine beträchtliche Rate der zugeführten KW an der stromaufwärtigen Seite des Katalysators und die Temperatur wird höher als der Aktivierungstemperaturbereich, in dem NO_x gereinigt werden kann, an der stromaufwärtigen Seite des Katalysators aufgrund der Reaktionswärme (nachfolgend als übermäßiger Temperaturanstieg bezeichnet), und mehr der Kohlenwasserstoffe reagieren an der stromaufwärtigen Seite des Katalysators. Obwohl im Fall der Kurve m die Temperatur relativ niedrig an der stromabwärtigen Seite des Katalysators wird, kann daher NO_x nicht gereinigt werden, da kein KW vorherrscht. Im Fall der Kurve k, bei dem, obwohl die durchschnittliche Temperatur gleich wie die bei der Kurve m ist, die Temperaturverteilung mit einer Neigung vorgesehen ist, die zu der der Kurve m umgekehrt ist, ist andererseits die Temperatur am Einlaß des Katalysators relativ niedrig und daher wird die NO_x-Reinigung an der stromaufwärtigen Seite des Katalysators in Gang gesetzt und die Temperatur erhöht sich nicht so übermäßig wie im Fall der Kurve m bezüglich der stromaufwärtigen Seite des Katalysators, da keine übermäßige Reaktion auftritt. Selbst wenn die durchschnittliche Temperatur die gleiche bleibt, tritt, wenn die Temperatur am Einlaß des Katalysators hoch ist, nämlich leicht ein übermäßiger Temperaturanstieg auf und zur Vermeidung des übermäßigen Temperaturanstiegs, ist es vorzuziehen, die KW-Zufuhrmenge so zu bestimmen, daß der Temperatur (dem aktivierten Zustand) an der stromaufwärtigen Seite des Katalysators Bedeutung geschenkt wird. Angesichts des vorstehend beschriebenen Auswertungstests wird bei Vorliegen einer Temperaturverteilung in dem Katalysator, wenn das NO_x-Reinigungsvermögen der Gesamtheit des Katalysators mit einer Temperatur an einem Punkt des Katalysators als der stellvertretenden Temperatur der Gesamtheit des Katalysators geschätzt wird, die Kohlenwasserstoffzufuhrmenge übermäßig oder zu gering. Entsprechend muß das NO_x-Reinigungsvermögen der Gesamtheit des Katalysators aus den Temperaturen des Katalysators an einer Vielzahl Stellen geschätzt werden. weiter ist der Verteilungsgrad des Aktivierungszustands des Katalysators an der stromaufwärtigen Seite des Katalysators, insbesondere die NO_x-Reinigungseigenschaft an der stromaufwärtigen Seite des Katalysators; die einen Einfluß auf die NO_x-Reinigungseigenschaft der Gesamtheit des Katalysators bewirkt, beträchtlich. Entsprechend wurde herausgefunden, daß beim Berechnen der Kohlenwasserstoffzufuhrmenge aus den Reinigungsvermögen für NO_x an einer Vielzahl Stellen des Katalysators, wenn ein Gewichtungsvorgang derart durchgeführt wird, daß der Verteilungsgrad des Reinigungsvermögens für NO_x an der stromaufwärtigen Seite des Katalysators Bedeutung geschenkt wird und daß die Kohlenwasserstoffzufuhrmenge aus den Reinigungsvermögen für NO_x an der Vielzahl der Stellen berechnet wird, die Kohlenwasserstoffzufuhrmenge genau bezüglich zahlreicher Laufzustände und zahlreicher Temperaturverteilungen des Katalysators berechnet werden kann.
Die Kohlenwasserstoffzufuhrmenge wird durch die Regelschaltung 26 in Übereinstimmung mit der Berechnungsroutine zur Berechnung der Kohlenwasserstoffmenge der 7 berechnet. Die Routine startet zu jeder vorbestimmten Zeitspanne oder zu jedem vorbestimmten Kurbelwinkel. Wenn die Routine gestartet wird, werden zuerst im Schritt 101 Signale eingelesen, die von den Abgastemperatursensoren 14, 15 und 16, dem Beschleunigungs- oder Gaspedalsensor 27 und dem Motordrehzahlsensor 28 ausgegeben werden. Des weiteren wird im nächsten Schritt 102 die NO_x-Abgasmenge von dem Dieselmotor 11 aus einer nicht dargestellten Tabelle oder dergleichen auf der Grundlage der Ausgangssignale von dem Beschleunigungssensor 27 und dem Motordrehzahlsensor 28 berechnet, d.h. auf der Grundlage des Beschleunigungsöffnungsgrads und der Motordrehzahl.
Anschließend werden im Schritt 103 eine stromaufwärtsseitige Temperatur TA, eine zentrale Temperatur TB und eine stromabwärtsseitige Temperatur TC des Katalysators 13 aus den Ausgangssignalen der Abgastemperatursensoren 14, 15 und 16 erfaßt. Im nächsten Schritt 104 werden eine Kohlenwasserstoffzufuhrmenge HA, die der stromaufwärtsseitigen Temperatur des Katalysators TA entspricht, eine Kohlenwasserstoffzufuhrmenge HB, die der zentralen Temperatur des Katalysators TB entspricht, und eine Kohlenwasserstoffzufuhrmenge HC, die der stromabwärtsseitigen Temperatur des Katalysators TC entspricht; aus der Kohlenwasserstoffzufuhrmengentabelle bezüglich der Bezugs-NO_x-Abgasmenge (beispielsweise 10 g pro Stunde) berechnet, die in 8 gezeigt ist. Die Werte HA, HB und HC, die auf diese Weise berechnet werden, bilden Indizes, die die Reduzier- und Reinigungsvermögen für NO_x des Katalysators 13 an jeweiligen Stellen wiedergeben. Gemäß der Kohlenwasserstoffzufuhrmengentabelle im Fall der Bezugs-NO_x-Abgasmenge, die in 8 gezeigt ist, wird hier die NO_x-Reinigungseigenschaft bezüglich der Temperatur des Katalysators berücksichtigt. Die Kohlenwasserstoffzufuhrmenge wird auf einen großen Wert bei einer Temperatur gesetzt, bei der die NO_x-Reinigungsrate hoch ist, während die Kohlenwasserstoffzufuhrmenge auf einen kleinen Wert bei einer Temperatur gesetzt wird, bei der die NO_x-Reinigungsrate gering ist.
Des weiteren wird im nächsten Schritt 105 eine endgültige Kohlenwasserstoffzufuhrmenge HCTOTAL aus der NO_x-Abgasmenge, die im Schritt 102 berechnet worden ist, und den Kohlenwasserstoffzufuhrmengen HA, HB und HC, die im Schritt 104 berechnet worden sind, in der folgenden Weise berechnet. Zunächst wird die Kohlenwasserstoffzufuhrmenge HA, die der stromaufwertigen Seite des Katalysators entspricht, durch einen Gewichtungsfaktor k1 multipliziert, die Kohlenwasserstoffzufuhrmenge HB, die dem mittleren Abschnitt des Katalysators entspricht, wird durch einen Gewichtungsfaktor k2 multipliziert, die Kohlenwasserstoffzufuhrmenge HC, die der stromabwärtigen Seite des Katalysators entspricht, wird durch einen Gewichtungsfaktor k3 multipliziert, und die Ergebnisse der Multiplikationen werden aufsummiert als (k1 × HA + k2 × HB + k3 × HC). Der Wert der Summierung bildet einen Index, der ein Reduzier- und Reinigungsvermögen für NO_x der Gesamtheit des Katalysators 13 wiedergibt. Hier ist mit zunehmend stromaufwärtiger Lage eines Abschnitts des Katalysators der Gewichtungsfaktor größer (k1 > k2 > k3), beispielsweise k1 = 0,5, k2 = 0,33, k3 = 0,17 (k1 + k2 + k3 = 1). Der Grund dafür liegt darin, daß mit zunehmend stromaufwärtiger Lage eines Abschnitts des Katalysators der Verteilungsgrad des NO_x-Reinigungsvermögens größer wird, wie vorstehend beschrieben ist.
Der Wert, der durch Multiplizieren der Gewichtungsfaktoren mit den Kohlenwasserstoffzufuhrmengen und durch Aufsummieren der Ergebnisse dieser Multiplikationen in dieser Weise gebildet worden ist (k1 × HA + k2 × HB + k3 × HC), wird durch ein Verhältnis der NO_x-Abgasmenge, die im Schritt 102 berechnet worden ist, zur Bezugs-NO_x-Abgasmenge multipliziert. Dieser Vorgang dient zur Korrektur, um die endgültige Kohlenwasserstoffzufuhrmenge in Übereinstimmung mit dem Verhältnis zu erhöhen, wenn die NO_x-Abgasmenge größer als die Bezugs-NO_x-Abgasmenge ist, und zur Korrektur, um die endgültige Kohlenwasserstoffzufuhrmenge in Übereinstimmung mit dem Verhältnis zu verringern, wenn die NO_x-Abgasmenge kleiner als die Bezugs-NO_x-Abgasmenge ist.
Auf diese Weise wird die Kohlenwasserstoffzufuhrvorrichtung 17 durch die Regelschaltung 26 auf der Grundlage der endgültigen Kohlenwasserstoffzufuhrmenge HCTOTAL geregelt, die im Schritt 105 berechnet worden ist, wodurch eine richtige Menge an Kohlen wasserstoffen dem Katalysator 13 zugeführt wird. Die richtige Menge an Kohlenwasserstoffen kann immer dem Katalysator 13 zugeführt werden, der in zahlreichen Temperaturverteilungen und Aktivierungszuständen unter zahlreichen Laufzuständen verwendet wird.
Als nächstes erfolgt eine Erläuterung eines Regelbeispiels unter Bezugnahme auf Zeitdiagramme der 9, wenn die Regelung beim Beschleunigen und Verzögern eines Fahrzeugs angewendet wird, wodurch Temperaturverteilungen in dem Katalysator 13 hervorgerufen werden. Wenn ein Fahrzeug damit beginnt, von einem Leerlaufzustand (Fahrzeuggeschwindigkeit ist null) zu beschleunigen, wird die stromaufwärtsseitige Temperatur TA des Katalysators auf einmal angehoben, die zentrale Temperatur TB des Katalysators wird aufgrund der thermischen Kapazitanz des Katalysators allmählich angehoben und die stromwärtsseitige Temperatur TC des Katalysators wird weiter allmählich angehoben, so daß daher die Temperatur des Katalysators 13 an der stromaufwärtigen Seite stärker als an der stromabwärtigen Seite angehoben ist. Bezüglich der Kohlenwasserstoffzufuhrmengen HA, HB und HC, die den Werten TA, TB und TC über der Zeit entsprechen, die durch die Kohlenwasserstoffzufuhrmengentabelle im Falle der Bezugs-NO_x-Abgasmenge berechnet werden, die durch 8 gezeigt ist, hat der Wert HA einen Spitzenwert in der vorderen Hälfte der Beschleunigung, der Wert HB hat einen Spitzenwert in der Mitte der Beschleunigung und der Wert HC hat einen Spitzenwert in der hinteren Hälfte der Beschleunigung. Da die endgültige Kohlenwasserstoffzufuhrmenge derart berechnet wird, daß mit zunehmend stromaufwärtiger Lage eines Abschnitts des Katalysators die Gewichtungsfaktoren größer sind und mit den Werten HA, HB und HC multipliziert werden, nimmt entsprechend die endgültige Kohlenwasserstoffzufuhrmenge einen großen Wert in der vorderen Hälfte der Beschleunigung an, in der der Wert HA einen Spitzenwert hat. In der Mitte der Beschleunigung, in der der Wert HB einen Spitzenwert hat, verringert sich, da der Wert HA stark verringert wird, auch die endgültige Kohlenwasserstoffzufuhrmenge. In der hinteren Hälfte der Beschleunigung, in der der Wert HC einen Spitzenwert hat, ver ringert sich, da der Wert HA weiter verringert wird, die endgültige Kohlenwasserstoffzufuhrmenge weiter.
Wenn ein Fahrzeug damit beginnt, von einer konstanten Fahrgeschwindigkeit verzögert zu werden, fällt die stromaufwärtsseitige Temperatur TA des Katalysators auf einmal ab, die Temperatur TB in der Mitte des Katalysators fällt allmählich aufgrund der thermischen Kapazität des Katalysators 13 ab und die stromabwärtsseitige Temperatur TC des Katalysators fällt weiter allmählich, so daß daher die Temperatur des Katalysators 13 an der stromaufwärtigen Seite niedriger als an der stromabwärtigen Seite wird. Bezüglich der Kohlenwasserstoffzufuhrmengen HA, HB und HC, die den Werten TA, TB und TC über der zeit entsprechen, die aus der Kohlenwasserstoffzufuhrmengentabelle in dem Fall der Bezugs-NO_x-Abgasmenge berechnet werden, die in 8 gezeigt ist, hat der Wert HA einen Spitzenwert in der vorderen Hälfte der Verzögerung, der Wert HB hat einen Spitzenwert in der Mitte der Verzögerung und der wert HC hat einen Spitzenwert in der hinteren Hälfte der Verzögerung. Die endgültige Kohlenwasserstoffzufuhrmenge wird durch Multiplizieren der Gewichtungsfaktoren mit den Werten HA, HB und HC derart berechnet, daß mit zunehmend stromaufwärtiger Lage eines Abschnitts des Katalysators der Gewichtungsfaktor zunimmt, und daher hat die endgültige Kohlenwasserstoffzufuhrmenge einen großen Wert in der vorderen Hälfte der Verzögerung. In der Mitte der Verzögerung, in der der Wert HB einen Spitzenwert hat, verringert sich die endgültige Kohlenwasserstoffzufuhrmenge, da der Wert HA stark verringert wird. In der hinteren Hälfte der Verzögerung, in der der Wert HC einen Spitzenwert hat, ist der Wert HA nahezu Null und daher ist die endgültige Kohlenwasserstoffzufuhrmenge weiter verringert.
Wenn auf diese Weise die endgültige Kohlenwasserstoffzufuhrmenge durch Multiplizieren der Gewichtungsfaktoren mit den Kohlenwasserstoffzufuhrmengen HA, HB und HC, die den Temperaturen TA, TB und TC an den jeweiligen Stellen des Katalysators 13 entsprechen, derart berechnet wird, daß mit zunehmend stromabwärtiger Lage eines Abschnitt des Katalysators der Gewichtungsfaktor größer wird, kann daher eine richtige Menge an Kohlenwasserstoffen jederzeit dem Katalysator 13 zugeführt werden, der in zahlreichen Temperaturverteilungen und Aktivierungszuständen unter zahlreichen Laufzuständen verwendet wird, wodurch die Reinigungsrate für NO_x gefördert werden kann, und des weiteren können Kraftstoffkosten verringert werden, indem Kohlenwasserstoffe verringert werden, die in einem unreagiertem Zustand ausgelassen werden. Auch das Vergiften des Katalysators bei niedriger Temperatur und ein übermäßiger Anstieg der Temperatur kann vermieden werden.
Zweites Ausführungsbeispiel
Gemäß der Berechnungsroutine zur Berechnung der Kohlenwasserstoffzufuhrmenge der 7 werden die Kohlenwasserstoffzufuhrmengen HA, HB und HC aus der Kohlenwasserstoffzufuhrmengentabelle im Fall der Bezugs-NO_x-Abgasmenge im Schritt 104 berechnet, die in 8 gezeigt ist, und die endgültige Kohlenwasserstoffzufuhrmenge wird durch den Multipliziervorgang mit den Gewichtungsfaktoren und den Addiervorgang im Schritt 105 berechnet. Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel werden jedoch, wie durch 10 gezeigt ist, die Werte für HA, HB und HC aus der Kohlenwasserstoffzufuhrmengentabelle bezüglich der stromaufwärtigen Seite des Katalysators, des mittleren Abschnitts des Katalysators und der stromabwärtigen Seite des Katalysators berechnet, die durch vorheriges Multiplizieren von Gewichtungsfaktoren mit dem Kohlenwasserstoffzufuhrmengen eingerichtet worden sind, und die endgültige Kohlenwasserstoffzufuhrmenge wird durch die folgende Gleichung berechnet. Endgültige Kohlenwasserstoffzufuhrmenge = (HA + HB + HC) × (NOx-Abgasmenge/Bezugs-NOx-Abgasmenge)
Dieselbe Wirkung wie beim ersten Ausführungsbeispiel kann auf diese Weise vorgesehen werden.
Drittes Ausführungsbeispiel
Obwohl beim ersten Ausführungsbeispiel und beim zweiten Ausführungsbeispiel die Reduzier- und Reinigungsvermögen für NO_x an den jeweiligen Stellen des Katalysators 13 berechnet werden, indem die Vermögen durch die Kohlenwasserstoffzufuhrmengen wiedergegeben werden, werden gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel, wie durch 11 und 12 gezeigt ist, die Reduzier- und Reinigungsvermögen für NO_x an den jeweiligen Stellen des Katalysators 13 berechnet, indem die Vermögen durch die Katalysatortemperaturen TA, TB und TC wiedergegeben werden, eine Gewichtung derart ausgeführt wird, daß der Verteilungsgrad der Katalysatortemperatur an einer stromaufwärtsseitigen Stelle groß gemacht ist, wobei eine Temperatur, die eine Gesamtheit des Katalysators 13 wiedergibt (nachfolgend als „stellvertretende Katalysatortemperatur" bezeichnet), geschätzt wird und die endgültige Kohlenwasserstoffzufuhrmenge auf der Grundlage der stellvertretenden Katalysatortemperatur und des Laufzustands des Motors berechnet wird.
Die Berechnung der endgültigen Kohlenwasserstoffzufuhrmenge wird in Übereinstimmung mit einer Berechnungsroutine zum Berechnen einer Kohlenwasserstoffzufuhrmenge der 11 ausgeführt. Die Vorgänge von Schritt 201 bis Schritt 203 der Routine sind gleich wie diejenigen beim ersten Ausführungsbeispiel und durch diese Vorgänge wird die NO_x-Abgasmenge von dem Dieselmotor 11 auf der Grundlage des Beschleuniger- oder Gaspedalöffnungsgrads und der Motordrehzahl berechnet, wobei die stromaufwärtsseitige Temperatur TA, die mittlere Temperatur TB und die stromabwärtsseitige Temperatur TC des Katalysators 13 erfaßt werden. Des weiteren wird im Schritt 204 die stellvertretende Katalysatortemperatur aus den Temperaturen TA, TB und TC an den jeweiligen Stellen des Katalysators 13 wie folgt berechnet.
Zunächst wird ein Gewichtungsfaktor k1 mit der stromaufwärtsseitigen Temperatur TA des Katalysators multipliziert, der Gewichtungsfaktor k2 wird mit der mittleren Temperatur TB des Katalysators multipliziert, der Gewichtungsfaktor 3 wird mit der stromabwärtsseitigen Temperatur TC des Katalysators multipli ziert und die multiplizierten Werte werden aufsummiert, wodurch die stellvertretende Katalysatortemperatur berechnet wird. Stellvertretende Katalysatortemperatur = k1 × TA + k2 × TB + k3 × TC.
Mit zunehmend stromaufwärter Lage eines Abschnitts des Katalysators wird ein größerer Gewichtungsfaktor gesetzt, beispielsweise k1 = 0,5, k2 = 0,33, k3 = 0,17 (k1 + k2 + k3 = 1). Die stellvertretende Katalysatortemperatur bildet einen Index, der das Reduzier- und Reinigungsvermögen für NO_x der Gesamtheit des Katalysators 13 wiedergibt.
Des weiteren wird in dem folgenden Schritt 205 die Kohlenwasserstoffzufuhrmenge HC₀, die der stellvertretenden Katalysatortemperatur entspricht, aus der Kohlenwasserstoffzufuhrmengentabelle in dem Fall der Bezugs-NO_x-Abgasmenge berechnet, die durch 8 gezeigt ist. Danach wird im Schritt 206 die endgültige Kohlenwasserstoffzufuhrmenge HCTOTAl berechnet, indem die Kohlenwasserstoffzufuhrmenge HC₀ mit einem Verhältnis der NO_x-Abgasmenge, die im Schritt 202 berechnet worden ist, zu der Bezugs-NO_x-Abgasmenge multipliziert wird. HCTOTAL = HC0 × (NOx-Abgasmenge/Bezugs-NOx-Abgasmenge).
Als nächstes wird eine Erläuterung eines Regelbeispiels in Bezug auf Zeitdiagramme der 12 angegeben, wenn die Regelung des dritten Ausführungsbeispiels beim Beschleunigen und Verzögern eines Fahrzeugs angewendet wird, wodurch eine Temperaturverteilung in dem Katalysator 13 hervorgerufen wird. Wenn ein Fahrzeug damit anfängt, aus einem Leerlaufzustand (Fahrzeuggeschwindigkeit ist Null) zu beschleunigen, wird die stromaufwärtsseitige Temperatur TA des Katalysators auf einmal angehoben, die mittige Temperatur TB des Katalysators wird aufgrund der thermischen Kapazitanz des Katalysators allmählich angehoben, die stromabwärtsseitige Temperatur TC des Katalysators wird weiter allmählich angehoben und entsprechend wird die Temperatur des Katalysators 13 an der stromaufwärtigen Seite höher als an der stromabwärtigen Seite. Die stellvertretende Katalysatortemperatur wird vergleichsweise schnell angehoben und die endgültige Kohlenwasserstoffzufuhrmenge wird entsprechend schnell erhöht.
Wenn das Fahrzeug damit beginnt, aus einer konstanten Fahrgeschwindigkeit verzögert zu werden, fällt die stromabwärtsseitige Temperatur TA des Katalysators schnell ab, die mittige Temperatur TB des Katalysators fällt aufgrund der thermischen Kapazitanz des Katalysators 13 allmählich ab, die stromabwärtsseitige Temperatur TC des Katalysators fällt weiter allmählich ab und daher ist die Temperatur des Katalysators an der stromaufwärtigen Seite niedriger als an der stromabwärtigen Seite. Selbst wenn die stromaufwärtsseitige Temperatur TA des Katalysators niedrig wird, sind die mittige Temperatur TB des Katalysators und die stromabwärtsseitige Temperatur TC des Katalysators nach wie vor hoch und daher fällt die stellvertretende Katalysatortemperatur gradueller als die stromaufwärtsseitige Temperatur TA des Katalysators wobei die endgültige Kohlenwasserstoffzufuhrmenge auch graduell verringert wird.
Gemäß dem vorstehend beschriebenen dritten Ausführungsbeispiel wird die stellvertretende Katalysatortemperatur berechnet, indem der Gewichtungsvorgang derart durchgeführt wird, daß der Verteilungsgrad der Katalysatortemperatur an der stromaufwärtsseitigen Lage groß eingerichtet wird. Auf diese Weise kann die Temperatur, die die NO_x-Reinigungseigenschaft der Gesamtheit des Katalysators 13 wiedergibt, anstelle der durchschnittlichen Katalysatortemperatur bezüglich der thermischen Energie berechnet werden. Durch Bestimmen der endgültigen Kohlenwasserstoffzufuhrmenge aus der stellvertretenden Katalysatortemperatur und dem Laufzustand des Motors kann ähnlich wie beim ersten Ausführungsbeispiel und beim zweiten Ausführungsbeispiel eine richtige Menge an Kohlenwasserstoffen jederzeit dem Katalysator 13 zugeführt werden, der in zahlreichen Temperaturverteilungen und Aktivierungszuständen und unter zahlreichen Laufzuständen verwendet wird, wodurch die Reinigungsrate für NO_x gefördert werden kann und die Kraftstoffkosten verringert werden können, indem die Kohlenwasserstoffe verringert werden, die in einem unreagiertem Zustand ausgelassen werden.
Viertes Ausführungsbeispiel
Obwohl beim ersten Ausführungsbeispiel, beim zweiten Ausführungsbeispiel und beim dritten Ausführungsbeispiel die Kohlenwasserstoffzufuhrmenge in Übereinstimmung mit der Temperaturverteilung des Katalysators richtig gemacht wird, wird gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel, das durch die 13 und 14 gezeigt ist, die Kohlenwasserstoffzufuhrmenge passend in Übereinstimmung mit einem Anstieg der NO_x-Abgasmenge aufgrund einer Verzögerung der EGR-Regelung (Abgasrückführregelung) beim Beschleunigen gemacht.
Zunächst wird eine Erläuterung der EGR-Regelung in einem Übergangsbetrieb eines Motors unter Bezugnahme auf 15 angegeben. Wenn ein Fahrzeug damit anfängt, aus einem Leerlaufzustand (Geschwindigkeit ist Null) zu beschleunigen, wird die tatsächliche EGR-Rate niedriger als die Soll-EGR-Rate, die aus einem stationären Laufzustand berechnet wird, und entsprechend ist bezüglich der NO_x-Abgaskonzentration die aktuelle Konzentration höher als die Sollkonzentration. Der Grund dieses Phänomens, bei dem die tatsächliche EGR-Rate niedriger als die Soll-EGR-Rate beim Beschleunigen eines Fahrzeugs wird, scheint in einer Verzögerung eines betrieblichen Ansprechens des Regelventils 25 und des EGR-Ventils 24 in der EGR-Vorrichtung 30, einer Verzögerung der Strömung des EGR-Gases, das durch das EGR-Rohr 23 tritt, und einer Verzögerung bezüglich der Regelung zur Aufrechterhaltung der Stabilität der EGR-Regelung in der EGR-Vorrichtung 3 zu liegen, die in 1 gezeigt ist. Andererseits wird beim Verzögern eines Fahrzeugs die tatsächliche EGR-Rate so geregelt, daß sie nahezu Null ist, die der Soll-EGR-Rate entspricht, obwohl sie durch eine geringfügige Verzögerung begleitet wird. Die Verzögerung scheint nur dadurch hervorgerufen zu werden, daß eine Ansprechverzögerung beim Schließen des EGR-Ventils 24 auftritt. Entsprechend ist beim Verzögern eines Fahrzeugs nahezu kein Anstieg der NO_x-Abgasmenge vorhanden, die durch die Verzögerung der EGR-Regelung hervorgerufen wird, während der Anstieg der NO_x-Abgasmenge problematisch wird, die durch eine Verzögerung der EGR-Regelung beim Beschleunigen eines Fahrzeugs hervorgerufen wird.
Daher wird gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel die Kohlenwasserstoffzufuhrmenge durch eine Berechnungsroutine zum Berechnen einer Kohlenwasserstoffzufuhrmenge, die in 13 gezeigt ist, korrigiert, um beim Beschleunigen anzusteigen, wobei zum weiteren Fördern der Genauigkeit der Korrektur des Anstiegs der Kohlenwasserstoffzufuhrmenge die Rate eines Anstiegs beim Start der Beschleunigung eines Fahrzeugs verstärkt wird und die Rate eines Anstiegs korrigiert wird, um in Übereinstimmung mit einem Verstreichen einer Zeit sich zu verringern. Dieser Vorgang wird unter Berücksichtigung einer Absenkung der tatsächlichen NO_x-Abgaskonzentration ausgeführt, da die Verzögerung der EGR-Regelung mit dem Verstreichen der Zeit vom Beginn der Beschleunigung verschwindet.
Eine Erläuterung des Inhalts der Verarbeitungsschritte der Berechnungsroutine zum Berechnen der Kohlenwasserstoffzufuhrmenge der 13 zur Durchführung einer Anstiegskorrektur wird nun angegeben. Die Routine wird auch zu jeder vorbestimmten Zeit oder zu jedem vorbestimmten Kurbelwinkel gestartet. Wenn die Routine gestartet ist, wird zunächst im Schritt 300 die Routine der 7 oder der 11 ausgeführt, wobei die Reduzier- und Reinigungsvermögen für NO_x an einer Vielzahl von Stellen des Katalysators 3 geschätzt werden, die Gewichtung derart ausgeführt wird, daß der Verteilungsgrad des Reduzier- und Reinigungsvermögens für NO_x an der stromaufwärtigen Stelle vergrößert ist, wodurch das Reduzier- und Reinigungsvermögen für NO_x der Gesamtheit des Katalysators 13 geschätzt wird und die Kohlenwasserstoffzufuhrmenge (die endgültige Kohlenwasserstoffzufuhrmenge HCTOTAL), die dem Katalysator 13 zuzuführen ist, wird aus dem geschätzten Wert berechnet. Im übrigen kann die endgültige Kohlenwasserstoffzufuhrmenge durch das Verfahren des zweiten Ausführungsbeispiels berechnet werden.
Des weiteren wird im nächsten Schritt 301 eine Drehzahlanstiegsrate W aus einer Veränderungsrate des Signals von dem Motordrehzahlsensor 28 berechnet, im nächsten Schritt 302 wird die Drehzahlanstiegsrate W mit einer vorbestimmten Drehzahlanstiegsrate W_o verglichen, um zu bestimmen, ob ein Fahrzeug in einem Beschleunigungszustand ist oder nicht, und wenn W ≤ W₀ ist, wird bestimmt, daß das Fahrzeug nicht in einem Beschleunigungszustand ist, wobei die Routine ohne die Durchführung der weiteren Verarbeitungsschritte beendet wird. Wenn W > W₀ im Schritt 302 ist, wird bestimmt, daß das Fahrzeug in einem Beschleunigungszustand ist, und der Vorgang schreitet zu Schritt 303 voran, in dem bestimmt wird, ob ein Zeitgeber zum Messen einer Anstiegskorrekturzeit, der später erläutert wird, in Betrieb ist oder nicht. Wenn er betrieben wird, geht der Vorgang zu Schritt 305 über, wenn er nicht betrieben wird, geht der Vorgang zu Schritt 305 über, nach dem im Schritt 304 W1 = W bestimmt worden ist.
Im Schritt 305 wird zum Bestimmen, ob eine weitere schnelle Beschleunigung nach dem Starten mit der Korrektur zu einem Anstieg der Kohlenwasserstoffzufuhrmenge zum Starten der Beschleunigung eines Fahrzeugs durchgeführt wird oder nicht, die Drehzahlanstiegsrate W mit W1 verglichen, und wenn W < W1 ist, wird bestimmt, daß die stärkere Beschleunigung nicht ausgeführt wird und der Vorgang geht zu Schritt 306 über. Wenn der Zeitgeber zum Messen der Anstiegskorrekturzeit gestartet wird oder bereits gestartet worden ist, wird der Zeitmessvorgang fortgesetzt und der Vorgang geht zu Schritt 309 über. Wenn W > W1 im Schritt 305 ist, wird bestimmt, daß die weiter starke Beschleunigung ausgeführt wird, wobei die Drehzahlanstiegsrate W als W1 = W im Schritt 307 gesetzt wird, der Zeitgeber zurückgesetzt wird und im Schritt 308 erneut gestartet wird, wobei der Vorgang zu Schritt 309 übergeht. Auf diese Weise wird, wenn die starke Beschleunigung nach dem Starten der Korrektur zum Anstieg der Kohlenwasserstoffzufuhrmenge ausgeführt wird, die Anstiegskorrekturzeit von einem Zeitpunkt gemessen, zu dem die Beschleunigung gestartet wird.
Im Schritt 309 wird bestimmt, ob ein Zeitgeber zum Messen einer Korrekturanstiegszeit ein Verstreichen einer vorbestimmten Zeitspanne anzeigt, um zu bestimmen, ob eine Zeitspanne, die zur Anstiegskorrektur beim Beschleunigen notwendig ist, verstrichen ist. wenn die vorbestimmte Zeit verstrichen ist, wird bestimmt, daß die Anstiegskorrektur der endgültigen Kohlenwasserstoffzufuhrmenge nicht notwendig ist und der Vorgang geht zu Schritt 301 über, wobei der Zeitgeber zum Messen der Anstiegskorrekturzeitspanne gestoppt wird und die Routine beendet wird.
Wenn andererseits im Schritt 309 der Zeitgeber zum Messen einer Anstiegskorrekturzeitspanne nicht das Verstreichen der vorbestimmten Zeit anzeigt (d.h. der Zeitgeber ist in Betrieb), geht der Vorgang zu Schritt 311 über und die endgültige Kohlenwasserstoffzufuhrmenge HCTOTAL wird korrigiert, um anzusteigen, indem ein Korrekturfaktor k5 mit der endgültigen Kohlenwasserstoffzufuhrmenge HCTOTAL multipliziert wird, der im Schritt 300 berechnet worden ist. Hier verringert sich der Anstiegskorrekturfaktor k5 in Übereinstimmung mit einem Verstreichen der Anstiegskorrekturzeit, beispielsweise wie in 14 gezeigt ist, wird er mit einer derartigen Eigenschaft eingerichtet, daß der Faktor zu 1,0 wird (d.h. es erfolgt keine Korrektur), nachdem ungefähr 3 Sekunden verstrichen sind. Der Grund dafür liegt darin, daß die Verzögerung der EGR-Regelung am größten unmittelbar nach dem Start der Beschleunigung ist und danach verringert wird. Nach dem Korrigieren der endgültigen Kohlenwasserstoffzufuhrmenge im Schritt 311 wird die Routine beendet.
Gemäß dem vorstehend erläuterten vierten Ausführungsbeispiel wird in einem Laufzustand, bei dem der Dieselmotor von einer niedrigen Drehung zu einer hohen Drehung beschleunigt wird, die Menge der Zufuhr an Kohlenwasserstoffen zu dem Katalysator 13 so korrigiert, daß sie ansteigt. Selbst wenn die Konzentration von NO_x, das aus dem Dieselmotor 11 ausgelassen wird, durch die Verzögerung der EGR-Regelung beim Beschleunigen des Motors ansteigt, kann das NO_x-Reinigungsvermögen des Katalysators 13 gefördert werden und die NO_x-Emission kann verringert werden. Weiter wird die Anstiegsrate der Kohlenwasserstoffzufuhrmenge kor rigiert, um sich in Übereinstimmung mit dem Verstreichen der Zeit vom Start einer Beschleunigung zu verringern, und daher kann die Kohlenwasserstoffmenge richtig in Übereinstimmung mit dem Abfall der Abgaskonzentration von NO_x aufgrund des Verstreichens der Zeit nach dem Start der Beschleunigung korrigiert werden, wobei die Kraftstoffkosten verringert werden können, indem die Kohlenwasserstoffe verringert werden, die in einem unreagierten Zustand ausgelassen werden, während die Reinigungsrate für NO_x gefördert wird.
Obwohl bei der Regelung der 13 die Kohlenwasserstoffzufuhrmenge hier in Übereinstimmung mit der Temperaturverteilung des Katalysators mit irgendeinem der Berechnungsverfahren des ersten Ausführungsbeispiels, des zweiten Ausführungsbeispiels und des dritten Ausführungsbeispiels berechnet wird, kann die Kohlenwasserstoffzufuhrmenge auf der Grundlage der Temperatur des Katalysators an einem Punkt, beispielsweise der Einlaßtemperatur oder der Auslaßtemperatur oder dergleichen des Katalysators 13 berechnet werden. Auch in diesem Fall kann mit dem Anstieg der NO_x-Abgaskonzentration, die durch die Verzögerung der EGR-Regelung hervorgerufen wird, die beim Beschleunigen auftritt, wirkungsvoll umgegangen werden, indem korrigiert wird, um die Kohlenwasserstoffzufuhrmenge zu vergrößern, und das beim Beschleunigen ausgelassene NO_x kann stärker als bei dem herkömmlichen Motor verringert werden.
Andere Ausführungsbeispiele
Wohl bei den vorstehend beschriebenen jeweiligen Ausführungsbeispielen die Katalysatortemperatur an drei Abschnitten der strömungsaufwärtigen Seite, des mittleren Abschnitts und der strömungsabwärtigen Seite des Katalysators 13 erfaßt wird, kann die Katalysatortemperatur an nur zwei Abschnitten der strömungsaufwärtigen Seite und der strömungsabwärtigen Seite oder an vier Abschnitten oder mehr erfaßt werden. Obwohl gemäß den vorstehend beschriebenen jeweiligen Ausführungsbeispielen die NO_x-Abgasmenge von dem Dieselmotor 11 auf der Grundlage des Gaspedalöffnungsgrades und der Motordrehzahl berechnet wird, kann des weiteren die NO_x-Abgasmenge unter Verwendung von Parametern des Laufzustands des Motors berechnet werden, wie beispielsweise einer Einlaßmenge, eines Einlaßrohrdrucks, einer Kraftstoffeinspritzmenge und dergleichen, die sich von dem Gaspedalöffnungsgrad und der Motordrehzahl unterscheiden. Obwohl Kraftstoff (leichtes Öl) als Kohlenwasserstoffe zur Zufuhr zum Katalysator 13 bei den vorstehend beschriebenen jeweiligen Ausführungsbeispielen verwendet wird, können flüssige Kohlenwasserstoffe wie beispielsweise Kerosin und dergleichen oder gasförmige Kohlenwasserstoffe wie beispielsweise Propan und dergleichen verwendet werden.

Claims

Abgasreinigungsgerät für eine Brennkraftmaschine mit folgendem: einem Katalysator (13), der an einem Abgaskanal (12) einer Brennkraftmaschine (11) zum Reduzieren und Reinigen von Stickoxiden in einem Abgas angeordnet ist; einer Katalysatortemperaturbestimmungseinrichtung (14, 15, 16, 103, 203) zum Erfassen oder Schätzen von Temperaturen des Katalysators; einer Laufzustandserfassungseinrichtung (27, 28, 29) zum Erfassen eines Laufzustands der Brennkraftmaschine; einer Kohlenwasserstoffzufuhreinrichtung (17, 19) zur Zufuhr von Kohlenwasserstoffen zum Katalysator als ein Reduziermittel für Stickoxide; einer Regeleinrichtung (26) zum Regeln der Kohlenwasserstoffzufuhreinrichtung, indem Reduzier- und Reinigungsvermögen für Stickoxide des Katalysators auf der Grundlage von Informationen geschätzt werden, die von der Katalysatortemperaturbestimmungseinrichtung und der Laufzustandsbestimmungseinrichtung vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Katalysatortemperaturbestimmungseinrichtung (14, 15, 16, 103, 203) die Temperaturen an einer Vielzahl von Stellen zwischen einer stromaufwärtigen und einer stromabwärtigen Seite des Katalysators (13) erfasst oder schätzt, und die Regeleinrichtung (26) die Reduzier- und Reinigungsvermögen für Stickoxide des Katalysators an der Vielzahl der Stellen schätzt, wobei das Reduzier- und Reinigungsvermögen für Stickoxide bezüglich einer Gesamtheit des Katalysators geschätzt wird, indem die Reduzier- und Reinigungsvermögen derart gewichtet werden, dass der Verteilungsgrad der Reduzier- und Reinigungsvermögen für Stickoxide an der stromaufwärtigen Seite größer als der an der stromabwärtigen Seite ist, und indem eine Menge der Zufuhr der Kohlenwasserstoffe zur Zufuhr zum Katalysator aus einem geschätzten Wert berechnet wird, der aus dem Schätzvorgang abgeleitet wird.
Abgasreinigungsgerät für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Schätzen des Reduzier- und Reinigungsvermögens für Stickoxide bezüglich der Gesamtheit des Katalysators die Regeleinrichtung (26, 7 und 13) das Reduzier- und Reinigungsvermögen für Stickoxide bezüglich der Gesamtheit des Katalysators berechnet, indem die Reduzier- und Reinigungsvermögen für Stickoxide an der Vielzahl der Stellen aufsummiert werden, die derart gewichtet sind, dass der Verteilungsgrad der Reduzier- und Reinigungsvermögen für Stickoxide an der stromaufwärtigen Seite höher als der der stromabwärtigen Seite ist.
Abgasreinigungsgerät für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung (26, 7 und 13) die Reduzier- und Reinigungsvermögen für Stickoxide berechnet, indem die Reduzier- und Reinigungsvermögen durch die Menge der Zufuhr der Kohlenwasserstoffe wiedergegeben werden.
Abgasreinigungsgerät einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung (26, 11 und 13) die Reduzier- und Reinigungsvermögen für Stickoxide berechnet, indem die Reduzier- und Reinigungsvermögen durch eine Temperatur des Katalysators wiedergegeben werden, wobei eine Temperatur geschätzt wird, die die Gesamtheit des Katalysators wiedergibt, indem die Reduzier- und Reinigungsvermögen derart gewichtet werden, dass der Verteilungsgrad der Temperaturen des Katalysators an der stromaufwärtigen Seite größer als der der stromabwärtigen Seite ist, und wobei die Menge der Zufuhr der Kohlenwasserstoffe, die dem Katalysator zuzuführen sind, auf der Grundlage der stellvertretenden Katalysatortemperatur und eines erfassten Ergebnisses der Laufzustandserfassungseinrichtung berechnet wird.
Abgasreinigungsgerät für eine Brennkraftmaschine mit folgendem: einem Katalysator (13), der an einem Abgaskanal (12) einer Brennkraftmaschine zum Reduzieren und Reinigen von Stickoxiden in dem Abgas angeordnet ist; einer Kohlenwasserstoffzufuhreinrichtung (17–19) zur Zufuhr von Kohlenwasserstoffen zum Katalysator als ein Reduziermittel für Stickoxide; und eine Regeleinrichtung (26, 13) zum Regeln der Kohlenwasserstoffzufuhreinrichtung, gekennzeichnet durch eine Abgasrückführvorrichtung (30) zum Rezirkulieren eines Teils eines Abgases einer Brennkraftmaschine (11) zu einem Einlaßsystem (22), und dadurch, dass die Regeleinrichtung (26, 13) die Kohlenwasserstoffzufuhreinrichtung regelt, indem sie korrigiert, um eine Menge der Zufuhr der Kohlenwasserstoffe zum Katalysator zu erhöhen, wenn die Brennkraftmaschine angetrieben wird, wobei bei der Korrektur, um die Menge der Zufuhr der Kohlenwasserstoffe zum Katalysator beim Antrieb zur Beschleunigung der Brennkraftmaschine zu erhöhen, die Regeleinrichtung eine Anstiegsrate beim Start der Beschleunigung der Brennkraftmaschine erhöht und die Anstiegsrate mit einem Verstreichen einer Zeitspanne verringert, seitdem die Brennkraftmaschine zu einem Beschleunigen gestartet worden ist.