DE60018487T2

DE60018487T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Reinigen von Abgasen von Kraftfahrzeugmotoren

Info

Publication number: DE60018487T2
Application number: DE60018487T
Authority: DE
Inventors: Zenichiro Toyota-shi Aichi-ken Mashiki
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1999-09-03
Filing date: 2000-08-31
Publication date: 2006-01-12
Anticipated expiration: 2020-09-01
Also published as: JP2001073749A; EP1081360A2; EP1380731A2; DE60018863D1; EP1380731A3; EP1081360A3; EP1380731B1; JP3584798B2; EP1081360B1; DE60018487D1; DE60018863T2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Reinigen von Abgas in Kraftfahrzeugmotoren, insbesondere auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Reinigen von Abgas von Motoren, die eine Magerverbrennung durchführen, mit Katalysatoren, die in den Auslassdurchgängen angeordnet sind.
Fahrzeugmotoren, die eine Magerverbrennung durchführen, bei welchen das Luft-Treibstoff-Verhältnis zu einem Wert festgelegt ist, der größer ist als das stöchiometrische Luft-Treibstoff-Verhältnis, verbessern die Treibstoffeffizienz. Es gibt verschiedene Modi von Magerverbrennungen, solche wie die Schichtladeverbrennung, bei welcher eine Schicht von einem fetten Luft-Treibstoff-Gemisch in der Umgebung einer Zündkerze ausgebildet wird, und wie die magere homogene Ladeverbrennung, bei welcher eine Schicht von einem homogenen Luft-Treibstoff-Gemisch in einem Zylinder ausgebildet wird.
Wenn eine Magerverbrennung durchgeführt wird, hat die Temperatur des Abgases eine Neigung sich zu verringern, verglichen damit, wenn eine stöchiometrische Verbrennung durchgeführt wird, bei welcher das Luft-Treibstoff-Verhältnis stöchiometrisch ist, da die erzeugte Verbrennungswärme gering ist. Die Neigung wird insbesondere stärker, wenn eine Schichtladeverbrennung durchgeführt wird, bei welcher die erzeugte Verbrennungswärme kleiner ist als die der mageren homogenen Ladeverbrennung. Deshalb verringert sich beispielsweise die Temperatur des Katalysators, der in einem Auslassdurchgang zum Reinigen des Abgases angeordnet ist, solch einer wie ein NOx-Speicherreduktionskatalysator oder ein Dreiwegekatalysator, falls der Motor fortsetzt, in einem niedrigen Lastzustand zu laufen, wenn die Schichtladeverbrennung durchgeführt wird. Dies verringert das Reinigungsvermögen des Katalysators.
Dementsprechend beschreibt beispielsweise die japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung mit der Nr. 10-47040 eine Vorrichtung, die die Temperaturverringerung des Katalysators durch Umschalten des Verbrennungsmodus von einer Schichtladeverbrennung zu einer mageren homogenen Ladeverbrennung hemmt, wenn eine Verringerung der Temperatur des Katalysators während der Schichtladeverbrennung erfasst wird.
Der Erfinder der vorliegenden Erfindung hat Versuche durchgeführt und bestätigt, dass die Katalysatortemperatur sich wie untenstehend beschrieben ändert, wenn eine Schichtladeverbrennung durchgeführt wird, falls das Fahrzeug sich von einem Zustand, bei welchem es nicht angetrieben wird, zu einem Zustand, bei welchem es angetrieben wird, verlagert.
Falls das Fahrzeug beginnt zu fahren, wenn eine Schichtladeverbrennung durchgeführt wird, steigt die erzeugte Verbrennungswärme, so wie die Motorlast (eingespritzte Treibstoffmenge) ansteigt. Jedoch ist die Temperatur der Wände in den Verbrennungskammern und des Auslasssystems immer noch niedrig, wenn der Fahrer beginnt, das Fahrzeug zu fahren. Daher erhöht die Erhöhung der Verbrennungswärme nicht sofort die Abgastemperatur. Weiter erhöht die Erhöhung der Motorlast die Ansaugluftmenge, wenn das Fahrzeug beginnt zu fahren, was wiederum die Abgasmenge erhöht. Als Folge strömt sofort, nachdem das Fahrzeug beginnt zu fahren, eine große Menge von Abgas, dessen Temperatur immer noch niedrig ist, in den Katalysator und kühlt den Katalysator rasch. Anschließend steigt die Temperatur der Verbrennungskammern und des Auslasssystems. So wie die Temperatur des Abgases ansteigt und die Temperatur des Katalysators überschreitet, hält die Katalysatortemperatur an, sich zu verringern und beginnt zu steigen.
Auf diese Weise wird die Katalysatortemperatur rasch verringert, nämlich sofort nachdem das Fahrzeug beginnt zu fahren. Daher wird eine lange Zeitspanne für die Katalysatortemperatur notwendig, die Temperatur zu erreichen, bei welcher das vorbestimmte Reinigungsvermögen erhalten werden kann, falls der Verbrennungsmodus umgeschalten wird, wenn eine Verringerung der Katalysatortemperatur erfasst wird. Die Stand-der-Technik-Abgasreinigungsvorrichtung reinigt das Abgas nicht sofort, nachdem das Fahrzeug beginnt zu fahren, da eine große Menge von Abgas in den Katalysator strömt, wenn das Reinigungsvermögen des Katalysators verringert wird.
Weiter kann beispielsweise bei der Stand-der-Technik-Vorrichtung das Problem der Katalysatortemperaturverringerung, wenn das Fahrzeug beginnt zu fahren, gelöst werden, falls die Schwelltemperatur zum Bestimmen der Temperaturverringerung des Katalysators zu einem hinreichend hohen Wert festgelegt ist. Jedoch resultiert dies in häufigem Umschalten des Verbrennungsmodus, womit beabsichtigt wird, die Katalysatortemperatur zu erhöhen, selbst wenn dies nicht notwendig ist. Unnötiges Umschalten des Verbrennungsmodus führt zu einer Verringerung der Treibstoffeffizienz.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Reinigen von Abgas in Fahrzeugmotoren bereitzustellen, die eine wünschenswerte Abgasemission erzeugen, selbst wenn die Temperatur des Katalysators sich verringert, wenn das Fahrzeug beginnt zu fahren.
Diese Aufgabe wird durch eine Abgasreinigungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 erreicht.
Die vorliegende Erfindung sieht eine Abgasreinigungsvorrichtung vor, die bei einem Fahrzeugmotor angewandt wird, der eine Magerverbrennung durchführt. Die Vorrichtung ist bei einem Fahrzeug zum Reinigen von Abgas mit einem NOx-Speicherreduktionskatalysator vorgesehen, der in einem Abgasdurchgang des Motors angeordnet ist. Die Vorrichtung hat eine Bestimmungseinrichtung zum Bestimmen, ob das Fahrzeug begonnen hat, sich zu bewegen oder nicht, und eine Zuführeinrichtung zum Zuführen eines Reduktionsmittels zu dem NOx-Speicherreduktionskatalysator, wenn die Bestimmungseinrichtung bestimmt, dass das Fahrzeug begonnen hat, sich zu bewegen.
Andere Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden ersichtlich aus der folgenden Beschreibung, die in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen genommen wird, die mittels von Beispielen die Prinzipien der Erfindung veranschaulicht.
Die Erfindung und bevorzugte Aufgaben und Vorteile von dieser können am besten unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibung zusammen mit den begleitenden Zeichnungen verstanden werden, wovon:
1 eine schematische Grafik ist, die einen Motor und eine Abgasreinigungsvorrichtung gemäß einem vergleichenden Beispiel, das für das bessere Verständnis gegeben ist, der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ein Flussdiagramm ist, das die Prozedur zum Festlegen eines stöchiometrischen Merkers bei dem vergleichenden Beispiel zeigt;
3 ein weiteres Flussdiagramm der Prozedur zum Festlegen des stöchiometrischen Merkers ist;
4 ein Diagramm ist, das die Beziehung zwischen einer gefahrenen Gesamtstrecke durch das Fahrzeug bezüglich zu einem unteren Schwellwert T1 und einem oberen Schwellwert T2 zeigt;
5 ein Flussdiagramm ist, das die Prozedur zum Umschalten des Verbrennungsmodus bei dem ersten vergleichenden Beispiel zeigt;
6 ein Zeitdiagramm ist, das ein Beispiel zeigt, wie der Verbrennungsmodus in Übereinstimmung mit einer Temperaturerhöhungssteigerungsprozedur des vergleichenden Beispiels umschaltet;
7 ein Diagramm ist, das die Beziehung zwischen der Katalysatortemperatur und der oberen Speichermenge des NOx-Katalysators zeigt;
8 ein Flussdiagramm ist, das die Prozedur zum Festlegen eines Merkers für die fette Verbrennung bei einem Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
9 ein weiteres Flussdiagramm der Prozedur zum Festlegen des Merkers für die fette Verbrennung ist;
10 ein Flussdiagramm ist, das die Prozedur zum Umschalten des Verbrennungsmodus bei dem Ausführungsbeispiel zeigt; und
11 ein Zeitdiagramm ist, das ein Beispiel zeigt, wie der Verbrennungsmodus in Übereinstimmung mit einer NOx-Reduktionsprozedur des Ausführungsbeispiels umschaltet.
VERGLEICHENDES BEISPIEL
1 ist eine schematische Grafik, die eine Abgasreinigungsvorrichtung gemäß einem vergleichenden Beispiel der vorliegenden Erfindung und einen Motor 10 zeigt, mit welchem die Vorrichtung verbunden ist.
Der Motor 10, welcher in einem Fahrzeug 50 eingerichtet ist, hat eine Einspritzeinrichtung 14, welche Treibstoff direkt in eine Verbrennungskammer 12 einspritzt, und eine Zündkerze 16 zum Zünden des eingespritzten Treibstoffs. Bei dem Motor 10 des vergleichenden Beispiels wird der Treibstoffeinspritzmodus der Einspritzeinrichtung 14 zum Umschalten des Verbrennungsmodus zwischen der Schichtladeverbrennung (Magerverbrennung), stöchiometrischen Verbrennung und fetten Verbrennung geändert.
Zum Beispiel wird Treibstoff während der letzten Hälfte des Kompressionshubs eingespritzt, wenn die Schichtladeverbrennung ausgeführt wird. Wenn die Zündung geschieht, ist das Luft-Treibstoff-Gemisch in der Umgebung der Zündkerze 16 fett, so dass dieses örtlich gezündet werden kann. Das durchschnittliche Luft-Treibstoff-Verhältnis (A/F) des Luft-Treibstoff-Gemisches ist derart festgelegt, dass dieses höher (z.B. A/F = 25 bis 50) ist und daher magerer als das stöchiometrische Luft-Treibstoff-Verhältnis (A/F = 14,5). Wenn die stöchiometrische Verbrennung durchgeführt wird, wird Treibstoff während des Ansaughubs eingespritzt. Daher ist das Luft-Treibstoff-Verhältnis in der Verbrennungskammer 12 homogen, wenn die Zündung geschieht. Weiter wird das Luft-Treibstoff-Verhältnis derart festgelegt, dass dieses schätzungsweise dem stöchiometrischen Luft-Treibstoff-Verhältnis entspricht.
Der Verbrennungsmodus wird zwischen der Schichtladeverbrennung und der stöchiometrischen Verbrennung in Übereinstimmung mit dem Betriebszustand des Motors 10 verlagert, solch einem wie die Motorlast und die Motordrehzahl. Der Verbrennungsmodus wird so festgelegt, dass die Schichtladeverbrennung ausgeführt wird, wenn der Motor in einem niedrigen Lastzustand ist, einen niedrigen Motordrehzahlbereich hat, wobei die stöchiometrische Verbrennung ausgeführt wird, wenn der Motor in einem Hochlastzustand ist und in einem Hochdrehzahlbereich ist.
Wenn die fette Verbrennung ausgeführt wird, wird Treibstoff während des Ansaughubs einspritzt, wie wenn die stöchiometrische Verbrennung ausgeführt wird. Jedoch wird die Menge des eingespritzten Treibstoffs erhöht. In diesem Modus ist das Luft-Treibstoff-Verhältnis derart festgelegt, dass diese niedriger (A/F = 11 bis 13) ist und daher fetter als die stöchiometrische Verbrennung ist.
Die fette Verbrennung wird ausgeführt, wenn die NOx-Speichermenge in einem NOx-Speicherreduktionskatalysator 22 (später beschrieben) einen vorbestimmten Wert (Fettspitzenbehandlung (rich Spike treatment)) überschreitet und wenn das NOx verringert wird (später beschrieben).
Ein Auslassdurchgang 18 ist mit der Verbrennungskammer 12 verbunden. Ein Dreiwegekatalysator 20 und der NOx-Speicherreduktionskatalysator (nachstehend als NOx-Katalysator bezeichnet) 22, der stromabwärts von dem Dreiwegekatalysator 20 angeordnet ist, sind in dem Auslassdurchgang 18 angeordnet. Der Dreiwegekatalysator 20 und der NOx-Katalysator 22 reinigen das Abgas durch Verringern oder Eliminieren von Kohlenwasserstoff (HC), Kohlenstoffmonoxid (CO) und Stickstoffoxid (NOx) aus den Abgasen.
Bei dem Dreiwegekatalysator 20 findet die Oxidations-Reduktions-Reaktion statt und reinigt das Abgas durch Verringern oder Eliminieren von HC, CO und NOx aus dem Abgas. Der NOx-Katalysator 22 speichert das NOx zeitweise, das in dem Abgas enthalten ist, wenn die Schichtladeverbrennung durchgeführt wird. Das gespeicherte NOx wird unter Verwendung von HC und CO als ein Reduktionsmittel reduziert, welche in dem Abgas enthalten sind, wenn eine fette Verbrennung (oder stöchiometrische Verbrennung) ausgeführt wird.
Ein Motordrehzahlsensor 31, der die Motordrehzahl erfasst, ein Beschleunigungssensor 32, welcher den Niederdrückbetrag eines Gaspedals (nicht gezeigt) erfasst, und ein Geschwindigkeitssensor 33, welcher die Fahrgeschwindigkeit (Fahrzeuggeschwindigkeit SPD) des Fahrzeugs 50 erfasst, sind in dem Fahrzeug 50 eingerichtet. Eine elektronische Steuereinheit (ECU) 40, welche den Motor 10 steuert, empfängt die Erfassungssignale von den Sensoren 31–33. Zusätzlich zu einem Signal, das dem Niederdrückbetrag des Gaspedals entspricht, stellt der Beschleunigungssensor 32 der ECU 40 ein Signal (vollständiges-Schließsignal LL) bereit, das auf AN (ON) geht, wenn das Gaspedal nicht niedergedrückt ist und auf AUS (OFF) geht, wenn das Gaspedal niedergedrückt wird.
Basierend auf dem Betriebszustand des Motors 10 und dem Fahrzustand des Fahrzeugs, welche durch die Sensoren 31–33 erfasst werden, führt die ECU 40 verschiedene Steuerungen aus, solche wie eine Treibstoffeinspritzsteuerung und eine Steuerung zum Verhindern einer Verringerung des Katalysatorreinigungsvermögens.
Die ECU 40 ist mit einem Speicher 41 ausgestattet, welcher Programme, Berechnungsabbildungen, die zum Ausführen jeder Art von Steuerung verwendet werden, und verschiedene Daten speichert, die berechnet werden, wenn die Programme ausgeführt werden. Zum Beispiel speichert der Speicher 41 die Gesamtstrecke, die durch das Fahrzeug 50 gefahren wird, basierend auf dem Erfassungssignal des Geschwindigkeitssensors 33. Die gefahrene Gesamtstrecke des Fahrzeugs 50 reflektiert die Verschlechterung der Katalysatoren 20, 22 und wird durch die ECU 40 verwendet.
Wenn die Temperatur des Dreiwegekatalysators 20 und des NOx-Katalysators 22 bestimmt wird, dass diese sich verringert hat, so dass eine Verringerung des Reinigungsvermögens nicht ignoriert werden kann, schaltet die Abgasreinigungsvorrichtung dieses vergleichenden Beispiels den Verbrennungsmodus zum stöchiometrischen Modus um, welcher die Temperatur des Abgases erhöht. Die erhöhte Abgastemperatur erhöht die Temperatur der Katalysatoren 20, 22. Auf diese Weise wird ein Prozess zum Verhindern der Temperaturverringerung der Katalysatoren 20, 22 (Temperaturerhöhungssteigerungsprozedur) ausgeführt.
Die Temperaturerhöhungssteigerungsprozedur wird nun im Detail mit Bezug auf die 2 bis 6 beschrieben.
Bei der Temperaturerhöhungssteigerungsprozedur wird ein Merker (Merker für die stöchiometrische Verbrennung XACSJ) zum Bestimmen festgelegt, ob der Verbrennungsmodus umzuschalten ist, basierend auf der Temperatur der Katalysatoren 20, 22, wenn sich das Fahrzeug nicht bewegt. Wenn das Fahrzeug beginnt sich zu bewegen, wird der Verbrennungsmodus zwangsweise zu der stöchiometrischen Verbrennung umgeschalten, wenn der Merker für die stöchiometrische Verbrennung XACSJ zu AN festgelegt ist.
Die 2 und 3 sind Flussdiagramme, die Prozeduren zum Festlegen des Merkers für die stöchiometrische Verbrennung XACSJ zeigen. Die ECU 40 führt die Prozedur aus, die in den Flussdiagrammen gezeigt ist, unter Verwendung von Unterbrechungen und in vorbestimmten Zyklen basierend auf dem Kurbelwinkel.
Beim Eintreten der Prozedur bei Schritt 100 (2) schätzt die ECU 40 zuerst die Temperatur des Dreiwegekatalysators 20 und des NOx-Katalysators 22 (Katalysatortemperatur Tc) basierend auf dem Motorbetriebszustand, solch einem wie der Motorlast und der Motordrehzahl, und der Betriebsvorgeschichte des Motors 10 (z.B. wenn die Fettspitzenbehandlung initiiert wird). Der Dreiwegekatalysator 20 ist stromaufwärts von dem NOx-Katalysator 22 in dem Auslassdurchgang 18 angeordnet. Daher kann angenommen werden, dass die Temperatur des Dreiwegekatalysators 20 geringfügig höher ist als die des NOx-Katalysators 22. Jedoch werden bei dieser Prozedur die Temperaturen der Katalysatoren 20, 22 als beinahe die gleichen betrachtet und werden daher durch die Katalysatortemperatur Tc repräsentiert.
Die ECU 40 schreitet dann zu Schritt 110 voran und bestimmt, ob der Merker für die stöchiometrische Verbrennung XACSJ AUS ist. Wenn der Merker für die stöchiometrische Verbrennung XACSJ AUS ist, schreitet die ECU 40 zu Schritt 150 voran, welcher in 3 veranschaulicht wird.
Wenn der Merker für die stöchiometrische Verbrennung XACSJ AUS in Schritt 110 ist, schreitet die ECU 40 zu Schritt 120 voran und bestimmt, ob das Signal des vollständigen Schließens LL AN ist und die Fahrzeuggeschwindigkeit SPD niedriger ist als eine vorbestimmte Geschwindigkeit α (z.B. 10 km/h). Das heißt, dass die ECU 40 bestimmt, ob das Fahrzeug 50 sich nicht bewegt. Ein Zustand, bei welchem das Fahrzeug sich nicht bewegt, schließt einen Zustand, bei welchem die Fahrzeuggeschwindigkeit extrem niedrig ist und das Gaspedal nicht niedergedrückt wird, ein. Bei solch einem Zustand wird angenommen, dass das Fahrzeug bald anhalten wird.
Wenn in Schritt 120 bestimmt wird, dass das Fahrzeug 50 sich bewegt, schreitet die ECU 40 zu Schritt 150 von 3 voran. Wenn im Schritt 120 bestimmt wird, dass das Fahrzeug 50 sich nicht bewegt, schreitet die ECU 40 zu Schritt 130 voran und vergleicht die Katalysatortemperatur Tc mit einem niedrigeren Schwellwert T1.
Der niedrigere Schwellwert T1, welcher mit der Temperatur der Katalysatoren 20, 22 verglichen wird, wenn das Fahrzeug 50 sich nicht bewegt, wird zum Bestimmen verwendet, ob die Temperatur der Katalysatoren 20, 22 (Katalysatortemperatur Tc) zu einem Wert ansteigen wird, bei welchem die Verringerung des Reinigungsvermögens nicht ignoriert werden kann, wenn das Fahrzeug 50 beginnt sich zu bewegen.
Der niedrigere Schwellwert T1 wird in Übereinstimmung mit der gefahrenen Gesamtstrecke des Fahrzeugs 50 festgelegt. 4 veranschaulicht die Beziehung zwischen dem niedrigeren Schwellwert T1 und der gefahrenen Gesamtstrecke des Fahrzeugs 50. Wie aus 4 ersichtlich ist, ist der niedrigere Schwellwert T1 proportional zu der gefahrenen Gesamtstrecke des Fahrzeugs 50. Dies rührt daher, dass die Temperatur, bei welcher die Katalysatoren 20, 22 aktiviert sind, ansteigt so wie die gefahrene Gesamtstrecke des Fahrzeugs 50 ansteigt, d.h. sowie die Gesamtbenutzungszeit der Katalysatoren 20, 22, und daher die Verschlechterung der Katalysatoren 20, 22 ansteigt. Daher müssen die Katalysatoren 20, 22 auf eine höhere Temperatur zum Erhalten des gewünschten Reinigungsvermögens erhitzt werden. Die Beziehung zwischen dem niedrigeren Schwellwert T1 und der gefahrenen Gesamtstrecke wird experimentell erhalten und in dem Speicher 41 der ECU 40 als Daten zum Berechnen des niedrigeren Schwellwerts T1 gespeichert.
Wenn die Katalysatortemperatur Tc kleiner ist als der untere Schwellwert T1 in Schritt 130, bestimmt die ECU 40, dass die Temperatur der Katalysatoren 20, 22 sich verringern wird, wenn das Fahrzeug 50 beginnt sich zu bewegen und daher eine signifikante Verringerung des Reinigungsvermögens der Katalysatoren 20, 22 verursachen. In diesem Falls schreitet die ECU 40 zu Schritt 140 voran und legt den Merker für die stöchiometrische Verbrennung XACSJ zu AN fest.
Wenn die Katalysatortemperatur Tc gleich oder größer als T1 in Schritt 130 ist, bestimmt die ECU 40, dass die Temperatur der Katalysatoren 20, 22 sich nicht auf einen Wert verringern wird, der nicht ignoriert werden kann, wenn das Fahrzeug 50 beginnt sich zu bewegen und schreitet zu Schritt 150 von 3 voran. In diesem Fall wird der Merker für die stöchiometrische Verbrennung XACSJ nicht zu AN festgelegt und der Verbrennungsmodus nicht zwangsweise umgeschalet.
Nach dem Ausführen der Schritte 100 bis 140 bestimmt die ECU 40, ob der Merker für die stöchiometrische Verbrennung XACSJ AN ist bei Schritt 150. Wenn der Merker XACSJ AN ist in Schritt 150, schreitet die ECU 40 zu Schritt 160 voran und vergleicht die Katalysatortemperatur Tc mit einem oberen Schwellwert T2.
Der obere Schwellwert T2 wird zum Bestimmen verwendet, ob die Katalysatoren 20, 22 das gewünschte Reinigungsvermögen haben, nämlich aus der Temperatur der Katalysatoren 20, 22 (Katalysatortemperatur Tc), und wird bei einer Temperatur festgelegt, die höher als der untere Schwellwert (T2 > T1) ist.
Wie beim unteren Schwellwert T1 wird der obere Schwellwert T2 auf die gleich Weise in Übereinstimmung mit der gefahrenen Gesamtstrecke des Fahrzeugs festgelegt. Das heißt, wie in 4 gezeigt ist, dass der obere Schwellwert T2 ansteigt, so wie die gefahrene Gesamtstrecke des Fahrzeugs 50 ansteigt. Das rührt daher, dass wie bei der Beziehung zwischen dem unteren Schwellwert T1 und der gefahrenen Gesamtstrecke des Fahrzeugs 50 das gewünschte Reinigungsvermögen der Katalysatoren 20, 22 nicht erhalten werden kann, solange die Katalysatoren 20, 22 auf eine höhere Temperatur erhitzt werden, wenn die gefahrene Gesamtstrecke und daher die Verschlechterung der Katalysatoren 20, 22 ansteigt. Die Beziehung zwischen dem oberen Schwellwert T2 und der gefahrenen Gesamtstrecke wird experimentell erhalten und in dem Speicher 41 der ECU 40 als Daten zum Berechnen des oberen Schwellwerts T2 gespeichert.
Wenn die Katalysatortemperatur Tc den oberen Schwellwert T2 im Schritt 160 überschreitet, bestimmt die ECU 40, dass das gewünschte Reinigungsvermögen durch die Katalysatoren 20, 22 erhalten ist und dass die Temperaturerhöhung nicht weiter durch Umschalten des Verbrennungsmodus gesteigert werden muss. Die ECU 40 schreitet daher zu Schritt 170 voran und legt den Merker für die stöchiometrische Verbrennung XACSJ zu AUS fest. Die Prozedur wird zeitweise beendet, wenn der Merker XACSJ in Schritt 170 zu AUS festgelegt wurde, falls der Merker XACSJ nicht zu AN in Schritt 150 festgelegt wird, oder falls die Katalysatortemperatur Tc in Schritt 160 kleiner ist oder gleich als der obere Schwellwert T2.
Die Prozedur zum Umschalten des Verbrennungsmodus in Übereinstimmung mit dem Merker für die stöchiometrische Verbrennung XACSJ wird nun unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm von 5 diskutiert. Die ECU 40 führt die Prozedur, die in dem Flussdiagramm gezeigt ist unter Verwendung von Unterbrechungen und in vorbestimmten Zyklen basierend auf dem Kurbelwinkel aus.
Bei Eintritt in die Prozedur bei Schritt 210 bestimmt die ECU 40 zuerst, ob das Signal des vollständigen Schließens LL AUS ist oder nicht, d.h. ob das Gaspedal zum Beginnen des Bewegens des Fahrzeugs 50 niedergedrückt wurde. Wenn bestimmt wird, dass das Signal des vollständigen Schließens LL AUS in Schritt 210 ist, schreitet die ECU 40 zu Schritt 220 voran und bestimmt, ob der Merker für die stöchiometrische Verbrennung XACSJ AN ist oder nicht.
Wenn die ECU 40 in Schritt 220 bestimmt, dass der Merker für die stöchiometrische Verbrennung XACSJ AN ist, wird die Temperatur der Katalysatoren 20, 22 sich auf einen Wert verringern, bei welchem das gewünschte Reinigungsvermögen nicht erhalten werden kann, wenn das Fahrzeug 50 beginnt sich zu bewegen. Die ECU 40 schreitet daher zu Schritt 230 voran und legt zwangsweise den Verbrennungsmodus zu der stöchiometrischen Verbrennung fest.
Wenn das Signal des vollständigen Schließens LL AN in Schritt 210 ist oder wenn in Schritt 220 der Merker für die stöchiometrische Verbrennung XACSJ AUS ist, schreitet die ECU 40 zu Schritt 240 voran und legt den Verbrennungsmodus in Übereinstimmung mit dem Betriebszustand des Motors 10 fest.
Nachdem der Verbrennungsmodus in Schritt 230 oder 240 festgelegt ist, wird die Prozedur zeitweise beendet.
6 ist ein Zeitdiagramm, das ein Beispiel zeigt, wie der Verbrennungsmodus in Übereinstimmung mit der Temperaturerhöhungssteigerungsprozedur umgeschalten wird.
Wenn die Schichtladeverbrennung ausgeführt wird, falls das Gaspedal gelöst wird und daher nicht niedergedrückt ist (das Signal des vollständigen Schließens LL geht AN) (Zeit t1), wie in 6 gezeigt ist, wird die Fahrzeuggeschwindigkeit SPD kleiner als die vorbestimmte Geschwindigkeit α (Zeit t2) und die Katalysatortemperatur Tc wird niedriger als der untere Schwellwert T1 (Zeit t3), wobei der Merker für die stöchiometrische Verbrennung XACSJ zu AN festgelegt wird. Jedoch wird der Verbrennungsmodus in dem Modus entsprechend dem Betriebszustand des Motors 10 (Schichtladeverbrennung) aufrechterhalten, bis das Fahrzeug 50 beginnt sich zu bewegen (Zeit t3 bis t4), selbst wenn der Merker XACSJ zu AN festgelegt ist.
Anschließend wird der Verbrennungsmodus von der Schichtladeverbrennung zu der stöchiometrischen Verbrennung (Zeit t4) umgeschalten, wenn das Gaspedal niedergedrückt wird (das Signal des vollständigen Schließens LL geht AUS) und das Fahrzeug 50 sich zu bewegen beginnt.
Die Temperatur des Abgases steigt, wenn der Verbrennungsmodus von der Schichtladeverbrennung zur stöchiometrischen Verbrennung umgeschalten wird. Der Anstieg der Temperatur der Katalysatoren 20, 22 (Katalysatortemperatur Tc) wird beschleunigt (Zeit t4 bis t5) und bei einer höheren Temperatur aufrechterhalten, im Vergleich dazu, wenn die Schichtladeverbrennung fortgesetzt wird (wie durch die gestrichelte Linie gezeigt, die die Katalysatortemperatur Tc repräsentiert).
Als Folge bleibt das Reinigungsvermögen der Katalysatoren 20, 22 befriedigend, selbst unmittelbar nachdem das Fahrzeug 50 beginnt zu laufen. Der Dreiwegekatalysator 20 hemmt insbesondere die Emission von unverbrannten Komponenten (HC und CO), was von der Temperaturverringerung herrührt, wenn das Fahrzeug 50 beginnt sich zu bewegen.
Eine fortwährende stöchiometrische Verbrennung erhöht die Katalysatortemperatur Tc. Wenn die Katalysatortemperatur Tc den oberen Schwellwert T2 erreicht, wird der Merker XACSJ zu AUS festgelegt. Dies kehrt den Verbrennungsmodus von der stöchiometrischen Verbrennung zu dem Modus, der dem Betriebszustand des Motors 10 (Schichtladeverbrennung) entspricht, um (Zeit t5).
Die Vorteile der Abgasreinigungsvorrichtung des vergleichenden Beispiels werden nun diskutiert.

(1) Die Abgasreinigungsvorrichtung bestimmt, wenn das Fahrzeug 50 beginnt sich zu bewegen, und steigert die Katalysatortemperaturerhöhung durch Umschalten des Verbrennungsmodus zur stöchiometrischen Verbrennung, wenn das Fahrzeug 50 beginnt sich zu bewegen. Dies hemmt eine Temperaturverringerung der Katalysatoren 20, 22 sofort nachdem das Fahrzeug 50 beginnt sich zu bewegen und beschleunigt die Temperaturerhöhung der Katalysatoren 20, 22. Dementsprechend wird das Reinigungsvermögen der Katalysatoren 20, 22 bei einem befriedigenden Niveau aufrechterhalten und unerwünschte Abgasemissionen werden nicht ausgelassen, wenn das Fahrzeug 50 beginnt sich zu bewegen.
(2) Die Abgasreinigungsvorrichtung schaltet die Verbrennungsmodi unter der Bedingung um, dass die Katalysatortemperatur Tc kleiner ist als der untere Schwellwert T1, wenn das Fahrzeug 50 nicht bewegt wird. Daher wird der Verbrennungsmodus nicht umgeschalten, falls nicht die Möglichkeit der Verringerung des Katalysatorreinigungsvermögens besteht, und die Temperatur der Katalysatoren 20, 22 wird nicht zwangsläufig erhöht, selbst wenn die Temperatur der Katalysatoren 20, 22 sich verringert, sofort nachdem das Fahrzeug 50 beginnt sich zu bewegen. Dies vermeidet eine unnötige Temperaturerhöhung der Katalysatoren 20, 22 und verhindert, dass die Treibstoffeffizienz durch Ausführen einer unnötigen stöchiometrischen Verbrennung verringert wird.
(3) Die Abgasreinigungsvorrichtung legt die Zeitspanne (Temperaturerhöhungszeitspanne) fest, während welcher der Verbrennungsmodus zur stöchiometrischen Verbrennung zum Steigern der Temperaturerhöhung der Katalysatoren 20, 22 in Übereinstimmung mit der Verschlechterung der Katalysatoren 20, 22 umgeschalten wird. Daher wird die Katalysatortemperaturerhöhung in Übereinstimmung mit solch einer Änderung gesteigert, selbst wenn die Temperatur zum Erhalten des gewünschten Reinigungsvermögens sich wegen der Verschlechterung ändert. Dies hemmt weiter das Auslassen von ungewünschten Abgasemissionen, wenn das Fahrzeug 50 beginnt sich zu bewegen.
(4) Die Verschlechterung der Katalysatoren 20, 22 wird basierend auf der gefahrenen Gesamtstrecke des Fahrzeugs 50 bestimmt. Daher wird die Verschlechterung leicht bestimmt. Dies bewirkt das weitere Hemmen des Auslassens unerwünschter Abgasemissionen, wenn das Fahrzeug 50 beginnt sich zu bewegen.
(5) Die Abgasreinigungsvorrichtung erhöht die Abgastemperatur durch zwangsweises Umschalten des Verbrennungsmodus von der Schichtladeverbrennung (Magerverbrennung) zur stöchiometrischen Verbrennung. Dementsprechend muss z.B. kein separater Temperaturerhöhungsmechanismus für die Abgasreinigungsvorrichtung zum Erhöhen der Temperatur der Katalysatoren 20, 22 bereitgestellt werden. Daher ist der Aufbau der Vorrichtung schlicht.

[Ausführungsbeispiel]
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun beschrieben. Die Beschreibung wird sich auf Teile konzentrieren, die sich von dem vergleichenden Beispiel unterscheiden.
Wie oben beschrieben ist, kann das gewünschte Reinigungsvermögen des Dreiwegekatalysators 20 und des NOx-Katalysators 22 nicht erhalten werden, wenn die Temperatur der Katalysatoren 20, 22 niedriger ist als die Katalysatoraktivierungstemperatur. Jedoch verringert sich das gewünschte Reinigungsvermögen, insbesondere des NOx-Katalysators 22, wenn sich die Temperatur wegen der untenstehend beschriebenen Gründe verringert.
Der NOx-Katalysator 22 speichert zeitweise das NOx, das in dem Abgas enthalten ist, wenn die Schichtladeverbrennung durchgeführt wird. Jedoch ist der Maximalwert der Speichermenge (nachstehend als Maximalspeichermenge/-betrag bezeichnet) nicht konstant und ändert sich in Übereinstimmung mit der Temperatur des Katalysators 22 (Katalysatortemperatur Tc), wie in 7 gezeigt ist. Bei dem Diagramm von 7 ist die NOx-Maximalspeichermenge QMAX2, wenn die Katalysatortemperatur Tc TC2 ist. Wenn die Katalysatortemperatur Tc sich auf Tc1 verringert, verringert sich die maximale NOx-Speichermenge Q2 auf QMAXl. Wenn der benötigte Speicherbetrag Q2 ist, ist dieser niedriger als die maximale Speichermenge QMAX2, wenn die Katalysatortemperatur Tc2 ist, aber höher als die maximale Speichermenge QMAX1, wenn die Katalysatortemperatur Tc1 ist. Daher wird die übermäßige Menge bei der Temperatur Tc1 (Q2–QMAX1) nicht durch den NOx-Katalysator 22 gespeichert und wird aus dem NOx-Katalysator ohne reduziert zu werden emittiert. Bei solch einem Zustand wird das Reinigungsvermögen des Katalysators 22 verringert.
Zum Vermeiden solch einer NOx-Emission, die durch die Temperaturverringerung verursacht wird, schaltet die Abgasreinigungsvorrichtung des Ausführungsbeispiels zwangsweise den Verbrennungsmodus zur fetten Verbrennung um, wenn das Fahrzeug beginnt sich zu bewegen, zu der Zeit, bei welcher sich die Katalysatortemperatur Tc rasch verringert. Dies verringert den NOx, der durch den NOx-Katalysator 22 gespeichert wird, vor der Emission.
Eine NOx-Reduktionsprozedur wird nun mit Bezug auf die 8 bis 11 beschrieben.
Bei der NOx-Reduktionsprozedur wird ein Merker (Merker für die fette Verbrennung XRICHS) zum Bestimmen, ob der Verbrennungsmodus umzuschalten ist oder nicht, basierend auf der Temperatur des NOx-Katalysators 22 festgelegt, wenn das Fahrzeug 50 sich nicht bewegt. Wenn der Merker für die fette Verbrennung XRICHS AN ist, wenn das Fahrzeug 50 beginnt sich zu bewegen, wird der Verbrennungsmodus zwangsweise zur fetten Verbrennung umgeschalten.
Die 8 und 9 sind Flussdiagramme, die Prozeduren zum Festlegen des Merkers für die fette Verbrennung XRICHS zeigen. Die ECU 40 führt die Prozedur, die in den Flussdiagrammen gezeigt ist, unter Verwendung von Unterbrechungen und in vorbestimmten Zyklen basierend auf dem Kurbelwinkel aus.
Bei Eintritt in die Prozedur bei Schritt 300 setzt die ECU 40 zuerst die Katalysatortemperatur Tc auf die gleiche Weise wie bei Schritt 100 von 2.
Dann schreitet die ECU 40 zu Schritt 310 voran und bestimmt, ob der Merker für die fette Verbrennung XRICHS AUS ist oder nicht. Wenn der Merker XRICHS AN ist, schreitet die ECU 40 zu Schritt 350 voran, welcher in 9 gezeigt ist.
Wenn der Merker XRICHS AUS ist in Schritt 310, schreitet die ECU 40 zu Schritt 320 voran und bestimmt, ob das Signal des vollständigen Schließens LL AN ist oder nicht und ob die Fahrzeuggeschwindigkeit SPD kleiner ist als eine vorbestimmte Geschwindigkeit α. Mit anderen Worten bestimmt die ECU 40, ob das Fahrzeug 50 sich nicht bewegt, nämlich auf die gleiche Weise wie in Schritt 120 von 2.
Wenn das Fahrzeug 50 sich in Schritt 320 bewegt, schreitet die ECU 40 zu Schritt 350 von 9 voran. Wenn das Fahrzeug sich bei Schritt 320 nicht bewegt, schreitet die ECU 40 zu Schritt 330 voran und vergleicht die Katalysatortemperatur Tc mit einem vorbestimmten Schwellwert T0.
Der Schwellwert T0, welcher mit der Temperatur des NOx- Katalysators 22 verglichen wird, wenn das Fahrzeug 50 sich nicht bewegt, wird zum Bestimmen verwendet, ob die Temperatur des NOx-Katalysators 22 (Katalysatortemperatur Tc) sich auf einen Wert verringern wird, bei dem die Verringerung der maximalen Speichermenge nicht ignoriert werden kann, wenn das Fahrzeug 50 beginnt sich zu bewegen.
Wenn die ECU 40 bestimmt, dass die Katalysatortemperatur Tc kleiner ist als der Schwellwert T0 bei Schritt 330, wird der NOx-Katalysator 22 verringert, wenn das Fahrzeug 50 beginnt sich zu bewegen. Dies verringert die maximale Speichermenge signifikant auf ein Niveau, das nicht ignoriert werden kann. Deshalb schreitet die ECU 40 in diesem Fall zu Schritt 340 voran und legt den Merker für die fette Verbrennung XRICHS zu AN fest.
Wenn die Katalysatortemperatur Tc größer ist als der Schwellwert T0 oder diesem gleicht bei Schritt 330, bestimmt die ECU 40, dass sich die maximale Speichermenge des NOx nicht signifikant verringern wird, selbst wenn die Temperatur des NOx-Katalysators 22 sich verringert, wenn das Fahrzeug 50 beginnt sich zu bewegen, und schreitet zu Schritt 350 von 9 voran. In diesem Fall wird der Merker für die fette Verbrennung XRICHS nicht zu AN festgelegt und der Verbrennungsmodus wird daher nicht zwangsweise umgeschalten.
Bei Schritt 350 bestimmt die ECU 40, ob der Merker für die fette Verbrennung XRICHS zu AN durch die Schritte 300 bis 340 festgelegt wurde. Wenn der Merker für die fette Verbrennung XRICHS AN ist, schreitet die ECU 40 zu Schritt 360 voran und bestimmt, ob ein NOx-Gegenwert CNOX zu Null festgelegt ist oder nicht.
Der NOx-Gegenwert CNOX bezeichnet die Menge des aktuellen Speichers in dem NOx-Katalysator 22. Weiter wird der Gegenwert CNOX erhöht und verringert, nämlich separat von dieser Prozedur in Übereinstimmung mit dem Motorbetriebszustand, solch einem wie die Motorlast und die Motordrehzahl.
Zum Beispiel wird der NOx-Gegenwert CNOX um einen vorbestimmten Wert auf eine inkrementale Weise erhöht, da die Menge von NOx in dem Abgas sich erhöht, wenn die Schichtladeverbrennung ausgeführt wird. Der vorbestimmte Wert wird in Übereinstimmung mit dem Motorbetriebszustand festgelegt. Da die Menge von HC und CO in dem Abgas sich erhöht, wenn die fette Verbrennung ausgeführt wird und die Menge von NOx in dem NOx-Katalysator 22 unter Verwendung des HC und CO als ein Reduktionsmittel verringert wird, wird der NOx-Gegenwert CNOX um einen vorbestimmten Wert verringert, welcher in Übereinstimmung mit dem Motorbetriebszustand auf eine dekrementale Weise festgelegt wird.
Deshalb verringert sich die aktuelle Menge von NOx in dem NOx-Katalysator 22, so wie sich der NOx-Gegenwert CNOX verringert. Zum Beispiel wird all das NOx in dem NOx-Katalysator 22 reduziert, wenn der NOx-Gegenwert CNOX zu Null festgelegt ist.
Wenn der NOx-Gegenwert CNOX in Schritt 360 Null ist, besteht kein NOx in dem NOx-Katalysator 22 und der Verbrennungsmodus muss nicht zum Reduzieren des NOx umgeschalten werden. Daher schreitet die ECU 40 zu Schritt 370 voran und legt den Merker für die fette Verbrennung XRICHS zu AUS fest. Die Prozedur wird zeitweise beendet, wenn der Merker für die fette Verbrennung XRICHS auf AUS bei Schritt 370 festgelegt wurde, wenn der Merker für die fette Verbrennung XRICHS nicht zu AN bei Schritt 350 festgelegt wird, oder wenn der NOx-Gegenwert CNOX nicht bei Schritt 360 Null ist.
Die Prozeduren zum Umschalten des Verbrennungsmodus in Übereinstimmung mit dem Merker für die fette Verbrennung XRICHS werden nun unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm von 10 diskutiert. Die ECU 40 führt die Prozedur, die in dem Flussdiagramm gezeigt ist, unter Verwendung von Unterbrechungen und in vorbestimmten Zyklen basierend auf dem Kurbelwinkel aus.
Bei Eintritt in die Prozedur bei Schritt 410 bestimmt die ECU 40 zuerst, ob das Signal des vollständigen Schließens LL AUS ist oder nicht, d.h. ob das Gaspedal zum Beginnen des Bewegens des Fahrzeugs 50 niedergedrückt wurde. Wenn bestimmt wird, dass das Signal des vollständigen Schließens LL bei Schritt 410 AUS ist, schreitet die ECU 40 zu Schritt 420 voran und bestimmt, ob der Merker für die fette Verbrennung XRICHS AN ist oder nicht.
Wenn die ECU 40 bestimmt, dass der fette Verbrennungsmodus XRICHS bei Schritt 420 AUS ist, wird die Temperatur des NOx-Katalysators 22 auf einen Wert verringert, bei welchem die maximale Speichermenge sich signifikant verringert, wenn das Fahrzeug 50 beginnt sich zu bewegen. Die ECU 40 schreitet daher zu Schritt 430 voran und setzt den Verbrennungsmodus zwangsweise auf fette Verbrennung.
Wenn das Signal des vollständigen Schließens LL bei Schritt 410 AN ist oder wenn der Merker für die fette Verbrennung XRICHS bei Schritt 420 AUS ist, wird das zwangsweise Umschalten des Verbrennungsmodus nicht ausgeführt. ECU 40 schreitet daher zu Schritt 440 voran und legt den Verbrennungsmodus in Übereinstimmung mit dem Betriebszustand des Motors 10 fest, solch einem wie der Motorlast und der Motordrehzahl. Nachdem der Verbrennungsmodus in Schritt 430 oder 440 festgelegt ist, wird die Prozedur zeitweise beendet.
11 ist ein Zeitdiagramm, das ein Beispiel zeigt, wie der Verbrennungsmodus in Übereinstimmung mit der NOx-Reduktionsprozedur umgeschalten wird.
Wenn die Schichtladeverbrennung (magere Verbrennung) ausgeführt wird, falls das Gaspedal gelöst ist und daher nicht niedergedrückt ist (das Signal des vollständigen Schließens LL geht AN) (Zeit t1), wie in 11 gezeigt ist, wird die Fahrzeuggeschwindigkeit SPD kleiner als die vorbestimmte Geschwindigkeit α (Zeit t2), und die Katalysatortemperatur Tc wird kleiner als der Schwellwert T0 (Zeit T3), wobei der Merker für die fette Verbrennung XRICHS zu AN festgelegt wird. Jedoch, selbst wenn der Merker für die fette Verbrennung XRICHS zu AN festgelegt ist, wird der Verbrennungsmodus in dem Modus aufrechterhalten, der dem Betriebszustand des Motors 10 (Schichtladeverbrennung) entspricht, bis das Fahrzeug 50 beginnt sich zu bewegen (Zeit t3 bis t4).
Anschließend wird der Verbrennungsmodus von der Schichtladeverbrennung zur fetten Verbrennung (Zeit t4) umgeschalten, wenn das Gaspedal niedergedrückt wird (das Signal des vollständigen Schließens LL geht AUS) und das Fahrzeug 50 beginnt sich zu bewegen.
Die Menge von HC und CO, die in dem Abgas enthalten ist, steigt an, wenn der Verbrennungsmodus von der Schichtladeverbrennung zu der fetten Verbrennung umgeschalten wird. Diese unverbrannten Komponenten werden dem NOx-Katalysator 22 als Reduktionsmittel zugeführt. Daher steigt die Menge des NOx an, die von dem Katalysator 22 ausgelassen wird. Als Folge verringert sich die aktuelle NOx-Menge (NOx-Gegenwert CNOX) in dem NOx-Katalysator 22 signifikant, im Vergleich dazu, wenn die Schichtladeverbrennung fortgesetzt wird (wie durch die gestrichelte Linie gezeigt ist, die die Katalysatortemperatur Tc, die maximale Speichermenge des NOx-Katalysators 22 und den NOx-Gegenwert CNOX repräsentiert). Als Folge wird nicht-reduziertes NOx nicht von dem NOx-Katalysator 22 emittiert, selbst wenn die Katalysatortemperatur Tc sich verringert, sofort nachdem das Fahrzeug 50 beginnt sich zu bewegen.
Das Umschalten des Verbrennungsmodus verringert die Menge von NOx in dem NOx-Katalysator 22. Wenn der NOx-Gegenwert CNOX sich auf Null verringert, wird der Merker für die fette Verbrennung XRICHS zu AUS festgelegt. Dies kehrt den Verbrennungsmodus von der fetten Verbrennung zu dem Modus um, der dem Betriebszustand des Motors 10 (Schichtladeverbrennung) entspricht (Zeit t5).
Der Verbrennungsmodus wird während der Zeitspanne umgeschalten, beginnend wenn das Fahrzeug 50 beginnt sich zu bewegen im Anschluss auf die Katalysatortemperatur Tc, die unter den unteren Schwellwert T1 fällt, bis dahingehend, wenn die Katalysatortemperatur Tc den oberen Schwellwert T2 erreicht. Dementsprechend wird die Zeitspanne während welcher die stöchiometrische Verbrennung ausgeführt wird, d.h. der Zeitspanne, während die Verbrennungsmodusumschaltung die Temperaturerhöhung der Katalysatoren 20, 22 (Zeit t4 bis t5) steigert, durch die Schwellwerte T1, T2 bestimmt. Die Schwellwerte T1, T2 werden in Übereinstimmung mit der Verschlechterung der Katalysatoren 20, 22 festgelegt.
Daher wird die Verschlechterung der Katalysatoren 20, 22 betrachtet, wenn die Temperaturerhöhungszeitspanne festgelegt wird.
Die Abgasreinigungsvorrichtung des Ausführungsbeispiels hat die untenstehend beschriebenen Vorteile.

(6) Die Abgasreinigungsvorrichtung des Ausführungsbeispiels bestimmt, wenn das Fahrzeug 50 beginnt sich zu bewegen, schaltet den Verbrennungsmodus zur fetten Verbrennung um, wenn das Fahrzeug 50 beginnt sich zu bewegen und führt dem NOx-Katalysator 22 HC und CO zu, das in dem Abgas enthalten ist, um das NOx zu reduzieren und auszulassen, das in dem NOx-Katalysator 22 enthalten ist. Daher wird die Emission von nicht-reduziertem NOx aus dem NOx-Katalysator 22 vermieden, selbst wenn die Temperatur des NOx-Katalysators 22 sich verringert, sofort nachdem das Fahrzeug 50 beginnt sich zu bewegen. Daher wird die Emission von unerwünschtem Abgas wegen solch einer Temperaturverringerung verhindert.
(7) Die Abgasreinigungsvorrichtung des Ausführungsbeispiels schaltet den Verbrennungsmodus unter der Bedingung um, dass die Katalysatortemperatur Tc kleiner ist als der Schwellwert T0, wenn das Fahrzeug 50 sich nicht bewegt. Daher wird der Verbrennungsmodus nicht umgeschalten und das Reduktionsmittel nicht zugeführt, wenn keine Möglichkeit einer signifikanten Verringerung der maximalen Speichermenge besteht, selbst wenn die Temperatur des NOx-Katalysators 22 sich verringert, sofort nachdem das Fahrzeug 50 beginnt sich zu bewegen. Dies hemmt die Zufuhr von unnötigem Reduktionsmittel zu dem NOx-Katalysator 22 und verhindert, dass die Treibstoffeffizienz wegen der unnötigen fetten Verbrennung verringert wird.
(8) Die Abgasreinigungsvorrichtung des Ausführungsbeispiels schaltet den Verbrennungsmodus von der Schichtladeverbrennung (magere Verbrennung) zur fetten Verbrennung um. Diese führt dem NOx-Katalysator die erhöht unverbrannten Komponenten (HC und CO) zu, die in dem Abgas als ein Reduktionsmittel enthalten sind. Daher muss ein separater Reduktionsmittel-Zuführmechanismus nicht für die Abgasreinigungsvorrichtung bereitgestellt werden. Dies verhindert, dass der Aufbau der Abgasreinigungsvorrichtung kompliziert wird.

Es sollte für diejenigen, die mit dem Stand der Technik vertraut sind, ersichtlich sein, dass die vorliegende Erfindung auf viele andere spezifische Ausbildungen abgewandelt werden kann. Insbesondere sollte es ersichtlich sein, dass die vorliegende Erfindung in den folgenden Formen ausgeführt werden kann.
Bei dem vergleichenden Beispiel kann anstelle des Umschaltens des Verbrennungsmodus von der Schichtladeverbrennung zu der stöchiometrischen Verbrennung der Verbrennungsmodus zu anderen Modi umgeschalten werden, solche wie eine magere homogene Ladeverbrennung oder fette Verbrennung, einen Verbrennungsmodus, bei welchem die Schichtungsstärke geringer ist, als diejenige der Schichtladeverbrennung (Halbschichtladeverbrennung) oder ein Verbrennungsmodus, bei welchem die Auslasstemperatur höher ist, als diejenige der Schichtladeverbrennung. Weiter kann in Übereinstimmung mit der Katalysatortemperatur Tc, wenn das Fahrzeug 50 sich nicht bewegt, der Verbrennungsmodus zu einem Modus aus magerer homogener Ladeverbrennung, fetter Verbrennung und Halbschichtladeverbrennung umgeschaltet werden. Alternativ kann anstelle des Umschaltens des Verbrennungsmodus die Temperaturerhöhung der Katalysatoren 20, 22 durch beispielsweise Verzögern der Zündzeit der Zündkerze 16 gesteigert werden. Um die Schichtungsstärke zu schwächen, kann zum Beispiel die Treibstoffeinspritzzeit von der letzten Hälfte des Kompressionshubs vorgesetzt werden, oder ein Teil des Treibstoffs kann während des Ansaughubs zusätzlich zu dem Kompressionshub eingespritzt werden.
Bei dem vergleichenden Beispiel kann der Verbrennungsmodus immer von der Schichtladeverbrennung zu der stöchiometrischen Verbrennung für eine vorbestimmte Zeitspanne umgeschalten werden, wenn das Fahrzeug 50 beginnt sich zu bewegen, anstelle des Festlegens einer Bedingung für die Katalysatortemperatur Tc, wenn das Fahrzeug 50 sich nicht bewegt.
Bei dem vergleichenden Beispiel können die Schwellwerte T1, T2 auf eine variable Weise in Übereinstimmung mit einem Parameter festgelegt werden, der anders als die gefahrene Gesamtstrecke des Fahrzeugs 50 ist (z.B. der gesamten Betriebszeit des Motors 10). Alternativ können die Schwellwerte T1, T2 feste Werte sein.
Bei dem Ausführungsbeispiel kann der Verbrennungsmodus umgeschalten werden zum Beispiel unter der Bedingung, dass die NOx-Speichermenge gleich oder größer als eine vorbestimmte Menge ist, (der NOx-Gegenwert CNOX, der gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert ist), wenn das Fahrzeug 50 sich nicht bewegt. Alternativ kann der Verbrennungsmodus unter der Bedingung umgeschalten werden, dass die Differenz zwischen der maximalen Speichermenge des NOx-Katalysators 22, welche von der Katalysatortemperatur Tc erhalten wird, und der aktuellen Speichermenge gleich oder geringer als eine vorbestimmte Menge ist, wenn das Fahrzeug 50 sich nicht bewegt. Als eine andere Option kann der Verbrennungsmodus immer zur fetten Verbrennung für eine vorbestimmte Zeitspanne umgeschalten werden, wenn das Fahrzeug 50 beginnt sich zu bewegen, ohne solche Bedingungen festzulegen.
Bei dem Ausführungsbeispiel kann die Zeitspanne, während welcher der Verbrennungsmodus zu der fetten Verbrennung umgeschalten wird, zum Beispiel in Übereinstimmung mit der Katalysatortemperatur Tc festgelegt werden.
Bei dem Ausführungsbeispiel kann zum Beispiel das HC, das produziert wird, wenn der Treibstoff in dem Treibstofftank erhitzt wird, dem Abschnitt des Auslassdurchgangs 18 zugeführt werden, der stromaufwärts von dem NOx-Katalysator 22 ist.
Bei dem Ausführungsbeispiel kann die Temperaturerhöhung beider Katalysatoren 20, 22 durch Ausführen der stöchiometrischen Verbrennung für eine vorbestimmte Zeitspanne nach der fetten Verbrennung gesteigert werden, wenn die Verringerung der Katalysatortemperatur Tc groß ist, wenn das Fahrzeug sich nicht bewegt. Dies hält das Vermögen zur Eliminierung von HC aus dem Abgas mit dem Dreiwegekatalysator 20 und das Vermögen des Speicherns des NOx mit dem NOx-Katalysator 22 bei einem befriedigenden Niveau aufrecht.
Bei dem oben erwähnten vergleichenden Beispiel und Ausführungsbeispiel kann ein Abgastemperatursensor in dem Auslassdurchgang 18 zum Erfassen der Temperatur des Abgases in dem Auslassdurchgang 18 angeordnet sein und die Katalysatortemperatur Tc schätzen.
Die Abgasreinigungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann auf einen Motor angewandt werden, der eine magere, homogene Ladeverbrennung oder eine Halbschichtladeverbrennung durchführt.
Die Abgasreinigungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann bei einem Motor angewandt werden, welcher Treibstoff in einen Ansaugkanal einspritzt.
Das vorliegende Beispiel ist als illustrativ und nicht einschränkend zu betrachten.
Eine Abgasreinigungsvorrichtung für Fahrzeuge, die Motoren haben, die eine magere Verbrennung durchführen und Abgas mit einem Katalysator (20) reinigen, der in einem Auslassdurchgang angeordnet ist, hat eine Bestimmungseinrichtung (40) zum Bestimmen, ob das Fahrzeug sich bewegt und eine Temperaturerhöhungseinrichtung (40), die eine Temperatur des Katalysators erhöht, wenn das Fahrzeug beginnt sich zu bewegen. Die Temperaturerhöhungseinrichtung erhöht die Temperatur des Katalysators durch Umschalten des Verbrennungsmodus des Motors von der mageren Verbrennung zu der stöchiometrischen Verbrennung.

Claims

Eine Abgasreinigungsvorrichtung, die bei einem Fahrzeugmotor (10) angewandt wird, der eine magere Verbrennung durchführt, ist zum Reinigen von Abgas mit einem NOx-Speicher-Reduktionskatalysator (22), der in einem Auslassdurchgang (18) des Motors angeordnet ist, in einem Fahrzeug eingerichtet, dabei ist die Vorrichtung gekennzeichnet durch: eine Bestimmungseinrichtung (40) zum Bestimmen, ob sich das Fahrzeug zu bewegen begonnen hat, oder nicht; und eine Zuführeinrichtung (40) zum Zuführen eines Reduktionsmittels zu dem NOx-Speicher-Reduktionskatalysator, wenn die Bestimmungseinrichtung bestimmt, dass sich das Fahrzeug zu bewegen begonnen hat.
Abgasreinigungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführeinrichtung das Reduktionsmittel zuführt, wenn sich das Fahrzeug zu bewegen begonnen hat, falls die Temperatur des NOx-Speicher-Reduktionskatalysators kleiner als eine vorbestimmte Temperatur ist.
Abgasreinigungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Reduktionsmittel in dem produzierten Abgas enthalten ist, wenn der Verbrennungsmodus des Motors von einer Magerverbrennung zu einer fetten Verbrennung umgeschalten wird.
Ein Verfahren zum Reinigen von Abgas, das durch einen Fahrzeugmotor (10) erzeugt wird, der eine magere Verbrennung durchführt, mit einem NOx-Speicher-Reduktionskatalysator (22), der in einem Auslassdurchgang (18) des Motors angeordnet ist, dabei ist das Verfahren gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: Bestimmen, ob sich das Fahrzeug zu bewegen begonnen hat, oder nicht; und Zuführen eines Reduktionsmittels zu dem NOx-Speicher-Reduktionskatalysator, wenn in dem Bestimmungsschritt bestimmt wird, dass sich das Fahrzeug zu bewegen begonnen hat.