DE60123144T2

DE60123144T2 - Regeleinrichtung für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE60123144T2
Application number: DE60123144T
Authority: DE
Inventors: Mazda Motor Corporation Tomoaki Aki-gun Saito; Mazda Motor Corporation Akihiro Aki-gun Kobayashi
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2000-02-01
Filing date: 2001-01-31
Publication date: 2007-01-11
Anticipated expiration: 2021-02-01
Also published as: DE60123144D1; EP1122417B1; EP1122417A2; JP2001214782A; JP4253981B2; EP1122417A3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Steuerungssystem für einen Motor und insbesondere ein Motorsteuerungssystem, das mit einem Diagnosemittel für eine abnormale Funktionsweise ausgestattet ist.
In der Technik ist es bekannt, Kraftstoff durch Bauteile, in denen eine gewünschte Kraftstoffmenge aufgeteilt wird in der Absicht, die Menge an Kohlenwasserstoff (einschließlich unverbranntem Kraftstoff und modifizierten Kohlenwasserstoffen nach der Verbrennung) im Abgas zu erhöhen, direkt in die Zylinder einzusprühen. Zum Beispiel wird die Menge an Kohlenwasserstoff im Abgas normalerweise dadurch erhöht, daß Kraftstoff nur zu einem Zeitpunkt in der Nähe eines oberen Totpunkts eines Verdichtungshubs durch die Hauptkraftstoffeinspritzung eingesprüht wird, und wird dann, wenn es gemäß den Motorbetriebsbedingungen notwendig ist, dadurch erhöht, daß Kraftstoff in einem Expansionshub im Anschluß an die Hauptkraftstoffeinspritzung nacheingesprüht wird. Die Menge an Kohlenwasserstoff im Abgas wird erhöht, damit ein NOx-Speichermaterial NOx freisetzt, wenn ein NOx-Speichermaterial in einem Abgaskanal angeordnet ist, um NOx (Stickoxide) in den Abgasen zu absorbieren, oder damit Kohlenwasserstoff einem NOx-Reduktionskatalysator als Reduktionstoff zugeführt wird. In der ungeprüften Japanischen Patentanmeldung Nr. 10-205384 wird neben der Erhöhung des Kohlenwasserstoffgehalts im Abgas durch Ausführung einer Hauptkraftstoffeinspritzung und einer Kraftstoffnacheinspritzung und durch Zufuhr von Kohlenwasserstoff als Reduktionsstoff zu einem NOx-Reduktionskatalysator ein Verfahren offenbart, bei dem die Menge der Kraftstoffnacheinspritzung anhand einer geschätzten Menge an Kohlenwasserstoff korrigiert wird, die durch die Kraftstoffnacheinspritzung erhöht wurde, um eine Abweichung der Menge an Kohlenwasserstoff zu korrigieren, die auf individuelle Unterschiede der Kraftstoffinjektoren, auf Änderungen der Kraftstoffinjektoren infolge von Alterung oder auf einen Fehler des Steuerungssystems zurückzuführen ist. Aufgrund der Tatsache, daß ein Anstieg in der Menge an Kohlenwasserstoff im Abgas durch die Kraftstoffnacheinspritzung als Anstieg in der Sauerstoffdichte des Abgases erscheint, kann die Menge an Kohlenwasserstoff anhand einer Änderung in der Sauerstoffdichte des Abgases geschätzt werden. Die Sauerstoffdichte wird durch einen Sauerstoffsensor erfaßt, der in dem Abgaskanal vor dem Reduktionskatalysator angeordnet ist. In der ungeprüften Japanischen Patentveröffentlichung Nr. 10-252544 wird ein Verfahren zur Regelung der Menge der Kraftstoffnacheinspritzung aufgrund einer Änderung in der Sauerstoffdichte des Abgases infolge der Kraftstoffnacheinspritzung offenbart. Die Sauerstoffdichte wird durch einen Sauerstoffsensor erfaßt, der in dem Abgaskanal nach einem Katalysator angeordnet ist.
Wenngleich die Kraftstoffnacheinspritzung zur Erhöhung der Menge an Kohlenwasserstoff im Abgas durchgeführt wird, ändert sich die Sauerstoffdichte des Abgases infolge einer Zersetzungsreaktion des durch die Kraftstoffnacheinspritzung eingesprühten Kraftstoffs bzw. Kohlenwasserstoffes, was auf die Verbrennung (Reaktion auf Sauerstoff) des Kraftstoffs im Brennraum und dann im Abgaskanal zurückzuführen ist. Es hängt mit dem Zeitpunkt der Kraftstoffnacheinspritzung, der Temperatur des Brennraums, der Temperatur des Abgases etc. zusammen, wie stark der Kraftstoff auf Sauerstoff reagiert. Der geschätzte Anstieg in der Menge an Kohlenwasserstoff ist daher nicht immer präzise, wenn die Schätzung nur aufgrund einer Änderung im Ausgang des in dem Abgaskanal angeordneten Sauerstoffsensors vorgenommen wird. Außerdem gibt es nur ein paar Sauerstoffsensoren, die einen weiten Bereich der Sauerstoffdichte mit einer hohen Genauigkeit erfassen können, und wenn es sie gibt, sind sie teuer.
Die Tatsache, daß die Menge an Kohlenwasserstoff im Abgas nicht mit einer hohen Genauigkeit mit Hilfe des Sauerstoffsensors ermittelt werden kann, impliziert, daß der erwartete Effekt hinsichtlich der Korrektur bzw. Regelung der Menge der Kraftstoffnacheinspritzung aufgrund der geschätzten Menge an Kohlenwasserstoff schwer zu realisieren ist.
In EP-A-0 974 747 wird ein Motorsteuerungssystem für einen Motor offenbart, der mit Verbrennungssteuermitteln zum Steuern der Kraftstoffverbrennung in einem Brennraum entsprechend den Motorbetriebsbedingungen und mit Reduktionsstofferhöhungsmitteln zum Erhöhen eines Reduktionsstoffgehalts des Abgases durch Ändern eines Verbrennungssteuerschemas durch die Verbrennungssteuermittel ausgestattet ist und der mit Drehmomenterfassungsmitteln zum Erfassen des Ausgangsdrehmoments des Motors ausgestattet ist. Dieses. System kann jedoch eine Änderung im Ausgangsdrehmoment des Motors wegen des aus einem Anstieg im Reduktionsstoffgehalt bei einem bevorstehenden Verbrennungstakt resultierenden Restkraftstoffs erfassen, was zu einer schlechten Genauigkeit führt.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Motorsteuerungssystem bereitzustellen, das eine präzise Schätzung einer erhöhten Menge an Kohlenwasserstoff im Abgas durchführt, wenn die Menge an Kohlenwasserstoff als Reduktionsstoff im Abgas durch Ausführung einer Kraftstoffnacheinspritzung erhöht wird.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Motorsteuerungssystem bereitzustellen, das eine präzise korrigierende Steuerung eines Anstiegs in der Menge an Reduktionsstoff im Abgas durchführt, der auf die Kraftstoffnacheinspritzung zurückzuführen ist.
Die Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden gelöst durch die Durchführung der Steuerung einer Schätzung eines Anstiegs in der Menge an Reduktionsstoff im Abgas, der korrigierenden Steuerung eines Anstiegs in der Menge an Reduktionsstoff im Abgas und der Diagnose der Abnormität bei der Steuerung eines Anstiegs in der Menge an Reduktionsstoff im Abgas aufgrund eines Anstiegs im Ausgangsdrehmoment des Motors, während die Steuerung des Anstiegs der Menge an Reduktionsstoff im Abgas durch Änderung eines Steuerschemas für die Kraftstoffeinspritzung realisiert wird.
Das Motorsteuerungssystem, das geeigneterweise bei einem Motor verwendet wird, der mit Verbrennungssteuermitteln zum Steuern der Kraftstoffverbrennung entsprechend den Motorbetriebsbedingungen und mit Reduktionsstofferhöhungsmitteln zum Erhöhen einer Menge an Reduktionsstoff im Abgas durch Ändern eines Steuerschemas der Kraftstoffeinspritzung, und daher eines Verbrennungssteuerschemas in einem Brennraum, durch die Verbrennungssteuermittel ausgestattet ist, umfaßt Steuermittel zum Durchführen einer vorgegebenen Steuerung des Motors aufgrund einer durch den Betrieb der Reduktionsstofferhöhungsmittel verursachten Änderung im Ausgangsdrehmoment des Motors.
Die Änderung im Ausgangsdrehmoment des Motors wird durch Drehmomenterfassungsmittel erfaßt, und ein Anstieg in der Menge an Reduktionsstoff im Abgas wird aufgrund der Änderung im Ausgangsdrehmoment des Motors geschätzt, die zumindest während des Expansionshubs durch den Betrieb der Reduktionsstofferhöhungsmittel verursacht wurde.
In diesem Fall ist unter einer Änderung im Verbrennungssteuerschema im Brennraum zur Bereitstellung eines Anstiegs in der Menge an Reduktionsstoff im Abgas zu verstehen, daß die Menge an unverbrannt gebliebenem Kraftstoff, typischerweise Kohlenwasserstoff, die aus dem Brennraum ausgeleitet wird (und unvollständig verbrannten und teilweise oxidierten Kraftstoff enthält) erhöht wird. Wenn eine geringe Menge Kraftstoff unverbrannt bleibt, mit anderen Worten, wenn Abgas nur eine geringe Menge an Reduktionsstoff darin enthält, dann bedeutet dies, daß eine vergleichsweise große Menge Kraftstoff bei einem Expansionshub für eine Weile noch weiter verbrennt und dabei zur Erzeugung eines Ausgangsdrehmoments des Motors beiträgt, was für eine Erhöhung einer Anstiegsgeschwindigkeit des Ausgangsdrehmoments des Motors während des Expansionshubs sorgt. Wenn dagegen eine große Menge Kraftstoff unverbrannt bleibt, d.h. wenn das Abgas eine große Menge Reduktionsstoff darin enthält, ist die Anstiegsgeschwindigkeit des Ausgangsdrehmoments des Motors niedrig. Die Menge an Reduktionsstoff im Abgas erscheint folglich als Unterschied in der Größe des Ausgangsdrehmoments des Motors während eines Expansionshubs unmittelbar nach einer Änderung im Verbrennungssteuerschema zur Bereitstellung eines Anstiegs in der Menge an Reduktionsstoff.
Das Motorsteuerungssystem der vorliegenden Erfindung erfaßt daher eine Änderung im Ausgangsdrehmoment des Motors zumindest während eines vorgegebenen Zeitraums eines Expansionshubs unmittelbar nach einer Änderung im Verbrennungssteuerschema zur Bereitstellung eines Anstiegs in der Menge an Reduktionsstoff und schätzt eine erhöhte Menge an Reduktionsstoff im Abgas aufgrund der Änderung in der Menge an Reduktionsstoff infolge der Änderung im Verbrennungssteuerschema. Einfach ausgedrückt, eine Schätzung wird so vorgenommen, daß je größer die ansteigende Änderung im Ausgangsdrehmoment des Motors, desto kleiner der Anstieg in der Menge an Reduktionsstoff. Das Ausgangsdrehmoment des Motors wird mit Hilfe eines Drucksensors genau überwacht, der in dem Brennraum angeordnet ist, um den Verbrennungsdruck zu erfassen, oder mit Hilfe eines Winkelsensors, der Schwankungen in der Drehung einer Kurbelwelle erfassen kann, oder ansonsten mit Hilfe eines Sensors, der eine torsionsbedingte Biegung der Kurbelwelle erfassen kann.
Der durch das Reduktionsstofferhöhungsmittel bereitgestellte Anstieg in der Menge an Reduktionsstoff kann realisiert werden in der Absicht, einen Abgasreini gungskatalysator in einem Abgaskanal wirksam funktionieren zu lassen. Die Menge an Reduktionsstoff wird erhöht, um zum Beispiel die Oxidation eines Reduktionsstoffes des Abgasreinigungskatalysators zur raschen Aktivierung des Abgasreinigungskatalysators zu beschleunigen, um zusätzlich einen Reduktionsstoff eines NOx-Reduktionskatalysators, der NOx umwandeln kann, zuzuführen, oder um einen NOx-Absorptionsstoff NOx freisetzen zu lassen. In einem solchen Fall wird das Reduktionsstofferhöhungsmittel folglich betätigt, wenn aufgrund der Motorbetriebsbedingungen einschließlich des früheren Motorbetriebs angenommen wird, daß der Katalysator weniger aktiv ist oder eine niedrige Temperatur hat. Das Reduktionsstofferhöhungsmittel wird außerdem betätigt, wenn aufgrund der Bedingungen in Zusammenhang mit Bauteilen des Abgassystems, wie zum Beispiel Temperatur des Abgases, Temperatur des Katalysators oder Konzentration der Bestandteile im Abgas, angenommen wird, daß der Katalysator eine erhöhte Menge an Reduktionsstoff braucht.
In dem Fall, wo der Motor mit Kraftstoffinjektoren eines Typs, der Kraftstoff direkt in die Zylinder einsprüht, ausgestattet ist, kann das Reduktionsstofferhöhungsmittel (einfach ausgedrückt, das Mittel zum Erhöhen der Menge an Kohlenwasserstoff) ein solches Mittel sein, das, während das Verbrennungssteuermittel nur eine Hauptkraftstoffeinspritzung zum Einsprühen einer Kraftstoffmenge realisiert, die notwendig ist, damit der Motor das entsprechend den Motorbetriebsbedingungen erforderliche Ausgangsdrehmoment des Motors bereitstellt, bewirkt, daß das Verbrennungssteuermittel das Verbrennungssteuerschema in ein anderes Verbrennungssteuerschema ändert, bei dem eine Kraftstoffnacheinspritzung zusätzlich in einem Expansionshub im Anschluß an die Durchführung der Hauptkraftstoffeinspritzung realisiert ist. Die durch die Kraftstoffnacheinspritzung bereitgestellte teilweise Verbrennung von Kraftstoff bewirkt eine Änderung im Ausgangsdrehmoment des Motors bei einem Expansionshub unmittelbar nach der Verbrennung.
Ansonsten kann die Hauptkraftstoffeinspritzung zum Einsprühen einer Kraftstoffmenge, die der Motor braucht, um das verlangte Ausgangsdrehmoment zu einem Zeitpunkt in der Nähe eines oberen Totpunkts eines Verdichtungshubs bereitzustellen, durch geteilte Kraftstoffeinspritzung erfolgen, nämlich durch eine Multi-Shot-Kraftstoffeinspritzung. Unter geteilter Kraftstoffeinspritzung ist eine Multi-Shot-Kraftstoffeinspritzung zu verstehen, bei der eine gegebene Menge Kraftstoff in Teile aufgeteilt wird und intermittierend durch eine Vielzahl von Injektionen mit Einspritzintervallen von ungefähr 50 µsek bis ungefähr 100 µsek eingesprüht wird, so daß der Kraftstoff in dem Brennraum kontinuierlich verbrennt. Während das Verbrennungssteuermittel die Multi-Shot-Kraftstoffeinspritzung entsprechend den Motorbetriebsbedingungen steuert, kann die Menge an Reduktionsstoff im Abgas erhöht werden, indem das Verbrennungsschema dahingehend geändert wird, daß die Zahl der Injektionen erhöht wird oder die Einspritzintervalle verlängert werden.
Die Menge an Reduktionsstoff im Abgas kann erhöht werden, indem das Verbrennungssteuerschema dahingehend geändert wird, daß zum Beispiel der Zeitpunkt der Hauptkraftstoffeinspritzung um einen Drehwinkel der Kurbelwelle von 10° bis 20° nach spät verstellt wird. In diesem Fall kann eine Kraftstoffvoreinspritzung vor der Hauptkraftstoffeinspritzung durchgeführt werden. Die Kraftstoffvoreinspritzung wird durchgeführt, indem ungefähr 1/10 bis ungefähr 1/20 soviel wie eine gegebene Menge Kraftstoff für das verlangte Ausgangsdrehmoment des Motors unmittelbar vor der Hauptkraftstoffeinspritzung eingesprüht wird, insbesondere zu einem Zeitpunkt vor einem oberen Totpunkt eines Vedichtungshubs. Aufgrund dieser Durchführung der Kraftstoffvoreinspritzung kommt es zu einer vorgemischten Verbrennung, in deren Folge die Temperatur im Brennraum signifikant ansteigt, was mit einem Druckanstieg infolge einer Aufwärtsbewegung des Kolbens verbunden ist, während vor der Hauptkraftstoffeinsprichtung im Brennraum eine Vorflamme erzeugt wird. Es kommt daher zu einer zufriedenstellenden Diffusionsverbrennung, ohne daß sich dies auf die Zündung des durch die Hauptkraftstoffeinspritzung eingesprühten Kraftstoffs nachteilig auswirkt, selbst wenn die Hauptkraftstoffeinspritzung auf einen Zeitpunkt nach einem oberen Totpunkt des Verdichtungshubs nach spät verstellt wird.
Beim Einbau des Motorsteuerungssystems in einen Benzinmotor kann das Reduktionsstofferhöhungsmittel von einer Art sein, die einen Anstieg in der Menge an Reduktionsstoff im Abgas bereitstellt, indem das Verbrennungssteuerschema dahingehend geändert wird, daß ein Zündzeitpunkt nach spät verstellt wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfaßt das Motorsteuerungssystem Drehmomenterfassungsmittel zum Erfassen des Ausgangsdrehmoments des Motors und Korrekturmittel zum Korrigieren der Funktionsweise der Reduktionsstofferhöhungsmittel, um einen Zielanstieg in der Menge an Reduktionsstoff im Abgas aufgrund einer zumindest in einem vorgegebenen Zeitraum eines Expansionshubs verursachten Änderung im Ausgangsdrehmoment des Motors bereitzustellen, die auf den Betrieb der Reduktionsstofferhöhungsmittel zurückzuführen ist.
Da, wie bereits beschrieben, ein Anstieg in der Menge an Reduktionsstoff im Abgas als Unterschied in der Größe des Ausgangsdrehmoments des Motors während eines Expansionshubs erscheint, wird der Anstieg in der Menge an Reduktionsstoff im Abgas so gesteuert, daß er genau bei einem Zielwert liegt, indem die Funktionsweise der Reduktionsstofferhöhungsmittel aufgrund einer Größe einer Änderung im Ausgangsdrehmoment des Motors infolge des Betriebs der Reduktionsstofferhöhungsmittel korrigiert wird. Bei dieser Ausführungsform wird daher das Reduktionsstofferhöhungsmittel im Betrieb gemäß einem Unterschied zwischen der Änderung in der Menge an Reduktionsstoff und dem Zielwert korrigiert.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfaßt das Motorsteuerungssystem erste Schätzmittel zum Schätzen eines Anstiegs in der Menge an Reduktionsstoff im Abgas aufgrund einer zumindest bei diesem Expansionshub durch die Reduktionsstofferhöhungsmittel verursachten Änderung im Ausgangsdrehmoment des Motors, zweite Schätzmittel zum Schätzen eines Anstiegs in der Menge an Reduktionsstoff im Abgas aufgrund einer durch die Reduktionsstofferhöhungsmittel verursachten Änderung in einem zu einer Menge an Reduktionsstoff im Abgas gehörigen Wert, mit Ausnahme der in dem vorgegebenen Zeitraum eines Expansionshubs durch die Reduktionsstofferhöhungsmittel verursachten Änderung, und Auswahlmittel zum Auswählen der ersten Schätzmittel, um den Anstieg im Reduktionsstoffgehalt des Abgases aufgrund der zumindest in dem vorgegebenen Zeitraum eines Expansionshubs durch die Reduktionsstofferhöhungsmittel verursachten Änderung im Ausgangsdrehmoment des Motors zu schätzen, wenn die Änderung im Ausgangsdrehmoment des Motors größer ist als ein vorbestimmter erster Schwellenwert, und zum Auswählen der zweiten Schätzmittel, um den Anstieg in der Menge an Reduktionsstoff im Abgas zu schätzen, wenn die Änderung im Ausgangsdrehmoment des Motors gleich oder kleiner ist als ein vorbestimmter zweiter Schwellenwert.
Die Schätzung eines Anstiegs in der Menge an Reduktionsstoff im Abgas, die durch die ersten Schätzmittel vorgenommen wird, ist präzise, wenn das Aus gangsdrehmoment des Motors bei einem Expansionshub stark ansteigt, während das Reduktionsstofferhöhungsmittel arbeitet. Da jedoch kein so signifikanter Unterschied zu dem bereitgestellten Ausgangsdrehmoment des Motors besteht, während das Reduktionsstofferhöhungsmittel nicht betätigt wird, wenn sich das Ausgangsdrehmoment des Motors nur leicht ändert, wird die Schätzung eines Anstiegs in der Menge an Reduktionsstoff im Abgas mit einer geringen Genauigkeit vorgenommen und ist von Haus aus weniger zuverlässig. Dagegen kommt es zu einer geringen Änderung in der Größe des Ausgangsdrehmoments des Motors während eines Expansionshubs, wenn sich die Menge an Reduktionsstoff im Abgas stark ändert, weil eine große Menge an Restkraftstoff im Brennraum noch nicht verbrannt ist. In einem Fall, wo eine Änderung in der Menge an Reduktionsstoff im Abgas groß ist, wird die Schätzung eines Anstiegs in der Menge an Reduktionsstoff vergleichsweise präzise vorgenommen, indem zum Beispiel eine Änderung in der Sauerstoffdichte des Abgases mit Hilfe eines im Abgaskanal angeordneten Sauerstoffsensors erfaßt wird oder indem eine Änderung in der Abgastemperatur mit Hilfe eines im Abgaskanal angeordneten Temperatursensors oder ansonsten eine Änderung im Ausgangsdrehmoment des Motors erfaßt wird, die auf die Rückführung des Reduktionsstoffes im Abgas zurückzuführen ist, wenn der Motor mit einem Abgasrückführungsmittel ausgestattet ist.
Um nun den Fall zu erläutern, wo das zweite Schätzmittel von einer Art ist, die eine Schätzung eines Anstiegs in der Menge an Reduktionsstoff im Abgas aufgrund einer Änderung in der Größe des Ausgangsdrehmoments des Motors vornimmt, die zum Beispiel auf die Verbrennung von im Abgas enthaltenem Kraftstoff zurückzuführen ist, dessen Reduktionsstoffgehalt infolge des Betriebs des Reduktionsstofferhöhungsmittels erhöht ist, wird das Ausgangsdrehmoment des Motors erhöht, während das Abgas zurückgeführt wird. Das heißt, wenn die erhöhende Änderung im Ausgangsdrehmoment des Motors während des Expansionshubs gering ist, wird sie nach der Abgasrückführung groß. Das zweite Schätzmittel macht eine Schätzung eines Anstiegs in der Menge an Reduktionsstoff anhand der Größe des Ausgangsdrehmoments des Motors nach der Abgasrückführung, wobei die geschätzte Menge an Reduktionsstoff präzise ist. Mit anderen Worten, da der Anstieg im Ausgangsdrehmoment des Motors groß ist, wenn die Menge an unverbranntem Restkraftstoff klein ist (d.h. wenn das Abgas eine geringe Menge an Reduktionsstoff enthält), wird die Schätzung durch das erste Schätzmittel präziser vorgenommen. Da andererseits der Anstieg im Ausgangsdrehmoment des Motors nach der Abgasrückführung, wo die Menge an unverbranntem Restkraftstoff groß ist (d.h. wo das Abgas eine große Menge an Reduktionsstoff enthält), gering ist, wird die Schätzung durch das zweite Schätzmittel präziser vorgenommen. Die Menge an unverbranntem Restkraftstoff kann von einer erhöhenden Änderung im Ausgangsdrehmoment des Motors bei einem Expansionshub abgeleitet werden, während das Reduktionsstofferhöhungsmittel arbeitet.
Gemäß dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird daher die Schätzung eines Anstiegs in der Menge an Reduktionsstoff durch das erste Schätzmittel aufgrund einer zumindest in dem vorgegebenen Zeitraum eines Expansionshubs durch das Reduktionsstofferhöhungsmittel verursachten Änderung im Ausgangsdrehmoment des Motors vorgenommen, wenn die Änderung im Ausgangsdrehmoment des Motors größer ist als der vorbestimmte erste Schwellenwert. Ferner wird die Schätzung eines Anstiegs in der Menge an Reduktionsstoff durch das zweite Schätzmittel vorgenommen, wenn die Änderung im Ausgangsdrehmoment des Motors gleich oder kleiner ist als der zweite Schwellenwert. Die wahlweise Verwendung des ersten Schätzmittels und des zweiten Schätzmittels macht die Schätzung eines Anstiegs in der Menge an Reduktionsstoff präzise, unabhängig von der durch das Reduktionsstofferhöhungsmittel zu erhöhenden Menge an Reduktionsstoff im Abgas.
Der erste Schwellenwert und der zweite Schwellenwert können auf den gleichen Wert oder auf verschiedene Werte eingestellt werden. Wenn der gleiche Wert verwendet wird, werden das erste Schätzmittel und das zweite Schätzmittel wahlweise verwendet. Wenn der erste Schwellenwert kleiner eingestellt ist als der zweite Schwellenwert, wird die Schätzung sowohl von dem ersten Schätzmittel als auch von dem zweiten Schätzmittel vorgenommen, wenn eine Änderung im Ausgangsdrehmoment des Motors zwischen dem ersten Schwellenwert und dem zweiten Schwellenwert liegt. In diesem Fall kann das arithmetische Mittel geschätzter Werte verwendet werden. Wenn dagegen der erste Schwellenwert größer eingestellt ist als der zweite Schwellenwert, wird die Schätzung weder durch das erste noch durch das zweite Schätzmittel vorgenommen.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung, die nicht zum Schutzumfang der vorliegenden Erfindung gehört, umfaßt das Motorsteuerungssystem Diagnosemittel zum Durchführen einer Diagnose der Abnormität der Reduktionsstofferhöhungsmittel aufgrund einer zumindest in einem vorgegebenen Zeitraum eines Expansionshubs durch den Betrieb der Reduktionsstofferhöhungsmittel verursachten Änderung im Ausgangsdrehmoment des Motors.
Ein Anstieg in der Menge an Reduktionsstoff im Abgas erscheint als Unterschied in der Größe des Ausgangsdrehmoments des Motors während eines Expansionshubs, während das Reduktionsstofferhöhungsmittel arbeitet. Da die Motorleistung präzise erfaßt wird, wird aufgrund des Ausgangsdrehmoments des Motors präzise festgestellt, ob die Menge an Reduktionsstoff in der beabsichtigten Weise ansteigt, mit anderen Worten, ob das Reduktionsstofferhöhungsmittel normal arbeitet oder nicht. Die Abnormität des Reduktionsstofferhöhungsmittels wird zum Beispiel erfaßt durch Überwachen eines Unterschieds im Ausgangsdrehmoment des Motors zu einem Wert, den das Ausgangsdrehmoment des Motors annimmt, wenn es sich wie geplant ändert.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung, die nicht zum Schutzumfang der vorliegenden Erfindung gehört, umfaßt das Motorsteuerungssystem für einen Motor, der mit Kraftstoffinjektoren eines Kraftstoff direkt in die Zylinder einsprühenden Typs ausgestattet ist, Verbrennungssteuermittel zum Steuern der Kraftstoffeinspritzung in einen Brennraum entsprechend den Motorbetriebsbedingungen, Reduktionsstofferhöhungsmittel zum Erhöhen eines Reduktionsstoffgehalts des Abgases durch Ändern eines Steuerschemas der Kraftstoffeinspritzung zwischen einer Hauptkraftstoffeinspritzung zum Einsprühen einer gegebenen Menge an Kraftstoff zu einem Zeitpunkt in der Nähe eines oberen Totpunkts eines Verdichtungshubs und einer Kraftstoffnacheinspritzung zum Einsprühen einer geringen Menge an Kraftstoff zu einem Zeitpunkt bei einem Expansionshub im Anschluß an die Hauptkraftstoffeinspritzung durch die Verbrennungssteuermittel, Abgasrückführungsmittel zum teilweisen Einleiten von Abgas in den Brennraum, Drehmomenterfassungsmittel zum Erfassen des Ausgangsdrehmoments des Motors, erste Diagnosemittel zum Durchführen einer Diagnose der Abnormität der Reduktionsstofferhöhungsmittel aufgrund einer zumindest in einem vorgegebenen Zeitraum eines Expansionshubs durch den Betrieb der Reduktionsstofferhöhungsmittel verursachten Änderung im Ausgangsdrehmoment des Motors, zweite Diagnosemittel zum Durchführen einer Diagnose der Abnormität der Reduktionsstofferhöhungsmittel aufgrund des Ausgangsdrehmoments des Motors, wenn das Abgas durch den Betrieb der Reduktionsstofferhöhungsmittel einen erhöhten Reduktionsstoffgehalt hat und durch die Abgasrückführungsmittel in den Brennraum zurückgeführt wurde, und Auswahlmittel zum Auswählen der ersten Diagnosemittel, um die Diagnose der Abnormität aufgrund eines Zeitpunkts der Kraftstoffnacheinspritzung durchzuführen, der durch die Reduktionsstofferhöhungsmittel eingestellt wird, wenn sich der Zeitpunkt der Kraftstoffnacheinspritzung auf einer frühen Seite eines vorbestimmten ersten Referenzkurbelwinkels befindet, und zum Auswählen der zweiten Diagnosemittel, um die Diagnose der Abnormität aufgrund eines Zeitpunkts der Kraftstoffnacheinspritzung durchzuführen, wenn sich der Zeitpunkt der Kraftstoffnacheinspritzung auf einer späten Seite eines vorbestimmten zweiten Referenzkurbelwinkels befindet.
Wenn die Kraftstoffnacheinspritzung verwendet wird, um die Menge an Reduktionsstoff im Abgas zu erhöhen, hängt es vom Zeitpunkt der Kraftstoffnacheinspritzung ab, ob die Menge an unverbranntem Restkraftstoff, d.h. die Menge an Reduktionsstoff im Abgas, zunimmt oder abnimmt. Insbesondere ist die Menge an unverbranntem Restkraftstoff gering, wenn die Kraftstoffnacheinspritzung zu einem frühen Zeitpunkt vorgenommen wird, bzw. ist groß, wenn die Kraftstoffnacheinspritzung zu einem späteren Zeitpunkt vorgenommen wird.
Bei dem Motorsteuerungssystem dieser Ausführungsform wird daher das erste Diagnosemittel betätigt, um die Diagnose der Abnormität aufgrund eines Zeitpunkts der Kraftstoffnacheinspritzung durchzuführen, wenn der Zeitpunkt der Kraftstoffnacheinspritzung auf einer frühen Seite des vorbestimmten ersten Referenzkurbelwinkels liegt, und das zweite Diagnosemittel wird betätigt, um die Diagnose der Abnormität aufgrund eines Zeitpunkts der Kraftstoffnacheinspritzung durchzuführen, wenn der Zeitpunkt der Kraftstoffnacheinspritzung auf einer späten Seite des vorbestimmten zweiten Referenzkurbelwinkels liegt. Bei dieser Ausführungsform können der erste Referenzkurbelwinkel und der zweite Referenzkurbelwinkel den gleichen Wert oder verschiedene Werte annehmen.
Wie oben beschrieben, erfaßt das Motorsteuerungssystem der vorliegenden Erfindung eine Größe einer Änderung im Ausgangsdrehmoment des Motors, die zumindest in einem Zeitraum eines Expansionshubs infolge eines durch die Reduktionsstofferhöhungsmittel bereitgestellten Anstiegs in der Menge an Reduktionsstoff verursacht wurde, und führt eine Schätzung eines Anstiegs in der Menge an Reduktionsstoff im Abgas, eine Korrektur der den Reduktionsstoffgehalt erhöhenden Steuerung oder eine Diagnose der Abnormität der Reduktionsstofferhöhungsmittel aufgrund der Größe einer Änderung im Ausgangsdrehmoment des Motors durch. Dies ergibt eine höhere Genauigkeit der Schätzung, der Korrektur bzw. der Diagnose. Darüber hinaus umfaßt das Motorsteuerungssystem das erste Schätzmittel zum Schätzen eines Anstiegs in der Menge an Reduktionsstoff im Abgas aufgrund einer zumindest in dem vorgegebenen Zeitraum eines Expansionshubs durch die Reduktionsstofferhöhungsmittel verursachten Änderung im Ausgangsdrehmoment des Motors und das zweite Schätzmittel zum Schätzen eines Anstiegs in der Menge an Reduktionsstoff im Abgas aufgrund einer Änderung in einem zu einer Menge an Reduktionsstoff im Abgas gehörigen Wert, mit Ausnahme der durch die Reduktionsstofferhöhungsmittel in dem vorgegebenen Zeitraum eines Expansionshubs verursachten Änderung im Ausgangsdrehmoment des Motors. Das so konstruierte Motorsteuerungssystem verwendet wahlweise das erste Schätzmittel und das zweite Schätzmittel entsprechend der Größe einer Änderung im Ausgangsdrehmoment des Motors in dem vorgegebenen Zeitraum eines Expansionshubs, um den Anstieg im Reduktionsstoffgehalt des Abgases zu schätzen. Demzufolge wird die Schätzung eines Anstiegs in der Menge an Reduktionsstoff präzise vorgenommen, unabhängig von der Menge an Reduktionsstoff im Abgas, die durch die Reduktionsstofferhöhungsmittel zu erhöhen ist. Außerdem umfaßt das Motorsteuerungssystem das erste Schätzmittel zum Schätzen eines Anstiegs in der Menge an Reduktionsstoff im Abgas aufgrund einer zumindest in dem vorgegebenen Zeitraum eines Expansionshubs durch die Reduktionsstofferhöhungsmittel verursachten Änderung im Ausgangsdrehmoment des Motors und das zweite Schätzmittel zum Schätzen eines Anstiegs in der Menge an Reduktionsstoff im Abgas aufgrund einer durch die Reduktionsstofferhöhungsmittel verursachten Änderung in einem zu einer Menge an Reduktionsstoff im Abgas gehörigen Wert, mit Ausnahme der in dem vorgegebenen Zeitraum eines Expansionshubs durch die Reduktionsstofferhöhungsmittel verursachten Änderung im Ausgangsdrehmoment des Motors. Das so konstruierte Motorsteuerungssystem verwendet wahlweise das erste Diagnosemittel und das zweite Diagnosemittel entsprechend einem Zeitpunkt der Kraftstoffnacheinspritzung. Demzufolge ist die Diagnose der Abnormität immer präzise, unabhängig von der durch die Reduktionsstofferhöhungsmittel zu erhöhenden Menge an Reduktionsstoff im Abgas.
Die vorstehenden und weitere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen derselben besser verständlich, wenn diese in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen gelesen wird, in denen mit denselben Bezugszeichen bezeichnete Teile und Elemente in allen Zeichnungen von ihrer Struktur und Funktionsweise her gleich bzw. ähnlich sind; in den Zeichnungen zeigen:
1 eine Ansicht einer Gesamtstruktur eines mit einem Motorsteuerungssystem ausgestatteten Dieselmotors;
2 ein Zeitdiagramm zur Veranschaulichung von Steuerschemata der Kraftstoffeinspritzung bei der Hauptkraftstoffeinspritzung;
3 eine graphische Darstellung des Einflusses der Zahl der Kraftstoffinjektionen der geteilten Kraftstoffeinspritzung bei der Hauptkraftstoffeinspritzung und des Einspritzintervalls Δt auf den Kohlenwasserstoffgehalt des Abgases;
4 ein Flußdiagramm zur Veranschaulichung einer Ablaufroutine der Steuerung der Schätzung eines Anstiegs im Kohlenwasserstoffgehalt (ein Reduktionsstoff) und der Steuerung der Diagnose der Abnormität;
5 eine graphische Darstellung einer Änderung im Zylinderdruck infolge der Kraftstoffnacheinspritzung nach der chargenweisen Kraftstoffeinspritzung oder infolge einer Kraftstoffeinspritzung in mehreren Schritten;
6 ein Flußdiagramm zur Veranschaulichung einer Ablaufroutine zum Ändern und Modifizieren der Steuerung des Verbrennungssteuerschemas;
7 ein Flußdiagramm zur Veranschaulichung einer weiteren Ablaufroutine zum Ändern und Modifizieren der Steuerung des Verbrennungssteuerschemas;
8 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem NOx-Umwandlungswirkungsgrad und der Temperatur des NOx-Katalysators;
9A und 9B jeweils Teile eines Flußdiagramms zur Veranschaulichung einer weiteren Ablaufroutine bei der Diagnose der Abnormität;
10 eine graphische Darstellung des Ausgangsdrehmoments des Motors vor und nach Rückführung eines in seiner Menge erhöhten Reduktionsstoffes in einen Brennraum;
11 ein Flußdiagramm zur Veranschaulichung einer Ablaufroutine der Auswahlsteuerung zur Steuerung der Diagnose der Abnormität; und
12 ein Flußdiagramm zur Veranschaulichung einer Ablaufroutine der Auswahlsteuerung eines Mittels zum Schätzen einer erhöhten Menge an Reduktionsstoff.
Mit Bezug auf die Zeichnungen im einzelnen, und insbesondere mit Bezug auf 1, ist ein Motorsteuerungssystem A gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung als in einem in ein Fahrzeug eingebauten Mehrzylinder-Dieselmotor 1 installiert schematisch dargestellt. Der Motorkörper 1 hat mehrere Zylinder 2 (wovon nur einer dargestellt ist), in denen Kolben 3 nach oben und unten verschieblich aufgenommen sind. Ein Brennraum 4 wird durch den Zylinder 2 und den Kolben 3 gebildet. Ein Kraftstoffinjektor 5 ist so angeordnet, daß sich seine Düse nach unten in die Mitte des Brennraums 4 erstreckt. Der Kraftstoffinjektor 5 ist in einem entsprechenden Takt gepulst, um Kraftstoff direkt in den Brennraum 4 einzusprühen. Eine Verteilerleitung 6, mit der der Kraftstoffinjektor 5 verbunden ist, ist als Speicher zum Speichern von Kraftstoff angeordnet. Eine Hochdruckkraftstoffpumpe 8 ist mit der Verteilerleitung 6 verbunden und wird durch eine Kurbelwelle 7 angetrieben. Die Verteilerleitung 6 ist mit einem Drucksensor 6a zur Überwachung des Kraftstoffdrucks in der Verteilerleitung 6 versehen. Die Hochdruckkraftstoffpumpe wird so betrieben, daß der Kraftstoffdruck in der Verteilerleitung 6 über einem vorgegebenen Druckpegel gehalten wird. Der Motor 1 ist mit einem Kurbelwinkelsensor 9 zur Überwachung eines Drehwinkels der Kurbelwelle 7 versehen. Der Kurbelwinkelsensor 9 kann einen elektromagnetischen Aufneh mer umfassen, der einem Umfang einer an der Kurbelwelle 7 befestigten rotierenden Scheibe gegenüberliegt, wobei Kerben und Vorsprünge in regelmäßigen Winkelabständen im Umfang der Scheibe ausgebildet und daran angeordnet sind, um jedesmal dann ein Impulssignal bereitzustellen, wenn er eine der Kerben oder Vorsprünge erfaßt.
Luft wird durch einen Luftfilter (nicht dargestellt) gefiltert und durch einen Ansaugluftkanal 10 mit einem Ausdehnungsbehälter (nicht dargestellt) in den Brennraum 4 eingeleitet. Der Ansaugluftkanal 10 ist hinter dem Ausdehnungsbehälter mit einer Einlaßöffnung jedes Brennraums 4 durch einen Ansaugkrümmer verbunden. Ein Drucksensor 10a ist in dem Ausdehnungsbehälter vorgesehen, um den Ladedruck der Ansaugluft in den Brennraum 4 zu überwachen. Wie dargestellt, ist der Ansaugluftkanal 10 der Reihe nach vom stromaufwärtigen Ende zum stromabwärtigen Ende mit einem Heißfilm-Luftmengenmesser 11, der eine Strömungsgeschwindigkeit der Ansaugluft überwachen kann, einem Gebläse 12 eines Turboladers 25 (der später beschrieben wird), das durch eine Turbine 21 des Turboladers 25 angetrieben wird, um die Ansaugluft zu komprimieren, einem Ladeluftkühler 13, der die komprimierte Luft von dem Gebläse 12 kühlen kann, und einem Einlaßdrosselventil 14 versehen, das als Ansaugluftregulierungsmittel wirkt, um die Querschnittsfläche des Ansaugkanals 10 zu verändern. Das Einlaßdrosselventil 14 umfaßt ein Klappenventil mit einem Kanal, der Ansaugluft hindurchströmen läßt, selbst wenn es ganz geschlossen ist. Das Einlaßdrosselventil 14 ist mit einer Membran 15 und einem Öffnungssensor (nicht dargestellt) versehen. Die Membran 15 reguliert das Öffnen des Einlaßdrosselventils 14 entsprechend einem darauf aufgebrachten Unterdruck, der durch ein elektromagnetisches Ventil 16 reguliert wird.
Ein Abgaskanal 20 ist mit einer Auslaßöffnung jedes Brennraums 4 durch einen Abgaskrümmer verbunden. Der Abgaskanal 20 ist der Reihe nach vom stromaufwärtigen Ende zum stromabwärtigen Ende mit einem linearen Sauerstoffsensor (O₂-Sensor) 17, der die Menge an Sauerstoff im Abgas überwachen kann, der durch das Abgas angetriebenen Turbine 21 und einem Katalysator 22 versehen, der die Emissionswerte von HC, NO und NOx im Abgas senken kann, um dadurch das Abgas zu reinigen. Der Katalysator 22 ist an seinem Auslaßende mit einem Temperatursensor 19 zur Überwachung der Abgastemperatur versehen. Der Katalysator 22 ist von einer Art mit einem Katalysatorgehäuse und einer wabenartig konstruierten Wabenschicht aus Cordierit, die in dem Katalysatorgehäuse aufgenommen ist. Die Wabenschicht ist mit einer Anzahl von Durchgangsbohrungen ausgebildet, die parallel zueinander angeordnet sind, wobei jede Bohrung an ihren Wänden mit einer Katalysatorschicht überzogen ist. Die Katalysatorschicht wird hergestellt, indem Katalysatorpulver, das zum Beispiel Pt-Teilchen umfaßt, die auf Zeolitteilchen aufgebracht und durch ein Sprüh- und Trockenverfahren verfestigt sind, mit einem Bindemittel auf die Wabenschicht aufgetragen und darauf gelagert wird. Der Katalysator zeigt katalytische Wirksamkeit für die Reduktion von NOx im Abgas mit einem Reduktionsstoff wie zum Beispiel Kohlenwasserstoff sogar unter Umständen, wo die Sauerstoffdichte des Abgases hoch (höher als 4%) ist, d.h. ein Kraftstoffgemisch magerer ist als ein stöchiometrisches Gemisch (L/K ≥ 18), und zeigt außerdem katalytische Wirksamkeit für die Oxidation von Kohlenwasserstoff. Das heißt, der Katalysator wirkt als Dreiwegekatalysator bei einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der Nähe des stöchiometrischen Verhältnisses.
Ein Abgasrückführungskanal 23 (der nachfolgend als AGR-Kanal bezeichnet wird) zweigt von dem Abgaskanal 20 stromaufwärts von dem linearen Sauerstoffsensor (O₂-Sensor) 17 ab und ist mit dem Ansaugluftkanal 10 verbunden. Abgas wird von dem Abgaskanal 20 teilweise in einen Ansaugluftstrom in dem Ansaugluftkanal 10 eingeleitet. Der AGR-Kanal 23 ist in der Nähe des stromabwärtigen Endes mit einem Abgasrückführungsregelventil 24 (das als AGR-Regelventil bezeichnet wird) versehen, das die in den Ansaugluftstrom zurückgeführte Menge an Abgas regulieren kann. Das AGR-Ventil 24, das mit Unterdruck betätigt wird und mit einem Ventilhubsensor 26 versehen ist, hat einen Ventilkörper mit einer Unterdruckkammer, die mit einem Unterdruckkanal 27 verbunden ist. Die Unterdruckkammer 27 führt zu einer Vakuumpumpe 29 als Unterdruckquelle durch ein elektromagnetisches Unterdruckregelventil 28. Das elektromagnetische Ventil 28 wird mit einem Steuersignal von einem Motorsteuergerät 35 (das als ECU bezeichnet wird) gesteuert, um den Unterdruckkanal 27 zu öffnen und zu schließen, um dadurch den Betriebsunterdruck in der Unterdruckkammer zum Ansteuern des AGR-Ventils 24 zu regulieren. Auf diese Weise wird der AGR-Kanal 23 beim Öffnen linear reguliert.
Ein Turbolader mit variabler Turbinengeometrie (VTG) wird bei dieser Ausführungsform für den Turbolader 25 verwendet. Der Turbolader 25 mit variabler Turbinengeometrie ist mit einer Membran 30 versehen. Der auf die Membran 30 auf gebrachte Unterdruck wird durch ein elektromagnetisches Unterdruckregelventil 31 reguliert, um die Querschnittsfläche des Abgaskanals 20 zu verändern.
Das ECU 35 versorgt mindestens den Kraftstoffinjektor 5, die Hochdruckkraftstoffpumpe 8, das Einlaßdrosselventil 14, das AGR-Ventil 24 und den Turbolader 25 mit Steuersignalen, um sie zu betätigen und zu steuern. Ferner empfängt das ECU 35 Signale, die mindestens von dem Drucksensor 6a, dem Kurbelwinkelsensor 9, dem Drucksensor 10a, dem Luftmengensensor 11, dem linearen Sauerstoff- bzw. O₂-Sensor 17, dem Temperatursensor 19, dem Ventilhubsensor 26 und dem Fahrpedalöffnungssensor 32 bereitgestellt werden, der den Weg eines Fahrpedals (nicht dargestellt) als Fahrpedalöffnung überwacht. Das ECU 35 regelt eine durch den Kraftstoffinjektor 5 eingesprühte Kraftstoffmenge und einen Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung des Kraftstoffinjektors 5 entsprechend den Motorbetriebsbedingungen und entsprechend dem Zustand des NOx-Reinigungskatalysators des Katalysators 22. Das ECU 35 regelt außerdem den Druck des Kraftstoffs, der durch die Hochdruckkraftstoffpumpe 8 mit Druck beaufschlagt wird, d.h. den Druck in der Verteilerleitung 6. Außerdem steuert das ECU 35 unabhängig voneinander das Einlaßdrosselventil 14, um eine durch das Drosselventil 14 strömende Luftmenge zu regulieren, das AGR-Ventil 24, um in den Ansaugluftstrom eingeleitetes Abgas zu regulieren, und den Turbolader 25.
Das Motorsteuerungssystem steuert einen Anstieg im Reduktionsstoffgehalt (Kohlenwasserstoff etc.) des Abgases, indem es den Motorbetrieb zwischen verschiedenen Verbrennungssteuerschemata bei einer vorgegebenen Betriebsbedingung des Motors verschiebt. Das Motorsteuerungssystem führt ferner eine Abnormitätsdiagnose durch, nämlich die Diagnose eines Fehlers bei der Schätzung eines Anstiegs im Reduktionsstoffgehalt durch Überwachen einer Änderung im Ausgangsdrehmoment des Motors zumindest in einem vorgegebenen Zeitraum eines Expansionshubs, wenn die Steuerung eines Anstiegs im Reduktionsstoffgehalt realisiert wird, und führt eine Korrektur eines erhöhten Reduktionsstoffgehalts des Abgases durch.
Um die Einspritzsteuerung durchzuführen, enthält das ECU 35 insbesondere ein Steuerverzeichnis für die Hauptkraftstoffeinspritzung, das eine optimale Kraftstoffeinspritzmenge Qb relativ zu einem Ziel-Ausgangsdrehmoment des Motors und zu einer Drehzahl des Motors (Motordrehzahl) definiert, die experimentell er mittelt wurde. Die Daten der optimalen Kraftstoffeinspritzmengen sind in einem in das ECU 35 eingebauten Speicher gespeichert. Das ECU 35 liest die Daten der Menge der Hauptkraftstoffeinspritzung Qb aus dem Einspritzsteuerverzeichnis entsprechend dem durch ein Signal von dem Fahrpedalöffnungssensor 32 repräsentierten Ziel-Ausgangsdrehmoment des Motors und entsprechend einer durch ein Signal von dem Kurbelwinkelsensor 9 repräsentierten Motordrehzahl aus und ermittelt dann eine Impulsdauer des Kraftstoffinjektors 5 entsprechend der Menge der Hauptkraftstoffeinspritzung Qb und entsprechend einem durch ein Signal von dem Drucksensor 6a repräsentierten Kraftstoffdruck in der Verteilerleitung 6. Der Kraftstoffinjektor 5 sprüht eine dem Ziel-Ausgangsdrehmoment des Motors entsprechende Menge an Kraftstoff durch die Haupteinspritzsteuerung ein, um ein mittleres Luft/Kraftstoff-Verhältnis in dem Brennraum 4 (das nachfolgend als mittleres Luft/Kraftstoff-Verhältnis im Brennraum bezeichnet wird) gleich oder größer 18 bereitzustellen, was recht mager ist. Die Hauptkraftstoffeinspritzung wird in zwei unterschiedlichen Steuerschemata durchgeführt, einer chargenweisen Kraftstoffeinspritzung (One-Shot-Kraftstoffeinspritzung), bei der eine gegebene Menge an Kraftstoff auf einmal eingesprüht wird, und einer Multi-Shot-Kraftstoffeinspritzung, bei der eine gegebene Menge an Kraftstoff in Teile aufgeteilt wird und durch eine Vielzahl von Injektionen eingesprüht wird. Während normalerweise mit einer geringen Änderung in der Fahrpedalöffnung gefahren wird, wird die Multi-Shot-Kraftstoffeinspritzung im Prinzip durch eine Two-Shot-Kraftstoffeinspritzung und eine Three-Shot-Kraftstoffeinspritzung realisiert, wenn die Menge an Reduktionsstoff im Abgas ansteigen soll.
Gemäß 2, in der Steuerschemata der Hauptkraftstoffeinspritzung beispielhaft dargestellt sind, wird bei der Hauptkraftstoffeinspritzung eine gegebene Menge an Kraftstoff durch (a) eine One-Shot-Kraftstoffeinspritzung eingesprüht, um die Verbrennung zu einem Zeitpunkt in der Nähe eines oberen Totpunkts eines Verdichtungshubs fortzuführen, oder durch (b) eine Two-Shot-Kraftstoffeinspritzung oder (c) eine Three-Shot-Kraftstoffeinspritzung. Bei der Two-Shot- oder Three-Shot-Kraftstoffeinspritzung ist der Kraftstoffinjektor 5 vorzugsweise so gepulst, daß er für eine Zeit von weniger als ungefähr 800 µsek offen bleibt und ein Einspritzintervall Δt von ungefähr 50 µsek bis ungefähr 1000 µsek zwischen aufeinanderfolgenden Injektionen hat. Die zweite Injektion der Kraftstoffeinspritzung erfolgt vorzugsweise nach dem oberen Totpunkt eines Verdichtungshubs. Die gegebene Menge an Kraftstoff kann in mehr als drei Teile aufgeteilt und durch eine Multi-Shot-Kraftstoffeinspritzung intermittierend eingesprüht werden.
Die Multi-Shot-Kraftstoffeinspritzung wird im Prinzip wie folgt durchgeführt. Ein Kraftstoffstrahl aus dem Kraftstoffinjektor 5 breitet sich als Ganzes in den Brennraum 4 aus und bildet dabei einen konisch geformten Strahl und wird dann zu feinen Kraftstofftröpfchen, die infolge des Reibkontakts mit Luft aufbrechen. Die Kraftstofftröpfchen verdampfen und werden zu Kraftstoffdämpfen. Da die gegebene Menge an Kraftstoff in Teile aufgeteilt und durch eine Vielzahl von Injektionen intermittierend eingesprüht wird, ist zu diesem Zeitpunkt der Anteil an vorgemischter Verbrennung bei der ersten Kraftstoffinjektion relativ gering, so daß Verbrennungsdruck und -temperatur in einem frühen Stadium der Verbrennung nicht übermäßig ansteigen können. Dies führt zu einer Abnahme in der NOx-Erzeugung. Das größer als 50 µsek eingestellte Einspritzintervall Δt verhindert, daß fast alle Kraftstofftröpfchen eines nach einem vorangegangene Kraftstoffteil eingesprühten Kraftstoffteils Kraftstofftröpfchen des vorangegangenen Kraftstoffteils einholen. Insbesondere bei Durchführung einer zweiten Injektion der Kraftstoffeinspritzung zu einem Zeitpunkt nach dem oberen Totpunkt eines Verdichtungshubs wird durch die zweite Injektion der Kraftstoffeinspritzung eingesprühter Kraftstoff sofort verbrannt. Infolgedessen steigt die Temperatur im Brennraum 4 sofort an und die Viskosität der komprimierten Luft im Brennraum 4 nimmt zu, und dann unterliegt der durch eine dritte Injektion der Kraftstoffeinspritzung eingesprühte Kraftstoff sofort einem Strömungswiderstand im Verlauf seiner Umwandlung in Kraftstofftröpfchen, so daß Kraftstofftröpfchen eines Teils des durch die dritte Injektion der Kraftstoffeinspritzung eingesprühten Kraftstoffs die Kraftstofftröpfchen des vorangegangenen Teils des durch die zweite Injektion der Kraftstoffeinspritzung eingesprühten Kraftstoffs nicht einholen. Die Dauer jeder Injektion der Kraftstoffeinspritzung von weniger als ungefähr 800 µsek ergibt eine geringe Kraftstoffeinspritzmenge. Dadurch können sich Kraftstofftröpfchen beim Einsprühen von Kraftstoff nur minimal wieder miteinander vereinigen. Demzufolge ist es möglich, einen Zustand der Mischung von Kraftstoffdämpfen mit Luft signifikant zu verbessern, indem zum Beispiel eine Kraftstoffeinspritzgeschwindigkeit unter erhöhtem Kraftstoffdruck erhöht wird, um dadurch die Umwandlung von Kraftstoff in feine Tröpfchen und die Verdampfung und Zerstäubung des Kraftstoffs zu beschleunigen. Bei einem Einspritzintervall Δt kleiner als 1000 µsek beginnt Kraftstoff zu verbrennen, bevor der durch eine vorangegangene Injektion der Kraftstoffein spritzung eingesprühte Kraftstoff vollständig verbrannt ist. Dies verhindert eine diskontinuierliche Verbrennung des durch die Multi-Shot-Kraftstoffeinspritzung eingesprühten Kraftstoffs. Kurz gesagt, es wird realisiert, den Kraftstoffwirkungsgrad zu verbessern und die Rauchentwicklung einzuschränken, indem der Verbrennungszustand von Kraftstoff signifikant verbessert wird, was mit Hilfe der Multi-Shot-Kraftstoffeinspritzung als Hauptkraftstoffeinspritzung erreicht wird. Weil ferner mit Hilfe der Multi-Shot-Kraftstoffeinspritzung das Ende der Hauptkraftstoffeinspritzung relativ spät erfolgt, ist die Verdampfung und Zerstäubung des bei der Multi-Shot-Kraftstoffeinspritzung intermittierend eingesprühten Kraftstoffs so zufriedenstellend, daß es zu einer Diffusionsverbrennung kommt, und eine Verschlechterung des Verbrennungszustands ist unwahrscheinlich, wenn ein Kraftstoffeinspritzzeitpunkt korrekt nach spät verstellt ist. Die Multi-Shot-Kraftstoffeinspritzung bewirkt vielmehr eine wirksame Übertragung der Expansionskraft von verbranntem Gas auf den Kolben 3 wegen eines lang anhaltend hohen Drucks in dem Brennraum 4. Infolgedessen wird die Verbesserung des Kraftstoffwirkungsgrades wegen eines Anstiegs im mechanischen Wirkungsgrad weiter konsolidiert. Der Kohlenwasserstoffgehalt des Abgases ist je nach der Zahl von Teilen, in die eine gegebene Menge Kraftstoff für die Hauptkraftstoffeinspritzung aufgeteilt wird, und je nach dem Einspritzintervall Δt unterschiedlich.
3 zeigt das Ergebnis einer Untersuchung des Einflusses der Zahl von Injektionen bei der als Hauptkraftstoffeinspritzung durchgeführten geteilten Kraftstoffinjektion und des Einspritzintervalls Δt auf den Kohlenwasserstoffgehalt des Abgases. Die Untersuchung wurde bei der One-Shot-Kraftstoffeinspritzung durchgeführt, bei der eine gegebene Menge Kraftstoff auf einmal zu einem Zeitpunkt in der Nähe eines oberen Totpunkts eines Verdichtungshubs eingesprüht wird, bei der Two-Shot-Kraftstoffeinspritzung und bei der Three-Shot-Kraftstoffeinspritzung. Bei jeder Untersuchung wurden der Kohlenwasserstoffgehalt des Abgases und die Kurbelwinkel am Ende der Kraftstoffeinspritzung für verschiedene Einspritzintervalle Δt gemessen. Insbesondere waren die Einspritzintervalle Δt bei der Two-Shot-Kraftstoffeinspritzung auf 350, 400, 700 und 900 µsek eingestellt und bei der Three-Shot-Kraftstoffeinspritzung auf 400, 550, 700 und 900 µsek. Wie aus 3 hervorgeht, sorgt die Multi-Shot-Kraftstoffeinspritzung für einen Anstieg im Kohlenwasserstoffgehalt im Vergleich zur One-Shot-Kraftstoffeinspritzung; je höher der Kohlenwasserstoffgehalt, desto größer wird die Zahl der Injektionen bzw. desto länger wird das Einspritzintervall.
4 ist ein Flußdiagramm zur Veranschaulichung einer Ablaufroutine beim Schätzen eines Anstiegs im Kohlenwasserstoffgehalt (Reduktionsstoffgehalt) von Abgas durch ein erstes Schätzmittel und beim Durchführen einer Fehlerdiagnose des ersten Schätzmittels durch ein erstes Diagnosemittel. Diese Ablaufroutine wird bei jedem vorgegebenen Kurbelwinkel wiederholt. Wenn die Ablauflogik beginnt, geht die Steuerung in Schritt S1 zu einem Block weiter, wo das ECU 35 Signale mindestens aus dem Kurbelwinkelsensor 9 ausliest. Wenn anschließend in Schritt S2 festgestellt wird, daß der Kurbelwinkel CA innerhalb eines vorgegebenen Zeitraums eines Expansionshubs liegt, was zwischen Kurbelwinkeln von 40° und 120° nach einem oberen Totpunkt des Expansionshubs liegt (was nachfolgend als Kurbelwinkel von 40° NoT und 120° NoT bezeichnet wird), wird in Schritt S3 festgestellt, ob die Three-Shot-Kraftstoffeinspritzung unmittelbar vor Erreichen des vorgegebenen Zeitraums des Expansionshubs ausgeführt wird. Wenn festgestellt wird, daß die Three-Shot-Kraftstoffeinspritzung unmittelbar vor Erreichen des vorgegebenen Zeitraums des Expansionshubs ausgeführt wird, dann wird ein Zähler in Gang gesetzt, der in Schritt S4 weiterhin eine Zeit T zählt, bis in Schritt S5 festgestellt wird, daß sich die Kurbelwelle 7 durch einen Drehwinkel von 120° NoT dreht. Wenn die Antwort auf die jeweils in Schritt S2, S3 und S5 gestellte Frage Nein lautet, dann befiehlt der Schritt die Rückkehr zu einer weiteren Durchführung der Ablaufroutine. Der Zeitwert T wird gezählt, bis der Kurbelwinkel von 120° NoT erreicht ist.
Der Zeitwert T wird gezählt, um die Amplitude des Ausgangsdrehmoments des Motors in dem vorgegebenen Zeitraum eines Expansionshubs zwischen den Kurbelwinkeln von 40° NoT und 120° NoT eines Expansionshubs zu überwachen, wenn die Steuerung ausgeführt wird, um den Reduktionsstoffgehalt zu erhöhen, indem das Steuerschema der Kraftstoffeinspritzung von der Two-Shot-Kraftstoffeinspritzung zur Three-Shot-Kraftstoffeinspritzung verlagert wird. In diesem Fall wird die Amplitude des Ausgangsdrehmoments des Motors durch den Zeitwert T repräsentiert. Je größer also der Zeitwert T, desto niedriger die Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle 7 und damit das Ausgangsdrehmoment des Motors. Die Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle 7, und daher die Amplitude des Ausgangsdrehmoments des Motors, zwischen den Kurbelwinkeln von 40° NoT und 120° NoT wird aus dem Grund erfaßt, daß die Größe der Nachverbrennung nach der Diffusionsverbrennung davon abhängt, ob der Reduktionsstoffgehalt des Abgases zu- oder abnimmt. Das heißt, das Motorsteuerungssystem der vorliegen den Erfindung überwacht einen unverbrannt gebliebenen Anteil des Kraftstoffs, der zu einem Anstieg im Reduktionsstoffgehalt des Abgases beiträgt, indem es die Amplitude des durch die Nachverbrennung erzeugten Ausgangsdrehmoments des Motors überwacht. Während die Nachverbrennung eines der im allgemeinen nach einem Kurbelwinkel von 30° NoT auftretenden Phänomene ist, ist es recht schwierig, eine genaue Amplitude des durch die Nachverbrennung erzeugten Ausgangsdrehmoments des Motors zu erfassen, weil die vorgemischte Verbrennung in einem frühen Stadium der Verbrennung und die Diffusionsverbrennung im Anschluß an die vorgemischte Verbrennung einen großen Einfluß auf die Amplitude des Ausgangsdrehmoments des Motors vor Kurbelwinkeln von 40° NoT haben. Es wird angenommen, daß es nach einem Kurbelwinkel von 120° NoT kaum zu einer Nachverbrennung kommt.
5 zeigt eine Änderung im Zylinderdruck mit der Zeit in dem Fall, wo Kraftstoff durch eine Kraftstoffnacheinspritzung zu einem Zeitpunkt in der Nähe eines Kurbelwinkels von 35° NoT eingesprüht wird, nachdem Kraftstoff durch die bei einem Kurbelwinkel von 5° vor dem oberen Totpunkt beginnende One-Shot-Kraftstoffeinspritzung eingesprüht wurde, und in dem Fall, wo Kraftstoff durch die bei einem Kurbelwinkel von 5° VoT beginnende Three-Shot-Kraftstoffeinspritzung eingesprüht wird. Der Zylinderdruck zeigt bei Ausführung der Kraftstoffnacheinspritzung im Anschluß an die One-Shot-Kraftstoffeinspritzung einen ersten Peak infolge der One-Shot-Kraftstoffeinspritzung, der in der Nähe eines Kurbelwinkels von 5° NoT erscheint, und danach einen zweiten Peak infolge der Kraftstoffnacheinspritzung nach einem Kurbelwinkel von 40° NoT. Weil der zweite Peak seine Amplitude in Abhängigkeit vom Reduktionsstoffgehalt des Abgases ändert, stellt das Motorsteuerungssystem fest, daß das Ausgangsdrehmoment des Motors der Amplitude eines zweiten Peaks des Zylinderdrucks entspricht. Bei Ausführung der Three-Shot-Kraftstoffeinspritzung zeigt der Zylinderdruck dagegen einen ersten Peak mit einer niedrigeren Amplitude als der infolge der One-Shot-Kraftstoffeinspritzung auftretende erste Peak. Im letzteren Fall zeigt der Zylinderdruck zwar keinen anderen Peak als den ersten Peak, doch variiert die Änderungsgeschwindigkeit des Zylinderdrucks in Abhängigkeit vom Reduktionsstoffgehalt des Abgases nach einem Kurbelwinkel von 40° NoT. Aus diesem Grund erfaßt das Motorsteuerungssystem das Ausgangsdrehmoment des Motors nach dem Kurbelwinkel von 40° NoT.
Gemäß 4 nun wiederum wird in Schritt S6 ein Anstieg im Reduktionsstoffgehalt des Abgases aufgrund des Zeitwerts T geschätzt. Diese Schätzung wird vorgenommen, indem ein Anstieg im Kohlenwasserstoffgehalt des Abgases, d.h. eine Menge an unverbranntem Kohlenwasserstoff, abgelesen wird, der als experimentelle Messung in Bezug auf den Betriebszustand des Motors registriert und in dem Speicher des ECU 35 elektronisch gespeichert wird. In dem Verzeichnis ist der Kohlenwasserstoffgehalt so definiert, daß er größer wird, wenn der Zeitwert T größer wird, mit anderen Worten, wenn das Ausgangsdrehmoment des Motors niedriger wird. Diese Schätzung liefert einen geschätzten Anstieg im Kohlenwasserstoffgehalt des Abgases infolge einer Änderung im Steuerschema der Kraftstoffeinspritzung aufgrund der Amplitude einer Differenz zwischen einem gemessenen Zeitwert T während der Three-Shot-Kraftstoffeinspritzung unter einer Motorbetriebsbedingung und einem Standard-Zeitwert Tr, der unter derselben Motorbetriebsbedingung während der Two-Shot-Kraftstoffeinspritzung erwartet wird (was eine Änderung im Ausgangsdrehmoment des Motors repräsentiert).
Nach Berechnung einer Differenz ΔHC des geschätzten Anstiegs im Kohlenwasserstoffgehalt HC gegenüber einem vorbestimmten Referenzwert HCo in Schritt S7 wird anschließend in Schritt S8 festgestellt, ob die Differenz im Kohlenwasserstoffgehalt ΔHC größer ist als ein vorbestimmter Referenzwert ΔHCo. Der Referenzwert HCo bezeichnet einen Anstieg im Kohlenwasserstoffgehalt des Abgases, der erwartet wird, während sich der Anstieg im Reduktionsstoffgehalt des Abgases unter normaler Steuerung befindet. Der Referenzwert ΔHCo bezeichnet eine Obergrenze, bei der die Steuerung des Anstiegs im Reduktionsstoffgehalt des Abgases als normal angesehen wird. Nach Änderung einer Frequenz des Auftretens einer abnormalen Steuerung N in Schritt S9 um das Inkrement 1 (eins), wenn die Differenz im Kohlenwasserstoffgehalt ΔHC größer ist als der Referenzwert ΔHCo, oder ohne Änderung der Frequenz des Auftretens einer abnormalen Steuerung N, wird eine Überwachungsfrequenz M, die eine Wiederholungsfrequenz der Überwachung einer Änderung im Kohlenwasserstoffgehalt des Abgases bezeichnet, in Schritt S10 um das Inkrement 1 (eins) geändert. Danach wird in Schritt S11 festgestellt, ob die Überwachungsfrequenz M eine vorbestimmte Referenz-Überwachungsfrequenz Mo erreicht hat. Die Ablauflogik wird von Schritt S1 bis S10 wiederholt, bis die Ablauflogik eine durch die Referenz-Überwachungsfrequenz Mo repräsentierte Anzahl von Malen wiederholt worden ist. Wenn die Ablauflogik die durch die Referenz-Überwachungsfrequenz Mo re präsentierte Anzahl von Malen wiederholt ist, wird in Schritt S12 weiterhin festgestellt, ob ein Verhältnis der Frequenz des Auftretens einer abnormalen Steuerung N relativ zur Referenz-Überwachungsfrequenz Mo (Abnormitätsvorkommensverhältnis) größer ist als ein Referenzverhältnis No. Wenn das Abnormitätsvorkommensverhältnis N größer ist als das Referenzverhältnis No, wird beschlossen, daß die Steuerung des Anstiegs im Reduktionsstoffgehalt des Abgases abnormal ist, und in Schritt S13 wird eine Warnung abgesetzt. Wenn das Abnormitätsvorkommensverhältnis N kleiner ist als das Referenzverhältnis No oder nachdem die Abnormität beschlossen wurde, werden die Frequenz des Auftretens einer abnormalen Steuerung N und die Überwachungsfrequenz M in Schritt S14 wieder auf Null gesetzt, und der letzte Schritt befiehlt dann die Rückkehr zu einer weiteren Ablaufroutine.
Wenngleich die Abnormitätsdiagnose bei der obigen Ausführungsform anhand eines geschätzten Kohlenwasserstoffgehalts des Abgases vorgenommen wird, können Abnormitäten aufgrund eines Zeitwerts T beschlossen werden. Insbesondere wird beschlossen, daß eine abnormale Steuerung vorliegt, wenn der Zeitwert T einen Grenzwert übersteigt, und daß, wenn ein Abnormitätsvorkommensverhältnis (das Verhältnis der Frequenz des Auftretens einer abnormalen Steuerung N relativ zu einer Referenz-Überwachungsfrequenz Mo) größer ist als das Referenzverhältnis No, die Steuerung der Erhöhung des Reduktionsstoffgehalts des Abgases abnormal ist.
Die Schätzung eines Anstiegs im Reduktionsstoffgehalt des Abgases und die Steuerung der Abnormitätsdiagnose können in dem Fall durchgeführt werden, wo der Reduktionsstoffgehalt des Abgases erhöht wird, indem die Kraftstoffeinspritzung von einem Steuerschema, bei dem zusätzlich zu und nach der Hauptkraftstoffeinspritzung (der One-Shot-Kraftstoffeinspritzung oder der Multi-Shot-Kraftstoffeinspritzung) die Kraftstoffnacheinspritzung erfolgt, auf ein Steuerschema verlagert wird, bei dem in der oben beschriebenen Weise nur die Hauptkraftstoffeinspritzung erfolgt. In diesem Fall wird die in Schritt S3 gemachte Feststellung, die das unmittelbar vor dem vorgegebenen Zeitraum des Expansionshubs realisierte Steuerschema der Kraftstoffeinspritzung betrifft, von der Three-Shot-Kraftstoffeinspritzung in die Kraftstoffnacheinspritzung geändert.
6 zeigt ein Flußdiagramm zur Veranschaulichung einer Ablaufroutine zum Steuern der Änderung eines Steuerschemas der Kraftstoffeinspritzung zwecks Erhöhung und Korrektur des Kohlenwasserstoffgehalts (Reduktionsstoffgehalts) des Abgases. Diese Ablaufroutine wird bei jedem vorgegebenen Kurbelwinkel wiederholt. Wenn die Ablauflogik beginnt, geht die Steuerung in Schritt S101 weiter zu einem Block, wo das ECU 35 Signale mindestens aus dem Kurbelwinkelsensor 9, dem Luftmengensensor 11, dem Fahrpedalöffnungssensor 32 und dem Temperatursensor 19 ausliest. Anschließend werden in Schritt S102 eine optimale Menge der Hauptkraftstoffeinspritzung Qb und ein Zeitpunkt der Hauptkraftstoffeinspritzung 1b eingestellt. Die optimale Menge der Hauptkraftstoffeinspritzung Qb wird aus dem Steuerverzeichnis für die Hauptkraftstoffeinspritzung ausgelesen, das eine optimale Menge der Kraftstoffeinspritzung Qb relativ zu dem durch eine Fahrpedalöffnung repräsentierten Ziel-Ausgangsdrehmoment des Motors und zu einer durch einen Kurbeldrehwinkel repräsentierten Motordrehzahl definiert. Der Zeitpunkt der Hauptkraftstoffeinspritzung 1b wird auf einen Zeitpunkt in der Nähe des oberen Totpunkts eines Verdichtungshubs eingestellt. Insbesondere wird der Zeitpunkt der Hauptkraftstoffeinspritzung 1b von, zum Beispiel, einem Kurbelwinkel von 5° VoT als Standardzeitpunkt der Hauptkraftstoffeinspritzung nach früh verstellt, wo die Menge der Hauptkraftstoffeinspritzung Qb zunimmt, oder wird nach spät verstellt, wo die Menge der Hauptkraftstoffeinspritzung Qb abnimmt. Der Zeitpunkt der Hauptkraftstoffeinspritzung 1b wird außerdem um einen vorgegebenen Wert nach spät verstellt, wenn das Motorkühlwasser eine niedrige Temperatur hat. Danach wird eine Auslaßtemperatur des Katalysators 22 in Schritt S103 anhand des Signals von dem Temperatursensor 19, das die Abgastemperatur repräsentiert, geschätzt. Die durch das Signal von dem Temperatursensor 19 repräsentierte Abgastemperatur kann anstelle der Auslaßtemperatur des Katalysators 22 verwendet werden oder kann durch Anwendung eines Korrekturkoeffizienten, der experimentell ermittelt wird, geändert werden. Andernfalls kann die Auslaßtemperatur aufgrund einer vorhandenen Motorbetriebsbedingung und eines Fahrprotokolls geschätzt werden.
In Schritt S104 wird die Multi-Shot-Kraftstoffeinspritzung auf ein entsprechendes Steuerschema eingestellt. Wie in 8 schematisch dargestellt, hat der NOx-Katalysator eine Spitzentemperatur Tco, bei der ein Maximum der katalytischen Wirksamkeit erscheint, und zeigt einen NOx-Umwandlungswirkungsgrad, der auf beiden Seiten der Spitzentemperatur Tco allmählich abfällt. Die Two-Shot- Kraftstoffeinspritzung wird daher bei Auslaßtemperaturen des Katalysators 22 höher als die Spitzentemperatur Tco verwendet. Die Three-Shot-Kraftstoffeinspritzung wird dagegen bei Auslaßtemperaturen des Katalysators 22 gleich oder kleiner als die Spitzentemperatur Tco verwendet, um den Reduktionsstoffgehalt des dem NOx-Katalysator zugeführten Abgases zu erhöhen, um die Aktivierung des NOx-Katalysators infolge der Wärme der Oxidationsreaktion zu beschleunigen. Mit anderen Worten, die Three-Shot-Kraftstoffeinspritzung wird verwendet, um die Auslaßtemperatur des Katalysators 22 in Richtung auf die Spitzentemperatur Tco zu ändern. Bei der Two-Shot-Kraftstoffeinspritzung wird insbesondere die gegebene Menge der Hauptkraftstoffeinspritzung Qb zu gleichen Teilen in zwei Teile Qb1 und Qb2 für die erste Injektion der Kraftstoffeinspritzung zu einem Zeitpunkt Ib1 der ersten Injektion der Kraftstoffeinspritzung und für die zweite Injektion der Kraftstoffeinspritzung zu einem Zeitpunkt Ib2 der zweiten Injektion der Kraftstoffeinspritzung unterteilt. Ein Einspritzintervall Δt wird zum Beispiel zwischen ungefähr 50 µsek und ungefähr 500 µsek eingestellt. Die Two-Shot-Kraftstoffeinspritzung mit dem Einspritzintervall ermöglicht eine größere Verbesserung des Kraftstoffwirkungsgrades als die One-Shot-Kraftstoffeinspritzung (siehe 3). Analog dazu wird bei der Three-Shot-Kraftstoffeinspritzung die gegebene Menge der Hauptkraftstoffeinspritzung Qb zu gleichen Teilen in drei Teile Qb1, Qb2 und Qb3 für die erste Injektion der Kraftstoffeinspritzung zu einem Zeitpunkt Ib1 der ersten Injektion der Kraftstoffeinspritzung, für die zweite Injektion der Kraftstoffeinspritzung zu einem Zeitpunkt Ib2 der zweiten Injektion der Kraftstoffeinspritzung und für die dritte Injektion der Kraftstoffeinspritzung zu einem Zeitpunkt Ib3 aufgeteilt. Ein Einspritzintervall Δt zwischen zwei aufeinanderfolgenden Injektionen wird zum Beispiel zwischen ungefähr 50 µsek und ungefähr 500 µsek eingestellt. Die Three-Shot-Kraftstoffeinspritzung mit dem Einspritzintervall ermöglicht eine größere Verbesserung des Kraftstoffwirkungsgrades als die Two-Shot-Kraftstoffeinspritzung (siehe 3).
Anschließend wird in Schritt S105 festgestellt, ob die Dreischritt-Kraftstoffeinspritzung gerade ausgeführt wird. Wenn die Dreischritt-Kraftstoffeinspritzung gerade ausgeführt wird, dann wird in Schritt S106 ein Anstieg im Kohlenwasserstoffgehalt des Abgases HC geschätzt und in Schritt S107 mit dem vorbestimmten Referenzwert bzw. dem erwarteten Wert HCo verglichen. In diesem Fall hängt der geschätzte Anstieg im Kohlenwasserstoffgehalt des Abgases HC vom Ausgangsdrehmoment des Motors in einem vorgegebenen Zeit raum eines Expansionshubs zum Beispiel zwischen Kurbelwinkeln von 40° NoT und 120° NoT ab, während die Three-Shot-Kraftstoffeinspritzung ausgeführt wird. Wenn der Anstieg im Kohlenwasserstoffgehalt des Abgases HC den Referenzwert HCo übersteigt, dann wird das Einspritzintervall Δt in Schritt S108 um eine Zeit α verkürzt, um in Schritt S110 den Zeitpunkt Ib2 und Ib3 der zweiten und dritten Injektion der Kraftstoffeinspritzung zu ändern. Wenn dagegen der Anstieg im Kohlenwasserstoffgehalt des Abgases HC kleiner ist als der Referenzwert HCo, dann wird das Einspritzintervall Δt in Schritt S109 um die Zeit α verlängert, um in Schritt S110 den Zeitpunkt Ib2 und Ib3 der zweiten und dritten Injektion der Kraftstoffeinspritzung zu ändern. Das heißt, das Einspritzintervall Δt wird verkürzt, um einen Anstieg im Kohlenwasserstoffgehalt des Abgases einzuschränken, wenn der Anstieg im Kohlenwasserstoffgehalt des Abgases HC größer ist als der erwartete Anstieg, oder wird verlängert, um einen Anstieg im Kohlenwasserstoffgehalt des Abgases zu verstärken, wenn der Anstieg im Kohlenwasserstoffgehalt des Abgases HC kleiner ist als der erwartete Anstieg (siehe 3). Nachdem in Schritt S110 das Einspritzintervall Δt geändert wurde, wird in Schritt S111 die Three-Shot-Kraftstoffeinspritzung ausgeführt.
7 zeigt ein Flußdiagramm zur Veranschaulichung einer weiteren Ablaufroutine der Steuerung beim Ändern des Steuerschemas der Kraftstoffeinspritzung zwecks Erhöhung und Korrektur des Kohlenwasserstoffgehalts des Abgases. Wenn die Ablauflogik beginnt, geht die Steuerung in Schritt S201 weiter zu einem Block, wo das ECU 35 Signale mindestens aus dem Kurbelwinkelsensor 9, dem Luftmengensensor 11, dem Fahrpedalöffnungssensor 32 und dem Temperatursensor 19 ausliest. Anschließend werden in Schritt S202 eine optimale Menge der Hauptkraftstoffeinspritzung Qb und ein Zeitpunkt der Hauptkraftstoffeinspritzung 1b eingestellt. Nach Schätzung einer Auslaßtemperatur des Katalysators 22 anhand des Signals von dem Temperatursensor 19 in Schritt S203, werden in Schritt S204 eine Menge der Kraftstoffnacheinspritzung Qp und ein Zeitpunkt der Kraftstoffnacheinspritzung Ip aufgrund einer Motorbetriebsbedingung und aufgrund der Auslaßtemperatur des Katalysators 22 eingestellt. Die Menge der Kraftstoffnacheinspritzung wird aus einem Steuerverzeichnis der Kraftstoffnacheinspritzung ausgelesen, das dem Steuerverzeichnis der Hauptkraftstoffeinspritzung ähnlich ist und eine optimale Menge der Kraftstoffnacheinspritzung Qp relativ zu einer Fahrpedalöffnung und zu einer Motordrehzahl definiert, die experimentell ermittelt wurde. Das Steuerverzeichnis der Kraftstoffnacheinspritzung ist dergestalt, daß dafür gesorgt wird, daß die Menge der Kraftstoffnacheinspritzung größer wird, wenn die Fahrpedalöffnung größer wird und wenn die Motordrehzahl höher wird. Die Daten der optimalen Mengen der Kraftstoffeinspritzung Qp sind in einem in das ECU 35 eingebauten Speicher gespeichert. Die aus dem Steuerverzeichnis der Kraftstoffnacheinspritzung ausgelesene Menge der Kraftstoffnacheinspritzung Qp wird so verwendet, wie sie ist, wenn der Katalysator 22 eine Auslaßtemperatur in der Nähe der Spitzentemperatur Tco hat, bei der er ein Maximum an katalytischer Wirksamkeit zeigt. Die Menge der Kraftstoffnacheinspritzung Qp wird jedoch erhöht, um den Kohlenwasserstoffgehalt des dem Katalysator 22 zugeführten Abgases zu erhöhen, wenn der Katalysator 22 eine Auslaßtemperatur niedriger als die Spitzentemperatur Tco hat, oder wird herabgesetzt, um einen Anstieg in der Auslaßtemperatur des Katalysators einzuschränken, und um die Auslaßtemperatur in Richtung auf die Spitzentemperatur zu bringen, wenn der Katalysator 22 eine Auslaßtemperatur höher als die Spitzentemperatur Tco hat. Der Zeitpunkt der Kraftstoffnacheinspritzung Ip wird in einem Bereich von Kurbelwinkeln zwischen beispielsweise 40° NoT und 120° NoT nach früh verstellt, wenn eine Motorlast höher wird. Die Kraftstoffnacheinspritzung wird im Anschluß an die Hauptkraftstoffeinspritzung für jeden Zylinder nicht ausgeführt, wird aber in einer bestimmten Frequenz ausgeführt, wie zum Beispiel einmal von fünfmal Hauptkraftstoffeinspritzung bis einmal von 25mal Hauptkraftstoffeinspritzung, während die Hauptkraftstoffeinspritzung für die Zylinder in der vorbestimmten Zündreihenfolge wiederholt wird. Dieses Aussetzen der Kraftstoffnacheinspritzung wird aus dem Grund verwendet, daß bei Ausführung der Kraftstoffnacheinspritzung im Anschluß an jede Hauptkraftstoffeinspritzung die Menge an Kraftstoffnacheinspritzung zu gering ist, um eine präzise Steuerung der Kraftstoffeinspritzung durchzuführen, und daß der NOx-Katalysator 22 dazu neigt, den NOx-Umwandlungswirkungsgrad zu erhöhen, während der Reduktionsstoffgehalt des Abgases intermittierend erhöht wird.
Wenn ein Zylinder, für den die Einspritzsteuerung ausgeführt wird, ein Zylinder ist, der in Schritt S205 durch die Kraftstoffnacheinspritzung zusätzlich mit Kraftstoff versorgt werden sollte, wird anschließend in Schritt S206 ein Anstieg im Kohlenwasserstoffgehalt des Abgases HC aufgrund des Ausgangsdrehmoments des Motors in einem vorgegebenen Zeitraum eines Expansionshubs beispielsweise zwischen Kurbelwinkeln von 40° NoT und 120° NoT geschätzt und in Schritt S207 mit dem vorbestimmten Referenzwert HCo verglichen. Wenn der geschätzte Kohlenwasserstoffgehalt des Abgases den Referenzwert HCo übersteigt, dann wird in Schritt S208 die Menge der Kraftstoffnacheinspritzung Qp um einen vorbestimmten Betrag β herabgesetzt und der Zeitpunkt der Kraftstoffnacheinspritzung Ip wird um eine vorbestimmte Zeit γ nach früh verstellt. Wenn dagegen der geschätzte Kohlenwasserstoffgehalt des Abgases kleiner ist als der Referenzwert HCo, dann wird in Schritt S209 die Menge der Kraftstoffnacheinspritzung Qp um den Betrag β erhöht und der Zeitpunkt der Kraftstoffnacheinspritzung Ip um die Zeit γ nach spät verstellt. Nach Korrektur der Menge der Kraftstoffnacheinspritzung Qp und des Zeitpunkts der Kraftstoffnacheinspritzung Ip in Schritt S208 bzw. Schritt S209 wird die Kraftstoffnacheinspritzung in Schritt S210 ausgeführt.
Bei dieser Steuerung verursacht ein Anstieg in der Menge der Kraftstoffnacheinspritzung Qp eine Zunahme im Kohlenwasserstoffgehalt des Abgases oder eine Abnahme im Kohlenwasserstoffgehalt des Abgases. Wenn der Zeitpunkt der Kraftstoffnacheinspritzung Ip nach früh verstellt wird, verursacht dies proportional eine Zunahme an nachverbrennendem Kraftstoff mit dem Ergebnis, daß der Kohlenwasserstoffgehalt des Abgases reduziert wird. Wenn dagegen der Zeitpunkt der Kraftstoffnacheinspritzung Ip nach spät verstellt wird, verursacht dies proportional eine Abnahme an nachverbrennendem Kraftstoff mit dem Ergebnis, daß der Kohlenwasserstoffgehalt des Abgases erhöht wird. Wenn der Zeitpunkt der Kraftstoffnacheinspritzung Ip nach früh verstellt wird, soll die Herabsetzung der Menge der Kraftstoffnacheinspritzung Qp außerdem noch verhindern, daß das Ausgangsdrehmoment des Motors übermäßig ansteigt, weil das Ausgangsdrehmoment des Motors höher ansteigt als das verlangte Drehmoment, wenn der Anteil an nachverbrennendem Kraftstoff zunimmt.
Die 9A und 9B zeigen ein Flußdiagramm zur Veranschaulichung einer weiteren Ablaufroutine zum Schätzen eines Anstiegs im Kohlenwasserstoff- bzw. Reduktionsstoffgehalt des Abgases durch ein zweites Schätzmittel und zum Durchführen einer Fehlerdiagnose des zweiten Schätzmittels durch das zweite Diagnosemittel. Wenn die Ablauflogik beginnt, geht die Steuerung in Schritt S310 weiter zu einem Block, wo das ECU 35 Signale mindestens aus dem Kurbelwinkelsensor 9, dem Luftmengensensor 11 und dem Fahrpedalöffnungssensor 32 ausliest. Anschließend wird in Schritt S320 ein Einflußzeitraum Tz eingestellt. Der Einflußzeitraum Tz bezeichnet einen Zeitraum, in dem ein Einfluß eines Anstiegs im Kohlenwasserstoffgehalt des Abgases, der durch die Three-Shot-Kraftstoffeinspritzung verursacht wird, im Ausgangsdrehmoment des Motors sicht bar wird. Wenn die Three-Shot-Kraftstoffeinspritzung ausgeführt wird, nimmt der Kohlenwasserstoffgehalt des Abgases zu. Das Abgas wird teilweise in den Ansaugluftkanal 10 zurückgeführt und in den Brennräume der Zylinder, die sich in einem Ansaughub befinden, eingeleitet, so daß Kohlenwasserstoff in dem zurückgeführten Gas zusammen mit dem durch den Kraftstoffinjektor 5 eingesprühten Kraftstoff verbrannt wird. Demzufolge gibt es eine Zeitverzögerung, bevor ein Einfluß eines Anstiegs im Kohlenwasserstoffgehalt des Abgases im Ausgangsdrehmoment des Motors sichtbar wird. Der Einflußzeitraum Tz ist definiert als Länge der Zeit von einem Zeitpunkt Tz1 (Zeitpunkt, an dem der Einfluß sichtbar wird), an dem nach Beginn der Three-Shot-Kraftstoffeinspritzung der Einfluß im Ausgangsdrehmoment des Motors sichtbar wird, bis zu einem Zeitpunkt Tz2 (Zeitpunkt, an dem der Einfluß wieder verschwindet), an dem der Einfluß nicht mehr sichtbar ist. Die Zeitpunkte Tz1 und Tz2, an denen der Einfluß sichtbar wird und wieder verschwindet, werden als experimentelle Messungen in Bezug auf eine Motordrehzahl und eine Fahrpedalöffnung registriert und in dem Speicher des ECU 35 elektronisch gespeichert. In dem Verzeichnis wird jeder Zeitpunkt Tz1, Tz2 früher eingestellt, wenn die Motordrehzahl höher wird und die Fahrpedalöffnung größer wird. Ferner wird der Einflußzeitraum Tz kürzer gemacht, wenn die Motordrehzahl höher wird und die Fahrpedalöffnung größer wird.
Anschließend wird in Schritt S303 und S304 festgestellt, ob die Three-Shot-Kraftstoffeinspritzung begonnen hat bzw. beendet wurde. Wenn festgestellt wird, daß die Three-Shot-Kraftstoffeinspritzung beendet wurde, dann wird nach Änderung eines Zeitwerts T um ein Inkrement 1 (eins) in Schritt S305 schließlich in Schritt S306 festgestellt, ob der Zeitwert T den Zeitpunkt Tz1, an dem der Einfluß sichtbar wird, erreicht oder überschritten hat. Wenn der Zeitwert T den Zeitpunkt Tz1, an dem der Einfluß sichtbar wird, erreicht oder überschritten hat, wird in Schritt S307 weiterhin festgestellt, ob ein Hub eines in einem Expansionshub befindlichen Zylinders 2 bei einem Kurbelwinkel von 90° NoT erfolgt. Wenn der Hub des Zylinders 2 einen Kurbelwinkel von 120° NoT erreicht, wird in Schritt S308 eine Änderung in der Motordrehzahl (Motordrehzahländerung) ΔNe aufgrund des Signals von dem Kurbelwinkelsensor 9 als Änderung im Ausgangsdrehmoment des Motors berechnet, während sich die Kurbelwelle von einem Kurbelwinkel von 0° NoT bis zu einem Kurbelwinkel von 90° NoT weiterdreht, und in dem Speicher des ECU 35 gespeichert. Die Motordrehzahländerung ΔNe wird anhand einer in Schritt S309 getroffenen Feststellung kontinuierlich berechnet und gespeichert, bis der Zeitwert T1 den Zeitpunkt Tz2 erreicht, an dem der Einfluß wieder verschwindet.
Gemäß 10 ist eine Änderung im Ausgangsdrehmoment des Motors definiert durch eine Differenz zwischen dem Ausgangsdrehmoment des Motors bei einem Kurbelwinkel von 90° NoT eines Verdichtungshubs und dem Ausgangsdrehmoment des Motors bei einem Kurbelwinkel bei einem OT des Verdichtungshubs. Da die Winkelgeschwindigkeit der Drehung der Kurbelwelle höher wird, wenn das Ausgangsdrehmoment des Motors größer wird, und ein Zeitraum zwischen Kurbelwinkeln von OT und 90° NoT eines Verdichtungshubs infolgedessen kürzer wird, mit anderen Worten eine Motordrehzahländerung ΔNe in diesem Zeitraum klein gemacht wird, dann entspricht die Motordrehzahländerung ΔNe der Änderung im Ausgangsdrehmoment des Motors.
Danach wird in Schritt S310 eine durchschnittliche Motordrehzahländerung ΔNeav zwischen den im Einflußzeitraum Tz erfaßten Motordrehzahländerungen ΔNe berechnet. Nachdem in Schritt S311 der Zeitwert T auf null zurückgesetzt wurde, wird in Schritt S312 eine Differenz ΔN zwischen der durchschnittlichen Motordrehzahländerung ΔNeav und einer Referenz-Motordrehzahländerung ΔNeavo berechnet. Ein Anstieg im Kohlenwasserstoffgehalt des Abgases wird aufgrund der Differenz der durchschnittlichen Motordrehzahländerung ΔN geschätzt. Eine Motordrehzahländerung, die erwartet wird, wenn die Two-Shot-Kraftstoffeinspritzung unter einer gleichen Motorbetriebsbedingung ausgeführt wird, wird anstelle der Referenz-Motordrehzahländerung ΔNeavo verwendet. Je größer die Differenz der durchschnittlichen Motordrehzahländerung ΔN, desto größer der geschätzte Anstieg im Kohlenwasserstoffgehalt des Abgases.
Nach der Schätzung eines Anstiegs im Kohlenwasserstoffgehalt des Abgases wird anschließend in Schritt S313 festgestellt, ob die Differenz der durchschnittlichen Motordrehzahländerung ΔN größer ist als eine Referenzdifferenz der durchschnittlichen Motordrehzahländerung ΔNo, was ein oberer kritischer Wert ist, bei dem die Steuerung des Anstiegs des Reduktionsstoffgehalts des Abgases noch als normal angesehen wird. Nachdem in Schritt S314 eine Frequenz des Auftretens einer abnormalen Steuerung N um ein Inkrement 1 (eins) geändert wurde, wenn die Differenz der durchschnittlichen Motordrehzahländerung ΔN größer ist als die Referenzdifferenz der durchschnittlichen Motordrehzahländerung ΔNo, oder ohne Änderung der Frequenz des Auftretens einer abnormalen Steuerung N, wird in Schritt S315 eine Überwachungsfrequenz M um ein Inkrement 1 (eins) geändert. Danach wird in Schritt S316 festgestellt, ob die Überwachungsfrequenz M eine vorbestimmte Referenz-Überwachungsfrequenz Mo erreicht hat. Die Ablauflogik wird von Schritt S301 bis S315 wiederholt, bis die Ablauflogik eine durch die Referenz-Überwachungsfrequenz Mo repräsentierte Anzahl von Malen wiederholt worden ist. Wenn die Ablauflogik die durch die Referenz-Überwachungsfrequenz Mo repräsentierte Anzahl von Malen wiederholt worden ist, wird in Schritt S317 weiterhin festgestellt, ob ein Abnormitätsvorkommen größer ist als ein Referenzverhältnis No. Wenn das Abnormitätsvorkommensverhältnis N größer ist als das Referenzverhältnis No, wird in Schritt S318 beschlossen, daß die Steuerung des Anstiegs des Reduktionsstoffgehalts des Abgases abnormal ist, und es wird eine Warnung abgesetzt. Wenn das Abnormitätsvorkommensverhältnis No kleiner ist als das Referenzverhältnis No, oder nachdem die Abnormität beschlossen wurde, werden die Frequenz des Auftretens einer abnormalen Steuerung N und die Überwachungsfrequenz M in Schritt S319 wieder auf null gesetzt, und der letzte Schritt befiehlt dann die Rückkehr zu einer weiteren Ablaufroutine.
Bei der obigen Ausführungsform schränkt der Einflußzeitraum Tz die Steuerung des Anstiegs im Reduktionsstoffgehalt des Abgases ein. Mit anderen Worten, die Two-Shot-Kraftstoffeinspritzung muß verhindern, daß sich die Nachverbrennung infolge eines Anstiegs im Reduktionsstoffgehalt des Abgases negativ auf eine Motordrehzahländerung ΔNe auswirkt. In dem Fall, wo die Nachverbrennung benutzt wird, um die Reduktionsstoffgehalt des Abgases zu erhöhen, ist die Nachverbrennung so gesteuert, daß sie nach einem Kurbelwinkel von 90° NoT erfolgt.
11 ist ein Flußdiagramm zur Veranschaulichung einer Ablaufroutine der Steuerung der Auswahl eines Diagnosemittels des Motorsteuerungssystems, die bei dem ersten und dem zweiten Diagnosemittel vorgesehen ist, um eine Fehlerdiagnose der Schätzmittel durchzuführen, um den Reduktionsstoffgehalt des Abgases zu erhöhen. Wenn die Ablauflogik beginnt, und nachdem in Schritt S401 Signale eingelesen wurden, die Steuerparameter repräsentieren, wird in Schritt S402 festgestellt, ob eine Bedingung zur Überwachung einer abnormalen Funktion des Schätzmittels erfüllt ist, um den Reduktionsstoffgehalt des Abgases zu erhöhen. Zu der Überwachungsbedingung gehört mindestens, daß eine vorgegebene Zeit verstrichen ist, nachdem der Motor in einen normalen Betriebszustand über gegangen ist; daß noch keine Diagnose vorgenommen wurde; daß der Motor warmgelaufen ist (d.h. die Temperatur des Motorkühlwassers oder die Temperatur des Abgases höher ist als ein vorgegebenes Niveau); und daß eine vorgegebene Zeit seit der ersten Ausführung der Three-Shot-Kraftstoffeinspritzung verstrichen ist. Wenn die Überwachungsbedingung vollständig erfüllt ist, wird in Schritt S403 festgestellt, ob der geschätzte Anstieg im Kohlenwasserstoffgehalt des Abgases HC gleich oder kleiner ist als ein vorbestimmter erster Referenzwert HC1. Der geschätzte Anstieg im Kohlenwasserstoffgehalt des Abgases HC entspricht einer Änderung im Ausgangsdrehmoment des Motors bei einem Expansionshub, die nach einem Anstieg im Reduktionsstoffgehalt des Abgases infolge der Three-Shot-Kraftstoffeinspritzung erfolgt. Die Tatsache, daß ein geschätzter Anstieg im Kohlenwasserstoffgehalt des Abgases HC kleiner ist als ein vorbestimmter Referenzwert HCo, deutet darauf hin, daß eine Änderung in der Motorleistung kleiner ist als eine vorbestimmte Änderung.
Wenn der geschätzte Anstieg im Kohlenwasserstoffgehalt des Abgases HC kleiner ist als der erste Referenzwert HC1, wird in Schritt S404 eine Diagnose durch das erste Diagnosemittel ausgeführt. Wenn in Schritt S403 der geschätzte Anstieg im Kohlenwasserstoffgehalt des Abgases HC größer ist als der erste Referenzwert HC1, oder nach Ausführung der Diagnose in Schritt S404, wird in Schritt S405 weiterhin festgestellt, ob der geschätzte Anstieg im Kohlenwasserstoffgehalt des Abgases größer ist als ein vorbestimmter zweiter Referenzwert HC2, der größer eingestellt ist als der erste Referenzwert HC1. Wenn der geschätzte Anstieg im Kohlenwasserstoffgehalt des Abgases HC größer ist als der zweite Referenzwert HC2, wird in Schritt S406 eine weitere Diagnose durch das zweite Diagnosemittel ausgeführt.
Weil der erste Referenzwert HC1 kleiner ist als der zweite Referenzwert HC2, wird die Diagnose nur durch das erste Diagnosemittel ausgeführt, wenn ein geschätzter Anstieg im Kohlenwasserstoffgehalt des Abgases HC kleiner ist als der erste Referenzwert HC1, sowohl durch das erste als auch durch das zweite Diagnosemittel, wenn ein geschätzter Anstieg im Kohlenwasserstoffgehalt des Abgases HC zwischen dem ersten und dem zweiten Referenzwert HC1 und HC2 liegt, oder nur durch das zweite Diagnosemittel, wenn ein geschätzter Anstieg im Kohlenwasserstoffgehalt des Abgases größer ist als der erste Referenzwert HC1. Wenn die Diagnose sowohl durch das erste als auch durch das zweite Diagnosemittel ausge führt wird, wird eine der beiden Diagnosen vor der anderen ausgeführt. Insbesondere in dem Fall, wo sich das Ausgangsdrehmoment des Motors bedeutend ansteigend ändert, wenn die Steuerung der Erhöhung des Reduktionsstoffgehalts des Abgases ausgeführt wird, ist die durch das erste Diagnosemittel vorgenommene Diagnose der Abnormität oder Normalität präzise. In dem Fall jedoch, wo ein Anstieg im Ausgangsdrehmoment des Motors gering ist, deutet dies darauf hin, daß das Ausgangsdrehmoment des Motors keinen signifikanten Unterschied gegenüber dem Ausgangsdrehmoment besitzt, wenn die Steuerung der Erhöhung des Reduktionsstoffgehalts des Abgases nicht ausgeführt wird, und dann ist die Diagnose der Abnormität oder Normalität nicht immer präzise bzw. ungenau. Der Fall eines großen Anstiegs im Ausgangsdrehmoment des Motors tritt dann ein, wenn eine geringe Menge an unverbranntem Restkraftstoff vorliegt, mit anderen Worten, wenn ein geschätzter Anstieg im Kohlenwasserstoffgehalt des Abgases HC klein ist. Das erste Diagnosemittel wird daher benutzt, wenn ein geschätzter Anstieg im Kohlenwasserstoffgehalt des Abgases HC kleiner ist als der erste Referenzwert HC1. Das zweite Diagnosemittel ist dagegen geeignet, eine Diagnose der Abnormität aufgrund einer Amplitude des Ausgangsdrehmoments des Motors durchzuführen, wenn die Menge an Reduktionsstoff infolge der Ausführung der Steuerung der Erhöhung des Reduktionsstoffgehalts des Abgases erhöht ist, der Reduktionsstoff in den Brennraum zurückgeführt und dann verbrannt wird. In dem Fall, wo sich das Ausgangsdrehmoment signifikant ansteigend ändert, ist daher die Diagnose der Abnormität oder Normalität durch das zweite Diagnosemittel präzise. Der Fall eines großen Anstiegs im Ausgangsdrehmoment des Motors tritt dann ein, wenn eine große Menge unverbrannter Restkraftstoff vorliegt, mit anderen Worten, wenn ein geschätzter Anstieg im Kohlenwasserstoffgehalt des Abgases HC groß ist. Das zweite Diagnosemittel wird daher benutzt, wenn ein geschätzter Anstieg im Kohlenwasserstoffgehalt des Abgases HC kleiner ist als der zweite Referenzwert HC2. Wenngleich die Diagnose sowohl durch das erste als auch durch das zweite Diagnosemittel ausgeführt wird, wenn ein geschätzter Anstieg im Kohlenwasserstoffgehalt des Abgases HC zwischen dem ersten und dem zweiten Referenzwert HC1 und HC2 liegt, kann eine Warnung abgesetzt werden, wenn mindestens eines von dem ersten und dem zweiten Diagnosemittel eine Abnormität feststellt. Dies ist von Vorteil bezüglich der Veranlassung einer frühzeitigen Überprüfung des Motorsteuerungssystems. Wenn eine Warnung nur dann abgesetzt wird, wenn sowohl von dem ersten als auch von dem zweiten Diagno semittel eine Abnormität festgestellt wird, sorgt dies ferner für eine bessere Zuverlässigkeit der Diagnose.
Der erste Referenzwert HC1 kann größer eingestellt sein als der zweite Referenzwert HC2. Wenn in diesem Fall ein geschätzter Anstieg im Kohlenwasserstoffgehalt des Abgases HC zwischen dem ersten und dem zweiten Referenzwert HC1 und HC2 liegt, wird die Diagnose in keiner Weise weder durch das erste Diagnosemittel noch durch das zweite Diagnosemittel ausgeführt. Dies bedeutet, daß keine Diagnose der Abnormität vorgenommen wird, wenn zu erwarten ist, daß die Diagnose unzuverlässig ist.
In dem Fall, wo die Kraftstoffnacheinspritzung benutzt wird, um den Reduktionsstoffgehalt des Abgases zu erhöhen, werden das erste und das zweite Diagnosemittel ausgewählt, um festzustellen, ob ein Zeitpunkt der Kraftstoffnacheinspritzung Ip auf einer frühen oder auf einer späten Seite liegt. Wenn ein Zeitpunkt der Kraftstoffnacheinspritzung Ip auf der frühen Seite liegt, deutet dies darauf hin, daß die Menge an unverbranntem Restkraftstoff in dem Brennraum gering ist und eine Änderung im Ausgangsdrehmoment des Motors größer ist, weil die Steuerung der Erhöhung des Reduktionsstoffgehalts des Abgases ausgeführt worden ist. In diesem Fall ist es vorteilhaft, das erste Diagnosemittel zu benutzen. Wenn ein Zeitpunkt der Kraftstoffnacheinspritzung Ip auf der späten Seite liegt, deutet dies darauf hin, daß die Menge an unverbranntem Restkraftstoff in dem Brennraum groß ist und eine Änderung im Ausgangsdrehmoment des Motors größer ist, weil der unverbrannte Restkraftstoff, der in den Brennraum zurückgeführt wurde, verbrannt wurde. In diesem Fall ist es vorteilhaft, das zweite Diagnosemittel zu benutzen.
Angesichts der obigen Ausführungen wird eine Ablaufroutine der Steuerung der Auswahl des ersten und des zweiten Diagnosemittels konfiguriert, indem die Schritte S403 und S405 der durch das Flußdiagramm von 11 veranschaulichten Ablaufroutine geändert werden. Insbesondere wird in Schritt S403 festgestellt, ob ein Zeitpunkt der Kraftstoffnacheinspritzung Ip auf einer frühen Seite liegt, nämlich früher als ein vorgegebener erster Kurbelwinkel Ip1. In Schritt S405 wird festgestellt, ob ein Zeitpunkt der Kraftstoffnacheinspritzung Ip auf einer späten Seite liegt, nämlich später als ein vorgegebener zweiter Kurbelwinkel Ip2.
12 ist ein Flußdiagramm zur Veranschaulichung einer Ablaufroutine der Steuerung der Auswahl des ersten und des zweiten Schätzmittels zum Erhöhen des Reduktionsstoffgehalts des Abgases. Wenn die Ablauflogik beginnt, und nachdem in Schritt S501 Steuerparameter repräsentierende Signale eingelesen wurden, wird in Schritt S502 festgestellt, ob ein geschätzter Anstieg im Kohlenwasserstoffgehalt des Abgases HC gleich oder kleiner ist als ein vorbestimmter erster Referenzwert HC1. Wenn der geschätzte Anstieg im Kohlenwasserstoffgehalt des Abgases HC gleich oder kleiner ist als der erste Referenzwert HC1, dann wird das erste Schätzmittel benutzt und führt in Schritt S503 eine Schätzung eines Anstiegs im Kohlenwasserstoffgehalt des Abgases durch. Wenn dagegen in Schritt S502 der geschätzte Anstieg im Kohlenwasserstoffgehalt des Abgases HC größer ist als der erste Referenzwert HC1, oder nach Durchführung einer Schätzung eines Anstiegs im Kohlenwasserstoffgehalt des Abgases in Schritt S503, wird in Schritt S504 festgestellt, ob der geschätzte Anstieg im Kohlenwasserstoffgehalt des Abgases HC gleich oder kleiner ist als ein vorbestimmter zweiter Referenzwert HC2, der größer eingestellt ist als der erste Referenzwert HC1. Wenn der geschätzte Anstieg im Kohlenwasserstoffgehalt des Abgases HC größer ist als der zweite Referenzwert HC2, dann wird das zweite Schätzmittel benutzt und führt in Schritt S505 eine Schätzung eines Anstiegs im Kohlenwasserstoffgehalt des Abgases durch.
Weil der erste Referenzwert HC1 kleiner ist als der zweite Referenzwert HC2, wird die Schätzung eines Anstiegs im Kohlenwasserstoffgehalt des Abgases nur durch das erste Schätzmittel ausgeführt, wenn ein geschätzter Anstieg im Kohlenwasserstoffgehalt des Abgases HC kleiner ist als der erste Referenzwert HC1, sowohl durch das erste als auch durch das zweite Schätzmittel, wenn ein geschätzter Anstieg im Kohlenwasserstoffgehalt des Abgases HC zwischen dem ersten und dem zweiten Referenzwert HC1 und HC2 liegt, oder nur durch das zweite Schätzmittel, wenn ein geschätzter Anstieg im Kohlenwasserstoffgehalt des Abgases HC größer ist als der erste Referenzwert HC1. Das erste Schätzmittel wird benutzt, um einen Anstieg im Reduktionsstoffgehalt des Abgases HC in dem Fall zu schätzen, wo das Ausgangsdrehmoment des Motors bei einem Expansionshub signifikant ansteigt, wenn die Steuerung der Erhöhung des Reduktionsstoffgehalts des Abgases ausgeführt wird. Das zweite Schätzmittel wird dagegen benutzt, um einen Anstieg im Kohlenwasserstoffgehalt des Abgases in dem Fall zu schätzen, wo das Aus gangsdrehmoment des Motors infolge der Verbrennung einer erhöhten Menge an Reduktionsstoff, der in den Brennraum zurückgeführt wurde, signifikant ansteigt.
In dem Fall, wo sich das Ausgangsdrehmoment des Motors signifikant ansteigend verändert, ist daher die Diagnose der Abnormität oder Normalität durch das zweite Diagnosemittel präzise. Der Fall eines großen Anstiegs im Ausgangsdrehmoment des Motors tritt dann ein, wenn eine große Menge an unverbranntem Restkraftstoff vorliegt. Demzufolge ist der geschätzte Anstieg im Reduktionsstoffgehalt des Abgases höchst zuverlässig.
Wenngleich das Motorsteuerungssystem gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform eine Änderung im Ausgangsdrehmoment des Motors erfaßt, die darauf zurückzuführen ist, daß Abgas, das eine erhöhte Menge an Reduktionsstoff enthält, zu dem zweiten Schätzmittel und dem zweiten Diagnosemittel zurückgeführt wurde, und die Schätzung eines Anstiegs im Reduktionsstoffgehalt des Abgases und die Diagnose der Abnormität des zweiten Schätzmittels aufgrund der erfaßten Änderung im Ausgangsdrehmoment des Motors durchführt, können die Schätzung und die Diagnose aufgrund einer Änderung im Pegel eines Signals durchgeführt werden, das die durch einen im Abgaskanal 10 angeordneten Sauerstoffsensor gelieferte Sauerstoffdichte des Abgases repräsentiert, oder aufgrund einer Änderung im Pegel eines Signals, das die durch einen im Abgaskanal 10 angeordneten Temperatursensor gelieferte Temperatur des Abgases repräsentiert.

Claims

Motorsteuerungssystem für einen Motor (1), das mit Verbrennungssteuermitteln (6a, 9, 32) zum Steuern der Kraftstoffverbrennung in einem Brennraum (4) entsprechend den Motorbetriebsbedingungen und mit Reduktionsstofferhöhungsmitteln zum Erhöhen eines Reduktionsstoffgehalts des Abgases durch Ändern eines Verbrennungssteuerschemas durch die Verbrennungssteuermittel ausgestattet ist und das mit Drehmomenterfassungsmitteln (32, 35) zum Erfassen des Ausgangsdrehmoments des Motors ausgestattet ist, gekennzeichnet durch: Schätzmittel (S1-S6; SA1-SA6; SB1-SB6) zur Inbetriebnahme der Reduktionsstofferhöhungsmittel während eines Expansionshubs und zum Schätzen eines Anstiegs im Reduktionsstoffgehalt des Abgases aufgrund einer Änderung im Ausgangsdrehmoment des Motors, die zumindest während des Expansionshubs infolge des Betriebs der Reduktionsstofferhöhungsmittel verursacht wurde.
Motorsteuerungssystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch: Korrekturmittel zum Korrigieren der Funktionsweise (SA7-SA11; SA7-SA10) der Reduktionsstofferhöhungsmittel, um durch entsprechende Korrektur den durch die Schätzmittel (S1-S6; SA1-SA6; SB1-SB6) geschätzten Anstieg im Reduktionsstoffgehalt des Abgases bereitzustellen, womit ein Zielanstieg im Reduktionsstoffgehalt des Abgases erreicht wird.
Motorsteuerungssystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch: Diagnosemittel (S7-S14) zur Durchführung einer Diagnose der Abnormität der Reduktionsstofferhöhungsmittel aufgrund eines entsprechend den Motorbetriebsbedingungen voreingestellten Referenzanstiegs im Reduktionsstoffgehalt des Abgases und aufgrund des durch die Schätzmittel (S1-S6; SA1-SA6; SB1-SB6) geschätzten Anstiegs im Reduktionsstoffgehalt des Abgases.