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DE69108213T2 - Abgasreinigungssystem für einen Dieselmotor. - Google Patents

Abgasreinigungssystem für einen Dieselmotor.

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Publication number
DE69108213T2
DE69108213T2 DE69108213T DE69108213T DE69108213T2 DE 69108213 T2 DE69108213 T2 DE 69108213T2 DE 69108213 T DE69108213 T DE 69108213T DE 69108213 T DE69108213 T DE 69108213T DE 69108213 T2 DE69108213 T2 DE 69108213T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
diesel engine
exhaust gas
valve
excess air
air ratio
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
DE69108213T
Other languages
English (en)
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DE69108213D1 (de
Inventor
Shinya Hirota
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Publication of DE69108213D1 publication Critical patent/DE69108213D1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE69108213T2 publication Critical patent/DE69108213T2/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • F02B37/12—Control of the pumps
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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Abgasreinigungssystem für einen Dieselmotor mit einem Katalysator, der in ein Abgasrohr des Motors eingebaut und mit einem Zeolith gebildet ist, welcher zum Verringern von in dem Abgas aus dem Motor enthaltenen Stickoxiden (NOx) unter Oxidationsgasbedingungen und bei dem Vorhandensein von Kohlewasserstoffen mindestens eine Art von Metall trägt, das aus der Gruppe aus Übergangsmetallen und Edelmetallen gewählt ist (nachstehend als Mager-NOx-Katalysator bezeichnet).
  • Ein Mager-NOx-Katalysator ist beispielsweise aus der Japanischen Patentveröffentlichung Nr. HEI 1-130735 und der Japanischen Patentveröffentlichung Nr. HEI 1-135541 bekannt.
  • Der Mager-NOx-Katalysator kann ein hohes NOx-Reinigungsverhältnis nur in einem bestimmten Temperaturbereich (von beispielsweise 400 ºC bis 550 ºC) zeigen. falls insbesondere die Katalysatortemperatur höher als ein oberer Grenzwert des Temperaturbereichs ist, werden die in dem Abgas enthaltenen, für die Reduktion von NOx erforderlichen Kohlewasserstoffe (HC) oxidiert, so daß die Menge an FiC unzureichend wird. Falls dagegen die Katalysatortemperatur niedriger als ein unterer Grenzwert des Temperaturbereichs ist, geht die Wirksamkeit des Mager-NOX-Katalysators verloren, so daß das NOx-Reinigungsverhältnis des Mager-NOx-Katalysators vermindert ist.
  • Da ein Dieselmotor mit magerem Luft/Brennstoff-Verhältnissen, das heißt, unter Oxidationsgasbedingungen betrieben wird, wäre eine Kombination aus dem Dieselmotor und dem Mager-NOx-Katalysator wünschenswert. Da jedoch bei einem Brennstoffdirekteinspritzungs-Dieselmotor, bei dem der Brennstoff direkt in einem Zylinder des Motors eingespritzt wird, die Abgastemperatur proportional mit einem Anstieg der Brennstoffeinspritzmenge ansteigt, ist nur ein schmaler Drehmomentbereich nutzbar, in dem der Mager-NOx-Katalysator ein ausreichend hohes NOX-Reinigungsverhältnis zeigen kann. Demzufolge kann von dem Ausrüsten eines Dieselmotors mit einem Mager-NOx-Katalysator keine große Verbesserung des NOx-Reinigungsverhältnisses erwartet werden.
  • In der DE-A-3306484 ist ein Abgasreinigungssystem gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschrieben.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, für einen Dieselmotor ein Abgasreinigungssystem zu schaffen, das ein hohes NOx-Relnigungsverhältnis über einen breiten Motorarbeitsbereich durch Verwendung einer Vorrichtung hat, die zum Steuern einer Ansaugluftmenge unabhängig von einer Brennstoffeinspritzmenge geeignet ist, um die Abgastemperatur unabhängig von dem Maschinendrehmoment zu steuern.
  • Die vorstehend beschriebene Aufgabe kann mit einem erfindungsgemäßen Abgasreinigungssystem für einen Dieselmotor gelöst werden. Das System umfaßt einen Dieselmotor mit einem Abgasrohr, einen Katalysator, der in das Abgasrohr eingebaut ist und aus einem Zeolith gebildet ist, der zum Verringern von in dem Abgas aus dem Dieselmotor enthaltenen Stickoxiden unter Oxidationsgasbedingungen und bei dem Vorhandensein von Kohlewasserstoffen mindestens eine Art von Metall trägt, das aus der Gruppe aus Übergangsmetallen und Edelmetallen gewählt ist, eine Sensorvorrichtung zum Erfassen einer Katalysatortemperatur oder einer der Katalysatortemperatur entsprechenden Temperatur, eine Luftüberschußverhältnis-Änderungsvorrichtung zum Andern eines Luftüberschußverhältnisses des Dieselmotors ohne Änderung einer Brennstoffeinspritzmenge des Dieselmotors und eine Einrichtung zum Steuern der Luftüberschußverhältnis-Anderungsvorrichtung derart, daß das Luftüberschußverhältnis erhöht wird, wenn die durch die Sensorvorrichtung erfaßte Katalysatortemperatur höher als ein oberer Grenzwert eines vorbestimmten Temperaturbereichs ist, und das Luftüberschußverhältnis verringert wird, wenn die durch die Sensorvorrichtung erfaßte Kataiysatortemperatur niedriger als ein unterer Grenzwert des vorbestimmten Temperaturbereichs ist.
  • Die Luftüberschuß-Änderungsvorrichtung enthält beispielsweise ein Abflußabsperrventil (WGV) und eine Öffnungs- und Schließvorrichtung für das Abflußabsperrventil, ein Ansaugluft-Drosselventil und eine Öffnungs- und Schließvorrichtung für das Drosselventil oder ein Verwirbelungssteuerventil (SCV) und eine Öffnungs- und Schließvorrichtung für das Verwirbelungssteuerventil. Durch Steuern eines Öffnungsgrades des Abflußabsperrventils, des Drosselventils oder des Verwirbelungss teuerventils kann die Ansaugluftmenge ohne Veränderung der Brennstoffeinspritzmenge verändert werden, so daß das Luftüberschußverhältnis ohne wesentliche Änderung des Maschinendrehmomentes gesteuert werden kann. Wenn in diesem Fall die Ansaugiuftmenge (das Luftüberschußverhältnis) größer wird, sinkt die Abgastemperatur, und wenn die Ansaugluftmenge geringer wird, steigt die Abgastemperatur.
  • Wenn die Katalysatortemperatur niedriger als ein unterer Grenzwert des vorbestimmten Temperaturbereichs (von beispielsweise 400 ºC bis 500 ºC) ist, wird das Luftüberschußverhältnis zu einem kleinen Luftüberschußverhältnis hin gesteuert, so daß die Abgastemperatur ansteigt, während dann, wenn die Katalysatortemperatur höher als ein oberer Grenzwert des vorbestimmten Temperaturbereichs ist, das Luftüberschußverhältnis zu einem großen Luftüberschußverhältnis hin gesteuert wird, so daß die Abgastemperatur sinkt. Infolgedessen kann die Abgastemperatur unabhängig von dem Drehmoment auf eine Temperatur in dem vorbestimmten Temperaturbereich gesteuert werden, so daß das NOx-Reinigungsverhältnis des Mager-NOx-Katalysators erhöht werden kann, ohne die Drehmomentkennlinie der Maschine zu verschlechtern.
  • Die vorstehenden und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deutlicher und leichter aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungen ersichtlich, in denen
  • Fig. 1 eine schematische Systemdarstellung eines Abgasreinigungssystems für einen Dieselmotor gemäß irgendeinem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist,
  • Fig. 2 ein Ablaufdiagramm einer bei irgendeinem Ausführungsbeispiel der Erfindung anwendbaren Brennstoffeinspritzmengen-Steuerroutine ist,
  • Fig. 3 ein Ablaufdiagramm einer bei einem ersten und einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung anwendbaren Luftüberschußverhältnis-Steuerroutine ist,
  • Fig. 4 eine Schnittansicht eines Einlaßkanals eines Abgasreinigungssystems für einen Dieselmotor gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist,
  • Fig. 5 ein Ablaufdiagramm einer bei dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung anwendbaren Luftüberschußverhältnis-Steuerroutine ist,
  • Fig. 6 eine graphische Darstellung einer für die Berechnung gemäß dem Ablaufdiagramm nach Fig. 5 verwendeten Grundbrennstoffeinspritzmenge/Maschinendrehzahl-Tabelle ist,
  • Fig. 7 eine graphische Darstellung einer für die Berechnung gemäß dem Ablaufdiagramm nach Fig. 5 verwendeten Temperaturbereich/Grundbrennstoffeinspritzmenge-Tabelle ist und
  • Fig. 8 eine graphische Darstellung einer für die Berechnung bei dem dritten Ausführungsbeispiel verwendeten Abgastemperatur/Brennstoffeinspritzmenge-Tabelle ist.
  • Es werden drei bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Diese Ausführungsbeispiele unterscheiden sich voneinander hinsichtlich der Wahl einer Luftüberschußverhältnis-Änderungsvorrichtung. Die Luftüberschußve.rhältnis-Änderungsvorrichtung enthält bei dem ersten Ausführungsbeispiel ein Abflußabsperrventil und eine Öffnungs- und Schließvorrichtung für das Abflußabsperrventil, bei dem zweiten Ausführungsbeispiel ein Ansaugluft-Drosselventil und eine Öffnungs- und Schließvorrichtung für das Drosselventil und bei dem dritten Ausführungsbeispiel ein Verwirbelungssteuerventil und eine Öffnungs- und Schließvorrichtung für das Verwirbelungssteuerventil. Bei jedem Ausführungsbeispiel der Erfindung werden eine Brennstoffeinspritzmenge und ein Luftüberschußverhältnis durch Steuerroutinen gesteuert, die in einer Maschinensteuereinheit (ECU) gespeichert sind. Die Steuerungen der Brennstoffeinspritzung und des Luftüberschußverhältnisses sind voneinander unabhängig, so daß das Luftüberschußverhältnis ohne Veränderung der Brennstoffeinspritzmenge geändert werden kann. Da die Routine für das Steuern der Brennstoffeinspritzmenge für jegliches Ausführungsbeispiel der Erfindung gemeinsam angewandt werden kann, wird die Brennstoffeinspritzmengen-Steuerroutine nur in Verbindung mit dem ersten Ausführungs beispiel erläutert.
    • ERSTES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL
  • Gemäß der Darstellung in Fig. 1 ist ein Dieselmotor 2 mit einem Turbolader 12 versehen, in welchem eine Turbine 12a durch die Energie der Maschinenabgase in Drehung versetzt wird und einen mit der Turbine gekoppelten Kompressor antreibt. Der Dieselmotor 2 hat ein Abgasrohr, in das ein Mager-NOx-Katalysator 4 zum Verringern und Reinigen von in dem Abgas enthaltenen Stickoxiden (NOx) eingebaut ist. Stromab des Mager- NOx-Katalysators 4 kann in das Abgasrohr der Maschine ein Oxidationskatalysator oder ein Dreiwege-Katalysator eingebaut sein. Der Mager-NOx-Katalysator 4 hat einem Temperaturbereich, in dem der Katalysator 4 ein hohes NOx-Reinigungsverhältnis zeigen kann. Zum Steuern der Katalysatortemperatur auf eine Temperatur in dem Temperaturbereich ist es erforderlich, die Katalysatortemperatur oder eine Temperatur zu erfassen, welche sich entsprechend der Katalysatortemperatur ändert. Aus diesem Grund wird an den Mager-NOx-Katalysator oder den Gasauslaßteil des Katalysators eine Temperaturfühlervorrichtung 6 zum Erfassen der Katalysatortemperatur oder einer der Katalysatortemperatur entsprechenden Temperatur angebaut. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist ein Abgastemperatursensor 6 an einem Gasauslaß des Nager-NOx-Katalysators 4 eingebaut.
  • Ein Umleitungskanal verbindet einen ersten Abgasrohrabschnitt stromauf der Turbine 12a mit einem zweiten Abgasrohrabschnitt stromab der Turbine 12a, um die Turbine 12a des Turboladers 12 zu umgehen. In den Umleitungskanal ist ein Abflußabsperrventil (WGV) 8A eingebaut, das durch ein Membranstellglied 8B geöffnet und geschlossen wird. Das Stellglied 8B wird durch ein Schaltsteuersolenoidventil 8C betätigt, welches irgendeine mittlere Öffnungsstellung zwischen einer Vollöffnungsstellung und einer Vollschließstellung einnehmen kann. Das Solenoidventil 8C kann einen an dem Stellglied 8B wirkenden Unterdruck auf irgendeinen Druck zwischen dem Druck einer Unterdruckquelle 14 (einer Saugpumpe, eines Druckausgleichsbehälters oder eines Unterdruck-Speicherbehälters) und dem Atmosphärendruck steuern.
  • Wenn im einzelnen das Abflußabsperrventil 8A zu der Öffnungsstellung hin gesteuert wird, umgeht ein Teil der Abgase die Turbine 12a, so daß die Aufladung durch den Kompressor des Turboladers verringert wird und die Ansaugluftmenge und das Luftüberschußverhältnis verringert werden. Dabei ist das Luftüberschußverhältnis als Verhältnis eines gegenwärtigen Luft/Brennstoff-Verhältnisses zu einem theoretischen Luft/Brennstoff-Verhältnis definiert. Falls dagegen das Abflußabsperrventil 8A zu der Schließstellung hin gesteuert wird, nimmt die Ansaugluftmenge zu und es wird auch das Luftüberschußverhältnis größer. Bei dem ersten Ausführungsbeispiel bilden das Abflußabsperrventil 8A und die Öffnungs- und Schließvorrichtung 8B und 8C für das Abflußabsperrventil 8A die Luftüberschußverhältnis-Änderungsvorrichtung 8.
  • Ein Ansaugluft-Drosseiventil 8D ist in einem Ansaugrohr der Maschine stromauf eines Druckausgleichsbehälters eingebaut. Ein Membran-Stellglied 8E für das Öffnen und Schließen des Drosselventils 8D wird durch ein Schaltsteuersolenoidventil 8F betätigt. Das Solenoidventil 8F kann den an dem Stellglied 8E wirkenden Druck auf irgendeinen Unterdruck zwischen dem Druck aus einer Unterdruckquelle 14 und dem Atmosphärendruck steuern. Im einzelnen wird dann, wenn das Drosselventil 8D zu der Öffnungsseite hin gesteuert wird, die Ansaugluftmenge erhöht, so daß das Luftüberschußverhältnis erhöht wird. Falls dagegen das Drosselventil 8D zu der Schließseite hin gesteuert wird, wird die Ansaugluftmenge verringert, so daß auch das Luftüberschußverhältnis vermindert wird. Daher bilden bei dem zweiten Ausführungsbeispiel das Drosselventil 8A und die Öffnungs- und Schließvorrichtung 8E und 8F für das Drosselventil 8D eine Alternative oder zusätzliche LuftüberschußverhältnisÄnderungsvorrichtung 8.
  • Jeder an einen jeweiligen Zylinder der Maschine angeschlossene Einlaßkanal kann einen Wirbelerzeugungskanal (Verwirbelungskanal) gemäß der Darstellung in Fig. 4 haben. Der Einlaßkanal dieser Art enthält gewöhnlich einen geraden Kanal 16, einen Verwirbelungskanal 18 und ein Verwirbelungssteuerventil (SCV) 8G, welches in den geraden Kanal 16 eingebaut ist. Wenn das Verwirbelungssteuerventil 8G zu der Schließseite hin gesteuert wird, wird die durch den Verwirbelungskanal 18 strömende Ansaugluftmenge erhöht, so daß der Strömungswiderstand groß ist und die Ansaugluftmenge verhältnismäßig gering ist. Da in dem Zylinder Wirbel erzeugt werden, wird der Brennstoff zerstäubt und die vollkommene Verbrennung gefördert. Das Verwirbelungssteuerventil 8G wird durch ein Nembranstellglied 8H geöffnet und geschlossen, welches durch ein Schaltsteuersolenoidventil 81 betätigt wird. Das Solenoidventil 81 steuert durch Verändern der Verbindung des Stellglieds 8 mit der Unterdruckwelle und der Atmosphäre in beliebigen Verhältnissen den an dem Stellglied 8H wirkenden Unterdruck auf irgendeinen Druck zwischen einem Unterdruck der Unterdruckquelle 14 und dem Atmosphärendruck. Daher bilden bei dem dritten Ausführungsbeispiel das Verwirbelungssteuerventil 8G und die Öffnungs- und Schließvorrichtung 8H und 81 für das Verwirbelungssteuerventil 8G eine andere Luftüberschußverhältnis-Änderungsvorrichtung. Gemäß Fig. 1 wird das Luftüberschußverhältnis mittels einer (nicht dargestellten) Steuereinrichtung zum Steuern der Luftüberschußverhältnis-Änderungsvorrichtung gesteuert. Die Steuereinrichtung enthält zumindest einen Teil einer Steuerroutine, die in einer Maschinensteuereinheit (ECU) 20 gespeichert ist. Die Maschinensteuereinheit 20 ist durch einen Mikrocomputer gebildet, der eine Eingabeschnittstelle 20a, einen Analog/Digital-Umsetzer (A/D) 20b, einen Festspeicher (ROM) 20c, einen Schreib/Lesespeicher (RAM) 20d, eine Zentraleinheit (CPU) 20e und eine Ausgabeschnittstelle 20f enthält.
  • Ein Signal P aus einem Ladedruckerfassungssensor 24, ein Fahrpedalöffnungsgrad-Signal ACCP aus einem (nicht dargestellten) Fahrpedalsensor, ein Maschinendrehzahlsignal NE aus einem (nicht dargestellten) Maschinendrehzahlsensor, der in eine Brennstoffeinspritzpumpe eingebaut ist, ein Kurbelwinkelsignal CA aus einem Kurbelwinkelsensor 26, ein Kühlwassertemperatur-Signal THW aus einem Maschinenkühlwasser-Temperatursensor 28 und ein Abgastemperatur-Signal TE aus einem Abgastemperatursensor 6 werden der Eingabeschnittstelle oder dern A/D-Umsetzer der Maschinensteuereinheit 20 zugeführt.
  • Ein Brennstoffeinspritzsteuersignal, welches eines der aus der Ausgabeschnittstelle der Maschinensteuereinheit 20 abgegebenen Signale ist, wird einer Brennstoffeinspritzpumpe 30 zugeführt und ein Signal zum Steuern der Luftüberschußverhältnis-Änderungsvorrichtung 8 wird zumindest einem der Solenoidventile 8C, 8F und 8I (Fig. 4) zugeführt.
  • In dem Festspeicher 20c der Maschinensteuereinheit 20 sind Programme und Tabellen gemäß Fig. 2, 3, 5 und 6 gespeichert. Die auf diesen Programmen und Tabellen basierenden Berechnungen werden in der Zentraleinheit 20e ausgeführt.
  • Die Fig. 2 veranschaulicht eine bei irgendeinem Ausführungsbeispiel der Erfindung anwendbare Routine zum Berechnen einer Brennstoffeinspritzmenge. Die Routine wird bei einem Schritt 100 bei jedem Kurbelwinkel eingeleitet, der aufgrund der Signale aus dem Kurbelwinkelsensor 26 bestimmt ist. Bei einem Schritt 102 werden das gegenwärtige Fahrpedalöffnungsgrad-Signal ACCP, das Maschinendrehzahlsignal NE, das Maschinenkühlwassertemperatur-Signal THW und das Ladedrücksignal P eingegeben. Dann wird bei einem Schritt 104 aufgrund der eingegebenen Signale ACCP und NE eine Grund-Brennstoffeinspritzmenge FB berechnet. Danach wird bei einem Schritt 106 aufgrund des Kühlwassertemperatur-Signals THW eine Änderungs-Brennstoffeinspritzmenge FK berechnet. Zusätzlich zu FK können verschiedenerlei Änderungs-Brennstoffeinspritzmengen berechnet werden. Dann schreitet die Routine zu einem Schritt 108 weiter, bei dem eine Soll-Brennstoffeinspritzmenge FF unter Anwendung der Gleichung FF = FB + FK berechnet wird. Danach schreitet die Routine zu einem Schritt 110 zum Ändern der Brennstoffeinspritzmenge gemäß einer Höhenlage weiter.
  • Wenn im einzelnen das Ladedrucksignal P aus dem Ladedruckerfassungssensor 24 nicht höher als 600 mmHg ist, ist der Betriebszustand als ein solcher bei großen Höhenlagen anzunehmen und die Routine schreitet zu einem Schritt 112 weiter. Bei dem Schritt 112 wird FF auf eine Konstante FG eingestellt, so daß eine Brennstoffeinspritzmenge von mehr als FG verhindert wird, da dann, wenn die Gesamtmenge FF eingespritzt wäre, trotz des Magerluftzustandes das Luft/Brennstoff-Verhältnis zu fett wäre.
  • Wenn P bei dem Schritt 110 größer als 600 mmHg ist, kann der Zustand als ein solcher bei niedrigen Höhenlagen angenommen werden und die Routine schreitet zu einem Schritt 114 weiter, bei dem die bei dem Schritt 108 berechnete Gesamtmenge FF eingespritzt wird. Dann kehrt bei einem Schritt 116 die Routine zurück. Bei dem Schritt 114 wirkt ein Solenoid eines elektromagnetischen Überströmventils der Brennstoffeinspritzpumpe 30 entsprechend dem Signal FF derart, daß die Brennstoffeinspritzdauer der Brennstoffeinspritzpumpe gesteuert wird.
  • Es wäre anzumerken, daß die Brennstoffeinspritzmenge FF grundlegend als eine Funktion des Fahrpedalöffnungsgrad-Signals ACCP und des Maschinendrehzahlsinals NE bestimmt wird und unabhängig von der Ansaugluftmenge gesteuert wird. Daher wird selbst dann, wenn sich die Ansaugluftmenge ändert, die Brennstoffeinspritzmenge durch die Änderung der Ansaugluftmenge nicht beeinflußt. Infolgedessen kann die Ansaugluftmenge (das heißt, das Luftüberschußverhältnis) unabhängig von der Maschinendrehmomentkurve gesteuert werden.
  • Die Fig. 3 veranschaulicht eine Routine zum Steuern des Luftüberschußverhältnisses. Die Routine wird bei einem Schritt 200 in vorbestimmten Zeitabständen oder bei jedem Kurbelwinkelsignal eingeleitet. Bei einem Schritt 202 wird das Abgastemperatursignal TE aus dem Abgastemperatursensor 6 eingegeben. Dann schreitet die Routine zu einem Schritt 204 weiter, bei dem ermittelt wird, ob die Abgastemperatur TE höher als ein oberer Grenzwert (z.B. 550 ºC) eines vorbestimmten Temperaturbereichs ist oder nicht. Falls TE höher als der obere Grenzwert des vorbestimmten Temperaturbereichs ist, sollte die gegenwärtige Abgastemperatur durch Erhöhen der Ansaugluftmenge gesenkt werden, und die Routine schreitet zu einem Schritt 206 weiter. Bei dem Schritt 206 wird der Einschaltdauer-Zählstand DTW für das Solenoidventil 8C um ein bestimmtes Ausmaß von beispielsweise 2% je Berechnungszyklus erhöht, so daß der Öffnungsgrad des Abflußabsperrventils 8A zu der Schließseite hin verändert wird.
  • Falls bei dem Schritt 204 TE gleich dem oberen Grenzwert (von beispielsweise 550 ºC) des vorbestimmten Temperaturbereichs oder niedriger ist, schreitet die Routine zu einem Schritt 208 weiter, bei dem ermittelt wird, ob die Abgastemperatur TE niedriger als ein unterer Grenzwert von beispielsweise 400 ºC des vorbestimmten Temperaturbereichs ist oder nicht. Falls TE gleich dem unteren Grenzwert des vorbestimmten Temperaturbereichs oder höher ist, liegt die gegenwärtige Abgastemperatur TE innerhalb des vorbestimmten Temperaturbereichs und die Routine schreitet zu einem Schritt 214 weiter, bei dem das Ansaugluft-Drosselventil 8D in dessen Vollöffnungsstellung gesteuert wird. Falls TE bei dem Schritt 208 niedriger als 400 ºC ist, schreitet die Routine zu einem Schritt 210 weiter, bei dem der Einschaltdauer-Zählstand DTW für das Solenoidventil 8C um ein bestimmtes Ausmaß von beispielsweise 2% je Berechnungszyklus verringert wird, so daß der Öffnungsgrad des Abflußabsperrventils 8A zu der Öffnungsseite hin verändert wird. Da die Ansaugluftmenge entsprechend einer Vergrößerung des Öffnungsgrades des Abflußabsperrventils 8A geringer wird, steigt die Abgastemperatur an. Die Schritte 204, 206, 208 und 210 bilden in diesem Fall eine Einrichtung zum Steuern der Luftüberschußverhältnis-Änderungsvorrichtung entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem das Luftüberschußverhältnis durch Steuern des Öffnungsgrades des Abflußabsperrventils 8A gesteuert wird.
  • Jedesmal dann, wenn die Routine den Schritt 210 durchläuft, wird DTW verringert. Falls bei einem Schritt 212 ermittelt wird, daß das verringerte DTW gleich 10% oder größer ist, schreitet die Routine zu dem Schritt 214 weiter. Falls dagegen DTW bei dem Schritt 212 kleiner als 10% ist, sinkt die Abgastemperatur weiterhin unter 400 ºC, obgleich der Öffnungsgrad des Abflußabsperrventils 8A nahe an dessen Vollöffnungsstellung liegt, und die Routine schreitet zu einem Schritt 216 weiter. Bei dem Schritt 216 wird ein Einschaltdauer-Zählstand DTS für das Solenoidventil 8F für das Drosselventil 8D um ein bestimmtes Ausmaß von beispielsweise 2% je Berechnungszyklus verringert, so daß das Ansaugluft-Drosselventil 8D zu der Schließseite hin gesteuert wird.
  • Wenn dabei die Routine zu dem Schritt 214 fortschreitet, kann die Abgastemperatur allein durch Steuern des Abflußabsperrventils 8A in den vorbestimmten Temperaturbereich gesteuert werden und zum Steuern der Abgastemperatur muß der Öffnungsgrad des Drosselventils 8D nicht zu der Schließseite hin verändert werden. Wenn jedoch die Routine zu dem Schritt 216 fortschreitet, kann die Abgastemperatur allein durch das Steuern des Abflußabsperrventils 8A nicht in den vorbestimmten Temperaturbereich gesteuert werden und es wird daher auch die Drosselklappe 8D zu der Schließstellung hin gesteuert, so daß die Abgastemperatur erhöht wird. Von einem der Schritte 214 und 216 schreitet dann die Routine zu einem Schritt 218 weiter. Bei dem Schritt 218 werden der Öffnungsgrad SDW des Abflußabsperrventils 8A auf DTW und der Öffnungsgrad SDS des Drosselventils 8D auf DTS eingestellt. Dann schreitet die Routine zu dem Schritt 220 für die Rückkehr weiter. Die Schritte 212, 214 und 216 können in diesem Fall das Luftüberschußverhältnis durch Steuern des Öffnungsgrades des Drosselventils 8D steuern und sie bilden eine Einrichtung zum Steuern der Luftüberschußverhältnis-Änderungsvorrichtung bei einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, wie es nachfolgend erläutert wird.
  • Wenn bei dem ersten Ausführungsbeispiel die gegenwärtige Abgastemperatur höher als der obere Grenzwert des vorbestimmten Temperaturbereichs (von beispielsweise 400 ºC bis 550 ºC) ist, wird das Abflußabsperrventil 8A zu der Schließseite hin gesteuert, so daß die Turbinendrehzahl erhöht wird und die Ansaugluftmenge vergrößert wird. Infolgedessen wird ohne Änderung der Brennstoffeinspritzmenge das Luftüberschußverhältnis erhöht und die Abgastemperatur gesenkt, so daß die Abgastemperatur in den vorbestimmten Temperaturbereich zurückgeführt wird. Wenn dagegen die Abgastemperatur niedriger als der untere Grenzwert des vorbestimmten Temperaturbereichs ist, wird das Abflußabsperrventil 8A zu der Öffnungsseite hin gesteuert und die Abgastemperatur erhöht. Wenn die Abgastemperatur in dem vorbestimmten Temperaturbereich liegt, wird der Öffnungsgrad des Abflußabsperrventils 8A nicht verändert.
    • ZWEITES AUSFÜRRUNGSBEISPIEL
  • Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel wird unabhängig von der Brennstoffeinspritzmenge die Abgastemperatur durch Schaltsteuerung des Öffnungsgrades des Ansaugluft-Drosselventiis 8D gesteuert. Fig. 1, 2 und 3 gelten gleichfalls für das zweite Ausführungsbeispiel und insbesondere sind für das zweite Ausführungsbeispiel die Schritte 212, 214 und 216 nach Fig. 3 kennzeichnend. Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel bilden das Drosselventil OD und die Öffnungs- und Schließvorrichtung 8E und 8F nach Fig. 1 eine Luftüberschußverhältnis-Änderungsvorrichtung 8 und die Schritte 212, 214 und 216 bilden eine Einrichtung zum Steuern der Luftüberschußverhältnis-Änderungsvorrichtung.
  • Wenn bei dem zweiten Ausführungsbeispiel die Abgastemperatur niedriger als der untere Grenzwert des vorbestimmten Temperaturbereichs ist, wird das Drosselventil 8D zu der Schließstellung hin gesteuert, so daß unabhängig von der Brennstoffeinspritzmenge die Ansaugluftmenge verringert wird und die Abgastemperatur erhöht wird. Wenn die Abgastemperatur in dem vorbestimmten Temperaturbereich liegt oder höher als der obere Grenzwert des vorbestimmten Temperaturbereichs ist, wird das Drosselventil 8D in dessen Vollöffnungsstellung gesteuert.
    • DRITTES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL
  • Bei dem dritten Ausführungsbeispiel wird die Abgastemperatur unabhängig von der Brennstoffeinspritzmenge durch Schaltsteuerung des Öffnungsgrades des Verwirbelungssteuerventils 8D gesteuert. Fig. 1, 2 und 4 gelten auch bei dem dritten Ausführungsbeispiel. Fig. 5 und 6 veranschaulichen eine Routine und eine Tabelle, die eigens bei dem dritten Ausführungsbeispiel angewandt werden.
  • Da das Verwirbelungssteuerventil 8G nach Fig. 4 bei niedrigen und mittleren Maschinenbelastungen geschlossen ist, strömt die Ansaugluft über den Verwirbelungskanal 18 in die Brennkammer, um in der Brennkammer Wirbel zu erzeugen, so daß der Brennstoff zerstäubt und mit Luft gemischt wird sowie eine gute Verbrennung und eine Brennstoffersparnis erzielt werden. Da im Gegensatz dazu bei hohen Maschinenbelastungen der Strömungswiderstand des Verwirbelungskanals 18 erhöht ist und die Leistungswerte der Maschine verringert sind, wird das Verwirbelungssteuerventil 8G zu der Öffnungsseite hin gesteuert und eine große Ansaugluftmenge auch über den geraden Kanal 16 in die Brennkammer geleitet.
  • Allgemein steigt in einem Dieselmotor ohne veränderbaren Verwirbelungsmechanismus die Abgastemperatur TE proportional zu einem Anstieg der Brennstoffeinspritzmenge Q an, wie es in Fig. 8 durch eine ausgezogene Linie dargestellt ist. Gemäß der Darstellung durch eine gestrichelte Linie in Fig. 8 ist es jedoch in einem Dieselmotor mit einem veränderbaren Verwirbelungsmechanismus möglich, durch Verstärken der Verwirbelung die Abgastemperatur zu erhöhen und durch Verringern der Verwirbelung die Abgastemperatur zu senken. Daher kann zum Ändern des Luftüberschußverhältnisses unabhängig von der Brennstoffeinspritzmenge die Abgastemperatur durch Ändern des Öffnungsgrades des Verwirbelungssteuerventils 8G gesteuert werden. In diesem Fall bilden das Verwirbelungssteuerventil 8G und die Öffnungs- und Schließvorrichtung 8H und 81 für das Verwirbelungssteuerventil bei dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Luftüberschußverhältnis-Änderungsvorrichtung 8.
  • Die Fig. 5 veranschaulicht eine Routine zum Steuern der Abgastemperatur durch Steuern des Öffnungsgrades des Verwirbelungssteuerventils 8G. Diese Routine ist in dem Festspeicher 20c der Maschinensteuereinheit 20 nach Fig. 1 gespeichert und die der Routine entsprechende Berechnung wird in der Zentraleinheit 20e ausgeführt.
  • Die Routine wird bei einem Schritt 300 in vorbestimmten Zeitabständen oder bei jeweiligen Kurbelwinkeln eingeleitet. Bei einem Schritt 302 wird unter Anwendung einer in Fig. 6 dargestellten SV-Tabelle (für den Einschaltdauer-Zählstand SV für das Verwirbelungssteuerventil) aus der gegenwärtigen Maschinendrehzahl NE und der Grund-Brennstoffeinspritzmenge FB (Fig. 2) ein Öffnungsgrad des Verwirbelungssteuerventils berechnet. Der SV-Wert ist bei niedrigen Maschinendrehzahlen und geringer Grund-Brennstoffeinspritzmenge groß (was der Schließstellung entspricht und eine starke Verwirbelung hervorruft) und bei hohen Maschinenbelastungen und großen Grund-Brennstoffeinspritzmengen klein (was der Öffnungsstellung entspricht und eine schwache Verwirbeiung hervorruft) Dann werden bei einem Schritt 304 von der Grund-Brennstoffeinspritzmenge FB ausgehend ein oberer Grenzwert T1 und ein unterer Grenzwert T2 eines vorbestimmten Temperaturbereichs berechnet. Obgleich gemäß der Erörterung bei dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel T1 und T2 jeweils 550 ºC bzw. 400 ºC entsprechen, ändern sich T1 und T2 entsprechend der Brennstoffeinspritzmenge.
  • Bei einem Schritt 306 wird dann ermittelt, ob die gegenwärtige Katalysatortemperatur oder die der Katalysatortemperatur TE entsprechende Temperatur höher als T1 ist. Falls TE höher als T1 ist, schreitet die Routine zu einem Schritt 308 weiter, bei dem der Einschaltdauer-Zählstand SV für das Verwirbelungssteuerventil 8G um ein vorbestimmtes Ausmaß von beispielsweise 5% je Berechnungszyklus verringert wird, so daß das Verwirbelungssteuerventil zu der Öffnungsstellung hin gesteuert wird und die Abgastemperatur gesenkt wird. Falls TE gleich T1 oder niedriger ist, schreitet die Routine zu einem Schritt 310 weiter, bei dem ermittelt wird, ob TE niedriger als T2 ist oder nicht. Falls TE gleich T2 oder höher ist, liegt TE zwischen T1 und T2 und die Routine schreitet ohne Veränderung des Einschaltdauer-Zählstandes zu einem Schritt 314 weiter. Falls bei dem Schritt 310 TE niedriger als T2 ist, schreitet die Routine zu einem Schritt 312 weiter, bei dem der Einschaltdauer-Zählstand SV um ein vorbestimmtes Ausmaß von beispielsweise 5% je Berechnungszyklus erhöht wird, so daß das Verwirbelungssteuerventil 8G zu der Schließstellung hin gesteuert wird und die Verwirbelung verstärkt wird, was einen Anstieg der Abgastemperatur TE ergibt. Dann wird bei einem Schritt 316 der berechnete Wert SV eingestellt und die Routine schreitet danach zu einem Schritt 318 für die Rückkehr weiter. Die Schritte 306, 308, 310, 312, 314 und 316 bilden eine Einrichtung 10 zum Steuern der Luftüberschußverhältnis-Änderungsvorrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • Wenn bei dem dritten Ausführungsbeispiel die gegenwärtige Abgastemperatur höher als der obere Grenzwert des Temperaturbereichs (T1 bis T2) ist, der aufgrund der Brennstoffeinspritzmenge bestimmt ist, wird das Verwirbelungssteuerventil 8G zu der Öffnungsstellung hin gesteuert, so daß die Ansaugluftmenge und das Luftüberschußverhältnis erhöht werden und die Abgastemperatur gesenkt wird. Wenn die gegenwärtige Abgastemperatur in dem Temperaturbereich (T1 bis T2) liegt, muß hinsichtlich der Abgastemperatursteuerung der Öffnungsgrad des Verwirbelungssteuerventils 8G nicht verändert werden. Wenn die gegenwärtige Abgastemperatur niedriger als der untere Grenzwert des Temperaturbereichs (T1 bis T2) ist, wird das Verwirbelungssteuerventil zu der Schließstellung hin gesteuert, so daß die Abgastemperatur erhöht wird.
  • Da bei der Erfindung der Dieselmotor 2 mit dem Mager-NOx-Katalysator 4 in dem Abgasrohr der Temperaturerfassungssensor 6, die Luftüberschußverhältnis-Änderungsvorrichtung 8 und die Einrichtung 10 zum Steuern der Luftüberschußverhältnis-Änderungsvorrichtung vorgesehen sind, kann unabhängig von der Brennstoffeinspritzmenge die Abgastemperatur auf einen vorbestimmten Temperaturbereich dadurch gesteuert werden, daß das Luftüberschußverhältnis vergrößert wird, wenn die Abgastemperatur höher als der obere Grenzwert des Temperaturbereichs ist, und das Luftüberschußverhältnis verringert wird, wenn die Abgastemperatur niedriger als der untere Grenzwert des Temperaturbereichs ist. Infolgedessen kann das NOx-Reinigungsverhältnis des Mager-NOx-Katalysators 4 hoch gehalten werden.

Claims (7)

1. Abgasreinigungssystem für einen Dieselmotor, das
einen in dem Abgasrohr des Dieselmotors eingebauten Katalysator (4),
eine Sensorvorrichtung (6) zum Erfassen der Temperatur des Katalysators oder einer der Katalysatortemperatur entsprechenden Temperatur,
eine Luftüberschußverhältnis-Änderungsvorrichtung (8) zum Ändern des Luftüberschußverhältnisses des Dieselmotors (2) und
eine Steuereinrichtung zum Erwärmen des Katalysators bei dem Abfallen der Katalysatortemperatur unter einen bestimmten Wert aufweist,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Katalysator aus einem Zeolith gebildet ist, der mindestens eine Art von Metall trägt, das aus der Gruppe aus Übergangsmetallen und Edelmetallen gewählt ist, um in dem Abgas aus dem Dieselmotor enthaltene Stickstoffoxide unter Oxidierungsgasbedingungen und bei dem Vorhandensein von Kohlewasserstoffen zu reduzieren, und
die Steuereinrichtung zum Steuern der Luftüberschußverhältnis-Änderungsvorrichtung (8) ohne Verändern einer Brennstoffeinspritzmenge des Dieselmotors (2) in der Weise gestaltet ist, daß das Luftüberschußverhältnis erhöht wird, wenn die durch die Sensorvorrichtung (6) erfaßte Katalysatortemperatur höher als ein oberer Grenzwert eines vorbestimmten Temperaturbereichs ist, und das Luftüberschußverhältnis verringert wird, wenn die durch die Sensorvorrichtung (6) erfaßte Katalysatortemperatur niedriger als ein unterer Grenzwert des vorbestimmten Temperaturbereichs ist.
2. Abgasreinigungssystem für einen Dieselmotor gemäß Anspruch 1, bei dem der Dieselmotor (2) einen Turbolader (12) enthält, der ein Abflußabsperrventil (8A) hat, das in einen Umleitungskanal eingebaut ist, der eine Turbine (12a) des Turboladers (12) umgeht, und die Luftüberschußverhältnis-Änderungsvorrichtung (8) das Abflußabsperrventil (8A) und eine Öffnungs- und Schließvorrichtung für das Abflußabsperrventil (8A) aufweist.
3. Abgasreinigungssystem für einen Dieselmotor nach Anspruch 2, in dem die Öffnungs- und Schließvorrichtung für das Abflußabsperrventil (8A) ein mit dem Abflußabsperrventil (8A) gekoppeltes Membranstellglied (8B), eine mit dem Stellglied (8B) verbundene Unterdruckquelle (14) und ein elektromagnetisches Schaltsteuersolenoidventil (8c) enthält, das in ein das Stellglie (8B) mit der Unterdruckquelle (14) verbindendes Rohr eingebaut ist.
4. Abgasreinigungssystem für einen Dieselmotor nach Anspruch 1, in dem die Luftüberschußverhältnis- Änderungsvorrichtung ein Ansaugluft-Drosselventil (8D) und eine Öffnungs- und Schließvorrichtung für das Drosselventil (8D) aufweist.
5. Abgasreinigungssystem für einen Dieselmotor nach Anspruch 4, in dem die Öffnungs- und Schließvorrichtung für das Ansaugluft-Drosselventil (8D) ein mit dem Ansaugluft-Drosselventil (8D) gekoppeltes Membranstellglied (BB), eine mit dem Stellglied (BB) verbundene Unterdruckguelle (14) und ein elektromagnetisches Schaltsteuersolenoidventil (BF) enthält, das in ein das stellglied (BB) mit der Unterdruckquelle (14) verbindendes Rohr eingebaut ist.
6. Abgasreinigungssystem für einen Dieselmotor nach Anspruch 1, in dem jeder Zylinder des Dieselmotors eine gerade Einlaßöffnung (16) und eine Verwirbelungseinlaßöffnung (18) hat und die Luftüberschußverhältnis- Änderungsvorrichtung (8) ein in die gerade Einlaßöffnung (16) eingebautes Verwirbelungssteuerventil (8G) und eine Öffnungs- und Schließvorrichtung für das Verwirbelungssteuerventi1 (8G) aufweist.
7. Abgasreinigungssystem für einen Dieselmotor nach Anspruch 6, in dem die Öffnungs- und Schließvorrichtung für das Verwirbelungssteuerventil (8G) ein mit dem Verwirbelungssteuerventil (8G) gekoppeltes Membranstellglied (8H), eine mit dem Stellglied (8H) verbundene Unterdruckquelle (14) und ein elektromagnetisches Schaltsteuersolenoidventil (81) enthält, das in ein das Stellglied (8H) mit der Unterdruckquelle (14) verbindendes Rohr eingebaut ist.
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