DE69611567T2

DE69611567T2 - Dieselbrennkraftmaschine mit Direkteinspritzung

Info

Publication number: DE69611567T2
Application number: DE69611567T
Authority: DE
Inventors: Norihiko Nakamura; Hiromichi Yanagihara
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1995-04-27
Filing date: 1996-04-26
Publication date: 2001-08-23
Anticipated expiration: 2016-04-27
Also published as: JP3724040B2; US5768887A; EP0740056A2; DE69611567D1; JPH0914026A; EP0740056A3; EP0740056B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. Technisches Gebiet der Erfindung

Die gegenwärtige Erfindung bezieht sich auf eine Dieselbrennkraftmaschine mit Direkteinspritzung.

2. Stand der Technik

Um bei einer Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung eine hohe Leistungsabgabe zu erzielen, ist es wünschenswert, daß das durchschnittliche Luft-Kraftstoff- Verhältnis in der Verbrennungskammer gleich dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis gemacht wird. Das gleiche gilt für eine Dieselbrennkraftmaschine. Bei einer Dieselbrennkraftmaschine, welche in die Verbrennungskammer Kraftstoff direkt einspritzt, wird jedoch dann, wenn das durchschnittliche Luft-Kraftstoff- Verhältnis in der Verbrennungskammer gleich dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis gemacht ist, der zerstäubte Kraftstoff extrem fett und es wird eine große Menge an Ruß erzeugt. Demgemäß war es in der Vergangenheit nicht möglich, daß das Luft-Kraftstoff- Verhältnis in der Verbrennungskammer einer Dieselbrennkraftmaschine gleich dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis gemacht wurde, und so wurde der Verbrennungskammer ein Überschuß an Luft zugeführt (siehe beispielsweise das japanische ungeprüfte veröffentlichte Gebrauchsmuster (Kokai) Nr. 62-56743).
Wenn in einen Einlaßkanal Kraftstoff eingespritzt wird, wird der eingespritzte Kraftstoff in der Verbrennungskammer gleichmäßig verteilt, so daß sogar dann, wenn das durchschnittliche Luft-Kraftstoff- Verhältnis in der Verbrennungskammer gleich dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis gemacht ist, kein Ruß erzeugt wird, aber in diesem Fall findet eine explosive Verbrennung statt. Demgemäß kann diese Technik nicht übernommen werden.
In der Vergangenheit gab es daher bei Dieselbrennkraftmaschinen das Problem, daß der Verbrennungskammer ein Überschuß an Luft zugeführt werden mußte und demgemäß die Motorleistungsabgabe nicht verbessert werden konnte.
Die GB-A-2 256 603 offenbart ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung, bei welcher ein Kraftstoff, der Kohlenstoff und Wasserstoff enthält, wie z. B. Benzin, Dieselkraftstoff oder Alkohol, ein sauertoffenthaltender Kraftstoff verbrannt wird und welche einen Katalysator, der in dem Abgassystem in einem Abstand von der Brennkraftmaschine angeordnet ist, und einen Nachbrenner und eine Zündvorrichtung stromaufwärts des Katalysators aufweist, um das Ausschalten des Katalysators zu unterstützen.
Beim Starten wird der Brennkraftmaschine ein Überschuß an Kraftstoff zugeführt. Dies stellt sicher, daß in dem Abgas Wasserstoff vorhanden ist. Sauerstoff ist entweder in dem Abgas vorhanden oder wird über eine Pumpe zugeführt. Dieses brennbare Gemisch wird durch eine Vorrichtung entzündet und erwärmt den Katalysator. Danach wird entweder der Überschuß an Kraftstoff oder die zugeführte Luft geregelt, um eine weniger entzündbare Mischung herzustellen, welche entweder eine stabile Verbrennung oder eine katalytische Reaktion hervorruft.
Die EP-A-598 917 A1 offenbart ein System zum Steuern bzw. Regeln einer Abgasemission für eine Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung. In einem Abgaskanal einer Brennkraftmaschine ist ein NOxabsorbierendes Mittel angeordnet. Dieses NOx-absorbierende Mittel absorbiert NOx, wenn das Luft- /Kraftstoff-Verhältnis von darin hineinströmendem Abgas mager ist, und es gibt NOx ab, welches es absorbiert hat, wenn das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis von darin hineinströmendem Abgas fett wird. Die Menge an NOx, welche in dem NOx-absorbierenden Mittel absorbiert ist, wird von der Motorlast und der Drehzahl des Motors abgeschätzt, und wenn diese abgeschätzte NOx-Menge die maximale NOxabsorbierende Kapazität des NOx-absorbierenden Mittels erreicht, wird das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis von Abgas, welches in das NOx-absorbierende Mittel hineinströmt, fett gemacht.
In dem Artikel "Injection Of Methanol At Low Pressure In D. I. Dual-Fuel Engines" von P. Frederiksen, O. B. Nielsen und P. Sunn Pedersen der Abhandlung 845126 des XX FISITA CONGRESS mit dem Titel "The Automotive Future" in Wien vom 6. bis 11. Mai 1984 ist auf den Seiten 4139 bis 4142 ist eine wissenschaftliche Untersuchung offenbart, bei welcher Methanol bei niedrigen Drücken in einen Diesel-GasMotor direkt eingespritzt wird. Die Hauptaufgabe der Untersuchung war es, den maximal möglichen Ersatz von Dieselkraftstoff durch Methanol und die Motoreffizienzen und -emissionen herauszufinden. Strategien zur Laststeuerung des Diesel-Gas-Motors und Wirkungen eines erhöhten Einlaßdrucks bzw. Ansaugdrucks und einer erhöhten Einlaßtemperatur wurden auch untersucht.
In dem Artikel "Vegetable Oils and Alcohols Additive Fuels for Diesel Engines" von P. Tritthart und P. Zelenka der Abhandlung 905112 des XXIII FISITA CONGRESS mit dem Titel "The Promise Of New Technology In The Automotive Industry" in Turin, Italien, vom 7. bis 11. Mai 1990 auf den Seiten 849 bis 855 ist offenbart, daß in der Zukunft trotz der gegenwärtig mehr als ausreichenden Lieferung von Rohöl Alternativkraftstoffe notwendig sein könnten, um Benzin- und Dieselkraftstoffe zu ergänzen. Aufgrund des zunehmenden Interesses hinsichtlich des CO2&supmin;Problems nimmt die Nachfrage nach Alternativkraftstoffen aus regenerierten, pflanzlichen Energiequellen zu. In solchen Fällen ist es auch wahrscheinlich, daß die Forderung nach Energiequellen mit geringer Emission und geringem Kraftstoffverbrauch ansteigt. Dies würde bedeuten, daß die Dieselbrennkraftmaschine und insbesondere die Dieselbrennkraftmaschine mit Direkteinspritzung gegenüber anderen Verbrennungssystemen einen großen Vorteil hat.
Die hier dargestellte Arbeit beschreibt Experimente mit Rapsölmethylester und Methanol bei Brennkraftmaschinen mit Direkteinspritzung für die Verwendung bei Fahrzeugen. Die größte Betonung liegt auf der Bestimmung des Kraftstoffverbrauchs und des Abgasemissionspotentials im Vergleich mit einem Dieselbetrieb, wobei den Emissionen von polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen und Aldehyden, welche gegenwärtig nicht berücksichtigt werden, eine spezielle Aufmerksamkeit gewidmet wird.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Aufgabe der gegenwärtigen Erfindung ist es, eine Dieselbrennkraftmaschine mit Direkteinspritzung zu schaffen, bei welcher die Leistungsabgabe verbessert werden kann.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand von Anspruch 1 gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Die gegenwärtige Erfindung kann aus der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung, welche unten dargelegt ist, zusammen mit den beigefügten Zeichnungen vollständiger verstanden werden.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Gesamtansicht einer Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung;
Fig. 2A und 2B Ansichten, welche die Menge an eingespritztem Kraftstoff, den Öffnungsgrad eines AGR-Regelventils und einen Öffnungsgrad einer Drosselklappe zeigen;
Fig. 3A, 3B und 3C Abbildungen der Menge an eingespritztem Kraftstoff, etc.;
Fig. 4 eine Ansicht von Änderungen des Rückkopplungs- Korrektur-Koeffizienten FAF;
Fig. 5 ein Flußdiagramm der Steuerung bzw. Regelung durch den Rückkopplungs-Korrektur-Koeffizienten;
Fig. 6 ein Flußdiagramm der Steuerung des Brennkraftmaschinenbetriebs;
Fig. 7 ein Flußdiagramm einer anderen Ausführungsform für die Steuerung des Brennkraftmaschinenbetriebs;
Fig. 8 eine Gesamtansicht einer anderen Ausführungsform der Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung;
Fig. 9 eine Ansicht der Rate bzw. Menge A, an überschüssiger Luft, d. h. des Soll-Luft-Kraftstoff- Verhältnisses (A/F)&sub0;;
Fig. 10 eine graphische Darstellung der Öffnungsgrade des AGR-Regelventils und der Drosselklappe;
Fig. 11A und 11B Abbildungen des Öffnungsgrades G des AGR-Regelventils und des Öffnungsgrades 6 der Drosselklappe;
Fig. 12 eine graphische Darstellung der Ausgabe des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors;
Fig. 13A und 13B Ansichten, um den Absorptions- und Abgabevorgang einer NOx-Absorptionseinrichtung zu erklären;
Fig. 14A, 14B und 14C Abbildungen der Menge A einer NOx-Absorption, etc.;
Fig. 15 ein Zeitschaubild der Änderungen des abgeschätzten absorbierten NOx, d. h., ΣNOx;
Fig. 16 ein Zeitschaubild der Steuerung, bei welcher NOx abgegeben wird; und
Fig. 17 und 18 Flußdiagramme der Betriebssteuerung.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Es wird auf Fig. 1 Bezug genommen. Das Bezugszeichen 1 ist eine Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung vom Typ mit Direkteinspritzung, das Bezugszeichen 2 ein Kolben, das Bezugszeichen 3 eine Verbrennungskammer, das Bezugszeichen 4 eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung zum direkten Einspritzen von Kraftstoff in die Verbrennungskammer 3, das Bezugszeichen 5 ein Einlaßventil, das Bezugszeichen 6 ein Einlaßkanal, das Bezugszeichen 7 ein Auslaßventil und das Bezugszeichen 8 ein Auslaßkanal. Der Einlaßkanal 6 ist durch eine entsprechende Einlaßverzweigung 9 mit einem Ausgleichsbehälter 10 verbunden, während der Ausgleichsbehälter 10 durch ein Einlaßrohr 11 mit einem Luftfilter 12 verbunden ist. In dem Einlaßrohr 11 ist eine Drosselklappe 14 vorgesehen, welche zum Öffnen und Schließen durch einen Antriebsmotor 13 angesteuert wird. Andererseits ist der Auslaßkanal 8 durch einen Abgaskrümmer 15 und ein Abgasrohr 16 mit einer Katalysatoranlage 18 verbunden, in welcher ein Dreiwege- Katalysator 17 angeordnet ist.
Der Abgaskrümmer 15 und der Ausgleichsbehälter 10 sind miteinander durch einen Abgasrückführkanal (AGR- Kanal) 19 verbunden. In diesem AGR-Kanal 19 ist ein AGR- Regelventil 20 angeordnet, um die Menge an AGR-Gas zu regeln, welche von dem Abgaskrümmer 15 zu dem Ausgleichsbehälter 10 rückgeführt wird. Andererseits ist die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 4 mit einer Kraftstoffeinspritzpumpe 21 verbunden, welche durch die Brennkraftmaschine angetrieben wird. Der Kraftstoff, welcher von der Kraftstoffeinspritzpumpe 21 eingespritzt wird, wird der Kraftstoffeinspritzeinrichtung 4 zugeführt. Diese Kraftstoffeinspritzpumpe 21 wird auf der Grundlage des Ausgangssignals von einer elektronischen Steuereinheit 30 beim Fördern gesteuert, und daher wird die Einspritzmenge von der Kraftstoffeinspritzeinrichtung 4 auf der Grundlage des Ausgangssignals der elektronischen Steuereinheit 30 gesteuert.
Die elektronische Steuereinheit 30 weist einen Digitalrechner auf, welcher einen Nur-Lese-Speicher (ROM) 32, einen Direktzugriffsspeicher (RAM) 33, einen Mikroprozessor (CPU) 34, einen Eingangsanschluß 35 und einen Ausgangsanschluß 36, welche miteinander durch einen bidirektionalen Bus 31 verbunden sind, aufweist. In dem Abgaskrümmer 15 ist ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor (welcher im folgenden auch als O2&supmin;Sensor bezeichnet wird) angeordnet, um das durchschnittliche Luft-Kraftstoff- Verhältnis in der Verbrennungskammer 3 aus der Konzentration an Sauerstoff in dem Abgas zu erfassen. Das Ausgangssignal des O2&supmin;Sensors wird dem Eingangsanschluß 35 durch einen entsprechenden A/D-Wandler 37 zugeführt. Außerdem ist ein Gaspedal 23 mit einem Lastsensor 24 verbunden, welcher eine Ausgangsspannung erzeugt, die zu dem Grad proportional ist, mit dem das Gaspedal 23 niedergedrückt wird. Die Ausgangsspannung des Lastsensors 24 wird durch einen entsprechenden A/D-Wandler 37 dem Eingangsanschluß 35 zugeführt. Außerdem ist der Eingangsanschluß 35 mit einem Motordrehzahlsensor 25 verbunden, welcher einen Ausgangsimpuls erzeugt, der die Motordrehzahl aufzeigt. Andererseits ist der Ausgangsanschluß 36 durch einen entsprechenden Steuerschaltkreis 38 mit dem Antriebsmotor 13, dem AGR- Regelventil 20 und der Kraftstoffeinspritzpumpe 21 verbunden.
Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform wird sauerstoffenthaltender Kraftstoff als der Kraftstoff verwendet, der von der Kraftstoffeinspritzeinrichtung 4 in das Innere der Verbrennungskammer 3 eingespritzt wird. Außerdem wird das durchschnittliche Luft-Kraftstoff- Verhältnis in der Verbrennungskammer 3 auf dem im wesentlichen stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis gehalten. In diesem Fall kann als der Sauerstoffenthaltende Kraftstoff entweder Kraftstoff, welcher Sauerstoffatome in den Molekülen selbst enthält, oder Kraftstoff, welcher dadurch erzielt wird, daß ein sauerstoffenthaltender Zusatzstoff hinzugegeben wird, verwendet werden. Es spielt keine Rolle, welche Art von Kraftstoff verwendet wird. In dem Kraftstoff, welcher von der Kraftstoffeinspritzeinrichtung 4 eingespritzt wird, ist letztendlich Sauerstoff enthalten.
Fig. 2A zeigt das Verhältnis zwischen der Einspritzmenge Q an sauerstoffenthaltendem Kraftstoff und dem Niederdrückbetrag L des Gaspedals 23 in dem Fall einer konstanten Motordrehzahl. Gemäß Fig. 2A wird die Einspritzmenge Q an Kraftstoff größer, um so größer der Niederdrückbetrag L des Gaspedales 23, d. h., um so stärker die Motorlast wird. Es ist anzumerken, daß in der Praxis die Einspritzmenge Q an Kraftstoff nicht nur eine Funktion des Niederdrückbetrags L des Gaspedales, sondern auch der Motordrehzahl N ist. Demgemäß ist die Einspritzmenge Q an Kraftstoff in dem ROM 32 in der Form der in Fig. 3A gezeigten Abbildung im voraus gespeichert.
Andererseits kann, um das durchschnittliche Luft- Kraftstoff-Verhältnis in der Verbrennungskammer 3 im wesentlichen auf dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff- Verhältnis zu halten, das Verfahren angewendet werden, bei welchem die rückgeführte Menge des AGR-Gases erhöht und die Menge an Ansaugluft verringert werden, welche der Verbrennungskammer 3 zugeführt wird, je geringer die Motorlast ist, oder es kann das Verfahren verwendet werden, bei welchem der Öffnungsgrad der Drosselklappe 14 und die Menge an Ansaugluft, welche der Verbrennungskammer 3 zugeführt wird, verringert werden, je geringer die Motorlast ist. Außerdem können diese Verfahren gleichzeitig angewendet werden. Fig. 2B zeigt den Fall, bei welchem diese Verfahren gleichzeitig angewendet werden. In diesem Fall ist gemäß Fig. 2B der Öffnungsgrad des AGR-Regelventils 20 um so größer gemacht, d. h., die Menge an AGR-Gas wird um so mehr erhöht und gleichzeitig wird der Öffnungsgrad der Drosselklappe 14 um so geringer gemacht, je geringer der Niederdrückbetrag L des Gaspedales 23 ist. Es ist anzumerken, daß in der Praxis der Öffnungsgrad des AGR- Regelventils 20 und der Öffnungsgrad der Drosselklappe 14 nicht nur Funktionen des Niederdrückbetrags L des Gaspedales 23, sondern auch der Motordrehzahl N sind. Demgemäß sind der Öffnungsgrad θ des AGR-Regelventils 20 und der Öffnungsgrad θ der Drosselklappe 14 in dem ROM 32 in der Form der in den Fig. 3B und 3C gezeigten Abbildungen im voraus gespeichert.
Demgemäß wird auf der Grundlage des Niederdrückbetrags L des Gaspedales 23 und der Motordrehzahl N dann, wenn der in Fig. 3A gezeigte Wert gleich der Kraftstoffeinspritzmenge Q, der in Fig. 3B gezeigte Wert gleich dem Öffnungsgrad θ des AGR- Regelventils 20 und der in Fig. 3C gleich dem Öffnungsgrad θ der Drosselklappe 14 gemacht sind, das durchschnittliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der Verbrennungskammer 3 im wesentlichen das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis. In diesem Fall wird dann, wenn in dem Kraftstoff kein Sauerstoff enthalten ist, der von der Kraftstoffeinspritzeinrichtung 4 eingespritzte Kraftstoff in dem verdampften Bereich äußerst fett, und daher wird eine große Menge an Ruß erzeugt. Bei der gegenwärtigen Erfindung ist jedoch in dem Kraftstoff Sauerstoff enthalten, so daß der Sauerstoff in dem verdampften Kraftstoff gleichmäßig verteilt ist, und daher werden die Kraftstoffpartikel bei Vorhandensein von ausreichend Sauerstoff verbrannt und es kann eine ausgezeichnete Verbrennung erzielt werden, welche nicht durch die Erzeugung von Ruß begleitet ist. Es ist anzumerken, daß der in Fig. 3A gezeigte Öffnungsgrad G des AGR-Regelventils 20 und der in Fig. 3C gezeigte Öffnungsgrad θ der Drosselklappe 14 natürlich derart eingestellt sind, daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der Verbrennungskammer 3 das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird, nachdem die Menge an Sauerstoff, welche in dem Kraftstoff enthalten ist, berücksichtigt worden ist.
Auf diese Art und Weise kann in der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der Verbrennungskammer 3 im wesentlichen auf dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis gehalten werden, so daß es möglich ist, eine hohe Motorleistungsabgabe zu erzielen.
Wenn sich jedoch der Gehalt an Sauerstoff in dem Kraftstoff von dem im voraus bestimmten Sollgehalt unterscheidet, endet dann, wenn Q, G und θ aus den in den Fig. 3A, 3B und 3C gezeigten Abbildungen bestimmt werden, das durchschnittliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der Verbrennungskammer 3 derart, daß es von dem Soll- Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)&sub0; abweicht. Daher ist in der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform die Kraftstoffeinspritzmenge Q oder die Menge an AGR-Gas auf der Grundlage des Ausgangssignales des O2&supmin;Sensors 22 rückgekoppelt geregelt, so daß das durchschnittliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der Verbrennungskammer 3 das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird. Es ist anzumerken, daß das Durchführen einer Regelung mit Rückkopplung in dieser Art und Weise auch ermöglicht, daß die Reinigungswirkung des Dreiwege-Katalysators 17 hinsichtlich NOx, HC und CO verbessert wird.
Anschließend wird die Regelung mit Rückkopplung erläutert. Der O2&supmin;Sensor 22 erzeugt eine Ausgangsspannung V von ungefähr 0,1 V, wie es in Fig. 4 gezeigt ist, wenn das durchschnittliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der Verbrennungskammer 3 mager ist, und er erzeugt eine Ausgangsspannung V von ungefähr 0,9 V, wenn das durchschnittliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der Verbrennungskammer 3 fett ist. Wenn hinsichtlich der Kraftstoffeinspritzmenge Q eine Regelung mit Rückkopplung durchgeführt wird, wird die Kraftstoffeinspritzmenge Q durch den Rückkopplungs-Korrektur-Koeffizienten FAF korrigiert. Dieser Rückkopplungs-Korrektur-Koeffizient FAF wird auf der Grundlage der Ausgangsspannung V des O2&supmin; Sensors 22 gesteuert, wie es in Fig. 4 gezeigt ist.
Fig. 5 zeigt die Routine zum Steuern des Rückkopplungs-Korrektur-Koeffizienten FAF auf der Grundlage der Ausgangsspannung V des O2&supmin;Sensors 22. Diese Routine wird durchgeführt, wobei sie an jedem vorbestimmten Zeitintervall unterbrochen wird. Im Folgenden wird auf Fig. 5 Bezug genommen. Als erstes wird in Schritt 100 bestimmt, ob die Ausgangsspannung V des O2&supmin;Sensors 22 höher als ein Bezugswert Vr ist (Fig. 4). Wenn V > Vr ist, d. h., wenn das Verhältnis fett ist, fährt die Routine mit Schritt 101 fort, wo bestimmt wird, ob das Verhältnis zu dem Zeitpunkt der vorhergehenden Unterbrechung mager war. Wenn es zu dem Zeitpunkt der vorhergehenden Unterbrechung mager war, fährt die Routine mit Schritt 102 fort, wo von dem Rückkopplungs-Korrektur- Koeffizienten FAF ein Übersprungswert S subtrahiert wird. Im Gegensatz dazu fährt dann, wenn das Verhältnis zu dem Zeitpunkt der vorhergehenden Unterbrechung fett war, die Routine mit Schritt 103 fort, wo von dem FAF der Integrationswert K (K < < S) subtrahiert wird. Wie es in Fig. 4 gezeigt ist, wird demgemäß der FAF durch den Übersprungswert S schnell verringert und anschließend allmählich verringert, wenn sich das Verhältnis von mager in fett ändert.
Wenn andererseits in Schritt 100 bestimmt wird, daß V ≤ Vr ist, d. h., wenn bestimmt wird, daß das Verhältnis mager ist, fährt die Routine mit Schritt 104 fort, wo bestimmt wird, ob das Verhältnis zu dem Zeitpunkt der vorhergehenden Unterbrechung fett war. Wenn es zu dem Zeitpunkt der vorhergehenden Unterbrechung fett war, fährt die Routine mit Schritt 105 fort, wo der Übersprungswert S zu dem FAF addiert wird. Im Gegensatz dazu fährt dann, wenn das Verhältnis zu dem Zeitpunkt der vorhergehenden Unterbrechung mager war, die Routine mit Schritt 106 fort, wo der Integrationswert K zu dem FAF addiert wird. Gemäß Fig. 4 wird demgemäß der FAF durch den Übersprungswert S schnell erhöht und anschließend allmählich erhöht, wenn sich das Verhältnis von fett in mager ändert.
Fig. 6 zeigt die Routine zum Steuern des Betriebs der Brennkraftmaschine. Diese Routine wird wiederholt durchgeführt.
Es wird auf Fig. 6 Bezug genommen. Als erstes wird in Schritt 150 die Kraftstoffeinspritzmenge Q aus der in Fig. 3A gezeigten Abbildung berechnet. Anschließend wird in Schritt 151 der Öffnungsgrad G des AGR-Regelventils 20 berechnet und der Öffnungsgrad des AGR-Regelventils 20 wird auf diesen Öffnungsgrad G gesteuert. Anschließend wird in Schritt 152 der Öffnungsgrad θ der Drosselklappe 14 aus der in Fig. 3C gezeigten Abbildung berechnet und der Antriebsmotor 13 wird derart angetrieben, daß die Drosselklappe 14 diesen Öffnungsgrad θ erreicht. Anschließend wird in Schritt 153 der Rückkopplungs-Korrektur-Koeffizient FAF mit der Kraftstoffeinspritzmenge Q multipliziert, um die endgültige Kraftstoffeinspritzmenge Q zu ermitteln, und die Kraftstoffeinspritzpumpe 21 wird derart angesteuert, daß sie diese Menge Q einspritzen kann.
Fig. 7 zeigt die Routine zum Steuern des Betriebs der Brennkraftmaschine in dem Fall, in dem die Menge an AGR- Gas derart geregelt wird, daß das durchschnittliche Luft- Kraftstoff-Verhältnis in der Verbrennungskammer 3 das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird. Es ist anzumerken, daß in diesem Fall genauso die in Fig. 5 gezeigte Routine dafür verwendet wird, um den Rückkopplungs-Korrektur-Koeffizienten FAF zu berechnen.
Es wird auf Fig. 7 Bezug genommen. Als erstes wird in Schritt 200 die Kraftstoffeinspritzmenge Q aus der in Fig. 3A gezeigten Abbildung berechnet und die Kraftstoffeinspritzpumpe 21 wird derart angesteuert, daß sie diese Menge Q einspritzen kann. Anschließend wird in Schritt 201 der Öffnungsgrad G des AGR-Regelventils 20 aus der in Fig. 3B gezeigten Abbildung berechnet. Daraufhin wird in Schritt 202 der Öffnungsgrad θ des Drosselventils 13 aus der in Fig. 3C gezeigten Abbildung berechnet und der Antriebsmotor 13 wird derart angetrieben, daß die Drosselklappe 14 diesen Öffnungsgrad θ erreicht. Dann wird in Schritt 203 der Rückkopplungs- Korrektur-Koeffzient FAF mit dem Öffnungsgrad G des AGR- Regelventils 20 multipliziert, um den endgültigen Öffnungsgrad G des AGR-Regelventils 20 zu ermitteln. Der Öffnungsgrad des AGR-Regelventils 20 wird auf diesen Öffnungsgrad G gesteuert.
Die Fig. 8 bis 18 zeigen eine andere Ausführungsform. Wenn ein Sauerstoffenthaltender Kraftstoff auf die obige Art und Weise verwendet wird, kann sogar dann, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis gehalten wird, eine ausgezeichnete Verbrennung erzielt werden, welche nicht durch die Erzeugung von Ruß begleitet ist. Bei einigen Arten von Dieselbrennkraftmaschinen mit Direkteinspritzung treten jedoch Probleme auf, falls das Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis gehalten wird, wenn die Brennkraftmaschine unter einer geringen Last oder einer starken Last in Betrieb ist. Das heißt, wenn die Brennkraftmaschine unter einer geringen Last in Betrieb ist, wird eine große Menge an AGR-Gas zurückgeführt, so daß die Menge an Luft in der Verbrennungskammer 3 gering wird, und daher ist dann, wenn das Luft-Kraftstoff- Verhältnis zu diesem Zeitpunkt auf dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis gehalten wird, nicht genügend Luft vorhanden, sogar wenn Sauerstoffenthaltender Kraftstoff verwendet wird, und somit wird die Verbrennung instabil.
Wenn die Brennkraftmaschine unter einer starken Last in Betrieb ist, wobei eine große Menge an Kraftstoff eingespritzt wird, bewirkt die ungleichmäßige Verteilung des eingespritzten Kraftstoffes, daß in der Verbrennungskammer 3 ein Bereich mit einem übermäßig fetten Luft-Kraftstoff-Gemisch ausgebildet wird, und daher wird zu diesem Zeitpunkt, wenn das Luft-Kraftstoff- Verhältnis gleich dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff- Verhältnis gemacht wird, sogar dann, wenn ein Sauerstoffenthaltender Kraftstoff verwendet wird, nicht genügend Luft vorhanden sein und daher Ruß erzeugt werden. Demgemäß ist es notwendig, das Luft-Kraftstoff- Verhältnis mager zu machen, wenn die Brennkraftmaschine bei einer Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung dieses Typs unter einer geringen Last oder unter einer starken Last in Betrieb ist. Die Fig. 8 bis 18 zeigen eine Ausführungsform, die für diesen Typ von Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung geeignet ist.
Als erstes wird auf Fig. 8 in dieser Ausführungsform Bezug genommen. Das Gehäuse 27, in welchem die NOx- Absorptionseinrichtung 26 angeordnet ist, ist in dem Motorauslaßkanal stromaufwärts der Katalysatoranlage 18, in welchem der Dreiwege-Katalysator 17 angeordnet ist, angeordnet.
Fig. 9 zeigt das Verhältnis zwischen dem Niederdrückbetrag L des Gaspedales 23, der Motordrehzahl N und der Soll-Rate bzw. Soll-Menge λ, an überschüssiger Luft, d. h., das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)&sub0;&supmin; Gemäß Fig. 9 wird dann, wenn der Motor unter einer mittleren Last bei einer mittleren Drehzahl in Betrieb ist, die Soll-Rate λ an überschüssiger Luft 1,0 gemacht, d. h., das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)&sub0; wird gleich dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis gemacht. In anderen Bereichen wird die Soll-Rate A. an überschüssiger Luft größer als 1,0 gemacht, d. h., das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)&sub0; ist mager gemacht.
Andererseits kann, um die Rate λ an überschüssiger Luft auf der Soll-Rate an überschüssiger Luft gemäß Fig. 9 zu halten, d. h., um das durchschnittliche Luft- Kraftstoff-Verhältnis in der Verbrennungskammer 3 auf dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)&sub0; zu halten, das Verfahren angewendet werden, bei welchem die Menge an rückgeführtem AGR-Gas erhöht und die Menge an Ansaugluft, welche der Verbrennungskammer 3 zugeführt wird, verringert werden, je geringer die Motorlast ist, oder es kann das Verfahren angewendet werden, bei welchem der Öffnungsgrad der Drosselklappe 14 und die Menge an Ansaugluft, welche der Verbrennungskammer 3 zugeführt wird, verringert werden, je geringer die Motorlast ist. Außerdem können diese Verfahren gleichzeitig angewendet werden. Die durchgezogene Linie in Fig. 10 zeigt den Fall, bei dem diese Verfahren gleichzeitig angewendet werden. Wie es durch die durchgezogene Linie in Fig. 10 gezeigt ist, wird in diesem Fall der Öffnungsgrad des AGR-Regelventils 20 um so größer gemacht, d. h., die Menge an AGR-Gas wird um so mehr erhöht und zur gleichen Zeit wird der Öffnungsgrad der Drosselklappe 14 um so geringer gemacht, je geringer der Niederdrückbetrag L des Gaspedales 23 ist. Es ist anzumerken, daß in der Praxis der Öffnungsgrad des AGR-Regelventils 20 und der Öffnungsgrad der Drosselklappe 14 nicht nur Funktionen des Niederdrückbetrags L des Gaspedales 23, sondern auch Funktionen der Motordrehzahl N sind. Demgemäß sind der Öffnungsgrad G des AGR-Regelventils 20 und der Öffnungsgrad θ der Drosselklappe 14 in dem ROM 32 in der Form der in den Fig. 11A und 11B gezeigten Abbildungen im voraus gespeichert.
Demgemäß wird auf der Grundlage des Niederdrückbetrags L des Gaspedales 23 und der Motordrehzahl N dann, wenn der in Fig. 3a gezeigte Wert als die Kraftstoffeinspritzmenge Q, der in Fig. 11A gezeigte Wert als der Öffnungsgrad des AGR-Regelventils 20 und der in Fig. 11B gezeigte Wert als der Öffnungsgrad 9 der Drosselklappe 14 gemacht sind, das durchschnittliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der Verbrennungskammer 3 das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)&sub0;. Es ist anzumerken, daß der in Fig. 11A gezeigte Öffnungsgrad G des AGR-Regelventils 20 und der in Fig. 11B gezeigte Öffnungsgrad θ der Drosselklappe 14 derart eingestellt sind, daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der Verbrennungskammer 3 das Soll-Luft-Kraftstoff- Verhältnis (A/F)&sub0; wird, nachdem die Menge an Sauerstoff berücksichtigt wird, welche in dem Kraftstoff enthalten ist.
Wenn jedoch die Menge an Sauerstoff in dem Kraftstoff zu der im voraus festgesetzten Menge unterschiedlich ist, endet dann, wenn Q, G und θ aus den in den Fig. 3A, 11A und 11B gezeigten Darstellungen bestimmt sind, das durchschnittliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der Verbrennungskammer 3 darin, daß es von dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)&sub0; abweicht. Daher wird auch in dieser Ausführungsform die Kraftstoffeinspritzmenge Q auf der Grundlage des Ausgangssignales des Luft-Kraftstoff- Verhältnis-Sensors 22 derart rückgekoppelt geregelt, daß das durchschnittliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der Verbrennungskammer 3 das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)&sub0; wird.
Anschließend wird die Regelung mit Rückkopplung auf einfache Art und Weise erklärt. Der in Fig. 8 gezeigte Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 22 hat Eigenschaften, welche sich von dem in Fig. 1 gezeigten O2&supmin;Sensor unterscheiden. Fig. 12 zeigt das Verhältnis zwischen der Ausgangsspannung V des in Fig. 8 gezeigten Luft- Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 22 und dem durchschnittlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F in der Verbrennungskammer 3. Aus Fig. 12 ist zu lernen, daß dann, wenn der in Fig. 8 gezeigte Luft-Kraftstoff- Verhältnis-Sensor 22 verwendet wird, das durchschnittliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F in der Verbrennungskammer 3 erfaßt werden kann. In der in Fig. 8 gezeigten Ausführungsform wird dann, wenn das durchschnittliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F, welches durch den Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 22 erfaßt wird, größer ist, als das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)&sub0;, die Kraftstoffeinspritzmenge Q erhöht, während dann, wenn das durchschnittliche Luft-Kraftstoff- Verhältnis A/F, welches durch den Luft-Kraftstoff- Verhältnis-Sensor 22 erfaßt wird, geringer als das Soll- Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)&sub0; ist, die Kraftstoffeinspritzmenge Q verringert wird. Das durchschnittliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F wird auf diese Art und Weise auf das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)&sub0; geregelt.
Das heißt, wenn bei dieser Ausführungsform die Brennkraftmaschine bei einer mittleren Drehzahl unter einer mittleren Last in Betrieb ist, wird das durchschnittliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F auf das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis rückgekoppelt geregelt. Zu diesem Zeitpunkt werden die unverbrannten HC, CO und NOx, welche in dem Abgas enthalten sind, durch den Dreiwege- Katalysator 17 effektiv entfernt. Wenn andererseits die Brennkraftmaschine bei einer anderen Drehzahl als der mittleren Drehzahl und einer anderen Last als der mittleren Last in Betrieb ist, wird das durchschnittliche Luft- Kraftstoff-Verhältnis A/F auf das Soll-Luft-Kraftstoff- Verhältnis (A/F)&sub0; rückgekoppelt geregelt. Wenn das durchschnittliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F mager gehalten wird, wird eine große Menge an NOx erzeugt, aber dieses NOx wird durch die NOx-Absorptionseinrichtung 26 absorbiert. Anschließend wird daher diese NOx-Absorptionseinrichtung 26 erklärt.
Die in dem Gehäuse 27 angeordnete NOx- Absorptionseinrichtung 16 besteht beispielsweise aus einem Träger aus Aluminiumoxid, an welchem beispielsweise ein Edelmetall, wie z. B. Platin Pt und wenigstens ein Element gehalten werden, welches aus der Gruppe von Alkalimetallen, wie z. B. Kalium K, Natrium Na, Lithium Li und Cäsium Cs, aus alkalischen Erden, wie z. B. Barium Ba und Calcium Ca, und aus seltenen Erden, wie z. B. Lanthan La und Yttrium Y, ausgewählt wird. Wenn das Verhältnis aus der Luft und dem Kraftstoff, welche dem Motoreinlaßkanal, der Verbrennungskammer 3 und dem Auslaßkanal stromaufwärts der NOx-Absorptionseinrichtung 26 zugeführt werden, als das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des einströmenden Abgases definiert ist, welches in die NOx-Absorptionseinrichtung 26 strömt, absorbiert die NOx- Absorptionseinrichtung 26 das NOx, wenn das Luft- Kraftstoff-Verhältnis des einströmenden Abgases mager ist, und sie gibt das absorbierte NOx ab, wenn die Konzentration an Sauerstoff in dem einströmenden Abgas fällt, d. h., sie führt einen NOx-absorbierenden und einen NOx-abgebenden Vorgang durch. Es ist anzumerken, daß dann, wenn der Kraftstoff oder die Luft dem Abgaskanal stromaufwärts der NOx-Absorptionseinrichtung 26 nicht zugeführt wird, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des einströmenden Abgases mit dem durchschnittlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der Verbrennungskammer 3 zusammenpaßt, und daher absorbiert in diesem Fall die NOx-Absorptionseinrichtung 26 das NOx, wenn das durchschnittliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der Verbrennungskammer 3 mager ist, und sie gibt das absorbierte NOx ab, wenn die Konzentration an Sauerstoff in der Verbrennungskamraer 3 fällt.
Indem die obige NOx-Absorptionseinrichtung 26 in dem Motorauslaßkanal angeordnet ist, arbeitet die NOx-Absorptionseinrichtung 26 in Wirklichkeit zu dem Zweck, daß sie NOx absorbiert und abgibt, aber es sind Abschnitte des detaillierten Mechanismus dieser Absorptions- und Abgabevorwirkung vorhanden, die nicht klar sind. Es wird jedoch erwartet, daß diese Absorptions- und Abgabewirkung aufgrund des in den Fig. 13A und 13B gezeigten Mechanismus stattfindet. Dieser Mechanismus wird als nächstes erklärt, wobei er als ein Beispiel für den Fall genommen wird, bei welchem Platin Pt und Barium Ba an dem Träger getragen werden, aber der gleiche Mechanismus arbeitet, wenn andere Edelmetalle, Alkalimetalle, alkalische Erden und seltene Erden verwendet werden.
Wenn dieses durchschnittliche Luft-Kraftstoff- Verhältnis A/F in der Verbrennungskammer 3 mager gehalten wird, ist die Konzentration von Sauerstoff in dem einströmenden Abgas hoch. Daher wird zu diesem Zeitpunkt, wie es in Fig. 13A gezeigt ist, der Sauerstoff O&sub2; auf der Oberfläche des Platins Pt in der Form von CO2&supmin; oder O2&supmin; abgeschieden. Andererseits reagiert das NO in dem einströmenden Abgas mit dem O2&supmin; oder dem O2&supmin; auf der Oberfläche des Platins Pt, so daß sich NO&sub2; ergibt (2NO + O&sub2; → 2NO&sub2;). Anschließend wird ein Teil des erzeugten NO&sub2; auf dem Platin Pt oxidiert und in der Absorptionseinrichtung absorbiert, wo er mit dem Bariumoxid BaO verbunden und in der Absorptionseinrichtung in der Form von Nitrationen NO3&supmin; dispergiert wird, wie es in Fig. 13A gezeigt ist. Auf diese Art und Weise wird das NOx in der NOx- Absorptionseinrichtung 26 absorbiert.
NO&sub2; wird auf der Oberfläche des Platins Pt so lange erzeugt, wie die Konzentration von Sauerstoff in dem einströmenden Abgas hoch ist. NO&sub2; wird in der Absorptionseinrichtung so lange absorbiert und Nitrationen NO&sub3;&supmin; werden so lange erzeugt, wie die Absorptionseinrichtung noch NOx absorbieren kann. Im Gegensatz dazu fährt die Reaktion dann, wenn die Konzentration von Sauerstoff in dem einströmenden Abgas und die Menge an erzeugtem NO&sub2; fallen, in der entgegengesetzten Richtung fort, (NO&sub3;&supmin; → NO&sub2;), und daher werden von der Absorptionseinrichtung Nitrationen NO&sub3;&supmin; in der Absorptionseinrichtung in Form von NO&sub2; abgegegeben. Das heißt, wenn die Konzentration von Sauerstoff in dem einströmenden Abgas fällt, wird von der NOx-Absorptionseinrichtung 26 NOx abgegegeben. Wenn daher der Grad der Magerheit des einströmenden Abgases fällt, fällt die Konzentration von Sauerstoff in dem einströmenden Abgas. Wenn der Grad der Magerheit des einströmenden Abgases fällt, wird daher von der NOx- Absorptionseinrichtung 26 sogar dann NOx abgegegeben, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des einströmenden Abgases mager ist.
Wenn andererseits das durchschnittliche Luft- Kraftstoff-Verhältnis in der Verbrennungskammer 3 fett gemacht ist und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des einströmenden Abgases zu diesem Zeitpunkt fett wird, wird eine große Menge an unverbranntem HC und CO von der Brennkraftmaschine ausgestoßen. Diese unverbrannten HC und CO reagieren mit dem Sauerstoff CO&sub2;&supmin; oder O²&supmin; auf dem Platin Pt, so daß sie oxidiert werden. Wenn das Luft- Kraftstoff-Verhältnis des einströmenden Abgases fett wird, fällt außerdem die Konzentration von Sauerstoff in dem einströmenden Abgas steil ab, so daß von der Absorptionseinrichtung NO&sub2; abgegegeben wird. Dieses NO&sub2; wird durch eine Reaktion mit dem unverbrannten HC und dem unverbrannten CO reduziert, wie es in Fig. 13B gezeigt ist. Wenn auf der Oberfläche des Platins Pt NO&sub2; nicht länger vorhanden ist, wird das NO&sub2; von der Absorptionseinrichtung abgegeben. Wenn das Luft- Kraftstoff-Verhältnis des einströmenden Abgases fett gemacht ist, wird demgemäß das NOx von der NOx-Absorptionseinrichtung 26 in einer kurzen Zeit abgegeben.
Das heißt, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des einströmenden Abgases fett gemacht ist, reagieren als erstes das unverbrannte HC und CO sofort mit dem O&sub2;&supmin; oder dem O²&supmin; auf dem Platin Pt, so daß sie oxidiert werden. Wenn noch unverbrannte HC oder CO sogar dann verbleiben, nachdem O&sub2;&supmin; oder O²&supmin; auf dem Platin Pt verbraucht sind, werden anschließend das NOx, welches von der Absorptionseinrichtung abgegegeben wurde, und das NOx, welches von der Brennkraftmaschine ausgestoßen wurde, reduziert. Indem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des einströmenden Abgases fett gemacht wird, wird demgemäß das NOx, welches in der NOx-Absorptionseinrichtung 26 absorbiert wurde, in einer kurzen Zeit abgegegeben, und außerdem wird das abgegebene NOx reduziert, so daß ein Abgeben von NOx in die Atmosphäre verhindert werden kann. Weil die NOx-Absorptionseinrichtung 26 die Funktion eines Reduktionskatalysators hat, kann außerdem das NOx, welches von der NOx-Absorptionseinrichtung 26 abgegeben wird, sogar dann reduziert werden, wenn das Luft- Kraftstoff-Verhältnis des einströmenden Abgases gleich dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis gemacht ist. Wenn jedoch das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des einströmenden Abgases gleich dem stöchiometrischen Luft- Kraftstoff-Verhältnis gemacht ist, wird das NOx von der NOx-Absorptionseinrichtung 26 nur allmählich abgegeben, so daß ein etwas längerer Zeitraum benötigt wird, um das gesamte NOx abzugeben, welches in der NOx- Absorptionseinrichtung 26 absorbiert wurde.
Gemäß obiger Erklärung wird dann, wenn das durchschnittliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F in der Verbrennungskammer 3 mager gehalten wird, das NOx in der NOx-Absorptionseinrichtung 26 weiterhin absorbiert. Es gibt jedoch eine Grenze, bis zu welcher die NOx- Absorptionseinrichtung 26 NOx absorbieren kann. Wenn die NOx-Absorptionseinrichtung 26 ihre Grenze zur Absorption von NOx erreicht, kann die NOx-Absorptionseinrichtung 26 NOx nicht länger absorbieren. Demgemäß ist es notwendig, das NOx von der NOx-Absorptionseinrichtung 26 abzulassen, bevor die NOx-Absorptionseinrichtung 26 ihre Grenze zum Absorbieren von NOx erreicht. Daher ist es notwendig, abzuschätzen, bis zu welchem Grad das NOx in der NOx- Absorptionseinrichtung 26 absorbiert wurde. Dieses Verfahren zum Abschätzen der absorbierten Menge an NOx wird anschließend kurz erklärt.
Wenn das durchschnittliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der Verbrennungskammer 3 mager gehalten wird, wird das von der Brennkraftmaschine pro Zeiteinheit ausgestoßene NOx um so mehr, je höher die Motorlast wird, so daß das in der NOx-Absorptionseinrichtung 26 pro Zeiteinheit absorbierte NOx um so mehr wird. Außerdem wird das von der Brennkraftmaschine pro Zeiteinheit ausgestoßene NOx um so mehr, je höher die Motordrehzahl wird, so daß das in der NOx-Absorptionseinrichtung 26 pro Zeiteinheit absorbierte NOx mehr wird. Demgemäß wird die Menge an NOx, welche in der NOx-Absorptionseinrichtung 26 pro Zeiteinheit absorbiert wurde, eine Funktion der Motorlast und der Motordrehzahl. Demgemäß wird in der Ausführungsform, welche in Fig. 8 gezeigt ist, die Menge A an NOx, welche in der NOx-Absorptionseinrichtung 26 pro Zeiteinheit absorbiert wurde, durch Experimente als eine Funktion aus dem Niederdrückbetrag L des Gaspedales 23 und der Motordrehzahl N im voraus ermittelt. Die Menge A an NOx ist im voraus in dem ROM 32 in der Form der in Fig. 14A gezeigten Abbildung als eine Funktion von L und N gespeichert.
Wenn das durchschnittliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F gleich dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff- Verhältnis oder fett wird, wird andererseits von der NOx- Absorptionseinrichtung 26 NOx abgegeben. Zu diesem Zeitpunkt ist die NOx-Abgabe D, welche von der NOx- Absorptionseinrichtung 26 pro Zeiteinheit abgeben wurde, proportional zu der Abgasmenge und zu dem Reichhaltigkeitsgrad des durchschnittlichen Luft- Kraftstoff-Verhältnisses A/F. In diesem Fall ist die Abgasmenge eine Funktion des Niederdrückbetrags L des Gaspedales 23 und der Motordrehzahl N, so daß die NOx- Abgabe D auch eine Funktion des Niederdrückbetrags L des Gaspedales 23 und der Motordrehzahl N wird. Die NOx- Abgabe D ist in dem ROM 32 in der Form der in Fig. 14B gezeigten Abbildung im voraus gespeichert. Wenn andererseits der Reichhaltigkeitsgrad des durchschnittlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses A/F höher wird, wird die NOx-Abgabe-Rate K höher, wie es in Fig. 14C gezeigt ist, und daher wird, wenn die NOx-Abgabe-Rate K berücksichtigt wird, die NOx-Abgabe pro Zeiteinheit durch K·D ausgedrückt.
Weil die NOx-Absorption pro Zeiteinheit durch A und die NOx-Abgabe pro Zeiteinheit durch K·D auf diese Art ausgedrückt sind, wird das NOx, von welchem abgeschätzt wird, daß es in der NOx-Absorptionseinrichtung 26 absorbiert wird, d. h., ΣNOx, durch die folgende Gleichung ausgedrückt:
ΣNOx = ΣNOx + A - K·D
Fig. 15 zeigt die Änderungen des abgeschätzten absorbierten Nox, d. h., des ΣNOx. Gemäß Fig. 15 steigt dann, wenn das durchschnittliche Luft-Kraftstoff- Verhältnis A/F mager ist, das abgeschätzte absorbierte NOx, d. h., ΣNOx allmählich an. Wenn das durchschnittliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F auf dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis gehalten wird, wird das abgeschätzte absorbierte NOx, d. h., ΣNOx, allmählich verringert. Wenn das abgeschätzte absorbierte NOx, d. h., ΣNOx, eine im voraus bestimmte obere Grenze MAX überschreitet, wird außerdem das durchschnittliche Luft- Kraftstoff-Verhältnis A/F für einen kurzen Zeitraum wie eine Impulsspitze fett gemacht, wo das NOx von der NOx- Absorptionseinrichtung 26 abgelassen werden soll.
Bei der in Fig. 8 gezeigten Ausführungsform wird auf diese Art und Weise dann, wenn das NOx von der NOx-Absorptionseinrichtung 26 abgelassen werden soll, das durchschnittliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F in der Verbrennungskammer 3 fett gemacht. Bei der gegenwärtigen Erfindung ist in dem Kraftstoff jedoch der Sauerstoff enthalten, so daß in dem verdampften Kraftstoff Sauerstoff gleichförmig verteilt ist und demgemäß die Kraftstoffpartikel bei Vorhandensein von einer großen Menge an Sauerstoff verbrennen, so daß nur eine geringe Menge an Ruß erzeugt wird. Das heißt, indem ein sauerstoffenthaltender Kraftstoff auf diese Art und Weise verwendet wird, kann das durchschnittliche Luft- Kraftstoff-Verhältnis in der Verbrennungskammer 3 zum ersten Mal fett gemacht werden.
Wenn jedoch gerade die Kraftstoffeinspritzmenge gesteuert wird, um das durchschnittliche Luft-Kraftstoff- Verhältnis in der Verbrennungskammer 3 fett zu machen, d. h., wenn das durchschnittliche Luft-Kraftstoff- Verhältnis fett gemacht wird, indem gerade die Kraftstoffeinspritzmenge erhöht wird, erhöht sich das Ausgangsdrehmoment rapide und es wird ein Ruck bzw. Stoß erzeugt. Daher werden in der in Fig. 8 gezeigten Ausführungsform der Öffnungsgrad des AGR-Regelventils 20 größer und der Öffnungsgrad der Drosselklappe 14 geringer gemacht, und außerdem wird die Kraftstoffeinspritzmenge derart erhöht, daß das durchschnittliche Luft-Kraftstoff- Verhältnis A/F fett gemacht wird. Fig. 16 zeigt die Änderungen des durchschnittlichen Luft-Kraftstoff- Verhältnisses A/F, etc., zu diesem Zeitpunkt. Es ist anzumerken, daß die gestrichelte Linie in Fig. 10 den Öffnungsgrad G' des AGR-Regelventils 20 und den Öffnungsgrad θ' der Drosselklappe 14 zu diesem Zeitpunkt zeigt.
Fig. 17 und Fig. 18 zeigen die Routine zum Steuern des Betriebs der Brennkraftmaschine. Die Routine wird ausgeführt, wobei beispielsweise zu bestimmten Zeitintervallen unterbrochen wird.
Es wird auf die Fig. 17 und 18 Bezug genommen. Als erstes wird in Schritt 250 die Kraftstoffeinspritzmenge Q aus der in Fig. 3A gezeigten Abbildung berechnet. Anschließend wird in Schritt 251 bestimmt, ob der Merker zum Ablassen von NOx gesetzt ist oder nicht, der gesetzt wird, wenn das NOx von der NOx-Absorptionseinrichtung 26 abgelassen werden soll. Wenn der Merker zum Ablassen von NOx nicht gesetzt ist, fährt die Routine mit Schritt 252 fort, wo der Öffnungsgrad G des AGR-Regelventils 20 aus der in Fig. 11A gezeigten Abbildung berechnet wird. Anschließend wird in Schritt 253 der Öffnungsgrad θ der Drosselklappe 14 aus der in Fig. 11B gezeigten Abbildung berechnet.
Als nächstes wird in Schritt 254 bestimmt, ob das durchschnittliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F in der Verbrennungskammer 3, welches durch den Luft-Kraftstoff- Verhältnis-Sensor 22 erfaßt wurde, größer ist als das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)&sub0;. Wenn A/F > (A/F)&sub0; ist, fährt die Routine mit Schritt 255 fort, wo zu dem Rückkopplungs-Korrektur-Koeffizienten FAF ein vorbestimmter Wert K addiert wird. Anschließend fährt die Routine mit Schritt 257 fort. Wenn im Gegensatz dazu A/F ≤ (A/F)&sub0; ist, fährt die Routine mit Schritt 256 fort, wo der vorbestimmte Wert K von dem Rückkopplungs-Korrektur- Koeffizienten FAF subtrahiert wird. Anschließend fährt die Routine mit Schritt 257 fort. In Schritt 257 wird der Rückkopplungs-Korrektur-Koeffizient FAF mit der Kraftstoffeinspritzmenge Q multipliziert, so daß der endgültige Kraftstoffeinspritzbetrag Q (= FAF·Q) berechnet wird. Das heißt, wenn A/F > (A/F)&sub0; ist, wird die Kraftstoffeinspritzmenge Q verringert, wodurch das durchschnittliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F auf dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)&sub0; gehalten wird. Es ist anzumerken, daß sich FAF über und unter dem Wert von 1,0 bewegt.
Anschließend wird in Schritt 258 bestimmt, ob das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)&sub0; das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist. Wenn das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)&sub0; nicht das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, d. h., wenn das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)&sub0; mager ist, fährt die Routine mit Schritt 259 fort, wo die NOx- Absorption A, welche in der Abbildung von Fig. 14A gezeigt ist, zu dem abgeschätzten absorbierten NOx, d. h., ΣNOx, addiert wird. Anschließend fährt die Routine mit Schritt 263 fort. Wenn im Gegensatz dazu das Soll-Luft- Kraftstoff-Verhältnis (A/F)&sub0; das stöchiometrische Luft- Kraftstoff-Verhältnis ist, fährt die Routine mit Schritt 260 fort, wo das Produkt aus K·D der NOx-Abgabe D, welche aus Fig. 14B ermittelt wurde, und der NOx-Abgabe-Rate K, welche aus Fig. 14C ermittelt wurde, auf der Grundlage des durchschnittlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (14,7·Q/(Q + ΔQ)) von dem abgeschätzten absorbierten NOx, d. h., ΣNOx, subtrahiert wird. Anschließend wird in Schritt 261 bestimmt, ob das abgeschätzte absorbierte NOx, d. h., ΣNOx, negativ geworden ist oder nicht. Wenn Z NOx < 0, dann fährt die Routine mit Schritt 262 fort, wo das abgeschätzte absorbierte NOx, d. h., ΣNOx, Null gemacht wird. Anschließend fährt die Routine mit Schritt 263 fort.
In Schritt 263 wird bestimmt, ob das abgeschätzte absorbierte NOx, d. h., ΣNOx, die obere Grenze MAX überschritten hat. Wenn ΣNOx ≤ MAX ist, endet der Durchlauf. Wenn im Gegensatz dazu ΣNOx > MAX ist, fährt die Routine mit Schritt 264 fort, wo der Merker zum Ablassen von NOx gesetzt wird. Wenn der Merker zum Ablassen von NOx gesetzt ist, fährt die Routine in dem nächsten Durchlauf von Schritt 251 mit Schritt 265 fort, wo die Abgabe von NOx von der NOx-Absorptionseinrichtung 26 gesteuert wird.
Das heißt, in Schritt 265 wurde der in Fig. 10 gezeigte Öffnungsgrad G' des AGR-Regelventils 20 berechnet und das AGR-Regelventil 20 wurde auf diesen Öffnungsgrad G' geöffnet. Anschließend wurde in Schritt 266 der in Fig. 10 gezeigte Öffnungsgrad θ' der Drosselklappe 14 berechnet und die Drosselklappe 14 wurde auf diesen Öffnungsgrad θ' geschlossen. Daraufhin wird in Schritt 267 entschieden, ob von dem Start des Betriebs zum Öffnen des AGR-Regelventils 20 und des Betriebs zum Schließen der Drosselklappe 14 ein vorbestimmter Zeitraum verstrichen war. Wenn ein vorbestimmter Zeitraum verstrichen war, fährt die Routine mit Schritt 268 fort.
In Schritt 268 wird die Kraftstoffeinspritzmenge Q um exakt ΔQ erhöht, wodurch das durchschnittliche Luft- Kraftstoff-Verhältnis A/F fett gemacht wird. Anschließend wird in Schritt 269 das Produkt K·D aus der NOx-Abgabe Dr welche aus Fig. 14B ermittelt wurde, und der NOx-Abgabe- Rate K, welche aus Fig. 14C ermittelt wurde, auf der Grundlage des durchschnittlichen Luft-Kraftstoff- Verhältnisses (14,7·Q/(Q + ΔQ)) von dem abgeschätzten absorbierten NOx, d. h., ΣNOx, subtrahiert. Dann wird in Schritt 270 bestimmt, ob das abgeschätzte absorbierte NOx, d. h., ΣNOx, negativ geworden ist oder nicht. Wenn Z NOx < 0, d. h., wenn von der NOx-Absorptionseinrichtung 26 das gesamte NOx abgelassen wurde, fährt die Routine mit Schritt 271 fort, wo das abgeschätzte absorbierte NOx, d. h., ΣNOx, Null gemacht wird. Anschließend fährt die Routine mit Schritt 272 fort, wo der Merker zum Ablassen von NOx zurückgesetzt wird. Wenn der Merker zum Ablassen von NOx zurückgesetzt ist, werden in dem nächsten Durchlauf das AGR-Regelventil 20 auf den Öffnungsgrad G geschlossen und die Drosselklappe 14 auf den Öffnungsgrad θ geöffnet.
Es ist anzumerken, daß in der in Fig. 8 gezeigten Ausführungsform die NOx-Absorptionseinrichtung 26 stromaufwärts des Dreiwege-Katalysators 17 angeordnet ist. Wenn die NOx-Absorptionseinrichtung 26 auf diese Art und Weise stromaufwärts des Dreiwege-Katalysators 17 angeordnet ist, ist das dahingehend von Vorteil, daß das NOx, welches in der NOx-Absorptionseinrichtung 26 zu dem Zeitpunkt einer Abgabe von NOx von der NOx- Absorptionseinrichtung 26 nicht reduziert werden konnte, durch den Dreiwege-Katalysator reduziert werden kann.

Claims

1. Dieselbrennkraftmaschine, mit einer Verbrennungskammer (3), mit:

einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung (4, 21), die bei Gebrauch in die Verbrennungskammer (3) Kraftstoff einspritzt, welcher Sauerstoff enthält; und

einer Einrichtung zum Bestimmen einer Menge an Kraftstoff, die von der Kraftstoffeinspritzeinrichtung eingespritzt wurde, so dass ein Mittelwert eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in der Verbrennungskammer (3) gleich einem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird, das entweder das stöchiometrische Luft- Kraftstoff-Verhältnis oder ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist,

worin in einem Brennkraftmaschinenauslasskanal (15) ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor (22) angeordnet ist, und worin eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelungseinrichtung vorgesehen ist, um auf der Grundlage eines Ausgangssignals des Luft-Kraftstoff-Verhältnis- Sensors (22) ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der Verbrennungskammer (3) auf ein Soll-Luftkraftstoff- Verhältnis zu regeln, und

worin das Luft-Kraftstoff-Verhältnis derart geregelt wird, dass es das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird, indem wenigstens eine Menge an rückgeführtem Abgas geregelt wird.

2. Dieselbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, in der eine Abgasrückführungsregelungseinrichtung (19) vorgesehen ist, um eine Menge an Abgas zu regeln, das von dem Brennkraftmaschinenauslasskanal (15) zu einem Brennkraftmaschineneinlasskanal (9) rückgeführt wurde, und in der die Menge an rückgeführtem Abgas um so größer ist, je niedriger die Brennkraftmaschinenlast ist.

3. Dieselbrennkraftmaschine nach Anspruch 2, in der in dem Brennkraftmaschineneinlasskanal (9) eine Drosselklappe (14) vorgesehen ist, und in der der Öffnungsgrad der Drosselklappe (14) um so geringer gemacht wird, je niedriger die Brennkraftmaschinenlast ist.

4. Dieselbrennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in der in dem Brennkraftmaschinenauslasskanal (15) ein Dreiwege-Katalysator (17, 18) angeordnet ist.

5. Dieselbrennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in der eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelungseinrichtung mit Rückkopplung vorgesehen ist, um auf der Grundlage eines Ausgangssignals des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors (22) eine Regelung mit Rückkopplung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in der Verbrennungskammer (3) auf ein Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis durchzuführen.

6. Dieselbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, in der in dem Brennkraftmaschinenauslasskanal (15) eine NOx-Absorptionseinrichtung (26) angeordnet ist, um NOx zu absorbieren, wenn ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis von in die NOx-Absorptionseinrichtung (26) strömenden Abgas mager ist, und um das absorbierte NOx abzulassen, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in die NOx- Absorptionseinrichtung (26) strömenden Abgases stöchiometrisch ist.

7. Dieselbrennkraftmaschine nach Anspruch 4 und 6, in der der Dreiwege-Katalysator (17, 18) stromabwärts der NOx-Absorptionseinrichtung (26) angeordnet ist.

8. Dieselbrennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in der die Menge der Kraftstoffeinspritzung erhöht wird, wenn das durchschnittliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der Verbrennungskammer (3) von mager auf fett geschaltet wird, um von der NOx-Absorptionseinrichtung (26) NOx abzulassen.

9. Dieselbrennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in welcher der Öffnungsgrad der Drosselklappe (14) geringer gemacht wird, wenn das durchschnittliche Luft-Kraftstoffverhältnis in der Verbrennungskammer (3) von mager auf fett geschaltet wird, um von der NOx-Absorptionseinrichtung NOx abzulassen.