DE69727451T2

DE69727451T2 - Reinigungsanlage der Verbrennungsgase eines internen Verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE69727451T2
Application number: DE69727451T
Authority: DE
Inventors: Shusuke 1-4 Akazaki; Kohei 1-4 Hanada; Yuji 1-4 Yasui; Tadashi 1-4 Satoh; Takashi 1-4 Haga
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1996-11-20
Filing date: 1997-11-20
Publication date: 2004-07-01
Anticipated expiration: 2017-11-21
Also published as: USRE43588E1; US5946906A; JPH10153112A; JP3658115B2; EP0844373A1; USRE42056E1; EP0844373B1; DE69727451D1

Description

Die Erfindung betrifft ein Abgasreinigungssystem eines Verbrennungsmotors zum Entfernen einer unverbrannten KW-Komponente aus dem Abgas.
Verbrennungsmotoren sind im Auspuffsystem normalerweise mit einem Katalysator (Dreiwegekatalysator) versehen, der KW-, NOx- und CO-Komponenten in dem vom Motor erzeugten Abgas beseitigt. Wenn jedoch z. B. der Motor kaltgestartet wird und der Katalysator nicht aktiviert ist, wird eine unverbrannte KW-Komponente unmittelbar in die Atmosphäre abgegeben.
Aus diesem Grund wird in der JP-A-04017710 ein Abgasreinigungssystem vorgeschlagen. In diesem System verzweigt sich das Auspuffrohr 5 an einer Stelle stromab der Katalysatoren 6, 7. Der Bypass 9 ist mit einem Adsorber 10 versehen, der aus Aktivkohle oder aktivierter Holzkohle hergestellt ist und auf zwei Betten angebracht ist. Der Bypass wiederum mündet in das Auspuffrohr 5 stromab des Adsorbers. Eine Abgasrückführ (AGR)-Leitung 15 ist vor dem Mündungspunkt angeschlossen, wo der Bypass angeordnet ist, sodass eine unverbrannte KW-Komponente, wenn sie adsorbiert ist, durch die AGR-Leitung 15 in das Motoransaugsystem rückgeführt wird. Ein Ventil 14 ist in dem Bypass 9 stromab davon vorgesehen, um den Bypass 9 zu öffnen oder zu schließen. Ferner ist ein anderes Ventil 13 in dem Auspuffrohr 5 vorgesehen, um dasselbe zu schließen, um das Abgas in den Bypass 9 einzuleiten.
Die japanischen offengelegten Patentanmeldungen Hei 5(1993)-171,929 und Hei 6(1994)-101,461 offenbaren ähnliche Syteme.
Wenn in dem herkömmlichen System (beschrieben in JP-A-04017710) das Bypassventil 14 in der geschlossenen Stellung hängen bleibt, wird, wenn das Auspuffrohrventil 13 das Auspuffrohr 5 schließt, das Auspuffsystem verschlossen, sodass der Motor abgewürgt wird. Weil darüber hinaus der Bypass 9 mit der AGR-Leitung 15 stromab des Adsorbers 10 verbunden ist, ist das Bypassventil 14 unabkömmlich und kann nicht weggelassen werden. Daher erfordert das System, dass sowohl das Auspuffrohrventil 13 als auch das Bypassventil separat und unabhängig voneinander vorgesehen sind. In dem herkömmlichen System fließt, ohne das Bypassventil 14, die adsorbierte unverbrannte KW-Komponente nicht zur AGR-Leitung 15, sondern fließt zum Auspuffrohr 5 und zur Atmosphäre.
Das Bypassventil 14 und das Auspuffrohrventil 13 sind dem heißen Abgas ausgesetzt und sollten dementsprechend wärmebeständige Eigenschaften haben. Das Vorsehen eines derartigen Ventils ist besonders nachteilig nicht nur im Hinblick auf die Herstellungskosten, sondern auch auf die Haltbarkeit und Zuverlässigkeit des Auspuffsystems. Wie oben erwähnt, erhöht ferner das separate Vorsehen der Ventile die Wahrscheinlichkeit, dass das Auspuffrohr verschlossen wird.
Da ferner der Bypass mit der AGR-Leitung 15 stromab des Adsorbers 10 verbunden ist, kann die AGR-Leitung lang werden, in Abhängigkeit von der Auslegung des Motors. In einem normalen Fahrzeug ist der Motor normalerweise an dessen Vorderseite angebracht und das einen Katalysator enthaltende Auspuffsystem erstreckt sich zum Heck des Fahrzeugs unter der Bodenstruktur. Der Abstand zwischen dem Anschlusspunkt des Bypasses mit der AGR-Leitung und dem Motor nimmt zu, wenn der Anschlusspunkt näher am Heck des Fahrzeugs angeordnet ist.
Ähnliche Nachteile finden sich in anderen herkömmlichen Systemen (offenbart in 5-171,929 und 6-101,461). Die JP-A-04017710 offenbart eine andere herkömmliche Anordnung. Der Oberbegriff von Anspruch 1 beruht auf dieser Druckschrift. Die US-A-5315824 offenbart eine weitere herkömmliche Anordnung.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Abgasreinigungssystem eines Verbrennungsmotors anzugeben, das einen Adsorber zum Adsorbieren der unverbrannten KW-Komponente in dem von dem Motor erzeugten Abgas aufweist, welches die Probleme in den herkömmlichen Systemen lösen kann und welches effizient verhindern kann, dass das Auspuffrohr verschlossen wird, auch wenn ein Ventil zum Verschließen eines Bypasses in der geschlossenen Stellung hängen bleibt.
Eine zweite Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Abgasreinigungssystem eines Verbrennungsmotors anzugeben, das einen Adsorber zum Adsorbieren der unverbrannten KW-Komponente in dem von dem Motor erzeugten Abgas aufweist, welches eine relativ kurze AGR-Leitung zum Rückführen einer unverbrannten KW-Komponente, die vom Adsorber adsorbiert ist, bereitstellen kann.
Eine dritte Aufgabe der Erfindung ist es, ein Abgasreinigungssystem eines Verbrennungsmotors anzugeben, das einen Adsorber zum Adsorbieren der unverbrannten KW-Komponente in dem von dem Motor erzeugten Abgas aufweist, worin die Adsorption und Desorption optimal durchgeführt werden.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch Vorsehen eines Systems zum Reinigung von von einem Verbrennungsmotor erzeugtem Abgas gemäß Anspruch 1. Somit weist das System ein Luftansaugsystem und ein Auspuffsystem auf, das ein sich von einem Auspuffkrümmer des Motors erstreckendes Auspuffrohr und einen in dem Auspuffrohr installierten Katalysator enthält, wobei das Auspuffsystem von dem Motor erzeugtes Abgas zur Atmosphäre abgibt, wobei das System zum Reinigen von Abgas ferner enthält: einen Bypass, der von dem Auspuffrohr an einer Stelle stromab des Katalysators abzweigt und stromab der Zweigstelle in das Auspuffrohr mündet; einen in dem Bypass installierten Adsorber; ein Ventilmittel, das an oder nahe der Zweigstelle des Abgasrohrs vorgesehen ist, um den Bypass zu verschließen; eine AGR-Leitung, die am einen Ende mit dem Bypass verbunden ist und die mit dem Luftansaugsystem verbunden ist, um Abgas zu dem Luftansaugsystem zurückzuführen; und ein Ventilsteuer/regelmittel, das das Ventilmittel betreibt, um den Bypass für eine Dauer seit dem Starten des Motors zu öffnen, um das Abgas in den Bypass einzuleiten, sodass der Adsorber die unverbrannte Komponente in dem Abgas adsorbiert; ein AGR-Steuer/Regelmittel, das bewirkt, dass das in den Bypass eingeführte Abgas durch die AGR-Leitung zu dem Luftansaugsystem rückgeführt wird; wobei das System dadurch gekennzeichnet ist, dass: der Bypass durch eine Kammer gebildet ist, die einen Teil des Auspuffrohrs derart umschließt, dass der Teil des Abgasrohrs dem Adsorber benachbart ist; wobei die AGR-Leitung am einen Ende mit der Kammer verbunden ist; und dass das Ventilsteuer/regelmittel enthält: ein Abgasvolumenparameter-Erfassungsmittel zum Erfassen eines Parameters (Tout), der sich auf das Volumen des Abgases bezieht und Bestimmen der Dauer (ToutLMT, TTRSLMT), über die der Bypass geöffnet ist, auf der Basis des Abgasvolumenparameters.
Diese und andere Ziele und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung und den Zeichnungen der Ausführung, die nur als Beispiel angegeben sind, ersichtlich, worin:
1 ist eine schematische Gesamtansicht, die ein Abgasreinigungssystem eines Verbrennungsmotors zeigt, das Katalysatoren und einen Adsorber aufweist, der die von dem Motor abgegebene unverbrannte KW-Komponente adsorbiert;
2 ist eine Querschnittsansicht entlang Linie II-II in 1;
3 ist ein Blockdiagramm, das die Details einer in 1 dargestellten elektronischen Steuereinheit (ECU) zeigt;
4 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb des in 1 dargestellten Systems zeigt;
5 ist eine Erläuterungsgraphik, die die Charakteristik eines Timerwerts zeigt, in Bezug auf das Flussdiagramm von 4;
6 ist eine Erläuterungsansicht, die den Betrieb des Systems zeigt, in dem der Adsorber die unverbrannte KW-Komponente für eine Dauer nach dem Motorstart adsorbiert;
7 ist eine Erläuterungsansicht, die den Betrieb des Systems zeigt, worin der Adsorber die unverbrannte KW-Komponente zurückhält;
8 ist eine Erläuterungsansicht, die einen Betrieb des Systems zeigt, worin der Adsorber die unterbrannte KW-Komponente in dem Luftansaugsystem adsorbiert, wenn die AGR-Regelung in Betrieb ist;
9 ist ein Flussdiagramm, das die Zündzeitsteuerung zeigt, die zur Förderung der Katalysatoraktivierung durchgeführt wird;
10 ist ein Blockdiagramm, das die Rückkopplungsschleife mit einem adaptiven Regler zeigt, der einen Rückkopplungskorrekturkoeffizienten berechnet, auf dessen Basis die AGR-Regelung betrieben wird;
11 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration des in 10 gezeigten adaptiven Reglers zeigt;
12 ist ein Haupflussdiagramm, das die AGR-Regelung zeigt;
13 ist eine Unterroutine des Flussdiagramms von 12, die die Berechnung von KEGRN in Bezug auf 12 zeigt;
14 ist eine Erläuterungsansicht, die die Konfiguration eines Ringpuffers zeigt, in Bezug auf das Flussdiagramm von 13;
15 ist eine Erläuterungsansicht einer Verzögerungszeit in Bezug auf das Flussdiagramm von 13;
16 ist ein Zeitdiagramm, das den Betrieb des Flussdiagramms von 13 zeigt;
17 ist eine Ansicht ähnlich 1, zeigt jedoch ein unterschiedliches Abgasreinigungssystem eines Verbrennungsmotors;
18 ist eine Querschnittsansicht entlang Linie XVIII-XVIII von 17;
19 ist eine Querschnittsdraufsicht eines Auspuffrohrs, die ein anderes Abgasreinigungssystem eines Verbrennungsmotors zeigt; und
20 ist eine Ansicht ähnlich 4, zeigt jedoch den Betrieb eines Abgasreinigungssystems gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
1 ist eine Übersicht über ein Abgasreinigungssystem eines Verbrennungsmotors.
Die Bezugszahl 10 in dieser Figur bezeichnet einen Reihenvierzylindermotor mit oben liegender Nockenwelle (OHC). Luft, die in ein Luftansaugrohr oder eine Leitung 12 durch einen separat montierten Luftfilter (nicht gezeigt) angesaugt wird, wird den ersten bis vierten Zylindern durch einen Ausgleichsbehälter 16, einen Ansaugkrümmer 18 und zwei Einlassventile 20 (nur eines ist gezeigt) zugeführt, während deren Strömung durch ein Drosselventil 14 eingestellt wird. Das Drosselventil 14 wird von einem Bypass 22 umgangen, der an dem Luftansaugrohr 12 vorgesehen ist. Ein Ventil (häufig als EACV bezeichnet) 24, das aus einem elektromagnetischen Solenoidventil aufgebaut ist, ist in dem Bypass 22 angebracht, um dasselbe zu schließen.
Eine Kraftstoffeinspritzdüse 26 ist in der Nähe der Einlassventile 20 jedes Zylinders installiert, um Kraftstoff in eine Brennkammer 28 des betreffenden Zylinders einzuspritzen. Der eingespritzte Kraftstoff vermischt sich mit der Ansaugluft unter Bildung eines Luft-Kraftstoff-Gemisches, das durch eine Zündkerze (nicht gezeigt) in der Zylinderkammer gezündet wird. Die resultierende Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemisches treibt einen Kolben 30 in der Figur nach unten.
Das durch die Verbrennung erzeugte Abgas wird durch zwei Auslassventile 34 (nur eines ist gezeigt) in einen Auspuffkrümmer 36 abgegeben, von wo es durch ein Auspuffrohr oder eine Passage 38 zu einem ersten Katalysator 40, der unmittelbar unter dem Auspuffkrümmer 36 installiert ist, und einen zweiten Katalysator und einen dritten Katalysator 44 (alles Dreiwegekatalysatoren) fließt, wo schädliche Komponenten daraus beseitigt werden, bevor es über eine Fahrzeugheckbaugruppe 46, die einen Auspufftopf und ein Endrohr (beide nicht gezeigt) enthält, in die Atmosphäre abgegeben wird.
Der Motor 10 ist mit einem variablen Ventilsteuermechanismus 50 ausgestattet (in 1 als "V/T" bezeichnet). Der variable Ventilsteuermechanismus schaltet in Antwort auf die Motordrehzahl Ne und den Krümmerdruck Pb die Öffnungs/Schließzeit der Einlass- und/oder Auslassventile zwischen zwei Typen von Steuercharakteristiken um, einer Charakteristik für niedrige Motordrehzahl und einer Charakteristik für hohe Motordrehzahl. Da dies jedoch ein an sich bekannter Mechanismus ist, wird er hier nicht weiter beschrieben.
Das Auspuffrohr 38 ist mit einer Kammer 52 an einer Stelle stromab des dritten Katalysators 44 angeschlossen. Insbesondere und gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Kammer 52 derart vorgesehen, dass sie einen Teil des Auspuffrohrs 38 umgibt. In der Kammer 52 verzweigt sich das Auspuffrohr 38 an einer Gabelung 54, um einen Bypass oder eine Leitung 56 zu bilden.
Ein Kombinationsventil ist in der Nähe der Gabelung 54 vorgesehen. Das Kombinationsventil umfasst ein Auspuffrohrventilelement 58, das das Auspuffrohr 38 öffnet/schließt, und ein Bypassventilelement 60, das den Bypass 56 öffnet/schließt. Die Ventilelemente 58, 60 sind Klappenventile (wie die Drosselklappe 14) und sind gebildet aus einer ersten Scheibe (Flügel) 58a, einer zweiten Scheibe (Flügel) 60a und einer damit verbundenen Welle 58b. Die Scheiben 58a, 60a sind mit der Welle 58b rechtwinklig (90 Grad) miteinander verbunden, sodass dann, wenn das erste Scheibenelement 58a das Auspuffrohr verschließt, das zweite Scheibenelement 58b den Bypass 60 öffnet, und umgekehrt. Auch wenn mit der Anordnung ein Ventilelement in der geschlossenen Stellung hängen bleibt, wird das andere zwangsweise geöffnet. Da somit das Abgas durch das Ventilelement entweder des Auspuffrohrs 38 oder des Bypasses 56 hindurchfließen kann, ist ein Verschluss desselben weniger wahrscheinlich.
Die Welle 58b ist mit einem Ventilaktuator 64 verbunden. Der Ventilaktuator 64 weist eine Leitung 66 auf, die mit dem Luftansaugrohr 12 an einer Stelle stromab des Drosselventils 14 verbunden ist. Der Ventilaktuator 64 betreibt das Auspuffrohrventilelement 58, um das Auspuffrohr zu verschließen, und das Bypassventilelement 60, um den Bypass 56 zu öffnen, wenn ein Unterdruck von dem Luftansaugrohr 12 durch die Leitung 66 eingeführt wird. In anderen Worten, solange nicht ein Unterdruck in den Aktuator 64 eingeführt wird, schließt das Auspuffrohrventilelement 58 zwangsweise das Auspuffrohr 38 und öffnet das Bypassventilelement 60 zwangsweise den Bypass 56, wie in 1 gezeigt.
Ein elektromagnetisches Solenoidventil (später als "TRPV" bezeichnet) 68 ist in der Leitung 66 angeordnet, welche die Leitung in Antwort auf einen Befehl, der von einer elektronischen Steuereinheit (später als "ECU" bezeichnet) 86 erzeugt und geschickt wird, öffnet/schließt. Somit betreibt der Ventilaktuator 64 das Öffnen oder Schließen der Ventilelemente 58, 60.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Kammer 52 so konfiguriert, dass sie das Auspuffrohr 38 vollständig umgibt, sodass entlang dem Auspuffrohr 38 zwischen dem Auspuffrohr 38 und der Kammer 52 ein Raum 72 gebildet wird. Ein Adsorber 74, der an zwei Betten angebracht ist, ist in dem Raum 72 an einer Position stromab oder nahe der Fahrzeugheckbaugruppe 46 aufgenommen. Der Adsorber adsorbiert oder absorbiert die unverbrannte KW-Komponente bei niedriger Temperatur und adsorbiert sie bei hoher Temperatur.
Das Auspuffrohr 38 ist an seinem fernen Ende mit vier Löchern 76 versehen, die mit Umfangsabschnitten von 90 Grad angeordnet sind. Der Bypass 56 ist somit aus der Gabelung 54 gebildet und erstreckt sich in die Kammer 52 (den Raum 72) über den Adsorber 74 bis zu den Löchern 76 (einem Zusammenflusspunkt 78), wo er in das Auspuffrohr 38 mündet. Wie in 2 dargestellt, ist die Kammer im Querschnitt kreisförmig und umgibt das Auspuffrohr 38 derart, dass der Adsorber 74 so nahe wie möglich an dem Auspuffrohr 38 angeordnet ist, um Wärme aufzunehmen, damit sie die adsorbierte unverbrannte KW-Komponente zur Rückführung in das Luftansaugsystem adsorbiert.
Die Kammer ist an der Gabelung 54 (oder einer Stelle nahe der Gabelung 54) mit einer AGR-Leitung 82 verbunden. Die AGR-Leitung 82 ist am anderen Ende mit dem Luftansaugrohr 12 an einer Stelle stromab des Drosselventils 14 verbunden. Die AGR-Leitung 82 ist mit einem AGR-Steuerventil (elektromagnetischen Solenoidventil) 84 versehen, das die Leitung in Antwort auf einen Befehl, der von der ECU 86 erzeugt und geschickt wird, schließt. Der Hub des Ventils 84 wird von einem Hubsensor (nicht gezeigt) erfasst, und auf der Basis des erfassten Werts steuert/regelt die ECU 86 die EGR-Rate oder -Menge.
Da somit die Ventilelemente 58, 60 in der Kammer 52 angeordnet sind, wird, auch wenn das Abgas aus z. B. einem Lager der Welle 58b austritt, der Stoß des Gasaustritts auf einem Minimum gehalten. Daher kann die Herstellungstoleranz der Welle, der Ventile etc. weniger streng sein.
Der Adsorber 74 ist bevorzugt aus einem Material hergestellt, das aus einem Gemisch von kristallinem Aluminosilikat und einem Katalysatorelement aufgebaut ist, bevorzugt einem Gemisch von ZSM-5 Zeolit und einem Katalysatorelement, wie es vom Anmelder in der japanischen offengelegten Patentanmeldung Nr. Hei 8(1996)-71,427 vorgeschlagen wird. Insbesondere werden ZSM-5 Zeolit und ein Katalysatorelement vermischt und aufgeschlämmt. Ein bienenwabenartiges Element (das Bett) wird in die Aufschlämmung eingetaucht und wird dann herausgenommen und getrocknet, sodass der Adsorber 74 auf der Oberfläche des Bienenwabenelements anhaftet.
Das kristalline Aluminosilikat ist bis zu einer Temperatur von 900°C bis 1000°C wärmebeständig und zeigt exzellente Hitzebeständigkeitseigenschaften im Vergleich zur Aktivkohle, die im Stand der Technik benutzt worden ist. (Die Wärmebeständigkeitstemperatur ist eine Temperatur, wenn das BET (Brunauer-Emmett-Teller)-Oberflächenverhältnis bei der Erhitzung 95% des Anfangswerts beibehält.) Der Adsorber 74 adsorbiert die unverbrannte KW-Komponente unter niedriger Umgebungstemperatur, d. h. wenn die Abgastemperatur bei oder unter 100°C liegt, und adsorbiert die gespeicherte KW-Komponente bei einer Abgastemperatur von 100°C bis 250°C oder gibt diese frei.
Der Zündverteiler (nicht gezeigt) des Motors 10 ist mit einem Kurbelwinkelsensor 90 versehen, der ein Signal erzeugt, das die Kurbelwinkel des Kolbens 30 anzeigt, sowie ein Signal, das in kleinere Werte aufgeteilte Einheitswinkel anzeigt. Der Motor 10 ist ferner mit einem Drosselstellungssensor 92 versehen, der ein Signal erzeugt, das den Öffnungsgrad θTH des Drosselventils 14 anzeigt, einem Krümmerabsolutdruck (MAP)-Sensor 94, der ein Signal erzeugt, das den Druck Pb des Ansaugkrümmers stromab des Drosselventils 14 als Absolutwert anzeigt, sowie einem Kühlmitteltemperatursensor 96, der in der Nähe eines Kühlmittelkanals (nicht gezeigt) installiert ist und der ein Signal erzeugt, das die Temperatur Tw des Motorkühlmittels anzeigt.
Ferner ist ein Universal-Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor 98 (LAF-Sensor genannt) in dem Auspuffrohr 38 an oder stromab eines Zusammenflusspunkts des Auspuffkrümmers 36 und stromauf des ersten Katalysators 40 vorgesehen, wo er ein Signal erzeugt, das die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas anzeigt. Zusätzlich ist ein O₂-Sensor 100 in dem Auspuffrohr 38 an einer Stelle stromab des ersten Katalysators 40 installiert, der ein Signal erzeugt, das die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas anzeigt. Ein zweiter O₂-Sensor 102 ist in der AGR-Leitung 82 vorgesehen und erzeugt ein ähnliches Signal in Antwort auf die Sauerstoffkonzentration in der AGR-Leitung 82 (später erläutert).
Ferner ist ein Abgastemperatursensor 104 in der Nähe des dritten Katalysators installiert, anderes gesagt in der Nähe des Katalysators, der dem Adsorber 74 am Nächsten ist, und erzeugt ein Signal, das die Temperatur TCAT in dem Auspuffsystem anzeigt. Ein Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 106 ist in der Nähe einer Antriebswelle (nicht gezeigt) des Fahrzeugs vorgesehen, an dem der Motor 10 angebracht ist, und erzeugt ein Signal, das die Fahrzeugfahrgeschwindigkeit V anzeigt.
Ein Klimaanlagenschalter (A.C.-Schalter) 108 ist an einer Stelle nahe einer Klimaanlage (nicht gezeigt) vorgesehen, die in dem Fahrzeug installiert ist, und erzeugt ein EIN-Signal, wenn die Klimaanlage in Betrieb ist. Ein Servolenkschalter (P.C.-Schalter) 110 ist an einer geeigneten Stelle vorgesehen und erzeugt ein EIN-Signal, wenn ein hydraulischer Servolenkmechanismus (nicht gezeigt) in Betrieb ist. Ein Ventilsteuersensor 112 ist in einem Hydraulikdruckkreis des variablen Ventilsteuermechanismus 50 vorgesehen und erzeugt ein Signal, das anzeigt, welche Charakteristik gewählt ist. Ein Hubsensor 153 ist in der Nähe des AGR-Regelventils 84 vorgesehen und erzeugt ein Signal, das den Hub des Ventils 84 anzeigt.
Die durch die Sensoren erzeugten Signale werden zur ECU 86 weitergeleitet.
Details der ECU 86 sind im Blockdiagramm von 3 gezeigt.
Die Ausgabe des LAF-Sensors 98 wird von der ersten Erfassungsschaltung 116 empfangen, wo sie einem geeigneten Linearisierungsprozess unterzogen wird, um eine Ausgabe zu erzeugen, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie sich linear mit der Sauerstoffkonzentration des Abgases über einen breiten Bereich verändert, der von der mageren Seite zur fetten Seite reicht. Die Ausgaben der O₂-Sensoren 100, 102 werden in eine zweite Erfassungsschaltung 118 eingegeben, die ein Umschaltsignal erzeugt, welches anzeigt, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in dem von dem Motor 10 abgegebenen Abgas in Bezug auf das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhälntis fett oder mager ist.
Die Ausgabe der ersten Erfassungsschaltung 116 wird durch einen Multiplexer 120 und einen A/D-Wandler (122) zu einem RAM (Direktzugriffsspeicher) 124 in eine CPU (zentrale Prozessoreinheit) geleitet. Insbesondere enthält die CPU einen CPU-Kern 130, ein ROM (Festwertspeicher) 132 und ein RAM 124, und die Ausgabe der ersten Erfassungsschaltung 116 wird A/D-gewandelt und in Puffern in dem RAM 124 gespeichert. Ähnlich werden die Ausgabe der zweiten Erfassungsschaltung 118 und die analogen Ausgaben des Drosselstellungssensors 92 etc. in die CPU durch den Multiplexer 120 und den A/D-Wandler 122 eingegeben und in dem RAM 124 gespeichert.
Die Ausgabe des Kurbelwinkelsensors 90 wird durch einen Wellenformer 126 geformt und ihr Ausgangswert wird von einem Zähler 128 gezählt. Die Ausgabe des Zählers wird in die CPU eingegeben und aus dieser Zählung wird die Motordrehzahl Ne erfasst. Gemäß in dem ROM 132 gespeicherten Befehlen berechnet der CPU-Kern 130 eine Stellgröße und treibt die Kraftstoffeinspritzdüsen 26 der jeweiligen Zylinder über eine Treiberschaltung 134 an. Die CPU treibt auch das elektromagnetische Ventil (TRPV) 68 über Treiberschaltungen 136 an, um das Auspuffrohrventilelement 58 (und das Bypassventilelement 60) durch den Ventilaktuator 64 zu öffnen/zu schließen, und treibt das EACV 24 und das AGR-Regelventil 84 durch jeweilige Treiberschaltungen 138 und 140 an. Die CPU berechnet die Zündzeit in einer später beschriebenen Weise und schickt durch eine Treiberschaltung einen Befehl zu einer Zündvorrichtung (beide nicht gezeigt).
Ein Teil des Betriebs des Abgasreinigungssystems eines Verbrennungsmotors wird in Bezug auf das in 4 gezeigte Flussdiagramm erläutert. Das gezeigte Programm wird bei jeder OT-Kurbelwinkelstellung einmal ausgeführt. Dieses Programm ist nur zu Illustrationszwecken gezeigt und entspricht nicht der vorliegenden Erfindung.
Das Programm beginnt bei S10, worin bestimmt wird, ob der Motor 10 gestartet ist. Dies erfolgt durch Prüfung, ob der Zündschalter aktiviert (EIN) ist oder ein Startermotor (nicht gezeigt) in Betrieb ist.
Wenn das Ergebnis in S10 positiv ist, geht das Programm zu S12 weiter, worin ein Timer namens TTRS (Herunterzähler) auf einen Wert TTRSLMT gesetzt wird und gestartet wird, um den Zeitablauf zu messen. Das Programm geht zu S14 weiter, worin das TPRV (elektromagnetische Ventil) 68 eingeschaltet wird, um das Bypassventilelement 60 durch den Ventilaktuator 64 zu öffnen, und wird beendet. Da das Auspuffrohrventilelement 58 integral mit dem Ventilelement 60 verbunden ist, schließt das Ventilelement das Auspuffrohr 38. Da der Ventilbetrieb den Unterdruck nutzt, kommt es zu einer geringen Verzögerung, bis der Unterdruck in dem Luftansaugsystem nach dem Motorstart erzeugt wird.
Jedoch wird der Unterdruck angenähert sofort erzeugt und bewirkt, dass der Aktuator 64 arbeitet.
Der Timerwert TTRSLMT ist ein Wert, der einer Dauer oder Zeit entspricht, während der das Bypassventilelement 60 offen gehalten wird, d. h. einer Zeit, während der das Abgas durch den Adsorber 74 hindurchgeleitet wird, sodass er die unverbrannte KW-Komponente adsorbiert. Der Timerwert wird in Bezug auf die Kühlmitteltemperatur Tw beim Motorstart bestimmt und ist daher variabel. 5 zeigt eine erste Anordnung, worin die Charakteristik des Timerwerts TTRSLMT in Bezug auf die Kühlmitteltemperatur Tw gesetzt wird. Da beim Motorstart die Kühlmitteltemperatur proportional zur Katalysatortemperatur ist, kann in einer zweiten Anordnung statt dessen die Auspufftemperatur TCAT benutzt werden.
Wie in 5 dargestellt, wird der Timerwert TTRSLMT auf 50 Sekunden gesetzt, wenn die Kühlmitteltemperatur Tw bei oder unter 25°C liegt, und wird mit zunehmener Kühlmitteltemperatur verringert. Der Timerwert TTRSLMT wird auf null verringert, wenn die Kühlmitteltemperatur Tw auf 60°C ansteigt. Dies deswegen, weil die KW-Adsorption eine Ersatzmaßnahme ist, bis die Katalysatoren 40, 42, 44 aktiviert worden sind. Darüber hinaus hat der Abgasfluss durch den Bypass 56 die Wirkung, eine Last auf den Motor auszuüben. Die Zeitdauer sollte daher, im Hinblick auf das Motordrehmoment, so kurz wie möglich sein. Da der Kühlmitteltemperaturanstieg anzeigt, dass die Katalysatoren bald aktiviert sein werden, wird der Zählerwert so festgelegt, dass er zum Kühlmitteltemperaturanstieg umkehrt proportional ist. Wenn die Kühlmitteltemperatur bei oder über 60°C liegt, wird der Motor sofort wieder angelassen, und ist in einem "Heißstart" genannten Zustand. Da angenommen wird, dass die Katalysatoren in dem aktivierten Zustand gehalten werden, ist keine Adsorption erforderlich, und daher wird der Timerwert auf null gesetzt.
Wenn das Ergebnis in S10 negativ ist, geht das Programm zu S16 weiter, worin bestimmt wird, ob der Wert des Timers TTRS null erreicht hat. Wenn das Ergebnis in S16 negativ ist, geht das Programm zu S18 weiter, worin bestimmt wird, ob der Motor 10 unter Hochlast läuft. Da, wie oben erwähnt, das Schließen des Auspuffrohrs 68 zu einer Last für den Motor 10 wird, sollte der Verschluss des Auspuffrohrs bevorzugt vermieden werden, wenn die Motorlast hoch ist.
Die Bestimmung, ob die Motorlast hoch ist, erfolgt teilweise oder insgesamt durch die Bestimmung, ob die Fahrzeuggeschwindigkeit nicht größer ist als eine vorbestimmte Geschwindigkeit (z. B. 5 km/h), ob die Drosselöffnung nicht größer als eine vorbestimmte Stellung ist (z. B. geschlossene Stellung bei Motorleerlauf), ob die Motordrehzahl nicht größer ist als 2000 Upm, ob der Krümmerabsolutdruck nicht größer ist als ein vorbestimmter Druck, ob die Klimaanlage in Betrieb ist, ob der Servolenkmechanismus in Betrieb ist und/oder ob die Charakteristik für hohe Motordrehzahl gewählt ist.
Wenn das Ergebnis in S18 negativ ist, geht das Programm zu S20 weiter, um zu prüfen, ob der Motorbetrieb im Ausfallsicherungszustand ist, z. B. in dem Zustand ist, in dem die Luft-Kraftstoff-Verhältnisregelung unterbrochen ist. Wenn nämlich der Motor nicht im normalen Zustand ist und wenn die unverbrannte KW-Komponente adsorbiert und dann zum Luftansaugsystem rückgeführt wird, könnte nämlich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis von einem Sollwert abweichen oder könnte eine Fehlzündung auftreten.
Wenn das Ergebnis in S20 negativ ist, geht das Programm zu S14 weiter, worin das TPRV 68 EINgeschaltet wird, um das Bypassventil 60 zu öffnen. Wenn das Ventilelement bereits offen war, bleibt es offen.
Wenn andererseits das Ergebnis in einem von S16, S18 und S20 positiv ist, geht das Programm zu S22 weiter, worin der Wert des Timers TTRS durch null ersetzt wird, und geht zu S24 weiter, worin das TRPV 68 AUSgeschaltet wird, um das Bypassventilelement 60 zu schließen (in anderen Worten, das Auspuffrohrventilelement 58 wird geöffnet). Wenn das Programm einmal zu S22 weitergegangen ist, ist die Bestimmung in S16 positiv und das Programm geht zu S22, S24 weiter. Wenn somit die Motorlast hoch wird, bevor der Timerwert null erreicht hat, wird keine KW-Adsorption mehr stattfinden.
Die 6 bis 8 stellen den Betrieb dar, der im Flussdiagramm von 4 gezeigt ist.
Wenn die drei Katalysatoren 40, 42, 44 zur Zeit des Motorstarts nicht aktiviert worden sind, wird das Auspuffrohrventilelement 58 geschlossen, während das Bypassventilelement 60 geöffnet wird. Im Ergebnis fließt das Abgas über die Kammer 52 zu dem Bypass 56 und durch den Raum 72 und den Adsorber 74 und tritt dann wieder in das Auspuffrohr 38 ein und fließt durch die Fahrzeugheckbaugruppe 46 zur Atmosphäre, wie mit einem dicken Pfeil gezeigt, der in 6 dargestellt ist. Zur Zeit des Motorstarts wird die Kraftstoffeinspritzmenge oder -quantität angereichert, und der Zündzeitpunkt wird verzögert, was ein Abgas erzeugt, das eine unverbrannte KW-Komponente enthält. Der Adsorber 74 adsorbiert einen Teil der unverbrannten KW-Komponente. Zum klareren Verständnis ist die unverbrannte KW-Komponente durch schwarze Punkte dargestellt.
Die verzögerte Zündzeit bewirkt, dass der Motor 10 Gas hoher Temperatur abgibt, was bewirkt, dass die Katalysatoren 40, 42, 44 aktiviert werden und der Adsorber erhitzt wird. Die KW-Komponentenadsorption setzt sich für die Dauer TTRSLMT fort, die durch die Kühlmitteltemperatur bestimmt ist. Die Adsorption wird somit auf einem Minimum gehalten.
Wenn die Zeit TTRSLMT abgelaufen ist, ist anzunehmen, dass die Katalysatoren aktiviert worden sind und das Abgas für die Reinigung bereit ist. Daher wird das Bypassventilelement 60 geschlossen und wird das Auspuffrohrventilelement 58 geöffnet. Das Abgas fließt nur in das Auspuffrohr 38, wie in 7 mit dem dicken Pfeil gezeigt. Die KW-Komponente bleibt vom Adsorber 74 gefangen. Wenn der Adsorber 74 einen Teil der KW-Komponente adsorbiert, verbleibt sie in dem Raum, da der Abgasdruck in dem Abgasrohr 38 relativ hoch ist.
Wenn daher das AGR unter einem vorbestimmten Motorbetriebszustand initiiert wird, was später beschrieben wird, wir das durch das Auspuffrohr fließende Abgas teilweise durch den Unterdruck angesaugt und strömt durch die Löcher 76 und fließt in den Kammerraum 72, und fließt in das Luftansaugrohr 12 durch die AGR-Leitung 82, wie in 8 gezeigt. Der durch das Abgas erhitzte Adsorber 74 wird durch den ihn durchströmenden Teil des Abgases weiter erhitzt, was die Desorption der adsorbierten unverbrannten KW-Komponente beschleunigt. Die unverbrannte KW-Komponente wird somit in das Luftansaugsystem gespült.
Im Ergebnis adsorbiert der Adsorber 74 die Komponente, die dann durch die ARG-Leitung 82 in das Luftansaugrohr 12 rückgeführt wird. Wie oben erwähnt, adsorbiert der in der Ausführung benutzte Adsorber 74 die Komponente, wenn die Temperatur des Adsorbers angenähert bei oder unterhalb von 100°C liegt, und adsorbiert sie, wenn die Temperatur des Adsorbers angenähert 100°C bis 250°C beträgt.
Da das rückgeführte Abgas, das die unverbrannte KW-Komponente enthält, keinen Sauerstoff enthält, zeigt der in der AGR-Leitung 82 installierte O₂-Sensor 102, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fetter ist als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Wenn dementsprechend der O₂-Sensor 102 anzeigt, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis dort fetter ist als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis, kann angenommen werden, dass in der AGR-Leitung 12 etc. ein Leck vorhanden ist und Luft in die AGR-Leitung 82 eingetreten ist. Somit kann ein Leck erfasst werden, indem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der AGR-Leitung 82 erfasst wird. Alternativ wird, wenn ein Temperatursensor anstatt des O₂-Sensors in der EGR-Leitung 12 vorgesehen wird, aus dem Leck eindringende Luft die Temperatur des rückgeführten Abgases senken, und daher kann das Problem auch so erfasst werden.
Die oben erwähnte verzögerte Zündzeitsteuerung für die Katalysatoraktivierung wird in Bezug auf das Flussdiagramm von 9 erläutert.
Das Programm beginn bei S100, worin bestimmt wird, ob der Motor 10 gestartet wird. Dies erfolgt derart, wie in Bezug auf S10 in 4 beschrieben.
Wenn das Ergebnis in S100 positiv ist, geht das Programm zu S102 weiter, worin der Zündzeitpunkt in Antwort auf die Charakteristik gesteuert wird, die für den Motorstart vorbereitet ist. Insbesondere wird der Zündzeitpunkt vorverlagert. Gleichzeitig wird die Kraftstoffeinspritzmenge angefettet. Das Programm geht dann zu S104 weiter, worin ein Timer (ein Hochzähler) TRTD gestartet wird, um den Zeitablauf zu messen.
Wenn das Ergebnis in S100 negativ ist, geht das Programm zu S106 weiter, worin bestimmt wird, ob ein Zähler (eine Zeit) des Timers TRTD einen vorbestimmten Wert (Zeit) TRTDAST erreicht hat. Der vorbestimmte Wert TRTDAST entspricht einer Zeit oder Dauer (z. B. 2 Sekunden nach dem Motorstart), während der die Zündzeitpunktverzögerung unterbunden wird, sodass die Motorverbrennung stabil ist. Wenn in S106 bestimmt wird, dass der Timerwert den vorbestimmten Wert nicht erreicht hat, geht das Programm zu S108 weiter, worin der Zündzeitpunkt auf gewöhnliche Weise gesteuert wird. Insbesondere wird der Zündzeitpunkt in Antwort auf die erfasste Motordrehazhl und die Motorlast (Krümmerabsolutdruck) gesteuert. Die Kraftstoffdosierung wird in ähnlicher Weise gesteuert.
Wenn in S106 bestimmt wird, dass der Timerwert den vorbestimmten Wert erreicht hat, geht das Programm zu S110 weiter, worin wiederum bestimmt wird, ob der Timerwert TRTD einen vorbestimmten zweiten Wert TRTDLMT erreicht hat. Der vorbestimmte zweite Wert TRTDLMT definiert eine Dauer oder Zeit, bei der die Zündzeitverzögerung beendet werden soll, und wird z. B. auf 20 Sekunden gesetzt. Wenn in S110 bestimmt wird, dass der Timerwert den vorbestimmten zweiten Wert erreicht hat, geht das Programm zu S108 weiter.
Wenn andererseites in S110 bestimmt wird, dass der Timerwert den vorbestimmten zweiten Wert nicht erreicht hat, geht das Programm zu S112 weiter, worin bestimmt wird, ob die Fahrzeuggeschwindigkeit V nicht geringer als eine vorbestimmte Fahrzeuggeschwindigkeit VRTDLMT ist. Der Wert definiert eine Fahrzeuggeschwindigkeit, jenseits der keine Zündzeitverzögerung erfolgen sollte. Dies deswegen, weil die Zündzeitverzögerung während hoher Motorlast nicht bevorzugt ist, ähnlich der Bestimmung, die in S18 in 4 erfolgt. Wenn in S112 bestimmt wird, dass die Fahrzeuggeschwindigkeit nicht geringer als die vorbestimmte Fahrzeuggeschwindigkeit ist, geht das Programm zu S114 weiter, in dem der Timerwert durch den vorbestimmten zweiten Wert TRTDLMT ersetzt wird, und geht zu S108 weiter. Sobald daher der Timerwert in S114 ersetzt worden ist, wird in S110 in der nächsten oder späteren Programmschleife immer bestimmt, dass der Timerwert nicht kleiner als der vorbestimmte zweite Wert ist, geht das Programm zu S108 weiter und es wird keine Zündzeitverzögerung durchgeführt. Die Verzögerungssteuerung wird nur unter niedriger Motorlast für eine Dauer von 20 Sekunden ausgeführt, beginnend 2 Sekunden seit dem Motorstart.
Wenn in S112 bestimmt wird, dass die Fahrzeuggeschwindigkeit geringer als die vorbestimmte Fahrzeuggeschwindigkeit ist, geht das Programm zu S116 weiter, worin bestimmt wird, ob die Motordrehzahl Ne über einer niedrigen Motordrehzahl Ne1 zum Hemmen der Zündzeitverzögerung (z. B. 1000 Upm) liegt, jedoch unter einer oberen Motordrehzahl Ne2 zum ähnlichen Hemmen der Zündzeitverzögerung (z. B. 2000 Upm) liegt. Wenn das Ergebnis negativ ist, geht das Programm zu S114 weiter. Die Motordrehzahl wird während Leerlauf auf eine Solldrehzahl von etwa 1500 Upm geregelt. Wenn die Motordrehzahl nicht in diesem Bereich liegt, würde die Zündzeitverzögerung die Motorleistung senken und sollte daher vermieden werden.
Wenn das Ergebnis in S116 positiv ist, geht das Programm zu S118 weiter, worin bestimmt wird, ob die Kühlmitteltemperatur Tw über einer unteren Kühlmitteltemperatur Tw1 zum Hemmen der Zündzeitverzögerung (z. B. 0°C) liegt, jedoch unter einer oberen Kühlmitteltemperatur Tw2 zum ähnlichen Hemmen der Zündzeitverzögerung (z. B. 90°C). Wenn das Ergebnis negativ ist, geht das Programm aus einem ähnlichen Grund zu S114 weiter.
Wenn das Ergebnis in S118 positiv ist, geht das Programm zu S120 weiter, worin bestimmt wird, ob der Klimaanlagenschalter 108 das EIN-Signal erzeugt, d. h. dass die Klimaanlage in Betrieb ist. Wenn das Ergebnis positiv ist, geht das Programm zu S114 weiter. Wenn das Ergebnis in S120 negativ ist, geht das Programm zu S122 weiter, worin bestimmt wird, ob der Servolenkschalter 110 das EIN-Signal erzeugt, d. h. der Servolenkmechanismus in Betrieb ist. Wenn das Ergebnis positiv ist, geht das Programm zu S114 weiter.
Wenn das Ergebnis in S122 negativ ist, geht das Programm zu S124 weiter, worin bestimmt wird, ob die Auspufftemperatur TCAT (Temperatur im Auspuffsystem) nicht niedriger ist als eine vorbestimmte Temperatur TCATRTDH (z. B. 900°C). Wenn in S124 bestimmt wird, dass die Auspufftemperatur nicht niedriger als die vorbestimmte Temperatur ist, geht das Programm zu S114 weiter. Da die Zündzeitverzögerung die Auspufftemperatur anhebt, sollte die Verzögerung vermieden werden, um eine Beschädigung der drei Katalysatoren 40, 42, 44 zu verhindern.
Wenn in S124 bestimmt wird, dass die Auspufftemperatur niedriger als die vorbestimmte Temperatur ist, geht das Programm zu S126 weiter, worin der Zündzeitpunkt in der Verzögerungsrichtung gesteuert wird, um die Temperatur der drei Katalysatoren anzuheben. Insbesondere wird das EACV 24 geöffnet, um die Ansaugluftmenge oder -quantität anzuheben, und wird die Kraftstoffeinspritzmenge in Antwort auf die Luftvermehrung angefettet. Der Zündzeitpunkt wird weiter als gewöhnlich verzögert, um die Verbrennung zu verzögern, sodass das Abgasrohr Temperatur abgegeben wird, welches die Katalysatoren zur Förderung deren Aktivierung erhitzt. Genauer gesagt, der Zündzeitpunkt wird auf einen in der Verzögerungsrichtung gesetzten Sollwert in einer geschlossenen Schleife geregelt, während die Luft- und Kraftstoffmengen angereichert werden, sodass die Motordrehzahl zu der Solldrehzahl hin (z. B. 1500 Upm) hin konvergiert.
Nun wird die AGR-Regelung für die Desorption der unverbrannten KW-Komponente erläutert.
Bei einer üblichen AGR-Regelung ist das rückgeführte Abgas das verbrannte Gas. In der Luft-Kraftstoff-Verhältnis- oder Kraftstoffdosierregelung wirkt das rückgeführte Gas als Störung. Da in der hierin beschriebenen Anordnung das Gas den unverbrannten Kraftstoff (KW-Komponente) enthält, sollte die AGR-Rate oder -Menge genau geschätzt werden, und auf der Basis des geschätzten Werts sollte die Kraftstoffeinspritzmenge korrigiert werden. Aus diesem Grund ist das Abgasreinigungssystem in dieser Anordnung so konfiguriert, dass es einen in einer Rekursionsformel ausgedrückten Regler aufweist, genauer gesagt einen STR (selbstabstimmenden Regler) in dem adaptiven Regler. Der adaptive Regler (STR) berechnet einen Rückkopplungskorrekturkoeffizienten zur Korrektur der dem Motor 10 zuzuführenden Kraftstoffeinspritzmenge, sodass das erfasste Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis hin konvergiert. Gleichzeitig werden andere Korrekturkoeffizienten, einschließlich einem AGR-Korrekturkoeffizienten, berechnet. Die Kraftstoffeinspritzmenge wird durch den Rückkopplungskorrekturkoeffizienten und die Korrekturkoeffizienten korrigiert.
Nun wird die Berechnung des Rückkopplungskorrekturkoeffizienten mittels des adaptiven Reglers erläutert. Da jedoch die vom Anmelder vorgeschlagenen Details der Berechnung im US Patent Nr. 5,657,736 beschrieben sind, werden sie hier nur kurz erläutert.
10 ist ein Blockdiagramm, das die Systemkonfiguration darstellt.
Wie dargestellt, enthält das System einen Beobachter (in der Figur als "OBSV" gezeigt), der das Luft-Kraftstoff-Verhältnis (namens KACT) der vier Zylinder auf der Basis der Ausgabe des einzigen LAF-Sensors 98 schätzt, der im Auspuffzusammenflusspunkt installiert ist. Das System enthält den adaptiven Regler (in der Figur als "STR" gezeigt), in den KACT eingegeben wird. Die Ausgabe des O₂-Sensors 100 wird in einen Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturblock eingegeben (als "KCMD Korrektur" gezeigt), wo ein Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturkoeffizient (namens KCMDM) zum Korrigieren des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhälntisses (namens KCMD) in Antwort auf den Fehler zwischen KCMD und der O₂-Sensorausgabe bestimmt wird.
Andererseits wird die Basiskraftstoffeinspritzmenge (namens TiM-F) berechnet und wird mit dem Gesamkorrekturkoeffizienten einschließlich dem AGR-Korrekturkoeffizienten KEGRN und mit dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturkoeffizienten KCMDM multipliziert, um die erforderliche Kraftstoffeinspritzmenge (namens Tcyl) zu bestimmen.
Das korrigierte Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD wird in den adaptiven Regler STR und einen PID-Regler (proportional-plus-integral-plus-differenzial-Regler, als "PID" gezeigt) eingegeben, welche die Rückkopplungskorrekturkoeffizienten (namens KSTR und KLAF, allgemein KFB genannt) berechnen. Die erforderliche Kraftstoffeinspritzmenge wird mit KSTR multipliziert (korrigiert), um eine Ausgabekraftstoffeinspritzmenge (namens Tout) zu bestimmen, die dann der Kraftstoffanhaftungskorrektur unterzogen wird, und schließlich dem Motor 10 zugeführt wird. Wenn der Motor 10 in Betriebszuständen ist, in denen er etwa gerade von dem Kraftstoffsperrbetrieb zurückgekehrt ist, wird der andere Koeffizient KLAF verwendet. Der STR berechnet den Rückkopplungskorrekturkoeffizienten KSTR derart, dass KACT zu KCMD hin konvergiert.
Zur Erläuterung der Berechnung des Rückkopplungskorrekturkoeffizienten KSTR in Bezug auf 11 enthält der STR-Regler (in dieser Figur als "STR REGLER" gezeigt) einen Adaptationsmechanismus. Der STR-Regler hat als Eingabe das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD (k) und die Regelgröße (erfasstes Luft-Kraftstoff-Verhältnis) KACT(k) und berechnet den Rückkopplungskorrekturkoeffizienten KSTR(k) unter Verwendung einer Regievorschrift, die in einer Rekursionsformel ausgedrückt ist, z. B. die adaptiven Parameter ^(k), die in einem Vektor (Koeffizientenvektor) ausgedrückt sind, der durch den Adaptationsmechanismus geschätzt oder identifiziert ist.
Insbesondere wenn das Polynom des Nenners und des Zählers der Transferfunktion B(Z^–1)/A(Z^–1) des geregelten Objekts (des Motors 10) in zeitdiskreten Serien definiert ist, wie unten in den Gleichungen 1 und 2, sind die adaptiven Parameter ^(k), die durch den Adaptationsmechanismus geschätzt oder identifiziert sind, so, wie in Gleichung 3 in einem Vektor gezeigt (Verschiebungsvektor). Hier ist "k" eine Abtastzahl in dem System zeitdiskreter Serien. Ein Zwischenwert ζ(k), der in den Adaptationsmechanismus eingegeben wird, ist als Gleichung 4 gezeigt. Hier wird als Beispiel eine Anlage hergenommen, worin m = 1, n = 1 und d = 3, d. h. das Anlagenmodell wird in der Form eines linearen Systems mit drei Steuerzyklen der Totzeit angegeben. A(Z–1) = 1 + a1z–1 + ... + anz–n Gl. 1 B(Z–1) = b0 + b1z–1 + ... + bmz–1 Gl. 2
Oben umfasst der adaptive Parameter ^ die Elemente einer skalaren Größe b ^ _0–1(k), die den Verstärkungsfaktor bestimmt, ein Element B ^ _R(Z^–1, k), das durch n die Stellgröße augedrückt wird, und ein Element S ^(Z^–1, k).
Der Adaptationsmechanismus schätzt oder identifiziert diese Elemente und gibt sie an den STR-Regler als adaptive Parameter ^ aus (in Gleichung 3 gezeigt). Insbesondere berechnet der Adaptationsmechanismus die adaptiven Parameter ^ unter Verwendung der Stellgröße u(i), die in das geregelte Objekt (die Anlage) eingegeben wird, und der Regelgröße y(j), die von dem geregelten Objekt ausgegeben wird, sodass der Fehler zwischen dem Sollwert und der Regelgröße null wird (hier beinhalten i, j vergangene Werte).
Insbesondere werden die adaptiven Parameter ^ gemäß einer Gleichung berechnet, die unten in Gleichung 5 gezeigt ist. ^(k) = ^(k – 1) + Γ(k – 1) ς (k – d)e*(k) Gl. 5
In Gleichung 5 ist Γ(k) eine Verstärkungsmatrix als quadratische Matrix der (m + n + d)ten Ordnung und bestimmt die Schätz/Identifikationsgeschwindigkeit der adaptiven Parameter ^, und e*(k) ist ein Fehlersignal, das den verallgemeinerten Schätz/Identifikationsfehler anzeigt, d. h. ein Schätzfehlersignal der adaptiven Parameter. Der Rückkopplungskorrekturkoeffizient KSTR(k) wird gemäß einer Gleichung berechent, die in Gleichung 6 gezeigt ist.
Auf der Basis des Obigen wird die Berechnung oder Bestimmung des AGR-Korrekturkoeffizienten KEGRN erläutert. Da jedoch dies auch im US Patent Nr. 5,657,736 beschrieben ist, wird die Beschreibung kurz.
Zuerst wird die AGR-Rate geschätzt. Die Rate wird definiert als ein Volumen- oder Gewichtsverhältnis des Abgases relativ zur Ansaugluft.
Es kann angenommen werden, dass die Abgasmenge, die durch das AGR-Steuerventil 84 hindurchtritt, aus der Ventilöffnungsfläche (dem Ventilhubbetrag) und im Verhältnis zwischen dem stromaufwärtigen Druck und dem stromabwärtigen Druck des Ventils 84 bestimmt wird. Auch kann angenommen werden, dass die AGR-Rate unter einem Dauerzustand einen Wert einnimmt, wenn der momentane Ventilhubbetrag gleich dem Ventilhubsollwert ist, während die AGR-Rate unter einem Übergangszustand ein Wert ist, wenn der momentane Ventilhubbetrag nicht gleich dem Ventilhubbefehlswert ist.
Somit ist es angenommenerweise möglich, die AGR-Rate (genauer gesagt die dem Motorzylinder zugeführte Netto-AGR-Rate) zu schätzen, indem man die Dauerzustands-AGR-Rate mit dem Verhältnis zwischen den Gasflussraten unter dem Dauerzustand und dem Übergangszustand multipliziert gemäß: Netto-AGR-Rate = (Dauerzustands-AGR-Rate) × {(Gasflussrate QACT, die durch den Istventilhubbetrag und das Verhältnis zwischen dem stromaufwärtigen Druck und dem stromabwärtigen Druck des Ventils bestimmt ist)/(Gasflussrate QCMD, die durch den Befehlswert und das Verhältnis zwischen dem stromaufwärtigen Druck und dem stromabwärtigen Druck des Ventils bestimmt ist)}
Hier wird die Dauerzustands-AGR-Rate berechnet, indem ein Korrekturkoeffizient unter einem Dauerzustand bestimmt und derselbe von 1,0 subtrahiert wird. Wenn man nämlich den Korrekturkoeffizienten unter einem Dauerzustand als KEGRMAP bezeichnet, kann die Dauerzustands-AGR-Rate wie folgt berechnet werden: Dauerzustands-AGR-Rate = (1 – KEGRMAP)
Die Dauerzustands-AGR-Rate und der Korrekturkoeffizient unter einem Dauerzustand werden manchmal als die "Basis-AGR-Rate" bzw. der "Basiskorrekturkoeffizient" bezeichnet. Zusätzlich wird, wie zuvor erwähnt, zur Unterscheidung von der AGR-Rate unter einem Dauerzustand, die AGR-Rate manchmal als die "Netto-AGR-Rate" bezeichnet.
Die AGR-Regelung wird durchgeführt, indem ein Befehlswert des AGR-Regelungs-Ventilhubbetrags auf der Basis der Motordrehzahl und der Motorlast etc. bestimmt wird, und das tatsächliche Verhalten des AGR-STeuerventils verzögert sich hinter dem ausgegebenen Befehlswert. Es kommt zu einer Reaktionsverzögerung zwischen dem tatsächlichen Ventilhub und der Ausgabe des Befehlswerts hierzu. Darüber hinaus braucht es zusätzliche Zeit, damit das durch das Ventil hindurchtretende Abgas in die Brennkammer eintritt. Daher wird angenommen, dass das durch das Ventil hindurchtretende Abgas für eine Weile in einem Raum (einer Kammer) vor der Brennkammer verbleibt und, nach einer Pause, d. h. der Totzeit, auf einmal in die Brennkammer eintritt. Dementsprechend wird die Netto-AGR-Rate fortlaufend geschätzt und jedesmal in dem Speicher gespeichert, wenn das Programm aktiviert wird. Unter den gespeicherten Netto-AGR-Raten wird eine, die in einem früheren Regelzyklus entsprechend der Verzögerungszeit geschätzt ist, ausgewählt und wird als die wahre Netto-AGR-Rate betrachtet.
Das Obige wird in Bezug auf das Flussdiagramm von 12 erläutert. Das Programm wird bei jeder OT-Kurbelwinkelstellung aktiviert.
Das Programm beginnt bei S200, worin die Motordrehzahl Ne, der Krümmerdruck Pb, der Atmosphärendruck Pa und der Istventilhubbetrag namens LACT (von dem Sensor 123 erfasster Hub des Ventils 84) gelesen werden, und geht zu S202 weiter, worin der Befehlswert für den Ventilhubbetrag LCMD von Kennfelddaten unter Verwendung der Motordrehzahl Ne und des Krümmerdrucks Pb als Adressdaten abgefragt wird. Wie der vorgenannte Korrekturkoeffizient sind die Kennfelddaten für den Befehlswert LCMD in Bezug auf die gleichen Parameter vorbestimmt. Das Programm geht dann zu S204 weiter, worin der Basis-AGR-Ratenkorrekturkoeffizient KEGRMAP von den Kennfelddaten zumindest unter Verwendung der Motordrehzahl Ne und des Krümmerdrucks Pb abgefragt wird.
Das Programm geht dann zu S206 weiter, worin bestätigt wird, dass der Istventilhubbetrag LACT nicht null ist, nämlich bestätigt wird, dass das AGR-Steuerventil 84 geöffnet ist, und zu S208, worin der Befehlswert LCMD mit einer vorbestimmten Untergrenze LCMDLL (einem letzten Wert) verglichen wird, um zu bestimmen, ob der abgefragte Befehlswert kleiner als die Untergrenze ist. Wenn S208 feststellt, dass der abgefragte Befehlswert nicht kleiner als die Untergrenze ist, geht das Programm zu S210 weiter, worin das Verhältnis Pb/Pa zwischen dem Krümmerdruck Pb und dem Atmosphärendruck Pa berechnet wird, und das berechnete Verhältnis und der abgefragte Befehlswert LCMD verwendet werden, und die dementsprechende Gasflussrate QCMD von Kennfelddaten abgefragt wird, die vorab bereitgestellt worden sind. Die Gasflussrate ist jene, die in der Gleichung bezeichnet ist als "Gasflussrate QCMD, die durch den Befehlswert und das Verhältnis zwischen dem stromaufwärtigen Druck und dem stromabwärtigen Druck des Ventils bestimmt ist".
Dann geht das Programm zu S212 weiter, worin die Gasflussrate QACT von vorab vorbereiteten Kennfelddaten abgefragt wird. Dies entspricht dem Begriff in der Gleichung "Gasflussrate QACT, die durch den Istventilhubbetrag und das Verhältnis zwischen dem stromaufwärtigen Druck und dem stromabwärtigen Druck des Ventils bestimmt ist". Dann geht das Programm zu S214 weiter, worin der abgefragte AGR-Ratenkorrekturkoeffizient KEGRMAP von 1,0 subtrahiert wird, und sich daraus ergebende Differenz als die Dauerzustands-AGR-Rate (Basis-AGR-Rate oder Dauerzustands-AGR-Rate) angesehen wird. Die Dauerzustands-AGR-Rate bedeutet die AGR-Rate, unter der der AGR-Betrieb in einem stabilen Zustand ist, d. h. der AGR-Betrieb nicht in einem Übergangszustand ist, wie etwa dann, wenn der Betrieb gestartet oder beendet wird.
Dann geht das Programm zu S216, worin die Nettoabgasrückführrate berechnet wird, indem die Dauerzustands-AGR-Rate mit dem Verhältnis QACT/QCMD multipliziert wird, und zu S218, worin ein Kraftstoffeinspritzkorrekturkoeffizient KEGRN berechnet wird.
13 ist ein Flussdiagramm, das die Unterroutine zur Berechnung des Koeffizienten KEGRN zeigt.
In S300 in dem Flussdiagramm wird die Netto-AGR-Rate (die in S216 von 12 erhalten ist) von 1,0 subtrahiert, und die daraus resultierende Differenz wird als der Kraftstoffeinspritzkorrekturkoeffizient KEGRN angesehen. Das Programm geht dann zu S302 weiter, worin der berechnete Koeffizient KEGRN in einem in dem ROM 84 bereitgestellten Ringpuffer gespeichert wird.
14 zeigt die Konfiguration des Ringpuffers. Wie dargestellt, hat der Ringpuffer n adressen, die von 1 bis n nummeriert sind und so identifiziert werden. Jedes Mal, wenn die Programme der Flussdiagramme der 12 und 13 an den jeweiligen OT-Stellungen aktiviert werden und der Kraftstoffeinspritzkorrekturkoeffizient KEGRN berechnet wird, wird der berechnete Koeffizient KEGRN von oben her aufeinanderfolgend in dem Ringpuffer gespeichert.
In dem Flussdiagramm von 13 geht dann das Programm zu Schritt S304 weiter, worin die Verzögerungszeit τ von Kennfelddaten unter Verwendung der Motordrehzahl Ne und der Motorlast mit dem Krümmerdruck Pb als Adressdaten abgefragt wird. 15 zeigt die Charakteristiken der Kennfelddaten. Die Verzögerungszeit τ bezeichnet nämlich eine Totzeit, während der das durch die Ventil hindurchtretende Gas in einem Raum vor der Brennkammer verbleibt. Da die Totzeit mit den Motorbetriebszuständen einschließlich der Motordrehzahl und der Motorlast variiert, wird die Verzögerungszeit so gesetzt, dass sie mit den Parametern variiert. Hier ist die Verzögerungszeit τ auf die Ringpuffernummer gesetzt.
Dann geht das Programm zu S306, worin einer unter den gespeicherten Kraftstoffkorrekturkoeffizienten KEGRN entsprechend der abgefragten Verzögerungszeit τ (Ringpuffernummer) gelesen wird und als der Korrekturkoeffizient KEGRN im gegenwärtigen Regelzyklus bestimmt wird. Wenn, zur Erläuterung in Bezug auf 16, der gegenwärtige Regelzyklus (oder die Dauer) A ist, wird z. B. der 12 Steuerzyklen früher berechnete Koeffizient als der Koeffizient ausgewählt, der im gegenwärtigen Regelzyklus zu verwenden ist.
Wie zurück zu 12. Wenn sich in S206 herausstellt, dass der Istventilhubbetrag LACT null ist, bedeutet dies, dass kein AGR-Betrieb ausgeführt wird. Da jedoch der Korrekturkoeffizient KEGRN zu dieser Zeit ein Kandidat bei der Auswahl in einem späteren Steuerzyklus wird, geht das Programm zu S220 usw. weiter, um die Netto-AGR-Rate und den Korrekturkoeffizienten KEGRN zu berechnen. Insbesondere wird in diesem Fall die Netto-AGR-Rate in S216 als null berechnet, und in S300 in 13 wird der Kraftstoffeinspritzkorrekturkoeffizient KEGRN als 1,0 berechnet.
Wenn sich in S208 herausstellt, dass der Befehlswert für den Ventilhubbetrag LCMD kleiner als die Untergrenze LCMDLL ist, geht das Programm zu S222 weiter, worin der Befehlswert LCMDk-1 von dem letzten Steuerzyklus k – 1 verwendet wird.
Wenn nämlich der Befehlswert für den Ventilhubbetrag LCMD null gemacht wird, um den AGR-Betrieb zu beenden, wird der Istventilhubbetrag LACT, aufgrund der Verzögerung in der Ventilreaktion, nicht sofort null. Wenn daher der Befehlswert LCMD kleiner als die Untergrenze ist, wird der vorherige Wert LCMDk-1 gehalten, bis sich in S206 herausstellt, dass der Istventilhubbetrag LACT null geworden ist.
Wenn darüber hinaus der Befehlswert LCMD kleiner als die Untergrenze LCMDLL ist, könnte der Befehlswert gelegentlich null sein. Wenn dies passiert, wird die in S210 abgefragte Gasflussrate null, und im Ergebnis würde in der Berechnung von Schritt S216 eine Division durch null auftreten, was die Berechnung unmöglich macht. Da jedoch der vorherige Wert in S222 gehalten wird, kann die Berechnung in S216 erfolgreich ausgeführt werden.
Das Programm geht dann zu S224 weiter, worin der Basiskorrekturkoeffizient KEGRMAPk-1, der im letzten Zyklus abgefragt worden ist, im gegenwärtigen Regelzyklus erneut verwendet wird. Der Grund hierfür ist, dass unter solchen Motorbetriebszuständen, in denen sich herausstellt, dass der in S202 abgefragte Befehlswert LCMD kleiner als die Untergrenze LCMDLL ist, der in Schritt S204 abgefragte Basis-AGR-Ratenkorrekturkoeffizient KEGRMAP auf der Basis der Charakteristiken der Kennfelddaten 1,0 wird. Im Ergebnis besteht die Möglichkeit, dass in S214 die Dauerzustands-AGR-Rate als null bestimmt wird. Das Zurückhalten des letzten Werts in S224 hat zum Ziel, dies zu vermeiden.
Der AGR-Korrekturkoeffizient KEGRN ist in KTOTAL enthalten, wie oben in Bezug auf 10 erwähnt, und wird zur Bestimmung der Kraftstoffeinspritzmenge verwendet. Da das Luft-Kraftstoff-Verhältnis akkurat zu dem Sollwert hin konvergiert wird, unter Verwendung des Korrekturkoeffizienten in Antwort auf die AGR-Rate und des durch den adaptiven Regler bestimmten Korrekturkoeffizienten, wird es möglich, die unverbrannte KW-Komponente zu dem Luftansaugsystem jederzeit während des AGR-Betriebs rückzuführen, um hierdurch die Reinigungseffizienz des Systems zu verbessern.
Mit der Anordnung kann das System effizient verhindern, dass das Auspuffrohr verschlossen wird, auch wenn ein Ventil zum Verschließen eines Bypasses in der geschlossenen Stellung hängen bleibt, und kann für eine relativ kurze AGR-Leitung sorgen, um die vom Adsorber adsorbierte unverbrannte KW-Komponente rückzuführen. Auch werden die Adsorption und Desorption optimal durchgeführt.
17 ist eine Ansicht ähnlich 1, zeigt jedoch das Abgasreinigungssystem eines Verbrennungsmotors gemäß einer unterschiedlichen Anordnung zu der in 1 gezeigten.
Zur Erläuterung des Systems gemäß dieser Anordnung ist die Kammer 52 im Vergleich zu jener, die in 1 gezeigt ist, langgestreckt, und der Adsorber 74 ist auf vier Betten angebracht und ist in der Kammer 52 aufgenommen. Somit ist in der zweiten Anordnung die Menge des Adsorbers 74 vergrößert, und daher ist die Kapazität zur Adsorption der KW-Komponente vergrößert. In der zweiten Anordnung und anschließend bezeichnet die gleiche Bezugszahl das gleiche Element in der in 1 gezeigten Anordnung.
18 ist eine Querschnittsansicht entlang XVIII-XVIII von 17. Wie dargestellt, ist die Kammer 52 im Querschnitt angenähert rechteckig. Der Adsorber 74 ist nicht um das Auspuffrohr 38 herum angeordnet, sondern ist in der Nähe des Auspuffrohrs 38 angeordnet, um Wärme aufzunehmen, die die Desorption beschleunigt.
In der zweiten Anordndung fließt das Abgas, wie in 17 mit den Pfeilen angegeben, zu dem Bypass 56, wenn das Bypassventilelement 60 geöffnet ist und das Auspuffrohrventilelement 58 geschlossen ist. Außer für die Tatsache, dass die Menge des Adsorbers 74 erhöht ist und daher die Kapazität zur Adsorption der unverbrannten KW-Komponente erhöht ist, sind die Konfiguration, der Betrieb sowie die Vorteile die gleichen wie jene der ersten Anordnung.
19 ist eine Teilquerschnitts-Draufsicht des Auspuffrohrs 38, welche schematisch das Abgasreinigungssystem gemäß einer dritten Anordnung des Systems zeigt.
Zur Erläuterung davon, unter Heraushebung des Unterschieds von den vorstehenden Anordnungen, ist die Kammer 52 weiter vergrößert, um den auf sechs Betten angebrachten Adsorber 74 aufzunehmen (was zum leichteren Verständnis schematisch dargestellt ist). In der dritten Anordnung ist das Auspuffrohr 38 in der Kammer 52 derart versetzt, dass der Adsorber 74 in einem Vertiefungs- oder gekrümmten Abschnitt (von oben her gesehen) aufgenommen ist, um das Erhitzen zu beschleunigen. In der dritten Anordnung fließt das Abgas zu dem Bypass 56, wie in der Figur mit den Pfeilen gezeigt, wenn das Bypassventilelement 60 geöffnet ist, während das Auspuffventil 58 geschlossen ist. Außer für die Tatsache, dass die Menge des Adsorbers 74 weiter erhöht ist und daher die Kapazität zur Adsorption der unverbrannten KW-Komponente weiter erhöht ist, sind die Konfiguration, der Betrieb sowie die Vorteile die gleichen wie jene der ersten Anordnung.
20 ist eine Ansicht ähnlich 4, zeigt jedoch den Betrieb des Abgasreinigungssystems eines Verbrennungsmotors gemäß einer Ausführung der Erfindung.
In dieser Ausführung der Erfindung wird eine Zeit oder Dauer zum Öffnen des Bypassventilelements 60 während des Motorstarts gemäß einem Parameter bestimmt, der sich auf das Volumen oder die Menge des Abgases bezieht.
Zur Erläuterung des Flussdiagramms beginnt das Programm bei S400, worin, wie in der oben erwähnten Weise, bestimmt wird, ob der Motor startet. Wenn das Ergebnis positiv ist, geht das Programm zu S402 weiter, worin die Ausgabekraftstoffeinspritzmenge Tout (in Bezug auf die 10 und 11 erwähnt) gelesen wird, zu S404, worin das Bit eines Flag FTRPV auf 1 gesetzt wird, zu S406, worin das TPRV 68 EINgeschaltet wird, um das Bypassventilelement 60 zu öffnen, und wird beendet.
Wenn in einer nächsten Schleife das Ergebnis wiederum positiv ist, geht das Programm wiederum zu S402 weiter, worin Tout neuerlich gelesen wird, und zu dem Wert addiert wird, der in der vorhergehenden Programmschleife gelesen ist, zu S404 und S406, worin das Flagbit auf 1 gehalten und das Ventil offengehalten wird (falls nicht, wird es auf 1 gesetzt oder geöffnet), und beendet wird. In dem Flussdiagramm bezeichnet das Setzen des Flagbits auf 1 das Lesen und Addieren von Tout und Einschalten des Ventils 68, während das Rücksetzen des Flagbits auf null die Unterbrechung oder Beendigung davon anzeigt.
Wenn in der nächsten oder späteren Schleife das Ergebnis in S400 negativ ist, geht das Programm zu S408 weiter, worin bestimmt wird, ob das Flagbit auf 1 gesetzt ist. Wenn das Ergebnis positiv ist, geht das Programm zu S410 weiter, worin ein akkumulierter Wert ΣTout der gelesenen Ausgabekraftstoffmenge Tout berechnet wird. Der akkumulierte Wert ist somit ein Wert, der seit dem Motorstart akkumuliert ist (da das Flagbit auf 1 gesetzt war).
Das Programm geht zu S412 weiter, worin bestimmt wird, ob der akkumulierte Wert ΣTout nicht kleiner als ein vorbestimmter Wert ToutLMT ist. ToutLMT ist ein Wert, der einer Obergrenze eines akkumulierten Volumens oder einer akkumulierten Menge des Abgases entspricht. In dieser Ausführung der Erfindung wird die Adsorptionsgrenze auf der Basis eines Parameters bestimmt, der sich auf das Volumen oder die Menge des Abgases bezieht (d. h. den akkumulierten Wert der Kraftstoffeinspritzmenge). Dies steht im Gegensatz zu den hierin beschriebenen früheren Anordnungen, worin die Adsorptionsgrenze auf der Basis eines Parameters bestimmt wird, der sich auf die Katalysatortemperatur bezieht (d. h. der Kühlmitteltemperatur Tw).
Der Grund dafür, warum der akkumulierte Wert der Kraftstoffeinspritzmenge Tout als Parameter verwendet wird, der sich auf das Volumen oder die Menge des Abgases bezieht, liegt darin, dass, weil die Kraftstoffeinspritzmenge Tout derart bestimmt wird, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in Bezug auf die Ansaugluftmenge oder -quantität ein vorbestimmtes Luft-Kraftstoff-Verhältnis einnimmt (in der Ausführung das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis), und daher die Luftansaugmenge oder -quantität proportional zum Volumen oder der Menge des Abgases ist, der akkumulierte Wert der Kraftstoffeinspritzmenge äquivalent zu dem akkumulierten Wert des Volumens oder der Menge des Abgases ist. Wenn das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD geändert wird, sollte die akkumulierte Kraftstoffeinspritzmenge in Antwort auf die Änderung des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses korrigiert werden.
Die Obergrenze ToutLMT ist auf der Basis der Adsorptionsfähigkeit des Adsorbers 74 bestimmt, genauer gesagt, wird auf der Basis der kritischen Adsorptionsfähigkeit und dem Volumen oder der Menge des Adsorbers 74 bestimmt. Die kritische Kapazität, mit der der Adsorber 74 die unverbrannte KW-Komponente adsorbieren kann, wird, unabhängig von der Temperatur, aus seinen mechanischen und chemischen Grenzen bestimmt. Die Obergrenze ToutLMT ist ein Wert, der dieser kritischen Kapazität entspricht.
Wieder zur Erläuterung des Flussdiagramms von 20, wenn das Ergebnis in S412 negativ ist, in anderen Worten, wenn bestimmt wird, dass der akkumulierte Wert die Obergrenze nicht erreicht, geht das Programm zu S414 weiter, worin bestimmt wird, ob die Motorlast hoch ist, in der gleichen Weise, wie in den früher beschriebenen Anordnungen erwähnt. Wenn das Ergebnis in S414 negativ ist, geht das Programm zu S416 weiter, worin bestimmt wird, ob irgend ein Ausfallsicherungszustand vorliegt, wie dies in den früher beschriebenen Anordnungen der Fall war. Wenn das Ergebnis in S416 negativ ist, geht das Programm zu S406 weiter, worin das TRPV 68 eingeschaltet wird oder eingeschaltet bleibt, wenn es zuvor eingeschaltet worden ist.
Wenn andererseits das Ergebnis in S408 negativ ist, geht das Programm zu S418 weiter, worin das TRPV 68 ausgeschaltet wird. Wenn das Ergebnis in S412 oder S414 oder S416 positiv ist, geht das Programm zu S420 weiter, worin das Bit des Flags auf null rückgesetzt wird, und zu S418, worin das TRPV 68 AUSgeschaltet wird.
Da in der Ausführung die Adsorptionsgrenze des Adsorbers 74, in anderen Worten, die Dauer, während der das Bypassventilelement 60 offen gehalten wird, auf der Basis des Parameters in Bezug auf das Volumen oder die Menge des Abgases bestimmt wird, hat das System die gleichen Vorteile wie jene, die in den früheren Anordnungen erwähnt sind. Der Rest der Konfiguration ist der gleiche wie jener der früheren Anordnungen.
In einer weiteren Ausführung ist es möglich, die Obergrenze ToutLMT auch beim Anstieg der Katalysatortemperatur (oder der Kühlmitteltemperatur Tw) zu korrigieren. Wenn die Alterung oder Verschlechterung des Adsorbers erfasst wird, ist es in einer weiteren Ausführung auch möglich, die Grenze in Antwort auf die Adsorberalterung zu korrigieren.
Alternativ ist es möglich, die Ansaugluftmenge oder -quantität durch einen Luftströmungsmesser zu erfassen und die Zeit oder Dauer durch einen akkumulierten Wert der erfassten Ansaugluftmenge oder -quantität zu bestimmen. Alternativ ist es möglich, anstelle der Ausgabekraftstoffeinspritzmenge die Basiskraftstoffeinspritzmenge TiM-F zu akkumulieren.
Somit sind die Ausführungen derart konfiguriert, dass das System zum Reinigen von von einem Verbrennungsmotor (10) erzeugtem Abgas, wobei das System ein Luftansaugsystem (12) (Luftansaugrohr 12) und ein Auspuffsystem aufweist, das ein sich von einem Auspuffkrümmer (36) des Motors erstreckendes Auspuffrohr (38) und einen in dem Auspuffrohr installierten Katalysator (40, 42, 44) enthält, wobei das Auspuffsystem von dem Motor erzeugtes Abgas zur Atmosphäre abgibt, einen Bypass (56) enthält, der von dem Auspuffrohr (38) an einer Stelle (Gabelung 54) stromab des Katalysators abzweigt und in das Auspuffrohr stromab (Zusammenflusspunkt 78) des Verzweigungspunkts (Gabelung 54) mündet; einen in dem Bypass installierten Adsorber (74); ein Ventilmittel (Bypassventilelement 60), das den Bypass (56) verschließt; eine Leitung (AGR-Leitung 82), die mit dem Bypass (56) am einen Ende verbunden ist und mit dem Luftansaugsystem (Luftansaugrohr 12) zum Rückführen des Abgases in das Luftansaugsystem verbunden ist; ein Ventilsteuer/regelmittel (ECU 86), das das Ventilmittel (Bypassventilelement 60) für eine Dauer (TTRSLMT, ToutLMT) nach dem Starten des Motors öffnet, um das Abgas in den Bypass (56) einzuführen, derart, dass der in dem Bypass installierte Adsorber (74) die unverbrannte Komponente in dem Abgas adsorbiert; ein AGR-Steuer/Regelmittel (ECU 86), das bewirkt, dass das in den Bypass eingeführte Abgas durch die Leitung (AGR-Leitung 82) in das Luftansaugsystem rückgeführt wird. In dem System ist das Ventilmittel (das Bypassventilelement 60) an oder nahe dem Verzweigungspunkt (Gabelung 54) in dem Auspuffrohr (38) vorgesehen, und eine Kammer (52) ist in der Nähe des Verzweigungspunkts (Gabelung 54) derart vorgesehen, dass die Leitung (AGR-Leitung 82) mit dem Bypass am einen Ende in der Kammer verbunden ist.
Im Obigen sollte angemerkt werden, dass der Begriff in der Beschreibung, dass "eine Kammer (52) in der Nähe des Verzweigungspunkts (der Gabelung 54) derart vorgesehen ist, dass die Leitung (AGR-Leitung 82) mit dem Bypass am einen Ende in der Kammer verbunden ist" bedeutet, dass die Leitung 82 in Bezug auf den Abgasfluss stromauf des Adsorbers 74 angeschlossen ist, oder in Bezug auf den rückgeführten Abgasfluss stromab des Adsorbers 74 angeschlossen ist.
Angemerkt werden sollte auch, dass der Begriff der Beschreibung, dass "für eine Dauer (TTRSLMT, ToutLMT) nach dem Starten des Motors" bedeutet, für eine Dauer nach dem Starten des Motors und eine Dauer, bis ein Unterdruck erzeugt wird, um das Ventilmittel zum Öffnen anzutreiben, wenn das Ventilmittel durch den Unterdruck betrieben wird.
Mit der Anordnung kann das System effizient verhindern, dass das Auspuffrohr verschlossen wird, auch wenn ein Ventil zum Verschließen des Bypasses in der geschlossenen Stellung hängen bleibt, und kann für eine relativ kurze AGR-Leitung zum Rückführen der unverbrannten KW-Komponente sorgen, die von dem Adsorber adsorbiert ist. Auch kann die Adsorption und Desorption optimal durchgeführt werden.
In einer bevorzugten Ausführung ist die erste Ausführung der vorliegenden Erfindung, wie hierin beschrieben, mit der zuerst beschriebenen Anordnung derart kombiniert, dass die Zeit oder die Dauer aus dem akkumulierten Wert der Kraftstoffeinspritzmenge und der Katalysator (Kühlmittel) Temperatur bestimmt wird.
Während in den Ausführungen die Zündzeitverzögerung zum Beschleunigen der Katalysatoraktivierung verwendet wird, ist dies ein Beispiel, und soll hierauf nicht beschränkt sein.
In den Ausführungen ist es alternativ möglich, einen elektrischen Aktuator zum Betreiben des Auspuffrohrventilelements und des Bypassventilelements zu verwenden.
In den Ausführungen ist es alternativ möglich, einen aus aktivierter Holzkohle hergestellten Adsorber zu verwenden.

Claims

System zum Reinigen von von einem Verbrennungsmotor (10) erzeugtem Abgas, wobei das System ein Luftansaugsystem (12) und ein Auspuffsystem aufweist, das ein sich von einem Auspuffkrümmer (36) des Motors erstreckendes Auspuffrohr (38) und einen in dem Auspuffrohr installierten Katalysator (40, 42, 44) enthält, wobei das Auspuffsystem von dem Motor erzeugtes Abgas zur Atmosphäre abgibt, wobei das System zum Reinigen von Abgas ferner enthält: einen Bypass (56), der von dem Auspuffrohr (38) an einer Stelle (54) stromab des Katalysators abzweigt und stromab der Zweigstelle (54) in das Auspuffrohr mündet; einen in dem Bypass installierten Adsorber (74); ein Ventilmittel (60), das an oder nahe der Zweigstelle (54) des Abgasrohrs (38) vorgesehen ist, um den Bypass (56) zu verschließen; eine AGR-Leitung (82), die am einen Ende mit dem Bypass (56) verbunden ist und die mit dem Luftansaugsystem (12) verbunden ist, um Abgas zu dem Luftansaugsystem (12) zurückzuführen; und ein Ventilsteuer/regelmittel (86), das das Ventilmittel (60) betreibt, um den Bypass (56) für eine Dauer seit dem Starten des Motors zu öffnen, um das Abgas in den Bypass (56) einzuleiten, sodass der Adsorber (74) die unverbrannte Komponente in dem Abgas adsorbiert; ein AGR-Steuer/Regelmittel, das bewirkt, dass das in den Bypass eingeführte Abgas durch die AGR-Leitung (82) zu dem Luftansaugsystem rückgeführt wird; wobei das System dadurch gekennzeichnet ist, dass: der Bypass (56) durch eine Kammer (52) gebildet ist, die einen Teil des Auspuffrohrs derart umschließt, dass der Teil des Abgasrohrs dem Adsorber (74) benachbart ist; wobei die AGR-Leitung (82) am einen Ende mit der Kammer (52) verbunden ist; und dass das Ventilsteuer/regelmittel enthält: ein Abgasvolumenparameter-Erfassungsmittel (S402) zum Erfassen eines Parameters (Tout), der sich auf das Volumen des Abgases bezieht, und Bestimmen der Dauer (ToutLMT, TTRSLMT), über die der Bypass (56) geöffnet ist, auf der Basis des Abgasvolumenparameters.
System nach Anspruch 1, worin die Kammer (52) den Teil des Abgasrohrs an der Zweigstelle (54) umschließt und ferner das Ventilmittel (60) umschließt.
System nach Anspruch 1 oder 2, das ferner ein Kombinationsventil enthält, das aus dem Ventilmittel (60), das den Bypass (56) schließt, und einem zweiten Ventilmittel (58), das das Auspuffrohr (38) schließt, gebildet ist, wobei das Ventilmittel und das zweite Ventilmittel mit einer Welle (58b) derart verbunden sind, dass dann, wenn das Ventilmittel den Bypass schließt, das zweite Ventil das Auspuffrohr öffnet.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, worin das Ventilsteuer/regelmittel enthält: ein Katalysatortemperaturparameter-Erfassungsmittel (S12) zum Erfassen eines Parameters (TTRSLMIT), der sich auf eine Temperatur des Katalysators (40, 42, 44) bezieht; und Bestimmen der Dauer (ToutLMT, TTRSLMT) über die der Bypass (56) geöffnet ist, beruhend auf sowohl dem Abgasvolumenparameter als auch dem erfassten Katalysatortemperaturparameter.
System nach Anspruch 4, worin der Parameter eine Kühlmitteltemperatur (Tw) des Motors ist.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, worin der Abgasvolumenparameter eine dem Motor zuzuführende Kraftstoffeinspritzmenge (Tout) ist.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, worin das Ventilsteuer/regelmittel die Dauer, über die der Bypass geöffnet ist, auf null reduziert, wenn der Motor unter Hochlast läuft.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 7, worin das Ventilsteuer/regelmittel die Dauer, über die der Bypass geöffnet ist, auf null reduziert, wenn der Motor in einem Ausfallsicherungszustand ist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, ferner umfassend: ein Katalysatoraktivierungsförderungsmittel (S100 bis S126) zum Fördern der Aktivierung des Katalysators (40, 42, 44), wenn der Motor gestartet wird.
System nach Anspruch 9, worin das Katalysatoraktivierungsförderungsmittel ein Zündzeitpunktsteuermittel (S100 bis S126) aufweist, das einen dem Motor zugeführten Zündzeitpunkt in eine Verzögerungsrichtung steuert/regelt.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10, worin das AGR-Steuer/Regelmittel enthält: ein Kraftstoffeinspritzmengenbestimmungsmittel (TiM-F) zum Bestimmen einer dem Motor zuzuführenden Kraftstoffmenge (Tim-F); ein Luft/Kraftstoffverhältniserfassungsmittel (98) zum Erfassen eines Luft/Kraftstoffverhältnisses (KACT) des Abgases; ein Rückkopplungsschleifenmittel mit einem Regler (STR), der einen Rückkopplungskorrekturkoeffizienten (KSTR) unter Verwendung einer in einer Rekursionsformel ausgedrückten Regelvorschrift berechnet, sodass das erfasste Luft/Kraftstoffverhältnis (KACT) zu einem Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis (KCMD) konvergiert; ein AGR-Korrekturkoeffizientenberechnungsmittel zum Berechnen eines AGR-Korrekturkoeffizienten (KEGRN), wenn das Abgas zu dem Luftansaugsystem rückgeführt wird; und ein Kraftstoffeinspritzmengenkorrekturmittel zum Korrigieren der Kraftstoffeinspritzmenge auf der Basis zumindest des Rückkopplungskorrekturkoeftizienten (KSTR) und des AGR-Korrekturkoeftizienten (KEGRN).