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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Auspuffgasreinigungseinrichtung
für Brennkraftmaschinen
unter Einsatz eines Katalysators.
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Bei
einer Magerverbrennungsmaschine zur Reinigung von Auspuffgasen wird
eine NOx-Katalyse verwendet, die als NOx-Okklusion oder selektive Reduktion bezeichnet
wird. Ein NOx-Okklusionkatalysator
speichert NOx, das in dem Auspuffgas enthalten ist, wenn das Luft-Kraftstoffverhältnis mager
ist, und gibt das gespeicherte Stickoxid NOx ab, wenn das Luft-Kraftstoffverhältnis fett
ist, und auf diese Weise werden Kohlenwasserstoffe HO und Kohlenmonoxid CO,
die in dem Auspuffgas enthalten sind, durch das Reduziermittel gereinigt.
Bei einer Brennkraftmaschine mit magerer Verbrennung kann daher
das NOx dadurch gereinigt werden, daß der NOx-Katalysator an einem
Ort im mittleren Bereich des Auspuffrohrs angeordnet wird, und wiederholte
Brennkraftmaschinenoperationen mit einem mageren Luft-Kraftstoffverhältnis und
einem fetten Luft-Kraftstoffverhältnis durchgeführt werden
Beispielsweise wird beider Auspuffgasreinigungseinrichtung für Brennkraftmaschinen,
die in der
JP 2600492
B2 beschrieben ist, die Brennkraftmaschine in periodischen
Brennkraftmaschinenoperationen mit einem fetten Luft-Kraftstoffverhältnis und
mit einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoffverhältnis betrieben,
um Stickoxid NOx von dem NOx-Katalysator während des Betriebs der Brennkraftmaschine
mit einem fetten Luft-Kraftstoffverhältnis unter voller Belastung,
während
der Brennkraftmaschinenoperation mit einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoffverhältnis bei
der Beschleunigung, oder wenn die Okklusionkapazität des NOx-Katalysators
gesättigt
ist, freizugeben.
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Weiterhin
ist bekannt, daß bei
einer Magerverbrennungs-Brennkraftmaschine
eine Luft-Kraftstoffverhältnisregelung
auf ein vorbestimmtes Luft-Kraftstoffverhältnis durchgeführt wird,
abhängig vom
Betriebszustand, beispielsweise einer Operation unter Teillast,
um den Kraftstoffverbrauch zu verringern, und die Auspuffgasreinigung
zu verbessern, wobei der Brennkraftmaschinenbetrieb mit einem mageren
Luft-Kraftstoffverhältnis
bzw. mit einem stöchiometrischen
Luft-Kraftstoffverhältnis
durchgeführt wird,
und während
des Vollastbetriebes, um eine ausreichende Ausgangsleistung der
Brennkraftmaschine sicherzustellen, ein Betrieb mit einem fetten Luft-Kraftstoffverhältnis durchgeführt wird.
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Bei
der Luft-Kraftstoffverhältnisregelung
einer herkömmlichen
Magerverbrennungs-Brennkraftmaschine ist es infolge einer direkten
Verschiebung auf den Brennkraftmaschinenbetrieb mit einem stöchiometrischen
Luft-Kraftstoffverhältnis
von dem Betrieb mit magerem Luft-Kraftstoffverhältnis aus möglich, daß unvollständig gereinigtes NOx momentan an
die Atmosphäre
abgegeben wird, wie in D gezeigt,
wenn der Brennkraftmaschinenbetrieb von dem Betrieb mit einem mageren
Luft-Kraftstoffverhältnis
auf den Betrieb mit stöchiometrischem Luft-Kraftstoffverhältnis verschoben
wird; man nimmt an, daß dies
an den folgenden Faktoren ➀ bis ➂ liegt: ➀ Der
NOx-Katalysator gibt das eingeschlossene Gas in Form von Ba(NO3)2 → BaO + 2NO
+ 3O2/2 ab. ➁ Bei dem Brennkraftmaschinenbetrieb
mit stöchiometrischem
Luft-Kraftstoffverhältnis
besteht ein Mangel an Reduziermittel, beispielsweise Kohlenwasserstoff
HO und Kohlenmonoxid CO. ➂ Wenn das Luft-Kraftstoffverhältnis nahe
an dem Brennkraftmaschinenbetrieb mit stöchiometrischem Luft-Kraftstoffverhältnis bleibt,
steigt die Erzeugung von NOx stärker
an als bei einem Brennkraftmaschinenbetrieb mit magerem Luft-Kraftstoffverhältnis.
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Die
DE 197 41 079 A1 beschreibt
ein Verfahren zur Regeneration eines Katalysators, wobei ein Zusatzregenerationszyklus
beim Übergang
vom mageren in den stöchiometrischen
Betriebsmodus durchgeführt
wird. Ein Regenerationsluft/Kraftstoffverhältnis wird abhängig vom
Abgasmassenstrom und einer Abgastemperatur im Bereich des Katalysators
eingestellt. Weiter kann eine Dauer des Zusatzregenerationszyklus
in Abhängigkeit
von einem Verhältnis
eines Stickoxidmengenwertes zu einem ersten Schwellwert eingestellt
werden. Die
DE 197
31 624 A1 beschreibt ein Verfahren zur De-Sulfatierung eines
Katalysators, wobei ein Anfetten des Abgases durchgeführt wird
und die Dauer der Anfettung aus einer errechneten oder geschätzten Schwefelbeladung
sich ergibt.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Unterdrückung von
Stickoxyden bereitzustellen, wenn ein Brennkraftmaschinenbetriebszustand
von einem Betriebszustand mit magerem Luft-Kraftstoffverhältnis auf
einem Betriebszustand mit stöchiometrischem
Luft-Kraftstoffverhältnis umgeschaltet
wird.
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Diese
Aufgabe der Erfindung wird durch die Vorrichtung gemäß Anspruch
1 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen
sind in den abhängigen
Ansprüchen
offenbart.
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele
näher erläutert, aus
welchen sich weitere Vorteile und Details ergeben. Es zeigt:
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1 eine
schematische Darstellung der Ausführungsform 1 der vorliegenden
Erfindung;
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2(A), 2(B), 2(C), 2(D), 2(E) und 2(F) die
Funktion der Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung;
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3 ein
Kennfeld für
die Ausführungsform 1
der vorliegenden Erfindung;.
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4 ein
Flußdiagramm
der Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung;
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5(A), 5(B), 5(C) und 5(D) Zeitablaufdiagramme
der Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung;
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6(A), 6(B) und 6(C) die Funktion der Ausführungsform 1 der vorliegenden
Erfindung;
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7 ein
Kennfeld für
die Ausführungsform 2
der vorliegenden Erfindung;
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8 ein
Kennfeld für
die Ausführungsform 2
der vorliegenden Erfindung;
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9 Eigenschaften
der Ausführungsform
3 der vorliegenden Erfindung;
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10 eine
schematische Darstellung der Ausführungsform 4 der vorliegenden
Erfindung;
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11 ein
Flußdiagramm
der Ausführungsform
4 der vorliegenden Erfindung;
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12(A), 12(B) und 12(C) Zeitablaufdiagramme der Ausführungsform
4 der vorliegenden Erfindung;
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13 die
Menge an Kraftstoff, die zusätzlich
eingespritzt werden soll, gemäß der Ausführungsform
5 der vorliegenden Erfindung; und
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14 ein
Flußdiagramm
der Ausführungsform
6 der vorliegenden Erfindung.
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Ausführungsform
1
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Nachstehend
wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 5 die Ausführungsform 1 der vorliegenden
Erfindung beschrieben. 1 zeigt schematisch eine Auspuffgasreinigungseinrichtung
für eine Brennkraftmaschine.
In 1 ist mit dem Bezugszeichen 1 eine Brennkraftmaschine
bezeichnet, 2 bezeichnet einen Zylinder der Brennkraftmaschine 1, 3 einen
in dem Zylinder 2 angeordneten Kolben, 4 ein Einlaßventil
der Brennkraftmaschine 1, 5 ein Auslaßventil
der Brennkraftmaschine 1, 6 eine Brennkammer,
die von dem Zylinder 2 umschlossen wird, dem Kolben 3,
dem Einlaßventil 4 und
dem Auslaßventil 5, 7 einen
Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff in die Brennkammer 6, 8 eine
Zündkerze
zum Zünden
der Gasmischung innerhalb der Brennkammer 6, 9 ein Einlaßrohr, das
an ein Einlaßteil
angeschlossen ist, das durch das Einlaßventil 4 der Brennkraftmaschine 1 geöffnet und
geschlossen wird, 10 einen Luftmengensensor, der innerhalb
des Einlaßrohrs 9 und
an dessen stromaufwärtiger
Seite angeordnet ist, 11 eine Drosselklappe, die in dem
Einlaßrohr 9 und
an dessen stromabwärtiger
Seite angeordnet ist, zum Steuern der Luftmenge, die der Brennkraftmaschine 1 zugeführt werden
soll, 12 ist ein Auslaßrohr,
das an einen Auslaßanschluß angeschlossen
ist, der durch das Auslaßventil
der Brennkraftmaschine 1 geöffnet und geschlossen wird, 13 ist
ein ternäres
Mittel, das in dem Auslaßrohr 12 und
an dessen stromaufwärtiger
Seite angeordnet ist, 14 ist ein NOx-Katalysator, der innerhalb
des Auslaßrohrs 12 und
an dessen stromabwärtiger
Seite angeordnet ist, 15 ist ein Luft-Kraftstoffverhältnissensor,
der zwischen dem Auslaßventil 5 und
dem ternären
Reduziermittel 13 innerhalb des Auslaßrohrs 12 angeordnet
ist, 16 ist ein Luft-Kraftstoffverhältnissensor, der zwischen dem ternären Reduziermittel 13 und
dem NOx-Katalysator 14 innerhalb des Auslaßrohrs 12 vorgesehen
ist, 17 ist ein Luft-Kraftstoffverhältnissensor, der auf der weiter
stromabwärts
gelegenen Seite des NOx-Katalysators innerhalb des Auslaßrohrs 12 vorgesehen
ist, 18 ist eine Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 1, 19 ist
eine Verbindungsstange, die zwischen dem Kolben 3 und der
Kurbelwelle 18 vorgesehen ist und diese verbindet, 20 ist
ein Drehsensor zum Detektieren der Umdrehungsgeschwindigkeit der
Kurbelwelle als Brennkraftmaschinendrehzahl, 21 ist eine
Brennkraftmaschinensteuereinheit(Motorsteuereinheit), in der ein
Digitalcomputer vorgesehen ist, und diese Brennkraftmaschinensteuereinheit 21 betreibt
den Injektor 7 und die Zündkerze 8 auf der
Grundlage von Signalen, die von verschiedenen Sensoren geliefert werden,
entsprechend den Verarbeitungen, die durch ein Programm festgelegt
werden. Die Brennkraftmaschinensteuereinheit 21 gemäß Ausführungsform
1 weist eine Betriebszustandsbeurteilungsvorrichtung 210 auf,
eine Luft-Kraftstoffverhältnisregelbeurteilungsvorrichtung 211,
und eine Betriebsvorrichtung 212 für einen erzwungen fetten Betrieb.
Die Brennkraftmaschinen-Betriebszustandsbeurteilungsvorrichtung 210,
die Luft-Kraftstoffverhältnissteuervorrichtung 211 und
die Vorrichtung für
den erzwungenen Brennkraftmaschinenbetrieb mit fettem Luft-Kraftstoffverhältnis führen die
Luft-Kraftstoffverhältnisregelung
wie in 4 gezeigt durch, durch Betrieb einer CPU auf der
Grundlage eines Programms, das in einem ROM gespeichert ist, unter
Einsatz eines RAM als Speichervorrichtung.
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3 zeigt
ein Kennfeld, das für
die Luft-Kraftstoffverhältnisregelung
der Brennkraftmaschinensteuereinheit 21 verwendet wird.
Das Luft-Kraftstoffverhältnis ändert sich
in Abhängigkeit von
dem Brennkraftmaschinen-Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1,
und daher ist in 3 die Brennkraftmaschinendrehzahl
Ne entlang der Abszisse aufgetragen, und die Last P, die einen Parameter
darstellt, der eine Brennkraftmaschinenbelastung repräsentiert,
beispielsweise den Füllungswirkungsgrad,
auf der Ordinatenachse. Bei der Luft-Kraftstoffverhältnisregelung
wird der Betriebszustand dadurch bestimmt, daß die Last P, die auf der Grundlage
von Eingangssignalen von dem Luftmengensensor 10 und den
Luft-Kraftstoffverhältnissensoren 15 bis 17 berechnet
wird, und die Brennkraftmaschinendrehzahl Ne auf der Grundlage des
Eingangssignals von dem Drehsensor 20 mit dem Kennfeld
gemäß 3 zusammengestellt
werden. In 3 wird der Betriebsbereich mit
niedriger Belastung, der sich auf der Seite der niedrigen Belastung
gegenüber
der realen Linie befindet, als der Brennkraftmaschinenbetrieb mit
magerem Luft-Kraftstoffverhältnis
eingestellt, der Betriebsbereich mit hoher Belastung zwischen den Linien
L1 und L2 als der Brennkraftmaschinenbetrieb mit stöchiometrischem
Luft-Kraftstoffverhältnis
eingestellt, und der Betrieb mit voller Belastung mit einer Belastung,
die höher
ist als jene, welche durch die Linie L2 repräsentiert wird, wird als der
Brennkraftmaschinenbetrieb mit fettem Luft-Kraftstoffverhältnis eingestellt.
Auf der Grundlage des Kennfeldes von 3 wird dann,
wenn die Brennkraftmaschinendrehzahl Ne niedrig ist, und auch die
Belastung P gering ist, der Magerbetrieb ausgewählt, und wird das Luft-Kraftstoffverhältnis der
Gasmischung, welche der Brennkammer 6 zugeführt werden
soll, auf mager eingestellt; wenn die Last größer ist als die voranstehend
geschilderte. Last P, wird der Brennkraftmaschinenbetrieb mit stöchiometrischem
Luft-Kraftstoffverhältnis
ausgewählt,
und wird das Luft-Kraftstoffverhältnis
der Gasmischung, die der Brennkammer zugeführt werden soll, auf ein theoretisches
Luft-Kraftstoffverhältnis
(stöchiometrisch)
eingestellt; und in einem Zustand, in welchem eine hohe Ausgangsleistung
gefordert wird, also wenn die Brennkraftmaschinendrehzahl Ne hoch
ist, und auch die Last P groß ist,
wird der Brennkraftmaschinenbetrieb mit fettem Luft-Kraftstoffverhältnis ausgewählt, und
wird das Luft-Kraftstoffverhältnis
der Gasmischung, die der Brennkammer zugeführt werden soll, so gewählt, daß sich eine
fette Luft-Kraftstoffmischung (fett) ergibt. Wenn beispielsweise
das Gaspedal während des
Brennkraftmaschinenbetriebs mit magerem Luft-Kraftstoffverhältnis bei
Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine 1 betätigt wird,
nimmt die Brennkraftmaschinendrehzahl Ne und die Last P zu, und daher
verschiebt sich der Brennkraftmaschinen-Betriebszustand auf jenen
mit stöchiometrischem Luft-Kraftstoffverhältnis. Wenn
durch weitere Betätigung
des Gaspedals eine hohe Ausgangsleistung angefordert wird, wird
der Brennkraftmaschinen-Betriebszustand jener mit dem fetten Luft-Kraftstoffverhältnis. Der Übergang
zwischen den Brennkraftmaschinen-Betriebszuständen mit magerem Luft-Kraftstoffverhältnis, jenem
mit stöchiometrischem Luft-Kraftstoffverhältnis und
jenem mit fettem Luft-Kraftstoffverhältnis ist durch die gestrichelte
Linie L3 in 3 angedeutet.
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Unter
Bezugnahme auf 4 erfolgt nachstehend eine Beschreibung
des Betriebsablaufs bei der Ausführungsform
1. 1 ist ein Flußdiagramm, welches
die Steuerung oder Regelung zeigt, die zu jenem Zeitpunkt durchgeführt wird,
wenn das Luft-Kraftstoffverhältnis
für den
Brennkraftmaschinen-Betriebszustand von dem mageren Luft-Kraftstoffverhältnis auf
das stöchiometrische
Luft-Kraftstoffverhältnis
umgeschaltet wird. Aus diesem Flußdiagramm geht hervor, daß dann,
wenn der Brennkraftmaschinen-Betriebszustand von dem mageren Luft-Kraftstoffverhältnis auf
jenes mit stöchiometrischem
Luft-Kraftstoffverhältnis
umgeschaltet wird, der Brennkraftmaschinen-Betriebszustand momentan
zwangsweise auf jenen mit fettem Luft-Kraftstoffverhältnis (nachstehend
als zwangsweise fetter Betrieb bezeichnet) umgeschaltet wird, und
danach der Betriebszustand jener mit stöchiometrischem Luft-Kraftstoffverhältnis ist.
Als nächstes
erfolgt eine Beschreibung dieses zwangsweise fetten Betriebszustandes.
Der wie in 4 dargestellte Betriebszustand
der Brennkraftmaschine wird entsprechend einer vorbestimmten Bedingung
durchgeführt,
beispielsweise entsprechend der Leistung in Abständen von jeweils 25 Sekunden.
Beim Schritt 1 in 4 werden, um den Betriebszustand
der Brennkraftmaschine zu beurteilen, die Brennkraftmaschinendrehzahl
Ne und die Last P ausgelesen. Dann wird im Schritt 2 die Luft-Kraftstoffverhältnisregelung
beurteilt, auf der Grundlage der Brennkraftmaschinendrehzahl Ne
und der Last P unter Verwendung des Kennfeldes 3, das in 3 gezeigt
ist. Zu diesem Zeitpunkt wird der Brennkraftmaschinen-Betriebszustand,
der zum momentanen Zeitpunkt des Verarbeitungszyklus vorhanden ist,
als der derzeitige Betriebszustand gespeichert, und wird der Brennkraftmaschinen-Betriebszustand,
der während
des vorherigen Verarbeitungszyklus vorhanden war, als der bisherige
Betriebszustand gespeichert. Danach wird im Schritt 3 beurteilt,
ob der Brennkraftmaschinenbetrieb zu diesem Zeitpunkt mit stöchiometrischem Luft-Kraftstoffverhältnis durchgeführt wird,
und zuletzt mit magerem Luft-Kraftstoffverhältnis durchgeführt wurde,
oder nicht, aus dem Speicherwert für den vorherigen Zeitpunkt
und den momentanen Zeitpunkt, die im Schritt 2 erhalten wurden.
Wenn das Ergebnis der Beurteilung im Schritt 3 so ist, daß der Betrieb
zum gegenwärtigen
Zeitpunkt mit stöchiometrischem
Luft-Kraftstoffverhältnis
erfolgt, und vorher mit magerem Luft-Kraftstoffverhältnis erfolgte,
so ist eine Verschiebung des Verbrennungszustands aufgetreten, und
daher ist das Ergebnis der Beurteilung "Ja".
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Im
Schritt 4 wird eine Marke gesetzt, um den zwangsweise fetten Betrieb
durchzuführen,
im Schritt 5 wird der Zeitgeber A gesetzt, im Schritt 6 wird der zwangsweise
fette Betrieb vorgegeben, und danach wird die Verarbeitung für den momentanen
Zeitpunkt beendet. Beim nächsten
Verarbeitungszeitpunkt werden die Verarbeitungen der Schritte 1
bis 3 durchgeführt.
In diesem Moment wurde bereits beurteilt, daß zum momentanen Zeitpunkt
der Brennkraftmaschinenbetrieb mit stöchiometrischem Luft-Kraftstoffverhältnis vorliegt,
und daß zuletzt
der Betrieb mit stöchiometrischem
Luft-Kraftstoffverhältnis
erfolgte, entsprechend der Beurteilung des Brennkraftmaschinenbetriebs,
so daß sich
im Schritt 3 die Beurteilung "Nein" ergibt. Daher wird
im Schritt 3 beurteilt, ob die Marke gesetzt ist oder nicht. Zu
diesem Zeitpunkt ist die Marke bereits gesetzt, und daher wird im
Schritt 8 beurteilt, ob der Zeitgeber A, der in vorbestimmten Zeitintervallen
durch einen nicht weiter erläuterten anderen
Vorgang heruntergezählt
wird, gleich Null ist oder nicht. Zu diesem Zeitpunkt wird, wenn
der Zeitgeber A nicht gleich Null ist, mit der Verarbeitung auf den
Schritt 6 übergegangen,
und wird der zwangsweise fette Betrieb fortgesetzt. Ist im Gegensatz
hierzu der Wert des Zeitgebers A gleich Null, so wird die Marke
im Schritt 9 gelöscht.
Wenn die Verarbeitungen der Schritte 1 bis 3 und der Schritte 7
bis 9 das nächste
Mal durchgeführt
werden, wird die Marke gelöscht,
und daher ist die Verarbeitung beendet, und erfolgt eine Rückkehr.
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5 ist ein Zeitablaufdiagramm, das den Brennkraftmaschinenbetrieb
zeigt, der zu jenem Zeitpunkt durchgeführt wird, wenn der Brennkraftmaschinen-Betriebszustand von
jenem mit magerem Luft-Kraftstoffverhältnis auf jenen mit stöchiometrischem
Luft-Kraftstoffverhältnis
umgeschaltet wird. In 5(A) wird,
wenn beurteilt wird, daß die
Luft-Kraftstoffverhältnisregelung
auf der Grundlage des Betriebszustands von dem Betriebszustand mit
magerem Luft-Kraftstoffverhältnis
auf jenen mit stöchiometrischem
Luft-Kraftstoffverhältnis
umgeschaltet wurde, auf der Grundlage der Brennkraftmaschinendrehzahl
Ne und der Last P, die Marke von gelöscht auf gesetzt geändert, und
gleichzeitig wird der Zeitgeber A von Null aus auf einen vorbestimmten
Wert A gesetzt, und daraufhin wird der Wert A heruntergezählt. Gleichzeitig
mit dem Setzen der Marke wie voranstehend geschildert, und mit der
Einstellung des Wertes des Zeitgebers A auf den Wert A wird der
Brennkraftmaschinenbetrieb von dem Betrieb mit magerem Luft-Kraftstoffverhältnis auf
jenen mit zwangsweise fettem Luft-Kraftstoffverhältnis umgeschaltet. Daraufhin
wird die Marke von eingestellt auf gelöscht geändert, und wenn sich der Wert
des Zeitgebers A von A auf Null ändert,
gleichzeitig mit der angegebenen Änderung der Marke, wird der
Brennkraftmaschinenbetrieb von stöchiometrischem Luft-Kraftstoffverhältnis auf
den Betrieb mit zwangsweise fettem Luft-Kraftstoffverhältnis geändert.
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Zusammengefaßt wird
bei der Ausführungsform
1 dann, wenn der Brennkraftmaschinenbetrieb von stöchiometrischem
Luft-Kraftstoffverhältnis
auf mageres Luft-Kraftstoffverhältnis
umgeschaltet wird, eine Verschiebung von dem zwangsweise fetten
Betrieb auf jenen mit stöchiometrischem
Luft-Kraftstoffverhältnis
durchgeführt,
nachdem die Verschiebung von magerem Luft-Kraftstoffverhältnis auf
zwangsweise fetten Betrieb durchgeführt wurde, und daher wird das
Reduzierungsmittel von Kohlenwasserstoff HO und Kohlenmonoxid CO
dem NOx-Katalysator 14 während des voranstehend geschilderten,
zwangsweise fetten Betriebs zugeführt. Daher wird eine temporäre Freigabe
von NOx von dem NOx-Katalysator 14 unterdrückt, durch
Zufuhr des Reduzierungsmittels infolge des zwangsweise fetten Betriebs,
und daher wird die temporäre
Freigabe von NOx unterdrückt.
Unter Bezugnahme auf 2 wird der voranstehend
geschilderte Vorgang im Vergleich zum herkömmlichen Betrieb erläutert. Wenn
wie in 2(A) gezeigt sich der Zustand
der Brennkraftmaschine 1 vom Zustand des Leerlaufbetriebs
durch Betätigung des
Gaspedals auf den Fahrbetrieb ändert,
steigt die Brennkraftmaschinendrehzahl Ne an, wie in 2(B) dargestellt ist, und wird der Brennkraftmaschinen-Betriebszustand jener
mit stöchiometrischem
Luft-Kraftstoffverhältnis,
nachdem die Luft-Kraftstoffverhältnisregelung
von jener mit magerem Luft-Kraftstoffverhältnis auf den zwangsweise fetten
Betrieb umgeschaltet wurde, für
ein vorbestimmtes Zeitintervall A, das durch die Zeit A eingestellt
wird, wie dies in 2(B) gezeigt ist. Daher kann
wie in 2(F) gezeigt eine momentanen
Freigabe von NOx bei dem NOx-Katalysator 14 (siehe 1)
unterdrückt
werden, infolge der Lieferung des reduzierenden Mittels durch den
zwangsweise fetten Betrieb. Im Gegensatz hierzu wird bei dem herkömmlichen
Betrieb, wie dies in 2(C) gezeigt
ist, die Luft-Kraftstoffverhältnisregelung
direkt von jener mit magerem Luft-Kraftstoffverhältnis auf jene mit stöchiometrischem
Luft-Kraftstoffverhältnis
umgeschaltet, und daher wird eine große Menge an NOx momentan von
dem NOx-Katalysator 14 freigegeben, wie dies in 2(E) gezeigt ist.
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Die
JP 07-305644 A beschreibt,
daß das NOx,
das von dem NOx-Katalysator absorbiert wurde, dadurch verringert
werden kann, daß auf
den Brennkraftmaschinenbetrieb mit fettem Luft-Kraftstoffverhältnis über einen
vorbestimmten Zeitraum von jenem mit magerem Luft-Kraftstoffverhältnis umgeschaltet
wird. Dieser herkömmliche
Vorgang läßt sich
so verstehen, daß wie
in
6(B) gezeigt dann, wenn die
Umschaltung von dem Brennkraftmaschinenbetrieb mit magerem Luft-Kraftstoffverhältnis auf den
fetten Betrieb durchgeführt
wird, nach Durchführung
des Betriebs mit fettem Luft-Kraftstoffverhältnis für einen vorbestimmten Zeitraum
T1, der Brennkraftmaschinenbetrieb auf jenen mit magerem Luft-Kraftstoffverhältnis zurückkehrt,
oder dann, wie in
6(C) gezeigt ist, wenn der Betrieb
von jenem mit magerem Luft-Kraftstoffverhältnis auf jenen mit stöchiometrischem
Luft-Kraftstoffverhältnis
umgeschaltet wird, nach Durchführung
des Brennkraftmaschinenbetriebs mit stöchiometrischem Luft-Kraftstoffverhältnis über einen
vorbestimmten Zeitraum T1, der Betrieb auf jenen mit magerem Luft-Kraftstoffverhältnis zurückkehrt. Ähnlich wie
im herkömmlichen
Fall wird daher bei dem Betrieb, der in der
JP 07-305667 A beschrieben
ist, momentan eine große
Menge an NOx von dem voranstehend geschilderten NOx-Katalysator
14 freigegeben,
wie dies in
2(E) gezeigt ist. Im Gegensatz
hierzu wird bei der Ausführungsform
1, wie dies in
6(A) gezeigt ist, wenn der Brennkraftmaschinenzustand
von jenem mit magerem Luft-Kraftstoffverhältnis auf jenen mit stöchiometrischem
Luft-Kraftstoffverhältnis
umgeschaltet wird, und zwar nachdem der Betrieb mit fettem Luft-Kraftstoffverhältnis über den
Zeitraum mit dem Wert A durchgeführt
wurde (wobei der Zeitraum entsprechend dem Wert A < als der Zeitraum
T1 ist), der durch den Zeitgeber A eingestellt wird, der Brennkraftmaschinenbetrieb
auf jenen mit stöchiometrischem
Luft-Kraftstoffverhältnis
umgeschaltet wird, und daraufhin der Betrieb auf den stöchiometrischen Betrieb
umgeschaltet wird, und danach der Brennkraftmaschinenbetrieb auf
den Betrieb mit magerem Luft-Kraftstoffverhältnis zurückkehrt. Im Vergleich zu dem
Betrieb, der in der
JP
07-305644 A beschrieben ist, kann daher beim Betrieb gemäß der Ausführungsform
1 infolge der Zufuhr des Reduzierungsmittels durch den Brennkraftmaschinenbetrieb
mit fettem Luft-Kraftstoffverhältnis
die zeitweilige Freigabe von NOx unterdrückt werden (vgl.
2(F)).
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Ausführungsform
2
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Bei
der Ausführungsform
1 kann, obwohl der Zeitgeber A auf einen konstanten Wert von A eingestellt
wird, abhängig
vom Brennkraftmaschinen-Betriebszustand der Wert A, der ein Zeitintervall
ist, das von dem Zeitgeber A eingestellt wird, zu lang werden, und
daher kann die Betriebszeit mit dem zwangsweise fetten Betrieb zu
lang werden, was dazu führen kann,
daß zuviel
Reduzierungsmittel wie Kohlenwasserstoff HC und Kohlenmonoxid CO
zur Verfügung gestellt
wird. Um mit dieser Situation fertig zu werden, wird bei der Ausführungsform
2 der Betriebszustand mit zwangsweise fettem Betrieb so ausgebildet,
daß die
Brennkraftmaschinenbetriebszeit in Abhängigkeit von dem Brennkraftmaschinen-Betriebszustand
gesteuert oder geregelt wird. Unter Bezugnahme auf die 7 und 8 erfolgt
nachstehend eine Beschreibung der Ausführungsform 2. 7 ist ein
Kennfeld, das die Beziehung zwischen dem fetten Luft-Kraftstoffverhältnis und
dem Zeitgeber A in dem zwangsweise fetten Betrieb zeigt, und 8 ist
ein Kennfeld, das die Beziehungen zwischen der Brennkraftmaschinendrehzahl
Ne, der Last P und dem Luft-Kraftstoffverhältnis bei dem zwangsweise fetten Betrieb
zeigt. Wie aus 8 hervorgeht wird im zwangsweise
fetten Betrieb bei niedrigen Drehzahlen Ne der Brennkraftmaschine,
infolge einer geringen Menge an Luft bei der Gasmischung, die der
Brennkraftmaschine zugeführt
wird, der Anreicherungsgrad auf einen niedrigen Wert eingestellt,
beispielsweise einem Luft-Kraftstoffverhältnis von 14,0, und wird im Bereich
hoher Drehzahlen Ne der Brennkraftmaschine, da eine große Luftmenge
der Gasmischung der Brennkraftmaschine zugeführt wird, der Anreicherungsgrad
auf einen großen
Wert eingestellt, beispielsweise einem Luft-Kraftstoffverhältnis von
13,5. Auf diese Weise wird, wenn das Luft-Kraftstoffverhältnis in
Abhängigkeit
von der Brennkraftmaschinendrehzahl Ne bestimmt wird, das so ausgewählte Verhältnis als
das fette Luft-Kraftstoffverhältnis
von 7 entsprechend der Linie L in 7 ausgewählt, und
wird die Zeit des Zeitgebers A aus dem Kennfeld von 7 ausgewählt; wenn
beispielsweise das Ausmaß der
Anreicherung, das aus 8 ausgewählt wird, 14,0 beträgt, wird
aus dem Kennfeld von 7 die Zeit des Zeitgebers A
als t1 ausgewählt, und
wenn das Ausmaß der
Anreicherung, das aus 8 ausgewählt wird, 13,5 beträgt, wird
aus dem Kennfeld von 7 die Zeit des Zeitgebers A
als t2 ausgewählt
(t1 > t2). Durch diese
Auswahl wird die Zeit für
den zwangsweise fetten Betrieb optimiert, abhängig vom Betriebszustand, und
daher kann eine optimale Regelung zur Unterdrückung von NOx durchgeführt werden.
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Ausführungsform
3
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Obwohl
bei der Ausführungsform
2 die Zeit für
den zwangsweise fetten Betrieb in Abhängigkeit von dem Betriebszustand gesteuert
oder geregelt wird, sollte die Erzeugung von Kohlenwasserstoff HO und
Kohlenmonoxid CO so vorgenommen werden, daß sie nicht zu hoch wird, was
dadurch hervorgerufen wird, daß das
Luft-Kraftstoffverhältnis
A/F während
des zwangsweise fetten Betriebs fett wird; um diese Bedingung zu
erfüllen
wird bei der Ausführungsform
3 eine übermäßige Ausbildung
von Kohlenwasserstoff HO und von Kohlenmonoxid CO dadurch verhindert,
daß das
Luft-Kraftstoffverhältnis A/F
während
des zwangsweise fetten Betriebs auf den Bereich von 13,2 bis 14,2
eingestellt wird. 9 zeigt die bereits bekannten
Eigenschaften in Bezug auf die Erzeugung von Kohlenwasserstoffen
HO, Kohlenmonoxid CO und Stickoxid NOx. Wie aus 9 hervorgeht
nimmt, wenn ein mageres Luft-Kraftstoffverhältnis auf der mageren Seite
von 14,2 vorhanden ist, das Stickoxid NOx zu, da nicht genügend Kohlenwasserstoff
HO und Kohlenmonoxid CO vorhanden ist; wenn das Luft-Kraftstoffverhältnis fetter
ist, und auf der fetten Seite von 13,2 bleibt, nimmt die Menge an
Kohlenwasserstoffen HO und Kohlenmonoxid CO stärker zu als dies erforderlich
ist, um das Stickoxid NOx zu unterdrücken. Durch Einstellung des
Luft-Kraftstoffverhältnisses A/F
beim zwangsweise fetten Betrieb auf den Bereich von 13,2 bis 14,2
ist es daher möglich,
während
des zwangsweise fetten Betriebs zu verhindern, daß zu viel
Kohlenwasserstoff HO und Kohlenmonoxid CO erzeugt wird.
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Ausführungsform
4
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Obwohl
bei der Ausführungsform
1 der zwangsweise fette Betrieb eingesetzt wird, wenn der Brennkraftmaschinen-Betriebszustand von
jenem mit magerem Luft-Kraftstoffverhältnis auf jenen mit stöchiometrischem
Luft-Kraftstoffverhältnis
umgeschaltet wird, weist bei der Ausführungsform 4, die in 10 gezeigt
ist, die Brennkraftmaschinensteuereinheit 21 eine zusätzliche
Kraftstoffeinspritzvorrichtung 213 auf, statt der voranstehend
geschilderten Einheit 212 für den zwangsweise fetten Betrieb.
Diese Zusatzkraftstoffeinspritzvorrichtung ist zu dem Zweck vorgesehen,
damit unverbrannte Kohlenwasserstoffe HO und Kohlenmonoxid CO als
Reduziermittel dem Stickoxid-Katalysator 14 (vgl. 1)
zugeführt
werden, mittels Durchführung
einer zusätzlichen
Kraftstoffeinspritzung im Expansions- oder Auslaßhub für einen vorbestimmten Zeitraum
A des Zeitgebers A während
der Verschiebung des Brennkraftmaschinenbetriebs von jenem mit magerem Luft-Kraftstoffverhältnis auf
jenen mit stöchiometrischem
Luft-Kraftstoffverhältnis.
Bei der Ausführungsform
4 wird statt des voranstehend geschilderten Schrittes 4 von 4 der
Schritt 16 in 11 eingesetzt; bei diesem Schritt
S16 wird, wenn der Brennkraftmaschinen-Betriebszustand von jenem
mit magerem Luft-Kraftstoffverhältnis
auf jenen mit stöchiometrischem
Luft-Kraftstoffverhältnis
umgeschaltet wird, zwangsweise eine Kraftstoffeinspritzung im Expansionshub
bzw. Auslaßhub
durchgeführt.
Durch diese Operation wird statt des zwangsweise fetten Betriebs
zwangsweise eine zusätzliche
Kraftstoffeinspritzung im Expansionshub oder Auslaßhub durchgeführt.
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12 ist ein Zeitablaufdiagramm, welches die
zusätzliche
Kraftstoffeinspritzung im Expansionshub oder Auslaßhub zeigt.
In 12 besteht das Ausgangssignal des
Drehsensors 20 (siehe 1) aus zwei
Signalen, nämlich
einem Kurbelwinkelsignal, das sich auf hoch/niedrig jeweils bei
einem Kurbelwinkel von 1° ändert, wie
dies bei (A) in 12 gezeigt ist, und
einem Standardwinkelsignal, welches bei BTDC5° (BTDC: vorm oberen Totpunkt)
im Ansaughub ansteigt, wobei dies als Information in Bezug auf die
Absolutposition dient, die als Bezugsgröße für die Regelung dient, wie dies
durch (B) in 12 angedeutet ist. Die
Brennkraftmaschinensteuereinheit 21 (siehe 1)
führt die
Luft-Kraftstoffverhältnisregelung
entsprechend dem Betriebszustand auf der Grundlage des Kennfeldes
von 3 durch, legt die Kraftstoffmenge so fest, daß ein vorbestimmtes
Luft-Kraftstoffverhältnis
bei der Ansaugluftmenge erzielt wird, und wenn der Brennkraftmaschinenbetrieb
mit magerem Luft-Kraftstoffverhältnis
durchgeführt
wird, wird die Kraftstoffeinspritzung im Expansionshub durchgeführt, wie
dies durch d1 in (C) von 12 angedeutet
ist. Der Einspritzzeitpunkt Tinj in diesem Fall wird dadurch festgelegt, daß der Winkel
von 1° KW
gegenüber
dem Bezugspositionssignal gezählt
wird, so daß Tinj
gleich dem Bezugspositionssignal plus einem Signalzählwert von
1 ° KW ist.
Beispielsweise wird die voranstehend erwähnte Kraftstoffeinspritzung
d1 beim Lufteinlaß von
BTDC3° durchgeführt, und
wird die voranstehend erwähnte
Kraftstoffeinspritzung d1 beim Auslaßhub 80° beendet; und darüber hinaus
wird die Einspritzung von zusätzlichem
Kraftstoff im Expansions/Auslaßhub
durchgeführt,
wie dies durch d2 bei (C) von 12 angedeutet
ist. Diese Einspritzung von zusätzlichem
Kraftstoff kann dadurch erzielt werden, daß das Signal von 1° KW mit der
Einspritzstartposition und der Einspritzendposition gezählt wird, die
vorher in Bezug auf das Signal von 1° KW in Abhängigkeit von dem Betriebszustand
festgelegt wurden.
-
In
der Vergangenheit gab es den Fall, in welchem die Auspuffgastemperatur
anstieg, zum Zweck der Erhöhung
der Temperatur des Katalysators, und Kraftstoff zusätzlich während des
Expansionshubes eingespritzt wird, und die Verbrennung, die während des
Verdichtungshubes erfolgt, auch während des Expansionshubes andauert.
Im Vergleich zu diesem Beispiel wird bei der Ausführungsform
4 die Einspritzung von zusätzlichem
Kraftstoff während
des Expansions/Auslaßhubes
zu dem Zweck durchgeführt, unverbrannten
Kraftstoff als Reduziermittel für
NOx dem NOx-Katalysator 1 (siehe 1) zuzuführen, und
dies führt
dazu, daß der
Kraftstoffeinspritzzeitpunkt verzögert ist, verglichen mit jenem
Fall, in welchem die Einspritzung von zusätzlichem Kraftstoff während des
Expansionshubes bei der aufrechterhaltenen Verbrennung durchgeführt wird,
so daß der Einspritzzeitpunkt
für die
Einspritzung des zusätzlichen
Kraftstoffes in der Nähe
des Auslaßhubs
erfolgt.
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Ausführungsform
5
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Obwohl
bei der Ausführungsform
4 die zusätzliche
Kraftstoffeinspritzung während
des Expansions/Auslaßhubs
durchgeführt
wird, ist es ebenfalls möglich,
die gesamte Kraftstoffmenge Qfuel der zusätzlichen Kraftstoffeinspritzung
entsprechend der in 13 angegebenen Beziehung einzuspritzen:
Die gesamte Kraftstoffmenge Qfuel, die eingespritzt werden soll,
ergibt sich als Gesamtsumme des durch den Zeitgeber A vorgegebenen
Zeitintervalls (also Anzahl an Einspritzungen) und der Kraftstoffmenge
für jede Einspritzung,
die sich durch folgende Formel ergibt: Gesamtmenge der zusätzlichen
Kraftstoffeinspritzung = Qfuel = Anzahl an Einspritzungen (N mal
= Zeitintervall, gegeben durch Zeitgeber A/Umdrehungszeitraum der
Brennkraftmaschine) x Kraftstoffeinspritzmenge [cc] für jede Einspritzung,
und dieser Wert von Qfuel wird so eingestellt, daß er eine vorbestimmte
Menge nicht überschreitet,
wie dies durch die reale Linie L5 in 13 angedeutet
ist. Die Gesamtmenge Qfuel für
die zusätzliche
Kraftstoffeinspritzung kann experimentell bestimmt werden, in Abhängigkeit
vom Katalysator und dem Auspuffsystem, damit das ternäre Reduziermittel 13 und
der NOx-Katalysator 14 nicht beschädigt werden, die in 1 gezeigt
sind, und daher werden das durch den Zeitgeber A vorgegebene Zeitintervall
und die Kraftstoffeinspritzmenge für jede Einspritzung auf der Grundlage
der voranstehend erwähnten
Größe festgelegt.
Weiterhin kann unter Berücksichtigung
der Tatsache, daß sich
abhängig
vom Brennkraftmaschinen-Betriebszustand die Ansaugluftmenge ändern kann,
und sich auch die erzeugte Menge an NOx und die Menge an Kohlenwasserstoffen
HC und an Kohlenmonoxid CO als Reduziermittel ebenfalls ändern kann,
die Gesamtmenge Qfuel für
die zusätzliche Kraftstoffeinspritzung
in Abhängigkeit
vom Brennkraftmaschinen-Betriebszustand geändert werden.
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Ausführungsform
6
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Zwar
wird bei der Ausführungsform
1 die Erzeugung von NOx durch die Vorrichtung für zwangsweise fetten Betrieb
unterdrückt,
jedoch kann der Fall auftreten, daß eine plötzliche Änderung der Leistungsabgabe
auftritt, infolge eines hohen Drehmoments, das durch die Verbrennung
mit fettem Luft-Kraftstoffverhältnis
hervorgerufen wird, in Abhängigkeit
von der Einstellung des Zeitgebers A. Weiterhin ist es bei der Ausführungsform
4 möglich, die
Erzeugung von NOx unabhängig
vom Drehmoment während
des Expansions/Auslaßhubes
zu unterdrücken,
jedoch kann andererseits der Fall auftreten, daß eine plötzliche Änderung der Leistungsabgabe
auftritt, hervorgerufen durch eine starke, stufenweise Änderung
des Drehmoments, infolge eines zu geringen Drehmoments zu dem Zeitpunkt,
an welchem auf das stöchiometrische
Luft-Kraftstoffverhältnis
umgeschaltet wird. Daher wird unter Verwendung von zwei Zeitgebern,
wie dies in 14 gezeigt ist, wenn die Zeit
innerhalb der Zeit liegt, die von dem Zeitgeber A hervorgerufen
wird, der zwangsweise fette Betrieb durchgeführt, und daraufhin innerhalb des
durch den Zeitgeber B vorgegebenen Zeitraums der Expansions/Auslaßhub durchgeführt, wobei
die von dem Zeitgeber A vorgegebene Zeit kleiner ist als die von
dem Zeitgeber B vorgegebene Zeit.