DE102004009999B4 - Brennkraftmaschine mit einem Kompressionsverhältnismodifizierer - Google Patents

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Abstract

Brennkraftmaschine mit:
einem Kompressionsverhältnismodifizierer, der eine Brennkammer hat und ein Kompressionsverhältnis modifiziert, indem er ein Volumen der Brennkammer modifiziert;
einer Kraftstoffzuführeinrichtung, die Kraftstoff zu der Brennkammer zuführt;
einer Reinigungsvorrichtung, die Abgase von der Brennkammer reinigt, wobei die Reinigungsvorrichtung einen Katalysator hat, der in der Lage ist, NOx in den Abgasen zu absorbieren; und
einer Steuereinrichtung, die Betriebszustände der Brennkraftmaschine erfasst und den Kompressionsverhältnismodifizierer und die Kraftstoffzuführeinrichtung gemäß den erfassten Ergebnissen steuert, wobei
die Brennkraftmaschine während einem ersten Zustand eines relativ hohen Kompressionsverhältnisses bei einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis läuft, welches höher als ein stoichiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, und
die Steuereinrichtung beim Umstellen von dem ersten Zustand eines relativ hohen Kompressionsverhältnisses zu einem zweiten Zustand eines relativ niedrigen Kompressionsverhältnisses durch Steuern des Kompressionsverhältnismodifizierers einen Wiederaufbereitungsprozess zum Wiederaufbereiten der NOx Absorptionsfähigkeit der Reinigungsvorrichtung ausführt, indem die Kraftstoffzuführeinrichtung so gesteuert wird, dass sie ein Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis erzielt, das zumindest während eines Abschnitts...

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine mit einem Kompressionsverhältnismodifizierer.
  • In der letzten Zeit wurden verschiedene Brennkraftmaschinen mit Mechanismen zum Modifizieren des Kompressionsverhältnisses vorgeschlagen. Obwohl eine Leistung effizient erhalten werden kann, wenn das Kompressionsverhältnis hoch eingestellt ist, besteht dann eine Tendenz zum Auftreten von Klopfen. Daher wird das Kompressionsverhältnis gemäß den Betriebszuständen modifiziert. Insbesondere wenn die Last auf die Brennkraftmaschine niedrig ist (d.h., bei geringer Beschleunigung), wird das Kompressionsverhältnis hoch eingestellt, da es dann weniger wahrscheinlich ist, dass das Klopfen eintritt. Wenn andererseits die Last auf die Brennkraftmaschine hoch ist (d.h., bei einer starken Beschleunigung), wird das Kompressionsverhältnis niedrig eingestellt, da hier die Tendenz zum Auftreten von Klopfen besteht.
  • Die japanische ungeprüfte Patentoffenlegungsschrift S63-159642 ( JP 63-159642 A ) offenbart eine Technik, mit der die Kraftmaschine bei einem hohen Kompressionsverhältnis und einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis läuft (bei dem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Gemischs höher als das stoichiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist), wenn die Last auf die Brennkraftmaschine gering ist, und bei dem die Kraftmaschine bei einem niedrigen Kompressionsverhältnis und einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis läuft (bei dem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Gemischs niedriger als das stoichiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist), wenn die Last auf die Brennkraftmaschine hoch ist. Beim Wechseln von einem Betriebsmodus, in dem die Kraftmaschine mit einem hohen Kompressionsverhältnis und einem mageren Luft-Kraftstoff- Verhältnis läuft, zu dem anderen Betriebsmodus, in dem die Kraftmaschine bei einem niedrigen Kompressionsverhältnis und fettem Luft-Kraftstoff-Verhältnis läuft, neigt das Klopfen dazu aufzutreten. Gemäß dieser Technik, kann das Klopfen durch gleichzeitige schrittweise Änderungen in dem Kompressionsverhältnis und dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis unterdrückt werden. Obwohl plötzliche Verringerungen in dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis (d.h., eine plötzliche Änderung zu dem fetten Verhältnis) zu einer plötzlichen Zunahme in dem Ausgabedrehmoment führen können, werden gemäß dieser Technik die Unterschiede (Änderungen) in dem Niveau des Ausgabedrehmoments während der Änderungen in dem Betriebsmodus durch schrittweise Verringerungen in dem Kompressionsverhältnis mit gleichzeitigen Verringerungen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses abgeschwächt.
  • In der deutschen Patentoffenlegungsschrift DE 697 13 832 T2 ist eine Abgasreinigungsvorrichtung offengelegt, die mit hoher Effizienz NOx aus dem Abgas einer Magermixbrennkraftmaschine beseitigen kann. Dies bewerkstelligt sie, indem sie eine ausreichende Menge an NH3 aus dem Abgas erzeugt, und das NOx aus dem Abgas durch eine Reaktion von NH3 mit NOx aus dem Abgas beseitigt. Diese Vorrichtung hat eine Umwandlungseinrichtung, die zumindest einen Teil der im Abgas enthaltenen NOx-Bestandteile in NH3 umwandelt, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das zu der Umwandlungseinrichtung zugeführt wird, fett ist. Des weiteren hat die Vorrichtung eine NOx-Reinigungseinrichtung, die in einem Abgaskanal des Motors angeordnet ist, um die Reaktion der NOx-Bestandteile aus dem Abgas des Motors mit dem NH3 zu veranlassen, und um zu veranlassen, dass die NOx-Bestandteile durch das NH3 zu N2 reduziert werden. Zudem verfügt die Vorrichtung über eine NOx-Erhöhungseinrichtung, die das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des zu der Umwandlungseinrichtung zugeführten Abgases auf ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis einstellt. Gleichzeitig erhöht sie die Konzentration der NOx-Bestandteile in dem Abgas, das der Umwandlungseinrichtung zugeführt wird, auf einen höheren Wert als die normale Konzentration der NOx-Bestandteile in dem Abgas des Motors, wenn der Motor normal mit einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis betrieben wird, das das selbe ist, wie das des Abgases, das durch die NOx-Erhöhungseinrichtung eingestellt wird.
  • Es ist jedoch schwierig, das Kompressionsverhältnis und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis gleichzeitig zu ändern. Dies liegt an der Schwierigkeit der schnellen Änderung des Kompressionsverhältnisses. Wenn die Änderung in dem Kompressionsverhältnis verspätet ist, wird die Kraftmaschine während diesem Verzögerungsintervall bei einem hohen Kompressionsverhältnis und einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis laufen und somit kann ein Klopfen auftreten. Das Auftreten des Klopfens kann durch Verwenden verschiedener Einrichtung zu dessen Unterdrückung unterdrückt werden. Beispielsweise kann es durch Einstellen der Zündzeitgebung unterdrückt werden. Jedoch haben solche Einrichtungen den Nachteil eines Abfalls in der Kraftstoffverbrauchsrate.
  • Daher ist es die Aufgabe der Erfindung eine Technik zu schaffen, die in der Lage ist, den Abfall in der Kraftstoffverbrauchsrate abzuschwächen, der beim Unterdrücken des Klopfens oder anderen während der Kompressionsverhältnisumstellzeitspanne auftretenden anormalen Verbrennungen auftreten kann.
  • Zumindest ein Teil der vorstehenden und anderen sich darauf beziehenden Aufgaben wird durch eine Brennkraftmaschine gelöst, die folgendes aufweist: einen Kompressionsverhältnismodifizierer, der eine Brennkammer enthält und der ein Kompressionsverhältnis durch Modifizieren eines Volumens der Verbrennungskammer modifiziert; eine Kraftstoffzuführeinheit, die Kraftstoff zu der Brennkammer zuführt; eine Reinigungsvorrichtung, die Abgase von der Brennkammer reinigt, wobei die Reinigungsvorrichtung einen Katalysator aufweist, der in der Lage ist, NOx in den Abgasen zu absorbieren; und eine Steuereinrichtung, die Betriebszustände der Brennkraftmaschine erfasst und den Kompressionsverhältnismodifizierer und die Kraftstoffzuführeinheit gemäß dem erfassten Ergebnis steuert. Die Brennkraftmaschine läuft während einem ersten Zustand eines relativ hohen Kompressionsverhältnisses bei einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das höher als das stoichiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist. Die Steuereinheit führt beim Umschalten von dem ersten Zustand eines relativ hohen Kompressionsverhältnisses zu einem zweiten Zustand eines relativ niedrigen Kompressionsverhältnisses durch Steuern des Kompressionsverhältnismodifizierers einen Wiederaufbereitungsprozess durch, um die NOx-Absorptionsfähigkeit der Reinigungsvorrichtung wieder aufzubereiten, indem die Kraftstoffzuführeinheit so gesteuert wird, dass während zumindest eines Teils der Kompressionsverhältnisumstellzeitspanne ein Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis erhalten wird, das niedriger als das stoichiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist. Das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis während der Wiederaufbereitungsprozessausführzeitspanne ist niedriger als ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis in dem zweiten Zustand nach der Vollendung der Wiederaufbereitungsprozessausführzeitspanne.
  • Bei diesem Gerät wird zumindest während einem Teil der Kompressionsverhältnisumstellzeitspanne der Wiederaufbereitungsprozess ausgeführt, indem das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis niedriger als das stoichiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt wird. Der Wiederaufbereitungsprozess hat die Wirkung, das Klopfen und weitere anormale Verbrennung zu verringern. Somit wird es möglich, das Ausmaß, mit dem spezielle Unterdrückungsmittel zum Unterdrückung des Klopfens und weiteren anormalen Verbrennungen während der Kompressionsverhältnisumstellzeitspanne verwendet werden, zu verringern und als ein Ergebnis den Abfall der Kraftstoffverbrauchsrate abzuschwächen.
  • In dem vorgenannten Gerät ist es vorzuziehen, dass die Brennkraftmaschine ferner eine Zündeinrichtung aufweist, die das Gemisch in der Brennkammer zündet, dass die Steuereinheit in der Lage ist, die Zündzeitgebung der Zündeinrichtung einzustellen und dass eine Sollzündzeitgebung während der Wiederaufbereitungsprozessausführzeitspanne unter Berücksichtigung des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in dem Wiederaufbereitungsprozess bestimmt wird.
  • In dem vorgenannten Gerät ist es weiterhin vorzuziehen, dass die Sollzündzeitgebung während der Wiederaufbereitungsprozessausführzeitspanne auf einen stärker nacheilenden Wert aus einer ersten erforderlichen Zündzeitgebung und einer zweiten erforderlichen Zündzeitgebung eingestellt wird. Dabei ist die erste erforderliche Zündzeitgebung gemäß einem gegenwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis bestimmt und die zweite erforderliche Zündzeitgebung ist gemäß dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis in dem Wiederaufbereitungsprozess bestimmt.
  • Durch Bestimmen der Sollzündzeitgebung während der Wiederaufbereitungsprozessausführzeitspanne unter Berücksichtigung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses beim Ausführen des Wiederaufbereitungsprozesses können die Schwankungen in der Ausgabe infolge des Ausführens des Wiederaufbereitungsprozesses verringert werden.
  • Bei dem vorgenannten Gerät kann die Sollzündzeitgebung während der Wiederaufbereitungsprozessausführzeitspanne gemäß einer geschätzten Menge von durch den Katalysator absorbierten NOx bestimmt werden.
  • Durch Verwenden dieser Anordnung kann eine Verringerung des durch den Katalysator absorbierten NOx ausreichend erreicht werden und der Katalysator kann die NOx Absorptionsfähigkeit ausreichend wieder herstellen.
  • Wahlweise kann in dem vorgenannten Gerät der Katalysator in der Lage sein, Sauerstoff in den Abgasen zu speichern und den gespeicherten Sauerstoff gemäß einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis frei zu geben, und das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis während der Wiederaufbereitungsprozessausführzeitspanne kann gemäß einer geschätzten Menge des durch den Katalysator gespeicherten Sauerstoffs bestimmt werden.
  • Durch Verwenden dieser Anordnung können von dem Wiederaufbereitungsprozess stammende Emissionsverschlechterungen unterdrückt werden.
  • Alternativ ist es in dem vorgenannten Gerät vorzuziehen, dass der Katalysator in der Lage ist, Sauerstoff in den Abgasen zu speichern und den gespeicherten Sauerstoff gemäß einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis freizugeben, und das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist während der Wiederaufbereitungsprozessausführzeitspanne auf einen niedrigeren Wert aus einem ersten erforderlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnis und einem zweiten erforderlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt. Dabei ist das erste erforderliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis gemäß einer geschätzten Menge des durch den Katalysator gespeicherten Sauerstoffs bestimmt und das zweite erforderliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist gemäß einer geschätzten Menge des durch den Katalysator absorbierten NOx bestimmt.
  • Durch Verwenden dieser Anordnung kann das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf einen geeigneten Wert gemäß der Menge des in dem Katalysator gespeicherten Sauerstoffs und absorbierten NOx eingestellt werden.
  • Bei den vorgenannten Gerät ist es vorzuziehen, dass der Startzeitpunkt der Wiederaufbereitungsprozessausführzeitspanne im Wesentlichen mit dem Startzeitpunkt der Kompressionsverhältnisumstellzeitspanne zusammenfällt.
  • Die Kraftstoffverbrauchsrate geht typischerweise am stärksten beim Startzeitpunkt der Kompressionsverhältnisumstellzeitspanne zurück. Dementsprechend kann, wie vorstehend beschrieben ist, durch Ausführen des Wiederaufbereitungsprozesses zum Startzeitpunkt der Kompressionsverhältnisumstellzeitspanne der Abfall in der Kraftstoffverbrauchsrate wirkungsvoll abgeschwächt werden.
  • In dem vorgenannten Gerät ist es vorzuziehen, dass der Beendigungszeitpunkt der Wiederaufbereitungsprozessausführzeitspanne im Wesentlichen mit dem Beendigungszeitpunkt der Kompressionsverhältnisumstellzeitspanne zusammenfällt.
  • Durch Verwenden dieser Anordnung kann der Abfall in der Kraftstoffverbrauchsrate über die gesamte Kompressionsverhältnisumstellzeitspanne hinweg abgeschwächt werden.
  • Die vorliegende Erfindung kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen ausgeführt werden, wie z.B. Brennkraftmaschinen, beweglichen Körpern, Steuervorrichtungen und Steuerverfahren zum Steuern von Brennkraftmaschinen, Computerprogrammen zum Ausführen der Funktionen von Steuervorrichtungen, Aufzeichnungsmedien, auf denen die Computerprogramme gespeichert sind und Datensignale, die die Computerprogramme in Form von Trägerwellen beinhalten.
  • Die vorliegende Erfindung wird aus der nachstehenden ausführlichen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen ersichtlich.
  • 1 ist eine vereinfachte Darstellung des Aufbaus eines Ottomotors 100;
  • 2 ist ein Ablaufdiagramm, das schematisch die Steuerung der Kraftmaschine veranschaulicht;
  • 3 zeigt ein Kennfeld, das das Sollkompressionsverhältnis und das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis gemäß Betriebszuständen wiedergibt;
  • 4(a) bis 4(e) zeigen die Grundsteuerung während dem Ausführen bei einem Fettausschlag (rich spike);
  • 5(a) bis 5(e) zeigen Einzelheiten der Steuerung während einer Änderung des Betriebsmodus in einem Vergleichsbeispiel;
  • 6 ist ein Ablaufdiagramm der Prozedur zum Bestimmen der Zündzeitgebung während der Kompressionsverhältnisumstellzeitspanne gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
  • 7(a) bis 7(e) zeigen Einzelheiten der Steuerung während einer Änderung im Betriebsmodus gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
  • 8(a) bis 8(e) zeigen die Einzelheiten der Steuerung während einer Änderung im Betriebsmodus gemäß dem ersten modifizierten Beispiel des ersten Ausführungsbeispiels;
  • 9(a) bis 9(e) zeigen die Einzelheiten der Steuerung während einer Änderung im Betriebsmodus gemäß dem zweiten modifizierten Beispiel des ersten Ausführungsbeispiels;
  • 10(a) bis 10(d) zeigen die Einzelheiten der Steuerung während einer Änderung im Betriebsmodus gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel;
  • 11 ist ein Graph, der das Verhältnis zwischen der Katalysatortemperatur und der Menge des gespeicherten Sauerstoffs zeigt;
  • 12 ist ein Ablaufdiagramm der Prozedur zum Bestimmen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses während dem Ausführen eines Fettausschlags in dem dritten Ausführungsbeispiel; und
  • 13 veranschaulicht das zweite erforderliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFn gemäß der Menge von absorbierten NOx.
  • A. erstes Ausführungsbeispiel
  • A-1. Kraftmaschinenaufbau: Die Art und Weise zum Ausführen der vorliegenden Erfindung wird anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele diskutiert. 1 ist eine vereinfachte Darstellung des Aufbaus eines Ottomotors (Benzinkraftmaschine) 100. Die Kraftmaschine dieses Ausführungsbeispiels ist an einem Fahrzeug installiert. Die Kraftmaschine des Ausführungsbeispiels kann bei einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis laufen (bei dem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Gemischs höher als das stoichiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist).
  • Die Kraftmaschine 100 weist einen Kraftmaschinenkörper 10 auf, und der Kraftmaschinenkörper 10 weist einen Zylinderkopf 20 und einen Zylinderblock 30 auf.
  • Der Zylinderblock 30 hat einen oberen Block 31, der als Zylinder funktioniert und hat einen unteren Block 32 der als ein Kurbelgehäuse funktioniert. Innerhalb des Zylinders ist ein Kolben 41 angeordnet, der sich auf- und abwärts bewegt. Innerhalb des Kurbelgehäuses ist eine sich drehende Kurbelwelle 43 angeordnet. Der Kolben 41 und die Kurbelwelle 43 sind über eine Pleuelstange 43 verbunden. Mittels dieser Anordnung werden die Hin- und Herbewegung des Kolbens 41 und die Drehbewegung der Kurbelwelle 43 transformiert. Der durch den Zylinderkopf 20, den Zylinderblock 30 und den Kolben 41 umschlossene Bereich bildet die Brennkammer.
  • Zwischen dem oberen Block 31 und dem unteren Block 33 ist ein Stellglied 33 zum Verschieben des oberen Blocks 31 in der Vertikalrichtung mit Bezug auf den unteren Block 32 angeordnet. Wenn der obere Block 31 nach oben verschoben ist, ist der Zylinderkopf 20 ebenso nach oben verschoben. Dies erhöht das Volumen der Brennkammer und somit ist das Kompressionsverhältnis kleiner. Wenn umgekehrt der obere Block 31 abwärts verschoben ist, ist der Zylinderkopf 20 ebenso abwärts verschoben. Dies verringert das Volumen der Brennkammer und somit ist das Kompressionsverhältnis größer.
  • Innerhalb des Zylinderkopfs 20 sind Lufteinlassöffnungen 23 und Luftauslassöffnungen 24 ausgebildet. In der Einlassöffnung 23 ist ein Einlassventil 21 angeordnet und in der Luftauslassöffnung 24 ist ein Auslassventil 22 angeordnet. Das Einlassventil 21 und das Auslassventil 22 werden jeweils durch einen Ventilstellmechanismus (Nockenmechanismus) 25, 26 betätigt, der gemäß der Hin- und Herbewegung des Kolbens 41 arbeiten.
  • Ein Einlassrohr 50 ist an der Einlassöffnung 22 angeschossen und ein Auslassrohr 58 ist an der Auslassöffnung 24 angeschlossen. Ein Drosselventil 52 und Kraftstoffeinspritzventile 55 sind an dem Einlassrohr 50 angeordnet. Luft wird von der Stromaufwärts liegenden Seite des Einlassrohrs 50 über einen Luftreiniger 51 zugeführt. Das Drosselventil 52, das durch ein elektrisches Stellglied 53 gesteuert wird, stellt die Menge der in die Brennkammer eingeführten Luft ein. Das Kraftstoffeinspritzventil 55 spritzt von einer (nicht gezeigten) Kraftstoffpumpe zugeführten Kraftstoff (Benzin) in die Einlassöffnung 23 ein. Dies erzeugt ein Gemisch von Luft und Kraftstoff. Das Gemisch wird dann zu der Brennkammer zugeführt, wo es durch einen durch eine Zündkerze 37 erzeugten elektrischen Funken verbrannt wird. Die verbrannten Abgase werden von der Brennkammer ausgelassen. Eine Reinigungsvorrichtung 70 zum Reinigen des Abgases ist an dem Auslassrohr 58 angeordnet. Die Reinigungsvorrichtung 70 ist mit einem Temperatursensor 71 ausgestattet. Sauerstoffsensoren (oder Luft-Kraftstoff-Verhältnissensoren) 81, 92 sind stromaufwärts und stromabwärts der Reinigungsvorrichtung 70 angeordnet. Die Reinigungsvorrichtung 70 ist später ausführlicher beschrieben.
  • Die Kraftmaschine 100 weist ferner eine elektrische Steuereinheit (ECU) 60 zum Steuern der gesamten Kraftmaschine auf. Die ECU 60 weist eine CPU, einen ROM, einen RAM und eine Eingabe-Ausgabeschaltung auf, die über Busse miteinander verbunden sind. Die ECU 60 ist mit einem an der Kurbelwelle 42 angeordneten Kurbelwinkelsensor 61, einem an dem Beschleunigungspedal angeordneten Beschleunigungssensor 62, einem an dem Einlassrohr 50 angeordneten Lufteinlassdrucksensor 56 und den an dem Auslassrohr 58 angeordneten Temperatursensor 71 und Sauerstoffsensoren 81, 82 verbunden. Auf Grundlage der erfassten Ergebnisse von den Sensoren steuert die ECU 60 das Stellglied 33, die Zündkerze 27 und das Kraftstoffeinspritzventil 55.
  • Der Kraftmaschinenkörper 10 aus diesem Ausführungsbeispiel entspricht dem Kompressionsverhältnismodifizierer der vorliegenden Erfindung. Das Kraftstoffeinspritzventil 55 entspricht der Kraftstoffzuführeinrichtung der vorliegenden Erfindung und die Zündkerze 27 entspricht der Zündeinrichtung. Die ECU 60, der Kurbelwinkelsensor 61, der Beschleunigungssensor 62, der Temperatursensor 71 und die beiden Sauerstoffsensoren 81, 82 entsprechen der Steuereinrichtung der vorliegenden Erfindung.
  • A-2. Kraftmaschinensteuerung: 2 ist ein Ablaufdiagramm, das schematisch die Steuerung der Kraftmaschine veranschaulicht. ECU 60 führt die Prozesse der Schritte S101 und S102 wiederholtermaßen aus.
  • In Schritt S101 werden die Kraftmaschinenbetriebszustände erfasst. Insbesondere erfasst die ECU 60 die Kraftmaschinendrehzahl und das erforderliche Drehmoment als Betriebszustände. Die Kraftmaschinendrehzahl wird auf der Grundlage der erfassten Ergebnisse des Kurbelwinkelsensors 61 bestimmt, und das erforderliche Drehmoment wird auf der Grundlage der erfassten Ergebnisse des Beschleunigungssensors 62 bestimmt.
  • In Schritt S102 werden verschiedene Steuerungen auf der Grundlage der in Schritt S101 erfassten Betriebszustände ausgeführt.
  • In Schritt S102a wird die Steuerung des Kompressionsverhältnisses ausgeführt. Insbesondere bestimmt die ECU 60 auf der Grundlage der erfassten Betriebszustände (Kraftmaschinendrehzahl und erforderliches Drehmoment) ein Sollkompressionsverhältnis. Dann stellt die ECU 60 das Kraftmaschinenkompressionsverhältnis durch Betreiben des Stellglieds 33 auf das Sollkompressionsverhältnis ein.
  • In Schritt S102b wird die Steuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ausgeführt. Insbesondere bestimmt die ECU 60 auf Grundlage der erfassten Betriebszustände (Kraftmaschinendrehzahl und erforderliches Drehmoment) ein Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis.
  • Die Steuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses bezieht sowohl die Steuerung der Einlassluftmenge als auch die Steuerung der Kraftstoffeinspritzung ein. Die Steuerung der Einlassluftmenge kann beispielsweise durch Einstellen der Öffnung des Drosselventils 52 durchgeführt werden. Die Einlassluftmenge wird auf Grundlage der erfassten Ergebnisse von dem Lufteinlassdrucksensor 56 berechnet. Die Menge des zugeführten Kraftstoffs wird dann auf Grundlage des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und der Einlassluftmenge bestimmt. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Menge des pro Zeiteinheit eingespritzten Kraftstoffs und die Kraftstoffeinspritzbeendigungszeitgebung vorbestimmt. Somit wird die Menge des zugeführten Kraftstoffs durch Einstellen der Kraftstoffeinspritzstartzeitgebung modifiziert. Die Kraftstoffeinspritzung durch das Kraftstoffeinspritzventil 55 wird auf Grundlage von erfassten Ergebnissen des Kurbelwinkelsensors 61 zur geeigneten Zeitgebung ausgeführt.
  • Das vorgenannte Sollkompressionsverhältnis und Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis werden unter Verwendung einer in dem ROM der ECU 60 gespeicherten Kennfeld bestimmt. 6 veranschaulicht ein Kennfeld, das ein Sollkompressionsverhältnis und ein Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis gemäß den Betriebszuständen wiedergibt. Wie in dieser Zeichnung angezeigt ist, wird in diesem Ausführungsbeispiel unter Bedingungen eines relativ niedrigen erforderlichen Drehmoments das Sollkompressionsverhältnis auf einen relativ hohen Wert eingestellt und das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird auf einen relativ hohen Wert eingestellt (mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis) (erster Betriebsmodus). Unter Bedingungen eines relativ hohen erforderlichen Drehmoments wird das Sollkompressionsverhältnis auf einen relativ niedrigen Wert eingestellt und das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird auf einen relativ niedrigen Wert eingestellt (im Wesentlichen auf das stoichiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis) (zweiter Betriebsmodus).
  • Unter Verwendung des in 3 gezeigten Kennfelds ist es möglich, die Kraftmaschine bei einem relativ hohen Kompressionsverhältnis laufen zu lassen, während das Auftreten von Klopfen unterdrückt wird. D.h., das Klopfen neigt dazu aufzutreten, wenn die Kraftmaschinenlast hoch ist. Es ist möglich, das Klopfen zu unterdrücken, in dem das Kompressionsverhältnis verkleinert wird. Somit wird indem in 3 gezeigten Kennfeld das Sollkompressionsverhältnis auf ein niedriges Niveau eingestellt, wenn die Kraftmaschinenlast hoch ist. Da unter Verwendung des in 3 gezeigten Kennfelds die Kraftmaschine bei einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis läuft, wenn die Kraftmaschinenlast niedrig ist, ist es möglich, die Kraftstoffverbrauchsrate zu verbessern. Da umgekehrt, die Kraftmaschine bei dem stoichiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis läuft, wenn die Kraftmaschinenlast hoch ist, kann das Ausgabedrehmoment verbessert werden.
  • In Schritt S102c (2) wird die Steuerung der Zündzeitgebung gemäß den erfassten Betriebszuständen ausgeführt. In diesem Ausführungsbeispiel wird die Zündzeitgebung unter Verwendung eines Kennfelds bestimmt, dass die Sollzündzeitgebungen gemäß den Betriebszuständen wiedergibt, welche in dem ROM der ECU 60 gespeichert sind. Die Zündung durch die Zündkerze 27 wird unter einer geeigneten Zeitgebung auf der Grundlage der erfassten Ergebnisse von dem Kurbelwinkelsensor 61 ausgeführt.
  • Auf die vorstehend beschriebene Art und Weise läuft die Kraftmaschine in dem ersten Betriebsmodus bei einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis, und in dem zweiten Betriebsmodus läuft die Kraftmaschine im Wesentlichen bei dem stoichiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Während dem Betrieb in jedem Betriebsmodus ausgelassene Abgase werden durch die Reinigungsvorrichtung 70 gereinigt.
  • Die Reinigungsvorrichtung 70 hat einen NOx-Absorptions/Reduktionskatalysator (auch ein magerer NOx-Katalysator genannt). Der NOx-Absorptions/Reduktionskatalysator ist ein bekannter Drei-Wege-Katalysator, der mit einer Grundsubstanz, wie z.B. Bariumoxid modifiziert wurde. Während der Verbrennung bei dem stoichiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis funktioniert der NOx-Absorptions/Reduktionskatalysator als ein Drei-Wege-Katalysator. Das heißt, Reduktionskomponenten (HC, CO, H2) und Oxidationskomponenten (NOx, O2), die in den Abgasen vorhanden sind, werden reagiert, um harmlose Komponenten (CO2, H2O, N2) zu bilden, wodurch das Abgas gereinigt wird. Während der Verbrennung bei einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis, absorbiert der NOx-Absorptions/Reduktionskatalysator in dem Abgas in Form von Nitraten vorhandenes NOx, wodurch das Abgas gereinigt wird. Jedoch ist die Menge von NOx, die durch den Katalysator absorbiert werden kann, begrenzt. Somit ist es notwendig, die Reinigungsfähigkeit des Katalysators bei einer geeigneten Zeitgebung wiederherzustellen (zu regenerieren). Insbesondere mit fortwährender Verbrennung bei einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird eine zwischenliegende Verbrennung bei einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis notwendig. Durch Ausführen eines solchen Wiederherstellungsprozesses (im weiteren Verlauf als „Fettausschlag" (engl.: „rich spike") genannt), kann das absorbierte NOx zu Stickstoff reduziert werden, und als ein Ergebnis wurde die NOx-Reinigungsfähigkeit des Katalysators wiederhergestellt.
  • Der NOx-Absorptions/Reduktionskatalysator des vorliegenden Ausführungsbeispiels weist zudem einen Cokatalysator, wie z.B. Ceroxid auf. Ceroxid hat die Funktion, Sauerstoff zu speichern, wenn die Verbrennung bei einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis stattfindet, und gespeicherten Sauerstoff frei zu geben, wenn die Verbrennung bei einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis stattfindet. Somit kann der NOx-Absorptions-/Reduktionskatalysator hohe Reinigungsraten über einen relativ breiten Bereich in der Umgebung des stoichiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ausüben.
  • Auf diese Weise ist der NOx-Absorptions/Reduktionskatalysator in der Lage, Abgase zu reinigen, und zwar ungeachtet dessen, in welchem der beiden Betriebsmodi die Kraftmaschine läuft.
  • 4(a) bis 4(e) veranschaulichen eine Basissteuerung während dem Ausführen eines Fettausschlags. 4(a) zeigt eine Änderung in dem erforderlichen Drehmoment. 4(b) und (c) zeigen eine Änderung im Kompressionsverhältnis bzw. eine Änderung im Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Gemischs. 4(d) zeigt eine Änderung in der Zündzeitgebung. 4(e) zeigt eine Änderung der Drosselöffnung.
  • Wie aus 4(a) bis 4(c) zu verstehen ist, wird diese Steuerung beispielsweise dann ausgeführt, wenn der erste Betriebsmodus fortfährt, insbesondere dann, wenn die Betriebszustände bei einem Punkt Ca in dem Kennfeld aus 3 beibehalten werden.
  • Wie bereits bemerkt, wird es notwendig, wenn die Kraftmaschine bei einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis läuft, einen Fettausschlag auszuführen, um die Fähigkeit des Katalysators, NOx zu absorbieren, wieder herzustellen. In diesem Beispiel wird, wie in 4(c) gezeigt ist, ein Fettausschlag während der Zeitspanne Tr ausgeführt. Insbesondere während der Fettausschlagausführzeitspanne Tr wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf ein Niveau eingestellt, das niedriger als das stoichiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist (d.h. auf ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis). Wie in 4(d) gezeigt ist, wird die Zündzeitgebung während der Zeitspanne Tr auf die Seite des nacheilenden Winkels verstellt, während die Drosselöffnung relativ klein eingestellt ist, wie in 4(e) gezeigt ist. Dadurch kann die Zunahme im Ausgabedrehmoment, die mit einer Änderung in dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis auftreten kann, unterdrückt werden, so dass das Ausgabedrehmoment bei einem im Wesentlichen konstanten Niveau beibehalten wird.
  • Durch Ausführen eines Fettausschlags während der Zeitspanne Tr auf diese Weise ist es möglich, die Nox-Absorptionsfähigkeit des Katalysators, wieder herzustellen, wodurch ein kontinuierlicher Betrieb bei einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis ermöglicht wird.
  • Wie aus der vorstehenden Beschreibung zu verstehen ist, beinhaltet die Steuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und der Zündzeitgebung in Schritten S102b und S102c aus 2 eine Steuerung, die ausgeübt wird, wenn ein Fettausschlag ausgeführt wird.
  • A-3. Steuerung während der Änderung des Betriebsmodus: Beim einer Änderung von dem ersten Betriebsmodus zu dem zweiten Betriebsmodus kann ein Klopfen oder eine andere anormale Verbrennung auftreten. Das Auftreten von Klopfen oder der anderen anormalen Verbrennung kann unterdrückt werden, indem beispielsweise die Zündzeitgebung angepasst wird. Jedoch drückt dies die Kraftstoffverbrauchrate. Dieses Ausführungsbeispiel dient daher dazu, den Abfall in der Kraftstoffverbrauchsrate abzuschwächen, während das Auftreten von Klopfen während der Änderungen in dem Betriebsmodus unterdrückt wird. Jedoch werden, bevor die Einzelheiten einer solchen Steuerung während der Änderung des Betriebsmodus in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beschrieben wird, die Einzelheiten einer solchen Steuerung in einem Vergleichsbeispiel beschrieben.
  • 5(a) bis 5(e) veranschaulichen die Einzelheiten einer Steuerung während einer Änderung in einem Betriebsmodus in einem Vergleichsbeispiel. Diese Steuerung wird beispielsweise dann ausgeführt, wenn ein erforderliches Drehmoment zunimmt und sich der Betriebszustand von Punkt Ca zu Punkt Cc in dem Kennfeld aus 3 ändert.
  • 5(a) zeigt die Änderung in dem erforderlichen Drehmoment. 5(b) und (c) zeigen die Änderung in dem Kompressionsverhältnis bzw. die Änderung in dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Gemischs. 5(d) zeigt die Änderung der Zündzeitgebung. 5(e) zeigt schematisch die Änderung in dem Kompressionsverhältnis, wobei in der Zeichnung die Kraftstoffverbrauchsrate abnimmt, während sie sich abwärts bewegt.
  • Wie in 5(a) gezeigt ist, ist während einer Zeitspanne Ta, in der das erforderliche Drehmoment relativ klein ist, das Kompressionsverhältnis auf einen relativ hohen Wert gesetzt und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist auf einen relativ hohen Wert gesetzt (mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis), wie in 5(b) bzw. (c) gezeigt ist. Das heißt, während der Zeitspanne Ta wird der in 3 gezeigte erste Betriebsmodus ausgeführt. Wenn das erforderliche Drehmoment plötzlich zunimmt, wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis schrittweise geändert. Insbesondere während der Zeitspanne Tb und Tc, in denen das erforderliche Drehmoment relativ groß ist, wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf einen relativ niedrigen Wert gesetzt (stoichiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis). Das Kompressionsverhältnis nimmt während der Zeitspanne Tb allmählich ab und wird auf einen relativ niedrigen Wert während der Zeitspanne Tc gesetzt. D.h., während der Zeitspanne Tc wird der in 3 gezeigte zweite Betriebsmodus ausgeführt.
  • Wie in 5(b) gezeigt ist, wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis stufenweise geändert, um die NOx Emissionen zu steuern. D.h., die Menge der Nox-Emissionen erreicht ihr Maximum, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis etwas höher als das stoichiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist (insbesondere wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis 16 beträgt). Somit wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis von einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis (ca. 22) zu dem stoichiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis (ca. 14,7) stufenweise geändert.
  • Wie in 5(b) und (c) gezeigt ist, wird das Kompressionsverhältnis bei einem relativ hohen Wert beibehalten, wenn sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu dem stoichiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis ändert. Zu diesem Zeitpunkt kann Klopfen auftreten. Somit wird in dem Vergleichsbeispiel, wie in 5(d) gezeigt ist, die Zündzeitgebung stufenweise zur Seite des nacheilenden Winkels geschoben, während das Luft-Kraftstoff-Verhältnis stufenweise geändert wird. Dann wird die Zündzeitgebung mit der Änderung in dem Kompressionsverhältnis allmählich in Richtung der Seite des voreilenden Winkels geschoben.
  • Auf diese Weise hinkt in dem Vergleichsbeispiel die Änderung des Kompressionsverhältnisses hinter der Änderung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses hinterher. Das Klopfen, das während dieser Verzögerungszeitspanne auftreten kann, wird durch eine Verzögerung der Zündzeitgebung unterdrückt, genauer gesagt, indem die Verbrennung beendet wird, bevor sich ein Endgas (unverbranntes Gemisch während der Verbrennung), das in der Brennkammer vorhanden ist, spontan entzünden kann. Jedoch wird durch Verzögern der Zündzeitgebung die Kraftstoffverbrauchsrate gedrückt, wie in 5(e) gezeigt ist, mit anderen Worten kann das erforderliche Drehmoment nicht ausgegeben werden.
  • Daher wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die vorstehend beschriebene Verringerung der Kraftstoffsverbrauchsrate mittels Ausführen eines Fettausschlags beim Ändern des Kompressionsverhältnisses abgeschwächt.
  • 6 zeigt ein Ablaufdiagramm der Prozedur zum Bestimmen der Zündzeitgebung während der Kompressionsverhältnisumstellzeitspanne in dem ersten Ausführungsbeispiel.
  • In Schritt S201 wird gemäß dem gegenwärtigen Kompressionsverhältnis eine erste erforderliche Zündzeitgebung SAε bestimmt. Hier gibt die erste erforderliche Zündzeitgebung SAε eine Zündzeitgebung wieder, die für das gegenwärtige Kompressionsverhältnis geeignet ist, d.h., die in der Lage ist, das Klopfen infolge des gegenwärtigen Kompressionsverhältnisses zu unterdrücken. Die erforderliche Zündzeitgebung SAε wird unter Verwendung von Kennfeldern bestimmt, die Zündzeitgebungen gemäß Betriebszustände wiedergeben, welche für jedes Kompressionsverhältnis vorbereitet wurden. Das gegenwärtige Kompressionsverhältnis wird beispielsweise aus dem Steuerniveau des Stellglieds 33 bestimmt.
  • In Schritt S202 wird eine Bestimmung durchgeführt, ob gegenwärtig ein Fettausschlag ausgeführt wird. Wenn ein Fettausschlag nicht ausgeführt wird, schreitet die Routine zu Schritt S207 vor, in dem die Zündzeitgebung auf SAε eingestellt wird. Wenn andererseits ein Fettausschlag ausgeführt wird, schreitet die Routine zu Schritt S203 vor.
  • In Schritt S203 wird eine zweite erforderliche Zündzeitgebung SAr gemäß dem Fettausschlag bestimmt. Dabei gibt die zweite erforderliche Zündzeitgebung SAr eine Zündzeitgebung wieder, die für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis während der Ausübung des Fettausschlags geeignet ist, d.h., die in der Lage ist, das Klopfen infolge des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und schnelle Schwankungen in dem Ausgabedrehmoment infolge des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zu unterdrücken. Die erforderliche Zündzeitgebung SAr wird unter Verwendung von Kennfeldern bestimmt, die Zündzeitgebungen gemäß Betriebszustände wiedergeben, welche für jedes Luft-Kraftstoff-Verhältnis während dem Ausüben eines Fettausschlags vorbereitet wurden.
  • In Schritt S204 werden die beiden erforderlichen Zündzeitgebungen SAε, Sar, die in Schritten S201 und S203 bestimmt wurden, miteinander verglichen. Genauer gesagt wird eine Entscheidung getroffen, ob SAr stärker nacheilend ist als SAε. Wenn SAr stärker als SAε nacheilend ist, wird in Schritt S205 die Sollzündzeitgebung auf SAr gesetzt. Wenn im Gegensatz dazu, SAε stärker als SAr nacheilend ist, wird in Schritt S206 die Sollzündzeitgebung auf SAε gesetzt. D.h., in Schritten S204 bis S206 wird aus den beiden Zündzeitgebungen SAε und SAr die stärker nacheilende Zündzeitgebung als die Sollzündzeitgebung ausgewählt.
  • 7(a) bis 7(e) veranschaulichen die Einzelheiten zum Steuern während einer Änderung im Betriebsmodus in dem ersten Ausführungsbeispiel. 7(a) bis 7(e) entsprechen jeweils 5(a) bis 5(e). 7(a) und 7(b) sind die gleichen wie 5(a) und 5(b). Die strichlierte Linie aus 7(d) gibt die erste erforderliche Zündzeitgebung SAε gemäß dem gegenwärtigen Kompressionsverhältnis wieder und ist die gleiche wie in 5(d). Die strichpunktierte Linie aus 7(d) gibt die zweite erforderliche Zündzeitgebung SAr gemäß einem Fettausschlag wieder. Die strichlierte Linie in 7(e) ist die gleiche wie die in 5(e).
  • Wie in 7(c) gezeigt ist, werden in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Fettausschläge während der gesamten Kompressionsverhältnisumstellzeitspanne Tb ausgeführt. Mit anderen Worten ist die Fettausschlagausführzeitspanne Tr gleich wie die Kompressionsverhältnisumstellzeitspanne Tb eingestellt. Somit wird, wie aus einem Vergleich von 7(d) mit 5(d) verstanden wird, die Zündzeitgebung während der Zeitspanne Tr (Zeitspanne Tb) geändert. Insbesondere wird, wie durch die durchgezogene Linie in 7(d) gezeigt ist, während der Zeitspanne Tr (Zeitspanne Tb) die Zündzeitgebung SAr, die aus den beiden erforderlichen Zündzeitgebungen SAε und SAr die stärker nacheilende Zeitgebung ist, als die Sollzündzeitgebung ausgewählt (Schritt S024, S205 aus 6).
  • Durch Ausführen der Fettausschläge während der gesamten Kompressionsverhältnisumstellzeitspanne Tb auf diese Weise ist es möglich, den Abfall in der Kraftstoffverbrauchsrate während der Zeitspanne Tb abzuschwächen, wie in 7(e) gezeigt ist, und als ein Ergebnis den Abfall in dem Ausgabedrehmoment abzuschwächen.
  • Insbesondere wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel während der gesamten Fettausschlagausführzeitspanne Tr die Sollzündzeitgebung auf die erforderliche Zündzeitgebung SAr gemäß dem Fettausschlag eingestellt. Somit besteht während der Zeitspanne Tr kein Bedarf dazu, die Zündzeitgebung gemäß dem gegenwärtigen Kompressionsverhältnis zu verzögern. Genauer gesagt besteht während der Zeitspanne Tr kein Bedarf dazu, die Zündzeitgebung zu verzögern, um das Klopfen zu unterdrücken, das infolge des Kompressionsverhältnisses auftreten kann. Mit anderen Worten, besteht während der Zeitspanne Tr kein Bedarf dazu, spezielle Unterdrückungsmittel einzusetzen, um das Klopfen zu unterdrücken, das infolge des Kompressionsverhältnisses auftreten kann. Als ein Ergebnis ist es möglich, den Abfall in der Kraftstoffverbrauchsrate während der gesamten Zeitspanne Tb zu unterdrücken.
  • Ferner wird die Sollzündzeitgebung für die Fettausschlagausführzeitspanne unter Berücksichtigung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses während dem Ausführen eines Fettausschlags bestimmt und es wird möglich, die Zunahme des Ausgabedrehmoments infolge der Ausführung eines Fettausschlags zu unterdrücken.
  • 8(a) bis 8(e) veranschaulichen die Einzelheiten einer Steuerung während einer Änderung in dem Betriebsmodus gemäß dem ersten modifizierten Beispiel des ersten Ausführungsbeispiels. 8(a) bis 8(e) sind im Wesentlichen die gleichen wie 7(a) bis 7(e), jedoch sind die 8(d) und 8(e) modifiziert.
  • Genauer gesagt ist in 8(d) SAr lediglich für die zweite halbe Zeitspanne Tr2 der Zeitspanne Tr stärker als SAε nacheilend, wohingegen in 7(d) SAr über die gesamte Fettausschlagausführzeitspanne Tr stärker nacheilend als SAε ist. Somit ist, wie in 8(d) gezeigt ist, die Sollzündzeitgebung während der ersten halben Zeitspanne Tr1 der Fettausschlagausführzeitspanne Tr auf SAε eingestellt, wohingegen die Sollzündzeitgebung in der letzten halben Zeitspanne Tr2 auf SAr eingestellt ist (Schritte S204, S205, S206 aus 6).
  • Ebenso wird in dem ersten modifizierten Beispiel der Fettausschlag über die vollständige Kompressionsverhältnisumstellzeitspann Tb ausgeführt, wodurch es möglich ist, den Abfall in der Kraftstoffverbrauchsrate abzuschwächen, wie in 8(e) gezeigt ist, und als ein Ergebnis den Abfall in dem Ausgabedrehmoment abzuschwächen.
  • Genauer gesagt wird in dem ersten modifizierten Beispiel die Sollzündzeitgebung während der letzten halben Zeitspanne Tr2 der Fettausschlagausführzeitspanne Tr auf die erforderliche Zündzeitgebung SAr gemäß dem Fettausschlägen eingestellt. Somit besteht während der Zeitspanne Tr2 kein Bedarf dazu, die Zündzeitgebung gemäß dem gegenwärtigen Kompressionsverhältnis nacheilend zu machen. Insbesondere besteht während der Zeitspanne Tr2 kein Bedarf dazu, spezielle Unterdrückungsmittel einzusetzen, um das Klopfen zu unterdrücken, welches infolge des Kompressionsverhältnisses auftreten kann. Als ein Ergebnis ist es möglich, den Abfall in der Kraftstoffverbrauchsrate während der Zeitspanne Tr2 zu unterdrücken.
  • Andererseits wird während der ersten halben Zeitspanne Tr1 der Fettausschlagausführzeitspanne Tr die Sollzündzeitgebung auf die erforderliche Zündzeitgebung SAε gemäß dem gegenwärtigen Kompressionsverhältnis eingestellt. Jedoch werden in diesem Fall spezielle Unterdrückungsmittel zum Unterdrücken des Auftretens von Klopfen infolge des Kompressionsverhältnisses zu einem geringeren Ausmaß verwendet. Somit ist es möglich, den Abfall in der Kraftstoffverbrauchsrate während der Zeitspanne Tr1 ebenso zu unterdrücken, wie dies durch Vergleich von 8(e) und 5(e) verstanden wird.
  • 9(a) bis 9(e) veranschaulichen die Einzelheiten der Steuerung während einer Änderung im Betriebsmodus gemäß dem zweiten modifizierten Beispiel des ersten Ausführungsbeispiels. 9(a) bis 9(e) sind im Wesentlichen die gleichen wie 7(a) bis 7(e), jedoch sind 9(c) bis 9(e) modifiziert.
  • Insbesondere wird in 9(c) der Fettausschlag lediglich während der ersten halben Zeitspanne Tb1 der Kompressionsverhältnisumstellzeitspanne Tb ausgeführt, wohingegen in 7(c) der Fettausschlag über die gesamte Kompressionsverhältnisumstellzeitspanne Tb ausgeführt wird.
  • Somit wird, wie in 9(d) gezeigt ist, die Zündzeitgebung SAr, die die stärker nacheilende Zündzeitgebung der beiden erforderlichen Zündzeitgebungen SAε und SAr ist, während der Fettausschlagausführzeitspanne Tr (Zeitspanne Tb1) als die Sollzündzeitgebung ausgewählt (Schritte S204, S205 aus 6). Andererseits wird während der zweiten halben Zeitspanne Tb2 der Kompressionsverhältnisumstellzeitspanne Tb, während der der Fettausschlag nicht ausgeführt wird, die Sollzündzeitgebung auf die erforderlichen Zündzeitgebung SAε eingestellt (Schritte S202, S207 aus 6).
  • Auf diese Weise wird es durch Ausführen des Fettausschlags während der ersten halben Zeitspanne Tb1 der Kompressionsverhältnisumstellzeitspanne Tb möglich, den Abfall in der Kraftstoffverbrauchsrate während der Zeitspanne Tb1 abzuschwächen, wie in 9(e) gezeigt ist, und als ein Ergebnis den Abfall in dem Ausgabedrehmoment abzuschwächen.
  • Insbesondere wird gemäß dem zweiten modifizierten Beispiel während der gesamten Fettausschlagausführzeitspanne Tr die Sollzündzeitgebung auf die erforderliche Zündzeitgebung SAr gemäß den Fettausschlägen eingestellt. Somit besteht während der Zeitspanne Tr kein Bedarf dazu, die Zündzeitgebung gemäß dem gegenwärtigen Kompressionsverhältnis zu verzögern. Genauer gesagt besteht während der Zeitspanne Tr kein Bedarf dazu, spezielle Unterdrückungsmittel einzusetzen, um das Klopfen zu unterdrücken, das infolge des Kompressionsverhältnisses auftreten kann. Als ein Ergebnis ist es möglich, den Abfall in der Kraftstoffverbrauchsrate während der Zeitspanne Tr zu unterdrücken.
  • In dem zweiten modifizierten Beispiel wird während der zweiten halben Zeitspanne Tb2 der Kompressionsverhältnisumstellzeitspanne Tb kein Fettausschlag ausgeführt. D.h., während der Zeitspanne Tb2 wird die Zündzeitgebung lediglich zum Unterdrücken von Klopfen nacheilend gemacht, das infolge des Kompressionsverhältnisses auftreten kann. Mit anderen Worten ist es während der Zeitspanne Tb2 notwendig, spezielle Unterdrückungsmittel einzusetzen, um das Klopfen zu unterdrücken, welches infolge des Kompressionsverhältnisses auftreten kann. Somit wird während der Zeitspanne Tb2 der Abfall in der Kraftstoffverbrauchsrate nicht abgeschwächt.
  • Wie vorstehend beschrieben ist, wird es durch Ausführen eines Fettausschlags während der Kompressionsverhältnisumstellzeitspanne Tb möglich, den Abfall in der Kraftstoffverbrauchsrate beim Unterdrücken von Klopfen oder anderen anormalen Verbrennungen, die innerhalb der Kompressionsverhältnisumstellzeitspanne auftreten, abzuschwächen. Ein zusätzlicher Vorteil liegt darin, dass durch Ausführen eines Fettausschlags während der Kompressionsverhältnisumstellzeitspanne Tb, Fettausschläge während der Zeitspannen, die sich von der Kompressionsverhältnisumstellzeitspanne unterscheiden, weniger häufig durchgeführt werden müssen.
  • In 7 bis 9 sind die Startpunkte der beiden Zeitspannen Tb, Tr im Wesentlichen gleich, jedoch könnte der Fettausschlag so gestaltet sein, dass er an einem Punkt während der Kompressionsverhältnisumstellzeitspanne Tb startet würde. Jedoch ist der Abfall der Kraftstoffverbrauchsrate an dem Startpunkt der Kompressionsverhältnisumstellzeitspanne Tb relativ groß, wie in 5(e) gezeigt ist. Somit kann, dort wo die Startpunkte der beiden Zeitspannen Tb, Tr im Wesentlichen die gleichen sind, wie in 7 bis 9 gezeigt ist, der Abfall in der Kraftstoffverbrauchsrate zum Startpunkt der Zeitspanne Tb abgeschwächt werden, in der der Abfall der Kraftstoffverbrauchsrate relativ groß ist.
  • Ferner sind in 7 und 8 die Endpunkte der beiden Zeitspannen Tb, Tr im Wesentlichen die gleichen, wohingegen in 9 die Endpunkte der beiden Zeitspannen Tb, Tr auf unterschiedliche Zeitgebungen eingestellt sind. Auf diese Weise ist es annehmbar, den Fettausschlag an irgend einem Punkt während der Kompressionsverhältnisumstellzeitspanne Tb zu beenden.
  • Ferner ist in 7 bis 9 die gesamte Fettausschlagausführzeitspanne Tr innerhalb der Kompressionsverhältnisumstellzeitspanne Tb enthalten, aber es ist auch annehmbar, dass ein Abschnitt der Zeitspanne Tr nicht innerhalb der Zeitspanne Tb enthalten ist. Beispielsweise kann die Fettausschlagausführzeitspanne beendet werden, nachdem die Kompressionsverhältnisumstellzeitspanne Tb beendet wurde.
  • Im Allgemeinen wird ein Fettausschlag während zumindest eines Abschnitts der Kompressionsverhältnisumstellzeitspanne ausgeführt.
  • B. Zweites Ausführungsbeispiel
  • In dem ersten Ausführungsbeispiel wird ein Fettausschlag während der Kompressionsverhältnisumstellzeitspanne ausgeführt, aber falls das Luft-Kraftstoff-Verhältnis nicht auf den geeigneten Wert eingestellt ist, wenn der Fettausschlag ausgeführt wird, besteht die Gefahr von verschlechterten Emissionen. Somit wird in diesem Ausführungsbeispiel der Luft-Kraftstoff-Verhälntiswert beim Ausführen des Fettausschlags gemäß dem Zustand des Katalysators in der Reinigungsvorrichtung 70 bestimmt, genauer gesagt gemäß der Menge des in dem Katalysator gespeicherten Sauerstoffs. Man beachte, dass die Zielzündzeitgebungen auf dieselbe Art und Weise wie in dem ersten Ausführungsbeispiel eingestellt sind.
  • 10(a) bis 10(d) veranschaulicht die Einzelheiten einer Steuerung während einer Änderung in dem Betriebsmodus gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. 10(a) zeigt die Änderung im erforderlichen Drehmoment. 10(b) zeigt die Änderung im Kompressionsverhältnis. 10(c) zeigt die Änderung in der Menge des durch den Katalysator gespeicherten Sauerstoffs. 10(d) zeigt die Änderung in dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Gemischs. 10(a) und 10(b) sind die gleichen wie 7(a) und 7(b). Wie in 7(c) wird in 10(d) der Fettausschlag während der gesamten Kompressionsverhältnisumstellzeitspanne Tb ausgeführt.
  • Wie bereits angemerkt wurde, absorbiert der NOx-Absorptions/Reduktionskatalysator in der Reinigungsvorrichtung 70 das NOx in der Form von Nitraten, während das Ceroxid Sauerstoff speichert, wenn die Verbrennung bei einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis bewirkt wird. Wenn ein Fettausschlag ausgeführt wird, wird NOx reduziert und der in dem Ceroxid gespeicherte Sauerstoff wird gelöst und Reduktionskomponenten (HC, CO, H2) werden oxidiert. Somit können, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis während der Ausführung des Fettausschlags nicht auf einen geeigneten Wert gesetzt ist, folgende Probleme auftreten.
  • Wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis während dem Ausführen des Fettausschlags relativ zu der Menge des durch den Katalysator gespeicherten Sauerstoffs übermäßig gering ist (d.h., das Verhältnis ist zu fett), wird die Menge des durch den Katalysator gespeicherten Sauerstoffs gegen Null gehen. In einem solchen Fall wird der Katalysator nicht in der Lage sein, die Reduktionskomponenten (HC, CO, H2) in dem Abgas unter Verwendung seines gespeicherten Sauerstoffs zu oxidieren. Somit nimmt die Reinigung der Reduktionskomponenten ab und die Emission wird verschlechtert.
  • Wenn umgelehrt das Luft-Kraftstoff-Verhältnis während dem Ausführen des Fettausschlags zu viel niedriger als das stoichiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, aber übermäßig niedriger relativ zu der Menge des durch den Katalysator gespeicherten Sauerstoffs ist (d.h., wenn das Verhältnis nicht fett genug ist), kann absorbiertes NOx nicht wirkungsvoll reduziert werden, wodurch sich das Problem ergibt, dass die NOx Absorptionsfähigkeit nicht wirksam wiederhergestellt werden kann. Insbesondere dann, wenn die Menge des in dem Katalysator gespeicherten Sauerstoffs groß ist, werden durch den Fettausschlag verursachte Reduktionskomponenten nicht effizient zum Reduzieren von NOx verwendet und werden unglücklicherweise durch den durch den Katalysator gespeicherten Sauerstoff oxidiert.
  • Dementsprechend wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Luft-Kraftstoff-Verhältniswert gemäß der Menge des in dem Katalysator gespeicherten Kraftstoffs bestimmt. Insbesondere wird der Luft-Kraftstoff-Verhältniswert durch Abschätzen der Menge des in dem Katalysator gespeicherten Sauerstoffs aus der Katalysatortemperatur bestimmt. 11 ist ein Graph, der das Verhältnis zwischen der Katalysatortemperatur und der Menge des gespeicherten Sauerstoffs zeigt. Wie in der Zeichnung gezeigt ist, ist die Menge des gespeicherten Sauerstoffs groß, wenn die Katalysatortemperatur hoch ist, und klein, wenn die Katalysatortemperatur niedrig ist. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der Luft-Kraftstoff-Verhältniswert unter Verwendung der in 11 aufgezeichneten Charakteristik bestimmt.
  • Genauer gesagt ist, wie durch die durchgezogene Linie aus 10(c) gezeigt ist, die Menge des gespeicherten Sauerstoffs relativ groß, wenn die Katalysatortemperatur relativ hoch ist und somit wird das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis während der Fettausschlagausführung auf einen relativ niedrigen Wert gesetzt, wie durch die durchgezogene Linie aus 10(d) gezeigt ist. Im Gegensatz dazu ist, wie durch die gestrichelte Linie in 10(c) gezeigt ist, die Menge des gespeicherten Sauerstoffs relativ gering, wenn die Katalysatortemperatur relativ niedrig ist und somit ist das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis während der Fettausschlagausführung auf einem relativ hohen Wert gesetzt, wie durch die strichlierte Linie in 10(d) gezeigt ist. Man beachte, dass das Soll-Luft-Kraftstoff- Verhältnis unter Verwendung eines Kennfelds bestimmt wird, das Luft-Kraftstoff-Verhältnisse gemäß den Mengen von in dem Katalysator gespeicherten Sauerstoff wiedergibt. Dadurch wird es möglich, verschlechterte Emissionen infolge eines Fettausschlags zu unterdrücken.
  • Die Katalysatortemperatur kann beispielsweise mittels des Temperatursensors 71 (1), der an der Reinigungsvorrichtung 70 vorgesehen ist, gemessen werden. Alternativ kann die Katalysatortemperatur unter Verwendung eines Kennfelds abgeschätzt werden, das die Katalysatortemperatur gemäß dem Betriebszuständen wiedergibt.
  • In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Kompressionsverhältnisumstellzeitspanne Tb und die Fettausschlagausführzeitspanne Tr so eingestellt, dass sie im Wesentlichen gleich sind und somit ändert sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in Abhängigkeit von der Katalysatortemperatur, wie in 10(d) gezeigt ist. Jedoch könnte stattdessen das Luft-Kraftstoff-Verhältnis während der Fettausschlagausführzeitspanne auf einen vorbestimmten Wert eingestellt sein, und dann könnte die Fettausschlagausführzeitspanne gemäß der Katalysatortemperatur geändert werden.
  • Ferner wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Luft-Kraftstoff-Verhältniswert gemäß der Katalysatortemperatur bestimmt, welche sich auf die Menge des in dem Katalysator gespeicherten Sauerstoffs bezieht. Jedoch ändert sich die Menge des in dem Katalysator gespeicherten Sauerstoffs in Abhängigkeit des Ausmaßes, mit dem sich der Katalysator verschlechtert. Dementsprechend kann der Luft-Kraftstoff-Verhältniswert gemäß dem Ausmaß, mit dem sich der Katalysator verschlechtert oder stattdessen oder zusätzlich dazu in Abhängigkeit von der Katalysatortemperatur bestimmt werden. Insbesondere dann, wenn sich der Katalysator nicht verschlechtert ist (d.h., wenn er neu ist), ist die Menge des gespeicherten Sauerstoff relativ groß. Jedoch dann, wenn der Katalysator verschlechtert ist, wird die Menge des gespeicherten Sauerstoffs relativ gering. Somit ist es durch Bestimmen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses gemäß dem Verschlechterungsausmaß des Katalysators möglich, verschlechterte Emissionen infolge eines Fettausschlags zu unterdrücken. Das Ausmaß der Katalysatorverschlechterung kann beispielsweise aus der Antwortdifferenz zwischen den beiden Sauerstoffsensoren einen 80, 82 (1), die sich stromaufwärts und stromabwärts der Reinigungsvorrichtung 70 befinden, abgeschätzt werden. Genauer gesagt kann der Katalysator eine große Menge Sauerstoff speichern, wenn sich der Katalysator nicht in einem verschlechterten Zustand befindet, und somit wird der Unterschied zwischen den sich ergebenen Messungen durch die beiden Sauerstoffsensoren 81, 82 groß werden. Im Gegensatz dazu kann der Katalysator nicht viel Sauerstoff speichern, wenn sich der Katalysator in einem verschlechterten Zustand befindet und somit wird der Unterschied zwischen den sich ergebenden Messungen durch die beiden Sauerstoffsensoren 81, 82 gering.
  • Wie vorstehend beschrieben ist, kann durch Verwendung der Anordnung dieses Ausführungsbeispiels das Luft-Kraftstoff-Verhältnis während dem Ausführen des Fettausschlags oder der Fettausschlagausführzeitspanne gemäß der Menge des in dem Katalysator gespeicherten Sauerstoffs modifiziert werden, was es möglich macht, verschlechtere Emissionen infolge eines Fettausschlags zu unterdrücken.
  • C. Drittes Ausführungsbeispiel:
  • In dem zweiten Ausführungsbeispiel wird ein Fettausschlag bei einem gemäß der Menge des in dem Katalysator gespeicherten Sauerstoffs bestimmten Luft-Kraftstoff-Verhältnis ausgeführt. Wenn jedoch während dem Ausführen eines Fettausschlags das Luft-Kraftstoff-Verhältnis bestimmt wird, ohne die Menge des absorbierten NOx zu beachten, kann eine adäquate Reduktion von absorbierten NOx in einigen Fällen nicht stattfinden. Insbesondere dann, wenn es eine große Menge von absorbierten NOx gibt, können in einigen Fällen Reduktionskomponenten durch in dem Katalysator gespeicherten Sauerstoff oxidiert werden, obwohl ein Fettausschlag ausgeführt wird, so dass lediglich einiges des absorbierten NOx oxidiert wird. In einem solchen Fall wird die Reinigung von NOx abnehmen. Somit wird in diesem Ausführungsbeispiel das Luft-Kraftstoff-Verhältnis während einem Fettausschlag gemäß der Menge des in dem Katalysator gespeicherten Sauerstoffs und der Menge des in dem Katalysator absorbierten NOx bestimmt. Man beachte, dass Sollzündzeitgebungen auf dieselbe Weise wie in dem ersten Ausführungsbeispiel eingestellt sind.
  • 12 ist ein Ablaufdiagramm der Prozedur zum Bestimmen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses während dem Ausüben eines Fettausschlags in dem dritten Ausführungsbeispiel.
  • In Schritt S301 wird die Menge des in dem Katalysator gespeicherten Sauerstoffs abgeschätzt. Wie in dem zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben ist, kann die Menge des gespeicherten Sauerstoffs aus der Katalysatortemperatur abgeschätzt werden. Die Katalysatortemperatur kann durch den in der Reinigungsvorrichtung 70 vorgesehenen Temperatursensor 71 (siehe 1) gemessen werden oder unter Verwendung eines Kennfelds, das die Katalysatortemperatur gemäß Betriebsbedingungen wiedergibt, abgeschätzt werden. Die Menge des gespeicherten Sauerstoffs kann beispielsweise auch aus dem Ausmaß der Katalysatorverschlechterung abgeschätzt werden, die von dem Unterschied des Antwortverhaltens der beiden Sauerstoffsensoren 81, 82 (1) bestimmt wird, welche sich stromaufwärts und stromabwärts der Reinigungsvorrichtung 70 befinden.
  • In Schritt S302 wird auf Grundlage der in Schritt S301 abgeschätzten Menge des in dem Katalysator gespeicherten Sauerstoffs ein erstes erforderliches Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFo bestimmt. Das erste erforderliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFo wird unter Verwendung eines Kennfelds bestimmt, welches die Luft-Kraftstoff-Verhältnisse gemäß den Mengen des in dem Katalysator gespeicherten Sauerstoffs wiedergibt.
  • In Schritt S303 wird die Menge des in dem Katalysator absorbierten NOx abgeschätzt. Die Menge des absorbierten NOx wird auf Grundlage der letzten Betriebszustände abgeschätzt. Insbesondere wird der gegenwärtig absorbierte NOx unter Verwendung eines Kennfelds abgeschätzt, das die Menge des durch den Katalysator pro Zeiteinheit gemäß den Betriebszuständen absorbierten NOx wiedergibt, indem die Menge des NOx pro Zeiteinheit für die Betriebszeit integriert wird.
  • In Schritt S304 wird auf Grundlage der in Schritt S303 abgeschätzten Menge des in dem Katalysator absorbierten NOx ein zweites erforderliches Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFn abgeschätzt. Das zweite erforderliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFn wird unter Verwendung eines Kennfelds bestimmt, welches die Luft-Kraftstoff-Verhältnisse gemäß den Mengen des in dem Katalysator absorbierten NOx wiedergibt.
  • 13 veranschaulicht das zweite erforderliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFn gemäß der Menge von absorbierten NOx. Wie in den Zeichnungen gezeigt ist, wird das erforderliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFn relativ hoch eingestellt (d.h., auf die magere Seite), wenn die Menge des absorbierten NOx relativ klein ist, und das erforderliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFn wird relativ niedrig eingestellt (d.h., auf die fette Seite), wenn die Menge des absorbierten NOx relativ groß ist. In 13 wird in dem Bereich, in dem die Menge des absorbierten NOx geringer als Ma ist, das erforderliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFn auf seinen Maximalwert von AFn max eingestellt, und in dem Bereich, in dem die Menge des absorbierten NOx größer als Mb ist, wird das erforderliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFn auf seinen Minimalwert von AFn min eingestellt. Hier wird der Maximalwert AFn max eingeführt, da es notwendig ist, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis während dem Ausüben eines Fettausschlags einen niedrigeren Wert als das stoichiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis hat. Andererseits wird der Minimalwert AFn-min eingeführt, da es für die Verbrennung während dem Ausüben eines Fettausschlags notwendig ist, dass er sich in einem flammbaren Bereich befindet.
  • In Schritt S305 werden die in Schritten S302 und S340 bestimmten beiden erforderlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnisse AFo, AFn verglichen. Insbesondere wird entschieden, ob AFo kleiner als AFn ist (d.h., ob AFo näher an der fetten Seite liegt). Wenn AFo kleiner als AFn ist (d.h., näher an der fetten Seite liegt), wird in Schritt S306 das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf AFo eingestellt. Wenn im Gegensatz dazu, AFn kleiner als AFo ist (d.h., näher an der fetten Seite liegt), wird in Schritt S307 das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf AFn eingestellt. Auf diese Weise wird aus den beiden erforderlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnissen AFo und AFn das niedrigere (fettere) Luft-Kraftstoff-Verhältnis als das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis in Schritten S305 bis S307 ausgewählt.
  • Insbesondere wird das zweite erforderliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis als AFn1 bestimmt, wenn die Menge des absorbierten NOx ein relativ niedriger Wert von M1 ist, wie in 13 gezeigt ist. Zu diesem Zeitpunkt wird das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf AFo eingestellt, welches das niedrigere (fettere) Luft-Kraftstoff-Verhältnis der beiden erforderlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnisse AFo und AFn1 ist (Schritte S305, S306). D.h., in diesem Fall, wird wie in dem zweiten Ausführungsbeispiel der Fettausschlag bei einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis gemäß der Menge des in dem Katalysator gespeicherten Sauerstoffs ausgeführt.
  • Wenn im Gegensatz dazu die Menge des absorbierten NOx ein relativ hoher Wert von M2 ist, wird das zweite erforderliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis als AFn2 bestimmt. Zu diesem Zeitpunkt ist das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf AFn2 einzustellen, welches das niedrigere (fettere) Luft-Kraftstoff-Verhältnis der beiden erforderlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnisse AFo und AFn2 ist (Schritte S305, S307). D.h., in diesem Fall wird der Fettausschlag bei einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis gemäß der Menge des in dem Katalysator absorbierten NOx ausgeführt.
  • Durch Verwenden der Anordnung dieses Ausführungsbeispiels ist es möglich, das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf einen geeigneten Wert gemäß den Mengen von in dem Katalysator gespeicherten Sauerstoff und absorbierten NOx einzustellen. Insbesondere dann, wenn die Menge des absorbierten NOx relativ gering ist, kann ein Fettausschlag bei einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis gemäß der Menge des in dem Katalysator gespeicherten Sauerstoff ausgeführt werden und wenn die Menge von absorbierten NOx relativ gering ist, kann ein Fettausschlag bei einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis gemäß der Menge von in dem Katalysator absorbierten NOx ausgeführt werden. Durch diese Vorgehensweise kann eine ausreichende Reduzierung von absorbierten NOx selbst dann hervor gebracht werden, wenn die Menge von absorbierten NOx relativ groß ist, wodurch es für den Katalysator möglich wird, dass er seine NOx Absorptionsfähigkeit adäquat wiederherstellt.
  • Diese Erfindung ist nicht auf die vorgenannten Beispiele und Ausführungsbeispiele beschränkt und ist in verschiedenen Modifikationen innerhalb ihres Bereichs möglich. Im Folgenden sind mögliche Varianten angegeben.
    • (1) In dem zweiten Ausführungsbeispiel wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis während dem Ausüben eines Fettausschlags gemäß der Menge des in dem Katalysator gespeicherten Sauerstoffs bestimmt und in dem dritten Ausführungsbeispiel wird es gemäß den Mengen von in dem Katalysator gespeicherten Sauerstoff und darin absorbierten NOx bestimmt. Jedoch könnte stattdessen das Luft-Kraftstoff-Verhältnis während dem Ausüben eines Fettausschlags lediglich gemäß der Menge des in dem Katalysator absorbierten NOx bestimmt werden. Diese Modifikation wäre beispielsweise besonders dann effektiv, wenn der NOx Absorptions-/Reduktionskatalysator kein Ceroxid oder andere Co-Katalysatoren zum Speichern und Freigeben von Sauerstoff hat.
    • (2) In den vorgenannten Ausführungsbeispielen ist die verwendete Kraftmaschine von einer Öffnungseinspritzbauweise, bei der Kraftstoff in eine Einlassöffnung 23 eingespritzt wird, die einen Lufteinlassdurchlass bildet, jedoch könnte ebenso eine Kraftmaschine einer Zylindereinspritzbauweise verwendet werden, bei der der Kraftstoff direkt in die Brennkammer eingespritzt wird.
    • (3) In den vorgenannten Ausführungsbeispielen kann das Kompressionsverhältnis aus zwei vorbestimmten Werten ausgewählt werden (3), könnte jedoch stattdessen unter drei oder mehreren vorbestimmten Werten ausgewählt werden. Das Kompressionsverhältnis kann auch kontinuierlich zwischen einem vorbestimmten Maximalwert und Minimalwert eingestellt werden.
    • In den vorgenannten Ausführungsbeispielen ist das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in dem zweiten Betriebsmodus auf das stoichiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt, könnte jedoch stattdessen auf ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt sein.
    • Im Allgemeinen wird in einem ersten Zustand eines relativ hohen Kompressionsverhältnisses eine Brennkraftmaschine bei einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis laufen, welches höher als das stoichiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist (d.h., bei einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis). Der Wiederaufbereitungsprozess wird zumindest während eines Abschnitts der Umstellzeitspanne von dem ersten Zustand eines relativ hohen Kompressionsverhältnisses zu einem zweiten Zustand eines relativ niedrigen Kompressionsverhältnisses ausgeführt.
    • Das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis während der Wiederaufbereitungsprozessausführzeitspanne kann auf ein Niveau eingestellt sein, das niedriger als das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in dem zweiten Zustand nach Vollendung der Wiederaufbereitungsprozessausführzeitspanne ist (in dem vorgenannten Ausführungsbeispielen im Wesentlichen gleich zu dem stoichiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist).
    • (4) In den vorstehenden Ausführungsbeispielen wird das Kompressionsverhältnis variiert, indem der obere Block 31 mit Bezug auf den unteren Block 32 in der Vertikalrichtung bewegt wird, es könnte statt dessen aber auch ein anderes Verfahren verwendet werden.
    • Im Allgemeinen wird der Kompressionsverhältnismodifizierer die Brennkammer aufweisen und das Kompressionsverhältnis modifizieren, indem er das Volumen der Brennkammer modifiziert, insbesondere indem er zumindest einen Wert aus dem maximalen Volumen und dem minimalen Volumen der Brennkammer modifiziert.
    • (5) In den vorgenannten Ausführungsbeispielen ist die Kraftmaschine auf ein Kraftfahrzeug montiert, sie kann jedoch stattdessen auch in einem Schiff oder einem anderen beweglichen Körper montiert sein. Sie kann auch in stationären Geräten montiert sein.
  • Im Allgemeinen kann die vorliegende Erfindung in Brennkraftmaschinen verwendet werden, die mit Kompressionsverhältnis modifizieren ausgestattet ist.
  • Es wird eine Technik geschaffen, die in der Lage ist, den Abfall in der Kraftstoffverbrauchsrate abzuschwächen, der auftreten kann, wenn während der Kompressionsverhältnisumstellzeitspanne auftretendes Klopfen oder andere anormale Verbrennungen unterdrückt werden. Eine Brennkraftmaschine weist einen Kompressionsverhältnismodifizierer, eine Kraftstoffzuführeinrichtung, eine Reinigungsvorrichtung und eine Steuereinrichtung auf. Die Reinigungsvorrichtung hat einen Katalysator, der in der Lage ist, NOx in dem Abgas zu absorbieren. Die Brennkraftmaschine läuft während einem ersten Zustand eines relativ hohen Kompressionsverhältnisses bei einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das höher als ein stoichiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist. Beim Umstellen von dem ersten Zustand eines relativ hohen Kompressionsverhältnisses zu einem zweiten Zustand eines relativ niedrigen Kompressionsverhältnisses durch Steuern des Kompressionsverhältnismodifizierers, führt die Steuereinrichtung einen Wiederaufbereitungsprozess zum Wiederaufbereiten der NOx Absorptionsfähigkeit der Reinigungsvorrichtung durch, indem die Kraftstoffzuführeinrichtung so gesteuert wird, dass sie ein Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis erzielt, welches zumindest während eines Abschnitts der Kompressionsverhältnisumstellzeitspanne niedriger als das stoichiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist. Das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis während der Wiederaufbereitungsprozessausführzeitspanne ist niedriger eingestellt als ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis in dem zweiten Zustand nach der Vollendung der Wiederaufbereitungsprozessausführzeitspanne.

Claims (8)

  1. Brennkraftmaschine mit: einem Kompressionsverhältnismodifizierer, der eine Brennkammer hat und ein Kompressionsverhältnis modifiziert, indem er ein Volumen der Brennkammer modifiziert; einer Kraftstoffzuführeinrichtung, die Kraftstoff zu der Brennkammer zuführt; einer Reinigungsvorrichtung, die Abgase von der Brennkammer reinigt, wobei die Reinigungsvorrichtung einen Katalysator hat, der in der Lage ist, NOx in den Abgasen zu absorbieren; und einer Steuereinrichtung, die Betriebszustände der Brennkraftmaschine erfasst und den Kompressionsverhältnismodifizierer und die Kraftstoffzuführeinrichtung gemäß den erfassten Ergebnissen steuert, wobei die Brennkraftmaschine während einem ersten Zustand eines relativ hohen Kompressionsverhältnisses bei einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis läuft, welches höher als ein stoichiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, und die Steuereinrichtung beim Umstellen von dem ersten Zustand eines relativ hohen Kompressionsverhältnisses zu einem zweiten Zustand eines relativ niedrigen Kompressionsverhältnisses durch Steuern des Kompressionsverhältnismodifizierers einen Wiederaufbereitungsprozess zum Wiederaufbereiten der NOx Absorptionsfähigkeit der Reinigungsvorrichtung ausführt, indem die Kraftstoffzuführeinrichtung so gesteuert wird, dass sie ein Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis erzielt, das zumindest während eines Abschnitts der Kompressionsverhältnisumstellzeitspanne niedriger als das stoichiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, wobei das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis während der Wiederaufbereitungsprozessausführzeitspanne niedriger als ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis in dem zweiten Zustand nach der Vollendung der Wiederaufbereitungsprozessausführzeitspanne ist.
  2. Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1, ferner mit: einer Zündeinrichtung, die das Gemisch der Brennkammer zündet, wobei die Steuereinrichtung in der Lage ist, die Zündzeitgebung der Zündeinrichtung einzustellen, und eine Sollzündzeitgebung während der Wiederaufbereitungsprozessausführzeitspanne unter Berücksichtigung des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in dem Wiederaufbereitungsprozess bestimmt ist.
  3. Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 2, wobei die Sollzündzeitgebung während der Wiederaufbereitungsprozessausführzeitspanne auf einen stärker nacheilenden Wert aus einer ersten erforderlichen Zündzeitgebung und einer zweiten erforderlichen Zündzeitgebung eingestellt ist, wobei die erste erforderliche Zündzeitgebung gemäß einem gegenwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis bestimmt ist und die zweite erforderliche Zündzeitgebung gemäß dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis in dem Wiederaufbereitungsprozess bestimmt ist.
  4. Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1, wobei die Sollzündzeitgebung während der Wiederaufbereitungsprozessausführzeitspanne gemäß einer abgeschätzten Menge von durch den Katalysator absorbierten NOx bestimmt ist.
  5. Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1, wobei der Katalysator in der Lage ist, Sauerstoff in den Abgasen zu speichern und den gespeicherten Sauerstoff gemäß einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis frei zu geben, und das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis während der Wiederaufbereitungsprozessausführzeitspanne gemäß einer geschätzten Menge von durch den Katalysator gespeicherten Sauerstoff bestimmt ist.
  6. Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1, wobei der Katalysator in der Lage ist, Sauerstoff in den Abgasen zu speichern und den gespeicherten Sauerstoff gemäß einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis frei zu geben, und das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis während der Wiederaufbereitungsprozessausführzeitspanne auf einen niedrigeren Wert aus einem ersten erforderlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnis und einem zweiten erforderlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt ist, wobei das erste erforderlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnis gemäß einer geschätzten Menge von durch den Katalysator gespeicherten Sauerstoff bestimmt ist und das zweite erforderliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis gemäß einer geschätzten Menge von durch den Katalysator absorbierten NOx bestimmt ist.
  7. Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1, wobei die Wiederaufbereitungsprozessausführzeitspanne und die Kompressionsverhältnisumstellzeitspanne jeweils einen Startzeitpunkt besitzt und der Startzeitpunkt der Wiederaufbereitungsprozessausführzeitspanne im Wesentlichen der gleiche wie der Startzeitpunkt der Kompressionsverhältnisumstellzeitspanne ist.
  8. Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 7, wobei die Wiederaufbereitungsprozessausführzeitspanne und die Kompressionsverhältnisumstellzeitspanne jeweils einen Beendigungszeitpunkt besitzen und der Beendigungszeitpunkt der Wiederaufbereitungsprozessausführzeitspanne im Wesentlichen der gleiche wie der Beendigungszeitpunkt der Kompressionsverhältnisumstellzeitspanne ist.
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