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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Luft-Kraftstoffverhältnis-Regelgerät für einen
Verbrennungsmotor gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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Ein übliches
Luft-Kraftstoffverhältnis-Regelgerät enthält:
einen
Dreiwege-Katalysator (auf den hiernach einfach als "Katalysator" Bezug genommen wird),
bereitgestellt in einer Auslasspassage eines Verbrennungsmotors
zum Reinigen von HC, CO und NOx in einem Abgas zur selben Zeit;
einen ersten Luft-Kraftstoffverhältnis-Sensor
zum Detektieren eines Luft-Kraftstoffverhältnis bei
einer Position stromaufwärts
zu dem Katalysator; einen zweiten Luft-Kraftstoffverhältnis-Sensor
zum Detektieren eines zweiten Luft-Kraftstoffverhältnis bei
einer Position stromabwärts
zu dem Katalysator; und einen Controller zum Steuern des Luft-Kraftstoffverhältnis. Ein
Sauerstoffspeicherumfang des Katalysators wird berechnet auf der
Grundlage des ersten Luft-Kraftstoffverhältnis und einer Ansaugluftmenge,
zum Steuern des Luft-Kraftstoffverhältnis für den Verbrennungsmotor so,
dass die Sauerstoffspeichermenge mit einer Soll-Sauerstoffspeichermenge abgestimmt (
EP 1 128 045 A2 )
ist.
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Der
Betrieb des üblichen
Geräts
wird beschrieben.
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Wie
in dem Stand der Technik bekannt, ist der Reinigungs-Leistungsumfang der
Katalysators in der Nähe
des stöchiometrischen
Luft-Kraftstoffverhältnis
hoch. Weicht ein Betriebspunkt von dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoffverhältnis ab,
so senkt sich dessen Reinigungswirkungsgrad ab. Demnach hat zum
Adressieren eines Problems aufgrund einer zeitweisen Abweichung
des Luft-Kraftstoffverhältnis der
Katalysator eine Sauerstoffspeicherkapazität.
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Mit
der Sauerstoffspeicherkapazität
nimmt der Katalysator den Sauerstoff in dem Abgas dann auf, wenn
der Betrieb auf einer mageren Seite des stöchiometrischen Luft-Kraftstoffverhältnis ausgeführt wird,
so dass sich die katalytische Atmosphäre bei dem stöchiometrischen
Luft-Kraftstoffverhältnis solange
halten lässt,
bis der Sauerstoffspeicherumfang gesättigt ist.
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Der
Katalysator gibt den Sauerstoff frei, wenn der Betrieb an einer
reichen Seite des stöchiometrischen
Luft-Kraftstoffverhältnis ausgeführt wird, so
dass sich die katalytische Atmosphäre bei dem stöchiometrischen
Luft-Kraftstoffverhältnis halten lässt.
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Der
Controller berechnet den Umfang von Sauerstoff, der in den Katalysator
absorbiert oder von diesem freigegeben wird, durch Integration auf
der Grundlage einer Überschuss-Sauerstoffrate, bestimmt
durch Umsetzen von dem ersten Luft-Kraftstoffverhältnis und dem Ansaugluftumfang
zu diesem Punkt. Der Controller steuert den Sauerstoffspeicherumfang
zu einem Soll-Sauerstoffspeicherumfang zum Halten der katalytischen
Atmosphäre
bei dem stöchiometrischen
Luft-Kraftstoffverhältnis.
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Ferner
tritt aufgrund der Tatsache, dass der erste Luft-Kraftstoffverhältnis-Sensor bei der Abgasluft
mit hoher Temperatur freiliegt, eine Fluktuation der Ausgangsgrößen des
Detektionssignals auf. Zum Korrigieren der Fluktuation korrigiert
der Controller die Abweichung von dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoffverhältnis unter
Verwendung des zweiten Luft-Kraftstoffverhältnis-Sensors, und er hält das Luft-Kraftstoffverhältnis bei
einer Position stromabwärts
zu dem Katalysator bei dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoffverhältnis.
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Als
nächstes
erfolgt eine Beschreibung der Reinigungs-Charakteristiken für HC und Nox, wenn der Katalysator
in einer neuen Bedingung vorliegt, und bei einer verschlechterten
Bedingung.
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Beispielsweise
dann, wenn der Katalysator in einer neuen Bedingung vorliegt und
wenn das durch den zweiten Luft-Kraftstoffverhältnis-Sensor detektierte
Luft-Kraftstoffverhältnis nahe
dem stöchiometrischen
Luft-Kraftstoffverhältnis liegt,
liegt die HC-Reinigungsrate bei einem maximalen Zustand vor. Das
HC-Reinigungsverhältnis
verschlechtert sich mit weitergehender Abweichung des Luft-Kraftstoffverhältnis von
dem stöchiometrischen
Luft-Kraftstoffverhältnis zu
der angereicherten Seite oder der mageren Seite. Jedoch ist der
Randabstand für
das verringerte Reinigungsverhältnis
gering, und die HC-Reinigungsrate hat im wesentlichen flache Charakteristiken.
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Andererseits
ist dann, wenn das Luft-Kraftstoffverhältnis nahe dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoffverhältnis liegt,
die NOx Reinigungsrate maximal. Die NOx-Reinigungsrate reduziert
sich allmählich
an der angereicherten Seite, und sie reduziert sich stark bei der
mageren Seite.
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Mit
voranschreitender Verschlechterung des Katalysators senkt sich die
HC-Reinigungsrate im Vergleich zu der HC-Reinigungsrate, wenn der Katalysator
in der neuen Bedingung vorliegt. Jedoch ist die Reinigungsrate hoch,
wenn das Luft-Kraftstoffverhältnis nahe
dem stöchiometrischen
Luft-Kraftstoffverhältnis liegt.
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Andererseits
reduziert sich die NOx Reinigungsrate signifikant, wenn das Luft-Kraftstoffverhältnis nicht
nahe einem vorgegebenen Wert liegt (an der angereicherten Seite
des stöchiometrischen Luft-Kraftstoffverhältnis).
Selbst dann, wenn das Luft-Kraftstoffverhältnis nahe dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoffverhältnis liegt,
reduziert sich die Reinigungsrate signifikant.
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Im
Hinblick auf die NOx Reinigungs-Charakteristik in Entsprechung zu
dem Verschlechterungsniveau des Katalysators reduziert sich, bei
Zunahme des Verschlechterungsniveaus, die Reinigungsrate bei einem
gegenüber
dem vorgegebenen Wert abweichenden Luft-Kraftstoffverhältnis um
vieles mehr. Selbst wenn das Luft-Kraftstoffverhältnis nahe dem stöchiometrischen
Luft-Kraftstoffverhältnis
liegt, reduziert sich die Reinigungsrate signifikant.
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Im
Ergebnis wird dann, wenn das Luft-Kraftstoffverhältnis bei dem stöchiometrischen
Luft-Kraftstoffverhältnis
liegt, sofern der Katalysator in der neuen Bedingung vorliegt, das
nahezu maximalen NOx Reinigungsverhältnis gehalten. Jedoch reduziert
sich bei fortschreitender Verschlechterung des Katalysators die
NOx Reinigungsrate signifikant.
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D.h.,
dann, wenn der Katalysator in der neuen Bedingung vorliegt, sind
die Reinigungsraten für HC,
CO und NOx zu einem hohen Wert entworfen, solange das Luft-Kraftstoffverhältnis nahe
dem stöchiometrischen
Luft-Kraftstoffverhältnis
liegt. Jedoch senkt sich bei der tatsächlichen Bedingung während der
Anwendung der Reinigungsleistungsumfang des Katalysators aufgrund
der Verschlechterung des Katalysators aufgrund zahlreicher Faktoren.
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Beispielsweise
ist heiße
Abgasluft ein thermischer Verschlechterungsfaktor. Da sich Partikelstruktur
von Edelmetallen wie Platin, Palladium und Rhodium in dem Katalysator
allmählich
deformiert, senkt sich der Reinigungswirkungsgrad der Edelmetalle.
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Ferner
sind Komponenten in dem Kraftstoff wie Blei, Schwefel und Phosphor
giftige Verschlechterungsfaktoren. Diese Komponenten werden durch die
Edelmetalle angezogen, und die Edelmetalle werden vergiftet. Demnach
senkt sich der Reinigungswirkungsgrad der Edelmetalle ab.
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D.h.,
in dem üblichen
Gerät wird,
da das Luft-Kraftstoffverhältnis bei
einer Position stromabwärts
zu dem Katalysator zu dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoffverhältnis gesteuert
wird, die Reinigungsrate bei einem hohen Niveau dann gehalten, wenn
der Katalysator in der neuen Bedingung vorliegt. Jedoch ist es dann,
wenn die Verschlechterung des Katalysators voranschreitet, nicht
möglich,
den anfänglichen
Reinigungswirkungsgrad beizubehalten.
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Bei
dem üblichen
Luft-Kraftstoffverhältnis-Regelgerät für einen
Verbrennungsmotor wird aufgrund der Tatsache, dass das Luft-Kraftstoffverhältnis bei
einer Position stromabwärts
zu dem Katalysator zu dem stöchiometrischen
Luft-Kraftstoffverhältnis geregelt
wird, dann, wenn der Katalysator in der neuen Bedingung vorliegt,
das hohe Reinigungsverhältnis
für jeweils
HC und NOx beibehalten. Jedoch wird dann, wenn der Katalysator in
der verschlechterten Bedingung vorliegt, die hohe Reinigungsrate
für HC
beibehalten, jedoch reduziert sich das NOx Reinigungsverhältnis signifikant.
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In
EP 0 844 379 B1 wird
eine Vorgehensweise zum Bestimmen der Verschlechterung eines Katalysators
zur Abgasreinigung vorgeschlagen. Insbesondere erfolgt dies durch
Berechnen eines Luftkraftstoffverhältnisses für das dem Katalysator zuzuführende Abgas,
um eine vorbestimmte Emissionsreinigungsfähigkeit zu erreichen, auf der
Grundlage erfasster Ausgangssignale eines Abgassensors unter Beurteilung
eines Verschlechterungszustands des Katalysators auf der Grundlage
von berechneten Luft-Kraftstoffverhältnissen.
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In
DE 101 63 058 A1 ist
ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine beschrieben, bei
dem ein Luft-Kraftstoffverhältnis für eine Verbrennungsmotorregelung abhängig von
einer NOx-Konzentration im Abgas hinter einem Katalysator festgelegt
ist. Zudem ist in
DE
42 15 942 C2 ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern
von NOx und HC in einem Abgassystem einer Brennkraftmaschine beschrieben,
bei dem insbesondere ein Verhältnis
dieser Komponente in einem vorgegebenen Bereich verbleibt, so dass
der Katalysator in einem günstigen Wirkungsgrad
arbeitet.
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In
EP 0 844 374 B1 ist
ein Katalysator-Verschlechterungs-Diagnosesystem zur Erkennung eines Verschlechterungszustands
eines Katalysator beschrieben, bei dem insbesondere mit einer Indexeinrichtung
eine Entscheidung über
einen Verschlechterungszustand des Katalysators zugeführt wird.
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In
Hinblick auf die obigen Ausführungen
besteht ein technisches Problem der vorliegenden Erfindung besteht
demnach in der Schaffung eines Luft-Kraftstoffverhältnis-Regelgeräts für einen
Verbrennungsmotor mit der Fähigkeit
zum Beibehalten einer NOx Reinigungsrate bei einem hohen Niveau selbst
dann, wenn ein Katalysator in einer verschlechterten Bedingung vorliegt.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird dieses Problem gelöst durch ein Luft-Kraftstoffverhältnis-Regelgerät für einen
Verbrennungsmotor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung lässt sich
die NOx Reinigungsrate bei einem hohen Niveau selbst dann halten,
wenn der Katalysator in einer verschlechterten Bedingung vorliegt.
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Hiernach
werden bevorzugte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf die Zeichnung beschrieben;
es zeigen:
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1 ein
Blockschaltbild zum Darstellen eines Luft-Kraftstoff-Steuergeräts für einen Verbrennungsmotor gemäß einer
ersten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung;
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2 einen
Graphen zum Darstellen von Ausgangsspannungs-Charakteristiken eines Sauerstoffkonzentrations-Sensors (λ-Sensor),
der bei einer Position stromabwärts
zu einem Katalysator angeordnet ist;
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3 einen
Graphen zum Darstellen von Ausgangsspannungs-Charakteristiken eines Sauerstoffkonzentrations-Sensors (Linear-Sensor),
der bei einer Position stromaufwärts
zu dem Katalysator angeordnet ist;
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4 einen
Graphen zum Darstellen von Reinigungsraten-Charakteristiken für HC und NOx durch den Katalysator;
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5 einen
Graphen zum Darstellen einer Änderung
der NOx Reinigungsraten-Charakteristiken abhängig von einem Verschlechterungspegel
des Katalysators;
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6 eine
Ansicht von Graphen zum Darstellen einer Entladungsmenge an HC und
eine Entladungsmenge an NOx, abhängig
von einer Fahrzeuggeschwindigkeitsänderung während einem Fahren eines Fahrzeugs,
wenn der Katalysator verschlechtert ist;
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7 ein
Blockschaltbild zum Darstellen eines Luft-Kraftstoffverhältnis-Steuergeräts für einen Verbrennungsmotor
gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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8 einen
Graphen zum Darstellen von Temperatur-Charakteristiken einer Ausgangsspannung
eines Sauerstoffkonzentrationssensors (λ-Sensor), abhängig von
einem Luft-Kraftstoffverhältnis;
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9 einen
Graphen zum Darstellen der Ausgangsspannungs-Charakteristiken nach 8, abhängig von
einer Einrichtungstemperatur;
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10 einen
Graphen zum Darstellen eines Korrekturwerts, bestimmt auf der Grundlage
der Temperatur-Charakteristiken
nach 9;
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11 einen
Graphen zum Darstellen einer Beziehung zwischen einer Ansaugluftmenge
und der Einrichtungstemperatur;
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12 einen
Graphen zum Darstellen der NOx-Reinigungscharakteristiken
des Katalysators nach einer Verschlechterung für unterschiedliche Betriebsbedingungen;
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13 einen
Graphen zum Darstellen von Korrekturwerten, bestimmt abhängig von
einer Betriebsbedingung, gemäß einer
dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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14 eine
Ansicht zum Darstellen einer Frequenzverteilung der Einrichtungstemperatur
des Sauerstoffkonzentrations-Sensors (λ-Sensor) während dem Fahren eines Fahrzeugs;
und
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15 einen
Graphen zum Darstellen von Ausgabespannungs-Charakteristiken des Sauerstoffkonzentrations-Sensors
(λ-Sensor)
bei einer Einrichtungstemperatur von 600°C.
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Hiernach
wird eine erste Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung in bezug auf die Zeichnung beschrieben.
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Die 1 zeigt
ein Blockschaltbild zum Darstellen eines Luft-Kraftstoffverhältnis-Steuergeräts für einen
Verbrennungsmotor gemäß der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Gemäß 1 ist
ein Katalysator 3 angeordnet in einem Auspuffrohr 2 eines
Motors 1 als Verbrennungsmotor. Der Katalysator 3 entfernt
eine toxische Substanz aus dem Abgas.
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Ein
Einspritzer 11 zum Zuführen
eines Kraftstoffs zu dem Motor 1 ist bei einer Luftansaugleitung des
Motors 1 angeordnet.
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Ein
Linear-Sauerstoffkonzentrationssensor (hiernach einfach als "Sauerstoff konzentrationssensor" in Bezug genommen) 4 ist
bei einer Position stromaufwärts
zu dem Katalysator 3 als erster Sauerstoffkonzentrationssensor
angeordnet.
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Der
Sauerstoffkonzentrationssensor 4 detektiert eine erste
Sauerstoffkonzentration in dem Abgas bei der Position stromaufwärts zu dem
Katalysator 3, und er gibt ein Detektionssignal entsprechend
einem ersten Luft-Kraftstoffverhältnis AF1
aus.
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Ein
zweiter Sauerstoffkonzentrationssensor (hiernach einfach als der "Sauerstoffkonzentrationssensor" in Bezug genommen) 5 ist
bei einer Position stromabwärts
zu dem Katalysator 3 angeordnet.
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Der
Sauerstoffkonzentrationssensor 5 detektiert eine zweite
Sauerstoffkonzentration in dem Abgas bei der Position stromabwärts zu dem
Katalysator 3, und er gibt ein Detektionssignal entsprechend einem
zweiten Luft-Kraftstoffverhältnis AF2
aus.
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Die
Detektionssignale von dem Sauerstoffkonzentrationssensor 4 und
dem Sauerstoffkonzentrationssensor 5 werden bei einem Controller 6 eingegeben.
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Ferner
sind zahlreiche Sensoren 12 zum Detektieren der Betriebsbedingung
des Motors 1 für
den Motor 1 vorgesehen. Die Detektionssignale von den zahlreichen
Sensoren 12 werden bei dem Controller 6 eingegeben.
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Der
Controller 6 enthält
Komponenten wie einen Mikroprozessor, einen ROM, einen RAM und eine
I/O Schnittstelle. Der Controller 6 generiert ein Treibersteuersignal
auf der Grundlage der Detektionssignale entsprechend dem ersten
und zweiten Luft-Kraftstoffverhältnis
AF1, AF2, und der Detektionssignale (Betriebsbedingung) von den
zahlreichen Sensoren 12, und er bewirkt die Eingabe des
Treibersteuersignals bei dem Einspritzer 11 zum Steuern des
Luft-Kraftstoffverhältnis
für den
dem Motor 1 zugeführten
Kraftstoff.
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Der
Controller 6 enthält:
eine Einspritzer-Treibervorrichtung 7 zum Erzeugen des
Treibersteuersignals, das bei dem Einspritzer 11 eingegeben
wird; eine erste Luft-Kraftstoffverhältnis-Steuervorrichtung 8 zum
Erzeugen eines Kraftstoff-Korrekturkoeffizienten Kc, eingegeben
bei der Einspritzer-Treibervorrichtung 7; eine zweite Luft-Kraftstoffverhältnis-Steuervorrichtung 9 zum
Einstellen eines ersten Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis AFo1, eingegeben bei
der ersten Luft-Kraftstoffverhältnis-Steuervorrichtung 8;
und eine Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis-Einstellvorrichtung 10 zum
Einstellen eines zweiten Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis AFo2,
eingegeben bei der zweiten Luft-Kraftstoffverhältnis-Steuervorrichtung 9.
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Die
Einspritzer-Treibervorrichtung 7 treibt den Einspritzer 11 in Übereinstimmung
mit dem ersten Kraftstoff-Korrekturkoeffizienten
Kc, und sie bewirkt ein Angleichen der Zuführung des Kraftstoffs zu dem
Motor 1.
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Die
erste Luft-Kraftstoffverhältnis-Steuervorrichtung 8 generiert
den Korrekturkoeffizienten Kc so, dass das erste Luft-Kraftstoffverhältnis AFo1
entsprechend dem Detektionssignal von dem Sauerstoffkonzentrationssensor 4 mit
dem ersten Luft-Kraftstoffverhältnis
AFo1 abgestimmt ist, und sie steuert die Einspritzer-Treibervorrichtung 7.
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Die
zweite Luft-Kraftstoffverhältnis-Steuervorrichtung 9 setzt
das erste Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis AFo1 so, dass das zweite
Luft-Kraftstoffverhältnis
AF2 entsprechend dem Detektionssignal von dem Sauerstoffkonzentrationssensor 5 mit
dem zweiten Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis AFo2 abgestimmt ist.
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Die
Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis-Einstellvorrichtung 10 speichert
einen ersten vorgegebenen Wert auf der Grundlage der NOx Reinigungsraten-Charakteristiken
des Katalysators 3 abhängig von
dem Luft-Kraftstoffverhältnis
des Abgasluftsystems des Motors 1. Das zweite Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis AFo2
wird zu dem ersten vorgegebenen Wert festgelegt, der an der angereicherten
Seite des stöchiometrischen
Luft-Kraftstoffverhältnis
(= 14.7) liegt, und der die maximale NOx Reinigungsrate selbst dann
erzielt, wenn der Katalysator 3 verschlechtert ist.
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Insbesondere
setzt die Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis-Einstellvorrichtung 10 einen
Spannungswert, der die maximale NOx Reinigungsrate des Katalysators 3 erzielt,
als Referenz-Spannungswert,
der mit dem Detektionssignal (der Ausgabespannung) von dem Sauerstoffkonzentrationssensor 5 verglichen
wird. Der Referenz-Spannungswert wird als das zweiten Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis AFo2
festgelegt.
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Die
zweite Luft-Kraftstoffverhältnis-Steuervorrichtung 9 enthält einen
Subtrahierer 91 und einen PI Regler 92.
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Der
Subtrahierer 91 vergleicht das Detektionssignal von dem
Sauerstoffkonzentrationssensor 5 zum Anzeigen des zweiten
Luft-Kraftstoffverhältnis AF2
mit dem zweiten Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis AFo2
zum Berechnen einer Luft-Kraftstoffverhältnis-Abweichung
zwischen dem zweiten Luft-Kraftstoffverhältnis AF2
und dem zweiten Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis AFo2
(AFo2-AF2).
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Der
PI Regler 92 bewirkt eine PI Regelung der zweiten Luft-Kraftstoffverhältnis-Abweichung,
berechnet durch den Subtrahierer 91, zum Berechnen des
ersten Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis AFo1.
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Die
erste Luft-Kraftstoffverhältnis-Steuervorrichtung 8 enthält einen
Subtrahierer 81 und einen PID Regler 82.
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Der
Subtrahierer 81 vergleicht das Detektionssignal zum Anzeigen
des ersten Luft-Kraftstoffverhältnis
AF1 mit dem ersten Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis AFo1 zum Berechnen einer
Luft-Kraftstoffverhältnis-Abweichung
zwischen dem ersten Luft-Kraftstoffverhältnis AF1 und dem ersten Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis AFo1
(AFo1-AF1).
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Der
PID Regler 82 bewirkt eine PD Regelung der ersten Luft-Kraftstoffverhältnis-Abweichung,
berechnet durch den Subtrahierer 81, zum Berechnen des
Korrekturkoeffizienten Kc.
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Die 2 zeigt
einen Graphen zum Darstellen der Charakteristiken der Ausgangsspannung
[V] des Sauerstoffkonzentrationssensors (λ-Sensor) 5, der bei
der Position stromabwärts
zu dem Katalysator 3 angeordnet ist.
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Gemäß 2 hat
die Ausgangsspannung des Sauerstoffkonzentrationssensors 5 zwei Wertcharakteristiken
für die Änderung
des Luft-Kraftstoffverhältnis
in der Sensor-Atmosphäre, wobei
die Ausgangsspannung sich stark in der Nähe des stöchiometrischen Luft-Kraftstoffverhältnis ändert (Überschluss-Luftverhältnis λ = 1).
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D.h.,
die Ausgangsspannung des Sauerstoffkonzentrationssensors 5 beträgt ungefähr 0.8 V
An der angereicherten Seite des Luft-Kraftstoffverhältnis, und
ungefähr
0.1 V an der mageren Seite des Luft-Kraftstoffverhältnis.
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Die 3 zeigt
einen Graphen zum Darstellen von Charakteristiken der Ausgangsspannung
[V] des Sauerstoffkonzentrationssensors (Linearsensor) 4,
angeordnet bei der Position stromaufwärts zu dem Katalysator 3.
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Wie
in 3 gezeigt, hat die Ausgangsspannung des Sauerstoffkonzentrationssensors 4 lineare Charakteristik
im Hinblick auf die Änderung
des Luft-Kraftstoffverhältnis
in der Sensor-Atmosphäre.
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D.h.,
die Ausgangsspannung des Sauerstoffkonzentrationssensors 4 beträgt ungefähr 2.25
V bei dem stöchiometrischen
Luft-Kraftstoffverhältnis, ungefähr 0.5 V
bei der Seite des Minimalwerts (angereicherten Seite) für das Luft-Kraftstoffverhältnis, und ungefähr 3.5 V
bei der Seite mit Maximalwert (magere Seite) des Luft-Kraftstoffverhältnis.
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Die 4 zeigt
einen Graphen zum Darstellen der Charakteristiken der Reinigungsraten
[%] für HC
und NOx durch den Katalysator 3. Die Horizontalachse bezeichnet
das Luft-Kraftstoffverhältnis bei der
Position stromabwärts
zu dem Katalysator 3, und die Vertikalachse bezeichnet
die Reinigungsraten des Katalysators 3 abhängig von
dem Luft-Kraftstoffverhältnis bei
der Position stromabwärts
zu dem Katalysator 3.
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In 4 sind
durchgezogene Linien charakteristische Kurven des Katalysators 3 für eine neue Bedingung,
und die unterbrochenen Linien sind charakteristische Kurven des
Katalysators 3 in einer verschlechterten Bedingung.
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Wie
sich anhand der 4 erkennen lässt, sind die Reinigungsraten
des Katalysators 3 dann niedrig, wenn der Katalysator 3 verschlechtert
ist. Die Reinigungsrate für
NOx reduziert sich scharf bei der mageren Seite des Luft-Kraftstoffverhältnis unabhängig von
der Bedingung des Katalysators 3.
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Die 5 zeigt
einen Graphen zum Darstellen der Änderung der NOx Reinigungsraten-Charakteristiken
abhängig
von dem Verschlechterungs-Niveau des Katalysators 3.
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In 5 ist
eine durchgezogene Linie eine charakteristische Kurve des Katalysators 3 in
einer neuen Bedingung, eine strichlierte Linie (abwechselnd lang
und kurz gezogene Linie) ist eine charakteristische Kurve des Katalysators 3 in
einer Bedingung, bei der das Verschlechterungs-Niveau des Katalysators 3 gering
ist, und eine unterbrochene Linie ist eine charakteristische Kurve
des Katalysators in einer Bedingung, bei der das Verschlechterungs-Niveau
des Katalysators 3 mittel ist, und eine punktierte Linie
ist eine charakteristische Kurve des Katalysators 3 in
einer Bedingung, wo das Verschlechterungs-Niveau des Katalysators 3 hoch
ist.
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Wie
sich anhand von 4 erkennen lässt, reduziert sich die Reinigungsrate
des Katalysators 3 mit fortschreitender Verschlechterung
des Katalysators 3.
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Die 6 zeigt
eine Ansicht von Graphen zum Darstellen der Entlademenge von HC
und der Entlademenge von NOx, abhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeitsänderung
während
dem Führen
des Fahrzeugs, wenn der Katalysator 3 verschlechtert ist. 6 zeigt
die Änderung
einer tatsächlichen
Entlademenge dann, wenn der Testmusterantrieb unter Verwendung des
verschlechteren Katalysators ausgeführt wird.
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In
den Graphen der 6 bezeichnet die Horizontalachse
die verstrichene Zeit t, und die Vertikalachse bezeichnen jeweils
die Fahrzeuggeschwindigkeit (Antriebsgeschwindigkeit des Fahrzeugs),
die Entlademenge (integrierter Umfang) an NOx, und die Entlademenge
(integrierter Umfang) von HC. Die unterbrochene Linie bezeichnet
die Entlademenge von NOx und die Entlademenge von HC eines üblichen Geräts.
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Als
nächstes
wird der Betrieb der Luft-Kraftstoff-Regelung gemäß der in 1 gezeigten
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf die 2 bis 6 beschrieben.
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Während dem
Betrieb des Motors 1 bewirkt der Sauerstoffkonzentrationssensor 5,
angeordnet bei der Position stromabwärts zu dem Katalysator 3, die
Eingabe des Detektionssignals (zweites Luft-Kraftstoffverhältnis AF2)
der Ausgabe-Charakteristiken (siehe 2) in dem
Controller 6.
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Das
Detektionssignal ändert
sich scharf in der Nähe
des stöchiometrischen
Luft-Kraftstoffverhältnis.
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In
dem Controller 6 wird das Detektionssignal (zweites Luft-Kraftstoffverhältnis AF2)
von dem Sauerstoffkonzentrationssensor 5 bei dem invertierenden
Eingangsanschluss (-) des Subtrahierers 91 der zweiten
Luft-Kraftstoffverhältnis-Steuervorrichtung 1 eingegeben.
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Zusätzlich generiert
die Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis-Einstellvorrichtung 10 in
dem Controller 6 einen Referenzspannungswert entsprechend
dem zweiten Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis AFo2,
und sie bewirkt die Eingabe des Referenzspannungswerts bei einem
nicht invertierenden Eingangsanschluss (+) des Subtrahierers 91.
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Zu
dieser Zeit wird der Referenz-Spannungswert (zweites Luft-Kraftstoffverhältnis AFo2) von
der Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis-Einstellvorrichtung 10 zu
einem Wert entsprechend einem vorgegebenen Ausgangsspannungswert
des Sauerstoffkonzentrationssensors 5 festgelegt.
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D.h.,
der Referenz-Spannungswert wird bei dem Ausgangsspannungswert (siehe 2)
entsprechend dem vorgegebenen Luft-Kraftstoffverhältnis (siehe
punktierte Linie in 4) an der angereicherten Seite
des stöchiometrischen
Luft-Kraftstoffverhältnis
(wo die Reinigungsrate für
NOx nahe dem Maximum liegt) festgelegt.
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Selbst
wenn der Katalysator 3 in der verschlechterten Bedingung
vorliegt (siehe unterbrochene Linien in 4), wird
der Referenzspannungswert zu dem Subtrahierer 91 als das
zweite Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis
AFo2 eingegeben.
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Nun
werden die Reinigungsraten-Charakteristiken (siehe durchgezogene
Linien) für
den Fall, dass der Katalysator 3 in der neuen Bedingung
vorliegt, unter Bezug auf die 4 beschrieben.
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Gemäß 4 ist
die Reinigungsrate für
HC hoch nahe dem stöchiometrischen
Luft-Kraftstoffverhältnis.
Mit weitergehender Abweichung des Luft-Kraftstoffverhältnis von
dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoffverhältnis zu
der angereicherten Seite oder der mageren Seite reduziert sich die
Reinigungsrate allmählich,
und der Randabstand der Reinigungsrate, die bei der mageren Seite
reduziert ist, und der Randabstand der Reinigungsrate, die bei der angereicherten
Seite reduziert ist, haben im wesentlichen denselben Wert. Die Reinigungsrate
hat flache Charakteristiken.
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Im
Gegensatz hierzu ist die Reinigungsrate für NOx hoch in der Nähe des stöchiometrischen Luft-Kraftstoffverhältnis. Die
Reinigungsrate reduziert sich allmählich an der angereicherten
Seite, und sie reduziert sich scharf an der mageren Seite.
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Als
nächstes
werden die Reinigungsraten-Charakteristiken (siehe unterbrochene
Linien) beschrieben, wenn die Verschlechterung des Katalysators 3 voranschreitet.
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In
diesem Fall wird, obgleich die Reinigungsrate für HC relativ gering im Vergleich
zu der Reinigungsrate dann ist, wenn der Katalysator in der neuen
Bedingung vorliegt, die Reinigungsrate bei einem hohen Niveau um
das stöchiometrische
Luft-Kraftstoffverhältnis
gehalten.
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Die
Reinigungsrate für
NOx reduziert sich signifikant in dem Luft-Kraftstoffverhältnis anders
als dem Luft-Kraftstoffverhältnis nahe
dem vorgegebenen Einstellwert (siehe punktierte Linie) an der angereicherte
Seite des stöchiometrischen
Luft-Kraftstoffverhältnis.
Die Reinigungsrate für
NOx reduziert sich stark in der Nähe des stöchiometrischen Luft-Kraftstoffverhältnis.
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Liegt
das Luft-Kraftstoffverhältnis
nahe dem festgelegten Wert (siehe punktierte Linie) an der angereicherten
Seite, so wird unabhängig
davon, ob der Katalysator 3 in der neuen Bedingung oder
in der verschlechterten Bedingung vorliegt, die nahezu maximale
NOx Reinigungsrate beibehalten.
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Wie
in 5 gezeigt, verringert sich die Reinigungsrate
NOx signifikant in dem Luft-Kraftstoffverhältnis anders als dem Luft-Kraftstoffverhältnis in
der Nähe
zu dem festgelegten Wert (siehe punktierte Linie) an der angereicherten
Seite des stöchiometrischen
Luft-Kraftstoffverhältnis
mit sich erhöhendem Verschlechterungs-Niveau
des Katalysators 3. Die Reinigungsrate verringert sich
signifikant selbst in der Nähe
des stöchiometrischen
Luft-Kraftstoffverhältnis
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D.h.,
die Reinigungsrate für
NOx bei dem stöchiometrischen
Luft-Kraftstoffverhältnis
liegt dann bei dem Maximum, wenn der Katalysator 3 in der neuen
Bedingung vorliegt. Jedoch reduziert sich die Reinigungsrate signifikant
mit voranschreitender Verschlechterung des Katalysators 3.
Andererseits lässt sich
bei dem Luft-Kraftstoffverhältnis
in der Nähe
des Einstellwerts (siehe punktierte Linien in 4 und 5)
an der angereicherten Seite des stöchiometrischen Luft-Kraftstoffverhältnis, die
nahezu maximale NOx Reinigungsrate beibehalten, unabhängig davon, ob
der Katalysator 3 in der neuen Bedingung vorliegt, und
unabhängig
von dem Verschlechterungs-Niveau des Katalysators 3.
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In
der zweiten Luft-Kraftstoffverhältnis-Steuervorrichtung 9 berechnet
der Subtrahierer 91 die Abweichung (= AFo2 – AF2) zwischen
dem zweiten Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis AFo2 und dem zweiten Luft-Kraftstoffverhältnis AF2,
und er gibt die Abweichung bei dem PI Controller bzw. Regler 92 als
die zweite Luft-Kraftstoffverhältnis-Abweichung
ein.
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Der
PI Controller 92 bewirkt eine Proportional- (P) Berechnung
und eine Integrier- (I) Berechnung in Zuordnung zu der zweiten Luft-Kraftstoffverhältnis-Abweichung
zum Festlegen eines Referenzspannungswerts, der zum Versetzen der
zweiten Luft-Kraftstoffverhältnis-Abweichung
arbeitet. Der Referenzspannungswert wird bei dem nicht invertierenden
Eingangsanschluss (+) des Subtrahierers 81 in der ersten
Luft- Kraftstoffverhältnis-Steuervorrichtung 8 als
das erste Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis AFo1
eingegeben.
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In
der ersten Luft-Kraftstoffverhältnis-Steuervorrichtung 8 wird
das Detektionssignal (erstes Luft-Kraftstoffverhältnis AF1) von dem Sauerstoffkonzentrationssensor 4,
angeordnet bei der Position stromaufwärts zu dem Katalysator 3,
bei dem invertierenden Eingangsanschluss (-) des Subtrahierers 81 eingegeben.
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Der
Subtrahierer 81 berechnet die Abweichung (= AFo1 – AF1) zwischen
dem ersten Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis AFo1 und dem ersten Luft-Kraftstoffverhältnis A1,
und er bewirkt die Eingabe der Abweichung bei dem PID Controller 82 als erste
Luft-Kraftstoffverhältnis-Abweichung.
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Der
PID Controller 82 bewirkt eine Proportional- (P) Berechnung,
eine Integrier- (I) Berechnung, und eine Differenzier- (D) Berechnung
in Zuordnung zu der Luft-Kraftstoffverhältnis-Abweichung
zum Festlegen des Korrekturkoeffizienten Kc, der für den Versatz
der ersten Luft-Kraftstoffverhältnis-Abweichung
arbeitet. Der PID Controller 82 bewirkt die Eingabe des
Korrekturkoeffizienten Kc bei der Einspritzer-Treibervorrichtung 7.
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Die
Einspritzer-Treibervorrichtung 7 setzt den Sollumfang des
zu dem Motor 1 zugeführten Kraftstoffs
in Zuordnung zu dem Korrekturkoeffizienten Kc, und sie treibt den
Einspritzer 11 mittels einem Treibersteuersignal in Zuordnung
zu der Soll-Luft-Kraftstoffgröße.
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Demnach
wird das Luft-Kraftstoffverhältnis des
dem Motor 1 zugeführten
Kraftstoffs so gesteuert, dass die Reinigungsrate des Katalysators 3 für NOx maximal
ist.
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D.h.,
der Controller 6 bewirkt ein Angleichen des ersten Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis AFo1
derart, dass die Abweichung zwischen dem zweiten Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis AFo2
und dem zweiten Luft-Kraftstoffverhältnis AF2 eliminiert ist, und er
bewirkt ein Angleichen der Kraftstoff-Zuführgröße derart, dass die Abweichung
zwischen dem ersten Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis AFo1
und dem ersten Luft-Kraftstoffverhältnis AF1
eliminiert ist. Demnach ist das zweite Luft-Kraftstoffverhältnis AF2
bei der Position stromabwärts
zu dem Katalysator 3 mit dem zweiten Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis AFo2
unter einer Steuerung/Regelung abgestimmt.
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Zu
dieser Zeit wird aufgrund der Tatsache, dass das zweite Luft-Kraftstoffverhältnis AFo2
zu dem vorgegebenen Wert festgelegt ist (siehe punktierte Linien
in 4 und 5), an der angereicherten Seite
des stöchiometrischen
Luft-Kraftstoffverhältnis, das
zweite Luft-Kraftstoffverhältnis
AF2 zu dem Einstellwert an der angereicherten Seite geregelt.
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Als
nächstes
wird die Änderung
der NOx Entladegröße dann,
wenn der Katalysator 3 in der verschlechterten Bedingung
vorliegt, unter Bezug auf die 6 beschrieben.
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Bei
dem oben erwähnten üblichen
Gerät wird das
Luft-Kraftstoffverhältnis an
der stromabwärtigen Seite
des Katalysators 3 zu dem Niveau in der Nähe des stöchiometrischen
Luft-Kraftstoffverhältnis
gesteuert/geregelt. Demnach reduziert sich der NOx Reinigungsleistungsumfang
(siehe unterbrochene Linien in 8) bei dem
Niveau in der Nähe
des stöchiometrischen
Luft-Kraftstoffverhältnis
dann, wenn der Katalysator 3 in der verschlechterten Bedingung vorliegt,
signifikant. Die Entlademenge von NOx ändert sich so, wie anhand der
unterbrochenen Linien in 6 gezeigt.
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Im
Gegensatz hierzu wird gemäß der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung das zweite Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis AFo2 bei dem vorgegebenen
Wert an der angereicherten Seite festgelegt. Bei dem festgelegten
Wert (siehe punktierte Linien in 4 und 5)
an der angereicherten Seite wird der Reinigungsleistungsumfang von
NOx (siehe unterbrochene Linie in 4) bei einem
hohen Niveau gehalten. Demnach ist die NOx Entlademenge (siehe durchgezogene
Linie in 6) zu ungefähr einem Drittel der NOx Entlademenge
in dem Fall des üblichen
Geräts
(siehe unterbrochene Linie) reduziert.
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Als
nächstes
wird die Änderung
in der HC Entlademenge unter Bezug auf die 6 beschrieben.
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Wie
in 4 gezeigt, wird ein HC Reinigungsleistungsumfang
auf hohem Niveau in der Nähe
des stöchiometrischen
Luft-Kraftstoffverhältnis beibehalten.
Demnach ändert
sich in dem üblichen Gerät zum Steuern
des Luft-Kraftstoffverhältnis
in der Nähe
des stöchiometrischen
Luft-Kraftstoffverhältnis die
HC Entlademenge so, wie anhand der unterbrochenen Linie in 6 gezeigt.
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Im
Gegensatz hierzu wird gemäß der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung das Luft-Kraftstoffverhältnis bei
der Position stromabwärts
zu dem Katalysator 3 zu dem Einstellwert an der angereicherten
Seite gesteuert/geregelt (siehe punktierte Linien in 4 und 5).
Demnach ist, wie anhand der durchgezogenen Linie in 6 gezeigt,
der Reinigungsleistungsumfang für
HC geringfügig
niedriger als derjenige in dem Fall des üblichen Geräts (siehe unterbrochene Linie).
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Jedoch
ist, wie in 4 gezeigt, die Änderung
der Reinigungsraten-Charakteristik in HC gering. Demnach ist, wie
in 6 gezeigt, die Zunahme der HC Entlademenge minimiert.
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Wie
oben beschrieben, enthält
das Luft-Kraftstoffverhältnis-Regelgerät: die Sauerstoffkonzentrationssensoren 4, 5,
bereitgestellt bei den Positionen stromabwärts und stromaufwärts zu dem Katalysator 3;
den Einspritzer 11 und die Einspritzer-Treibervorrichtung 7 zum
Zuführen
des Kraftstoffs zu dem Motor 1 zum Angleichen des Luft-Kraftstoffverhältnis; die
erste Luft-Kraftstoffverhältnis-Steuervorrichtung 8 zum
Steuern des Luft-Kraftstoffverhältnis
derart, dass das erste Luft-Kraftstoffverhältnis AF1 von dem Sauerstoff-Konzentrationssensor 4 mit
dem ersten Soll-Luft- Kraftstoffverhältnis AFo1
abgestimmt ist, die zweite Luft-Kraftstoffverhältnis-Steuervorrichtung 9 zum
Steuern des Luft-Kraftstoffverhältnis
derart, dass das zweite Luft-Kraftstoffverhältnis AF2
von dem Sauerstoffkonzentrationssensor 5 mit dem zweiten
Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis AFo2
abgestimmt ist; und die Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis-Einstellvorrichtung 10 zum
Einstellen des zweiten Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis AFo2. Das zweite Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis AFo2
bei der Position stromabwärts
zu dem Katalysator 3 wird zu dem vorgegebenen Wert an der
angereicherten Seite des stöchiometrischen
Luft-Kraftstoffverhältnis festgelegt
(dem Luft-Kraftstoffverhältnis, wo
die NOx Reinigungsrate des Katalysators 3 in der Nähe des Maximums
dann, wenn der Katalysator 3 in der verschlechterten Bedingung
vorliegt). Demnach ist die Zunahme der AC Entlademenge dann, wenn
der Katalysator 3 in der verschlechterten Bedingung vorliegt,
minimiert, und der NOx-Entladeumfang ist signifikant reduziert.
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Bei
der ersten Ausführungsform
(siehe 1) wird das zweite Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis AFo2,
erzeugt durch die Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis-Einstellvorrichtung 10,
direkt bei der zweiten Luft-Kraftstoffverhältnis-Steuervorrichtung 9 eingegeben.
Alternativ kann, wie in 7 gezeigt, das Detektionssignal
(zweites Luft-Kraftstoffverhältnis
AF2) von dem Sauerstoffkonzentrationssensor 5 für eine Kompensation
der Temperatur-Charakteristiken korrigiert sein, und der korrigierte
Wert kann bei der zweiten Luft-Kraftstoffverhältnis-Steuervorrichtung 9 als
korrigiertes Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis AFo2' eingegeben werden.
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Die 7 zeigt
ein Blockschaltbild zum Darstellen eines Luft-Kraftstoffverhältnis-Steuergeräts für einen
Verbrennungsmotor gemäß der zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Komponenten, die identisch zu den unter
Bezug auf die 1 beschriebenen sind, sind anhand
derselben Bezugszeichen bezeichnet, oder derselben Referenzen, mit "A" an jedem Ende, und eine detaillierte
Beschreibung hiervon wird weggelassen.
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Gemäß 7 umfassen
die zahlreichen Sensoren 12 einen Temperatursensor zum
Detektieren einer Einrichtungs-Temperatur
T5 des Sauerstoffkonzentrationssensors 5, positioniert
stromabwärts zu
dem Katalysator 3. Die durch den Temperatursensor detektierte
Einrichtungstemperatur T5 wird bei einem Controller 6A zusammen
mit einer anderen Betriebsbedingungs-Information eingegeben.
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Der
Controller 6A enthält
eine Korrekturwert-Einstellvorrichtung 101 und
einen Rechner 102 als Sollwert-Korrekturvorrichtung zum Erzeugen des Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis AFo2' nach der Korrektur.
Die Korrekturwert-Einstellvorrichtung 101 setzt einen Korrekturwert
Co für
das zweite Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis AFo2
in Zuordnung zu der Einrichtungstemperatur T5 des Sauerstoffkonzentrationssensors 5.
Der Rechner 102 korrigiert das zweite Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis AFo2
unter Verwendung des Korrekturwerts Co.
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Die
Einrichtungstemperatur T5 von den zahlreichen Sensoren 12 wird
zu der Korrekturwert-Einstellvorrichtung 101 in dem Controller 6A eingegeben.
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Die
Korrekturwert-Einstellvorrichtung 101 speichert vorab einen
zweiten vorgegebenen Wert auf der Grundlage der Temperatur-Charakteristiken (der
Charakteristiken zum Anzeigen der Korrespondenz zwischen der Ausgangsspannung
und der Einrichtungstemperatur T5) von dem Sauerstoffkonzentrations-Sensor 5.
Die Korrekturwert-Einstellvorrichtung 101 generiert
der Korrekturwert Co zum Korrigieren des zweiten Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis AFo2.
Der Korrekturwert Co wird zu dem zweiten vorgegebenen Wert festgelegt,
der die Änderung
der Temperatur des Detektionssignals (Ausgangsspannung) des Sauerstoffkonzentrationssensors 5 versetzt.
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Der
Rechner 102 bewirkt ein Addieren, ein Subtrahieren oder
ein Multiplizieren des zweiten Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis AFo2
von der Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis-Einstellvorrichtung 100 unter
Verwendung des Korrekturwerts Co. Dann bewirkt der Rechner 102 eine
Eingabe des Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis AFo2' nach der Korrektur
zum Kompensieren der Temperatur-Charakteristiken des Sauerstoffkonzentrationssensors 5 in
die zweite Luft-Kraftstoffverhältnis-Steuervorrichtung 9.
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Im
Ergebnis konvertiert die Sollwert-Korrekturvorrichtung 101, 102 das
zweite Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis
AFo2 von der Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis-Einstellvorrichtung 10 in
das Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis
AFo2' nach der Korrektur
zum Reflektieren der Temperatur-Charakteristiken der Ausgangsspannung
des Sauerstoffkonzentrationssensors 5.
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Die 8 zeigt
einen Graphen zum Darstellen der Temperatur-Charakteristiken der Ausgangsspannung
des Sauerstoffkonzentrationssensors 5 abhängig von
dem Luft-Kraftstoffverhältnis. Der
Sauerstoffkonzentrationssensor 5 ist ein λ-Sensor mit Charakteristiken,
bei denen die Ausgangsspannung scharf bzw. deutlich bei dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoffverhältnis umgekehrt
ist. Die 8 zeigt charakteristische Kurven
entsprechend den jeweiligen Einrichtungstemperaturen T5 (400°C bis 800°C).
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In 8 bezeichnet
die horizontale Achse das Luft-Kraftstoffverhältnis bei
der Position stromabwärts
zu dem Katalysator 3, und die vertikale Achse bezeichnet
die Ausgangsspannung des Sauerstoffkonzentrationssensors 5.
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Die 9 zeigt
einen Graphen zum Darstellen der Ausgangsspannungs-Charakteristiken
nach 8 abhängig
von der Einrichtungstemperatur T5. In 9 bezeichnet
die horizontale Achse die Einrichtungstemperatur T5 [°C] des Sauerstoffkonzentrationssensors 5,
und die vertikale Achse bezeichnet die Ausgangsspannung [V] des
Sauerstoffkonzentrationssensors 5 bei dem vorgegebenen
Luft- Kraftstoffverhältnis an
der angereicherten Seite (entsprechend der maximalen NOx Reinigungsrate).
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Wie
sich anhand von 9 erkennen lässt, verringert sich die Ausgangsspannung
des Sauerstoffkonzentrationssensors 5 mit zunehmender Einrichtungstemperatur
T5.
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Die 10 zeigt
einen Graph zum Darstellen des Korrekturwerts Co, der auf der Grundlage
der Temperatur-Charakteristiken
nach 9 bestimmt ist. Die horizontale Achse bezeichnet
die Einrichtungstemperatur T5, und die vertikale Achse bezeichnet
den Korrekturwert Co.
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In 10 ist
der Korrekturwert Co für
das zweite Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis AFo2
in Zuordnung zu der Einrichtungs-Temperatur
T5 als Multiplikations-Korrekturwert festgelegt. Der Korrekturwert Co
verringert sich mit zunehmender Einrichtungstemperatur T5, mit der
sich die Ausgangsspannung der Sauerstoffkonzentrationssensors 5 verringert.
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Als
nächstes
wird der Betrieb der Luft-Kraftstoff-Regelung gemäß der in 7 gezeigten
zweiten Ausführungsform
unter Bezug auf die 8 bis 10 beschrieben.
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Wie
in 8 gezeigt, ändern
sich die Ausgangsspannungs-Charakteristiken
des Sauerstoffkonzentrationssensors 5 in der Nähe des stöchiometrischen
Luft-Kraftstoffverhältnis
nicht wesentlich, unabhängig
von der Einrichtungstemperatur T5. Weicht das Luft-Kraftstoffverhältnis von
dem stöchiometrischen
Luft-Kraftstoffverhältnis
ab, so ändert
sich die Ausgangsspannung (sie verringert sich) mit zunehmender
Einrichtungstemperatur T5.
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Demnach ändert sich
unter der Annahme, dass das zweite Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis AFo2 bei der Position
nahe dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoffverhältnis festgelegt
ist, die Sensorausgangs-Charakteristik selbst dann nicht, wenn sich
die Einrichtungstemperatur T5 ändert.
Demnach ist es einfach, das Luft-Kraftstoffverhältnis bei der Position stromaufwärts zu dem
Katalysator 3 bei dem Sollwert zu steuern/regeln.
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Jedoch
wird bei der vorliegenden Erfindung das zweite Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis AFo2
bei dem vorgegebenen Wert an der angereicherten Seite festgelegt.
Demnach ändert
sich selbst dann, wenn das Luft-Kraftstoffverhältnis das gleiche ist, die
Ausgangs-Charakteristiken des Sauerstoffkonzentrationssensors 5 abhängig von
der Einrichtungstemperatur T5 (siehe 8). Demnach
ist es unter dieser Bedingung nicht möglich, das Luft-Kraftstoffverhältnis bei
der Position stromabwärts
zu dem Katalysator 3 genau bei einem konstanten Wert zu
steuern.
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Demnach
wird bei der zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung der folgende Temperaturkompensationsprozess
durch die Sollwert-Korrekturvorrichtung 101, 102 in
dem Controller 6A ausgeführt.
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D.h.,
die Korrekturwert-Einstellvorrichtung 101 bestimmt den
Korrekturwert Co (sieh 10), auf der Grundlage der Einrichtungstemperatur
T5 unter Berücksichtigung
der Charakteristiken der Ausgangsspannung (siehe 9)
des Sauerstoffkonzentrationssensors 5, abhängig von
der Einrichtung (Temperatur) multipliziert mit dem Temperaturwert Co
um einen Mittenwert "1.0", zum Bestimmen des Soll-Luft-Kraftstoffverhältnisses
AFo2 nach der Korrektur. Alternativ kann der Korrekturwert addiert
oder subtrahiert werden, zum direkten Bestimmen des Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis AFo2' nach der Korrektur
auf der Grundlage der Tabellendaten in Zuordnung zu der Einrichtungstemperatur
T5.
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Zum
Erhalten der Information über
die Einrichtungstemperatur T5 des Sauerstoffkonzentrationssensors 5,
bereitgestellt bei der Position stromabwärts zu dem Katalysator 3,
wird ein Temperatursensor bei dem Sauerstoffkonzentrationssensor 5 bereitgestellt
(oder um den Sauerstoffkonzentrationssensor 5). Der tatsächlich gemessene
Wert der Temperatur wird direkt als Einrichtungstemperatur T5 gemessen,
zum Festlegen des Korrekturwerts Co in Zuordnung zu der Einrichtungstemperatur
T5. Alternativ kann die Korrekturwert-Einstellvorrichtung 101 den Korrekturwert
Co unter Verwendung der Beziehung zwischen der Ansaugluftmenge und
der Einrichtungstemperatur T5 [°C]
festlegen.
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Die 11 zeigt
einen Graphen zum Darstellen der Beziehung zwischen der Ansaugluftmenge
und der Einrichtungstemperatur T5. Die 11 zeigt
die Korrelation zwischen der Ansaugluftmenge [g/sec] und der Einrichtungstemperatur
T5 [°C],
die experimentell vorab bestimmt sind.
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Als
nächstes
erfolgt eine Beschreibung eines Beispiels für eine Berechnung der Einrichtungstemperatur
T5 durch die Korrekturwert-Einstellvorrichtung 101 in dem
Controller 6A unter Verwendung von Information über die
Ansaugluft-Luftmenge
und der Einrichtungstemperatur T5. Die 11 zeigt
die Korrelation zwischen der Ansaugluftmenge [g/sec] und der Einrichtungstemperatur
T5 [°C],
die experimentell vorab bestimmt sind.
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Als
nächstes
erfolgt eine Beschreibung eines Beispiels für das Berechnen der Einrichtungstemperatur
T5 durch die Korrekturwert-Einstellvorrichtung 101 in dem
Controller 6A unter Verwendung von Information über die
Ansaugluftmenge, erhalten durch zahlreiche Sensoren 12.
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Typischerweise
umfassen die zahlreichen Sensoren 12 einen Luftströmungssensor
zum Detektieren einer Ansaugluftmenge des Motors 1, und
Information zum Anzeigen der Ansaugluftmenge wird bei dem Controller 6A eingegeben.
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Da
das Luft-Kraftstoffverhältnis
des Motors 1 bei dem vorgegebenen Wert geregelt wird, ist
die Ansaugluftmenge proportional zu einer Kraftstoffeinspritzmenge.
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Da
sich die Abgastemperatur proportional zu der Zunahme der Kraftstoff-Einspritzmenge
erhöht, erhöht sich
die Einrichtungstemperatur T5 proportional zu der Kraftstoff-Einspritzmenge (Ansaugluftmenge).
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Demnach
ist, wie in 11 gezeigt, die Einrichtungstemperatur
T5 proportional zu der Ansaugluftmenge.
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In
diesem Fall schätzt
der Controller 6A die Einrichtungstemperatur T5 in Zuordnung
zu der Ansaugluftmenge auf der Basis der in 11 gezeigten Charakteristiken.
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Dann
wird, wie oben beschrieben, der Korrekturwert Co in Zuordnung zu
der Einrichtungstemperatur T5 unter Verwendung der in 10 gezeigten
Charakteristiken berechnet, und das zweite Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis AFo2
wird korrigiert.
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In
derselben Weise, wie oben beschrieben, wird bei der zweiten Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung selbst dann, wenn sich die Einrichtungstemperatur T5 der
Sauerstoffkonzentrations-Sensors (λ-Sensor) 5 ändert, das
Luft-Kraftstoffverhältnis bei
der Position stromabwärts
zu dem Katalysator 3 genau geregelt. Im Ergebnis wird die Reinigungsrate
des Abgases bei einem hohen Niveau gehalten.
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Bei
der zweiten Ausführungsform
wird das zweite Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis AFo2
in Zuordnung zu der Einrichtungstemperatur T5 des Sauerstoffkonzentrationssensors 5 korrigiert.
Alternativ kann das zweite Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis AFo2 in Zuordnung zu
der Betriebsbedingung des Motors 1 korrigiert werden.
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Als
nächstes
wird die dritte Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung beschrieben. Bei der dritten Ausführungsform
wird das zweite Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis AFo2 in Zuordnung zu
der Betriebsbedingung korrigiert.
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In
diesem Fall ist die Struktur des Controllers 6A dieselbe
wie die in 7 gezeigte Struktur. Die Korrekturwert-Einstellvorrichtung 101 (siehe 7) in
dem Controller 6A setzt den Korrekturwert Co für das zweite
Soll-Luft- Kraftstoffverhältnis AFo2
in Zuordnung zu der Betriebsbedingung (z.B. Drehzahl, Ladewirkungsgrad)
des Motors 1. Die Information über die Betriebsbedingung des
Motors 1 wird anhand der zahlreichen Sensoren 12 erhalten.
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Gemäß 7 korrigiert
die Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis-Korrekturvorrichtung
mit der Korrekturwert-Einstellvorrichtung 101 und dem Rechner 102 beispielsweise
das zweite Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis AFo2
in Zuordnung zu der Betriebsbedingung.
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Der
Unterschied zwischen der zweiten Ausführungsform und der dritten
Ausführungsform
besteht lediglich in dem Verfahren zum Festlegen des Korrekturwerts
Co für
das zweite Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis AFo2.
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Die 12 zeigt
jeweils einen Graphen zum Darstellen der NOx Reinigungsraten-Charakteristiken
des Katalysators 3 nach der Verschlechterung. Die 12 zeigt
charakteristische Kurven zum Anzeigen einer Betriebsbedingung mit
geringer Last (siehe durchgezogene Linie) bei einer geringen Drehzahl
und einem geringen Ladewirkungsgrad, einer Betriebsbedingung mit
mittlerer Last (siehe unterbrochene Linie) bei einer mittleren Drehzahl
und einem mittleren Ladewirkungsgrad und einer Betriebsbedingung
mit einer hohen Last (siehe punktierte Linie) bei einer hohen Drehzahl
und einem hohen Ladewirkungsgrad.
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Wie
sich anhand der 12 erkennen lässt, ändert sich
der Wert des Luft-Kraftstoffverhältnis,
der die maximale NOx Reinigungsrate erzielt, abhängig von der Betriebsbedingung.
Demnach ist es durch Korrektur des zweiten Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis AFo2
in Zuordnung zu der Betriebsbedingung möglich, das Luft-Kraftstoffverhältnis bei
der Position stromabwärts
zu dem Katalysator 3 so zu steuern, dass beispielsweise
die NOx Reinigungsrate des Katalysators 3 immer bei dem
maximalen Niveau liegt.
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Die 13 zeigt
einen Graphen zum Darstellen des Korrekturwerts Co, der bei der
dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung festgelegt wird.
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In 13 bezeichnet
die horizontale Achse die Drehzahl [U/min], und die vertikale Achse
bezeichnet den Ladewirkungsgrad [%]. Der Korrekturwert Co wird auf
der Grundlage von in Blöcke
separierten Abbildungsdaten abhängig
von der Betriebsbedingung festgelegt.
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Wie
in 13 gezeigt, wird der Korrekturwert Co bei einem
Wert höher
als "1.00" für die Betriebsbedingung
mit hoher Last festgelegt, wenn sich die Umdrehungszahl oder der
Ladewirkungsgrad erhöht.
Der Korrekturwert Co wird in Zuordnung zu den NOx Reinigungsraten-Charakteristiken
(siehe 12) bestimmt.
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Als
nächstes
wird der Betrieb zum Einstellen des Korrekturwerts Co gemäß der dritten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf die 7, 12 und 13 beschrieben.
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Wie
im Stand der Technik bekannt, sind Hauptfaktoren, die den Reinigungsleistungsumfang des
Katalysators 3 beeinflussen, die Abgas-Strömungsrate,
die Abgas-Komponentenkonzentration und die Temperatur.
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Ferner
wird der Umfang an Edelmetall, der durch den Katalysator 3 geführt wird,
bei einem Wert bestimmt, der den Reinigungsleistungsumfang selbst dann
beibehält,
wenn die Abgas-Strömungsrate
maximal ist, die Abgaskomponente bei der maximalen Konzentration
vorliegt und die Katalysator-Temperatur
maximal ist.
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Demnach
ist dann, wenn die Abgas-Strömungsrate
niedriger ist als der Maximalwert, der Reaktionsumfang des Katalysators 3 gering
im Vergleich zu der Bedingung, bei der die Strömungsrate des Abgases maximal
ist. Demnach verringert sich die Reaktionswärme des Katalysators 3,
was eine Differenz bei dem Reinigungsleistungsumfang des Katalysators 3 bewirkt.
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Ferner
ist der Reaktionsumfang bei hoher Konzentration der Abgaskomponente
unterschiedlich gegenüber
dem Reaktionsumfang bei niedriger Konzentration des Abgases. Demnach
beeinflusst die Konzentration der Abgaskomponente die Temperatur der
Katalysators 3, und die Temperatur des Katalysators 3 beeinflusst
die Reaktion des Katalysators 3.
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Demnach ändern sich
dann, wenn sich die Betriebsbedingungen des Motors 1 ändern, die
Faktoren, die den Reinigungsleistungsumfang des Katalysators 1 beeinflussen,
was eine Differenz in dem Reinigungsleistungsumfang des Katalysators 3 bewirkt.
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Demnach
werden die Motordrehzahl und der Ladewirkungsgrad entsprechend der
Last des Motors 1 als Parameter zum Anzeigen der Betriebsbedingung
des Motors 1 verwendet, zum Korrigieren des zweiten Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis AFo2
derart, dass die Änderung
der NOx Reinigungsraten-Charakteristiken (siehe 2)
des Katalysators 3 nach dem Verschlechtern des Katalysators 3 für jede der
Betriebsbedingungen versetzt sind.
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Die
Korrekturwert-Einstellvorrichtung 101 in dem Controller 6A erhält die Information
zum Anzeigen der Umdrehungszahl des Motors 1 und des Ladewirkungsgrads
von den zahlreichen Sensoren 12. Dann bewirkt die Korrekturwert-Einstellvorrichtung 101 ein
Lesen und Festlegen des Korrekturwerts Co (siehe 13)
in jedem Block in Zuordnung zu der Information über die Drehzahl und den Ladewirkungsgrad.
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Dann
bewirkt der Rechner 102 das Ausführen einer Korrekturberechnung
für das
zweite Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis AFo2
unter Verwendung des Korrekturwerts Co (Multiplikation des Korrekturwerts
Co in diesem Fall).
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Demnach
wird das zweite Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis AFo2 in Zuordnung zu
der Betriebsbedingung des Motors 1 korrigiert, zum Berechnen
des Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis
AFo2' nach der Korrektur.
Demnach wird die NOx Reinigungsrate für das Abgas auf einem hohen
Niveau selbst dann beibehalten, wenn sich die Betriebsbedingung ändert.
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Die
in 13 gezeigte Korrektur ist lediglich ein Beispiel.
Es versteht sich von selbst, dass eine beliebige Korrekturberechnung
abhängig
von zahlreichen anderen Betriebsbedingungen zum Erzielen der ähnlichen
Wirkungen und Vorteile ausgeführt werden
kann.
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Bei
der ersten bis dritten Ausführungsform kann,
obgleich kein spezifischer Einstellwert für das zweite Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis AFo2
erwähnt
ist, das zweite Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis AFo2
zu einem Wert entsprechend dem Spannungswert nahe 0.75 V festgelegt
werden, was die häufigste
Ausgangsspannung des Sauerstoffkonzentrationssensors 5 ist.
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Als
nächstes
wird die vierte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beschrieben. Bei der vierten Ausführungsform
wird der Referenzspannungswert entsprechend dem zweiten Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis AFo2
bei einem Wert nahe 0.75 V festgelegt.
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In
diesem Fall ist die Struktur des Controllers 6 ähnlich zu
der in 1 gezeigten Struktur, und sie unterscheidet sich
lediglich dahingehend, dass der Spannungswert für das zweite Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis AFo2,
erzeugt durch die Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis-Einstellvorrichtung 10 in
dem Controller 6, spezifiziert ist.
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D.h.,
die Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis-Einstellvorrichtung 10 bewirkt
die Ausgabe eines Spannungswerts nahe 0,75 V als Referenzspannungswert entsprechend
dem zweiten Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis AFo2
an der angereicherten Seite des stöchiometrischen Luft-Kraftstoffverhältnis (entsprechend dem
Ausgabespannungswert des Sauerstoffkonzentrationssensors (λ-Sensor) 5).
Demnach ist die NOx Reinigungsrate bei verschlechtertem Katalysator
maximal bei einer Temperatur von 600°C.
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Als
nächstes
wird der Betrieb zum Festlegen des zweiten Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis AFo2 gemäß der vierten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf die 14 und 15 beschrieben.
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Die 14 zeigt
eine Ansicht zum Darstellen der Frequenzverteilung der Einrichtungstemperatur T5
[°C] für den Sauerstoffkonzentrationssensor (λ-Sensor) 5 während dem
Fahren eines Fahrzeugs. Die 14 zeigt
die Frequenzverteilung jeder Einrichtungstemperatur T5 (200°C bis 900°C) für das Testmusterfahren
bzw. für
den Testmusterantrieb.
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Gemäß 14 ist
die Frequenzverteilung dann hoch, wenn die Einrichtungstemperatur
T5 nahe 600°C
liegt.
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Das
Testmuster, das zu der Zeit der Erzeugung der 14 gezeigten
Frequenzverteilung verwendet wird, emuliert ein typisches Antriebsmuster im
Markt. Demnach ist es erwiesen, dass sich im wesentlichen dieselben
Ergebnisse bei dem tatsächlichen
Fahren erzielen lassen.
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Die 15 zeigt
einen Graphen zum Darstellen von Ausgangsspannungs-Charakteristiken des
Sauerstoffkonzentrationssensors (λ-Sensors) 5. Die 15 zeigt
eine charakteristische Kurve bzw. eine Kennlinie, wenn die Einrichtungstemperatur
T5 600°C
beträgt,
die während
dem Fahren die häufigste
Temperatur ist.
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Wie
sich anhand von 15 erkennen lässt, beträgt bei dem
Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis
AFo2 entsprechend der hohen NOx Reinigungsrate (Einstellwert an
der angereicherten Seite) die Ausgangsspannung des Sauerstoff konzentrationssensors (λ-Sensors) 5 ungefähr 0,75
V.
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Demnach
ist es durch Anwenden des Einstellwerts des zweiten Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis AFo2
bei einem Wert nahe 0.75 V möglich,
das Luft-Kraftstoffverhältnis
so zu steuern, dass die NOx Reinigungsrate für den Katalysator 3 bei
der häufigsten
Einrichtungstemperatur T5 (= 600°C)
während dem
Betrieb des Motors 1 maximal ist. Ohne irgendeine spezielle
Korrekturvorrichtung ist es möglich,
ausreichend den Steuer- bzw.
Regelleistungsumfang für
das Luft-Kraftstoffverhältnis
zu verbessern.
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Die
Sollwert-Korrekturvorrichtung 101, 102 (siehe 7)
kann für
den Referenzspannungswert nahe 0,75 V verwendet werden.
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Bei
der ersten bis vierten Ausführungsform wird
der Linearsensor mit linearen Ausgangs-Charakteristiken (siehe 3)
für die Änderung
in dem Luft-Kraftstoffverhältnis
als der Sauerstoffkonzentrationssensor 4 verwendet, der
bei der Position stromaufwärts
zu dem Katalysator 3 vorgesehen ist, und der λ-Sensor mit
Zweiwert-Ausgabecharakteristiken (siehe 2) für die Änderung
des Luft-Kraftstoffverhältnis
wird als der Sauerstoffkonzentrationssensor 5 verwendet,
der bei der Position stromabwärts
zu dem Katalysator 3 vorgesehen ist. Entweder der Linearsensor
oder der λ-Sensor
können
für die
Sauerstoffkonzentrationssensoren 4 und 5 verwendet
werden. In jedem Fall werden ähnliche
Wirkungen und Vorteile erhalten.
-
In
den Ausführungsformen
wird der PID Regler bzw. Controller 82 zum Ausführen einer
Proportional- (P) Bearbeitung, einer Integrier- (I) Berechnung und
einer Differenzier- (D) Berechnung in der ersten Luft-Kraftstoffverhältnis-Steuervorrichtung 8 verwendet,
und der PI Regler 92 zum Ausführen einer Proportional (P)
Berechnung und einer Integrier- (I) Berechnung wird für die zweite
Luft-Kraftstoffverhältnis-Steuervorrichtung 9 verwendet.
Selbstverständlich
ist vorgesehen, dass lediglich die Proportional-Berechnung, die
Integrier-Berechnung und/oder die Differenzier-Berechnung verwendet
werden, oder dass mehr als eine dieser Berechnungen in Kombination
verwendet werden. In jedem Fall lassen sich ähnliche Wirkungen und Vorteile
erzielen.