DE102005005936A1

DE102005005936A1 - Abgasemissionssteuerungssystem für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102005005936A1
Application number: DE200510005936
Authority: DE
Inventors: Toshifumi Kariya Hayami
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2004-02-10
Filing date: 2005-02-09
Publication date: 2005-08-25
Also published as: JP2005226491A; JP4269279B2

Abstract

Eine Katalysatorvorrichtung (31), die einen Dreiwegekatalysator enthält, ist in einem Auslassrohr (24) einer Brennkraftmaschine (10) angeordnet, wenn die Kraftstoffzufuhr zu der Kraftmaschine und für eine gewisse Sicherheitsspanne unterbrochen ist, wird die Katalysatorvorrichtung (31) in einen mageren Zustand (Kraftstoff mager) gebracht, indem NO_x schwierig gereinigt werden kann. Insbesondere nehmen NO_x-Fremdstoffe in den Auslassemissionen zu, wenn die Kraftmaschine unter einer hohen Last betrieben wird. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Zündzeitgebung (AESA) verzögert, wenn sich der Katalysator in dem mageren Zustand befindet und die Kraftmaschine unter einer hohen Last betrieben wird. Auf diese Weise wird die NO_x-Erzeugung in der Kraftmaschine unterdrückt und dadurch wird die Menge von NO_x in dem Emissionsgas unterdrückt, während andere Fremdstoffe, wie zum Beispiel HC und CO ausreichen gereinigt werden.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein System zum Steuern des von einer Brennkraftmaschine ausgelassenen Emissionsgases.
Tag für Tag steigen die Anforderungen der Gesellschaft ans Reinigen von Abgasemissionen einer Brennkraftmaschine. Während verschiedene Technologien zum Steuern der Abgasemissionen entwickelt wurden, nimmt eine Menge von in einer Dreiwegekatalysatorvorrichtung verwendeten Edelmetallen zu. Im Allgemeinen wird in der Dreiwegekatalysatorvorrichtung ein unter einem kraftstoffmageren Betrieb in dem Katalysator gespeicherter Sauerstoff zum Oxidieren von unter einem kraftstofffetten Betrieb erzeugtem HC (Kohlenwasserstoff), CO (Kohlenmonooxid) oder der Gleichen verwendet.
Unter Betriebsbedingungen, in denen Luft direkt zu dem Katalysator zugeführt wird, beispielsweise bei einem Leerlaufstop (bei dem eine Kraftmaschine zeitweise gestoppt ist, wenn ein Fahrzeug an einer Kreuzung anhält) oder bei einer zeitweiligen Kraftstoffzufuhrunterbrechung, speichert der Katalysator vollständig Sauerstoff bis zu seiner Vollauslastung. Wenn in der Katalysatorvorrichtung ein Überschuss an Sauerstoff vorhanden ist, ist es schwierig, eine Reduktionsreaktion zu verursachen, obwohl HC oder CO zufriedenstellend oxidiert werden kann. Daher können die NOx -Komponenten (Stickoxide) nicht durch die Reduktionsreaktion gereinigt werden. Die sauerstoffreiche Situation wird häufig verursacht, insbesondere dann, wenn in der Katalysatorvorrichtung eine große Menge von Edelmetallen verwendet wird.
Die Menge von NO_x-Komponenten in dem Abgas hängt hauptsächlich von der Verbrennungstemperatur und von einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis ab. Daher ist es möglich, die Menge von NO_x-Komponenten zu verringern, indem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis kraftstoffreich gemacht wird oder indem die Verbrennungstemperatur gesenkt wird. Die Verbrennungstemperatur kann beispielsweise durch Verzögern einer Zündzeitgebung gesenkt werden. Unter der kraftstoffreichen Bedingung ist es jedoch schwierig, die Komponenten, wie zum Beispiel HC oder CO, zu oxidieren, und eine Wirkung des Unterdrückens der NO_x-Komponenten ist nicht zufriedenstellend groß. Folglich ist es im Allgemeinen vorzuziehen, die NO_x-Komponenten zu unterdrücken, indem die Verbrennungstemperatur durch Verzögern der Zündzeitgebung gesenkt wird.
Andererseits wird durch Verzögern der Zündzeitgebung ein Ausgabedrehmoment einer Brennkraftmaschine verringert. Außerdem wird die Fahreigenschaft und die Kraftstoffwirtschaftlichkeit durch Verzögern der Zündzeitgebung nachteilig beeinflusst. Ferner kann unter einer bestimmten Bedingung in Folge einer automatischen Kompensation des verringerten Ausgabedrehmoments die Verbrennungstemperatur erhöht werden, wodurch das durch die Zündzeitgebungsverzögerung hervorgerufene Absenken der Temperatur ausgelöscht bzw. aufgehoben wird. Daher muss die Zündzeitgebungsverzögerung zum Senken der Verbrennungstemperatur vorsichtig durchgeführt werden.

Technologien, die sich auf dieses technische Gebiet beziehen, sind beispielsweise in der JP-A-7-145771 und der JP-A-8-177565 offenbart. Die JP-A-7-145771 schlägt vor, einen Betrag der Zündzeitgebungsverzögerung gemäß Betriebszuständen einer Kraftmaschine zu steuern, wenn die Kraftstoffzufuhr nach einem Kraftstoffunterbrechungszustand wieder aufgenommen wird, um die Drehmomentabweichung zu mindern. Die JP-A-8-177565 schlägt vor, ein Ausgabedrehmoment einer Kraftmaschine bei der Wiederaufnahme der Kraftstoffzufuhr einzustellen, um einen Stoß in Folge der Drehmomentänderungen zu unterdrücken. Die Drehmomenteinstellung wird gemäß einer Einlassluftmenge durchgeführt, d.h., je größer die Einlassluftmenge ist, desto größer ist der Betrag der Einstellung.

Die in den vorhergenannten Dokumenten offenbarten Technologien sind jedoch darauf gerichtet, die Drehmomentabweichungen oder -änderungen zu unterdrücken oder zu mildern. Die Einstellung der Zündzeitgebungsverzögerung wird in einer kurzen Zeitspanne durchgeführt, sodass sie mit einer Drehmomentabweichungsdurchlaufzeit übereinstimmt. Daher können diese Technologien ein Problem nicht lösen, welches durch den für eine relativ lange Zeitspanne anhaltenden mageren Zustand (oder den kraftstoffmageren Zustand) in der Katalysatorvorrichtung hervorgerufen wird. Außerdem ist es schwierig, die NO_x-Komponenten in der Katalysatorvorrichtung, in der eine große Menge von Edelmetallen verwendet wird, wirkungsvoll zu unterdrücken.

Die vorliegende Erfindung wurde in Hinsicht auf das vorstehend erwähnte Problem getätigt und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes System zum Unterdrücken von NO_x-Emissionen zu schaffen, ohne die Fahreigenschaften eines Automobils zu beeinträchtigen.

In einem Auslassrohr einer Brennkraftmaschine ist eine Katalysatorvorrichtung mit einem Katalysator zum Entfernen von schädlichen Fremdstoffen aus einem Abgas installiert. Häufig wird als der Katalysator zum Fördern der Oxidation von HC und CO und zum Reduzieren von NO_x ein Dreiwegekatalysator verwendet. Wenn die Kraftstoffzufuhr zu der Kraftmaschine aus irgendeinem Grund unterbrochen ist, und Luft direkt zu der Kraftstoffmaschine zugeführt wird, wird eine große Menge von Sauerstoff in der Katalysatorvorrichtung gespeichert. Diese Situation wird als ein magerer Zustand in der Katalysatorvorrichtung bezeichnet, da er mager an Kraftstoff in dem Katalysator ist (reich an Sauerstoff ist). Wenn sich die Katalysatorvorrichtung in dem mageren Zustand befindet, wird die Reduktion von NO_x schwierig, während HC und CO einfach oxidiert werden. Falls die Kraftmaschine in dieser Situation bei einer hohen Last betrieben wird, nimmt eine Menge von in der Katalysatorvorrichtung nicht reduziertem NO_x zu.

Wenn gemäß der vorliegenden Erfindung der magere Zustand in der Katalysatorvorrichtung vorhanden ist und die Kraftmaschine bei einer hohen Last betrieben wird, wird eine Erzeugung von NO_x in der Kraftmaschine unterdrückt. Bevorzugter Weise wird eine Menge von in einem Verbrennungsprozess erzeugtem NO_x durch Verzögern der Zündzeitgebung verringert. Es ist auch möglich, den Betrag der Erzeugung von NO_x in der Kraftmaschine zu verringern, indem der zu der Kraftmaschine zugeführte Kraftstoff kraftstoffreich gemacht wird, oder indem eine Abgasrückführungsmenge (AGR) erhöht wird.

Ein Zündzeitgebungsverzögerungsbetrag kann gemäß der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs gesteuert werden. Bevorzugter Weise wird der Zündzeitgebungsverzögerungsbetrag kleiner gemacht, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit höher wird, und er wird zu Null gemacht, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit ein vorbestimmtes Niveau überschreitet. Es wird bestimmt, dass in der Katalysatorvorrichtung der magere Zustand vorhanden ist, wenn für eine vorbestimmte Zeitspanne kein Kraftstoff zu der Kraftmaschine zugeführt wird. Es ist auch möglich, den mageren Zustand auf Grundlage einer Menge von in der Katalysatorvorrichtung gespeichertem Sauerstoff zu erfassen, welche von einer Einlassluftmenge und einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis abgeleitet werden kann.

Wenn die Katalysatorvorrichtung von einem mageren Zustand zu einem normalen Zustand zurückkehrt, wird der NO_x-Unterdrückungsprozess abgebrochen, um eine übermäßige Steuerung von NO_x zu verhindern. Der Übergang von dem mageren Zustand zu dem normalen Zustand wird durch Messen einer Zeitspanne beurteilt, in welcher die Verbrennung in der Kraftmaschine weiter geführt wird, nachdem der magere Zustand beendet wurde. Auf diese Weise wird eine Übersteuerung von NO_x vermieden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Menge von NO_x in der Abgasemission wirkungsvoll verringert, ohne die Fahreigenschaften und die Kraftstoffwirtschaftlichkeit zu beeinträchtigen. Weitere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus einem besseren Verständnis des bevorzugten Ausführungsbeispiels ersichtlicher, das nachstehend unter Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen beschrieben ist.

1 ist eine Zeichnung, die kurz ein gesamtes System zum Steuern einer Brennkraftmaschine zeigt;
2 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Prozess zum Steuern der Zündzeitgebung zeigt;
3 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Prozess zum Bestimmen zeigt, ob sich eine Katalysatorvorrichtung in einem mageren Zustand befindet;
4 ist ein Graph, der einen maximal Betrag der Zündverzögerung relativ zu einer Fahrzeuggeschwindigkeit zeigt; und
5 ist ein Zeitgebungsdiagramm zum Erklären eines Prozesses zum Steuern der Zündzeitgebung.
Unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die vorliegende Erfindung wird auf einen mehrzylindrigen Ottomotor angewandt, in dem eine Menge von in die Kraftmaschine eingespritztem Kraftstoff und eine Zündzeitgebung durch eine elektronische Steuereinheit gesteuert werden.
Zunächst wird unter Bezugnahme auf 1 ein gesamtes Kraftmaschinensteuersystem beschrieben. Von der linken Seite in 1 (stromaufwärts der Kraftmaschine) werden Luft und Kraftstoff zu einer Kraftmaschine 10 zugeführt und Abgas wird von der rechten Seite (von stromabwärts der Kraftmaschine) ausgelassen. Ein Luftreiniger 12 ist stromaufwärts eines Einlassrohres 11 angeordnet und ein Luftmengenmesser 13 zum Erfassen einer Einlassluftmenge ist stromabwärts des Luftreinigers 12 angeordnet. Ein durch ein Drosselstellglied 15, wie zum Beispiel ein Gleichstrommotor, angetriebenes Drosselventil 14 ist in dem Einlassrohr 11 stromabwärts des Luftmengenmessers 13 angeordnet. Ein Öffnungsgrad des Drosselventils 14 wird durch einen in dem Drosselstellglied 15 enthaltenen Drosselsensor erfasst. Stromabwärts des Drosselventils 14 ist ein Ausgleichsbehälter 16 angeordnet und an dem Ausgleichsbehälter 16 ist ein Drucksensor 17 zum Erfassen eines Drucks in dem Einlassrohr 11 angeschlossen. Ein Einlasskrümmer 18 zum Zuführen von Luft zu jedem Kraftmaschinenzylinder ist an dem Ausgleichsbehälter 16 angeschlossen. Ein Kraftstoffinjektor 19 zum Zuführen von Kraftstoff in jeden Zylinder ist in dem Einlasskrümmer 18 installiert. Der Kraftstoffinjektor 19 wird elektromagnetisch angetrieben und elektronisch gesteuert.
An einer Einlassöffnung der Kraftmaschine 10 ist ein Einlassventil 21 angeordnet und an einer Auslassöffnung der Kraftmaschine 10 ist ein Auslassventil 22 angeordnet. Ein Gasgemisch aus Luft und Kraftstoff wird in eine Brennkammer 23 eingebracht, indem das Einlassventil 21 geöffnet wird und Abgas wird in ein Auslassrohr 24 eingebracht, indem das Auslassventil 22 geöffnet wird. Eine Zündkerze 27 ist an einem Zylinderkopf eines jeden Zylinders installiert. Von einer Zündvorrichtung (nicht gezeigt) wird eine hohe Spannung zu der Zündkerze 27 zugeführt und deren Zündzeitgebung oder Funkenzeitgebung wird elektronisch gesteuert. Das in die Brennkammer 23 eingebrachte Luft-Kraftstoff-Gemisch wird durch die Zündkerze 27 gezündet.
Eine Katalysatorvorrichtung 31, die einen Dreiwegekatalysator zum Reinigen von CO, HC, NO_x usw. enthält, ist in dem Auslassrohr 24 angeordnet. Ein Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor 32, wie zum Beispiel ein O₂-Sensor oder ein linearer Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor ist in dem Auslassrohr 24 stromaufwärts der Katalysatorvorrichtung 31 angeordnet. Ein Kühlmitteltemperatursensor 33 und ein Kurbelwinkelsensor 34 sind in dem Zylinderblock der Kraftmaschine 10 installiert. Der Kurbelwinkelsensor 34 gibt ein Kurbelwinkelsignal mit einer Rechteckwellengestalt beispielsweise alle 30 Kurbelwinkelgrad aus. Außerdem ist an dem Fahrzeug ein Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 35 montiert.
Zum Steuern des Kraftmaschinenbetriebs werden alle elektrische Signale von diesen Sensoren zu einer elektronischen Steuereinheit (ECU) 40 zugeführt. Die ECU ist aus einem bekannten Mikrocomputer einschließlich einer CPU, einem ROM und einem RAM aufgebaut. Die ECU steuert eine Menge des in die Kraftmaschine eingespritzten Kraftstoffs, die Zündzeitgebung (Funkenzeitgebung) und eine Menge von zu der Kraftmaschine zugeführter Luft gemäß in dem ROM gespeicherten Programmen.
Wenn die Kraftstoffzufuhr zu der Kraftmaschine unterbrochen ist (Kraftstoffunterbrechung), dann wird Luft direkt zu der Katalysatorvorrichtung 31 zugeführt und Sauerstoff in der Luft wird zu der Katalysatorvorrichtung 31 absorbiert. Wenn die Kraftstoffunterbrechungssituation für eine bestimmte Zeitspanne anhält, dann erreicht eine Menge des zu der Katalysatorvorrichtung 31 absorbierten Sauerstoffs ein vorbestimmtes Niveau (diese Situation wird als ein magerer Zustand (d.h., ein kraftstoffmagerer Zustand) in der Katalysatorvorrichtung 31 bezeichnet). In diesem mageren Zustand ist die Fähigkeit des Katalysators zum Reinigen von NO_x (d.h., die Fähigkeit zum Reduzieren von NO_x) beträchtlich verringert. Andererseits nimmt die Menge von NO_x zu, wenn die Kraftmaschine unter einer schweren Last betrieben wird.
Die vorliegende Erfindung schafft ein System, in dem die Menge des in der Kraftmaschine erzeugten NO_x reduziert wird, wenn sich die Katalysatorvorrichtung 31 in dem mageren Zustand befindet. Das heißt, die Katalysatorvorrichtung 31 wird ständig überwacht, um herauszufinden, ob sich die Katalysatorvorrichtung 31 in dem mageren Zustand befindet oder nicht. Wenn die Kraftmaschine bei einer Last betrieben wird, die höher als ein vorbestimmtes Niveau ist, und sich die Katalysatorvorrichtung 31 in dem mageren Zustand befindet, dann wird die Zündzeitgebung verzögert, um die Verbrennungstemperatur in der Kraftmaschine zu senken. Auf diese Weise wird die Menge von in der Kraftmaschine erzeugtem NO_x verringert.
In der nachstehenden Beschreibung wird ein Zündzeitgebungsverzögerungsbetrag zum Verringern der NO_x-Erzeugung in der Kraftmaschine als ANOXR bezeichnet, eine gemäß den Zuständen den Kraftmaschinenbetriebs berechnete Sollzündzeitgebung wird als AESAt bezeichnet und eine durch ANOXR eingestellte endgültige Zündzeitgebung wird als AESA bezeichnet. Das heißt, AESA = AESAt-ANOXR. AESA, RESAt und ANOXR werden alle in Form des Kurbelwinkels vor dem oberen Todpunkt ausgedrückt.
Unter Bezugnahme auf 2 wird der Prozess zum Steuern der Zündzeitgebung ausführlich beschrieben. Der in 2 gezeigte Prozess wird periodisch durchgeführt, nachdem ein Zündschlüssel auf „Ein" geschaltet wurde. Bei Schritt S101 werden der RAM und die in der ECU 40 enthaltenen Merker alle initialisiert. Dann wird bei Schritt S102 die Sollzündzeitgebung AESAt gemäß den Kraftmaschinenbetriebszuständen unter Verwendung eines in der ECU 40 enthaltenen Kennfelds berechnet. Bei Schritt S103 wird bestimmt, ob sich die Katalysatorvorrichtung 31 in dem mageren Zustand befindet oder nicht, wobei der zugehörige Prozess später unter Bezugnahme auf 3 ausführlich beschrieben wird. Wenn sich die Katalysatorvorrichtung 31 in dem mageren Zustand befindet, wird ein Merker FLX auf "1" gesetzt (FLX = 1).
Beim nächsten Schritt S104 wird überprüft, ob der Merker FLX 1 oder 0 beträgt. Wenn der Merker FLX 1 beträgt (d.h., die Katalysatorvorrichtung 31 befindet sich in dem mageren Zustand), dann schreitet der Prozess zu Schritt S105 vor. Bei Schritt S105 wird bestimmt, ob Bedingungen zum Verzögern der Zündzeitgebung erfüllt sind oder nicht. Die Bedingungen umfassen eine Temperatur des Kraftmaschinenkühlmittels und einen Druck Pm in dem Einlassrohr 11. Beispielsweise sind die Bedingungen zum Verzögern der Zündzeitgebung erfüllt, wenn die Kühlmitteltemperatur höher als 70°C ist und der Einlassdruck Pm (ein absoluter Wert) höher als ein vorbestimmtes Niveau ist. Wenn die Bedingungen nicht erfüllt sind, schreitet der Prozess zu Schritt 109 vor. Wenn der Merker FLX 0 ist (bei Schritt S104), dann schreitet der Prozess auch zu Schritt S109 vor.
Bei Schritt S106 wird ein Maximalbetrag der Zündzeitgebungsverzögerung ANOXRm gemäß der Fahrzeuggeschwindigkeit SPD zu dieser Zeit auf Grundlage des in 4 gezeigten (in der ECU 40 gespeicherten) Graphen berechnet. Wie in 4 gezeigt ist, nimmt ANOXRm umgekehrt proportional zu der Fahrzeuggeschwindigkeit SPD ab und er ist auf Null gesetzt, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit SPD eine vorbestimmte Geschwindigkeit SP1 erreicht. Bei Schritt S107 wird bestimmt, ob der Betrag der Zündzeitgebungsverzögerung ANOXR zu diesem Zeitpunkt geringer als ein Maximalbetrag ANOXRm ist (ANOXR<ANOXRm?). Wenn ANOXR kleiner als der Maximalbetrag ANOXRm ist, schreitet der Prozess zu Schritt S108 vor, bei dem der gegenwärtige Betrag von ANOXR allmählich erhöht wird, indem ein vorbestimmter Einheitsbetrag addiert wird, bis ANOXR den Maximalbetrag ANOXRm erreicht. Wenn bei Schritt S107 bestimmt wird, dass der gegenwärtige Betrag von ANOXR größer als der Maximalbetrag ANOXRm ist, wird der gegenwärtige Betrag von ANOXR beibehalten wie er ist und der Prozess schreitet zu Schritt S111 vor. Bei Schritt S111 wird die entgültige Zündzeitgebung AESA berechnet, indem der Verzögerungsbetrag ANOXR von der Sollzündzeitgebung AESAt abgezogen wird (AESA = AESAt – ANOXR).
Wenn andererseits der Merker FLX 0 beträgt (bei Schritt S104) oder wenn die Bedingungen zum Verzögern der Zündzeitgebung (bei Schritt S105) nicht erfüllt sind, dann schreitet der Prozess zu Schritt S109 vor, bei dem bestimmt wird, ob die Zündzeitgebung gegenwärtig verzögert ist oder nicht (ANOXR > 0 ?). Wenn das gegenwärtige ANOXR größer als 0 ist, dann schreitet der Prozess zu Schritt S110 vor, bei dem ANOXR allmählich verringert wird, indem ein vorbestimmter Einheitsbetrag abgezogen wird, bis ANOXR den Wert Null erreicht. Wenn ANOXR kleiner als Null ist, wird ANOXR beibehalten wie es ist. Dann schreitet der Ablauf zu Schritt S111 vor, wo die entgültige Zündzeitgebung AESA berechnet wird, indem der Verzögerungsbetrag ANOXR von der Sollzündzeitgebung AESAt abgezogen wird (AESA = AESAt – ANOXR).
Wie aus dem vorgenannten verstanden werden kann, wird der Maximalbetrag der Zündzeitgebungsverzögerung ANOXRm gemäß der Fahrzeuggeschwindigkeit SPD berechnet und der gegenwärtige Verzögerungsbetrag ANOXR wird allmählich eingestellt, so dass er den Maximalbetrag ANOXRm nicht überschreitet. Auf diese Weise werden schnelle Änderungen in der Zündzeitgebung verhindert, um die nachteiligen Effekte der Zündzeitgebungsänderungen auf die Fahreigenschaften zu minimieren. Der Wert von ANOXRm wird auf Null gesetzt, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit SPD eine vorbestimmte Geschwindigkeit SP1 erreicht, wie dies in 4 gezeigt ist. Dies bedeutet, dass die Zündzeitgebung nicht verzögert wird, wenn die Fahrzeugsgeschwindigkeit SPD größer als eine vorbestimmte Geschwindigkeit SP1 ist.
Der Prozess zum Bestimmen, dass sich die katalytische Vorrichtung 31 in dem mageren Zustand befindet, welcher in dem in 2 gezeigten Schritt S103 durchgeführt wird, wird unter Bezugnahme auf 3 ausführlich beschrieben. Bei Schritt S201 wird überprüft, ob die Kraftstoffzufuhr zu der Kraftmaschine unterbrochen ist (Kraftstoffunterbrechung). Wenn die Kraftstoffunterbrechungssituation vorliegt, schreitet der Prozess zu Schritt S202 vor. Wenn die Kraftstoffunterbrechungssituation nicht vorliegt, schreitet der Prozess zu Schritt S206 vor. Bei Schritt S202 wird eine Zeitspanne, in der die Kraftstoffunterbrechungssituation anhält, gemessen, indem ein Kraftstoffunterbrechungszähler C (fc) inkrementiert wird, d. h., C (fc) = C (fc) + 1. Beim nächsten Schritt S203 wird bestimmt, ob der Kraftstoffunterbrechungszähler C(fc) einen vorbestimmten Wert K1 erreicht. K1 ist beispielsweise auf zwei oder drei Sekunden eingestellt. Wenn der Kraftstoffunterbrechungszähler C(fc) gleich oder größer als K1 ist, wird der Merker FLX, der anzeigt, dass sich die Katalysatorvorrichtung 31 in dem mageren Zustand befindet, bei Schritt S204 auf „1" eingestellt und ein Rückkehrzähler C(rtn) zum Messen einer Zeitspanne, in der der magere Zustand zu einem normalen Zustand zurückkehrt, wird bei Schritt S205 zurückgesetzt, d. h., C(rtn) = 0.
Wenn andererseits bei Schritt S201 bestimmt wird, dass die Kraftstoffunterbrechungssituation nicht vorliegt, schreitet der Prozess zwischen Schritt S206 vor. Bei Schritt S206 wird überprüft, ob der Merker FLX, der anzeigt, dass sich die Katalysatorvorrichtung 31 in dem mageren Zustand befindet, auf „1" eingestellt ist. Wenn der Merker FLX auf 1 eingestellt ist, schreitet der Prozess zu Schritt S207 vor, bei dem eine Zeitspanne nach der Wiederaufnahme der Kraftstoffzufuhr gemessen wird, indem der Rückkehrzähler C(rtn) inkrementiert wird, d. h., C(rtn) = C(rtn) + 1. Dann wird bei Schritt S208 überprüft, ob der Rückkehrzähler C(rtn) größer als ein vorbestimmter Wert K2 wird. Wenn C(rtn) gleich oder größer als K2 ist, dann schreitet der Prozess zu Schritt S209 vor, bei dem der Merker FLX auf Null gesetzt wird, um anzuzeigen, dass der magere Zustand zu dem normalen Zustand zurückgekehrt ist. Wenn bei Schritt S206 bestimmt wird, dass der Merker FLX nicht auf „1" gesetzt ist, schreitet der Prozess zu Schritt S210 vor, bei dem der Kraftstoffunterbrechungszähler C(fc) zurückgesetzt wird, d. h., C(fc) = 0.
Der vorstehend beschriebene Steuerprozess wird unter Bezugnahme auf ein in 5 gezeigtes Zeitdiagramm näher erklärt. Zum Zeitpunkt t1 ist die Kraftstoffzufuhr unterbrochen und der Kraftstoffunterbrechungszähler C(fc) startet mit dem Heraufzählen der Kraftstoffunterbrechungszeitspanne. In Folge der Kraftstoffunterbrechung wird Sauerstoff allmählich in der Katalysatorvorrichtung 31 gespeichert und darin angesammelt. Wenn der Kraftstoffunterbrechungszähler C(fc) den Wert K1 zum Zeitpunkt t2 erreicht, wird bestimmt, dass die Katalysatorvorrichtung 31 in den mageren Zustand gebracht ist, und der den mageren Zustand anzeigende Merker FLX wird gesetzt. Dann wird zum Zeitpunkt t3 die Kraftstoffzufuhr wieder aufgenommen, beispielsweise indem ein Beschleunigungspedal niedergedrückt wird, und der Rückkehrzähler C(rtn) startet mit dem Heraufzählen der Zeit. In Folge der Wiederaufnahme der Kraftstoffzufuhr nimmt die Fahrzeuggeschwindigkeit SPD zu und dementsprechend nimmt der Druck Pm in dem Einlassrohr zu.
Zum Zeitpunkt t4 erreicht der Einlassrohrdruck Pm einen vorbestimmten Druck Kpm. Wenn der Einlassrohrdruck Pm den Wert Kpm erreicht, wird bestimmt, dass die Kraftmaschinenlast ein vorbestimmtes hohes Lastniveau erreicht hat und der Prozess zum Verzögern der Zündzeitgebung wird gestartet. Der Verzögerungsprozess fährt fort, bis der Zündzeitgebungsverzögerungsbetrag ANOXR den Maximalbetrag ANOXRm erreicht. Die Zündzeitgebung AESA wird gemäß ANOXR allmählich verzögert. Durch Verzögern der Zündzeitgebung wird eine Menge von in der Kraftmaschine erzeugtem NOx selbst dann unterdrückt, wenn die Kraftmaschine bei der hohen Last betrieben wird. Daher wird die Menge von NOx-Emissionen von einem Endrohr des Fahrzeugs selbst dann unterdrückt, wenn sich die Katalysatorvorrichtung 31 in dem mageren Zustand befindet, in dem die Reduktion von NOx schwierig ist. Der Betrag der Zündzeitgebungsverzögerung ANOXR wird so gesteuert, dass er den Maximalbetrag ANOXRm, der gemäß der Fahrzeuggeschwindigkeit SPD bestimmt wird, nicht überschreitet. Daher wird vermieden, dass ein Betrag der Drehmomentverringerung in Folge der Zündzeitgebungsverzögerung ein Grenzdrehmoment überschreitet, wodurch eine Erhöhung der NOx-Menge vermieden wird. Ferner wird zum Zeitpunkt t4 keine Zündverzögerung durchgeführt, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit SPD höher als eine vorbestimmte Geschwindigkeit SP1 ist (siehe 4).
Zum Zeitpunkt t5 erreicht der Rückkehrzähler C(rtn) den vorbestimmten Wert K2 und es wird bestimmt, dass die Katalysatorvorrichtung 31 von dem mageren Zustand zu dem normalen Zustand zurückgekehrt ist. Dementsprechend wird der den mageren Zustand anzeigende Merker FLX zurückgesetzt (FLX = 0). Nach dem Zeitpunkt t5 wird die Zündzeitgebung AESA allmählich vorgerückt, bis der Verzögerungsbetrag ANOXR zu Null wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die nachstehenden Vorteile erreicht. Die Zündzeitgebungsverzögerung wird durchgeführt, wenn sich die Katalysatorvorrichtung in dem mageren Zustand befindet und die Kraftmaschine bei einer hohen Last betrieben wird. Daher wird die Zündzeitgebungsverzögerung zum Unterdrücken von NOx nicht durchgeführt, wenn die Kraftstoffzufuhr lediglich für eine kurze Zeitspanne unterbrochen ist, d. h., wenn ein Getriebegangwechsel stattfindet oder wenn die Kraftmaschine für einen Moment im Leerlauf betrieben wird. Folglich wird eine unnötige Verzögerung der Zündzeitgebung verhindert, während die NOx-Emission sicher unterdrückt wird, wenn der magere Zustand in der Katalysatorvorrichtung für eine gewisse Zeitspanne andauert. Diese Situation tritt häufig auf, wenn eine große Menge von Edelmetallen in der Katalysatorvorrichtung verwendet wird. Da die Zündzeitgebung außerdem allmählich geändert wird, werden die Fahreigenschaften nicht nachteilig beeinflusst.
Die Zündzeitgebungsverzögerung wird beendet, wenn die Katalysatorvorrichtung von dem mageren Zustand auf den normalen Zustand zurückkehrt. Daher wird der NO_x-Unterdrückungsprozess geeignet ausgeführt. Der Betrag der Zündzeitgebungsverzögerung ANOXR wird kleiner gemacht, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit SPD zunimmt und ANOXR wird zu Null gemacht, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit eine vorbestimmte Geschwindigkeit SP1 erreicht. Dementsprechend wird die NOx-Emission auf geeignete Weise gesteuert, wobei der Energieverbrauch in der Kraftmaschine berücksichtigt wird. Da die NOx-Emission gesteuert wird, indem die Zündzeitgebung verzögert wird, ohne das Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf eine kraftstofffette Seite zu steuern, wird die Kraftstoffwirtschaftlichkeit nicht nachteilig beeinträchtigt und die Emission von HC und CO nimmt nicht zu.
Ferner werden der magere Zustand in der Katalysatorvorrichtung und die Rückkehr zum normalen Zustand mit Hilfe des Kraftstoffunterbrechungszählers C(fc) bzw. des Rückstellzählers C(rtn) bestimmt. Daher können der magere Zustand und die Rückkehr zum normalen Zustand relativ einfach bestimmt werden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt sondern kann auf unterschiedlichste Weise modifiziert werden. Beispielsweise kann der magere Zustand erfasst werden, wenn der Kraftmaschinenbetrieb wieder aufgenommen wird, während die Katalysatorvorrichtung warm gehalten wird, nachdem die Kraftmaschine zeitweilig gestoppt war. Genauer gesagt kann bestimmt werden, dass sich die Katalysatorvorrichtung in dem mageren Zustand befindet, wenn die Kraftmaschine mit einer sogenannten Leerlaufstopvorrichtung an einer Kreuzung für eine bestimmte Zeitspanne gestoppt wurde. Oder es kann bestimmt werden, dass sich die Katalysatorvorrichtung in dem mageren Zustand befindet, wenn die Kraftmaschine wieder gestartet wird, wobei die Katalysatorvorrichtung weiterhin warm gehalten wird, nachdem die Kraftmaschine durch Ausschalten mittels Zündschlüssel gestoppt wird. In diesen Fällen, in denen sich die Katalysatorvorrichtung in dem mageren Zustand befindet, wird die NOx-Steuerung durch Verzögern der Zündzeitgebung durchgeführt.
Anstelle die Zeitspanne zu messen, in der die Kraftstoffzufuhr beim Bestimmen des mageren Zustands unterbrochen ist, ist es möglich, eine Annahme über die Menge des in der Katalysatorvorrichtung 31 gespeicherten Sauerstoffs zu treffen. Eine solche Annahme kann auf Grundlage einer Menge von der Katalysatorvorrichtung 31 zugeführtem verbrannten Gas und der Sauerstoffdichte in dem verbrannten Gas getroffen werden. Die Sauerstoffdichte in dem verbrannten Gas wird auf Grundlage des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses erfasst, welches durch den stromaufwärts der Katalysatorvorrichtung 31 angeordneten Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor 32 gefühlt wurde. Wahlweise kann ein Paar Luft-Kraftstoff-Verhältnissensoren 32 stromabwärts und stromaufwärts der Katalysatorvorrichtung 31 angeordnet sein und die Menge von in der Katalysatorvorrichtung 31 gespeichertem Sauerstoff kann auf Grundlage der Ausgaben des Paares Sensoren angenommen werden. Die Steuerung der NOx-Unterdrückung kann entsprechend der Menge des in der Katalysatorvorrichtung 31 gespeicherten Sauerstoffs durchgeführt werden. Die Beurteilung, dass die Katalysatorvorrichtung von dem mageren Zustand zu dem normalen Zustand zurückgekehrt ist, kann auf Grundlage der angenommenen Sauerstoffmenge durchgeführt werden.
In dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die Steuerung der NOx-Unterdrückung beendet, wenn der magere Zustand zu dem normalen Zustand zurückgekehrt ist. Die Steuerung kann beendet werden, wenn vom Zeitpunkt t4, zu dem die Zündzeitgebungsverzögerung gestartet wurde, eine vorbestimmte Zeitspanne verstrichen ist (siehe 5). Wahlweise kann die Steuerung entweder zum Zeitpunkt t5 beendet werden (Rückkehr vom mageren Zustand zum normalen Zustand) oder zu einem Zeitpunkt, zu dem eine vorbestimmte Zeitspanne nach dem Zeitpunkt t4 verstrichen ist, welches von Beiden früher liegt. Auf diese Weise wird eine übermäßige Steuerung des NOx wirkungsvoll vermieden.
Die Steuerung zum Unterdrücken des NOx kann auf Grundlage einer Menge des während einer Zeitspanne, in der die Kraftstoffzufuhr unterbrochen ist, zu der Katalysatorvorrichtung absorbierten Sauerstoffs ausgeführt werden. Eine solche Sauerstoffmenge kann auf Grundlage eines Werts des Kraftstoffunterbrechungszählers C(fc) zum Zeitpunkt t3 angenommen werden (siehe 5). Bevorzugterweise wird der Betrag von ANOXR erhöht, wenn die Sauerstoffmenge größer ist. In dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird der Betrag von ANOXR verringert, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit SPD zunimmt, und ANOXR wird auf den Wert Null gebracht, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit SPD die vorbestimmte Geschwindigkeit SP1 erreicht. Jedoch kann der Betrag von ANOXR konstant gehalten werden, bis die Fahrzeuggeschwindigkeit ein gewisses Niveau erreicht und ANOXR kann auf Null gebracht werden, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit dieses Niveau überschreitet. Wahlweise kann der Betrag von ANOXR schrittweise entsprechend den Niveaus der Fahrzeuggeschwindigkeit geändert werden. Der Betrag von ANOXR kann entsprechend einem Niveau der Kraftmaschinenlast zu einem Zeitpunkt geändert werden, zu dem die NOx-Unterdrückungssteuerung beginnt (zum Zeitpunkt t4 in 5). In diesem Fall ist der Betrag von ANOXR auf ein höheres Niveau eingestellt, wenn das Niveau der Kraftmaschinenlast höher ist.
Anstelle die Zündzeitgebung zum Unterdrücken der Erzeugung von NOx in der Kraftmaschine zu steuern, ist es möglich, eine Menge der Abgasrückführung (in einem System mit einer sogenannten Abgasrückführung (AGR)) zu steuern. In diesem Fall wird die Menge der Abgasrückführung erhöht, wenn sich die Katalysatorvorrichtung 31 in dem mageren Zustand befindet und die Kraftmaschinenlast hoch ist. Die Menge der Abgasrückführung wird auch gemäß der Fahrzeuggeschwindigkeit auf ähnliche Art und Weise gesteuert, wie in 4 gezeigt ist. Das Abgasrückführungssystem kann ein sogenanntes internes Rückführungssystem sein, in dem eine Ventilzeitgebung oder ein Ventilhubbetrag eines Einlassventils und eines Auslassventils gesteuert wird, um dadurch eine Überlappungszeit oder einen Überlappungsbetrag beider Ventile zu steuern. In diesem Fall wird die Überlappungszeit oder der Überlappungsbetrag erhöht, wenn sich der Katalysator in dem mageren Zustand befindet und die Kraftmaschinenlast hoch ist.
Die Beurteilung über den mageren Zustand und über die Rückkehr von dem mageren Zustand zu dem normalen Zustand kann durchgeführt werden, in dem ein Verschlechterungsgrad der Katalysatorvorrichtung berücksichtigt wird. In diesem Fall ist der vorbestimmte Wert K1 (siehe 5) bevorzugterweise höher eingestellt oder der andere vorbestimmte Wert K2 ist niedriger eingestellt, wenn der Verschlechterungsgrad der Katalysatorvorrichtung höher ist.
Während die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf das vorangehende bevorzugte Ausführungsbeispiel dargestellt und beschrieben wurde, ist es für den Fachmann ersichtlich, das Änderungen in Form und in Einzelheiten durchgeführt werden können, ohne von dem Bereich der in den beiliegenden Ansprüchen definierten Erfindung abzuweichen.
Eine Katalysatorvorrichtung (31), die einen Dreiwegekatalysator enthält, ist in einem Auslassrohr (24) einer Brennkraftmaschine (10) angeordnet. Wenn die Kraftstoffzufuhr zu der Kraftmaschine und für eine gewisse Zeitspanne unterbrochen ist, wird die Katalysatorvorrichtung (31) in einen mageren Zustand (kraftstoffmager) gebracht, in dem NO_x schwierig gereinigt werden kann. Insbesondere nehmen NO_X-Fremdstoffe in den Auslassemissionen zu, wenn die Kraftmaschine bei einer hohen Last betrieben wird. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Zündzeitgebung (AESA) verzögert, wenn sich der Katalysator in dem mageren Zustand befindet und die Kraftmaschine unter einer hohen Last betrieben wird. Auf diese Weise wird die NO_x-Erzeugung in der Kraftmaschine unterdrückt und dadurch wird die Menge von NO_x in dem Emissionsgas unterdrückt, während andere Fremdstoffe, wie zum Beispiel HC und CO ausreichend gereinigt werden.

Claims

System zum Steuern von Abgasemissionen von einer Brennkraftmaschine (10), wobei das System folgendes aufweist: eine Katalysatorvorrichtung (31) zum Reinigen von Abgas von der Brennkraftmaschine; Mittel (S103) zum Bestimmen, dass die Katalysatorvorrichtung in einem mageren Zustand vorliegt; und Mittel (S106 usw.) zum Unterdrücken einer Menge von NO_x, das in der Abgasemission von der Brennkraftmaschine enthalten ist, wobei das Unterdrückungsmittel betätigt wird, wenn das Bestimmungsmittel bestimmt, dass sich die Katalysatorvorrichtung (31) in dem mageren Zustand befindet und wenn die Brennkraftmaschine (10) bei einer Last betrieben wird, die höher als ein vorbestimmtes Niveau ist.
Steuersystem gemäß Anspruch 1, wobei das Unterdrückungsmittel (S106, usw.) einen Betrag der NO_x-Unterdrückung entsprechend einer Fahrgeschwindigkeit (SPD) des Fahrzeugs einstellt, an dem die Brennkraftmaschine montiert ist.
Steuersystem gemäß Anspruch 2, wobei der Betrag der NO_x-Unterdrückung auf ein höheres Niveau eingestellt ist, wenn die Fahrgeschwindigkeit (SPD) des Fahrzeugs niedriger ist.
Steuersystem gemäß Anspruch 2 oder 3, wobei der Betrag der NO_x-Unterdrückung auf Null eingestellt ist, wenn die Fahrgeschwindigkeit (SPD) des Fahrzeugs eine vorbestimmte Geschwindigkeit (SP1) überschreitet.
Steuersystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Steuersystem ferner Mittel aufweist, um ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf eine fette Seite zu steuern, wenn sich die Katalysatorvorrichtung (31) in dem mageren Zustand befindet.
Steuersystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Bestimmungsmittel (S103) bestimmt, dass sich die Katalysatorvorrichtung (31) in dem mageren Zustand befindet, wenn für eine vorbestimmte Zeitspanne (K1) kein Kraftstoff zu der Brennkraftmaschine zugeführt wird.
Steuersystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Bestimmungsmittel (S103) eine Annahme über die Menge des in der Katalysatorvorrichtung (31) gespeicherten Sauerstoffs trifft und bestimmt, dass sich die Katalysatorvorrichtung in dem mageren Zustand befindet, wenn die angenommene Sauerstoffmenge einen vorbestimmten Betrag überschreitet.
Steuersystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Steuersystem ferner Mittel (S207-S209) zum Beurteilen, ob die Katalysatorvorrichtung (31) von dem mageren Zustand zu einem normalen Zustand zurückgekehrt ist, und Mittel (S110) aufweist, um den Betrieb des Unterdrückungsmittels zu beenden, wenn das Beurteilungsmittel beurteilt, dass die Katalysatorvorrichtung auf den normalen Zustand zurückgekehrt ist.
Steuersystem gemäß Anspruch 8, wobei das Beurteilungsmittel (S207-S209) beurteilt, dass die Katalysatorvorrichtung (31) zu dem normalen Zustand zurückgekehrt ist, wenn die Verbrennung in der Brennkraftmaschine (10) für eine vorbestimmte Zeitspanne (K2) fortgeführt wurde, nachdem das Bestimmungsmittel bestimmt hat, dass sich die Katalysatorvorrichtung in dem mageren Zustand befindet.
Steuersystem gemäß Anspruch 8, wobei das Beurteilungsmittel (S207-S209) bestimmt, dass die Katalysatorvorrichtung (31) auf den normalen Zustand zurückgekehrt ist, wenn eine angenommen Menge des in der Katalysatorvorrichtung gespeicherten Sauerstoffs kleiner als eine vorbestimmte Menge wird.
Steuersystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Unterdrückungsmittel (S106, usw.) eine Menge von in der Brennkraftmaschine (10) erzeugtem NO_x durch Verzögern der Zündzeitgebung (AESA) unterdrückt.
Steuersystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Unterdrückungsmittel (S106, usw.) eine Menge von in der Brennkraftmaschine erzeugtem NO_x durch Steuern einer Menge von in die Brennkraftmaschine rückgeführtem Abgas unterdrückt.