-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Diagnosevorrichtung
eines Abgasreinigungskatalysators, wie eines NOx-Okklusions-Reduktionskatalysators.
-
In
vergangenen Jahren hat eine Vorrichtung, die einen NOx-Okklusions-Reduktionskatalysator verwendet,
das heißt
einen NOx-Katalysator, Aufmerksamkeit als eine von Abgasreinigungsvorrichtungen
zum Reinigen von in einem Abgas enthaltenen NOx (Stickoxiden) erregt.
Der NOx-Katalysator, der
in der Vorrichtung verwendet wird, besteht beispielsweise aus einem
erdalkalischen Material (Okklusionsmaterial) und Platin. Der NOx-Katalysator hat
die Charakteristik des Okkludierens des NOx in dem Abgas, wenn die
Atmosphäre
des Abgases ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist
(d.h. ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das
einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis
entspricht, das niedriger als das stöchiometrische Luft- Kraftstoff-Verhältnis ist)
und des Reduzierens und Entfernens des okkludierten NOx mit Reduktionskomponenten,
wie HC und CO, die in dem Abgas enthalten sind, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett
ist (das heißt
ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das
einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis entspricht,
das höher
als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist).
Diese Vorrichtung verwendet eine derartige Charakteristik des Katalysators.
Die Vorrichtung reinigt das NOx, das in dem Abgas enthalten ist,
und reduziert die NOx-Emissionsmenge durch Wiederholen der Okklusion
und der Reduktion (Abgabe) des NOx mit dem Katalysator.
-
Jedoch
gibt es auch in einer derartigen Vorrichtung eine Grenze der Okklusionsfähigkeit
des NOx-Katalysators. Deshalb, falls der Katalysator fortlaufend
in der Umgebung benutzt wird, wo die NOx-Reduktionsmenge (NOx-Abgabemenge)
die NOx-Okklusionsmenge übersteigt,
und die NOx-Okklusionsmenge
sich der Okklusionsgrenze nähert, fällt die
NOx-Reinigungsleistung des Katalysators signifikant ab. Deshalb
wird herkömmlich
als ein Prozess (Katalysatorwiederherstellungsprozess) zum Wiederherstellen
beziehungsweise Erholen von dem Abfall der NOx-Reinigungsleistung (zeitweise Leistungsverschlechterung
korrespondierend zur NOx-Okklusionsmenge) ein Reduktionsentfernen des
in dem NOx-Katalysator okkludierten NOx periodisch durchgeführt. Beispielsweise
ist eine Diagnosevorrichtung eines Abgasreinigungskatalysators, die
einen Grad einer Leistungsverschlechterung (beispielsweise ein Vorhanden
sein oder nicht Vorhanden sein einer Schwefelvergiftung) eines NOx-Katalysators,
die von einer Schwefelkomponente (S) und dergleichen resultiert,
die in einem Verbrennungsmotorkraftstoff und dergleichen enthalten
sind, während eines
Katalysatorwiederherstellungsprozesses diagnostiziert, auch bekannt,
wie zum Beispiel in dem
Japanischen
Patentblatt Nr. 2692380 beschrieben ist. Als Nächstes wird
mit Bezug auf
9 ein kurzer Überblick
des Katalysatordiagnoseprozesses gegeben, der derzeit durch herkömmliche
und allgemeine Vorrichtungen einschließlich der vorstehend beschriebenen
Vorrichtung durchgeführt
wird. Um eine Wiederherstellung und eine Diagnose des NOx-Katalysators durchzuführen, der
in einem Verbrennungsmotorabgassystem vorgesehen ist, sieht die
Vorrichtung ein LNT-System (Mager-NOx-Fangsystem) vor, das ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis zeitweise
fett macht, um das okkludierte NOx durch Durchführen einer Überzufuhr des Kraftstoffs zur
Verbrennung zu reduzieren (das heißt durch Durchführen einer
fetten Spülung).
Hier wird ein Beispiel erklärt,
in dem die Vorrichtung auf ein Abgasreinigungssystem für einen Fahrzeugdieselmotor
angewendet ist, der einen stetigen Betrieb durch eine magere Verbrennung
durchführt.
-
9 ist
ein Zeitdiagramm, das zeigt, ob die fette Spülung durchgeführt wird,
und das die Luft-Kraftstoff-Verhältnisse
A/F (äquivalent
zu Sauerstoffkonzentrationen in dem Abgas) stromaufwärts und
stromabwärts
des NOx-Katalysators
bezüglich einer
Strömungsrichtung
des Abgases zeigt. Das stromaufwärtige
Luft-Kraftstoff-Verhältnis
A/F (Sauerstoffkonzentration) und das stromabwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F (Sauerstoffkonzentration)
können
jeweils erfasst werden, beispielsweise mit A/F-Sensoren (Sauerstoffkonzentrationssensoren),
die stromaufwärts
bzw. stromabwärts
des NOx-Katalysators bezüglich
der Strömungsrichtung des
Abgases vorgesehen sind.
-
Die
Vorrichtung führt
die fette Spülung
als den Katalysatorwiederherstellungsprozess periodisch durch (das
heißt
bei jedem Verstreichen einer vorbestimmten Zeit). Das heißt die Überzufuhr
des Kraftstoffs zu dem Verbrennungsmotor, um die fette Spülung zu
starten, wird bspw. bei einer Zeit t51 durchgeführt, wie in 9 gezeigt
ist. Dann wird, wie in 9 gezeigt ist, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F stromaufwärts des
NOx-Katalysators
mit Bezug auf die Strömungsrichtung
des Abgases zeitweise fett. Somit wird das okkludierte NOx mit HC,
CO und dergleichen, die in dem Abgas enthalten sind, reduziert und
entfernt, so dass das okkludierte NOx von dem Katalysator abgegeben
wird. Wie durch eine durchgehende Linie L51a in 9 gezeigt
ist, wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F
stromabwärts
des NOx-Katalysators bezüglich
der Abgasströmung
bei dem stöchiometrischen
Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F0
während
eines Reduktionsentfernens (Abgabe) des okkludierten NOx aufrecht
gehalten.
-
In
dem Beispiel, das in 9 gezeigt ist, endet das Reduktionsentfernen
(Abgabe) des okkludierten NOx bei einer Zeit t52. Die Endzeit kann
auf Basis einer Änderung
des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses
A/F stromabwärts
des NOx-Katalysators
bezüglich
der Strömungsrichtung
des Abgases erfasst werden. Im Detail, wenn sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F
von dem stöchiometrischen
Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F0
zu der fetten Seite verschiebt und unter einen vorbestimmten Beendigungsbestimmungswert
(Schwellenwert TH1) zu der fetteren Seite abfällt, wird bestimmt, dass die
Abgabe des okkludierten NOx endet, und die fette Spülung wird
beendet (gestoppt), wie in 9 gezeigt
ist. Somit kehrt das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F zu dem mageren Zustand
des stetigen Betriebs zurück.
Der Schwellenwert TH1 ist geringfügig fetter als das stöchiometrische
Luft-Kraftstoff-Verhältnis
A/F0 eingestellt. Falls die fette Spülung andauert, obwohl die Abgabe
des okkludierten NOx endet, gibt es eine Wahrscheinlichkeit, dass
die Emission durch die Abgabe des unverbrannten Kraftstoffs (das
heißt
fettes Abgas) verschlechtert ist. Der Schwellenwert TH1 ist so eingestellt,
dass die fette Spülung
gestoppt (beendet) werden kann, unmittelbar nachdem das Ende der
Abgabe des okkludierten NOx bestimmt ist. Mit solch einer Einstellung
kann jedoch, wie durch eine gestrichelte Linie L51b in 9 gezeigt
ist, das okkludierte NOx nicht vollkommen abgegeben werden, und
eine gewisse Menge des okkludierten NOx verbleibt, wie durch einen
Bereich R1 in 9 gezeigt ist (der Bereich R1
entspricht einer verbleibenden Menge).
-
Die
Vorrichtung führt
periodisch die fette Spülung
als den Katalysatorwiederherstellungsprozess durch, um im Wesentlichen
das gesamte okkludierte NOx zu reduzieren und zu entfernen. Somit stellt
die Vorrichtung die Reinigungsleistung (Abgasreinigungsleistung)
des NOx-Katalysators
periodisch wieder her.
-
Die
Vorrichtung diagnostiziert den Grad der Leistungsverschlechterung
des Katalysators auf Basis der NOx-Menge, die durch den Katalysator
pro Zeiteinheit okkludiert wird, das heißt der NOx-Menge (NOx-Okklusionsmenge pro
Zeiteinheit), die von der Zeit an, wenn die vorherige fette Spülung durchgeführt wird,
bis zu der Zeit unmittelbar vor der Durchführung der gegenwärtigen fetten
Spülung
okkludiert wird. Wenn die NOx-Okklusionsmenge
gering ist, wird bestimmt, dass der Grad der Leistungsverschlechterung
des Katalysators hoch ist und es wird beispielsweise ein geeigneter
Wiederherstellungsprozess durchgeführt. Der NOx-Katalysator ist
nur unter einer Reinigungsbedingung (Umgebung, die eine Abgabe des
okkludierten NOx ermöglicht)
eingestellt, während
die fette Spülung
durchgeführt
wird. Deshalb kann die NOx-Okklusionsmenge pro Zeiteinheit (NOx-Okklusionsmenge vor
einem Beginn einer fetten Spülung)
auf Basis einer Zeitlänge
(Zeiteinheit t51–t52)
von der Zeit t51, bei der die fette Spülung begonnen wird, zu der
Zeit t52 geschätzt
werden, bei der das Reduktionsentfernen (Abgabe) des okkludierten
NOx endet. Es kann bestimmt werden, dass sich die NOx-Okklusionsmenge
erhöht,
wenn sich die Zeitlänge
t51–t52
vergrößert. Zu
dieser Zeit tritt ein gewisser Schätzfehler aufgrund des restlichen
NOx auf, der ungefähr
dem Bereich R1 in 9 entspricht. Deshalb ist es
wünschenswert,
den Schätzfehler
durch geeignete Berechung oder dergleichen zu korrigieren.
-
Somit
kann der Katalysator periodisch wieder hergestellt werden, selbst
mit der herkömmlichen Vorrichtung,
einschließlich
der Vorrichtung, die in dem
Japanischen
Patentblatt Nr. 2692380 beschrieben ist. Die Vorrichtung
kann die Verschlechterung des Katalysators in einem frühen Stadium
erfassen und den Wiederherstellungsprozess, der die Schwefelvergiftung
und dergleichen betrifft, durch Durchführen der Verschlechterungsdiagnose
durchführen, wenn
der Wiederherstellungsprozess durchgeführt wird. Jedoch wird die Reinigungsleistung
des Katalysators durch eine Umgebungstemperatur signifikant beeinflusst.
Gewöhnlich
nimmt die Reinigungsleistung des Katalysators ab und die Reduktionsgeschwindigkeit
des NOx verringert sich, falls die Temperatur des Katalysators höher oder
geringer als eine geeignete Temperatur ist. Wenn der Katalysatorwiederherstellungsprozess
und der Katalysatordiagnoseprozess in solch einer Temperaturumgebung durchgeführt werden,
fällt deshalb
das Luft-Kraftstoff-Verhältnis
A/F stromabwärts
des NOx-Katalysators
bezüglich
der Abgasströmungsrichtung
unter die vorbestimmte Beendigungsbestimmung (Schwellenwert TH1)
zu der fetteren Seite ab, und die fette Spülung wird in einem frühen Stadium
(beispielsweise bei einer Zeit t53) beendet (gestoppt), wo eine
restliche NOx-Menge noch immer groß ist, wie durch eine Zweistrichlinie
L52a in
9 gezeigt ist. Aufgrund des
vielen restlichen NOx, das im Wesentlichen durch einen Bereich R2
in
9 gezeigt ist (Bereich R2 korrespondiert zu einer
verbleibenden Menge), ist die Schätzgenauigkeit der NOx-Okklusionsmenge (NOx-Okklusionsmenge vor
einem Starten einer fetten Spülung)
verschlechtert. Falls ein derartig großer Fehler auftritt, kann eine
genaue Korrektur nicht durchgeführt
werden, selbst wenn die geeignete Korrekturberechnung, beispielsweise
gemäß der Katalysatortemperatur,
durchgeführt
wird. Demzufolge ist die Verschlechterung der Diagnosegenauigkeit
des Katalysatordiagnoseprozesses unvermeidbar.
-
Um
eine derartige Verschlechterung der Diagnosegenauigkeit zu vermeiden
beziehungsweise zu hemmen, kann ein Schema des Änderns des Schwellenwerts TH1
zu der fetteren Seite (beispielsweise zu dem Schwellenwert TH2 in
9)
verwendet werden, um die restliche NOx-Menge zu dem Ende der fetten
Spülung
zu reduzieren. Jedoch gibt es in diesem Fall Bedenken hinsichtlich
der Verschlechterung der Emission, wie vorstehend erwähnt ist.
Deshalb ist schwierig, dass die Vorrichtung, die im
Japanischen Patentblatt Nur. 2692380 beschrieben ist,
den Katalysatorprozess mit hoher Zuverlässigkeit und Genauigkeit auszuführt, während eine
gute Emission aufrechterhalten wird.
-
Es
gibt eine weitere Vorrichtung, die den Katalysatorprozess nur dann
durchführt,
wenn die Katalysatortemperatur innerhalb eines vorbestimmten Bereichs
ist. Jedoch gibt es Bedenken, dass die Vorrichtung den Katalysatordiagnoseprozess
nicht über
eine lange Zeitspanne in Abhängigkeit
der Temperaturumgebung des Katalysators durchführen kann, so dass es schwierig
ist, die Verschlechterung des Katalysators in einem frühen Stadium
mit hoher Zuverlässigkeit
zu erfassen.
-
Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Diagnosevorrichtung
eines Abgasreinigungskatalysators vorzusehen, die einen Katalysatordiagnoseprozess
häufig
mit hoher Zuverlässigkeit und
hoher Genauigkeit durchführen
kann, während eine
gute Emission aufrechterhalten wird.
-
Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung hat eine Abgasreinigungskatalysatordiagnosevorrichtung
zum Diagnostizieren eines Grads einer Leistungsverschlechterung
eines Katalysators, der in einem Abgassystem eines Verbrennungsmotors
zur Abgasreinigung vorgesehen ist, eine Katalysatortemperaturbestimmungsvorrichtung,
die bestimmt, ob eine Temperatur des Katalysators vor dem Diagnoseprozess
des Katalysators in einem vorbestimmten Diagnosezulässigkeitsbereich
ist, und eine Katalysatorsteuerungsvorrichtung, die die Temperatur
des Katalysators vor dem Diagnoseprozess des Katalysators in den
Diagnosezulässigkeitsbereich
steuert, wenn die Katalysatortemperaturbestimmungsvorrichtung bestimmt,
dass die Temperatur des Katalysators außerhalb des Diagnosezulässigkeitsbereichs
ist.
-
Mit
einem derartigen Aufbau kann durch das Zusammenarbeiten der Katalysatortemperaturbestimmungsvorrichtung
und der Katalysatortemperatursteuervorrichtung die Temperatur des
Katalysators vor dem Diagnoseprozess (Katalysatordiagnoseprozess)
des Katalysators in den vorbestimmten Diagnosezulässigkeitsbereich
(beispielsweise ein Bereich, wo die Reinigungsleistung des Katalysators stabil
und hoch ist, das heißt
ein Aktivierungstemperaturbereich) gesteuert werden. Demzufolge
wird der Katalysatordiagnoseprozess durchgeführt, während die Katalysatortemperatur
in dem vorbestimmten Bereich ist (Diagnosezulässigkeitsbereich). Als eine Folge
kann der Diagnoseprozess mit hoher Zuverlässigkeit und hoher Genauigkeit
durchgeführt
werden, während
eine gute Emission aufrechterhalten wird. Darüber hinaus kann der Katalysatordiagnoseprozess
mit höherer
Frequenz beziehungsweise Häufigkeit
durchgeführt
werden, indem die Katalysatortemperatur aktiv in den vorbestimmten
Bereich (Diagnosezulässigkeitsbereich)
gebracht wird, das heißt
indem die Temperaturumgebung eingerichtet wird.
-
Als
die Katalysatortemperatursteuervorrichtung können zusätzlich zu der Vorrichtung,
die die fette Spülung
(engl.: „rich
purge") durchführt, oder
einer Vorrichtung, die andere beliebige Heizvorrichtungen, wie einen
Heizer, steuert, andere Vorrichtungen, wie eine Vorrichtung, die
eine beliebige Kühlvorrichtung steuert,
gemäß der Verwendung
oder dergleichen verwendet werden.
-
Als
die Katalysatortemperaturbestimmungsvorrichtung kann zusätzlich zu
einer Vorrichtung, die direkt auf Basis der durch eine beliebige
Vorrichtung oder ein beliebiges Verfahren gemessenen Katalysatortemperatur
bestimmt, ob die Temperatur des Katalysators in dem Diagnosezulässigkeitsbereich ist,
eine Vorrichtung verwendet werden, die indirekt auf der Basis des
Verbrennungsmotorbetriebsmodus oder dergleichen bestimmt, ob die
Temperatur des Katalysators in dem Diagnosezulässigkeitsbereich ist. Beispielsweise
kann automatisch bestimmt werden, dass die Katalysatortemperatur
unmittelbar nach dem Verbrennungsmotorstart niedriger als der Diagnosezulässigkeitsbereich
ist, und die Temperaturerhöhungssteuerung
kann gestartet werden, ohne die Temperatur zu messen (oder ohne
die Temperatur als einen Messwert zu erhalten).
-
Darüber hinaus
kann der Diagnosezulässigkeitsbereich
ein Bereich sein, der einen zu entfernenden Bereich oder zu entfernende
Bereiche kennzeichnet, beispielsweise ein Bereich mit nur einer oberen
Grenze oder einer unteren Grenze. Der Diagnosezulässigkeitsbereich
kann nur mit der oberen Grenze eingestellt sein, wenn es vorab bekannt
ist, dass der Katalysator von dem gekühlten Zustand erwärmt wird,
beispielsweise vor einem Motor warmlaufen (d.h. unmittelbar nach
einem Starten).
-
Merkmale
und Vorteile einer Ausführungsform
genauso wie Betriebsverfahren und die Funktion der zugehörigen Teile,
werden von einem Studium der folgenden detaillierten Beschreibung,
der angehängten
Ansprüche
und der Zeichnungen klar, die alle einen Teil dieser Anmeldung bilden.
-
1 ist
ein schematisches Diagramm, das ein Verbrennungsmotorsteuersystem
zeigt, das eine Abgasreinigungskatalysatordiagnosevorrichtung gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung hat;
-
2 ist
ein Flussdiagramm, das einen Ablauf eines Prozesses zeigt, der eine
Ausführungsbedingung
des Katalysatordiagnoseprozesses gemäß der Ausführungsform betrifft;
-
3 ist
ein Flussdiagramm, das Inhalte eines Prozesses einer Temperatursteuerung
in dem Katalysatordiagnoseprozess gemäß der Ausführungsform zeigt;
-
4A ist
ein Graph, der eine Sauerstoffmenge in einem Abgas, eine Sauerstoffmenge,
die durch ursprünglich
in dem Abgas vorhandenes HC verbraucht wird, und eine Sauerstoffmenge
zeigt, die reagieren kann;
-
4B ist
ein Graph, der eine Beziehung zwischen einem oberen Grenzüberwachungswert und
einer Abgastemperatur gemäß der Ausführungsform
zeigt;
-
5A ist
ein Diagramm, das eine Zielkatalysatortemperatur, eine derzeitige
Katalysatortemperatur, einen Temperaturerhöhungsgrad und eine Zusatztemperaturerhöhung gemäß der Ausführungsform
zeigt;
-
5B ist
ein Graph, der eine Beziehung zwischen einer erforderten Zusatzmenge
und einer Abgasströmungsrate
gemäß der Ausführungsform zeigt;
-
6 ist
ein Flussdiagramm, das einen Ablauf eines Katalysatorwiederherstellungsprozesses gemäß der Ausführungsform
zeigt;
-
7 ist
ein Flussdiagramm, das einen Ablauf des Katalysatordiagnoseprozesses
gemäß der Ausführungsform
zeigt;
-
8 ist
ein Graph, der ein Kennfeld zeigt, das für den Katalysatordiagnoseprozess
gemäß der Ausführungsform
verwendet wird; und
-
9 ist
ein Zeitdiagramm, das einen Prozessmodus eines Katalysatordiagnoseprozesses zeigt,
der durch eine Abgasreinigungskatalysatordiagnosevorrichtung eines
Stands der Technik durchgeführt
wird.
-
Nun
wird eine Diagnosevorrichtung eines Abgasreinigungskatalysators
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen erklärt. Die
Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung sieht ein LNT-System (Mager-NOx-Fangsystem), das okkludiertes
NOx reduziert, indem ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis
stromaufwärts
des Katalysators bezüglich
einer Strömungsrichtung
des Abgases zeitweise fett gemacht wird, in einem Verbrennungsmotorsteuersystem
vor, wie die Vorrichtung, die in 9 gezeigt
ist. In der vorliegenden Ausführungsform
ist die Vorrichtung auf ein Fahrzeug (Dieselfahrzeug) angewendet,
das einen Dieselmotor (Brennkraftmaschine) als eine Energiequelle
hat. Mit Bezug auf 1 wird zuerst ein Detail des Verbrennungsmotorsystems
erklärt,
auf das die Vorrichtung (Katalysatordiagnosevorrichtung) angewendet
ist.
-
1 ist
ein schematisches Diagramm, das ein Fahrzeugverbrennungsmotorsteuersystem
zeigt, das die Katalysatordiagnosevorrichtung gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
hat. Ein Mehrzylinderkolbenmotor wird als ein Verbrennungsmotor
in der vorliegenden Ausführungsform
angenommen. Zur besseren Erklärung
ist in 1 nur ein Zylinder dargestellt. Wie in 1 gezeigt
ist, hat das System die Brennkraftmaschine 10 als einen
Dieselmotor. Das System hat auch verschiedene Sensoren, eine ECU 30 (elektronische
Steuereinheit) und dergleichen zum Steuern des Verbrennungsmotors 10. Nachstehend
werden Komponenten, die das System bilden, einschließlich des
Verbrennungsmotors 10 als ein Steuerobjekt, detailliert
erklärt.
Der Verbrennungsmotor 10 hat Injektoren 11 einer
elektromagnetisch angetriebenen Bauart (oder beispielsweise Piezoangetriebenen
Bauart) in den jeweiligen Zylindern. Ein Kraftstoffeinspritzen von
den Injektoren 11 in Brennkammern der jeweiligen Zylinder
wird gemäß einer
vorbestimmten Verbrennungsreihenfolge durchgeführt.
-
Ein
Common Rail-Kraftstoffzuführsystem wird
als ein Kraftstoffzuführsystem
verwendet, das den Kraftstoff zuführt. Eine Hochdruckpumpe 14 komprimiert
den Kraftstoff (Leichtöl)
der von einem Kraftstoffbehälter 13 angesaugt
wird, und pumpt den Kraftstoff zu einer Common Rail 15 als
ein Druckspeicherrohr. Der Kraftstoff in der Common Rail 15 wird durch
das Pumpen des Kraftstoffs von der Hochdruckpumpe 14 in
dem Hochdruckzustand gehalten. Der Hochdruckkraftstoff in der Common
Rail 15 wird zu den Injektoren 11 zugeführt, und
der Hochdruckkraftstoff wird in die jeweiligen Zylinder des Verbrennungsmotors 10 durch
den Ventilöffnungsvorgang der
Injektoren 11 eingespritzt und zugeführt. Ein Einlassrohr 17 und
ein Auslassrohr 18 sind mit dem Verbrennungsmotor 10 verbunden.
Falls ein Einlassventil 17a öffnet, wird Luft durch das
Einlassrohr 17 in die Zylinder eingeleitet (angesaugt).
Falls ein Auslassventil 18a öffnet, wird Abgas, das durch
Verbrennung des Kraftstoffs erzeugt wird, durch das Auslassrohr 18 hindurch
abgegeben.
-
Ein
DPF 20 (Dieselpartikelfilter) zum Sammeln von Partikeln,
die in dem Abgas enthalten sind, und ein Katalysator 21 (NOx-Katalysator)
einer NOx-Okklusions-Reduktions-Bauart
zum Reinigen von in dem Abgas enthaltenem NOx sind als ein Abgasnachbehandlungssystem
zum Durchführen
einer Abgasreinigung in dem Auslassrohr 18 vorgesehen und
bilden ein Abgassystem des Verbrennungsmotors 10. In der
vorliegenden Ausführungsform
ist der DPF 20 in einem stromaufwärtigen Abschnitt des Auslassrohrs 18 vorgesehen
und der NOx-Katalysator 21 ist in einem stromabwärtigen Abschnitt
des Auslassrohrs 18 bezüglich
der Strömungsrichtung des
Abgases vorgesehen.
-
Der
DPF 20 ist ein kontinuierlich regenerierbarer Partikel
entfernender Filter zum Sammeln der Partikel, die in dem Abgas enthalten
sind. Der DPF 20 kann durch wiederholtes Verbrennen und
Entfernen der gesammelten Partikel (als Regenerationsprozess) beispielsweise
durch eine Nacheinspritzung, die nach einer Haupteinspritzung durchgeführt wird,
die hauptsächlich
zu der Verbrennung beiträgt, kontinuierlich
verwendet werden. Der DPF 20 stützt einen Oxidationskatalysator
von einer Platinfamilie bzw. -gruppe (nicht gezeigt) ab, und kann
HC und CO und auch einen löslichen
organischen Bestandteil (SOF) als eine der Partikelkomponenten entfernen.
-
Der
NOx-Katalysator 21 ist eine Art von einem allgemein und
weitläufig
verwendeten NOx-Katalysator, der beispielsweise aus einem erdalkalischen
Material (Okklusionsmaterial) und Platin besteht. Der NOx-Katalysator 21 hat
die Charakteristik des Okkludierens des NOx in dem Abgas, wenn die Atmosphäre des Abgases
ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist
(Luft-Kraftstoff-Verhältnis,
das einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis entspricht,
das niedriger als das stöchiometrische
Luft-Kraftstoff-Verhältnis
ist) und des Reduzierens und Eliminierens des okkludierten NOx mit
Hilfe von Reduktionskomponenten, wie HC und CO, die in dem Abgas
enthalten sind, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett wird (Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das
einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis entspricht,
das höher
als das stöchiometrische
Luft-Kraftstoff-Verhältnis
ist).
-
Ein
Kraftstoffzusatzventil 25, das aus einem geeigneten Injektor
und dergleichen besteht, ist in dem Auslassrohr 18 nahe
einem stromaufwärtigen Einlass
des DPF 20 vorgesehen. Ein Teil des Niederdruckkraftstoffs
(Leichtöl),
der von dem Kraftstoffbehälter 13 angesaugt
wird, wird zu dem Kraftstoffzusatzventil 25 zugeführt. Durch
einen Ventilöffnungsvorgang
des Kraftstoffzusatzventils 25 wird der Verbrennungsmotorkraftstoff
(Leichtöl)
in der Umgebung des stromaufwärtigen
Einlasses des DPF 20 zusetzt (durch Einspritzung zugeführt). Ein
Abgastemperatursensor 27a zum Erfassen einer Abgastemperatur ist
nahe dem stromaufwärtigen
Einlass des DPF 20 vorgesehen.
-
Ein
A/F-Sensor 23a bzw. 23b und ein Abgastemperatursensor 27b bzw. 27c sind
stromaufwärts bzw.
stromabwärts
des NOx-Katalysators 21 vorgesehen
(im Detail nahe einem Einlass und einem Auslass des NOx-Katalysators 21).
Der stromaufwärtige und
der stromabwärtige
A/F-Sensor 23a, 23b sind Sauerstoffkonzentrationssensoren,
die Sauerstoffkonzentrationserfassungssignale entsprechend gegenwärtigen Sauerstoffkonzentrationen
in dem Abgas ausgeben. Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird fortlaufend auf
Basis der Sauerstoffkonzentrationserfassungssignale berechnet. Im
Allgemeinen ist eine Einstellung derart gemacht, dass sich das Sauerstoffkonzentrationserfassungssignal
als die Sensorausgabe (Sauerstoffkonzentrationserfassungssignal) von
jedem der A/F-Sensoren 23a, 23b linear gemäß der Sauerstoffkonzentration ändert. Wie
der Abgastemperatursensor 27a erfassen der stromaufwärtige und
der stromabwärtige
Abgastemperatursensor 27b, 27c die Abgastemperatur.
Somit kann die Temperatur des NOx-Katalysators 21 auf Basis der
Ausgaben der Sensoren geschätzt
(berechnet) werden.
-
Die
ECU 30 ist der Hauptabschnitt, der eine Verbrennungsmotorsteuerung
als eine elektronische Steuereinheit in dem System durchführt. Zusätzlich zu
den Sensorausgaben (Erfassungssignale) der A/F-Sensoren 23a, 23b und
der Abgastemperatursensoren 27a bis 27c, werden
Erfassungssignale von verschiedenen Sensoren, wie einem Drehzahlsensor 31 für ein Erfassen
einer Verbrennungsmotordrehzahl NE und ein Beschleunigersensor 32 für ein Erfassen
eines Beschleunigerbetätigungsbetrags
ACCP (Beschleunigerposition), die durch einen Benutzer (Fahrer)
vorgesehen bzw. verursacht werden, fortlaufend in die ECU 30 eingegeben.
Die ECU 30 betreibt die verschiedenen Stellglieder, wie
die Injektoren 11, in gewünschten Moden auf Basis der
Erfassungssignale der verschiedenen Sensoren zum Erfassen des Betriebszustands
des Verbrennungsmotors 10 und der Anfrage des Benutzers,
um verschiedene Steuerungsarten des Verbrennungsmotors 10,
wie eine Kraftstoffeinspritzsteuerung, durchzuführen.
-
Genauer
gesagt hat die ECU 30 einen Mikrocomputer (nicht gezeigt).
Grundsätzlich
besteht der Mikrocomputer aus verschiedenen Arten von Berechnungseinheiten,
Speichervorrichtungen, Kommunikationsvorrichtungen und dergleichen,
wie einer CPU (grundlegende Verarbeitungseinheit), die verschiedene
Arten von Berechnungen durchführt,
einem RAM (Speicher mit wahlfreiem Zugriff) als ein Hauptspeicher,
der Daten in der Mitte der Berechnung, Berechnungsergebnisse und
dergleichen zeitweise speichert, einem ROM (Nur-Lesespeicher) als ein
Programmspeicher, einem EEPROM (elektrisch wieder beschreibbarer,
nicht flüchtiger
Speicher) als ein Speicher für
eine Datenspeicherung, einem Sicherungs-RAM (RAM, der durch eine
Sicherungsenergiequelle, wie einer im Fahrzeug eingebauten Batterie,
mit Energie versorgt wird), und Eingabe-/Ausgabeanschlüssen zum
Eingeben/Ausgeben von Signalen zu bzw. von einer Außenseite.
Verschieden Arten von Programmen, Steuerkennfeldern und dergleichen,
die die Verbrennungsmotorsteuerung betreffen, einschließlich des
Programms, das die Abgasreinigungssteuerung betrifft, sind im Voraus
in dem ROM gespeichert, und die verschiedenen Arten von Steuerungsdaten,
einschließlich
der Konstruktionsdaten des Verbrennungsmotors 10 sind im
Voraus in dem Datenspeicher (EEPROM) gespeichert.
-
Das
System gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
verwendet die Charakteristik des NOx-Katalysators 21, die
vorstehend beschrieben ist, und wiederholt die Okklusion und die
Reduktion (Abgabe) des NOx mit dem NOx-Katalysator 21,
wie die Vorrichtung, die in 9 gezeigt
ist. Somit reinigt das System das in dem Abgas enthaltene NOx und reduziert
die NOx-Emissionsmenge. Das System führt einen Prozess zum fortlaufenden
Reduzieren und Entfernen des okkludierten NOx von dem NOx-Katalysator 21 (Katalysatorwiederherstellungsprozess)
auf Basis einer vorbestimmten Ausführungsbedingung durch, um den
NOx-Katalysator
von einem temporären
Abfall der NOx-Reinigungsleistung
zu erholen beziehungsweise diesen wieder herzustellen, die gemäß der NOx-Okklusionsmenge
verursacht wird. Das System gemäß der vorliegenden Ausführungsform
führt auch
den Katalysatorwiederherstellungsprozess durch, indem eine Überzufuhr des
Kraftstoffs zur Verbrennung (das heißt eine fette Spülung) durchgeführt wird.
Wenn der Katalysatorwiederherstellungsprozess durchgeführt wird,
wird der Grad der Leistungsverschlechterung des NOx-Katalysators 21 (beispielsweise
ein Vorhanden sein oder nicht Vorhanden sein einer Schwefelvergiftung),
die von der Schwefelkomponente und dergleichen resultiert, die in
dem Verbrennungsmotorkraftstoff (Leichtöl) enthalten sind, diagnostiziert,
wie in der Vorrichtung, die in 9 beschrieben
ist. Die Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Ausführungsform steuert
die Temperatur des NOx-Katalysators 21 vor dem Diagnoseprozess
(Katalysatordiagnoseprozess) in einen vorbestimmten Temperaturbereich
(Diagnosezulässigkeitsbereich).
Somit kann der Katalysatordiagnoseprozess häufig mit hoher Zuverlässigkeit
und hoher Genauigkeit durchgeführt
werden, während
die gute Emission aufrechterhalten wird.
-
Als
Nächstes
wird der Katalysatordiagnoseprozess gemäß der vorliegenden Ausführungsform im
Detail mit Bezug auf 1 bis 8 erklärt. Die Erklärung wird
unter Verwendung eines allgemeinen Betriebsmodus des Dieselmotors
als ein Beispiel gegeben, das heißt ein Fall, wo der stetige
Betrieb des Verbrennungsmotors 10 durch eine magere Verbrennung
durchgeführt
wird. 2, 3, 6 und 7 sind
Flussdiagramme, die einen Ablauf des Katalysatordiagnoseprozesses
zeigen, der durch die Vorrichtung (ECU 30) gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
durchgeführt
wird. Die ECU 30 führt
die Programme aus, die in dem ROM gespeichert sind, um die Prozesse
durchzuführen,
die in den Flussdiagrammen gezeigt sind. Werte von verschiedenen
Parametern, die in den in den jeweiligen Flussdiagrammen gezeigten
Prozessen verwendet werden, sind zu jeder Zeit in den in der ECU 30 eingebauten
Speichervorrichtungen, wie dem RAM und dem EEPROM, gespeichert,
und werden dann zu einer Zeit aktualisiert, wenn es notwendig ist.
Die Prozesse von 2, 6 und 7 werden
fortlaufend bei jedem vorbestimmten Kurbelwinkel oder in einem Zyklus
einer vorbestimmten Zeitspanne durchgeführt. Der erste Schritt des
Prozesses, der in 6 und 7 gezeigt
ist, bestimmt, ob die Ausführungsbedingung
erfüllt
ist. Das heißt
in dem Prozess von 6 oder 7 ist gemeint,
dass die Ausführungsbedingung
erfüllt
ist, wenn ein Flag F1 oder F2 auf 1 eingestellt ist. Es wird wiederholt
bestimmt, ob die Ausführungsbedingung
erfüllt
ist, bis die Ausführungsbedingung
erfüllt
ist. Falls die Ausführungsbedingung
erfüllt
ist, geht der Prozess weiter zu dem nächsten Schritt. In der vorliegenden
Ausführungsform
sind die Anfangswerte der Flags F1 und F2 auf 0 eingestellt. Deshalb
schreitet am Anfang nur der Prozess von 2 fort.
-
Als
Nächstes
wird der Prozess von 2 erklärt. Wie in 2 gezeigt
ist, berechnet (zählt
zusammen) in einer Abfolge des Prozesses zuerst Schritt S11 eine
Einleitungs-NOx-Menge
S durch Integrieren einer Einleitungs-NOx-Menge, die durch das Auslassrohr 18 pro
Zeiteinheit in den NOx-Katalysator 21 eingeleitet
wird, über
die Zeiteinheit beziehungsweise Zeit Δt. Die Einleitungs-NOx-Menge
ist ein Produkt aus einer Abgasströmungsrate G und einer Einleitungs-NOx-Konzentration
D. Beispielsweise wird die Einleitungs-NOx-Menge S durch eine Formel:
S = Σ G·D·Δt berechnet.
Die Einleitungs-NOx-Konzentration D kann beispielsweise auf Basis
des Verbrennungsmotorbetriebszustands (Betriebsmodus) zu jeder Zeit
berechnet werden. Das heißt
eine Verbrennungstemperatur kann auf Basis der Verbrennungsmotordrehzahl
NE, einer Last (Beschleunigerbetätigungsbetrag
ACCP) und dergleichen berechnet werden, und die Einleitungs-NOx-Konzentration
D kann auf Basis der Verbrennungstemperatur geschätzt werden.
Die Einleitungs-NOx-Konzentration D kann auch durch Vorsehen eines
NOx-Sensors in dem Auslassrohr 18 und durch direktes Erfassen
der NOx-Konzentration in dem Abgas berechnet werden. Die Abgasströmungsrate
G kann beispielsweise durch Vorsehen eines Luftmengenmessers oder
dergleichen in einem Einlasssystem erfasst werden. Die Abgasströmungsrate G
kann auf Basis des Verbrennungsmotorbetriebsbereichs mit der Hilfe
eines Kennfelds oder einer Formel berechnet werden. In der vorliegenden
Ausführungsform
wird die Abgasströmungsrate
G mit dem Luftmengenmesser (nicht gezeigt) erfasst.
-
Als
Nächstes
bestimmt Schritt S12, ob die Einleitungs-NOx-Menge S, die in Schritt S11 berechnet
wird, „gleich
wie oder größer als" ein vorbestimmter
Schwellenwert K1 (Parameter, der sich auf das Ausführungsintervall
eines Katalysatorwiederherstellungsprozesses bezieht) ist. Falls
bestimmt wird, dass die Einleitungs-NOx-Menge S geringer als der Schwellenwert
K1 ist (S < K1),
wird bestimmt, dass die Ausführung
der fetten Spülung
zu dieser Zeit nicht notwendig ist. Dann stellt der folgende Schritt S13
das Ausführungsflag
F1 zurück
(F1 = 0), und dann wird diese Abfolge des Prozesses beendet.
-
Wenn
bestimmt wird, dass die Einleitungs-NOx-Menge S gleich wie oder
größer als
der vorbestimmte Schwellenwert K1 ist (S ≥ K1), geht der Prozess weiter
zu Schritt S14. Schritt S14 bestimmt, ob die Temperatur TC des NOx-Katalysators 21 in
einem Bereich (Diagnosezulässigkeitsbereich)
ist, der gleich wie oder größer als
ein vorbestimmter Schwellenwert K21 und gleich wie oder geringer
als ein vorbestimmter Schwellenwert K22 ist (K22 ≥ TC ≥ K21). Der
Diagnosezulässigkeitsbereich
ist beispielsweise auf den Bereich von 350°C bis 450°C eingestellt. Die Reinigungsleistung
des allgemeinen NOx-Okklusions-Reduktionskatalysators
ist in dem Temperaturbereich von 350°C bis 450°C stabil und hoch. Das heißt der Temperaturbereich
von 350°C
bis 450°C
ist im Allgemeinen ein Aktivierungstemperaturbereich des allgemeinen
NOx-Okklusions-Reduktionskatalysators.
Die Temperatur des NOx-Katalysators 21 (beispielsweise
eine Temperatur der Katalysatormitte) kann beispielsweise auf Basis
der Ausgabewerte der Abgastemperatursensoren 27b, 27c geschätzt (berechnet)
werden, die nahe dem Einlass und dem Auslass des NOx-Katalysators 21 vorgesehen
sind.
-
Falls
Schritt S14 bestimmt, dass die Temperatur TC des NOx-Katalysators 21 außerhalb
des Diagnosezulässigkeitsbereichs
ist (das heißt
TC < K21 oder TC > K22), stellt der folgende
Schritt S141 das Ausführungsflag
F1 zurück
(F1 = 0), und der darauf folgende Schritt S142 steuert die Temperatur
TC des NOx-Katalysators 21 in den Diagnosezulässigkeitsbereich
(der in Schritt S14 gezeigt ist).
-
Als
Nächstes
werden die Inhalte der Temperatursteuerung in Schritt S142 im Detail
mit Bezug auf 3 erklärt. Hier wird eine Erklärung unter
der Annahme des Falls als ein Beispiel gegeben, wo ein Kaltbetrieb
unmittelbar nach dem Verbrennungsmotorstart durchgeführt wird
(Betrieb vor einem Warmlaufen, während
der Katalysator noch kalt ist). Zuerst wird in der vorliegenden
Ausführungsform,
wenn die Temperatursteuerung durchgeführt wird, ein Zusatzbetrieb
des Kraftstoffzusatzventils 25 gesteuert, um mehr unverbrannte
Komponenten (hauptsächlich HC)
in das Abgas, das von dem Verbrennungsmotor 10 abgegeben
wird, zusätzlich
zu den unverbrannten Komponenten (hauptsächlich HC) in dem Abgas hinzu
zu setzen. Die Temperatur des NOx-Katalysators 21 wird
mit der Reaktionswärme
angehoben, die erzeugt wird, wenn die unverbrannten Komponenten
in dem Abgas und der Sauerstoff in dem Abgas an dem NOx-Katalysator 21 reagieren,
beispielsweise durch folgende exotherme Reaktion: HC + O2 → H2O + CO2.
-
Zu
dieser Zeit wird, falls die Menge der unverbrannten Komponenten
in dem Abgas erhöht wird,
um die Temperatur TC des NOx-Katalysators 21 zu erhöhen, die
Abgabe des okkludierten NOx von dem NOx-Katalysator 21 begonnen.
Als eine Folge erhöht
sich ein Diagnosefehler des Katalysatordiagnoseprozesses, der nach
der Temperatursteuerung durchgeführt
wird. Das heißt
die Diagnosegenauigkeit wird verschlechtert. Deshalb wird in der
vorliegenden Ausführungsform
die Katalysatortemperatur TC in den Diagnosezulässigkeitsbereich (der bei Schritt
S14 gezeigt ist) durch variables Steuern der Menge der unverbrannten
Komponenten in dem Abgas mit dem Kraftstoffzusatzventil 25 innerhalb
des Bereichs gesteuert, wo das fette Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das
die Abgabebedingung (Reinigungsbedingung) des okkludierten NOx ist,
nicht erreicht wird.
-
Das
heißt
in dieser Abfolge des Prozesses berechnet, wie in 3 gezeigt
ist, Schritt S21 zuerst eine obere Zulässigkeitsgrenze Qmax, die einen Kraftstoffzusatzzulässigkeitsbereich
der Kraftstoffzusatzmenge (Zuführmenge)
des Kraftstoffzusatzventils 25 bestimmt. Im Detail wird
beispielsweise die obere Zulässigkeitsgrenze
Qmax auf Basis der HC-Menge in dem Abgas, der Sauerstoffkonzentration
in dem Abgas und der Abgastemperatur TE durch einen folgenden Ausdruck
berechnet: Qmax = f(HC, O2, TE).
-
Als
Nächstes
wird der Berechnungsprozess der oberen Zulässigkeitsgrenze Qmax weiter
mit Bezug auf 4A und 4B erklärt. 4A ist
ein Graph, der die Sauerstoffmenge Q1 (Sauerstoffkonzentration)
in dem Abgas, die Sauerstoffmenge Q2, die in der Reaktion mit dem
HC verbraucht wird, das in dem Abgas seit der Zeit vor dem Kraftstoffzusetzen enthalten
war, und die Sauerstoffmenge Q3 zeigt, die aus dem Sauerstoff in
dem Abgas reagieren kann. Wie in 4A gezeigt
ist, kann die Sauerstoffmenge Q3, die aus dem in dem Abgas enthaltenem
Sauerstoff (O2) reagieren kann, von der
Beziehung zwischen den Sauerstoffmengen Q1, Q2 abgeleitet werden.
Die Sauerstoffmenge Q3 kann als die Differenz zwischen den Mengen
Q1 und Q2 berechnet werden (das heißt Q3 = Q1 – Q2). Die Zusatzmenge Qmax1, die
mit dem Sauerstoff in dem Abgas reagieren kann, kann auf Basis der
Sauerstoffmenge Q3 berechnet werden, die reagieren kann. Die Sauerstoffmenge
Q1 in dem Abgas kann beispielsweise auf Basis der Sensorausgabe
(Erfassungssignal) des A/F-Sensors 23a erfasst werden,
der nahe dem Einlass des NOx-Katalysators 21 vorgesehen
ist. Die Sauerstoffmenge Q2, die in der Reaktion mit dem HC in dem
Abgas verbraucht wird, kann von der HC-Menge in dem Abgas berechnet
werden, die auf der Basis des Verbrennungsmotorbetriebszustands
berechnet wird (beispielsweise Verbrennungsmotordrehzahl NE und Last).
Die HC-Menge in dem Abgas und die Sauerstoffmenge Q2, die durch
das HC verbraucht wird, können
auch durch Vorsehen eines HC-Sensors in dem Auslassrohr 18 und
direktes Erfassen der HC-Konzentration in dem Abgas berechnet werden.
-
Falls
eine große
Menge des Kraftstoffs von dem Kraftstoffzusatzventil 25 eingespritzt
wird, gibt es eine Möglichkeit,
dass der eingespritzte Kraftstoff nicht richtig zerstäubt werden
kann und ein Teil des eingespritzten Kraftstoffs an dem Rohr (Auslassrohr 18)
anhaftet. Die Erfinder haben herausgefunden, dass die Anhaftmenge
des eingespritzten Kraftstoffs im Allgemeinen von der Abgastemperatur
abhängt, und
genauer gesagt, dass der eingespritzte Kraftstoff eine geringere
Neigung zur Anhaftung hat (das heißt eine Anhaftungsmenge verringert
sich), wenn sich die Abgastemperatur erhöht. Deshalb ist in der vorliegenden
Ausführungsform
ein oberer Überwachungsgrenzwert
Qmax2 der Kraftstoffzusatzmenge (Zuführmenge) auf Basis der Abgastemperatur
TE eingestellt. Der obere Überwachungsgrenzwert
Qmax2 ist beispielsweise unter Verwendung eines Kennfelds eingestellt,
das in 4B gezeigt ist. Das heißt der obere Überwachungsgrenzwert
Qmax2 wird höher eingestellt,
wenn die Abgastemperatur TE zunimmt. Die Abgastemperatur TE kann
beispielsweise auf Basis der Sensorausgabe (Erfassungssignal) des Abgastemperatursensors 27a geschätzt (berechnet) werden,
der nahe dem Kraftstoffzusatzventil 25 vorgesehen ist.
-
S21
in 3 berechnet eine obere Zulässigkeitsgrenze Qmax der Kraftstoffzusatzmenge
(Zuführmenge),
die durch das Kraftstoffeinspritzventil 25 eingespritzt
werden soll, auf Basis der Zusatzmenge Qmax1, die reagieren kann,
und dem oberen Überwachungsgrenzwert
Qmax2. Im Speziellen wird der kleinere Wert von der Zusatzmenge
Qmax1, die reagieren kann, und dem oberen Grenzwert Qmax2 als die
obere Zulässigkeitsgrenze
Qmax (Kraftstoffzusatzzulässigkeitsbereich)
eingestellt (das heißt Qmax
= MIN(Qmax1, Qmax2)). Somit ist das Kraftstoffzusetzen (Kraftstoffzusetzen
durch das Kraftstoffzusatzventil 25) der Menge verboten,
die über der
oberen Zulässigkeitsgrenze
Qmax liegt.
-
In
dem Prozess von 3 berechnet nach dem Schritt
S21 der Schritt S22 eine erforderte Kraftstoffzusatzmenge zum Steuern
der Temperatur TC des NOx-Katalysators 21 in den Diagnosezulässigkeitsbereich
(der in Schritt S14 gezeigt ist). Die erforderte Kraftstoffzusatzmenge
ist eine erforderte Zusatzmenge Qreq (Kraftstoff, der durch das
Kraftstoffzusatzventil 25 zugesetzt wird), die zum Erhöhen der Temperatur
TC auf eine Zielkatalysatortemperatur TTC notwendig ist (beispielsweise
400°C).
Beispielsweise wird die erforderte Zusatzmenge Qreq auf Basis der
Zielkatalysatortemperatur TTC, der derzeitigen Katalysatortemperatur
TC, der HC-Menge in dem Abgas und der Strömungsrate G des Abgases berechnet
(das heißt
Qreq = f(TTC, TC, HC, G)).
-
Als
Nächstes
wird der Berechnungsprozess der erforderten Zusatzmenge Qreq mit
Bezug auf 5A und 5B beschrieben. 5A ist
ein Graph, der die Zielkatalysatortemperatur TTC, die derzeitige
Katalysatortemperatur L1, einen Temperaturerhöhungsgrad L2 gemäß der HC-Menge
in dem Abgas und eine Zusatztemperaturerhöhung L3 zeigt, die durch das
Kraftstoffzusetzen erhöht
ist. Wie in 5A gezeigt ist, wird die Zusatztemperaturerhöhung L3
von der Beziehung zwischen den Parametern bestimmt und kann durch
einen folgenden Ausdruck berechnet werden: L3 = TTC – (L1 +
L2). Die erforderte Zusatzmenge Qreq, die zum Erhöhen der Temperatur
TC auf die Zielkatalysatortemperatur TTC notwendig ist, kann auf
Basis der Zusatztemperaturerhöhung
L3 berechnet werden.
-
Des
Weiteren wird in der vorliegenden Ausführungsform die erforderte Zusatzmenge
Qreq auf Basis der Abgasströmungsrate
G korrigiert. Die Erfinder haben heraus gefunden, dass sich der
Wärmefreisetzbetrag
bzw. Wärmeabgabebetrag
durch den NOx-Katalysator 21 erhöht, wenn sich die Abgasströmungsrate
G (die äquivalent
zu einer Abgasmenge ist, die durch den NOx-Katalysator 21 hindurch
geht) erhöht,
und dass sich der Temperaturerhöhungsbetrag
des NOx-Katalysators 21 verringert, wenn sich die Abgasströmungsrate
G erhöht.
Deshalb wird in der vorliegenden Ausführungsform die erforderte Zusatzmenge
Qreq auf Basis der Abgasströmungsrate G
korrigiert. Die erforderte Zusatzmenge Qreq wird beispielsweise
mit der Verwendung eines Kennfelds korrigiert, das in 5B gezeigt
ist. Das heißt
die erforderte Zusatzmenge Qreq wird korrigiert, um größer zu sein,
wenn sich die Abgasströmungsrate
G erhöht.
Somit berechnet Schritt S22 (in 3) die erforderte
Zusatzmenge Qreq.
-
In
dem Prozess, der in 3 gezeigt ist, berechnet nach
dem Schritt S22 der Schritt S23 eine Zielzusatzmenge Qad als einen
Steuerzielwert. Der kleinere Wert von der oberen Zulässigkeitsgrenze Qmax
und der erforderten Zusatzmenge Qreq wird als die Zielzusatzmenge
Qad eingestellt (Qad = MIN(Qmax, Qreq)). Der folgende Schritt S24
führt das
Kraftstoffzusetzen mit dem Kraftstoffzusatzventil 25 auf
Basis der Zielzusatzmenge Qad durch, die in Schritt S23 berechnet
wird.
-
Somit
wird in der vorliegenden Ausführungsform
die Kraftstoffzusatzmenge (Zuführmenge)
des Kraftstoffzusatzventils 25 variabel auf die Zielzusatzmenge
Qad gesteuert, so dass die Temperatur TC des NOx-Katalysators 21 mit der Zielkatalysatortemperatur
TTC übereinstimmt
(oder sich an diese annähert).
Falls die obere Zulässigkeitsgrenze
Qmax einen ausreichenden Steuerbereich vorsieht (Bereich, der eine
Temperaturerhöhung
auf eine Zieltemperatur ermöglicht),
wird die Temperatur TC des NOx-Katalysators 21 durch das
Kraftstoffzusetzen (in Schritt S24) in den Diagnosezulässigkeitsbereich
(der in Schritt S14 gezeigt ist) gesteuert. Eine Abfolge des Prozesses,
der die Temperatursteuerung betrifft, endet mit dem Prozess von
Schritt S24.
-
Falls
Schritt S142 von 2 (das heißt der Prozess, der in 3 gezeigt
ist) endet, bestimmt der folgende Schritt S143 wieder, ob die Temperatur
TC des NOx-Katalysators 21 innerhalb des Diagnosezulässigkeitsbereichs
ist (wie in Schritt S14). Falls Schritt S143 bestimmt, dass die
Temperatur TC des NOx-Katalysators 21 innerhalb des Diagnosezulässigkeitsbereichs
ist, stellt der folgende Schritt S15 das Ausführungsflag F1 auf 1 ein (F1
= 1). Somit ist die Ausführungsbedingung
des Prozesses von 6 erfüllt. Wenn die obere Zulässigkeitsgrenze
Qmax (3) nicht den ausreichenden Steuerbereich vorsieht,
bestimmt Schritt S143, dass die Temperatur TC des NOx-Katalysators 21 außerhalb
des Diagnosezulässigkeitsbereichs
ist. In diesem Fall führt
Schritt S142 wiederholt die Temperatursteuerung durch, die in 3 und 4 gezeigt ist, bis Schritt S143 bestimmt, dass
die Temperatur TC des NOx-Katalysators 21 innerhalb
des Diagnosezulässigkeitsbereichs
ist.
-
Als
Nächstes
wird der Prozess von 6 erklärt. Der Prozess, der in 6 gezeigt
ist, betrifft den Katalysatorwiederherstellungsprozess (fette Spülung), der
vorstehend erwähnt
ist. In einer Abfolge des Prozesses, der in 6 gezeigt
ist, bestimmt zuerst Schritt S31, ob die Ausführungsbedingung erfüllt ist.
Falls die Bedingung erfüllt
ist, geht der Prozess weiter zu Schritt S32. Schritt S32 schaltet
das Luft-Kraftstoff-Verhältnis
von dem mageren Zustand zu dem fetten Zustand (falls das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett
gewesen ist, wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett
gehalten). In der vorliegenden Ausführungsform wird die Überzufuhr
des Kraftstoffs zu dem NOx-Katalysator 21 (das heißt die fette
Spülung)
beispielsweise bei dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis von ungefähr 12,0
durchgeführt.
Es kann auf Basis des Erfassungssignals des A/F-Sensors 23a,
der stromaufwärts
des NOx-Katalysators 21 vorgesehen ist, bestimmt werden,
ob die fette Spülung
durchgeführt wird
(das heißt
ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist
während
der Ausführung
der fetten Spülung
fett). Falls die Reduktion und das Entfernen des okkludierten NOx
voran schreiten, wird die zugeführte
Reduktionskomponente (Reduktionsmittel) durch die Reduktion und
das Entfernen selbst während
der Ausführung
der fetten Spülung
verbraucht. Deshalb sieht, im Gegensatz zu dem Erfassungssignal
des stromaufwärtigen
A/F-Sensors 23a, der A/F-Sensor 23b, der stromabwärts des
NOx-Katalysators 21 vorgesehen ist, das Erfassungssignal
vor, das das magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis anzeigt
(wie Verläufe
von Parametern, die in 9 durch durchgehende Linien dargestellt
sind).
-
In
dem Zustand, wo die fette Spülung
auf diese Weise durchgeführt
wird, berechnet der folgende Schritt S33 die Menge des Reduktionsmittels,
das durch die Steuerung der fetten Spülung verbraucht wird (Reduktionsmittelverbrauchsmenge ΔAF), durch
Integrieren der Reduktionsmittelmenge, die pro Zeiteinheit Δt verbraucht
wird (durch Zeitintegration). Die Reduktionsmittelverbrauchsmenge ΔAF wird jedes
Mal zurück
gestellt, wenn das Flag F1 von 0 zu 1 geändert wird. Die Reduktionsmittelverbrauchsmenge ΔAF wird auf
Basis der Sensorausgaben (Erfassungssignale) der A/F-Sensoren 23a, 23b, die
stromaufwärts
und stromabwärts
des NOx-Katalysators
vorgesehen sind, und der Abgasströmungsrate G berechnet und aktualisiert.
Beispielsweise wird die Reduktionsmittelverbrauchsmenge ΔAF durch
eine folgende Formel: ΔAF
= Σ[(1/AFf) – (1/AFr)]·G·Δt berechnet
und aktualisiert, während
der Anfangswert und der vorherige Wert ausgelesen werden. AFf ist
die Sensorausgabe des A/F-Sensors 23a stromaufwärts des
NOx-Katalysators 21 und AFr ist die Sensorausgabe des A/F-Sensors 23b stromabwärts des
NOx-Katalysators.
-
Der
folgende Schritt S34 bestimmt, ob im Wesentlichen ein gesamter Anteil
des in dem NOx-Katalysator 21 okkludierten NOx durch die
fette Spülung
reduziert und entfernt ist. Im Speziellen wird auf der Basis des
Erfassungssignals des stromabwärtigen
A/F-Sensors 23b bestimmt, ob das Reduktionsentfernen des
okkludierten NOx beendet ist. Das heißt, falls das fette Luft-Kraftstoff-Verhältnis durch
den A/F-Sensor 23b erfasst wird, wird bestimmt, dass das
Reduktionsentfernen des okkludierten NOx beendet ist. Wie vorstehend
erwähnt
ist, wird das magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis
oder das stöchiometrische
Luft-Kraftstoff-Verhältnis durch
den A/F-Sensor 23b erfasst, bis das Reduktionsentfernen beendet
ist. Der Schwellenwert (Schwellenwert TH1), der beispielsweise in 9 gezeigt
ist, ist geringfügig
fetter als das stöchiometrische
Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F0
eingestellt, so dass die fette Spülung gestoppt (beendet) werden
kann, unmittelbar nachdem das Ende der Abgabe des okkludierten NOx
bestimmt ist. Bis Schritt S34 bestimmt, dass im Wesentlichen der
gesamte Anteil des okkludierten NOx reduziert und entfernt ist (das
heißt
ein Reduktionsentfernen des okkludierten NOx beendet ist) wird die
fette Spülung
fortlaufend auf den NOx-Katalysator 21 angewendet,
und die Reduktionsmittelverbrauchsmenge ΔAF wird kontinuierlich in Schritt
S33 integriert.
-
Falls
in Schritt S34 bestimmt wird, dass im Wesentlichen der gesamte Anteil
des okkludierten NOx reduziert und entfernt ist, stellt der folgende Schritt
S35 die Einleitungs-NOx-Menge S zurück (S = 0). Dann schaltet der
folgende Schritt S36 das Luft-Kraftstoff-Verhältnis von dem fetten Zustand
wieder zu dem mageren Zustand (Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stetigen Betriebs).
Somit wird der Katalysatorwiederherstellungsprozess (fette Spülung) beendet.
Der folgende Schritt S37 stellt dann das Ausführungsflag F1 auf 0 zurück, und
der folgende Schritt S38 stellt das Ausführungsflag F2 auf 1 ein. Somit
ist die Ausführungsbedingung
des Prozesses von 6 nicht erfüllt, und die Ausführungsbedingung
des Prozesses von 7 ist erfüllt.
-
Als
Nächstes
wird der Prozess erklärt,
der in 7 beschrieben ist. Der Prozess, der in 7 gezeigt
ist, betrifft im Speziellen die Diagnose in dem vorstehend beschriebenen
Katalysatordiagnoseprozess. In einer Abfolge des Prozesses, der
in 7 gezeigt ist, bestimmt zuerst Schritt S41, ob
die Ausführungsbedingung
erfüllt
ist. Falls die Bedingung erfüllt
ist, geht der Prozess weiter zu Schritt S42. Schritt S42 berechnet
die NOx-Okklusionsmenge Qnox (äquivalent
zu einem Verschlechterungsgrad des NOx-Katalysators 21) auf Basis
der Reduktionsmittelverbrauchsmenge ΔAF, die in Schritt S33 von 6 berechnet
wird. Im Detail wird die NOx-Okklusionsmenge
Qnox auf Basis der Beziehung zwischen der Reduktionsmittelverbrauchsmenge ΔAF und der NOx-Okklusionsmenge Qnox
berechnet, wie in 8 gezeigt ist, das heißt auf Basis
eines Kennfelds, das durch Experimente oder dergleichen im Voraus
erhalten wurde und in dem ROM gespeichert ist. Grundsätzlich gibt
es, wie in 8 gezeigt ist, eine Beziehung
(in dem Beispiel von 8 eine im Wesentlichen proportionale
Beziehung), dass sich die NOx-Okklusionsmenge Qnox erhöht, wenn
sich die Reduktionsmittelverbrauchsmenge ΔAF1 erhöht.
-
Dann
führt der
folgende Schritt S43 eine Verschlechterungsdiagnose durch Bestimmen
durch, ob die NOx-Okklusionsmenge Qnox (Verschlechterungsgrad der
Leistung des NOx-Katalysators 21), die in Schritt S42 berechnet
(gemessen) wird, „gleich wie
oder geringer als" ein
vorbestimmter Schwellenwert K3 ist. Falls bestimmt wird, dass die
NOx-Okklusionsmenge Qnox größer als
der Schwellenwert K3 ist (Qnox > K3),
wird bestimmt, dass der NOx-Katalysator 21 nicht verschlechtert
ist (Verschlechterung = NEIN). Dann führt der folgende Schritt S431
einen vorbestimmten Prozess als einen Prozess der Nichtverschlechterung
durch (beispielsweise wird ein Bestimmungsergebnis in dem EEPROM
gespeichert). Falls bestimmt wird, dass die NOx-Okklusionsmenge Qnox
gleich wie oder geringer als der Schwellenwert K3 ist (Qnox ≤ K3), wird
bestimmt, dass der NOx-Katalysator 21 verschlechtert ist
(Verschlechterung = JA, das heißt
eine Leistungsverschlechterung aufgrund eines anderen Faktors als
der NOx-Okklusionsmenge tritt auf). Dann führt der folgende Schritt S432
einen vorbestimmten Prozess als den Prozess der Verschlechterung
durch (beispielsweise einen Schwefelvergiftungswiederherstellungsprozess).
In dem Fall, wo der Schwefelvergiftungswiederherstellungsprozess durchgeführt wird,
wird die fette Spülung
für eine
lange Zeitspanne durchgeführt
(beispielsweise 20 bis 30 Minuten, um den Zustand der hohen Temperatur
und des fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses
aufrecht zu erhalten. Somit wird das SOx abgegeben, das an dem NOx-Katalysator 21 anhaftet,
und die Reinigungsleistung des NOx-Katalysators 21 wird
wieder hergestellt. Das heißt
der NOx-Katalysator 21 wird von der Schwefelvergiftung durch
Durchführen
des Schwefelvergiftungswiederherstellungsprozesses befreit bzw.
wieder hergestellt. Jedoch gibt es einige Fälle, wo der NOx-Katalysator 21 aufgrund
von anderen Faktoren, wie einer Wärmeverschlechterung, nicht
vollständig
wieder hergestellt wird (Reinigungsleistung wird nicht wieder hergestellt),
selbst wenn der Schwefelvergiftungswiederherstellungsprozess durchgeführt wird.
In derartigen Fällen
wird ein vorbestimmter Failsafe-Prozess
gemäß der Situation
zu jeder Zeit durchgeführt. Beispielsweise
wird die Situation dem Benutzer angezeigt bzw. berichtet, um ihn
zu einer geeigneten Handlung zu drängen, beispielsweise durch
Anschalten einer Warnleuchte (MIL-Leuchte).
-
Ungeachtet
des Auftretens oder Nichtauftretens der Verschlechterung, wird das
Ausführungsflag F2
bei Schritt S44, der Schritt S431 oder Schritt S432 folgt, auf 0
eingestellt. Somit ist die Ausführungsbedingung
des Prozesses von 7 nicht erfüllt, und die Abfolge des Prozesses
der Katalysatordiagnose wird beendet.
-
Somit
wird in der vorliegenden Ausführungsform
die Temperatur des NOx-Katalysators 21 vor dem Katalysatordiagnoseprozess
(der in 7 gezeigt ist) in den vorbestimmten
Temperaturbereich (Diagnosezulässigkeitsbereich)
gesteuert (in Schritt S142 von 2 und in
dem Prozess, der in 3 gezeigt ist).
-
Somit
wird die Katalysatortemperatur (im Speziellen die Betttemperatur)
jedes Mal aktiv in den vorbestimmten Bereich (Diagnosezulässigkeitsbereich)
gebracht, das heißt
eine Temperaturumgebung wird reguliert. Somit wird die Leistungsverschlechterung
des Katalysators gehemmt, die von dem vorstehend erwähnten Temperaturzustand
resultiert (Zustand einer übermäßig niedrigen
oder einer übermäßig hohen
Temperatur). Als eine Folge wird der Zustand des Katalysators (Reinigungsleistung)
aufrechterhalten, der durch die durchgehende Linie in 9 gezeigt
ist. Demzufolge kann das Katalysatordiagnosesystem gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
den Katalysatordiagnoseprozess mit hoher Zuverlässigkeit und hoher Genauigkeit
häufig durchführen, während eine
gute Emission aufrechterhalten wird.
-
Die
vorliegende Ausführungsform,
die vorstehend beschrieben ist, übt
die folgenden Effekte aus.
- (1) Die Abgasreinigungskatalysatordiagnosevorrichtung
zum Diagnostizieren des Leistungsverschlechterungsgrads des NOx-Katalysators 21, der
in dem Abgassystem des Verbrennungsmotors 10 zur Abgasreinigung
vorgesehen ist, hat das Programm (Katalysatortemperaturbestimmungsvorrichtung,
S14 von 2), das bestimmt, ob die Temperatur
des NOx-Katalysators 21 innerhalb des vorbestimmten Diagnosezulässigkeitsbereichs
ist, bevor (im Detail unmittelbar davor) der Katalysatordiagnoseprozess
(7) ausgeführt
wird, und das Programm (Katalysatortemperatursteuervorrichtung, 3),
das die Temperatur des NOx-Katalysators 21 vor (im Detail
unmittelbar vor) dem Katalysatordiagnoseprozess (7)
in den Diagnosezulässigkeitsbereich steuert,
falls Schritt S14 bestimmt, dass die Temperatur des NOx-Katalysators 21 außerhalb
des Diagnosezulässigkeitsbereichs ist.
Demzufolge kann das Katalysatordiagnosesystem gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
den Katalysatordiagnoseprozess mit hoher Zuverlässigkeit und hoher Genauigkeit
häufig
durchführen,
während eine
gute Emission aufrechterhalten wird.
- (2) Der NOx-Okklusions-Reduktionskatalysator (NOx-Katalysator 21),
der das in dem Abgas enthaltene NOx (Stickoxide) okkludiert, und
der die Reduktionsreinigung des NOx durchführt, ist ein Objekt beziehungsweise
Ziel der Diagnose. Somit ist das Abgasreinigungssystem mit hoher
Reinigungsleistung hinsichtlich des NOx vorgesehen.
- (3) Der Diagnosezulässigkeitsbereich
ist zwischen 350°C
und 450°C
eingestellt. Mit dieser Einstellung wird die hohe Reinigungsleistung
des Katalysators kontinuierlich erhalten, wenn der Katalysatordiagnoseprozess
durchgeführt
wird.
- (4) Das System hat das Programm (Schritt S11 von 2),
das die NOx-Menge zu jeder Zeit (NOx-Okklusionsmenge) schätzt, die
von dem NOx-Katalysator 21 okkludiert ist, und das Programm
(Schritt S12 von 2), das den Zustand, bei dem
die NOx-Okklusionsmenge (Einleitungs-NOx-Menge S), die durch Schritt
S11 geschätzt
wird, gleich wie oder größer als
ein vorbestimmter Wert (Schwellenwert K1) wird, als eine der Ausführungsbedingungen
des Katalysatorwiederherstellungsprozesses verwendet. Somit wird
der Katalysatorwiederherstellungsprozess effizient durchgeführt, und
der Kraftstoffverbrauch (Kraftstoffverbrauchsrate) ist verbessert,
weil ein verschwenderischer Kraftstoffverbrauch unterdrückt ist.
- (5) Das System hat das Programm (Okklusionsmengenschätzvorrichtung,
S42 von 7), das die NOx-Menge schätzt (NOx-Okklusionsmenge pro
Zeiteinheit), die durch den NOx-Katalysator 21 pro Zeiteinheit
okkludiert wird (Ausführungsintervall
einer fetten Spülung),
und das Programm (Katalysatordiagnosevorrichtung, S43 von 7),
das den Diagnoseprozess des NOx-Katalysators 21 auf Basis
der NOx-Okklusionsmenge durchführt, die
durch Schritt S42 geschätzt
wird. Somit kann der Grad der Leistungsverschlechterung des NOx-Katalysators 21 in
geeigneter Weise auf Basis der NOx-Okklusionsmenge pro Zeiteinheit diagnostiziert
werden, die beispielsweise auf Basis des Kennfelds geschätzt wird,
das in 8 gezeigt ist.
- (6) Das System hat das Programm (Reduktionskomponentenzuführvorrichtung,
S32 von 6), das die fette Spülung durchführt, das
heißt
das die NOx Reduktionskomponente (Leichtöl als Kohlenwasserstoffverbrennungsmotorkraftstoff,
der hauptsächlich
aus HC besteht) zu dem NOx-Katalysator 21 zum Durchführen der
Reduktionsreinigung des in dem Katalysator 21 okkludierten
NOx durchführt,
das Programm (Abgabestartschätzvorrichtung,
S33 von 6), das die Startzeit der Abgabe
des okkludierten NOx von dem NOx-Katalysator 21 auf
Basis der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Änderung (Änderung von einem mageren Zustand
zu einem fetten Zustand) des Abgases stromaufwärts des NOx-Katalysators 21 aufgrund der
fetten Spülung
schätzt,
das Programm (Abgabeendeschätzvorrichtung,
Schritt S34 von 6), das die Endzeit der Abgabe
des okkludierten NOx von dem NOx-Katalysator 21 auf Basis
der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Änderung
(Änderung von
einem stöchiometrischen
Luft-Kraftstoff-Verhältnis
oder einem mageren Zustand zu einem fetten Zustand) des Abgases
stromabwärts
des NOx-Katalysators 21 aufgrund
der Abgabe des NOx von dem NOx-Katalysator 21 schätzt, und das
Programm (Okklusionsmengenschätzvorrichtung,
S42 von 7), das die NOx-Okklusionsmenge
vor dem Start der fetten Spülung
auf Basis der Integrationsverbrauchsmenge (Reduktionsmittelverbrauchsmenge ΔAF) der NOx-Reduktionskomponente
in der Zeitspanne von der Abgabestartzeit, die durch Schritt S33
geschätzt
wird, zu der Abgabeendzeit schätzt,
die durch Schritt S34 geschätzt
wird. Somit kann die NOx-Okklusionsmenge pro Zeiteinheit, die die
NOx-Reinigungsleistung des NOx-Katalysators 21 anzeigt, geeigneter
geschätzt
werden.
- (7) Als ein Verfahren zum Berechnen der Verbrauchsmenge (Reduktionsmittelverbrauchsmenge)
der NOx Reduktionskomponenten (HC, CO und dergleichen) in dem NOx-Katalysator 21 wird das
Verfahren zum Berechnen der Reduktionsmittelverbrauchsmenge auf
Basis der Sensorausgaben der Sauerstoffkonzentrationssensoren (A/F-Sensoren 23a, 23b),
die stromaufwärts
beziehungsweise stromabwärts
des Katalysators 21 vorgesehen sind, und des Luftmengenmessers, der
in dem Einlasssystem des Verbrennungsmotors 10 als dem
Objekt bzw. dem Gegenstand der Abgasreinigung vorgesehen ist, verwendet (Schritt
S33 von 6). Somit können die Reduktionsmittelverbrauchsmenge
und der Verschlechterungsgrad des NOx-Katalysators 21 mit
höherer Präzision berechnet
werden.
- (8) Das System hat das Programm (S432 von 7),
das den Prozess (Schwefelvergiftungswiederherstellungsprozess) zum
Wiederherstellen der Abgasreinigungsleistung des Katalysators 21 durchführt, der
durch die Schwefelvergiftung verschlechtert ist, wenn Schritt S43
bestimmt, dass der Verschlechterungsgrad des Katalysators 21,
der in Schritt S42 von 7 berechnet (geschätzt) wird,
groß ist,
das heißt
wenn Schritt S43 bestimmt, dass die NOx-Okklusionsmenge gleich wie
oder geringer als der vorbestimmte Schwellenwert K3 ist. Somit wird
die Abgasreinigungsleistung des NOx-Katalysators 21 noch
sicherer auf einem hohen Niveau gehalten.
- (9) Der vorbestimmte Failsafe-Prozess (beispielsweise ein Anschalten
einer Warnleuchte) wird durchgeführt,
wenn der Katalysator 21 nicht vollständig wieder hergestellt ist,
selbst falls der Schwefelvergiftungswiederherstellungsprozess in Schritt
S432 von 7 durchgeführt wird. Somit wird der Failsafe-Prozess zum Bewältigen des Wiederherstellungsfehlers
beziehungsweise zum Aufmerksam machen auf den Wiederherstellungsfehler
automatisch durchgeführt.
- (10) Das System hat das Programm (Temperaturerhöhungsvorrichtung,
Schritt S24 von 3), das die Temperaturerhöhungskomponente (Leichtöl als Kohlenwasserstoffverbrennungsmotorkraftstoff,
der hauptsächlich
aus HC besteht) zu dem Katalysator 21 zum Erhöhen der
Temperatur des NOx-Katalysators 21 unter Verwendung der Reaktionswärme zuführt, die
beispielsweise an dem Katalysator 21 auftritt. In dem Prozess
von 3 wird die Temperatur des NOx-Katalysators 21 durch
variables Steuern der Zufuhrmenge der Temperaturerhöhungskomponente
in den Diagnosezulässigkeitsbereich
gesteuert. Somit kann die Temperatur des Katalysators, die niedriger
als die Aktivierungstemperatur ist, vor dem Katalysatordiagnoseprozess
(7) leicht in den Diagnosezulässigkeitsbereich gesteuert
werden.
- (11) In dem Prozess von Schritt S22 von 3 wird die
Kraftstoffzusatzmenge, die durch das Kraftstoffzusatzventil 25 zugesetzt
wird, variabel auf der Basis der Abgasströmungsrate des Verbrennungsmotors 10 gesteuert (siehe 5B). Die
Zielkatalysatortemperatur wird variabel auf Basis der Abgasströmungsrate
zu jeder Zeit eingestellt, die auf Basis der Frischluftmenge berechnet
wird. Die Kraftstoffzusatzmenge, die durch das Kraftstoffzusatzventil 25 zugesetzt
wird, wird variabel gesteuert, damit die Temperatur des NOx-Katalysators 21 der
Zielkatalysatortemperatur entspricht (oder sich an diese annähert). Somit kann
die Temperatur des NOx-Katalysators 21 geeignet gesteuert
werden.
- (12) In dem Prozess von 3 wird die
Kraftstoffzusatzmenge, die durch das Kraftstoffzusatzventil 25 zugesetzt
wird, variabel innerhalb des Bereichs gesteuert, in dem sich die
Bedingung, die die Okklusion und die Reinigung des NOx-Katalysators 21 betrifft,
nicht von der Okklusionsbedingung (mageres oder stöchiometrisches
Luft-Kraftstoff-Verhältnis)
zu der Reinigungsbedingung (fettes oder stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis) ändert. Somit
wird die Abgabe des okkludierten NOx, die während des Temperaturerhöhungsprozesses
(3) auftreten kann, gehemmt, und der nachfolgende
Katalysatordiagnoseprozess (7) kann
mit höherer
Genauigkeit durchgeführt
werden.
- (13) Das System hat das Programm (Zuführbereicheinstellvorrichtung,
S21 von 3), das die obere Zulässigkeitsgrenze
Qmax (Zulässigkeitszuführbereich,
der die Zufuhrmenge der Temperaturerhöhungskomponente betrifft) als
den Bereich variabel einstellt, wo die Bedingung, die die Okklusion
und die Reinigung des NOx-Katalysators 21 betrifft,
sich nicht von der Okklusionsbedingung zu der Reinigungsbedingung ändert. In
dem Prozess von 3 wird die Kraftstoffzusatzmenge,
die durch das Kraftstoffzusatzventil 25 zugesetzt wird,
variabel innerhalb des Kraftstoffzusatzzulässigkeitsbereichs gesteuert
(gleich oder unter einer oberen Zulässigkeitsgrenze Qmax, der durch
Schritt S21 eingestellt ist. Somit kann der Bereich, der für die Situation
von jeder Zeit beziehungsweise bei jedem Mal geeignet ist, automatisch
als der Kraftstoffzusatzzulässigkeitsbereich eingestellt
werden. Als eine Folge wird die Abgabe des okkludierten NOx, die
während
des Temperaturerhöhungsprozesses
(3) auftreten kann, geeigneter gehemmt. Der Kraftstoffverbrauch
(Kraftstoffverbrauchsrate) kann verbessert werden, da der verschwenderische
Kraftstoffverbrauch gehemmt beziehungsweise unterdrückt ist.
- (14) In Schritt S21 von 3 wird die
obere Zulässigkeitsgrenze
Qmax (obere Grenze des Zulässigkeitszuführbereichs)
variabel auf der Basis der Sauerstoffkonzentration des Abgases stromaufwärts des
NOx-Katalysators 21 eingestellt (4A).
Somit kann der Kraftstoffzusatzzulässigkeitsbereich (Zulässigkeitszuführbereich,
der die Zufuhrmenge der Temperaturerhöhungskomponente betrifft) geeigneter
eingestellt werden.
- (15) In Schritt S21 von 3 wird die
obere Zulässigkeitsgrenze
Qmax (obere Grenze des Zulässigkeitszuführbereichs)
variabel auf der Basis der Temperatur des Abgases eingestellt, das
von dem Verbrennungsmotor 10 abgegeben wird (4B).
Somit kann die obere Zulässigkeitsgrenze
Qmax (obere Grenze des Zulässigkeitszuführbereichs)
zu dem Ausmaß,
dass die Anhaftung des eingespritzten Kraftstoffs (Temperaturerhöhungskomponente)
nicht auftritt, auf Basis der Abgastemperatur zu jeder Zeit eingestellt
werden. Als eine Folge kann die Temperatur des NOx-Katalysators 21 und
dergleichen mit höherer
Genauigkeit gesteuert werden.
- (16) Das Kraftstoffzusatzventil 25 ist vorgesehen, um
den Verbrennungsmotorkraftstoff (Leichtöl) in den Raum stromabwärts des
Verbrennungsmotors 10 und stromaufwärts des NOx-Katalysators 21 bezüglich der
Abgasströmungsrichtung
zuzusetzen. Der Zusatzbetrieb des Kraftstoffzusatzventils 25 wird
in Schritt S24 von 3 gesteuert. Somit kann die
Temperaturerhöhungskomponente
(Verbrennungsmotorkraftstoff) zugeführt werden, während der
Einfluss des Verbrennungsmotorbetriebs reduziert wird. Als eine
Folge kann die Zufuhr der Temperaturerhöhungskomponente mit hoher Flexibilität unabhängig von
dem Verbrennungsmotorbetriebszustand durchgeführt werden.
- (17) Die Zusatzmenge der Temperaturerhöhungskomponente (Verbrennungsmotorkraftstoff),
die durch das Kraftstoffzusatzventil 25 zugesetzt wird,
wird auch gemäß der Menge
der unverbrannten Komponenten in dem Abgas (hauptsächlich HC)
variabel gesteuert, das heißt
durch Subtrahieren der Menge der unverbrannten Komponenten von der
Zielzufuhrmenge (Siehe 4A). Somit kann die Temperatur
des NOx-Katalysators 21 mit höherer Genauigkeit gesteuert werden.
- (18) Die Katalysatordiagnosevorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform
ist auf das Fahrzeug angewendet, das den Dieselmotor hat. Es ist
bekannt, dass die Abgastemperatur des Dieselmotors vergleichsweise
niedrig ist (Abgastemperatur während
eines stetigen Betriebs ist ungefähr 200°C bis 300°C). Auch in dem Fall, wo die
Diagnosevorrichtung auf den Dieselmotor angewendet ist, kann die
Temperatur des NOx-Katalysators 21 durch eine Abfolge des
Prozesses von 3 (Katalysatortemperaturerhöhungsprozess, der
das Kraftstoffzusatzventil 25 verwendet) sicherer in den
Diagnosezulässigkeitsbereich
gesteuert werden.
- (19) Somit wird das Dieselfahrzeug realisiert, das eine höhere Abgasreinigungsleistung,
eine höhere
Zuverlässigkeit
der Abgasreinigungsleistung und sauberere Emissionen erreicht.
-
Die
vorstehend beschriebene Ausführungsform
kann beispielsweise wie folgt modifiziert werden.
-
In
der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird die Temperatursteuerung,
die in 3 gezeigt ist, wiederholt ausgeführt, bis
Schritt S143 von 2 bestimmt, dass die Temperatur
des NOx-Katalysators 21 innerhalb des Diagnosezulässigkeitsbereichs
ist. Die Ausführungsbedingung
der Temperatursteuerung (3) kann beliebig modifiziert
werden. Beispielsweise kann eine Zulässigkeit/ein Verbot der Ausführung auf
Basis des Verbrennungsmotorbetriebszustands eingestellt werden.
Ein Schema des Unterbrechens der Temperatursteuerung bis sich der
Verbrennungsmotorbetriebszustand ändert (das heißt bis ein
geeigneter Zustand eintritt) kann verwendet werden, wenn sich die Temperatur
des Katalysators nicht erhöht,
selbst wenn die Temperatursteuerung (3) für eine vorbestimmte
Zeit ausgeführt
wird. Ein beliebiges Schema kann verwendet werden, solange die Temperatursteuerung
vor dem Katalysatordiagnoseprozess (7) durchgeführt wird.
-
In
der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird die Zielzusatzmenge
durch den Prozess von Schritt S21 bis S24 von 3 berechnet und
eingestellt. Anstelle des Verwendens der Sauerstoffkonzentration
stromaufwärts
des Katalysators bezüglich
der Abgasströmungsrichtung
(und schließlich
einer Zusatzmenge Qmax1, die mit Sauerstoff in dem Abgas reagieren
kann) beim Einstellen des Kraftstoffzulässigkeitsbereichs (obere Zulässigkeitsgrenze
Qmax), kann die Sauerstoffkonzentration bei dem Einstellen der Zielzusatzmenge
Qad oder die Zielkatalysatortemperatur TTC verwendet werden. Darüber hinaus
kann der Kraftstoffzusatzzulässigkeitsbereich
(obere Zulässigkeitsgrenze
Qmax) als ein fixierter Wert gemäß einer
Verwendung eingestellt sein, um beispielsweise die Steuerung zu
vereinfachen.
-
Das
Einstellen des Kraftstoffzusatzzulässigkeitsbereichs ist kein
unverzichtbares Element. Beispielsweise kann ein Kennfeld bereit
gestellt sein, das optimale Einspritzmuster (beispielsweise optimale
Muster, die im Voraus durch Experimente erhalten werden) entsprechend
jeweiligen Betriebszuständen hat,
die durch zugehörige
Parameter bestimmt werden, wie die Verbrennungsmotordrehzahl, die
Verbrennungsmotorlast, die Abgastemperatur, die Sauerstoffkonzentration
und die Abgasströmungsrate, und
die Zielzusatzmenge kann auf Basis des Kennfelds eingestellt werden.
Mit einem derartigen Schema wird eine Berechnungslast zu jeder Zeit
reduziert, nachdem die ECU montiert worden ist, obwohl sich die
Zeit und der Aufwand zum Anfertigen des Kennfelds (Erfassen von
Anpassungswerten) erhöhen, bevor
die ECU montiert wird.
-
In
der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird direkt auf
Basis der Katalysatortemperatur, die durch den Sensor gemessen wird
(S14 von 2), bestimmt, ob die Temperatur
des Katalysators in dem Diagnosezulässigkeitsbereich ist. Alternativ
kann indirekt auf Basis des Verbrennungsmotorbetriebsmodus und dergleichen
bestimmt werden, ob die Temperatur des Katalysators innerhalb des
Diagnosezulässigkeitsbereichs
ist. Beispielsweise kann automatisch bestimmt werden, dass die Katalysatortemperatur unmittelbar
nach dem Verbrennungsmotorstart niedriger als der Diagnosezulässigkeitsbereich
ist, und die Temperaturerhöhungssteuerung
kann ohne Messen der Temperatur (oder ohne Erhalten der Temperatur
als einen Messwert) gestartet werden.
-
Der
Diagnosezulässigkeitsbereich
kann ein Bereich sein, der einen zu entfernenden Bereich definiert
(das heißt
ein Bereich, der mit entweder einer oberen Grenze oder einer unteren
Grenze definiert ist). Beispielsweise kann der Diagnosezulässigkeitsbereich
nur mit der unteren Grenze eingestellt sein, wenn es im Voraus bekannt
ist, dass der Katalysator von dem gekühlten Zustand erwärmt wird,
beispielsweise vor dem Verbrennungsmotorwarmlaufen (das heißt unmittelbar
nach einem Start).
-
Eine
Vorrichtung (beispielsweise eine Umgebungsluftpassage oder dergleichen)
zum Zusetzen des Sauerstoffs zu dem Katalysator kann vorgesehen
sein, um die Reaktion mit der Temperaturerhöhungskomponente (Verbrennungsmotorkraftstoff)
zu fördern
bzw. zu beschleunigen, die durch das Kraftstoffzusatzventil 25 zugesetzt
wird. In diesem Fall sollte vorzugsweise auch ein Prozess gemäß der zugeführten Sauerstoffmenge
als ein Prozess entsprechend Schritt S21 von 3 durchgeführt werden (siehe
auch 4A).
-
Die
Art der Temperaturerhöhungskomponente
zum Erhöhen
der Temperatur des Katalysators kann beliebig gemäß der Art
des Katalysators und dergleichen geändert werden.
-
In
der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird die Temperatur
des NOx-Katalysators 21 mit Hilfe des Kraftstoffzusatzventils 25 erhöht. Alternativ
kann die Temperatur des NOx-Katalysators 21 beispielsweise
durch Durchführen
einer Luft-Kraftstoff-Verhältnissteuerung (fette
Spülung) zum
Erhöhen
der unverbrannten Komponenten (hauptsächlich HC) in dem von dem Verbrennungsmotor 10 abgegebenen
Abgas, erhöht
werden, wie in dem Katalysatorwiederherstellungsprozess (6). In
diesem Fall kann als eine Erweiterung der Kraftstoffeinspritzsteuerung,
die den normalen Betrieb betrifft, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des
Luft-Kraftstoffgemisches,
das in der Verbrennung in dem Verbrennungsmotor verwendet wird,
zu dem fetten Zustand geändert
werden. Alternativ kann die Kraftstoffeinspritzung bei einer Zeit
durchgeführt
werden, die zu solch einem Ausmaß verzögert ist, dass das Kraftstoffeinspritzen
nicht zu der Verbrennung in dem Verbrennungsmotor beiträgt. Das
heißt
eine spätere
Einspritzung (beispielsweise ein Nachspritzen oder eine Posteinspritzung
beziehungsweise Nacheinspritzung) kann nach einer Haupteinspritzung
durchgeführt
werden, um eine mehrstufige Einspritzung derart durchzuführen, dass
die Temperatur des Katalysators durch den unverbrannten Kraftstoff
erhöht wird,
der durch die spätere
Einspritzung zugeführt wird.
Zusätzlich
kann ein Programm oder dergleichen zum Steuern einer beliebigen
Heizvorrichtung, wie ein Heizer, verwendet werden. Des Weiteren
kann anstelle der Temperaturerhöhungssteuerung
ein Programm zum Steuern einer beliebigen Kühlvorrichtung (beispielsweise
ein Ventilator oder dergleichen zum Kühlen des Katalysators) verwendet
werden, und die Temperatur des Katalysators kann durch die Kühlsteuerung
gesteuert werden. Darüber
hinaus können
diese Verfahren kombiniert werden. Beispielsweise kann eines von
diesen oder die Kombination von diesen ausgewählt und gemäß der Temperatur des Katalysators
oder dem Betriebsbereich des Verbrennungsmotors ausgeführt werden.
Ein beliebiges Schema kann verwendet werden, solange die Temperatur
des Katalysators in den vorbestimmten Bereich gesteuert werden kann.
-
Der
Prozessmodus des Katalysatorwiederherstellungsprozesses (6)
kann geeignet gemäß der Verwendung
und dergleichen geändert
werden. Beispielsweise kann der Katalysatorwiederherstellungsprozess
periodisch (in einem festen Zeitzyklus) nicht auf Basis der NOx-Okklusionsmenge
durchgeführt
werden. Somit ist die Steuerung vereinfacht und die Steuerbarkeit
ist verbessert. Darüber
hinaus kann das Reduktionsmittel zu dem NOx-Katalysator 21 durch
das Kraftstoffzusatzventil 25 wie in dem Fall der Temperatursteuerung
zugeführt
werden.
-
Der
Prozessmodus des Katalysatordiagnoseprozesses (7)
kann auch geeignet gemäß der Verwendung
und dergleichen geändert
werden. In der vorliegenden Ausführungsform
wird in dem Katalysatordiagnoseprozess von 7 der Verschlechterungsgrad
des NOx-Katalysators 21 auf Basis der Menge des Reduktionsmittels
gemessen, das in der Reduktion des okkludierten NOx erfordert ist
(Reduktionsmittelverbrauchsmenge) (Schritt S42 von 7).
Alternativ kann die Messung beispielsweise auf Basis der Zeitspanne
(erforderte Reduktionszeitspanne) durchgeführt werden, die bei der Reduktion des
okkludierten NOx erfordert ist (wie in der Vorrichtung, die in 9 gezeigt
ist). In diesem Fall gibt es Bedenken hinsichtlich einer Antwortverzögerung der A/F-Sensoren 23a, 23b.
Um die Genauigkeit der Messung und der Verschlechterungsdiagnose
zu verbessern, ist es deshalb wirksam, den Fettheitsgrad (Luft-Kraftstoff-Verhältnis) der
fetten Spülung gemäß dem Leistungsverschlechterungsgrad
des NOx-Katalysators 21 zu ändern. In diesem Fall kann der
Leistungsverschlechterungsgrad einfach ohne Verwenden des Erfassungssignals
des A/F-Sensors 23a stromaufwärts des Katalysators gemessen
werden. Das heißt
die Zeitspanne, bis die fette Komponente durch den A/F-Sensor 23b stromabwärts des Katalysators
erfasst wird, kann als die erforderte Reduktionszeitspanne auf Basis
der Startzeit der fetten Spülung
(NOx-Reduktionssteuerung) berechnet werden. In diesem Fall kann
der A/F-Sensor nur stromabwärts
des NOx-Katalysators 21 vorgesehen
sein.
-
Der
Prozess von 7 kann nur unter einer Bedingung
durchgeführt
werden, dass angenommen wird, dass die Reinigungsleistung des NOx-Katalysators 21 verringert
ist. Beispielsweise kann eine Bedingung, dass die Fahrleistung des
Fahrzeugs eine vorbestimmte Fahrleistung (beispielsweise 10000 km) erreicht,
oder eine Gesamtmenge der Kraftstoffeinspritzmenge, die durch den
Injektor 11 eingespritzt wird (Integrationswert von jeder
Kraftstoffeinspritzmenge), eine vorbestimmte Menge erreicht, als
die Ausführungsbedingung
verwendet werden, und der Katalysatorverschlechterungsdiagnoseprozess
kann nur ausgeführt
werden, wenn die Ausführungsbedingung
erfüllt
ist (beispielsweise kann ein Ausführungsflag F2 auf 1 eingestellt
sein).
-
Das
Objekt beziehungsweise das Ziel der Katalysatordiagnosevorrichtung
der vorliegenden Erfindung ist nicht auf das System gemäß der Ausführungsform
beschränkt,
sondern kann beliebig sein. Das heißt das Schema kann in geeigneter
Weise gemäß der Verwendung
oder dergleichen geändert sein.
Beispielsweise kann das Kraftstoffzusatzventil 25 nahe
dem Einlass (stromaufwärtige
Seite) des NOx-Katalysators 21 vorgesehen sein. Beispielsweise
können
die Lagepositionen des DPF 20 und des NOx-Katalysators 21 umgekehrt
sein. Eine Reinigungsvorrichtung, in der der DPF 20 und
der NOx-Katalysator 21 integriert
sind, kann in dem Auslassrohr 18 vorgesehen sein. Des Weiteren
kann ein Aufbau ohne den DPF 20 wirksam in Abhängigkeit von
der Verwendung verwendet werden. Ein Oxidationskatalysator oder
dergleichen kann zusätzlich stromabwärts des
NOx-Katalysators 21 vorgesehen sein. Anstelle für jeden
der A/F-Sensoren 23a, 23b, kann ein O2-Sensor
einer Quellenspannung ausgebenden Bauart verwendet werden, der ein
binäres Quellenspannungssignal
ausgibt, das sich gemäß dem fetten/mageren
Zustand des Abgases ändert.
-
Obwohl
das typische Beispiel des NOx-Katalysators in der Ausführungsform
gezeigt ist, ist die Art des NOx-Katalysators 21 beliebig.
Derzeit ist eine Anwendung der vorliegenden Erfindung auf den NOx-Katalysator
hauptsächlich
gefordert. Die vorliegende Erfindung kann auf andere Verwendungen
eines Aufbaus in gleicher Weise angewendet werden, falls der Aufbau
eine ähnliche
Temperaturcharakteristik hat.
-
In
der Ausführungsform
ist die vorliegende Erfindung auf das Common Rail-System des Fahrzeugdieselmotors
als ein Beispiel angewendet. Grundsätzlich kann die vorliegende
Erfindung auch auf einen Ottomotor (im Speziellen einen Direkteinspritzmotor)
in gleicher Weise angewendet werden.
-
In
der Ausführungsform
und den Modifikationen wird angenommen, dass verschiedene Arten
von Software (Programmen) verwendet werden, wenn die Abgasreinigungsvorrichtung
der vorliegenden Erfindung realisiert wird. Alternativ kann dieselbe
Funktion durch Hardware, wie ein bestimmter Schaltkreis, realisiert
sein.
-
Die
vorliegende Erfindung sollte nicht auf die offenbarten Ausführungsformen
beschränkt
werden, sondern kann auf viele andere Arten umgesetzt werden, ohne
von dem Umfang der Erfindung abzuweichen, wie er durch die angehängten Ansprüche definiert
ist.
-
Eine
Abgasreinigungskatalysatordiagnosevorrichtung zum Diagnostizieren
eines Grads einer Leistungsverschlechterung eines NOX-Katalysators (21),
der in einem Auslasssystem eines Verbrennungsmotors (10)
zur Abgasreinigung vorgesehen ist, hat ein Programm (S14) das bestimmt,
ob die Temperatur des NOX-Katalysators (21) vor einem Katalysatordiagnoseprozess
innerhalb eines vorbestimmten Diagnosezulässigkeitsbereichs ist, und
ein Programm (S142, S21, S22, S23, S24), das die Temperatur des
NOX-Katalysators
(21) in den Diagnosezulässigkeitsbereich
vor dem Katalysatordiagnoseprozess steuert, falls bestimmt wird,
dass die Temperatur des NOX-Katalysators (21) außerhalb
des Diagnosezulässigkeitsbereichs
ist. Somit kann die Abgasreinigungskatalysatordiagnosevorrichtung
den Katalysatordiagnoseprozess häufig
mit hoher Zuverlässigkeit
und hoher Genauigkeit durchführen,
während
eine geeignete Emission aufrecht erhalten wird.