DE102013218258A1 - Abgasreinigungssystem für einen Verbrennungsmotor - Google Patents

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DE102013218258A1
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Hideki Matsunaga
Naohiro Sato
Masafumi Sakota
Yuji Yasui
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Honda Motor Co Ltd
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Abstract

Ein Abgasreinigungssystem ist bereitgestellt, welches die auf eine Feinstaubbehandlungsvorrichtung wirkende Last selbst dann verringern kann, wenn in einen stöchiometrischen Betrieb umgeschaltet wird. Das Abgasreinigungssystem umfasst: eine PM-Behandlungsvorrichtung, einen Drei-Wege-Reinigungskatalysator, einen LAF-Sensor und eine ECU (3), welche eine Rückkopplungs-Regelung/Steuerung derart durchführt, dass eine LAF-Sensorausgabe (Vex) zu einem Zielwert (Vop) wird, welcher derart bestimmt ist, dass die Drei-Wege-Reinigungsreaktion während eines stöchiometrischen Betriebs optimiert wird. Die ECU (3) umfasst eine Kraftstoff-Regelungs-/Steuerungseinheit (32), welche eine Kraftstoffeinspritzmenge (Gfuel) derart bestimmt, dass ein Zustand, in welchem ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Luft/Kraftstoff-Mischung magerer als ein Stöchiometrieverhältnis ist, und ein Zustand, in welchem ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Luft/Kraftstoff-Mischung fetter als ein Stöchiometrieverhältnis ist, durch Modulieren einer Kraftstoff-Korrekturmenge (dGfuel) alternierend realisiert werden, welche derart bestimmt wird, dass bewirkt wird, dass die LAF-Sensorausgabe (Vex) gegen den Zielwert (Vop) durch Anwenden eines vorgegebenen Modulationsalgorithmus konvergiert.

Description

  • Diese Anmeldung basiert auf und beansprucht die Priorität der am 13. September 2012 eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2012-201879 , deren Inhalt hier durch Bezugnahme aufgenommen ist.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Abgasreinigungssystem für einen Verbrennungsmotor. Genauer gesagt betrifft die vorliegende Erfindung ein Abgasreinigungssystem für einen Verbrennungsmotor, welches unter einer vorgegebenen Bedingung zwischen einem mageren Betriebsmodus, in welchem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Luft/Kraftstoff-Mischung auf ein hinreichend mageres Verhältnis auf der mageren Seite vom Stöchiometrieverhältnis eingestellt wird, und einem stöchiometrischen Betriebsmodus, in welchem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Luft/Kraftstoff-Mischung auf ein Stöchiometrieverhältnis oder auf ein Verhältnis in der Nähe davon eingestellt wird, umschaltet.
  • Stand der Technik
  • Abgasreinigungssysteme für Verbrennungsmotoren reinigen im Motorabgas enthaltenes HC (Kohlenwasserstoffe), CO (Kohlenmonoxide) und NOx (Stickoxide). Abgasreinigungssysteme, welche die vorangehenden Drei-Wege-Komponenten im Abgas durch Verwenden der Reaktionen an in einem Abgaskanal bereitgestellten Katalysatoren unterschiedlicher Typen reinigen, sind gängig geworden. Unter Katalysatoren zum Reinigen von Abgasen sind unterschiedliche, verschiedene Funktionen aufweisende Katalysatoren vorgeschlagen worden, wie etwa Oxidationskatalysatoren (DOC (Diesel Oxidation Catalyst)), Drei-Wege-Katalysatoren (TWC (Three-Way Catalyst)), Katalysatoren vom NOx-Speicher-Reduktionstyp (NSC (NOx Storage Catalyst)) und Selektive-Reduktion-Katalysatoren (SCR-Katalysator (Selektive Catalytic Reduction Catalyst)).
  • Der Oxidationskatalysator weist eine Oxidationsfunktion zum Reinigen von HC und CO auf, indem bewirkt wird, dass die Oxidationsreaktionen von HC und CO im Abgas ablaufen, wobei das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Luft/Kraftstoff-Mischung auf ein Verhältnis eingestellt wird, welches magerer als ein Stöchiometrieverhältnis ist und eine große Menge Sauerstoff aufweist (Abgas mit einem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis). Zudem weist dieser Oxidationskatalysator ebenso eine Drei-Wege-Reinigungsfunktion auf, wobei die Oxidationsreaktionen von HC und CO und die Reduktionsreaktion von NOx mit hoher Effizienz gleichzeitig in dem Abgas ablaufen, in welchem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Luft/Kraftstoff-Mischung auf ein Stöchiometrieverhältnis eingestellt ist (Abgas mit einem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis). Der Drei-Wege-Katalysator entspricht einem Katalysator, welcher durch Zusetzen eines Sauerstoffspeichermaterials (OSC-Material) dem vorangehenden Oxidationskatalysator hergestellt wird, wobei das Drei-Wege-Reinigungsfenster, d. h. die die Drei-Wege-Reinigungsfunktion aufweisende Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Breite im Vergleich zu dem vorangehenden Oxidationskatalysator größer ist. Dieser Effekt entsteht aufgrund der Breite der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Fluktuation in dem Katalysator relativ zu der Fluktuation in einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis, bevor die Sauerstoffspeicherwirkung des OSC-Materials des Katalysators abnimmt.
  • Der Selektive-Reduktion-Katalysator reduziert NOx in Anwesenheit eines von außen zugeführten Reduktionsmittels, wie etwa NH3 oder HC, oder eines in dem Abgas vorhandenen Reduktionsmittels. Der Katalysator vom NOx-Speicher-Reduktionstyp speichert NOx in dem Abgas in einem Abgas mit einem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis und reduziert mittels eines Reduktionsmittels das gespeicherte NOx in dem Abgas mit einem dem Stöchiometrieverhältnis äquivalenten Verhältnis oder einem Verhältnis, welches fetter als das Stöchiometrieverhältnis ist. Abgasreinigungssysteme für Motoren basierend auf einer mageren Verbrennung, wie etwa Benzinmotoren vom Magerverbrennungstyp oder Dieselmotoren, verwenden häufig einen Katalysator, genannt DeNOx-Katalysator, wie etwa diesen Selektive-Reduktion-Katalysator und einen Katalysator vom NOx-Speicher-Reduktionstyp, indem diese mit den vorangehenden Katalysatoren, wie etwa einem Oxidationskatalysator oder einem Drei-Wege-Katalysator, kombiniert werden, um die NOx-Reinigungsfunktion in einem Abgas mit einem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis aufrecht zu erhalten.
  • Patentdokument 1 schlägt ein Abgasreinigungssystem vor, welches aus den vorangehenden Katalysatoren den NOx-Speicher-Reduktionskatalysator mit dem Drei-Wege-Katalysator kombiniert. Dieses Abgasreinigungssystem stellt das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Luft/Kraftstoff-Mischung auf das Stöchiometrieverhältnis ein, bevor der Katalysator vom NOx-Speicher-Reduktionstyp aktiviert wird, und reinigt die Drei-Wege-Komponenten in dem Abgas hauptsächlich mittels des Drei-Wege-Katalysators. Dieses Abgasreinigungssystem stellt zudem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Luft/Kraftstoff-Mischung auf ein Verhältnis ein, welches magerer als das Stöchiometrieverhältnis ist, nachdem der Katalysator vom NOx-Speicher-Reduktionstyp aktiviert worden ist, und reinigt HC und CO mit dem Drei-Wege-Katalysator und reinigt ebenso NOx mittels des Katalysators vom NOx-Speicher-Reduktionstyp.
  • Patentdokument 2 schlägt bezüglich eines mit einem Drei-Wege-Katalysator und einem stromabwärts von diesem Drei-Wege-Katalysator bereitgestellten Katalysator vom NOx-Speicher-Reduktionstyp ausgestatteten Systems eine Technologie vor zum Einstellen des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses auf das Stöchiometrieverhältnis, um Abgase mittels des Drei-Wege-Katalysators zu reinigen, bevor der Katalysator vom NOx-Speicher-Reduktionstyp aktiviert wird.
    [Patentdokument 1] Ungeprüfte japanische Patentanmeldung, Veröffentlichungsnummer 2011-149360
    [Patentdokument 2] Ungeprüfte japanische Patentanmeldung, Veröffentlichungsnummer 2009-293585
  • INHALT DER ERFINDUNG
  • Mit den vorangehenden Systemen der Patentdokumente 1 und 2 ist es möglich, die Drei-Wege-Komponenten in dem Abgas immer mit hoher Effizienz zu reinigen, indem ein stöchiometrischer Betrieb intermittierend in einem Motor basierend auf einem mageren Betrieb durchgeführt wird. Jedoch neigt ein Zylinderkraftstoff-Einspritzmotor, wie etwa ein Dieselmotor oder ein Magerverbrennungs-Direkteinspritz-Benzinmotor, dazu, die von dem Motor ausgestoßene Feinstaubmenge zu erhöhen, wenn bewirkt wird, dass sich das Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu der stöchiometrischen Seite, wie in 11 gezeigt, ändert. Mit anderen Worten nimmt, wenn von einem mageren Betrieb zu einem stöchiometrischen Betrieb umgeschaltet wird, die von dem Motor ausgestoßene Feinstaubmenge zu und die auf die Vorrichtungen (Filter usw.) zum Behandeln dieses Anstiegs wirkende Last nimmt zu; eine angemessene Beurteilung dieses Gesichtspunkts ist jedoch nicht in den Patentdokumenten 1 und 2 gegeben.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Abgasreinigungssystem für einen Verbrennungsmotor bereitzustellen, welches die auf Vorrichtungen zum Behandeln von Feinstaub wirkende Last verringern kann, selbst wenn in einen stöchiometrischen Betrieb umgeschaltet wird.
  • Um die vorangehende Aufgabe zu lösen, ist gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Abgasreinigungssystem für einen Verbrennungsmotor (z. B. für den später beschriebenen Motor 1) bereitgestellt, welches unter einer vorgegebenen Bedingung zwischen einem mageren Betrieb, in welchem ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis einer Luft/Kraftstoff-Mischung auf ein Verhältnis auf der mageren Seite eines Stöchiometrieverhältnisses eingestellt wird, und einem stöchiometrischen Betrieb, in welchem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Luft/Kraftstoff-Mischung auf ein Stöchiometrieverhältnis oder ein Verhältnis in der Nähe davon eingestellt wird, umschaltet, wobei das System umfasst: eine Feinstaubbehandlungsvorrichtung (z. B. die später beschriebene PM-Behandlungsvorrichtung 46), welche in einem Abgaskanal (z. B. dem später beschriebenen Abgaskanal 11) des Motors bereitgestellt ist und Feinstaub in dem Abgas sammelt; einen Drei-Wege-Reinigungskatalysator (z. B. den Drei-Wege-Katalysator des ersten katalytischen Wandlers 41 und einen Drei-Wege-Reinigungskatalysator, welcher in dem Filter der später beschriebenen PM-Behandlungsvorrichtung 46 bereitgestellt ist), welcher an einer stromaufwärtigen Seite von der Feinstaubbehandlungsvorrichtung in dem Abgaskanal derart bereitgestellt ist, dass er integral mit oder getrennt von der Feinstaubbehandlungsvorrichtung ist und in welchem eine Drei-Wege-Reinigungsreaktion während des stöchiometrischen Betriebs abläuft; einen Abgassensor (z. B. den später beschriebenen LAF-Sensor 21), welcher einen Detektionswert (Vex) gemäß einer Abgas-Sauerstoffkonzentration ausgibt; und eine Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Regelungs-/Steuerungsvorrichtung (z. B. die später beschriebene ECU 3), welche einen Betriebsmodus des Motors auf einen stöchiometrischen Betrieb unter einer vorgegebenen Betriebsbedingung einstellt, unter welcher ein Einstellen des Betriebsmodus des Motors in den stöchiometrischen Betrieb die NOx-Reinigungsleistungsfähigkeit des Abgasreinigungssystems insgesamt im Vergleich zu einem Einstellen in den mageren Betrieb verbessern kann, und welche eine Rückkopplungs-Regelung/Steuerung durchführt, so dass ein Detektionswert des Abgasreinigungssensors zu einem Zielwert (Vop) wird, welcher derart festgelegt ist, dass eine Drei-Wege-Reinigungsreaktion in dem Drei-Wege-Reinigungskatalysator optimiert wird. Die Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Regelungs-/Steuerungsvorrichtung umfasst eine Kraftstoff-Regelungs-/Steuerungseinheit (z. B. die später beschriebene Kraftstoff-Regelungs-/Steuerungseinheit 32), welche die dem Motor zuzuführende Kraftstoffmenge (Gfuel) bestimmt, so dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Luft/Kraftstoff-Mischung magerer als ein Stöchiometrieverhältnis während einer vorgegebenen Zeitdauer während des stöchiometrischen Betriebs wird.
  • Es sollte angemerkt werden, dass sich „Stöchiometrieverhältnis” in der vorliegenden Erfindung auf ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Luft/Kraftstoff-Mischung bezieht, bei welchem eine Drei-Wege-Reinigungsreaktion mittels eines Drei-Wege-Reinigungskatalysators, welcher in einer Feinstaubbehandlungsvorrichtung oder an einer stromaufwärtigen Seite davon bereitgestellt ist, unter vorgegebenen Bedingungen, unter welchen von dem Verbrennungsmotor ausgestoßener Feinstaub nicht oxidiert, optimiert wird. Dieses beträgt typischerweise 14,5 bis 14,7 (Luft/Kraftstoff = A/F).
  • Gemäß dem ersten Aspekt stellt die Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Regelungs-/Steuerungsvorrichtung den Betriebsmodus des Motors in den stöchiometrischen Betrieb unter einer vorgegebenen Betriebsbedingung ein, unter welcher ein stöchiometrischer Betrieb dazu in der Lage ist, die NOx-Reinigungsleistungsfähigkeit des gesamten Abgasreinigungssystems im Vergleich zu dem mageren Betrieb zu verbessern, und führt eine Rückkopplungs-Regelung/Steuerung derart aus, dass der Detektionswert (Vex) des Abgassensors zu dem Zielwert (Vop) wird, welcher derart bestimmt wird, dass die Drei-Wege-Reinigungsreaktion an dem Drei-Wege-Reinigungskatalysator optimiert wird. HC, CO und NOx in dem Abgas können dadurch mit hoher Effizienz mittels des Drei-Wege-Reinigungskatalysators während des stöchiometrischen Betriebs gereinigt werden. Zudem kann auf ein Ausführen einer derartigen Rückkopplungs-Regelung/Steuerung hin die Kraftstoff-Regelungs-/Steuerungseinheit die dem Motor zuzuführende Kraftstoffmenge derart bestimmen, dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Luft/Kraftstoff-Mischung magerer als ein Stöchiometrieverhältnis während einer vorgegebenen Zeitdauer wird. Da es möglich ist, dass bei der Oxidation von Feinstaub benötigter Sauerstoff in dem der Feinstaubbehandlungsvorrichtung zugeführten Abgas enthalten ist, kann in der Feinstaubbehandlungsvorrichtung gesammelter Feinstaub selbst während des stöchiometrischen Betriebs zur Behandlung oxidiert werden. Es ist dadurch möglich, die gesammelte Feinstaubmenge in der Feinstaubbehandlungsvorrichtung während des stöchiometrischen Betriebs zu verringern oder deren Zunahme zu unterdrücken.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass der Abgassensor an einer stromabwärtigen Seite der Feinstaubbehandlungsvorrichtung bereitgestellt ist.
  • Gemäß dem zweiten Aspekt ist es möglich zu bewirken, indem der Abgassensor an der stromabwärtigen Seite der Feinstaubbehandlungsvorrichtung in dem Abgasreinigungssystem der vorliegenden Erfindung bereitgestellt ist, welches eine Rückkopplungs-Regelung/Steuerung derart ausführt, dass der Detektionswert des Abgassensors zu einem vorgegebenen Zielwert wird, dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Luft/Kraftstoff-Mischung magerer als ein Stöchiometrieverhältnis während einer vorgegebenen Zeitdauer wird, so dass sowohl die Oxidationsreaktion in der Feinstaubbehandlungsvorrichtung als auch die Reinigungsreaktion in dem Drei-Wege-Reinigungskatalysator optimiert werden.
  • Beispielsweise wird im Falle eines in der Feinstaubbehandlungsvorrichtung bereitgestellten Drei-Wege-Reinigungskatalysators das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Luft/Kraftstoff-Mischung, bei welchem die Drei-Wege-Reinigung des Drei-Wege-Reinigungskatalysators unter Bedingungen optimiert wird, unter welchen Feinstaub sich in der Feinstaubbehandlungsvorrichtung ablagert und anschließend oxidiert wird, geringfügig zu der mageren Seite (Seite mit einer hohen Sauerstoffkonzentration) verglichen mit einem Fall, in welchem Feinstaub nicht oxidiert (Stöchiometrie), verschoben. Das liegt daran, dass, wenn Sauerstoff bei der Oxidation von Feinstaub verbraucht wird, der Sauerstoff, welcher zum Oxidieren von HC und CO benötigt wird, nicht ausreicht. Andererseits nimmt, wenn Feinstaub in der Feinstaubbehandlungsvorrichtung oxidiert, die Abgas-Sauerstoffkonzentration an der stromabwärtigen Seite davon um die bei der Oxidation verbrauchte Menge ab. Daher wird, wenn der Abgasreinigungssensor an der stromabwärtigen Seite der Feinstaubbehandlungsvorrichtung bereitgestellt ist, der Detektionswert des Abgassensors zu der fetten Seite (Seite mit einer niedrigen Sauerstoffkonzentration) um die bei der Oxidation von Feinstaub in der Feinstaubbehandlungsvorrichtung verbrauchte Menge, selbst bei einem konstanten Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Luft/Kraftstoff-Mischung verschoben. Aus diesem Grund wird der Detektionswert des Abgassensors, wenn die Drei-Wege-Reinigungsreaktion an dem Drei-Wege-Reinigungskatalysator optimiert wird, im Wesentlichen konstant sein, unabhängig davon, wie weit die Feinstauboxidation in der Feinstaubbehandlungsvorrichtung vorangeschritten ist. Daher wird das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Luft/Kraftstoff-Mischung automatisch magerer als ein Stöchiometrieverhältnis während einer vorgegebenen Zeitdauer sein, selbst ohne einen später beschriebenen Modulationsbetrieb der Kraftstoffeinspritzmenge durchzuführen, indem eine Rückkopplungs-Regelung/Steuerung derart durchgeführt wird, dass der Detektionswert des Abgassensors zu dem Zielwert wird, welcher derart bestimmt ist, dass die Drei-Wege-Reinigungsreaktion an dem Drei-Wege-Reinigungskatalysator während eines stöchiometrischen Betriebs optimiert wird, wobei es möglich ist, die gesammelte Feinstaubmenge in der Feinstaubbehandlungsvorrichtung zu verringern oder deren Zunahme zu unterdrücken, während HC, CO und NOx in dem Abgas hocheffizent gereinigt werden.
  • Zudem wird auch im Falle, dass ein Drei-Wege-Reinigungskatalysator nicht in der Feinstaubbehandlungsvorrichtung selbst bereitgestellt ist, der Detektionswert des an der stromabwärtigen Seite der Feinstaubbehandlungsvorrichtung bereitgestellten Abgassensors zu der fetten Seite (Seite mit einer niedrigen Sauerstoffkonzentration) um die bei der Oxidation verbrauchte Menge in einem Zustand verschoben werden, in welchem Feinstaub sich in der Feinstaubbehandlungsvorrichtung ablagert, wobei dann dieser oxidiert wird. Aus diesem Grund wird das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Luft/Kraftstoff-Mischung automatisch magerer als ein Stöchiometrieverhältnis während einer vorgegebenen Zeitdauer sein, selbst wenn kein später beschriebener Modulationsbetrieb an der Kraftstoffeinspritzmenge durchgeführt wird, indem eine Rückkopplungs-Regelung/Steuerung derart durchgeführt wird, dass der Detektionswert des Abgassensors zu dem Zielwert wird, welcher derart bestimmt ist, dass die Drei-Wege-Reinigungsreaktion an dem Drei-Wege-Reinigungskatalysator während des stöchiometrischen Betrieb optimiert wird, wobei es möglich wird, die gesammelte Feinstaubmenge in der Feinstaubbehandlungsvorrichtung zu verringern oder deren Zunahme zu unterdrücken, während HC und CO in dem Abgas hocheffizient an dem separat von der Feinstaubbehandlungsvorrichtung bereitgestellten Drei-Wege-Reinigungskatalysator oxidiert werden.
  • Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass die Kraftstoff-Regelungs-/Steuerungseinheit eine Kraftstoffmenge (Gfuel) derart bestimmt, dass ein Zustand, in welchem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Luft/Kraftstoff-Mischung magerer als ein Stöchiometrieverhältnis ist und ein Zustand, in welchem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Luft/Kraftstoff-Mischung fetter als ein Stöchiometrieverhältnis ist, alternierend realisiert werden, indem ein vorgegebener Modulationsalgorithmus angewendet wird, um die Kraftstoffmenge (dGfuel oder Gfuel_bs + dGfuel) zu modulieren, welche derart bestimmt wird, dass bewirkt wird, dass der Detektionswert des Abgassensors gegen den Zielwert basierend auf einem vorgegebenen Rückkopplungs-Regelungs-/Steuerungsalgorithmus konvergiert.
  • Gemäß dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann eine Feinstauboxidation zuverlässig zusätzlich zu der Reinigung von CO, HC und NOx in dem Abgas durchgeführt werden, da es möglich ist, einen Zustand intermittierend zu realisieren, in welchem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis magerer als ein Stöchiometrieverhältnis ist, während bewirkt wird, dass der Detektionswert des Abgassensors gegen den Zielwert mit einer hohen Präzision konvergiert.
  • Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass die Kraftstoff-Regelungs-/Steuerungseinheit eine Variationsbreite des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses der Luft/Kraftstoff-Mischung von einem Stöchiometrieverhältnis zu der mageren Seite auf innerhalb von 0,3 (A/F) einstellt.
  • Da die Abgasströmung in dem Abgassystem eine Verzögerungscharakterisitk aufweist, kann gemäß dem vierten Aspekt bewirkt werden, dass sich das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Luft/Kraftstoff-Mischung derart ändert, dass ein Zustand mit einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis, welches magerer als ein Stöchiometrieverhältnis ist, und ein Zustand mit einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis, welches fetter als ein Stöchiometrieverhältnis ist, alternierend realisiert werden, während bewirkt wird, dass der Detektionswert des Abgassensors gegen den Zielwert konvergiert. Jedoch kann, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhaltnis der Luft/Kraftstoff-Mischung auf ein mageres Verhältnis eingestellt wird, wenn die Kraftstoffmenge übermäßig abnimmt, die Reduktion von NOx nicht länger ausreichend in dem Drei-Wege-Reinigungskatalysator voranschreiten. Daher ist es mit der vorliegenden Erfindung möglich, sowohl die Reinigung von CO, HC und NOx als auch die Oxidation von Feinstaub zu erzielen, indem die Variationsbreite des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses der Luft/Kraftstoff-Mischung von einem Stöchiometrieverhältnis zu der mageren Seite hin auf innerhalb von 0,3 (A/F) eingestellt wird.
  • Es sollte angemerkt werden, dass wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Luft/Kraftstoff-Mischung, wie in der in dem dritten Aspekt beschriebenen Erfindung, durch einen Modulationsbetrieb intermittierend auf ein Verhältnis eingestellt wird, welches magerer als das Stöchiometrieverhältnis ist, es eine Selbstverständlichkeit ist, dass es bevorzugt ist, dass die Variationsbreite des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses der Luft/Kraftstoff-Mischung von dem Stöchiometrieverhältnis zu der mageren Seite hin auf innerhalb von 0,3 (A/F) eingestellt wird, unabhängig von den Mitteln, um das Luft/Kraftstoff-Verhaltnis mager werden zu lassen, wie etwa, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu der mageren Seite mittels eines Zeitgebers oder dergleichen verschoben wird, oder im Falle des zweiten Aspekts der Erfindung, dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Luft/Kraftstoff-Mischung automatisch magerer als ein Stöchiometrieverhältnis basierend auf der Ausgabe des Abgassensors an der stromabwärtigen Seite der Feinstaubbehandlungsvorrichtung gemacht wird.
  • Gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass die Kraftstoff-Regelungs-/Steuerungseinheit umfasst: eine Referenz-Kraftstoffmengen-Berechnungseinheit, welche eine Referenz-Kraftstoffmenge (Gfuel_bs) basierend auf dem Betriebsmodus und einem Betriebszustand des Motors berechnet; eine Kraftstoff-Korrekturmengen-Berechnungseinheit (z. B. die später beschriebene Kraftstoff-Regelungs-/Steuerungs-SMC 321), welche eine Kraftstoff-Korrekturmenge (dGfuel) für die Referenz-Kraftstoffmenge (Gfuel_bs) berechnet, um zu bewirken, dass der Detektionswert (Vex) des Abgassensors gegen den Zielwert (Vop) basierend auf einem vorgegebenen Rückkopplungs-Regelungs-/Steuerungsalgorithmus konvergiert; und einen Modulator (z. B. den später beschriebenen Modulator 322), welcher einen vorgegebenen Modulationsalgorithmus anwendet, um die Kraftstoff-Korrekturmenge zu modulieren und welcher eine modulierte Korrekturmenge (dGfuel_mod) berechnet, wobei die Kraftstoff-Regelungs-/Steuerungseinheit eine Kraftstoffmenge durch Addieren der modulierten Korrekturmenge und der Referenz-Kraftstoffmenge bestimmt.
  • Gemäß dem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es möglich, indem die Kraftstoff-Korrekturmenge, welche basierend auf einem vorgegebenen Rückkopplungs-Regelungs-/Steuerungsalgorithmus bestimmt wird, indem ein vorgegebener Modulationsalgorithmus verwendet wird und indem die modulierte Korrekturmenge und eine Referenz-Kraftstoffmenge addiert werden, alternierend einen Zustand zu realisieren, in welchem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Luft/Kraftstoff-Mischung magerer als ein Stöchiometrieverhältnis ist, und einen Zustand zu realisieren, in welchem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Luft/Kraftstoff-Mischung fetter als ein Stöchiometrieverhältnis ist, während bewirkt wird, dass der Detektionswert des Abgassensors mit hoher Präzision gegen den Zielwert konvergiert. Eine Feinstauboxidation kann dabei zusätzlich zu der Reinigung von CO, HC und NOx in dem Abgas zuverlässig durchgeführt werden.
  • Gemäß einem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass eine Amplitude (dGfuel) der Kraftstoff-Korrekturmenge zu der mageren Seite oder eine Amplitude (ΔGfuel) der modulierten Korrekturmenge zu der mageren Seite durch eine Umwandlung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses der Luft/Kraftstoff-Mischung derart begrenzt wird, dass sie nicht mehr als 0,3 (A/F) beträgt.
  • Gemäß dem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es möglich, indem die Amplitude der modulierten Korrekturmenge, welche der Ausgabe des Modulators entspricht, zu der mageren Seite begrenzt wird oder indem die Amplitude der Kraftstoff-Korrekturmenge, welche der Eingabe in den Modulator entspricht, durch eine Umwandlung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses der Luft/Kraftstoff-Mischung begrenzt wird, um nicht mehr als 0,3 (A/F) zu betragen, sowohl eine Reinigung von CO, HC und NOx als auch eine Feinstauboxidation zu erreichen.
  • Gemäß einem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass die Kraftstoff-Regelungs-/Steuerungseinheit die basierend auf dem Rückkopplungs-Regelungs-/Steuerungsalgorithmus bestimmte Kraftstoffmenge nur während eines stöchiometrischen Betriebs und während in der Feinstaubbehandlungsvorrichtung gesammelter Feinstaub oxidiert, moduliert.
  • Gemäß dem siebten Aspekt kann in der Feinstaubbehandlungsvorrichtung abgelagerter Feinstaub nur oxidiert und entfernt werden, wenn sauerstoffhaltiges Abgas zugeführt wird, nachdem sie eine vorgegebene Verbrennungstemperatur erreicht hat. Daher ist es mit der vorliegenden Erfindung möglich, Feinstaub während eines stöchiometrischen Betriebs zuverlässig zu entfernen, indem die vorangehende Kraftstoffmenge mittels des Modulators nur dann moduliert wird, wenn der in der Feinstaubbehandlungsvorrichtung gesammelte Feinstaub oxidiert. Zudem ist es möglich, obwohl sich das Motordrehmoment ändern und die Antriebsfähigkeit abnehmen kann, wenn bewirkt wird, dass die Kraftstoffmenge variiert, eine unnötige Abnahme der Antriebsfähigkeit zu verhindern, indem eine Zeitdauer gewählt wird, in welcher Feinstaub oxidiert werden kann, um wie in der vorliegenden Erfindung zu modulieren.
  • Gemäß einem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass das Abgasreinigungssystem ferner eine Abgas-Rückführungsvorrichtung (z. B. die später beschriebene EGR-Vorrichtung 5) umfasst, welche einen Teil des. Abgases des Motors als Ansaugluft rückführt, wobei die Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Regelungs-/Steuerungsvorrichtung eine Luft-Regelungs-/Steuerungseinheit (z. B. die später beschriebene Luft-Regelungs-/Steuerungseinheit 33) umfasst, welche eine Abgas-Rückführungsrate (Regr) oder eine Abgas-Rückführungsmenge für eine Regelung/Steuerung derart berechnet, dass bewirkt wird, dass der Detektionswert (Vex) des Abgassensors gegen den Zielwert (Vop) basierend auf einem vorgegebenen Rückkopplungs-Regelungs-/Steuerungsalgorithmus konvergiert.
  • Gemäß dem achten Aspekt ist es möglich, indem die Abgas-Rückführungsrate oder Abgas-Rückführungsmenge derart korrigiert wird, dass bewirkt wird, dass der Detektionswert des Abgassensors gegen den Zielwert in der vorliegenden Erfindung konvergiert, die Variationsbreite der Kraftstoffmenge um diese Menge zu verringern. Aus diesem Grund ist es möglich, gleichzeitig eine Reinigung von HC, CO und NOx, eine Oxidation von Feinstaub und eine Verbesserung der Antriebsfähigkeit zu erzielen.
  • Gemäß einem neunten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass die Konvergenzrate des Detektionswerts des Abgassensors gegen den Zielwert von der Kraftstoff-Regelungs-/Steuerungseinheit derart eingestellt wird, dass sie schneller als die Konvergenzrate gemäß der Luft-Regelungs-/Steuerungseinheit ist.
  • Gemäß dem neunten Aspekt ist es dadurch möglich, zu bewirken, dass der Detektionswert des Abgassensors gegen den Zielwert mit hoher Präzision konvergiert, während eine Interferenz zwischen der Kraftstoff-Regelung/Steuerung und der Abgasrückführungs-Regelung/Steuerung vermieden wird, und es ist möglich, sowohl eine Reinigung von CO, HC und NOx als auch eine Oxidation von Feinstaub mit hoher Effizienz zu erreichen.
  • Gemäß einem zehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass das Abgasreinigungssystem ferner eine Additiv-Zufuhrvorrichtung (z. B. die später beschriebene Additiv-Zufuhrvorrichtung 8) umfasst, welches dem dem Motor zuzuführenden Kraftstoff ein Additiv zuführt, um zu bewirken, dass eine Feinstaubverbrennungstemperatur in der Feinstaubbehandlungsvorrichtung abnimmt.
  • Gemäß dem zehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es möglich, indem ein Additiv dem Kraftstoff zugeführt wird, den Betriebsbereich, in welchem Feinstaub während eines stöchiometrischen Betriebs behandelt werden kann, aufzuweiten. Daher kann, da die Rate, bei welcher die abgelagerte Feinstaubmenge in der Feinstaubbehandlungsvorrichtung zunimmt, verringert werden kann, die Größe der Feinstaubbehandlungsvorrichtung verringert werden. Als Ergebnis davon kann der Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs ebenfalls verringert werden.
  • Gemäß einem elften Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass ein erster katalytischer Wandler (z. B. der später beschriebene erste katalytische Wandler 41), welcher den Drei-Wege-Reinigungskatalysator umfasst, in dem Abgaskanal an einer stromaufwärtigen Seite von der Feinstaubbehandlungsvorrichtung bereitgestellt ist, und dass ein zweiter katalytischer Wandler (z. B. der später beschriebene zweite katalytische Wandler 42), welcher NOx im Abgas während eines mageren Betriebs reinigt, stromabwärts von der Feinstaubbehandlungsvorrichtung bereitgestellt ist.
  • Mit der vorliegenden Erfindung gemäß dem elften Aspekt ist es möglich, indem der zweite katalytische Wandler, welcher NOx während eines mageren Betriebs reinigt, an der stromabwärtigen Seite von dem ersten katalytischen Wandler und der Feinstaubbehandlungsvorrichtung bereitgestellt ist, CO und HC mit dem ersten katalytischen Wandler zu reinigen und NOx mit dem zweiten katalytischen Wandler während eines mageren Betriebs zu reinigen.
  • Gemäß einem zwölften Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass die vorgegebene Betriebsbedingung einen Fall umfasst, in welchem der zweite katalytische Wandler nicht aktiviert wurde, und einen Fall umfasst, in welchem ein Wert eines NOx-Korrelationsparameters, welcher gemäß einer von dem Motor ausgestoßenen NOx-Menge zunimmt, größer als ein vorgegebener Wert ist.
  • Gemäß dem zwölften Aspekt kann in dem Fall, in welchem der zweite katalytische Wandler nicht aktiviert wurde, NOx nicht ausreichend von dem zweiten katalytischen Wandler gereinigt werden, selbst wenn der Betriebsmodus auf den mageren Betrieb eingestellt wird. Zudem kann es weiter bevorzugt sein, selbst wenn der zweite katalytische Wandler aktiviert worden ist, NOx zu reinigen, indem die Drei-Wege-Reinigungsreaktion des ersten katalytischen Wandlers verwendet wird, statt NOx mit dem zweiten katalytischen Wandler zu reinigen, um die gesamte NOx-Reinigungsleistungsfähigkeit des Abgasreinigungssystems zu steigern, wenn die von dem Motor ausgestoßene NOx-Menge groß ist. Mit der vorliegenden Erfindung ist es möglich, indem der Betriebsmodus in den stöchiometrischen Betrieb unter derartigen Betriebsbedingungen eingestellt wird, eine Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchs aufgrund eines zu häufigen Einstellens in den stöchiometrischen Betrieb zu verhindern.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, Feinstaub, welcher sich in der Feinstaubbehandlungsvorrichtung sammelt, selbst während des stöchiometrischen Betriebs zu oxidieren und zu reinigen.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine schematische Ansicht, welche die Konfiguration eines Motors und eines Abgasreinigungssystems davon gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 2 ist eine grafische Darstellung, welche eine Beziehung zwischen einer Reinigungsleistungsfähigkeit eines unmittelbar stromabwärtigen katalytischen Wandlers und dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis zeigt;
  • 3 ist ein Blockdiagramm, welches die Konfiguration einer ECU als eine Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Regelungs-/Steuerungsvorrichtung zeigt;
  • 4 ist ein Flussdiagramm, welches eine Umschaltsequenz von Betriebsmoden des Motors zeigt;
  • 5 stellt Zeitschaubilder bereit, welche ein Regelungs-/Steuerungsbeispiel der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Regelungs-/Steuerungsvorrichtung für ein herkömmliches Beispiel zeigen;
  • 6 stellt Zeitschaubilder bereit, welche ein Regelungs-/Steuerungsbeispiel der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Regelungs-/Steuerungsvorrichtung für die Ausführungsform zeigt;
  • 7 stellt grafische Darstellungen für einen Fall bereit, in welchem ein O2-Sensor als Abgassensor verwendet wird und dieser an der stromabwärtigen Seite der Feinstaubbehandlungsvorrichtung bereitgestellt ist, wobei eine Beziehung zwischen dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Luft/Kraftstoff-Mischung und der Reinigungsrate der Abgaskomponenten zu diesem Zeitpunkt und einer Abgassensorausgabe gezeigt ist;
  • 8 stellt grafische Darstellungen für einen Fall bereit, in welchem ein LAF-Sensor als Abgassensor verwendet wird und dieser an der stromabwärtigen Seite der Feinstaubbehandlungsvorrichtung bereitgestellt ist, wobei eine Beziehung zwischen dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Luft/Kraftstoff-Mischung und der Reinigungsrate der Abgaskomponenten und der Abgassensorausgabe zu diesem Zeitpunkt gezeigt wird;
  • 9 stellt grafische Darstellungen für einen Fall bereit, in welchem ein LAF-Sensor als Abgassensor verwendet wird und dieser an der stromaufwärtigen Seite der Feinstaubbehandlungsvorrichtung bereitgestellt ist, wobei eine Beziehung zwischen dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Luft/Kraftstoff-Mischung und der Reinigungsrate der Abgaskomponenten und der Abgassensorausgabe zu diesem Zeitpunkt gezeigt wird;
  • 10 ist eine Ansicht, welche die Konfiguration eines Abgasreinigungssystems zeigt, in welchem der Unterbodenkatalysators als Katalysator vom NOx-Speicher-Reduktionstyp ausgebildet ist; und
  • 11 ist eine Darstellung, welche eine Beziehung zwischen dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Luft/Kraftstoff-Mischung und der ausgestoßenen Feinstaubmenge zeigt.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Nachfolgend wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durch Bezugnahme auf die Zeichnungen erklärt werden.
  • 1 ist eine schematische Darstellung, welche Konfigurationen eines Verbrennungsmotors (nachfolgend als „Motor” bezeichnet) 1 und eines Abgasreinigungssystems 2 davon gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Der Motor 1 ist ein Dieselmotor, ein Magerverbrennungs-Benzinmotor oder dergleichen basierend auf einer sogenannten mageren Verbrennung, bei welcher das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Luft/Kraftstoff-Mischung auf ein Verhältnis auf der mageren Seite vom Stöchiometrieverhältnis eingestellt wird. Wie im Detail später beschrieben, wird der Motor 1 selektiv in den beiden Betriebsmoden eines mageren Betriebs, in welchem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Luft/Kraftstoff-Mischung auf ein Verhältnis auf der mageren Seite von einem vorgegebenen Stöchiometrieverhältnis eingestellt wird, und eines stöchiometrischen Betriebs, in welchem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Luft/Kraftstoff-Mischung auf ein Stöchiometrieverhältnis oder ein Verhältnis in der Nähe davon eingestellt wird, betrieben. Es sollte angemerkt werden, dass sich das „Stöchiometrieverhältnis” nachfolgend auf ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Luft/Kraftstoff-Mischung bezieht, bei welchem unter vorgegebenen Bedingungen, unter welchen Feinstaub nicht innerhalb eines Abgaskanals oxidiert, eine Drei-Wege-Reinigungsreaktion mittels eines Drei-Wege-Katalysators, welcher in einem unmittelbar stromabwärtigen katalytischen Wandler 41, einer Feinstaubbehandlungsvorrichtung 46 und dergleichen, welche später beschrieben werden, bereitgestellt ist, optimiert wird.
  • Das Abgasreinigungssystem 2 umfasst: eine in dem Abgaskanal 11 des Motors 1 bereitgestellte katalytische Reinigungsvorrichtung 4, eine EGR-Vorrichtung 5, welche einen Teil des durch den Abgaskanal 11 strömenden Abgases in einen Einlasskanal 12 rückführt, eine Additiv-Zufuhrvorrichtung 8, welche dem dem Motor 1 zugeführten Kraftstoff ein Additiv zuführt, und eine elektronische Regelungs-/Steuerungseinheit (nachfolgend als „ECU” bezeichnet) 3 als Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Regelungs-/Steuerungsvorrichtung.
  • Kraftstoffinjektoren 17, welche Kraftstoff in die jeweiligen Zylinder einspritzen, sind in dem Motor 1 bereitgestellt. Ein Aktuator, welcher diese Kraftstoffinjektoren 17 antreibt, ist elektromagnetisch mit der ECU 3 verbunden. Die ECU 3 bestimmt eine Kraftstoffeinspritzmenge von dem Kraftstoffinjektor 17 gemäß einer später im Detail beschriebenen Sequenz und regelt/steuert den Kraftstoffinjektor 17 derart, dass eine vorgegebene Kraftstoffeinspritzsituation realisiert wird.
  • Die katalytische Reinigungsvorrichtung 4 umfasst einen ersten, an einer stromaufwärtigen Seite in dem Abgaskanal 11 bereitgestellten katalytischen Wandler 41, eine an einer stromabwärtigen Seite von diesem ersten katalytischen Wandler 41 bereitgestellte Feinstaubbehandlungsvorrichtung 46, einen zweiten, an einer stromabwärtigen Seite von der Feinstaubbehandlungsvorrichtung 46 bereitgestellten katalytischen Wandler 42 und eine Reduktionsmittelzufuhrvorrichtung 43, welche ein Reduktionsmittel dem zweiten katalytischen Wandler 42 zuführt. Der erste katalytische Wandler 41 ist unmittelbar nach dem Motor 1 in dem Abgaskanal 11 bereitgestellt. Daher wird der erste katalytische Wandler als unmittelbar stromabwärtiger katalytischer Wandler nachfolgend bezeichnet. Zudem ist der zweite katalytische Wandler 42 an einer von dem Motor 1 getrennten Position bereitgestellt, genauer gesagt unter dem Boden in einem Zustand, in welchem das Abgasreinigungssystem 2 in das Fahrzeug eingebaut wird, was nicht dargestellt ist. Daher wird der zweite katalytische Wandler nachfolgend als katalytischer Unterbodenwandler bezeichnet. Ein Katalysator zum Fördern von Reaktionen zum Reinigen von Komponenten, wie etwa HC, CO und NOx, welche in dem Abgas enthalten sind, ist jeweils in dem unmittelbar stromabwärtigen katalytischen Wandler 41 und dem katalytischen Unterbodenwandler 42 bereitgestellt.
  • Ein Drei-Wege-Reinigungskatalysator, welcher wenigstens eine Drei-Wege-Reinigungsfunktion aufweist, wird in dem unmittelbar stromabwärtigen Katalysator, welcher in dem unmittelbar stromabwärtigen katalytischen Wandler 41 eingebaut ist, verwendet. Eine Drei-Wege-Reinigungsfunktion bezieht sich auf eine Drei-Wege-Reinigungsreaktionsfunktion, d. h. eine Reaktion, in welcher die Oxidationen von HC und CO und die Reduktion von NOx simultan ausgeführt werden, welche in einem Abgas mit einem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis abläuft. Ein Katalysator, welcher eine derartige Drei-Wege-Reinigungsfunktion aufweist, ist beispielsweise ein Oxidationskatalysator, ein Drei-Wege-Katalysator und ein Katalysator vom NOx-Speicher-Reduktionstyp. Jeder von diesen drei Katalysatoren wird vorzugsweise in dem unmittelbar stromabwärtigen Katalysator verwendet.
  • Ein Oxidationskatalysator (DOC) reinigt HC, CO und NOx gemäß der vorangehenden Drei-Wege-Reinigungsreaktion in dem Abgas mit einem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis und reinigt durch Oxidieren HC und CO in dem Abgas mit einem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis.
  • Der Drei-Wege-Katalysator (TWC) entspricht einem Katalysator, welcher hergestellt wird, indem ein Sauerstoffspeichermaterial diesem Oxidationskatalysator zugesetzt wird. Der Drei-Wege-Katalysator und der Oxidationskatalysator weisen grundsätzlich die gleiche Reinigungsfunktion auf. Der Drei-Wege-Katalysator zeichnet sich jedoch im Hinblick auf das Drei-Wege-Reinigungsfenster aus, welches im Vergleich zu dem Oxidationskatalysator breiter ist.
  • Der Katalysator vom NOx-Speicher-Reduktionstyp (NSC) reinigt HC, CO und NOx mittels einer Drei-Wege-Reinigungsreaktion ähnlich dem vorangehenden Oxidationskatalysator in dem Abgas mit einem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis und reinigt durch Speichern von NOx in dem Abgas mit einem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis. Es sollte angemerkt werden, dass das gespeicherte NOx freigesetzt wird, indem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases auf ein Stöchiometrieverhältnis oder auf die fettere Seite des Stöchiometrieverhältnisses eingestellt wird, und es mit in dem Abgas enthaltenem, HC reduziert wird, welches als Reduktionsmittel dient.
  • 2 ist eine grafische Darstellung, welche die Beziehung zwischen der Reinigungsleistungsfähigkeit und dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis des unmittelbar stromabwärtigen katalytischen Wandlers 41 zeigt.
  • Genauer gesagt ist es eine Darstellung, welche die Reinigungsrate von THC (alle Kohlenwasserstoffe) und NOx zeigt, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Luft/Kraftstoff-Mischung auf 14,0 bis 15,5 (A/F) geändert wird. Es sollte angemerkt werden, dass, obwohl 2 ein Beispiel zeigt, bei dem ein Drei-Wege-Katalysator als unmittelbar stromabwärtiger Katalysator verwendet wird, ein Fall, in welchem ein Oxidationskatalysator oder ein Katalysator vom NOx-Speicher-Reduktionstyp als unmittelbar stromabwärtiger Katalysator verwendet wird, qualitativ derselbe ist.
  • Wie in 2 gezeigt, wird die Oxidation von HC und CO begünstigt, wenn die Abgas-Sauerstoffkonzentration zunimmt; der Ablauf der NOx-Reduktion wird jedoch erschwert. Aus diesem Grund wird, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Luft/Kraftstoff-Mischung auf das Stöchiometrieverhältnis (in dem in 2 gezeigten Beispiel ungefähr 14,55 (A/F)) oder in die Nähe davon an dem unmittelbar stromabwärtigen katalytischen Wandler 41 eingestellt wird, die Drei-Wege-Reinigungsreaktion optimiert und HC, CO und NOx werden hocheffizient gereinigt. Das Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Band, in welchem diese Drei-Wege-Reinigungsreaktion mit ausreichender Effizienz realisiert wird (in 2 das Drei-Wege-Katalysatorfenster, welches mit der gestrichelten Linie gekennzeichnet ist), ist in Abhängigkeit der OSC-Materialmenge unterschiedlich. Zudem weist, wie in 2 gezeigt, die NOx-Reinigungsleistungsfähigkeit des unmittelbar stromabwärtigen katalytischen Wandlers 41 eine Charakteristik auf, dass sie beim Verlassen des Stöchiometrieverhältnisses zu der mageren Seite hin erheblich abnimmt.
  • Zudem ist, obwohl 2 die Reinigungsleistungsfähigkeit des unmittelbar stromabwärtigen katalytischen Wandlers 41 zeigt, in einem Fall, in welchem sich Feinstaub nicht in der Feinstaubbehandlungsvorrichtung 46 absetzt, die kombinierte Gesamtreinigungsleistungsfähigkeit des unmittelbar stromabwärtigen katalytischen Wandlers und der Feinstaubbehandlungsvorrichtung auch qualitativ dieselbe wie diejenige in 2.
  • Unter erneuter Bezugnahme auf 1 wird die Konfiguration des katalytischen Unterbodenwandlers 42 erklärt werden. In dem mit dem Unterbodenkatalysator ausgestatteten katalytischen Unterbodenwandler 42 wird ein Katalysator verwendet, an welchem die NOx-Reinigungsreaktion während eines mageren Betriebs abläuft, d. h. in einem Abgas mit einem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis, in welchem Sauerstoff übermäßig enthalten ist. Ein Selektive-Reduktion-Katalysator kann ein Beispiel für einen Katalysator sein, welcher eine derartige NOx-Reinigungsleistungsfähigkeit zusätzlich zu dem vorangehenden Katalysator vom NOx-Speicher-Reduktionstyp aufweist.
  • Der Selektive-Reduktion-Katalysator (SCR-Katalysator) reduziert NOx in Anwesenheit eines von außerhalb zugeführten Reduktionsmittels, wie etwa NH3 oder HC, oder in Anwesenheit von im Abgas vorhandenem HC. Es sollte angemerkt werden, dass die vorliegende Ausführungsform ein Beispiel erklärt, in welchem der Unterbodenkatalysator als ein Selektive-Reduktion-Katalysator ausgebildet ist. Die modifizierten Punkte im Falle, dass der Unterbodenkatalysator als ein Katalysator vom NOx-Speicher-Reduktionstyp ausgebildet ist, werden unter Bezugnahme auf 10 später erklärt werden.
  • Es sollte angemerkt werden, dass der unmittelbar stromabwärtige katalytische Wandler 41 an einer Position bereitgestellt ist, welche näher an dem Motor 1 als der katalytische Unterbodenwandler 42 ist und daher unmittelbar nach einem Start des Motors 1 viel schneller als der katalytische Unterbodenwandler 42 aktiviert wird.
  • Die Reduktionsmittelzufuhrvorrichtung 43 umfasst einen Harnstoff-Wasser-Tank 431 und einen Harnstoff-Wasser-Injektor 432. Der Harnstoff-Wasser-Tank 431 speichert Harnstoff-Wasser, welches eine Vorläufersubstanz des Reduktionsmittels (NH3) für den katalytischen Unterbodenwandler 42 ist. Der Harnstoff-Wasser-Tank 431 ist mit dem Harnstoff-Wasser-Injektor 432 über eine Harnstoff-Wasser-Zufuhrleitung 433 und eine nicht dargestellte Harnstoff-Wasser-Pumpe verbunden. Der Harnstoff-Wasser-Injektor 432 öffnet und schließt, wenn er von einem Aktuator (nicht dargestellt) angetrieben wird, um von dem Harnstoff-Wasser-Tank 431 zugeführtes Harnstoff-Wasser in den Abgaskanal 11 an einer stromaufwärtigen Seite des katalytischen Unterbodenwandlers 42 einzuspritzen. Das von dem Injektor 432 eingespritzte Harnstoff-Wasser wird zu NH3 in dem Abgas oder dem katalytischen Unterbodenwandler 42 hydrolisiert und wird bei der NOx-Reduktion verbraucht. Der Aktuator des Harnstoff-Wasser-Injektors 432 ist elektromagnetisch mit der ECU 3 verbunden. Die ECU 3 berechnet die erforderliche Harnstoff-Wasser-Einspritzmenge in Abhängigkeit von der Ausgabe eines später beschriebenen NOx-Sensors 22 und regelt/steuert ebenso den Harnstoff-Wasser-Injektor 432, so dass eine dieser Einspritzmenge entsprechende Harnstoff-Wasser-Menge eingespritzt wird. Es sollte angemerkt werden, dass eine detaillierte Erklärung der Harnstoff-Wasser-Einspritz-Regelung/Steuerung durch die ECU 3 ausgelassen wird.
  • Die Feinstaubbehandlungsvorrichtung 46 ist ein Filter, welcher Feinstaub (nachfolgend wird Feinstaub einfach als „PM” bezeichnet) in dem Abgas von dem Motor 1 sammelt. Der in der PM-Behandlungsvorrichtung 46 gesammelte PM verbrennt, wenn die PM-Verbrennungstemperatur erreicht wird und eine oxidative Atmosphäre angenommen wird. In diesem Filter ist ein Katalysator, welcher eine Drei-Wege-Reinigungsfunktion aufweist, wie etwa ein Oxydationskatalysator und ein Drei-Wege-Katalysator, ähnlich dem vorangehenden unmittelbar stromabwärtigen katalytischen Wandler 41, bereitgestellt. Die Temperatur, bei welcher in der PM-Behandlungsvorrichtung 46 gesammelter PM verbrennt, beträgt hier wenigstens 300°C. Im Falle einer Verbrennung von Kraftstoff, welchem ein Kraftstoff-Additiv von der später beschriebenen Additiv-Zufuhrvorrichtung 8 in dem Motor 1 zugesetzt worden ist, verringert sich diese PM-Verbrennungstemperatur jedoch auf ungefähr 150°C, welche eine Temperatur ist, welche in einem normalen Fahrzustand hinlänglich erreicht werden kann.
  • Die EGR-Vorrichtung 5 ist derart eingerichtet, dass sie einen EGR-Kanal 51, ein EGR-Regelungs-/Steuerungsventil 52, einen nicht dargestellten EGR-Kühler usw. umfasst. Der EGR-Kanal 51 verbindet eine stromaufwärtige Seite von dem unmittelbar stromabwärtigen katalytischen Wandler 41 in dem Abgaskanal 11 mit dem Einlasskanal 12. Das EGR-Regelungs-/Steuerungsventil 52 ist in dem EGR-Kanal 51 bereitgestellt und regelt/steuert die Abgasmenge, welche in die Zylinder des Motors 1 über diesen EGR-Kanal 51 rückgeführt wird (nachfolgend als „EGR-Gas” bezeichnet). Der dieses EGR-Regelungs-/Steuerungsventil 52 antreibende Aktuator ist elektromagnetisch mit der ECU 3 verbunden. Die ECU 3 berechnet gemäß einer nicht dargestellten Verarbeitung einen geschätzten Wert einer EGR-Rate (oder einer EGR-Gasmenge), welche einem Anteil der die Gesamtgasmenge ausmachenden EGR-Gasmenge entspricht, welche in die Zylinder des Motors 1 eingeführt wird, und bestimmt auch einen Zielwert der EGR-Rate (oder der EGR-Gasmenge) gemäß der später im Detail beschriebenen Sequenz und regelt/steuert das EGR-Regelungs-/Steuerungsventil, so dass dieser geschätzte Wert zu dem Zielwert wird.
  • Die Additiv-Zufuhrvorrichtung 8 umfasst einen Additiv-Tank 81, welcher ein Additiv speichert, welches bewirkt, dass die PM-Oxidationstemperatur abnimmt, und ein Additiv-Zufuhrventil 82, welches ein Additiv dem Kraftstofftank 13 zuführt, in welchem der dem Motor 1 zugeführte Kraftstoff gespeichert ist. Das Additiv-Zufuhrventil 82 führt eine Additiv-Menge gemäß einer beim Auftanken des Kraftstofftanks 13 nachgetankten Menge zu. Die Additiv-Konzentration des Kraftstoffs in dem Kraftstofftank 13 wird dadurch im Wesentlichen konstant gehalten und die PM-Verbrennungstemperatur wird ebenso konstant gehalten.
  • Als Sensoren zum Detektieren der Zustände des Abgasreinigungssystems 2 und des Motors 1 sind ein Abgassensor 21, ein NOx-Sensor 22, ein Abgastemperatursensor 23, ein Kurbelwellenwinkel-Positionssensor 14, ein Gaspedalöffnungssensor 15, ein Luftströmungssensor 16 und dergleichen mit der ECU 3 verbunden.
  • Der Abgassensor 21 gibt ein Detektionssignal Vex gemäß der Abgas-Sauerstoffkonzentration innerhalb des Abgaskanals 11 aus. Ein als O2-Sensor oder LAF-Sensor bezeichneter Sensor wird als dieser Abgassensor 21 verwendet. Ein O2-Sensor ist ein Sensor, welcher ein Detektionssignal gemäß der Abgas-Sauerstoffkonzentration ausgibt; dieser weist jedoch eine sich schlagartig ändernde Ausgabecharakteristik in der Nähe des Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses auf, welches der Luft/Kraftstoff-Mischung in der Nähe des Stöchiometrieverhältnisses entspricht (siehe später beschriebene 7). Im Gegensatz dazu detektiert der LAF-Sensor linear die Abgas-Sauerstoffkonzentration über einen weiten Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Bereich und gibt ein Detektionssignal, welches dem Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis entspricht, gemäß der Sauerstoffkonzentration aus (siehe später beschriebene 8). Nachfolgend ist der Abgassensor 21 als LAF-Sensor ausgebildet; dieser ist jedoch nicht darauf beschränkt.
  • Der Abgassensor 21 ist zudem entweder an einer stromaufwärtigen Seite von dem unmittelbar stromabwärtigen katalytischen Wandler 41 (Position P in 1) oder zwischen dem unmittelbar stromabwärtigen katalytischen Wandler 41 und der PM-Behandlungsvorrichtung 46 (Position Q in 1) oder an einer stromabwärtigen Seite von der PM-Behandlungsvorrichtung 46 (Position R in 1) bereitgestellt. In der nachfolgenden Beschreibung wird der Abgassensor 21 beschrieben, als wäre er zwischen dem unmittelbar stromabwärtigen katalytischen Wandler 41 und der PM-Behandlungsvorrichtung 46, wie in 1 gezeigt, bereitgestellt. Es sollte angemerkt werden, dass im Falle, dass der Abgassensor 21 an der stromabwärtigen Seite von der PM-Behandlungsvorrichtung 46 bereitgestellt ist, qualitativ unterschiedliche Effekte verglichen mit dem Fall, dass er an einer stromaufwärtigen Seite von der PM-Behandlungsvorrichtung 46 bereitgestellt ist, erzielt werden; dieser Gesichtspunkt wird jedoch unter Bezugnahme auf die 7 bis 9 später erläutert werden.
  • Der NOx-Sensor 22 detektiert die NOx-Konzentration in dem Abgas an der stromabwärtigen Seite von dem katalytischen Unterbodenwandler 42 und sendet ein zu dem Detektionssignal im Wesentlichen proportionales Signal an die ECU 3. Der Abgastemperatursensor 23 detektiert die Abgastemperatur innerhalb des Abgaskanals 11 und sendet ein zu dem Detektionswert im Wesentlichen proportionales Signal an die ECU 3. Der Kurbelwellenwinkel-Positionssensor 14 detektiert den Drehwinkel der Kurbelwelle des Motors 1 und sendet auch ein Pulssignal bei jedem vorgegebenen Kurbelwellenwinkel an die ECU 3. In der ECU 3 wird die Drehzahl des Motors 1 basierend auf diesem Pulssignal berechnet. Der Gaspedalöffnungssensor 15 detektiert einen Betätigungsbetrag des nicht dargestellten Gaspedals und sendet ein zu diesem Detektionswert im Wesentlichen proportionales Signal an die ECU 3. In der ECU 3 wird eine von einem Fahrer angeforderte Antriebsleistung basierend auf den Detektionssignalen von dem Kurbelwellenwinkel-Positionssensor 14 und dem Gaspedalöffnungssensor 15 berechnet. Der Luftströmungssensor 16 detektiert eine Strömungsrate von frischer Luft, wel- che durch den Einlasskanal 12 strömt, d. h. eine in die Zylinder des Motors 1 zugeführte Frischluftmenge, und sendet ein zu diesem Detektionswert im Wesentlichen proportionales Signal an die ECU 3.
  • Die ECU 3 ist mit einem Eingangsschaltkreis versehen, welcher Funktionen aufweist, wie etwa zum Formen von Eingangssignalwellenformen von jeder Art von Sensor, zum Korrigieren der Spannungsniveaus auf vorgegebene Niveaus und zum Umwandeln von analogen Signalwerten in digitale Signalwerte und eine zentrale Verarbeitungseinheit (nachfolgend als „CPU” bezeichnet). Zusätzlich ist die ECU 3 versehen mit einem Speicherschaltkreis, welcher jegliche Art von von der CPU ausgeführten Berechnungsprogrammen speichert, um die später beschriebene Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Regelung-/Steuerung, Berechnungen und dergleichen auszuführen, und einem Ausgabeschaltkreis, welcher Regelungs-/Steuerungssignale an die Kraftstoffinjektoren des Motors 1, den Harnstoff-Wasser-Injektor 432, das EGR-Regelungs-/Steuerungsventil 52 und dergleichen ausgibt.
  • Nachfolgend wird eine von der ECU ausgeführte Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Regelungs-/Steuerungssequenz durch Bezugnahme auf 3 beschrieben werden.
  • 3 ist ein Blockdiagramm, welches die Konfiguration der ECU 3 als Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Regelungs-/Steuerungsvorrichtung zeigt.
  • Die ECU 3 umfasst eine Fehlerberechnungseinheit 31, welche einen Fehler E des Ausgabewerts Vex (A/F) des Abgassensors relativ zu einem Zielwert Vop (A/F) berechnet, eine Kraftstoff-Regelungs-/Steuerungseinheit 32, welche die Kraftstoffeinspritzmenge Gfuel (mg/s) basierend auf dem Fehler E einstellt, und eine Luft-Regelungs-/Steuerungseinheit 33, welche eine EGR-Rate Regr (%) (oder EGR-Gasmenge (mg/s)) basierend auf dem Fehler E einstellt und die Abgassensorausgabe Vex zu diesem Zielwert Vop durch Einstellen der Kraftstoffeinspritzmenge Gfuel und EGR-Rate Regr regelt/steuert.
  • Die Fehlerberechnungseinheit 31 berechnet den Fehler E durch Subtrahieren des Zielwerts Vop von der Abgassensorausgabe Vex (siehe nachfolgende Formel (1)). Es sollte angemerkt werden, dass das Symbol „k” in der nachfolgend gezeigten Formel ein die Regelungs-/Steuerungszeit anzeigendes Symbol ist, welches in vorgegebenen Synchronisationszeitintervallen aktualisiert wird (z. B. TDC-Synchronisationszeitintervall, 20-(msec)-Zeitintervall usw.). E(k) = Vex(k) – Vop(k) (1)
  • In der vorangehenden Formel (1) wird der Zielwert Vop relativ zu der Abgassensorausgabe Vex auf einen Wert gemäß dem Betriebsmodus des Motors zu diesem Zeitpunkt eingestellt.
  • Wie durch Bezugnahme auf 2 erklärt, nimmt die Oxidationseffizienz für HC und CO durch den unmittelbar stromabwärtigen katalytischen Wandler zu, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis im Abgas auf ein magereres Verhältnis eingestellt wird. Zudem wird, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis im Abgas auf ein Verhältnis eingestellt wird, welches magerer als das Stöchiometrieverhältnis ist, die Reinigung von NOx durch den katalytischen Unterbodenwandler möglich. Daher wird in dem mageren Betriebsmodus der Zielwert Vop relativ zu der Abgassensorausgabe Vex auf einen derartigen Wert eingestellt, dass der unmittelbar stromabwärtige katalytische Wandler und der katalytische Unterbodenwandler magere Atmosphären annehmen, um dem unmittelbar stromabwärtigen katalytischen Wandler zu gestatten, eine HC- und CO-Oxidation zu übernehmen, und um dem katalytischen Unterbodenwandler zu gestatten, eine NOx-Reduktion zu übernehmen.
  • Zudem ist es möglich, wie hier durch Bezugnahme auf 2 erklärt, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases innerhalb des Drei-Wege-Reinigungsfensters gehalten wird, HC, CO und NOx durch den unmittelbar stromabwärtigen katalytischen Wandler hocheffizient zu reinigen. Daher wird in dem stöchiometrischen Betriebsmodus der Zielwert Vop relativ zu der Abgassensorausgabe Vex auf einen derartigen Wert eingestellt, dass die Reinigungsreaktionen von HC, CO und NOx (Drei-Wege-Reinigungsreaktion) in dem unmittelbar stromabwärtigen katalytischen Wandler und der PM-Behandlungsvorrichtung optimiert werden.
  • 4 ist ein Flussdiagramm, welches eine Umschaltsequenz von Betriebsmoden des Motors zeigt. Diese Verarbeitung wird unmittelbar nach dem Anlassen des Motors in vorgegebenen Regelungs-/Steuerungsintervallen wiederholt ausgeführt.
  • Im Schritt S1 wird bestimmt, ob der unmittelbar stromabwärtige katalytische Wandler aktiviert worden ist. Genauer gesagt wird beispielsweise die geschätzte Temperatur des unmittelbar stromabwärtigen katalytischen Wandlers, welche basierend auf der Ausgabe des Abgastemperatursensors berechnet wird, und die Aktivierungstemperatur des unmittelbar stromabwärtigen katalytischen Wandlers verglichen und es wird bestimmt, dass der unmittelbar stromabwärtige katalytische Wandler aktiviert worden ist, wenn die geschätzte Temperatur wenigstens so hoch wie die Aktivierungstemperatur ist, und es wird bestimmt, dass der unmittelbar stromabwärtige katalytische Wandler nicht aktiviert worden ist, wenn die geschätzte Temperatur kleiner als die Aktivierungstemperatur ist. Falls die Antwort im Schritt S1 NEIN ist, schreitet die Verarbeitung zum Schritt S2 voran und ein Prozess zum Heizen des unmittelbar stromabwärtigen katalytischen Wandlers wird ausgeführt. Falls die Antwort im Schritt S1 JA ist, schreitet die Verarbeitung zum Schritt S3 voran.
  • Im Schritt S3 wird bestimmt, ob der katalytische Unterbodenwandler aktiviert worden ist. Genauer gesagt werden insbesondere die basierend auf der Ausgabe des Abgastemperatursensors berechnete geschätzte Temperatur des katalytischen Unterbodenwandlers mit der Aktivierungstemperatur des katalytischen Unterbodenwandlers verglichen und es wird bestimmt, dass dieser aktiviert worden ist, wenn die geschätzte Temperatur wenigstens so hoch wie die Aktivierungstemperatur ist, und es wird bestimmt, dass dieser nicht aktiviert worden ist, wenn die geschätzte Temperatur kleiner als die Aktivierungstemperatur ist. Falls die Antwort im Schritt S3 JA ist und der katalytische Unterbodenwandler aktiviert worden ist, schreitet die Verarbeitung zum Schritt S4 voran.
  • Im Schritt S4 wird der Wert eines NOx-Korrelationsparameters, welcher in Abhängigkeit von der von dem Motor ausgestoßenen NOx-Menge zunimmt, berechnet und es wird bestimmt, ob dieser Wert größer als ein Stöchiometriebestimmungsschwellwert ist. Als dieser NOx-Korrelationsparameter kann beispielsweise ein angefordertes Drehmoment des Motors verwendet werden. Als ein anderer NOx-Korrelationsparameter kann ein Parameter verwendet werden, welcher proportional zu der NOx-Emissionsmenge von dem Motor zunimmt, wie etwa ein angezeigter mittlerer effektiver Druck, welcher aus der Ausgabe eines nicht dargestellten Zylinderinnendrucksensors berechnet wird, und ein geschätzter Wert der NOx-Emissionsmenge.
  • Falls die Antworten in den Schritten S3 und S4 beide JA sind, d. h. falls der katalytische Unterbodenwandler aktiviert ist und die von dem Motor ausgestoßene NOx-Menge relativ klein ist, d. h. falls die NOx-Reinigungsleistungsfähigkeit des gesamten Abgasreinigungssystems ausreichend ist, selbst wenn der Betriebsmodus nicht von dem mageren Betrieb in den stöchiometrischen Betrieb umgeschaltet wird, wird der Betriebsmodus in den mageren Betrieb eingestellt (S5). Die NOx-Reinigungsleistungsfähigkeit des gesamten Abgasreinigungssystems bezieht sich hier auf die kombinierte NOx-Reinigungsleistungsfähigkeit des unmittelbar stromabwärtigen katalytischen Wandlers, der PM-Behandlungsvorrichtung und des katalytischen Unterbodenwandlers.
  • Falls entweder die Antwort im Schritt S3 oder S4 NEIN ist, d. h. falls der katalytische Unterbodenwandler nicht aktiviert ist oder die von dem Motor ausgestoßene NOx-Menge relativ groß ist, d. h. falls ein Einstellen des Betriebsmodus in den stöchiometrischen Betrieb dazu in der Lage ist, die NOx-Reinigungsleistungsfähigkeit des gesamten Abgasreinigungssystems mehr als der magere Betrieb zu verbessern, wird der Betriebsmodus in den stöchiometrischen Betrieb eingestellt (S6). Falls der katalytische Unterbodenwandler nicht aktiviert ist, kann ein Einstellen des Betriebsmodus in den stöchiometrischen Betrieb und ein Reinigen von NOx unter Verwendung der Drei-Wege-Reinigungsreaktion an dem unmittelbar stromabwärtigen katalytischen Wandler die NOx-Reinigungsleistungsfähigkeit des gesamten Abgasreinigungssystems beträchtlich verbessern. Zudem kann, selbst wenn der katalytische Unterbodenwandler aktiviert worden ist, falls die von dem Motor ausgestoßene NOx-Menge groß ist, ein Reinigen von NOx unter Verwendung der Drei-Wege-Reinigungsreaktion an dem unmittelbar stromabwärtigen katalytischen Wandler, welcher eine hohe NOx-Reinigungsleistungsfähigkeit aufweist, die NOx-Reinigungsleistungsfähigkeit des gesamten Abgasreinigungssystems beträchtlich verbessert werden. Wie zuvor ist es möglich, eine Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchs zu verhindern, während die NOx-Reinigungsleistungsfähigkeit des gesamten Abgasreinigungssystems hoch gehalten wird, indem der Betriebsmodus nur unter solchen Betriebsbedingungen in den stöchiometrischen Betrieb eingestellt wird, unter welchen die NOx-Reinigungsleistungsfähigkeit des gesamten Abgasreinigungssystems beträchtlich verbessert werden kann.
  • Unter erneuter Bezugnahme auf 3 wird der von der Fehlerberechnungseinheit 31 berechnete Fehler E in die Kraftstoff-Regelungs-/Steuerungseinheit 32 und in die Luft-Regelungs-/Steuerungseinheit 33 eingegeben. Die EGR-Rate Regr kann jedoch keinen hochfrequenten oder spikeartigen Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Fehler kompensieren, da dieser von einer Response-Verzögerung und einer Totzeit begleitet ist. Aufgrund dieser Tatsache wird ein Filterfehler Ef, welcher durch Ausführen einer Filterungsverarbeitung durch einen Fehlerfilter 34 an dem Fehler E erhalten wird, in die Luft-Regelungs-/Steuerungseinheit 33 eingegeben, um den Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Fehler derart einzustellen, dass er die EGR-Rate Regr auf einen Wert kompensiert, welcher niederfrequent und nicht spikeartig ist.
  • Der Fehlerfilter 34 führt eine in den nachfolgenden Formeln (2-1) und (2-2) gezeigte ε-Filterverarbeitung an dem Fehler E aus und gibt einen Filterfehler Ef aus. In den nachfolgenden Formeln (2-1) und (2-2) ist n eine positive ganze Zahl und entspricht einer Schrittzahl eines gleitenden Durchschnitts und εe ist eine positive reelle Zahl und entspricht einem Filterschwellwert.
  • Figure DE102013218258A1_0002
  • Die Luft-Regelungs-/Steuerungseinheit 33 bestimmt die EGR-Rate Regr zum Regeln/Steuern der Abgassensorausgabe Vex, so dass diese gegen den Zielwert Vop konvergiert, indem eine vorgegebene Referenz-EGR-Rate Regr_bs und eine von einer Luft-Regelungs-/Steuerungs-Sliding-Mode-Regelungs-/Steuerungseinheit (nachfolgend als „Luft-Regelungs-/Steuerungs-SMC” bezeichnet) 331 berechnete EGR-Rate-Korrekturmenge dRegr addiert werden (siehe nachfolgende Formel (3)). Regr(k) = Regr_bs(k) + dRegr(k) (3)
  • Die Referenz-EGR-Rate Regr_bs ist ein Referenzwert zum Realisieren eines Luft/Kraftstoff-Verhältnisses der Luft/Kraftstoff-Mischung, welches als Ziel in jedem Betriebsmodus eingestellt wird und gemäß einem vorgegebenen Algorithmus oder durch Durchsuchen einer im Voraus eingestellten Karte berechnet wird basierend auf dem Typ des Betriebsmodus des Motors zu diesem Zeitpunkt (magerer Betrieb oder stöchiometrischer Betrieb) und dem durch die Motordrehzahl gekennzeichneten Betriebszustand des Motors, der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Kraftstoffeinspritzmenge usw. Mit anderen Worten wird die Referenz-EGR-Rate Regr_bs auf einen derartigen Wert eingestellt, dass ein Zustand realisiert wird, in welchem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Luft/Kraftstoff-Mischung magerer als das Stöchiometrieverhältnis ist, falls ein magerer Betrieb vorliegt, und wird auf einen derartigen Wert eingestellt, dass ein Zustand realisiert wird, in welchem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Luft/Kraftstoff-Mischung dem Stöchiometrieverhältnis entspricht oder sich in der Nähe davon befindet, falls ein stöchiometrischer Betrieb vorliegt.
  • Die Luft-Regelungs-/Steuerungs-SMC 331 berechnet die EGR-Rate-Korrekturmenge dRegr relativ zu der Referenz-EGR-Rate Regr_bs basierend auf einem bereits bekannten Rückkopplungs-Regelungs-/Steuerungsalgorithmus mit dem Filterfehler Ef als Eingabe. Als Rückkopplungs-Regelungs-/Steuerungsalgorithmus, welcher die EGR-Rate-Korrekturmenge dRegr basierend auf beispielsweise dem Fehler Ef berechnet, kann beispielsweise ein Sliding-Mode-Algorithmus verwendet werden, welcher nachfolgend durch Bezugnahme auf die Formeln (4-1) bis (4-4) erklärt wird.
  • Die Luft-Regelungs-/Steuerungs-SMC 331 berechnet die Summe aus dem Produkt eines vorgegebenen Luft-Regelungs-/Steuerungs-Umschaltfunktionseinstellparameters Sa(–1 < Sa < 0) und des Fehler Ef(k – 1) während einer vorangehenden Regelung/Steuerung und dem Fehler Ef(k) während einer gegenwärtigen Regelung/Steuerung und definiert diese als eine Umschaltfunktion σa(k) (siehe Formel (4-1)).
  • Als nächstes berechnet die Luft-Regelungs-/Steuerungs-SMC 331 eine Reaching-Law-Eingabe Urch_a(k) durch Multiplizieren eines vorgegebenen Rückkopplungsfaktors Krch_a mit der Umschaltfunktion σa(k) (siehe Formel (4-2)), berechnet eine Adaptive-Law-Eingabe Uadp_a(k) durch Berechnen einer Summe von Werten, welche durch Multiplizieren eines vorgegebenen Rückkopplungsfaktors Kadp_a mit der Umschaltfunktion σa(k) erhalten werden (siehe Formel (4-3)), und definiert die Summe dieser Eingaben Urch_a(k) und Uadp_a(k) als die EGR-Rate-Korrekturmenge dRegr(k) (siehe Formel 4-4)). σa(k) = Ef(k) + SaEf(k – 1) (4-1) Urch_a(k) = Krch_aσa(k) (4-2)
    Figure DE102013218258A1_0003
    dRegr(k) = Urch_a(k) + Uadp_a(k) (4-4)
  • Die Kraftstoff-Regelungs-/Steuerungseinheit 32 bestimmt die Kraftstoffeinspritzmenge Gfuel zum Regeln/Steuern der Abgassensorausgabe Vex derart, dass diese gegen den Zielwert Vop konvergiert, indem eine vorgegebene Referenz-Kraftstoffeinspritzmenge Gfuel_bs und die von einer Kraftstoff-Regelungs-/Steuerungs-Sliding-Mode-Regelungs-/Steuerungseinheit (nachfolgend als „Kraftstoff-Regelungs-/Steuerungs-SMC” bezeichnet) 321 berechnete Kraftstoff-Korrekturmenge dGfuel oder eine modulierte Korrekturmenge dGfuel_mod, welche durch einen diese Kraftstoff-Korrekturmenge dGfuel modulierenden Modulator 322 erhalten wird, addiert werden. Es sollte angemerkt werden, dass falls der Abgassensor an der stromabwärtigen Seite von der PM-Behandlungsvorrichtung bereitgestellt ist, es nicht unbedingt notwendig ist, den Modulator 322 bereitzustellen, was im Detail durch Bezugnahme auf die 7 und 8 später erklärt wird.
  • Genauer gesagt definiert die Kraftstoff-Regelungs-/Steuerungseinheit 32 den Wert der Summe der Referenz-Kraftstoffeinspritzmenge Gfuel_bs und die durch Modulation mittels des Modulators 322 erhaltene modulierte Korrekturmenge dGfuel_mod als Kraftstoffeinspritzmenge Gfuel, falls ein stöchiometrischer Betrieb und ein Zustand vorliegt, in welchem der in der PM-Behandlungsvorrichtung gesammelte PM oxidierbar ist, und stellt in anderen Fällen den Wert der Summe der Referenz-Kraftstoffeinspritzmenge Gfuel_bs und der von der Kraftstoff-Regelungs-/Steuerungs-SMC 321 erhaltenen Kraftstoff-Korrekturmenge dGfuel als Kraftstoffeinspritzmenge Gfuel ein (siehe Formel (5)). Ob ein PM-oxidierbarer Zustand vorliegt, wird hier durch einen Vergleich der basierend auf der Ausgabe des Temperatursensors geschätzten Temperatur der PM-Behandlungsvorrichtung mit einer vorgegebenen PM-Verbrennungstemperatur bestimmt. Zudem beträgt diese PM-Verbrennungstemperatur größenordnungsmäßig beispielsweise 300°C, wenn ein Additiv nicht dem Kraftstoff, wie vorangehend beschrieben, zugesetzt wird, und beträgt größenordnungsmäßig beispielsweise 150°C, wenn ein Additiv dem Kraftstoff zugesetzt wird.
  • Figure DE102013218258A1_0004
  • Die Referenz-Kraftstoffeinspritzmenge Gfuel_bs ist ein Referenzwert zum Realisieren des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses der Luft/Kraftstoff-Mischung, welches als Ziel in jedem Betriebsmodus eingestellt wird und wird gemäß einem vorgegebenen Algorithmus oder durch Durchsuchen einer vorangehend festgelegten Karte berechnet, basierend auf dem Typ des Betriebsmodus des Motors zu diesem Zeitpunkt (magerer Betrieb oder stöchiometrischer Betrieb) und dem durch die Motordrehzahl gekennzeichneten Betriebszustand des Motors, der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Kraftstoffeinspritzmenge usw. Mit anderen Worten, die Referenz-Kraftstoffeinspritzmenge Gfuel_bs wird auf einen derartigen Wert eingestellt, dass ein Zustand realisiert wird, in welchem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Luft/Kraftstoff-Mischung magerer ist als das Stöchiometrieverhältnis, falls ein magerer Betrieb vorliegt, und wird auf einen derartigen Wert eingestellt, dass ein Zustand realisiert wird, in welchem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Luft/Kraftstoff-Mischung das Stöchiometrieverhältnis ist oder sich in der Nähe davon befindet, falls ein stöchiometrischer Betrieb vorliegt.
  • Die Kraftstoff-Regelungs-/Steuerungs-SMC 321 berechnet die Kraftstoff-Korrekturmenge dGfuel relativ zu der Referenz-Kraftstoffeinspritzmenge Gfuel_bs, so dass die Abgassensorausgabe Vex gegen den Zielwert Vop basierend auf einem vorgegebenen Rückkopplungs-Regelungs-/Steuerungs-Algorithmus mit dem Fehler E als Eingabe konvergiert. Als Algorithmus zum Berechnen der Kraftstoff-Korrekturmenge dGfuel basierend auf dem Fehler E kann beispielsweise der Sliding-Mode-Algorithmus verwendet werden, welcher durch Bezugnahme auf die folgenden Formeln (6-1) bis (6-4) erklärt wird.
  • Die Kraftstoff-Regelungs-/Steuerungs-SMC 321 berechnet die Summe aus dem Produkt eines vorgegebenen Kraftstoff-Regelungs-/Steuerungs-Umschaltfunktionseinstellparameters Sf(–1 < Sf < 0) und des Fehlers E(k – 1) während einer vorhergehenden Regelung/Steuerung und dem Fehler E(k) während einer gegenwärtigen Regelung/Steuerung und definiert diese als eine Umschaltfunktion σf(k) (siehe Formel (6-1)).
  • Als nächstes berechnet die Kraftstoff-Regelungs-/Steuerungs-SMC 321 eine Reaching-Law-Eingabe Urch_f(k) durch Multiplizieren eines vorgegebenen Rückkopplungsfaktors Krch_f mit der Umschaltfunktion σf(k) (siehe Formel (6-2)), berechnet eine Adaptive-Law-Eingabe Uadp_f(k) durch Berechnen einer Summe von Werten, welche durch Multiplizieren eines vorgegebenen Rückkopplungsfaktors Kadp_f mit der Umschaltfunktion σf(k) erhalten werden (siehe Formel (6-3)), und definiert die Summe dieser Eingaben Urch_f(k) und Uadp_f(k) als die Kraftstoff-Korrekturmenge dGfuel(k) (siehe Formel (6-4)). σf(k) = E(k) + SfE(k – 1) (6-1) Urch_f(k) = Krch_fσf(k) (6-2)
    Figure DE102013218258A1_0005
    dGfuel(k) = Urch_f(k) + Uadp_f(k) (6-4)
  • In der vorangehenden Weise berechnen die Kraftstoff-Regelungs-/Steuerungs-SMC 321 und die Luft-Regelungs-/Steuerungs-SMC 331 Korrekturmengen dGfuel, dRegr, so dass die jeweiligen Fehler E (umfassend deren Filterwert Ef) 0 werden. Da sie derart eingerichtet ist, dass sie bewirkt, dass die Ausgabe Vex des Abgassensors gegen den Zielwert Vop mit hoher Präzision konvergiert, während eine Interferenz zwischen diesen beiden Regelungs-/Steuerungseinheiten 321, 331 vermieden wird, wird die Konvergenzrate der Abgassensorausgabe Vex gegen den Zielwert Vop mittels der Kraftstoff-Regelungs-/Steuerungs-SMC 321 hier vorzugsweise derart eingestellt, dass sie schneller ist als die Konvergenzrate der Abgassensorausgabe Vex gegen den Zielwert Vop mittels der Luft-Regelungs-/Steuerungs-SMC 331. Dies wird dadurch realisiert, dass, wie in der nachfolgenden Formel (7) gezeigt, der Kraftstoff-Regelungs-/Steuerungs-Umschaltfunktionseinstellparameter Sf auf einen Wert eingestellt wird, welcher größer als der Luft-Regelungs-/Steuerungs-Umschaltfunktionseinstellparamenter Sa ist. –1 < Sa < Sf < 0 (7)
  • Der Modulator 322 bestimmt die Kraftstoffeinspritzmenge Gfuel derart, dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Luft/Kraftstoff-Mischung während des stöchiometrischen Betriebs magerer wird als ein Stöchiometrieverhältnis während einer vorgegebenen Zeitdauer, indem die modulierte Korrekturmenge dGfuel_mod mit der Kraftstoff-Korrekturmenge dGfuel als Eingabe relativ zu der gemäß dem Betriebsmodus bestimmten Referenz-Kraftstoffeinspritzmenge Gfuel_bs durch Anwenden eines bereits bekannten Modulationsalgorithmus auf diese Eingabe berechnet wird (siehe vorangehende Formel (5)). Als Modulationsalgorithmus wird hier beispielsweise ein ΔΣ-Modulationsalgorithmus verwendet, welcher beispielsweise durch Bezugnahme auf die Formeln (8-1) bis (8-3) erklärt wird.
  • Der Modulator 322 definiert einen Wert, welcher durch Subtrahieren einer modulierten Korrekturmenge dGfuel_mod(k-1), welche eine vorhergehende Ausgabe ist, von einer Kraftstoff-Korrekturmenge dGfuel(k), welche eine gegenwärtige Eingabe ist, erhalten wird, als Abweichung δm(k) (siehe Formel (8-1)).
  • Als nächstes berechnet der Modulator 322 einen Abweichungsintegralwert σm(k) durch Aufsummieren der gegenwärtigen Abweichung δm(k) und des Abweichungsintegralwerts σm(k-1) während einer vorhergehenden Regelung/Steuerung (siehe Formel (8-2)).
  • Als nächstes definiert der Modulator 322 einen vorgegebenen positiven modulierten Amplitudenwert ΔGfuel(ΔGfuel > 0) als die modulierte Korrekturmenge dGfuel_mod, falls der Abweichungsintegralwert σm(k) wenigstens 0 beträgt, und gibt einen negativen modulierten Amplitudenwert –ΔGfuel als die modulierte Korrekturmenge dGfuel_mod aus, falls der Abweichungsintegralwert σm(k) kleiner als 0 ist (siehe Formel (8-3)). δm(k) = dGfuel(k) – dGfuel_mod(k – 1) (8-1) σm(k) = σm(k – 1) + δm(k) (8-2)
    Figure DE102013218258A1_0006
  • Es sollte angemerkt werden, dass der modulierte Amplitudenwert ΔGfuel ein fester Wert unabhängig von dem Regelungs-/Steuerungszeitpunkt in der vorangehenden Formel (8-3) ist; dieser ist jedoch nicht darauf beschränkt und kann eine Variable sein, welche eine Änderung zu jedem Regelungs-/Steuerungszeitpunkt gestattet. Zudem wird, um eine Modulation in einem geeigneten Zeitintervall mit der Kraftstoff-Korrekturmenge dGfuel als ein binäres Signal durch den Modulator 322 zu gestatten, die Variationsbreite der modulierten Korrekturmenge dGfuel_mod(2ΔGfuel) derart eingestellt, dass sie größer als die Variationsbreite der Kraftstoff-Korrekturmenge dGfuel ist. Wenn die Variationsbreite der Kraftstoff-Korrekturmenge dGfuel die Variationsbreite 2ΔGfuel der modulierten Korrekturmenge dGfuel_mod überschreitet, geht das Ausgangssignal des Modulators 322 in einen gesättigten Zustand über und die modulierte Korrekturmenge dGfuel_mod wird ein oszillierendes Verhalten aufweisen.
  • Es sollte angemerkt werden, dass falls die vorangehende Variationsbreite 2ΔGfuel nicht kleiner als die Variationsbreite der Kraftstoff-Korrekturmenge dGfuel gemacht werden kann, es möglich ist, einen von den Anmeldern der vorliegenden Anmeldung vorgeschlagenen ΔΣ-Teil-Modulationsalgorithmus anstelle des vorangehenden ΔΣ-Modulationsalgorithmus anzuwenden. Mit diesem ΔΣ-Teil-Modulationsalgorithmus wird die als Eingabe in den Modulator 322 dienende Kraftstoff-Korrekturmenge dGfuel in drei Komponenten dGfuel_c, dGfuel_l und dGfuel_h aufgeteilt (siehe nachfolgende Formel (9)). In der nachfolgenden Formel (9) bezeichnet „dGfuel_c” eine Zentralwertkomponente, welche derart berechnet wird, dass sie einer niederfrequenten Komponente der Kraftstoff-Korrekturmenge dGfuel folgt, „dGfuel_l” bezeichnet eine Kleine-Änderung-Komponente, welche eine Änderung innerhalb eines vorgegebenen Bereichs von der Zentralwertkomponente dGfuel_c ist, und „dGfuel_h” bezeichnet eine Große-Änderung-Komponente, welche eine Änderung ist, die wenigstens so groß wie der vorangehende vorgegebene Bereich von der Zentralwertkomponente dGfuel_c ist. dGfuel(k) = dGfuel_c(k) + dGfuel_l(k) + dGfuel_h(k) (9)
  • Zudem wird in der in der vorangehenden Weise aufgeteilten Kraftstoff-Korrekturmenge dGfuel eine Modulationskomponente dGfuel_l_dsm der Kleine-Änderung-Komponente berechnet, indem lediglich die Kleine-Änderung-Komponente dGfuel_l gemäß dem in den vorangehenden Formeln (8-1) bis (8-3) gezeigten ΔΣ-Modulationsalgorithmus berechnet wird, und anschließend wird ein Wert, welcher durch Rekombinieren der Modulationskomponente dGfuel_l_dsm mit den anderen Komponenten dGfuel_c, dGfuel_h erhalten wird, wie in der nachfolgenden Formel (10) gezeigt, als modulierte Korrekturmenge dGfuel_mod definiert. Es ist dadurch möglich, die Kraftstoff-Korrekturmenge dGfuel in einem angemessenen Zeitintintervall zu modulieren, ohne das Auftreten eines oszillierenden Verhaltens zu gestatten, selbst wenn die Variationsbreite der Kraftstoff-Korrekturmenge dGfuel größer als die Variationsbreite der modulierten Korrekturmenge dGfuel_mod wird. Es sollte angemerkt werden, dass, da die genaue Aufteilungssequenz der Eingabe dGfuel, wie in der vorangehenden Formel (9) gezeigt, und das Berechnen der drei Komponenten dGfuel_c, dGfuel_l und dGfuel_h in der ungeprüften japanischen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 2005-275489 von den Anmeldern der vorliegenden Anmeldung offenbart ist, eine detaillierte Erklärung hier ausgelassen wird. dGfuel_mod(k) = dGfuel_c(k) + dGfuel_l_dsm(k) + dGfuel_h(k) (10)
  • Als nächstes wird ein Beispiel einer Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Regelung-/Steuerung der vorliegenden Ausführungsform durch einen Vergleich mit einem herkömmlichen Beispiel erklärt werden. Das herkömmliche Beispiel unterscheidet sich hierbei von der vorliegenden Ausführungsform in dem Aspekt, dass die Kraftstoff-Korrekturmenge dGfuel, wie in den vorangehenden Formeln (8-1) bis (8-3) gezeigt, nicht moduliert wird. Mit anderen Worten, das herkömmliche Beispiel entspricht einem Beispiel, in welchem die Kraftstoffeinspritzmenge Gfuel kontinuierlich durch die untere Formel in der vorangehenden Formel (5) bestimmt wird.
  • 5 stellt Zeitschaubilder bereit, welche ein Regelungs-/Steuerungsbeispiel einer Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Regelungs-/Steuerungsvorrichtung des herkömmlichen Beispiels zeigen.
  • Wenn der Betriebsmodus von dem mageren Betrieb in den stöchiometrischen Betrieb zum Zeitpunkt t1 umgeschaltet wird, wird der Zielwert Vop relativ zu der Abgassensorausgabe Vex auf einen derartigen Wert eingestellt, dass die Drei-Wege-Reinigungsreaktion in dem unmittelbar stromabwärtigen katalytischen Wandler und der PM-Behandlungsvorrichtung optimiert werden (siehe strichpunktierte Linie in 5). Die Kraftstoffeinspritzmenge Gfuel und die EGR-Rate Regr werden jeweils auf Werte eingestellt, so dass die Abgassensorausgabe Vex gegen den Zielwert Vop konvergiert. Die im Abgas enthaltenen CO, HC und NOx werden dadurch mit hoher Effizienz durch den unmittelbar stromabwärtigen katalytischen Wandler gereinigt.
  • Die von dem Motor ausgestoßene PM-Menge nimmt jedoch, wie durch Bezugnahme auf 11 erklärt, ebenso beim Umschalten des Betriebsmodus von dem magereren Betrieb in den stöchiometrischen Betrieb zu. Zu diesem Zeitpunkt wird, selbst in einem Zustand, in welchem die Temperatur der PM-Behandlungsvorrichtung die PM-Oxidationstemperatur überschritten hat, die abgelagerte PM-Menge in der PM-Behandlungsvorrichtung schnell im Vergleich zu dem mageren Betrieb zunehmen, ohne dass dieser verbrennt, da die PM-Behandlungsvorrichtung in der stöchiometrischen Atmosphäre nahezu keinen Sauerstoff enthält.
  • 6 stellt Zeitschaubilder bereit, welche ein Regelungs-/Steuerungsbeispiel einer Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Regelungs-/Steuerungsvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform zeigen.
  • Wenn der Betriebsmodus von dem mageren Betrieb in den stöchiometrischen Betrieb zum Zeitpunkt t2 umgeschaltet wird, wird der Zielwert Vop relativ zu der Abgassensorausgabe Vex auf einen Stöchiometriewert oder einen Wert in der Nähe davon, wie durch die strichpunktierte Linie in 6 gezeigt, ähnlich zu dem vorangehenden herkömmlichen Beispiel eingestellt. Die Kraftstoffeinspritzmenge Gfuel und die EGR-Rate Regr werden dadurch jeweils auf einen derartigen Wert eingestellt, dass die Abgassensorausgabe Vex gegen den Zielwert Vop konvergiert.
  • Genauer gesagt, die EGR-Rate Regr wird auf einen derartigen Wert eingestellt, dass die Abgassensorausgabe Vex gegen den Zielwert Vop mittels der Luft-Regelungs-/Steuerungseinheit konvergiert. Als Ergebnis davon wird die EGR-Rate Regr bei einem im Wesentlichen konstanten Wert, wie in 6 gezeigt, gehalten.
  • Die Kraftstoffeinspritzmenge Gfuel wird derart bestimmt, dass ein Zustand, mit einer Kraftstoffeinspritzmenge realisiert wird, welche kleiner als die ein Stöchiometrieverhältnis realisierende Referenz-Kraftstoffeinspritzmenge Gfuel_bs ist, (Zustand, in welchem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Luft/Kraftstoff-Mischung magerer als das Stöchiometrieverhältnis ist) und ein Zustand mit einer Kraftstoffeinspritzmenge realisiert wird, welche größer als die Referenz-Kraftstoffeinspritzmenge ist, (Zustand, in welchem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Luft/Kraftstoff-Mischung fetter als das Stöchiometrieverhältnis ist) alternierend realisiert werden, indem die durch Modulieren der Kraftstoff-Korrekturmenge dGfuel erhaltene modulierte Korrekturmenge dGfuel_mod zu der Referenz-Kraftstoffeinspritzmenge Gfuel_bs addiert wird. Obwohl dies dazu führt, dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Luft/Kraftstoff-Mischung alternierend einen Zustand mit einem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis und einen Zustand mit einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf diese Weise aufgrund der modulierten Korrekturmenge dGfuel_mod wiederholt annimmt, welcher durch Modulieren der Kraftstoffeinspritzmenge dGfuel bestimmt wird, welche derart bestimmt wird, dass die Abgassensorausgabe Vex gegen den Zielwert Vop konvergiert und eine Verzögerungscharakteristik in der Abgasströmung aufweist, wird die Abgassensorausgabe Vex bei dem Zielwert Vop gehalten. Daher wird der unmittelbar stromabwärtige katalytische Wandler bei einer stöchiometrischen Atmosphäre ähnlich dem herkömmlichen Beispiel von 5 gehalten, und CO, HC und NOx werden hocheffizient gereinigt.
  • Andererseits gelangt das in den unmittelbar stromabwärtigen katalytischen Wandler strömende Abgas intermittierend in einen mageren, Sauerstoff enthaltenden Zustand, so dass in der PM-Behandlungsvorrichtung abgelagerter PM oxidiert wird. Aus diesem Grund wird, obwohl die von dem Motor ausgestoßene PM-Menge während des stöchiometrischen Betriebs zunimmt, der PM kontinuierlich in der PM-Behandlungsvorrichtung oxidiert; daher nimmt die abgelagerte PM-Menge nicht zu und darüber hinaus kann bewirkt werden, dass sie, wie in 6 gezeigt, ständig abnimmt. Bei einem Magerverbrennungsmotor wird ein stöchiometrischer Betrieb insbesondere dann durchgeführt, wenn der Betriebszustand in einen Hochlastzustand gelangt; jedoch stimmen zu diesem Zeitpunkt, da die Abgastemperatur ebenfalls zunimmt, die Dauer zum Durchführen eines stöchiometrischen Betriebs und die Dauer, in welcher die PM-Oxidationsbedingungen erfüllt sind, überein. Daher ist es insbesondere mit einem Magerverbrennungsmotor möglich, PM in der PM-Behandlungsvorrichtung effizient während eines stöchiometrischen Betriebs zu entfernen.
  • Abgewandeltes Beispiel 1
  • In der vorangehenden Ausführungsform ist ein Fall erklärt worden, in dem ein in den Formeln (8-1) bis (8-3) gezeigter ΔΣ-Modulationsalgorithmus als Modulationsalgorithmus zum Modulieren der Kraftstoff-Korrekturmenge dGfuel angewendet wird; die Kraftstoff-Korrekturmenge dGfuel kann jedoch moduliert werden, indem ein PWM-Modulationsalgorithmus, wie in den nachfolgenden Formeln (11-1) bis (11-5) gezeigt, angewendetwird.
  • Der Modulator definiert einen positiven Offset-Wert λin(k) durch Addieren eines positiven modulierten Amplitudenwerts ΔGfuel zu einer Kraftstoff-Korrekturmenge dGfuel(k) (Formel (11-1)) und berechnet ferner ein Verhältnis R_λ(k) dieses Offset-Werts λin(k) zu der Variationsbreite 2ΔGfuel der modulierten Korrekturmenge dGfuel_mod (siehe Formel (11-2)). Dieses Verhältnis R_λ(k) dient als ein Parameter, welcher proportional zu der Pulsweite eines erzeugten Signals ist.
  • Als nächstes berechnet der Modulator ein Verhältnis R_tm(k) einer Zeitgebervariable TM_pwm(k) (siehe Formel (11-3)), welche derart definiert ist, dass sie in jedem Regelungs-/Steuerungs-Zeitintervall ΔT aktualisiert wird und in jedem vorgegebenen PWM-Modulationsintervall PRD_m auf 0 zurückgesetzt wird, und das PWM-Modulationsintervall PRD_m (siehe Formel (11-4).
  • Als nächstes vergleicht der Modulator das auf die Zeit bezogene Verhältnis R_tm(k) mit dem auf die Pulsweite bezogenen Verhältnis R_λ(k), und falls das Verhältnis R_tm(k) nicht größer als das Verhältnis R_λ(k) ist, wird der positive modulierte Amplitudenwert ΔGfuel als modulierte Korrekturmenge dGfuel_mod(k) eingestellt, und falls das Verhältnis R_tm(k) größer als das Verhältnis R_λ(k) ist, wird der negative modulierte Amplitudenwert –ΔGfuel als modulierte Korrekturmenge dGfuel_mod(k) eingestellt (siehe Formel (11-5). λin(k) = dGfuel(k) + ΔGfuel (11-1) R_λ(k) = λin(k) / 2ΔGfuel (11-2)
    Figure DE102013218258A1_0007
    R_tm(k) = TM_pwm(k) / PRD_m (11-4)
    Figure DE102013218258A1_0008
  • Es sollte angemerkt werden, dass falls die vorangehende Variationsbreite 2ΔGfuel nicht kleiner als die Variationsbreite der Kraftstoff-Korrekturmenge dGfuel gemacht werden kann, es möglich ist, einen von den Anmeldern der vorliegenden Anmeldung vorgeschlagenen PWM-Teil-Modulationsalgorithmus anstelle des vorangehenden PWM-Modulationsalgorithmus zu verwenden. Dieser PWM-Teil-Modulationsalgorithmus teilt die als Eingabe in den Modulator dienenden Kraftstoff-Korrekturmenge dGfuel in drei Komponenten, wie unter Bezugnahme auf die obigen Formeln (9) und (10) erklärt, und moduliert lediglich eine Komponente davon. Da eine detaillierte Sequenz dieses PWM-Teil-Modulationsalgorithmus in der ungeprüften japanischen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 2007-79829 von den Anmeldern der vorliegenden Anmeldung offenbart ist, wird eine detaillierte Erklärung hier ausgelassen.
  • Abgewandeltes Beispiel 2
  • Obwohl Fälle des modulierten Amplitudenwerts ΔGfuel, welcher ein fester Wert ist, in der vorangehenden Ausführungsform und im abgewandelten Beispiel 1 davon erklärt werden, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt und es ist möglich, den modulierten Amplitudenwert ΔGfuel auf unterschiedliche variable Werte für jeden Regelungs-/Steuerungszeitpunkt einzustellen.
  • Mit der vorangehend beschriebenen vorliegenden Erfindung wird das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Luft/Kraftstoff-Mischung intermittierend in einen mageren Zustand eingestellt, während der unmittelbar stromabwärtige katalytische Wandler in einer stöchiometrischen Atmosphäre gehalten wird, indem die Kraftstoff-Korrekturmenge dGfuel durch den modulierten Amplitudenwert ΔGfuel moduliert wird. In diesem Fall wird der modulierte Amplitudenwert ΔGfuel zu einem Wert, welcher proportional zu der Amplitude ist, welche um den Stöchiometriewert des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses der Luft/Kraftstoff-Mischung zentriert ist. Zudem ist es bevorzugt, da es bevorzugt ist, so viel Sauerstoff wie möglich zuzuführen, um eine Oxidation von PM in der PM-Behandlungsvorrichtung zu fördern, dass der modulierte Amplitudenwert ΔGfuel ein größerer Wert aus Sicht einer PM-Oxidationsförderung ist. Jedoch nimmt, wie durch Bezugnahme auf 2 erklärt, die NOx-Reinigungsleistungsfähigkeit des unmittelbar stromabwärtigen katalytischen Wandlers drastisch ab, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases sich von dem Drei-Wege-Reinigungsfenster zu der mageren Seite verschiebt; daher existiert eine Grenze für den Verschiebungsbetrag zu der mageren Seite hin, d. h. für die Größe des modulierten Amplitudenwerts ΔGfuel.
  • Daher wird, um einen extrem mageren Wert während der Modulation zu vermeiden, in dem vorliegenden abgewandelten Beispiel der modulierte Amplitudenwert ΔGfuel(k) dazu veranlasst, sich zu ändern, um eine Begrenzung der um den Stöchiometriewert des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses der Luft/Kraftstoff-Mischung zentrierten Variationsbreite bereitzustellen. Genauer gesagt wird, falls die in die Zylinder eingeführte Frischluftmenge als Gfsh(k) definiert wird, αst als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis definiert wird (z. B. 14,6 (A/F)) und αw als die zulässige Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Variationsbreite definiert wird, der modulierte Amplitudenwert ΔGfuel(k) derart bestimmt, dass die nachfolgende Formel (12) erfüllt ist. αst + αw ≤ Gfsh(k) / Gfuel_bs(k) + ΔGfuel(k) (12)
  • Wie in 2 gezeigt, verschlechtert sich die NOx-Reinigungsleistungsfähigkeit des unmittelbar stromabwärtigen katalytischen Wandlers drastisch, wenn sich das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases um 0,3 (A/F) vom Stöchiometrieverhältnis zu der mageren Seite hin verschiebt. Basierend auf diesen Daten von 2 ist es daher angemessen, dass die zulässige Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Variationsbreite αw in der obigen Formel (12) auf ungefähr 0,3 (A/F) eingestellt wird, so dass die Variationsbreite von dem Stöchiometrieverhältnis zu der mageren Seite des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses der Luft/Kraftstoff-Mischung während der Modulation innerhalb von 0,3 (A/F) liegt.
  • Vorangehend ist ein Fall erklärt worden, in welchem der modulierte Amplitudenwert ΔGfuel(k), welcher die Ausgabe des Modulators ist, begrenzt wurde, um durch eine Konversion des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses der Luft/Kraftstoff-Mischung nicht mehr als 0,3 (A/F) zu betragen, so dass sich die Effizienz der Drei-Wege-Reinigungsreaktion in dem unmittelbar stromabwärtigen katalytischen Wandler nicht verschlechtert; die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann bei einer Begrenzung der Variationsbreite der Kraftstoff-Korrekturmenge dGfuel(k), welche eine Eingabe in den Modulator ist, um durch eine Konversion des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses der Luft/Kraftstoff-Mischung, wie in der vorangehenden Formel (12), nicht mehr als 0,3 (A/F) zu betragen, der modulierte Amplitudenwert ΔGfuel(k) im Wesentlichen denselben Effekt aufweisen, indem ein etwas größerer Wert als 0,3 (A/F) durch eine Konversion des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses der Luft/Kraftstoff-Mischung eingestellt wird.
  • Es sollte angemerkt werden, dass in der obigen Formel (12), obwohl eine begrenzende Formel für die Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Variationsbreite abgeleitet wird, wenn diese um das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis αst zentriert ist, die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt ist. Beispielsweise wird im Falle eines Zentrierens um das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis Gfsh(k)/(Gfuel_bs(k) + dGfuel(k)), welches basierend auf der Abgassensorausgabe hergeleitet wird, der modulierte Amplitudenwert ΔGfuel(k) derart festgelegt, dass die nachfolgende Formel (13) erfüllt ist (siehe nachfolgend beschriebene 9).
  • Figure DE102013218258A1_0009
  • Position, in welcher der Abgassensor 21 bereitgestellt ist Nachfolgend wird die Position, in welcher der Abgassensor 21 bereitgestellt ist, durch Bezugnahme auf die 7 bis 9 erklärt werden. Wie in 1 gezeigt, kann der Abgassensor 21 in einer von drei Positionen bereitgestellt sein, nämlich einer Position P an einer stromaufwärtigen Seite von dem unmittelbar stromabwärtigen katalytischen Wandler 41, einer Position Q zwischen dem unmittelbar stromabwärtigen katalytischen Wandler 41 und der PM-Behandlungsvorrichtung 46 und an einer Position R an einer stromabwärtigen Seite von der PM-Behandlungsvorrichtung 46. Wenn sich der PM an der PM-Behandlungsvorrichtung 46 ablagert und ferner dieser PM während des stöchiometrischen Betriebs oxidiert, verändert sich die Sauerstoffkonzentration an der stromabwärtigen Seite davon, was einen Einfluss auf die Ausgabe des Abgassensors hat. Nachfolgend wird die Beziehung zwischen der Position, in welcher der Abgassensor bereitgestellt ist, und der PM-Oxidation untersucht werden.
  • 7 stellt grafische Darstellungen bereit, welche eine Beziehung zwischen dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Luft/Kraftstoff-Mischung und der Reinigungsrate der Abgaskomponenten (NOx, THC) und einer Abgassensorausgabe zu diesem Zeitpunkt zeigen. In 7 zeigt der obere Graph die Gesamtreinigungsrate der Abgaskomponenten durch Kombinieren der PM-Behandlungsvorrichtung und des unmittelbar stromabwärtigen katalytischen Wandlers, welche jeweils den Drei-Wege-Reinigungskatalysator enthalten. In 7 zeigt der untere Graph die Ausgabe des als O2-Sensor ausgebildeten Abgassensors, im Falle, dass dieser Abgassensor stromabwärts von der PM-Behandlungsvorrichtung bereitgestellt ist (Position R in 1). Zudem zeigt in 7 die durchgehende Linie einen Fall, in welchem PM sich nicht in der PM-Behandlungsvorrichtung ablagert, so dass daher dessen Oxidation nicht stattfinden kann, und die gestrichelte Linie zeigt einen Fall, in welchem sich PM in der PM-Behandlungsvorrichtung ablagert und dessen Oxidation ablaufen kann.
  • Wie durch die durchgehende Linie in dem oberen Graphen von 7 gezeigt, wird im Falle, dass PM sich nicht ablagert, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Luft/Kraftstoff-Mischung ein vorgegebenes stöchiometrisches Luft/Kraftstoff-Verhältnis (ungefähr 14,5 (A/F) in dem in 7 gezeigten Beispiel) oder ein Verhältnis in der Nähe davon angenommen hat, die Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Atmosphäre in dem unmittelbar stromabwärtigen katalytischen Wandler und der PM-Behandlungsvorrichtung optimiert und daher werden NOx und THC in dem Abgas hocheffizient gereinigt. Zu diesem Zeitpunkt werden das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Luft/Kraftstoff-Mischung und die O2-Sensorausgabe einander zugeordnet, wie durch die durchgehende Linie in dem unteren Graphen von 7 gezeigt ist. Es sollte angemerkt werden, dass in dem in 7 gezeigten Beispiel das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Luft/Kraftstoff-Mischung, bei welchem die Drei-Wege-Reinigungsreaktion in dem an der stromaufwärtigen Seite von dem O2-Sensor bereitgestellten Drei-Wege-Reinigungskatalysator optimiert wird, ungefähr 14,5 (A/F) beträgt, wobei die O2-Sensorausgabe zu diesem Zeitpunkt ungefähr 0,6 V anzeigt. Daher wird bei dem in 7 gezeigten Beispiel durch Einstellen des Zielwerts Vop auf ungefähr 0,6 V und durch Durchführen einer Rückkopplungs-Regelung/Steuerung, so dass die O2-Sensorausgabe Vex gegen diesen Zielwert Vop konvergiert, falls ein Fall vorliegt, in welchem PM sich nicht in der PM-Behandlungsvorrichtung ablagert, die Drei-Wege-Reinigungsreaktion durch den gesamten an der stromaufwärtigen Seite von dem O2-Sensor bereitgestellten Drei-Wege-Reinigungskatalysator optimiert werden.
  • Wenn sich PM innerhalb der PM-Behandlungsvorrichtung ablagert und dieser PM oxidiert, wird sich die Reinigungskurve des gesamten an der stromaufwärtigen Seite von dem O2-Sensor bereitgestellten Drei-Wege-Reinigungskatalysators insgesamt, wie durch die gestrichelte Kurve in dem oberen Graphen in 7 gezeigt, zu der mageren Seite verschieben. Mit anderen Worten verschiebt sich in dem Fall, in welchem PM innerhalb der PM-Behandlungsvorrichtung kontinuierlich oxidiert wird, in Abhängigkeit von dem Ausmaß des Sauerstoffverbrauchs durch Oxidation zu diesem Zeitpunkt das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Luft/Kraftstoff-Mischung, bei welchem die Drei-Wege-Reinigungsreaktion in dem Drei-Wege-Reinigungskatalysator an der stromaufwärtigen Seite von dem O2-Sensor optimiert ist, von einem Wert, während keine Oxidation stattfindet (z. B. ungefähr 14,5 (A/F), wie in 7 gezeigt), zu einem Wert auf der mageren Seite (z. B. ungefähr 14,7 (A/F), wie in 7 gezeigt). Dies liegt daran, dass, um PM kontinuierlich in der PM-Behandlungsvorrichtung zu oxidieren, zusätzlich zu der für die Oxidation von HC und CO in dem Abgas erforderlichen Menge zusätzlicher Sauerstoff benötigt wird.
  • Andererseits verschiebt sich, wenn PM an einer stromaufwärtigen Seite von dem O2-Sensor oxidiert, da die Abgas-Sauerstoffkonzentration um den O2-Sensor um diese Menge abnehmen wird, die Ausgabe Vex des O2-Sensors zu der fetten Seite (oberer Graph in 7), wie durch die gestrichelte Kurve in dem unteren Graphen in 7 gezeigt. Aus diesem Grund nimmt die O2-Sensorausgabe einen konstanten Wert an, unabhängig davon, wie weit die PM-Oxidation an der stromaufwärtigen Seite von dem O2-Sensor fortgeschritten ist. Mit anderen Worten bedeutet dies, wenn der O2-Sensor an der stromabwärtigen Seite von der PM-Behandlungsvorrichtung bereitgestellt ist, indem eine Rückkopplungs-Regelung/Steuerung derart durchgeführt wird, dass die Abgassensorausgabe Vex gegen dessen Zielwert Vop während eines stöchiometrischen Betriebs konvergiert, das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Luft/Kraftstoff-Mischung automatisch magerer wird als während einer vorgegebenen Zeitdauer im stöchiometrischen Betrieb, so dass PM an der stromaufwärtigen Seite von dem O2-Sensor oxidiert werden wird, selbst wenn kein Modulationsbetrieb an der vorangehenden Kraftstoffeinspritzmenge durchgeführt wird. Daher wird, falls der O2-Sensor an der stromabwärtigen Seite von der PM-Behandlungsvorrichtung bereitgestellt ist, der Modulationsbetrieb der Kraftstoffkorrekturmenge dGfuel durch den Modulator 322 von 3 nicht mehr wichtig sein. Jedoch ist, wenn lediglich die Rückkopplung des an der stromabwärtigen Seite von der PM-Behandlungsvorrichtung bereitgestellten O2-Sensor durchgeführt wird, das Verschieben zu der mageren Seite des Kraftstoffverhältnisses der Luft/Kraftstoff-Mischung nicht ausreichend, und die PM-Oxidation während eines stöchiometrischen Betriebs kann unzureichend werden. In einem derartigen Fall kann, da der Abgassensor an der stromabwärtigen Seite von der PM-Behandlungsvorrichtung bereitgestellt ist, vorgesehen sein, um das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Luft/Kraftstoff-Mischung absichtlich zur mageren Seite zu verschieben, dass zusätzlich ein Modulationsbetrieb durch den Modulator 322 ergänzt wird.
  • 8 stellt grafische Darstellungen für einen Fall bereit, in welchem ein LAF-Sensor (Linear Air/Fuel Ratio Sensor = linearer Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor) als Abgassensor verwendet und an der stromabwärtigen Seite (Position R in 1) der PM-Behandlungsvorrichtung bereitgestellt ist, welche eine Beziehung zwischen dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Luft/Kraftstoff-Mischung und der Reinigungsrate der Abgaskomponenten (NOx, THC) und einer Abgassensorausgabe zu diesem Zeitpunkt zeigen.
  • Die Ausgabe des LAF-Sensors unterscheidet sich von dem O2-Sensor und wird von nicht verbranntem Gas, wie etwa HC und CO, beeinflusst. Aus diesem Grund verschiebt sich, wie in 8 gezeigt, die Ausgabe Vex des LAF-Sensors zu der fetten Seite (oben in 8), wie durch die gestrichelte Kurve in dem unteren Schaubild von 8 gezeigt. Aus diesem Grund zeigt die LAF-Sensorausgabe, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases des Drei-Wege-Katalysators an der stromaufwärtigen Seite von dem LAF-Sensor optimiert wird, einen konstanten Wert an, unabhängig davon, wie weit die PM-Oxidation an der stromaufwärtigen Seite von dem LAF-Sensor fortgeschritten ist. Daher ist es in einem Fall, in welchem ein LAF-Sensor als Abgassensor verwendet wird, möglich, ähnlich zu dem Fall, in welchem der O2-Sensor verwendet wird, indem eine Rückkopplungs-Regelung/Steuerung durchgeführt wird, um die Abgassensorausgabe Vex gegen dessen Zielwert Vop während eines stöchiometrischen Betriebs zu konvergieren, das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Luft/Kraftstoff-Mischung automatisch magerer werden zu lassen als während einer vorgegebenen Zeitdauer im stöchiometrischen Betrieb. Die LAF-Sensorausgabe weist jedoch eine niedrige Detektionsauflösung in der Nähe des Stöchiometrieverhältnisses auf, was durch einen Vergleich der 7 und 8 ersichtlich wird. Aus diesem Grund nimmt man an, dass der O2-Sensor besser als der LAF-Sensor als Abgassensor geeignet ist, welcher an der stromabwärtigen Seite der PM-Behandlungsvorrichtung bereitgestellt ist.
  • 9 stellt Graphen für einen Fall bereit, in welchem ein LAF-Sensor als Abgassensor verwendet wird und in welchem dieser an der stromaufwärtigen Seite (Position Q in 1) von der PM-Behandlungsvorrichtung bereitgestellt ist, wobei die Graphen eine Beziehung zwischen dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Luft/Kraftstoff-Mischung und der Reinigungsrate der Abgaskomponenten (NOx, THC) und einer Abgassensorausgabe zu diesem Zeitpunkt zeigen.
  • Wenn der LAF-Sensor an der stromaufwärtigen Seite der PM-Behandlungsvorrichtung bereitgestellt ist, wird der LAF-Sensor nicht von der PM-Oxidation in der PM-Behandlungsvorrichtung beeinflusst werden. Jedoch wird, da die Abgastemperatur während eines stöchiometrischen Betriebs hohe Temperaturen erreicht, die PM-Oxidation nicht nur innerhalb der PM-Behandlungsvorrichtung stattfinden, sondern auch in dem unmittelbar stromabwärtigen katalytischen Wandler und auch in Durchgängen bis hin zum unmittelbar stromabwärtigen katalytischen Wandler. Insbesondere wenn ein Additiv dem Kraftstoff zugesetzt ist, wird die PM-Oxidations-Reaktion beträchtlich. Aus diesem Grund und ebenso in dem Fall, in welchem der LAF-Sensor an der stromaufwärtigen Seite der PM-Behandlungsvorrichtung bereitgestellt ist, zeigt die Ausgabe des LAF-Sensors qualitativ das gleiche Verhalten wie in dem Fall, in welchem er an der stromabwärtigen Seite der PM-Behandlungsvorrichtung bereitgestellt ist (siehe 8), abhängig vom Stattfinden oder Nicht-Stattfinden einer PM-Oxidation. Im Falle, dass der LAF-Sensor an der stromaufwärtigen Seite von der PM-Behandlungsvorrichtung bereitgestellt ist, wird jedoch, da die oxidierte PM-Menge an der stromaufwärtigen Seite des Sensors im Vergleich zu dem Fall, dass er an der stromabwärtigen Seite bereitgestellt ist, abnehmen wird, der Verschiebungsbetrag der LAF-Sensorausgabe Vex zu der mageren Seite während einer PM-Oxidation abnehmen, wie durch die gestrichelte Kurve in dem unteren Schaubild in 9 gezeigt, und der Abmagerungseffekt wird ebenfalls abnehmen. Mit anderen Worten ist es in dem Fall, in welchem der LAF-Sensor an der stromaufwärtigen Seite von der PM-Behandlungsvorrichtung bereitgestellt ist, im Gegensatz zu dem in den 7 oder 8 gezeigten Fall, nicht möglich, in ausreichender Weise einen Abmagerungseffekt zu erzielen, so dass die PM-Oxidationsreaktion während einer PM-Ablagerung voranschreitet, indem lediglich eine Rückkopplungs-Regelung/Steuerung derart durchgeführt wird, dass die LAF-Sensorausgabe Vex einfach gegen den Zielwert Vop konvergiert. Aus den vorangehenden Gründen ist es im Falle, dass der Abgassensor an der stromaufwärtigen Seite von der PM-Behandlungsvorrichtung bereitgestellt ist (Position P oder Position Q in 1), bevorzugt, das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Luft/Kraftstoff-Mischung um einen Wert zu modulieren, welcher derart festgelegt ist, dass die LAF-Sensorausgabe Vex gegen den Zielwert Vop konvergiert, indem die Kraftstoff-Korrekturmenge dGfuel durch den Modulator 322 in 3 zusätzlich moduliert wird. Wie in 9 gezeigt, ist es dadurch möglich, ebenso die Drei-Wege-Reinigungsreaktion zu optimieren, während die PM-Oxidation maximiert wird.
  • Es sollte angemerkt werden, dass obwohl die Effekte für den Fall, dass der Abgassensor an der stromabwärtigen Seite dieser PM-Behandlungsvorrichtung durch Bezugnahme auf die 7 und 8 unter der Annahme erklärt worden sind, dass ein Katalysator, welcher eine Drei-Wege-Reinigungsfunktion aufweist, in dem Filter der PM-Behandlungsvorrichtung bereitgestellt ist, im Wesentlichen die gleichen Effekte erzielt werden, wenn kein Drei-Wege-Katalysator in dem Filter bereitgestellt ist.
  • Selbst wenn kein Drei-Wege-Reinigungskatalysator in dem Filter bereitgestellt ist, verschiebt sich in einem Zustand, in welchem sich PM in dem Filter ablagert und dieser oxidiert wird, die Abgassensorausgabe Vex an der stromabwärtigen Seite des Filters zu der fetten Seite (Seite mit niedriger Sauerstoffkonzentration) um die bei der Oxidation verbrauchte Menge, ähnlich dem unteren Bereich in dem unteren Graph in den 8 oder 9. Indem eine Rückkopplungs-Regelung/Steuerung durchgeführt wird, so dass die Abgassensorausgabe Vex gegen den Zielwert davon Vop während des stöchiometrischen Betriebs konvergiert, wird aus diesem Grund, selbst ohne die Kraftstoffeinspritzmenge zu modulieren, das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Luft/Kraftstoff-Mischung automatisch magerer als während einer vorgegebenen Zeitdauer im stöchiometrischen Betrieb, so dass die Oxidation von PM an der stromaufwärtigen Seite des Abgassensors und die Oxidation von CO und HC in dem unmittelbar stromabwärtigen katalytischen Wandler optimiert werden.
  • Obwohl eine Ausführungsform und abgewandelte Beispiele der vorliegenden Erfindung vorangehend erklärt worden sind, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt.
  • In der vorangehenden Ausführungsform ist ein Fall erklärt worden, in welchem der unmittelbar stromabwärtige katalytische Wandler 41 und die PM-Behandlungsvorrichtung 46 als getrennte Körper bereitgestellt sind; die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt und kann diese integral ausgestalten.
  • Zudem ist in der vorangehenden Ausführungsform ein Beispiel erklärt worden, in welchem der Unterbodenkatalysator als ein Selektive-Reduktion-Katalysator ausgebildet ist; die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Der vorangehende Unterbodenkatalysator ist selbst dann effektiv, wenn er ein Katalysator vom NOx-Speicher-Reduktionstyp ist.
  • In der vorangehenden Ausführungsform ist zudem ein Fall erklärt worden, in welchem ein Katalysator, welcher eine Drei-Wege-Reinigungsfunktion aufweist, in dem Filter der PM-Behandlungsvorrichtung 46 bereitgestellt ist; die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Sie kann derart ausgebildet sein, dass der Filter der PM-Behandlungsvorrichtung lediglich die Funktion hat, PM zu sammeln, ohne einen Drei-Wege-Reinigungskatalysator darin bereitzustellen.
  • 10 ist eine Ansicht, welche die Konfiguration eines Abgasreinigungssystems 2a für den Fall zeigt, dass der Unterbodenkatalysator eines katalytischen Unterbodenwandlers 42a als ein Katalysator vom NOx-Speicher-Reduktionstyp eingerichtet ist. Mit dem Abgasreinigungssystem 2 der vorangehenden Ausführungsform war die Reduktionsmittelzufuhrvorrichtung 43 erforderlich, um ein Reduktionsmittel dem Selektive-Reduktion-Katalysator zuzuführen. Der Katalysator vom NOx-Speicher-Reduktionstyp verwendet jedoch HC in dem Abgas als Reduktionsmittel, so dass es nicht notwendig ist, eine Reduktionsmittelzufuhrvorrichtung in diesem Abgasreinigungssystem 2a bereitzustellen. In diesem Abgasreinigungssystem 2a führt die ECU 3a jedoch, falls erforderlich, eine Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Regelung/Steuerung durch, um zu bewirken, dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases zwischenzeitlich stöchiometrisch oder fetter als stöchiometrisch wird, um das in dem Katalysator vom NOx-Speicher-Reduktionstyp adsorbierte NOx während eines mageren Betriebs zu reduzieren, unabhängig von der in der vorangehenden Ausführungsform erklärten Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Regelung/Steuerung.
  • Ein Abgasreinigungssystem ist bereitgestellt, welches die auf eine Feinstaubbehandlungsvorrichtung wirkende Last selbst dann verringern kann, wenn in einen stöchiometrischen Betrieb umgeschaltet wird. Das Abgasreinigungssystem umfasst: eine PM-Behandlungsvorrichtung, einen Drei-Wege-Reinigungskatalysator, einen LAF-Sensor und eine ECU (3), welche eine Rückkopplungs-Regelung/Steuerung derart durchführt, dass eine LAF-Sensorausgabe (Vex) zu einem Zielwert (Vop) wird, welcher derart bestimmt ist, dass die Drei-Wege-Reinigungsreaktion während eines stöchiometrischen Betriebs optimiert wird. Die ECU (3) umfasst eine Kraftstoff-Regelungs-/Steuerungseinheit (32), welche eine Kraftstoffeinspritzmenge (Gfuel) derart bestimmt, dass ein Zustand, in welchem ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Luft/Kraftstoff-Mischung magerer als ein Stöchiometrieverhältnis ist, und ein Zustand, in welchem ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Luft/Kraftstoff-Mischung fetter als ein Stöchiometrieverhältnis ist, durch Modulieren einer Kraftstoff-Korrekturmenge (dGfuel) alternierend realisiert werden, welche derart bestimmt wird, dass bewirkt wird, dass die LAF-Sensorausgabe (Vex) gegen den Zielwert (Vop) durch Anwenden eines vorgegebenen Modulationsalgorithmus konvergiert.
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Claims (12)

  1. Abgasreinigungssystem für einen Verbrennungsmotor (1), welcher unter einer vorgegebenen Bedingung zwischen einem mageren Betrieb, in welchem ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis einer Luft/Kraftstoff-Mischung auf ein Verhältnis eingestellt ist, welches magerer als ein stöchiometrisches Verhältnis ist, und einem stöchiometrischen Betrieb umschaltet, in welchem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Luft/Kraftstoff-Mischung auf ein Stöchiometrieverhältnis oder auf ein Verhältnis in der Nähe davon eingestellt ist, wobei das System umfasst: eine Feinstaubbehandlungsvorrichtung (46), welche in einem Abgaskanal (11) des Motors (1) bereitgestellt ist und Feinstaub im Abgas sammelt; einen Drei-Wege-Reinigungskatalysator, welcher an einer stromaufwärtigen Seite von der Feinstaubbehandlungsvorrichtung (46) in dem Abgaskanal (11) derart bereitgestellt ist, dass er in der Feinstaubbehandlungsvorrichtung (46) integriert oder getrennt von dieser ist, und in welchem eine Drei-Wege-Reinigungsreaktion während des stöchiometrischen Betriebs abläuft; einen Abgassensor (21), welcher einen Detektionswert (Vex) gemäß einer Abgas-Sauerstoffkonzentration ausgibt; und eine Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Regelungs-/Steuerungsvorrichtung (3), welche einen Betriebsmodus des Motors auf einen stöchiometrischen Betrieb unter einer vorgegebenen Betriebsbedingung einstellt, unter welcher ein Einstellen des Betriebsmodus des Motors in den stöchiometrischen Betrieb die NOx-Reinigungsleistungsfähigkeit des Abgasreinigungssystems insgesamt im Vergleich zu einem mageren Betrieb verbessern kann, und welche eine Rückkopplungs-Regelung/Steuerung derart durchführt, dass ein Detektionswert des Abgassensors (21) zu einem Zielwert Vop wird, welcher derart festgelegt ist, dass eine Drei-Wege-Reinigungsreaktion in dem Drei-Wege-Reinigungskatalysator optimiert wird, wobei die Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Regelungs-/Steuerungsvorrichtung (3) eine Kraftstoff-Regelungs-/Steuerungseinheit (32) umfasst, welche eine dem Motor (1) zuzuführende Kraftstoffmenge (Gfuel) derart bestimmt, dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Luft/Kraftstoff-Mischung magerer als ein Stöchiometrieverhältnis während einer vorgegebenen Zeitdauer während des stöchiometrischen Betriebs wird.
  2. Abgasreinigungssystem für einen Verbrennungsmotor (1) nach Anspruch 1, wobei der Abgassensor (21) an einer stromabwärtigen Seite der Feinstaubbehandlungsvorrichtung (46) bereitgestellt ist.
  3. Abgasreinigungssystem für einen Verbrennungsmotor (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Kraftstoff-Regelungs-/Steuerungseinheit (32) eine Kraftstoffmenge (Gfuel) derart bestimmt, dass ein Zustand, in welchem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Luft/Kraftstoff-Mischung magerer als ein Stöchiometrieverhältnis ist, und ein Zustand, in welchem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Luft/Kraftstoff-Mischung fetter als ein Stöchiometrieverhältnis ist, alternierend realisiert werden, indem ein vorgegebener Modulationsalgorithmus angewendet wird, um die Kraftstoffmenge (dGfuel, Gfuel_bs + dGfuel) zu modulieren, welche derart bestimmt wird, dass sie bewirkt, dass der Detektionswert des Abgassensors (21) gegen den Zielwert basierend auf einem vorgegebenen Rückkopplungs-Regelungs-/Steuerungsalgorithmus konvergiert.
  4. Abgasreinigungssystem für einen Verbrennungsmotor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Kraftstoff-Regelungs-/Steuerungseinheit (32) eine Variationsbreite des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses der Luft/Kraftstoff-Mischung von dem Stöchiometrieverhältnis zu der mageren Seite hin auf innerhalb von 0,3 (A/F) einstellt.
  5. Abgasreinigungssystem für einen Verbrennungsmotor (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Kraftstoff-Regelungs-/Steuerungseinheit (32) umfasst: eine Referenz-Kraftstoffmengen-Berechnungseinheit, welche eine Referenz-Kraftstoffmenge (Gfuel_bs) basierend auf dem Betriebsmodus und Betriebszustand des Motors (1) berechnet; eine Kraftstoff-Korrekturmengen-Berechnungseinheit (231), welche eine Kraftstoff-Korrekturmenge (dGfuel) für die Referenz-Kraftstoffmenge (Gfuel_bs) derart berechnet, dass bewirkt wird, dass der Detektionswert (Vex) des Abgassensors (21) gegen den Zielwert (Vop) basierend auf einem vorgegebenen Rückkopplungs-Regelungs-/Steuerungsalgorithmus konvergiert; und einen Modulator (322), welcher einen vorgegebenen Modulationsalgorithmus anwendet, um die Kraftstoff-Korrekturmenge (dGfuel) zu modulieren, und welcher eine modulierte Korrekturmenge (dGfuel_mod) berechnet, und wobei die Kraftstoff-Regelungs-/Steuerungseinheit (32) eine Kraftstoffmenge bestimmt, indem die modulierte Korrekturmenge (dGfuel_mod) zu der Referenz-Kraftstoffmenge (Gfuel_bs) addiert wird.
  6. Abgasreinigungssystem für einen Verbrennungsmotor (1) nach Anspruch 5, wobei eine Amplitude (dGfuel) der Kraftstoff-Korrekturmenge zu der mageren Seite oder eine Amplitude (ΔGfuel) der modulierten Korrekturmenge zu der mageren Seite durch eine Umwandlung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses der Luft/Kraftstoff-Mischung derart begrenzt wird, dass diese nicht mehr als 0,3 (A/F) beträgt.
  7. Abgasreinigungssystem für einen Verbrennungsmotor (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei die Kraftstoff-Regelungs-/Steuerungseinheit (32) die basierend auf dem Rückkopplungs-/Regelungs-/Steuerungsalgorithmus bestimmte Kraftstoffmenge nur während des stöchiometrischen Betriebs und wenn in der Feinstaubbehandlungsvorrichtung (46) gesammelter Feinstaub oxidiert, moduliert.
  8. Abgasreinigungssystem für einen Verbrennungsmotor (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 7, ferner umfassend eine Abgas-Rückführungsvorrichtung (5), welche einen Teil des Abgases des Motors (1) zu Ansaugluft rückführt, wobei die Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Regelungs-/Steuerungsvorrichtung (3) eine Luft-Regelungs-/Steuerungseinheit (33) umfasst, welche eine Abgas-Rückführungsrate (Regr) oder eine Abgas-Rückführungsmenge zum Regeln/Steuern derart berechnet, dass bewirkt wird, dass der Detektionswert (Vex) des Abgassensors (21) basierend auf einem vorgegebenen Rückkopplungs-Regelungs-/Steuerungsalgorithmus gegen den Zielwert (Vop) konvergiert.
  9. Abgasreinigungssystem für einen Verbrennungsmotor (1) nach Anspruch 8, wobei die Konvergenzrate des Detektionswerts (Vex) des Abgassensors (21) gegen den Zielwert (Vop) von der Kraftstoff-Regelungs-/Steuerungseinheit (32) derart eingestellt wird, dass sie schneller als die Konvergenzrate gemäß der Luft-Regelungs-/Steuerungseinheit (33) ist.
  10. Abgasreinigungssystem für einen Verbrennungsmotor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, ferner umfassend eine Additiv-Zufuhrvorrichtung (8), welche einem dem Motor (1) zuzuführenden Kraftstoff ein Additiv zuführt, um zu bewirken, dass eine Feinstaubverbrennungstemperatur in der Feinstaubbehandlungsvorrichtung (46) abnimmt.
  11. Abgasreinigungssystem für einen Verbrennungsmotor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei ein erster katalytischer Wandler (41), welcher den Drei-Wege-Reinigungskatalysator umfasst, in dem Abgaskanal (11) an einer stromaufwärtigen Seite von der Feinstaubbehandlungsvorrichtung (46) bereitgestellt ist, und ein zweiter katalytischer Wandler (42), welcher NOx im Abgas während eines mageren Betriebs reinigt, stromabwärts von der Feinstaubbehandlungsvorrichtung (46) bereitgestellt ist.
  12. Abgasreinigungssystem für einen Verbrennungsmotor (1) nach Anspruch 11, wobei die vorgegebene Betriebsbedingung einen Fall umfasst, in welchem der zweite katalytische Wandler (42) nicht aktiviert worden ist, und einen Fall umfasst, in welchem ein Wert eines NOx-Korrelationsparameters, welcher gemäß einer von dem Motor (1) ausgestoßenen NOx-Menge zunimmt, größer als ein vorgegebener Wert ist.
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