DE102014224397A1

DE102014224397A1 - Abgasreinigungssystem für einen Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102014224397A1
Application number: DE102014224397.1A
Authority: DE
Inventors: c/o Honda R & D Co. Ltd. Yasui Yuji
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2013-12-04
Filing date: 2014-11-28
Publication date: 2015-06-11
Anticipated expiration: 2034-11-29
Also published as: JP6087799B2; JP2015108321A; DE102014224397B4

Abstract

Es wird ein Abgasreinigungssystem vom Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Typ wird angegeben, das das Auftreten von übermäßigem KW-Schlupf verhindern kann, während die NOx-Reinigungsrate so weit wie möglich angehoben wird. Das Abgasreinigungssystem enthält: eine Auspuff-Kraftstoffeinspritzvorrichtung, die Kraftstoff zur stromaufwärtigen Seite eines LNT einspritzt, ein Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Steuermittel, das die Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge von der Auspuff-Kraftstoffeinspritzvorrichtung steuert/regelt, einen Nachkatalysator-LAF-Sensor, der das Luft/Kraftstoff-Verhältnis vom Abgas an der stromabwärtigen Seite des LNT erfasst, sowie ein stromabwärtiges Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Schätzmittel zum Schätzen des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses vom Abgas an der stromabwärtigen Seite des LNT. Das Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Steuermittel steuert/regelt die Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge (Gfuel_ex) derart, dass ein NOx-Reinigungsparameter (P_LNT), entsprechend der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Differenz zwischen einem Ausgabewert (AFact_ds) des Nachkatalysator-LAF-Sensors und einem idealen Luft/Kraftstoff-Verhältnis (AF_exh_id_is), das von dem stromabwärtigen Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Schätzmittel berechnet wird, zu einem vorbestimmten Sollwert P_LNT_cmd wird, der nicht Null ist.

Description

Diese Anmeldung beruht auf und beansprucht den Vorteil der Priorität aus der japanischen Patentanmeldung Nr. 2013-250960 , eingereicht am 04. Dezember 2013, deren Inhalt hierin unter Bezugnahme aufgenommen wird.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Abgasreinigungssystem für einen Verbrennungsmotor. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Abgasreinigungssystem vom sogenannten Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Typ, das einen Abgasreinigungskatalysator enthält, der in einem Auspuffrohr vorgesehen ist, und einen Auspuff-Kraftstoffinjektor, der Kraftstoff zur stromaufwärtigen Seite des Abgasreinigungskatalysators einspritzt.
Verwandte Technik
28 ist eine Ansicht der Konfiguration eines Abgasreinigungssystems 100 vom Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Typ. Das Abgasreinigungssystem 100 enthält einen Auspuff-Kraftstoffinjektor 102, der Kraftstoff in das Auspuffrohr 101 einspritzt, sowie einen Abgasreinigungskatalysator, der NOx speichert, das während Magerbetrieb im Abgas enthalten ist, und der, wenn Kraftstoff vom Injektor 102 eingespritzt wird, das NOx mit diesem als Reduktionsmittel reduziert (nachfolgend als LNT (Mager-NOx-Falle) bezeichnet) 104.
In den letzten Jahren ist es bekannt geworden, dass, beim Einspritzen des Kraftstoffs vom Injektor 102, um in dem LNT 104 NOx zu reduzieren, von Kohlenwasserstoffen hergeleitete Zwischenprodukte in dem LNT 104 erzeugt werden, wenn die Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge von dem Injektor 102 innerhalb eines vorbestimmten Bereichs bei einer Periode von wenigstens 5 Hz fluktuiert, und durch diese Zwischenprodukte NOx mit hoher Reinigungsrate gereinigt werden kann (siehe zum Beispiel Patentdokumente 1 und 2)

Patentdokument 1: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung, Veröffentlichung Nr. 2013-15117
Patentdokument 2: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung, Veröffentlichung Nr. 2012-62864

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
29 zeigt in Graphen, welche die Beziehungen zwischen der Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge, der NOx-Reinigungsrate durch den LNT 104, die KW-Schlupfmenge von dem LNT 104 und die im LNT 104 erzeugte Menge von Zwischenprodukten zeigen. Wie in 29 gezeigt, steigt die NOx-Reinigungsrate auch dann an, wenn die Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge zunimmt. Da es jedoch eine Grenze für die im LNT 104 erzeugte Menge von Zwischenprodukten gibt, wenn die Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge eine Menge überschreitet, bei der die Zunahme in der erzeugten Menge sich zu verlangsamen beginnt, wird Kraftstoff, der nicht zu Zwischenprodukten geworden ist, die zur Reinigung von NOx beitragen, zur stromabwärtigen Seite des LNT 104 als KW abgegeben. Um die KW-Schlupfmenge so weit wie möglich zu unterdrücken, während die NOx-Reinigungsrate so weit wie möglich angehoben wird, ist es aus diesem Grund bevorzugt, dass die Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge auf die mit G2 angegebene Menge geregelt wird, bei der der KW-Schlupf beginnt, oder auf eine Menge, die etwas größer ist als G2.
In 29 ist ein Sensor, der KW-Schlupf erfassen kann, notwendig, um zu verhindern, dass unbeabsichtigt ein zu starker KW-Schlupf stattfindet, um die Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge auf G2 zu regeln, oder einen Bereich, der etwas größer ist als G2. Jedoch ist ein Sensor, der KW im Abgas erfassen kann, unter den gegenwärtig existierenden bordeigenen Sensoren nicht vorhanden. Aus diesem Grund ist es herkömmlich nicht möglich, die Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge auf G2 oder einen Bereich zu regeln, der etwas größer ist als G2, und daher gab es bisher keine andere Wahl, als sie auf angenähert G1 zu drücken, was kleiner ist als G2, um in der Lage zu sein, das Auftreten des übermäßigen KW-Schlupfs zuverlässig zu verhindern.
30 zeigt in Graphen die Beziehungen zwischen der Oxidationsfähigkeit des LNT und der NOx-Reinigungsrate und der erzeugten Menge von Zwischenprodukten. Es sollte angemerkt werden, dass das Beispiel von 30 einen Fall zeigt, wo nur die Oxidationsfähigkeit des LNT verändert wird, während die Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge konstant gehalten wird. Wie in 30 gezeigt, zeigen die erzeugte Menge von Zwischenprodukten und die NOx-Reinigungsrate angenähert die gleichen Änderung. In anderen Worten, die NOx-Reinigungsrate des LNT steigt an, wenn die erzeugte Menge von Zwischenprodukten zunimmt.
Wenn die Oxidationsfähigkeit des LNT schwächer wird als ein Bereich Ox_op, der in 30 schraffiert angegeben ist, nimmt die erzeugte Menge von Zwischenprodukten im LNT ab. Darüber hinaus nimmt die erzeugte Menge von Zwischenprodukten im LNT auch in dem Fall ab, wo die Oxidationsfähigkeit des LNT stärker geworden ist als dieser Bereich Ox_op. Dies ist so, weil der zugeführte Kraftstoff im LNT direkt in CO₂ und H₂O oxidiert wird, wenn die Oxidationsfähigkeit stärker wird. Wenn nur die Oxidationsfähigkeit geändert wird, während die Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge konstant gehalten wird, zeigt aus diesem Grund die erzeugte Menge von Zwischenprodukten eine konvexe Charakteristik, wie in 30 gezeigt.
Darüber hinaus ändert sich die Position des Bereichs Ox_op, in dem die erzeugte Menge von Zwischenprodukten angenähert maximal wird, entsprechend der Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge. Obwohl es notwendig ist, die Oxidationsfähigkeit des LNT innerhalb des optimalen Bereichs Ox_op zu regeln, der entsprechend der Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge erstellt ist, ist es aus diesem Grund schwierig, einen Zustand beizubehalten, in dem die NOx-Reinigungsrate hoch ist, da sich die Oxidationsfähigkeit des LNT entsprechend dem Ausmaß seiner Alterung, der Trägertemperatur, etc. verändert.
Darüber hinaus ist der Bereich Ox_op, in dem die erzeugte Menge der Zwischenprodukte angenähert ein Maximum erreicht, durch die Beziehung zwischen der LNT-Reinigungsleistung und der Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge erstellt, wie oben erwähnt. Dies bedeutet, dass die Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge G2 (siehe oben erwähnte 29), bei der der KW-Schlupf beginnt, sich entsprechend der Oxidationsfähigkeit des LNT ändert. Aus diesem Grund muss auch die Oxidationsfähigkeit des LNT berücksichtigt werden, um die Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge auf G2 zu regeln, bei dem der KW-Schlupf beginnt, oder auf einen Wert, der etwas größer ist als G2, und dies wird daher schwieriger.
Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, ein Abgasreinigungssystem vom Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Typ anzugeben, das das Auftreten von übermäßigem KW-Schlupf verhindern kann, während die NOx-Reinigungsrate so weit wie möglich angehoben wird.
Ein Abgasreinigungssystem (zum Beispiel das später beschriebene Abgasreinigungssystem 2) für einen Verbrennungsmotor (zum Beispiel den später beschriebenen Motor 1) gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält: eine Auspuff-Kraftstoffeinspritzvorrichtung (zum Beispiel die später beschriebene Auspuff-Kraftstoffeinspritzvorrichtung 45), die Kraftstoff zu einer stromaufwärtigen Seite eines Katalysators (zum Beispiel des später beschriebenen LNT 41) einspritzt, der in einem Auspuffkanal (zum Beispiel dem später beschriebenen Auspuffkanal 11) des Verbrennungsmotors vorgesehen ist; ein Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Steuermittel (zum Beispiel die später beschriebene ECU 3, die die Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Steuerung der 20 und 21 ausführt) zum Steuern/Regeln einer Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge von der Auspuff-Kraftstoffeinspritzvorrichtung; einen stromabwärtigen Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor (zum Beispiel den später beschriebenen Nachkatalysator-LAF-Sensor 52), der ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis vom Abgas an der stromabwärtigen Seite des Katalysators erfasst; und ein Stromabwärtiges-Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Schätzmittel (zum Beispiel den Vorkatalysator-LAF-Sensor 51 und die ECU 3, 3B, welche ein ideales Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AF_exh_id_up oder AF_exh_id_ds berechnet, wie später beschrieben wird), zum Schätzen des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases an der stromabwärtigen Seite des Katalysators, wobei das Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Steuermittel die Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge (Gfuel_ex) so steuert/regelt, dass eine Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Differenz (P_LNT) zwischen einem erfassten Luft/Kraftstoff-Verhältnis (AFact_ds), das aus einer Ausgabe des stromabwärtigen Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors erhalten wird, und einem geschätzten Luft/Kraftstoff-Verhältnis (AF_exh_id_ds, AF_exh_id_up), das vom Stromabwärtiges-Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Schätzmittel berechnet wird, zu einem vorbestimmten Sollwert (P_LNT_cmd) wird, der nicht Null ist.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es in diesem Fall bevorzugt, dass das Stromabwärtiges-Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Schätzmittel einen stromaufwärtigen Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor (zum Beispiel den später beschriebenen Vorkatalysator-LAF-Sensor 51) enthält, der ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis vom Abgas an einer stromaufwärtigen Seite von dem Katalysator erfasst, und das geschätzten Luft/Kraftstoff-Verhältnis basierend auf einer Ausgabe (AFact_up) des stromaufwärtigen Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors und der Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge (Gfuel_ex) berechnet, und die Oxidationsleistung eines Erfassungselements des stromabwärtigen Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors, wenn die Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Differenz berechnet wird, niedriger ist als eine Oxidationsleistung eines Erfassungselements des stromaufwärtigen Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors.
Ein Abgasreinigungssystem (zum Beispiel das später beschriebene Abgasreinigungssystem 2, 2B) für einen Verbrennungsmotor (zum Beispiel den später beschriebenen Motor 1) gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält: eine Auspuff-Kraftstoffeinspritzvorrichtung (zum Beispiel die später beschriebene Auspuff-Kraftstoffeinspritzvorrichtung 45), die Kraftstoff zur stromaufwärtigen Seite eines Katalysators (zum Beispiel des später beschriebenen LNT 41) einspritzt, der in einem Auspuffkanal (zum später dem beschriebenen Auspuffkanal 11) des Verbrennungsmotors vorgesehen ist; ein Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Steuermittel (zum Beispiel die ECU 3, 3B, die die Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Steuerung der 20, 21 ausführt, wie später beschrieben wird) zum Steuern/Regeln einer Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge von Auspuff-Kraftstoffeinspritzvorrichtung; einen stromaufwärtigen Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor (zum Beispiel den später beschriebenen Vorkatalysator-LAF-Sensor 51, 51B), der ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis vom Abgas an einer stromaufwärtigen des Katalysators erfasst; sowie einen stromabwärtigen Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor (zum Beispiel den später beschriebenen Nachkatalysator-LAF-Sensor 52), der ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis vom Abgas an einer stromabwärtigen Seite des Katalysators erfasst, wobei das Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Steuermittel die Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge derart steuert/regelt, dass eine Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Differenz (P_LNT) zwischen einem stromaufwärtigen erfassten Luft/Kraftstoff-Verhältnis (AFact_up, AFact_up'), das aus der Ausgabe des stromaufwärtigen Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors erhalten wird, und einem stromabwärtigen erfassten Luft/Kraftstoff-Verhältnis (AFact_ds), das aus der Ausgabe des stromabwärtigen Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors erhalten wird, zu einem vorbestimmten Sollwert (P_LNT_cmd) wird, der nicht nicht Null ist, und die Oxidationsleistung eines Erfassungselements des stromabwärtigen Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors, wenn die Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Differenz berechnet wird, niedriger ist als eine Oxidationsleistung eines Erfassungselements des stromaufwärtigen Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors.
Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es in diesem Fall bevorzugt, dass eine Menge pro Flächeneinheit vom Oxidationsmaterial mit einer KW-Oxidationsfunktion auf dem Erfassungselement des stromabwärtigen Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors kleiner ist als eine Menge pro Flächeneinheit des Oxidationsmaterials auf dem Erfassungselement des stromaufwärtigen Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors.
Gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es in diesem Fall bevorzugt, dass das Abgasreinigungssystem enthält: ein Stromaufwärtiges-Element-Temperatur-Steuermittel (zum Beispiel die ECU 3, 3B, die die Prozesse der Schritte S92, S98 und S100 von 20 ausführt, wie später beschrieben wird) zum Steuern/Regeln der Temperatur des Erfassungselements des stromaufwärtigen Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors; und ein Stromabwärtiges-Element-Temperatur-Steuermittel (zum Beispiel die ECU 3, 3B, die die Prozesse der Schritte S92, S98 und 100 von 20 ausführt, wie später beschrieben wird) zum Steuern/Regeln des Erfassungselements des stromabwärtigen Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors auf eine Temperatur, die niedriger ist als die Temperatur des Erfassungselements des stromaufwärtigen Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors.
Gemäß einem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es in diesem Fall bevorzugt, dass das Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Steuermittel enthält: ein Einspritzmengen-Berechnungsmittel (zum Beispiel die ECU 3, 3B, die die Prozesse der Schritte S93, S99, S107 und S11 von 21 ausführt, wie später beschrieben wird) zum Berechnen der Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge basierend auf einem Basisterm (zum Beispiel dem rechten ersten Term in der später beschriebenen Formel (14)), der mit einer oder beiden einer NOx-Menge (Gnox_hat), die in den Katalysator fließt, und der Temperatur (Tcc_hat) des Katalysators als Eingabeparameter berechnet wird, sowie einen Rückkopplungskorrekturterm (zum Beispiel den rechten zweiten Term in der später beschriebenen Formel (14)), der so berechnet wird, dass die Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Differenz zum Sollwert wird; sowie ein Basisterm-Korrekturmittel (zum Beispiel die ECU 3, 3B, die die Prozesse der Schritte S121 bis S124 von 23 ausführt, wie später beschrieben wird), zum Korrigieren des Basisterms derart, dass ein Absolutwert des Rückkopplungskorrekturterms abnimmt.
Gemäß einem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es in diesem Fall bevorzugt, dass der Basisterm berechnet wird gemäß einem Basiswert (Gfuel_ex_bs), der mittels eines vorbestimmten Basiskennfelds (zum Beispiel des Kennfelds der später beschriebenen 22) berechnet wird, und einem Adaptivkoeffizienten (Kff_ex oder Dkff_ij), der mittels eines vorbestimmten Adaptivkorrekturkennfelds (zum Beispiel der später beschriebenen Formel (20)) berechnet wird; wobei das Basisterm-Korrekturmittel das Adaptivkorrekturkennfeld so korrigiert, dass ein Absolutwert des Rückkopplungskorrekturterms innerhalb einer Periode abnimmt (zum Beispiel der Periode, die der KW-Schlupf-Rückkopplungsausführungsbedingung von Schritt S102 in der später beschriebenen 21 genügt), die zum Realisieren eines Zustands geeignet ist, in dem KW von dem Katalysator schlupft; und das Einspritzungsberechnungsmittel die Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge innerhalb einer Periode (zum Beispiel der Periode, die nicht der KW-Schlupf-Rückkopplungsausführungsbedingung von Schritt S102 in der später beschriebenen 21 genügt), die nicht zum Realisieren eines Zustands geeignet ist, in dem KW vom Katalysator schlupft, basierend nur auf dem Basisterm berechnet.
Gemäß einem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es in diesem Fall bevorzugt, dass das Abgasreinigungssystem ferner ein Fehlerbestimmungsmittel (zum Beispiel die ECU 3, 3B, die den später beschriebenen Fehlerbestimmungsprozess von 26 ausführt) zur Bestimmung, ob ein Auspuff-Kraftstoffeinspritzsystem einschließlich des Katalysators und der Auspuff-Kraftstoffeinspritzvorrichtung fehlerhaft ist, gemäß einem Vergleich zwischen dem Rückkopplungskorrekturterm (DGfuel_ex) und einem vorbestimmten Schwellenwert (DG_Low_NG, DG_High_NG).
Gemäß einem neunten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es in diesem Fall bevorzugt, dass das Abgasreinigungssystem ferner enthält: ein Fehlerbestimmungsmittel (zum Beispiel die ECU 3, 3B, die den später beschriebenen Fehlerbestimmungsprozess von 26 ausführt), zur Bestimmung, ob ein Auspuff-Kraftstoffeinspritzsystem einschließlich des Katalysators und der Auspuff-Kraftstoffeinspritzvorrichtung fehlerhaft ist, gemäß einem Vergleich zwischen dem Adaptivkoeffizienten (Dkff_ij) und einem vorbestimmten Schwellenwert (DKFF_Low_NG, DKFF_High_NG).
Gemäß einem zehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es in diesem Fall bevorzugt, dass das Basisterm-Korrekturmittel die Periode bestimmt, die zum Realisieren eines Zustands geeignet ist, in dem KW vom Katalysator schlupft, in einem Fall, wo die Temperatur des Katalysators höher ist als eine vorbestimmte untere Grenztemperatur, bei der die Erzeugung von N₂O am Katalysator beginnt, und niedriger als eine vorbestimmte obere Grenztemperatur, bei der Kohlenwasserstoffe beginnen, am Katalysator direkt zu oxidieren, und Wasser und Kohlendioxid erzeugt werden.
Gemäß einem elften Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es in diesem Fall bevorzugt, dass ein KW-Oxidationskatalysator (zum Beispiel der später beschriebene CSF 43), der vom Katalysator abgegebenes KW oxidiert, an einer vom stromabwärtigen Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor stromabwärtigen Seite vorgesehen ist, und dass der Sollwert basierend auf einer Oxidationsleistung durch den KW-Oxidationskatalysator gesetzt ist.
In dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge derart gesteuert/geregelt, dass die Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Differenz zwischen dem erfassten Luft/Kraftstoff-Verhältnis, das aus der Ausgabe des stromabwärtigen Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors erhalten wird, und dem geschätzten Luft/Kraftstoff-Verhältnis, das durch das Stromabwärtiges-Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Schätzmittel berechnet wird, einen vorbestimmten Sollwert einnimmt, der nicht Null ist. Wenn KW im Abgas enthalten ist, haben hierin existierende Luft/Kraftstoff-Verhältnissensoren eine Charakteristik, dass sich deren Ausgangswert beträchtlich weiter zur mageren Seite hin verschiebt als tatsächlich gemäß dieser KW-Konzentration. Daher ist das Beibehalten eines Zustands, in dem die Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Differenz zwischen dem erfassten Luft/Kraftstoff-Verhältnis und dem geschätzten Luft/Kraftstoff-Verhältnis nicht Null ist, äquivalent zum Beibehalten eines Zustands, in dem KW-Schlupf zur stromabwärtigen Seite des Katalysators in einer Menge gemäß dem Sollwert schlupft. Darüberhinaus wird ein Zustand des KW-Schlupfs vom Katalysator als ein Zustand betrachtet, in dem die Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge auf einer Menge gehalten wird, die größer ist als die optimale Menge G2 in 29, und ein Zustand, in dem die NOx-Reinigungsrate optimiert wird. Daher ist in der vorliegenden Erfindung, in der die Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge so gesteuert/geregelt wird, dass die Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Differenz einen Sollwert einnimmt, möglich, den KW-Schlupfbetrag auf eine Menge entsprechend dem Sollwert zu drücken, während die NOx-Reinigungsrate so weit wie möglich maximiert wird, ohne eine Berechnung der optimalen Menge für die Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge gemäß der Oxidationsfähigkeit des Katalysators zu durchlaufen, die sich in Abhängigkeit von der Temperatur und dem Alterungsgrad des Katalysators verändert. In anderen Worten, die NOx-Reinigungsrate und der KW-Schlupfbetrag können immer optimiert werden, unabhängig von Änderungen in der Temperatur und dem Alterungsgrad des Katalysators.
Gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann das Luft/Kraftstoff-Verhältnis vom Abgas an der stromabwärtigen Seite des Katalysators im Prinzip aus der Kraftstoffmenge und der Luftmenge im Zylinder geschätzt werden; jedoch treten Fehler aufgrund von Alterung und Unregelmäßigkeit in verschiedenen Vorrichtungen auf. In der vorliegenden Erfindung ist es, durch Berechnung des geschätzten Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, das das Luft/Kraftstoff-Verhältnis vom Abgas an der stromabwärtigen Seite des Katalysators ist, unter Verwendung des stromaufwärtigen Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors, der an der stromaufwärtigen Seite vom Katalysator vorgesehen ist, möglich, den Einfluss der Alterung und Unregelmäßigkeit von verschiedenen Vorrichtungen (zum Beispiel AGR-Ventil, AGR-Kühler, Einlasssensoren, etc.) an der stromaufwärtigen Seite von der Stelle zu verringern, an der der stromaufwärtige Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor im Auspuffkanal vorgesehen ist. Darüber hinaus ist es, indem auf diese Weise die Schätzgenauigkeit verbessert wird, möglich, die KW-Schlupfmenge zur stromabwärtigen Seite des Katalysators auf eine Menge zu steuern/zu regeln, die gemäß dem Sollwert geeignet ist.
Darüber hinaus verschiebt sich die Ausgabe der existierenden Luft/Kraftstoff-Verhältnissensoren beträchtlich weiter zur mageren Seite als aktuell entsprechend der KW-Konzentration, wie oben erwähnt. In anderen Worten, ein Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor, für den der oben erwähnte Verschiebungsbetrag klein ist, beseitigt den Einfluss von KW, indem das gesamte KW oxidiert wird, das sich in der Nähe des Erfassungselements befindet. Aus diesem Grund kann, wenn die Oxidationsleistung des Erfassungselements schwach wird, nicht das gesamte KW oxidiert werden, das sich in der Nähe des Erfassungselements befindet, steigt die Sauerstoffkonzentration in der Nähe des Erfassungselements proportional hierzu an und verschiebt sich die Ausgabe zur mageren Seite hin. In der vorliegenden Erfindung wird der Verschiebungsbetrag der Ausgabe des stromabwärtigen Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors erhöht, indem die Oxidationsleistung des Erfassungselements des stromabwärtigen Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors niedriger gemacht wird als die Oxidationsleistung des Erfassungselements des stromaufwärtigen Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors, wenn zumindest die Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Differenz berechnet wird. Da das Verhältnis der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Differenz relativ zur aktuellen KW-Schlupfmenge hierdurch erhöht werden kann, ist es möglich, die KW-Schlupfmenge genau auf eine Menge entsprechend dem Sollwert zu steuern/zu regeln. Darüber hinaus können die NOx-Reinigungsrate und der KW-Schlupfbetrag hierdurch optimiert werden.
Gemäß dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge derart gesteuert/geregelt, dass die Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Differenz zwischen dem stromauf erfassten Luft/Kraftstoff-Verhältnis, das aus der Ausgabe des stromaufwärtigen Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors erhalten wird, und dem stromab erfassten Luft/Kraftstoff-Verhältnis, das aus der Ausgabe des stromabwärtigen Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors erhalten wird, einen vorbestimmten Sollwert einnimmt, der nicht Null ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung können aus den gleichen Gründen wie oben für ersten und zweiten Aspekte der vorliegenden Erfindung, die NOx-Reinigungsrate und der KW-Schlupfbetrag immer optimiert werden, unabhängig von Änderungen in der Temperatur und dem Alterungsgrad des Katalysators.
Wenn, gemäß dem vierten Aspekt, eine Differenz in den Oxidationsleistungen zwischen dem stromaufwärtigen Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor und dem stromabwärtigen Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor vorgesehen wird, wie oben erwähnt, wird in der vorliegenden Erfindung eine Differenz zwischen den Mengen pro Flächeneinheit des Oxidationsmaterials mit einer KW-Oxidationsfunktion auf den Erfassungselementen vorgesehen. Hierdurch wird es möglich, das Verhältnis der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Differenz relativ zum aktuellen KW-Schlupfbetrag zu erhöhen, ohne die Haltbarkeit und Zuverlässigkeit des Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors schlechter zu machen.
Wenn gemäß dem fünften Aspekt die Differenz in der Oxidationsleistung zwischen dem stromaufwärtigen Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor und dem stromabwärtigen Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor vorgesehen wird, wie oben erwähnt, wird in der vorliegenden Erfindung eine Differenz zwischen den Temperaturen der Erfassungselemente vorgesehen. Hierdurch wird es möglich, die Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Differenz relativ zum aktuellen KW-Schlupfbetrag zu erhöhen, ohne die Haltbarkeit und Zuverlässigkeit des Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors schlechter zu machen. Darüber hinaus ist es mit der vorliegenden Erfindung, indem die vorgenannte Temperaturdifferenz durch das Temperatursteuermittel des stromaufwärtigen Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors und des stromabwärtigen Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors vorgesehen wird, möglich, die Temperatur des Erfassungselements derart zu steuern/zu regeln, dass die Oxidationsleistungen des stromaufwärtigen Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors und des stromabwärtigen Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors gleich werden, wenn es nicht erforderlich ist, Auspuff-Kraftstoff einzuspritzen (das heißt, wenn es nicht notwendig ist, die Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Differenz auf dem Sollwert zu halten); daher kann der Einfluss auf eine andere Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuerung mittels beider Sensoren reduziert werden.
Gemäß dem sechsten Aspekt wird die NOx-Reinigung durch die Einspritzung von Auspuff-Kraftstoff häufig in Hochlastübergangszuständen ausgeführt, und die Ausführungszeit davon ist kurz. Aus diesem Grund könnte es nicht möglich sein, Überschuss-KW-Schlupf oder NOx-Schlupf bei Beginn der NOx-Reinigung durch die Einspritzung von Auspuff-Kraftstoff nur mit der Rückkopplungsfunktion basierend auf dieser obigen Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Differenz zu drücken. Im Gegensatz hierzu ist mit der vorliegenden Erfindung, durch Berechnung der Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge basierend auf dem Basisterm, der aus der in den Katalysator fließenden NOx-Menge errechnet wird, der Temperatur des Katalysators, etc. und dem Korrekturterm, der so berechnet wird, dass die Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Differenz den Sollwert einnimmt, möglich, Auspuff-Kraftstoff rasch in einer geeigneten Menge auch in einem Fall einzuspritzen, wo eine plötzlich NOx-Reinigungsanforderung besteht, und daher können Überschuss-KW-Schlupf und NOx-Schlupf bei Beginn der NOx-Reinigung vermieden werden.
Wenn gemäß dem siebten Aspekt die Auspuff-Kraftstoffeinspritzung so erfolgt, dass die Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Differenz den Sollwert einnimmt, wird ein Zustand beibehalten, in dem KW zur stromabwärtigen Seite des Katalysators schlupft. Jedoch gibt es bei dieser Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Steuerung des Kraftstoffeinspritzmengen-Überschusses eine Periode, die für deren Ausführung geeignet ist, und eine Periode, die hierfür nicht geeignet ist, in Abhängigkeit vom Zustand des Katalysators. In der vorliegenden Erfindung wird die Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge basierend auf dem Basisterm und dem Rückkopplungskorrekturterm in der Periode berechnet, die zum Realisieren eines Zustands geeignet ist, in dem KW schlupft, und ein Adaptivkorrekturkennfeld wird so korrigiert, dass der Absolutwert des Rückkopplungskorrekturterms gleichzeitig abnimmt, während aktiv bewirkt wird, dass KW aus dem Katalysator schlupft. Hierdurch wird es möglich, das Adaptivkorrekturkennfeld des Basisterms in Reaktion auf die Verschlechterung von verschiedenen Vorrichtungen geeignet zu korrigieren. Darüber hinaus ist es durch Berechnung der Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge basierend nur auf dem Basisterm in einer Periode, die nicht zum Realisieren eines Zustands geeignet ist, in dem KW schlupft, möglich, Kraftstoffverschwendung zu vermeiden. Es sollte angemerkt werden, dass hierbei das Adaptivkorrekturkennfeld des Basisterms in Reaktion auf die Verschlechterung von verschiedenen Vorrichtungen geeignet korrigiert wird, während die Rückkopplungsregelung in der vorgenannten Weise ausgeführt wird; daher wird es möglich, die Kraftstoffeinspritzmenge auf eine geeignete Menge zu reduzieren. In anderen Worten, in einer Periode, die nicht zum Realisieren eines Zustands geeignet ist, in dem KW schlupft, lässt sich vermeiden, dass die Kraftstoffeinspritzmenge mehr als erforderlich reduziert wird und die NOx-Reinigungsrate stark abnimmt.
Da gemäß dem achten Aspekt Sensoren, die im Abgas erfassen können, herkömmlich nicht vorhanden sind, ist es schwierig, den Ausfall eines Auspuff-Kraftstoffeinspritzsystems zu bestimmen, das aus einem Katalysator und einer Auspuff-Kraftstoffeinspritzvorrichtung besteht. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, einen Ausfall der Auspuff-Kraftstoffeinspritzsystems zu bestimmen, ohne spezielle Sensoren vorzusehen, mittels einer einfachen Konfiguration, die in einem normalen Fahrzeug vorhanden ist, wie etwa einem Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor. Weil darüber hinaus die NOx-Reinigungsrate auch dann abnehmen wird, wenn das Auspuff-Kraftstoffeinspritzsystem ausfällt, ist es möglich, einen Fehler des Systems zu bestimmen, in dem die NOx-Reinigungsrate überwacht wird; jedoch ist es nicht möglich, die Ursache davon zu spezifizieren. Zum Beispiel wird in dem Fall, wo die Oxidationsleistung des Katalysators zu stark absinkt, die Entstehung von Zwischenprodukten nicht ausreichend sein, und infolgedessen wird die NOx-Reinigungsrate abnehmen. Darüber hinaus wird in dem Fall, wo die Oxidationsleistung des Katalysators zu weit ansteigt, ein Großteil des zugeführten Kraftstoffs direkt oxidieren, und infolge davon wird die NOx-Reinigungsrate abnehmen. In der vorliegenden Erfindung ist es durch die Bestimmung eines Fehlers des Auspuff-Kraftstoffeinspritzsystems mittels des Rückkopplungskorrekturterms möglich, diese Fehlerursachen des Systems zu isolieren.
Gemäß dem neunten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es möglich, den Ausfall des Auspuff-Kraftstoffeinspritzsystems zu bestimmen, ohne einen speziellen Sensor vorzusehen, mittels einer einfachen Konfiguration, die in normalen Fahrzeugen vorhanden ist, wie etwa einem Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor. Darüber hinaus ist es, ähnlich dem oben erwähnten achten Aspekt der vorliegenden Erfindung, durch die Bestimmung eines Fehlers des Auspuff-Kraftstoffeinspritzsystems mittels eines Adaptivkoeffizienten möglich, diese Fehlerursachen des Systems zu isolieren.
Wenn gemäß dem zehnten Aspekt zum Beispiel Kraftstoff von der Auspuff-Kraftstoffeinspritzvorrichtung in einem Zustand eingespritzt wird, in dem die Temperatur des Katalysators niedriger als eine vorbestimmte Temperatur ist, könnte an dem Katalysator N₂O erzeugt werden, das nicht zur NOx-Reinigung beiträgt. Wenn darüber hinaus Kraftstoff von der Auspuff-Kraftstoffeinspritzvorrichtung in einem Zustand eingespritzt wird, in dem die Temperatur des Katalysators höher als eine vorbestimmte Temperatur ist, könnte der eingespritzte Kraftstoff direkt oxidieren und könnten am Katalysator Wasser und Kohlendioxid erzeugt werden. In anderen Worten, in diesem Niedertemperaturbereich oder Hochtemperaturbereich trägt der einspritzte Kraftstoff kaum zu einer Verbesserung der NOx-Reinigungsrate bei. Daher wird in einem solchen Niedertemperaturbereich oder Hochtemperaturbereich das Einspritzen von überschüssigem Kraftstoff, so dass KW zur stromabwärtigen Seite des Katalysators schlupft, als verschwenderisch angesehen. In der vorliegenden Erfindung ist es möglich, den verschwenderischen Kraftstoffverbrauch zu drücken, indem eine Periode bestimmt wird, die zum Realisieren eines Zustands geeignet ist, indem KW von dem Katalysator schlupft, in dem Fall, wo die Temperatur des Katalysators höher als eine vorbestimmte untere Grenztemperatur und niedriger als eine vorbestimmte obere Grenztemperatur ist.
Gemäß dem elften Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es durch das Vorsehen eines KW-Oxidationskatalysators an einer von dem stromabwärtigen Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor stromabwärtigen Seite möglich, eine Ausgabe von KW aus dem System zu verhindern. Darüber hinaus ändert sich die KW-Schlupfmenge gemäß dem Sollwert, wie oben erwähnt. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es durch das Setzen des Sollwerts gemäß der Oxidationsleistung des KW-Oxidationskatalysators möglich, den Sollwert auf einen geeigneten Wert zu setzen, so dass KW nicht aus dem System ausgegeben wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Ansicht, die die Konfiguration eines Motors und eines Abgasreinigungssystems davon gemäß einer ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 zeigt Graphen, die die Beziehungen zwischen einer Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge, wenn NOx mittels des Auspuff-Kraftstoffeinspritzsystems gereinigt wird, einer NOx-Reinigungsrate des LNT, einer KW-Schlupfmenge von dem LNT und der erzeugten Menge von Zwischenprodukten in dem LNT zeigen;
3 zeigt Graphen, die die Beziehung zwischen dem Ausgabewert des Nachkatalysator-LAF-Sensors (vertikale Achse) und dem Istwert davon (horizontale Achse) zeigen;
4 zeigt Graphen, die das Konzept der Rückkopplungsregelung mittels eines NOx-Reinigungsparameters darstellen;
5 ist ein Hauptflussdiagramm, das eine spezifische Sequenz der Zylinderkraftstoffeinspritzsteuerung zeigt, die den Kraftstoffeinspritzmodus gemäß dem Kraftstoffeinspritzventil jedes Zylinders bestimmt;
6 ist ein Flussdiagramm, das eine spezifische Sequenz eines Stöchiometrische-Betriebsbedingungs-Bewertungsprozesses zeigt;
7 ist ein Beispiel eines Kennfelds zum Aktualisieren eines Stöchiometriemodus-Flags (zur Verwendung während des Dreiwege-Reinigungsmodus)
8 ist ein Beispiel eines Kennfelds zum Aktualisieren des Stöchiometriemodus-Flags (zur Verwendung während des gemeinsamen Verwendungsmodus);
9 ist ein Flussdiagramm, das eine spezifische Sequenz eines Zusatz-Kraftstoffeinspritzmengen-Berechnungsprozesses zeigt;
10 ist ein Beispiel eines Kennfelds, das die Kraftstoffeinspritz-Zusatzmenge bestimmt;
11 ist ein Beispiel eines Kennfelds, das ein Zusatzeinspritzverhältnis bestimmt;
12 ist ein Flussdiagramm, das eine spezifische Sequenz eines Soll-Vorkatalysator-Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Berechnungsprozesses zeigt;
13 ist ein Beispiel eines Kennfelds, das ein Soll-Vorkatalysator-Luft/Kraftstoff-Verhältnis während des Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Reinigungsbetriebs zeigt;
14 ist ein Flussdiagramm, das eine spezifische Sequenz einer Vorkatalysator-Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungsberechnung zeigt, die einen Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Kalibrierkoeffizienten bestimmt;
15 ist ein Flussdiagramm, das eine spezifische Sequenz einer Nachkatalysator-Luft/Kraftstoff-Rückkopplungsberechnung zeigt, die ein Soll-Nachkatalysator-Luft/Kraftstoff-Verhältnis bestimmt;
16 ist ein Beispiel eines Kennfelds, das das Soll-Nachkatalysator-Luft/Kraftstoff-Verhältnis unter einem Leicht-fett-Modus zeigt;
17 ist ein Beispiel eines Kennfelds zur Bestimmung eines Dreiwege-Reinigungs-Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses;
18 ist ein Flussdiagramm, das eine spezifische Sequenz des Leicht-fett-Modus-Ende-Bewertungsprozesses zeigt, das ein Reduktionsprozess-Ende-Flag aktualisiert;
19 ist ein Flussdiagramm, das ein spezifisches Beispiel des Leicht-fett-Modus-Ende-Bewertungsprozesses zeigt;
20 ist ein Hauptflussdiagramm, das eine spezifische Sequenz der Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Steuerung zeigt, die einen Einspritzmodus von Auspuff-Kraftstoff durch den Auspuff-Kraftstoffinjektor zeigt;
21 ist eine Fortsetzung des Flussdiagramms von 20;
22 ist ein Beispiel eines Kennfelds zur Bestimmung einer Basis-Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge;
23 ist ein Flussdiagramm, das eine spezifische Sequenz eines Adaptivkoeffizienten-Berechnungsprozesses zeigt (zur Verwendung während der KW-Schlupf-Rückkopplungsregelung);
24 ist ein Beispiel eines Kennfelds zur Berechnung eines NOx-Mengen-Gewichtungsfunktionswerts (oben) und eines LNT-Temperatur-Gewichtungsfunktionswerts (unten);
25 ist ein Flussdiagramm, das eine spezifische Sequenz eines Adaptivkoeffizienten-Berechnungsprozesses zeigt (zur Verwendung während des KW-Schlupf-Unterdrückungsmodus)
26 ist ein Flussdiagramm, das eine spezifische Sequenz eines Fehlerbewertungsprozesses für das Auspuff-Kraftstoffeinspritzsystem zeigt;
27 ist eine Ansicht, die die Konfiguration eines Motors und eines Abgasreinigungssystems davon gemäß einer zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigen;
28 ist eine Ansicht, die die Konfiguration eines herkömmlichen Abgasreinigungssystems vom Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Typ zeigen;
29 zeigt Graphen, die die Beziehungen zwischen der Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge, der NOx-Reinigungsrate, der KW-Schlupfmenge und der erzeugten Menge von Zwischenprodukten zeigt; und
30 zeigt Graphen, die die Beziehungen zwischen der Oxidationsfähigkeit des LNT und der NOx-Reinigungsrate und der erzeugten Menge von Zwischenprodukten zeigt.
Bezugszeichenliste

1: Motor (Verbrennungsmotor)
11: Auspuffkanal
2, 2B: Abgasreinigungssystem
3, 3B ECU: (Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Steuermittel, Stromabwärtiges-Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Schätzmittel, Fehlerbestimmungsmittel)
41 LNT: (Katalysator)
43 CSF: (KW-Oxidationskatalysator)
45: Auspuff-Kraftstoffeinspritzvorrichtung
51, 51B: Vorkatalysator-LAF-Sensor (Stromabwärtiges-Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Schätzmittel, stromaufwärtiger Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor)
52: Nachkatalysator-LAF-Sensor (stromabwärtiger Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor)

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Nachfolgend wird eine erste Ausführung der vorliegenden Erfindung in Bezug auf die Zeichnungen erläutert.
1 ist eine Ansicht, die die Konfiguration eines Verbrennungsmotors (nachfolgend als „Motor” bezeichnet) 1 und eines Abgasreinigungssystems 2 davon gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Der Motor 1 beruht auf so genannter Magerverbrennung, worin das Verbrennungs-Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf magerer als stöchiometrisch gesetzt wird, und ist insbesondere ein Dieselmotor, ein Magerverbrennungs-Benzinmotor oder dergleichen.
Das Abgasreinigungssystem 2 ist so konfiguriert, dass es enthält: einen Mager-NOx-Katalysator (nachfolgend als „LNT” bezeichnet) 41 und einen Abgasreinigungsfilter 43, der in einem Auspuffkanal 11 des Motors 1 vorgesehen ist, eine Auspuff-Kraftstoffeinspritzvorrichtung 45, die Kraftstoff in den Auspuffkanal 11 einspritzt, sowie eine elektronische Steuereinheit (nachfolgend als „ECU” bezeichnet) 3, die den Motor 1 und die Auspuff-Kraftstoffeinspritzvorrichtung 45 steuert/regelt.
Kraftstoffeinspritzventile 43, die Kraftstoff in jeden Zylinder einspritzen, sind an dem Motor 1 vorgesehen. Diese Kraftstoffeinspritzventile 13 sind über eine Treibervorrichtung, die nicht dargestellt ist, mit der ECU 3 verbunden. Die ECU 3 bestimmt eine Kraftstoffeinspritzmenge, eine Kraftstoffeinspritzdauer, etc. gemäß einer Zylinderkraftstoffeinspritzsteuerung, die später in Bezug auf die 5 bis 19 erläutert wird, und die Treibervorrichtung treibt die Kraftstoffeinspritzventile 13 so an, dass der bestimmte Kraftstoffeinspritzmodus realisiert wird.
Der LNT 41 enthält zumindest drei Funktionen einer Oxidationsfunktion, einer DeNOx-Funktion und einer Dreiwege-Reinigungsfunktion. Hierin bezieht sich Oxidationsfunktion auf eine Funktion, im Abgas enthaltenes KW und CO zu oxidieren, während des Magerbetriebs, in dem das Verbrennungs-Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf magerer als stöchiometrisch gesetzt ist. Die DeNOx-Funktion bezieht sich auf eine Funktion, im Abgas enthaltendes NOx zu speichern, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases magerer als stöchiometrisch ist, und wenn Kraftstoff in das Abgas gemäß der Auspuff-Kraftstoffeinspritzung von der Auspuff-Kraftstoffeinspritzvorrichtung 45 zugeführt wird, auf eine Nacheinspritzung von den Kraftstoffeinspritzventilen 13 oder dergleichen, wobei hiermit als Reduktionsmittel NOx reduziert wird. Darüber hinaus bezieht sich die Dreiwege-Reinigungsfunktion auf eine Funktion, gemeinsam KW, CO und NOx zu reinigen, die im Abgas enthalten sind, während des stöchiometrischen Betriebs, indem das Verbrennungs-Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf stöchiometrisch gesetzt ist.
Wie oben erwähnt, kann das NOx im Abgas während des Magerbetriebs mittels der DeNOx-Funktion des LNT 41 gereinigt werden und kann während stöchiometrischem Betrieb mittels der Dreiwege-Reinigungsfunktion des LNT 41 gereinigt werden. Wenn man hierbei vergleicht zwischen dem Fall der NOx-Reinigung mittels der DeNOx-Funktion und dem Fall der NOx-Reinigung mittels der Dreiwege-Reinigungsfunktion, kann der Fall der Verwendung der Dreiwege-Reinigungsfunktion NOx effizienter reinigen. Daher wird zum Beispiel in dem Fall, während Hochlastbetrieb vorliegt und die vom Motor 1 abgegebene NOx-Menge groß wird, ein Fall, wo der LNT 41 keine Aktivität erreicht und nicht in der Lage ist, die DeNOx-Funktion ausreichend zu erfüllen, oder dergleichen, vom Magerbetrieb zum stöchiometrischen Betrieb umgeschaltet, um das Abgas mittels der Dreiwege-Reinigungsfunktion zu reinigen (siehe zum Beispiel in Bezug auf 6, etc., wie später beschrieben wird).
Der Abgasreinigungsfilter 43 sammelt PM mit Kohlenstoff im Abgas als Hauptkomponente, wenn das Abgas durch Mikroporen in der Filterwand hindurch tritt, indem er bewirkt, dass es sich auf der Oberfläche der Filterwand und den Poren in der Filterwand ablagert. Als Baumaterial der Filterwand wird zum Beispiel ein poröser Körper mit Aluminiumtitanat, Cordierit oder dergleichen als Material verwendet. Um darüber hinaus zu verhindern, dass vom LNT 41 schlupfendes KW aus dem Abgasreinigungssystem 2 ausgegeben wird, ist an der Filterwand des Abgasreinigungsfilters 43 ein KW-Oxidationskatalysator vorgesehen, der das KW im Abgas oxidiert. Nachfolgend wird die Abkürzung „CSF” für den Abgasreinigungsfilter 43 verwendet, auf den ein solcher Katalysator geladen ist.
Jedoch ist der Auspuffkanal 41 unterteilt in ein Segment, das innerhalb des nicht dargestellten Motorraums angeordnet ist (dem Motor unmittelbar folgendes Segment) und ein Segment, das unter dem nicht dargestellten Boden des Fahrzeugs angeordnet ist (Unterbodensegment). Das unmittelbar folgende Segment ist dem Motor 1 näher als das Unterbodensegment. Daher hat das unmittelbar folgende Segment eine höhere Durchschnittstemperatur als das Unterbodensegment, und hat auch einen schnelleren Temperaturanstieg nach dem Start des Motors 1. Um daher die oben erwähnte Oxidationsfunktion, die Dreiwege-Reinigungsfunktion und die DeNOx-Funktion so vorteilhaft wie möglich zu erfüllen, ist der LNT 41 in dem Auspuffkanal 11 innerhalb des unmittelbar folgenden Segments vorgesehen.
Wenn PM bis zur Grenze der Sammelfähigkeit des DPF 43 gesammelt wird, nimmt der Druckverlust zu. Aus diesem Grund wird nach Bedarf ein Zwangsregenerationsprozess ausgeführt, um das angesammelte PM durch Verbrennung zu beseitigen, um die Filterfunktion des DPF 43 zu regenerieren. Dieser Zwangsregenerationsprozess führt zum Beispiel eine Nacheinspritzung oder Kraftstoffeinspritzung von der Auspuff-Kraftstoffeinspritzvorrichtung 45 durch, um die Temperatur des in dem DPF 43 fließenden Abgases anzuheben, wodurch das abgelagerte PM in kurzer Zeit durch Verbrennung beseitigt wird.
Die Auspuff-Kraftstoffeinspritzvorrichtung 45 enthält einen Kraftstofftank 451, in dem Kraftstoff gespeichert ist, einen Auspuff-Kraftstoffinjektor 452, der in dem Auspuffkanal 11 an der stromaufwärtigen Seite des LNT 11 vorgesehen ist, sowie eine Druckpumpe 453, die den Kraftstoff innerhalb des Kraftstofftanks 451 unter Druck dem Injektor 452 zuführt. Dieser Auspuff-Kraftstoffinjektor 452 ist mit der ECU 3 über eine nicht dargestellte Treibervorrichtung elektromagnetisch verbunden. In dem Fall, dass Abgas mittels der DeNOx-Funktion des LNT 41 gereinigt wird, bestimmt die ECU 3 die Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge pro Zeiteinheit und die Auspuff-Kraftstoffeinspritzdauer des Auspuff-Kraftstoffinjektors 452 gemäß einer nicht dargestellten Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Steuerung, und die Treibervorrichtung treibt den Auspuff-Kraftstoffinjektor 452 so an, dass der bestimmte Auspuff-Kraftstoffeinspritzmodus realisiert wird.
Jedoch ist es in den letzten Jahren bekannt geworden, dass beim Einspritzen von Kraftstoff von dem Auspuff-Kraftstoffinjektor 452 und Reduzieren von NOx mittels der DeNOx-Funktion des LNT 41, wenn die Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge von dem Auspuff-Kraftstoffinjektor 452 innerhalb eines vorbestimmten Bereichs mit Zyklen von wenigstens 5 Hz fluktuiert, um zu bewirken, dass die Kohlenwasserstoffkonzentration des in den LNT 41 fließenden Abgases oszilliert, an dem LNT Zwischenprodukte erzeugt werden, die von Kohlenwasserstoffen abgeleitet sind, und durch diese Zwischenprodukte das NOx mit hoher Reinigungsrate gereinigt werden kann. Wenn man jedoch Kraftstoff in dem vorgenannten Modus in einem Zustand einspritzt, in dem die Trägertemperatur des LNT 41 nicht höher als etwa 350°C ist, werden ungewünschte Komponenten erzeugt, die nicht zur NOx-Reinigung beitragen (zum Beispiel N₂O), und könnten zur stromabwärtigen Seite des LNT 41 abgegeben werden. Daher spritzt die Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Steuerung den Kraftstoff in der vorgenannten Weise intermittierend nur in einem Fall ein, wo die Trägertemperatur des LNT wenigstens etwa 350°C beträgt, und nicht höher als eine obere Grenztemperatur in der Größenordnung von 630 bis 700°C ist.
Es sollte angemerkt werden, dass nachfolgend der Gegenstand, den man durch Kombinieren der Auspuff-Kraftstoffeinspritzvorrichtung 45 mit dem LNT 41 erreicht, allgemein als Auspuff-Kraftstoffeinspritzsystem bezeichnet wird. Darüber hinaus wird die NOx-Reinigung, deren Zwischenprodukte im LNT 41, durch intermittierendes Einspritzen des Kraftstoffs von dem Auspuff-Kraftstoffinjektor 452 in der vorgenannten Weise erzeugt werden, als Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Reinigungsbetrieb bezeichnet.
Als Sensoren zum Erfassen des Zustands innerhalb des Auspuffkanals 11 und des Zustands des Motors 1 sind mit der ECU 3 verbunden: ein Vorkatalysator-LAF-Sensor 51, ein Nachkatalysator-O₂-Sensor 52, ein Vorkatalysator-Temperatursensor 53, ein Nachkatalysator-Temperatursensor 54, ein Kurbelwinkelstellungssensor 55, ein Akzeleratoröffnungssensor 56, ein Luftströmungssensor 57, ein Umgebungstemperatursensor 58, etc.
Der Vorkatalysator-LAF-Sensor 51 ist in dem Auspuffkanal 11 an der stromaufwärtigen Seite vom LNT 41 und des Auspuff-Kraftstoffinjektors 452 vorgesehen. Der Vorkatalysator-LAF-Sensor 51 befindet sich an der stromaufwärtigen Seite des LNT 41, erfasst das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, bevor Kraftstoff von dem Auspuff-Kraftstoffinjektor 452 eingespritzt wird (das Verhältnis von Kraftstoffkomponenten relativ zum Sauerstoff im Abgas), und schickt an die ECU 3 ein Signal, das im Wesentlichen proportional zum erfassten Wert ist. Der Nachkatalysator-LAF-Sensor 52 ist in dem Auspuffkanal 11 zwischen dem LNT 41 und dem CSF 43 vorgesehen. Der Nachkatalysator-LAF-Sensor 52 erfasst das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases zwischen dem LNT 41 und dem CSF 43, und schickt zur ECU 3 ein Signal, das im Wesentlichen proportional zum erfassten Wert ist. Es sollte angemerkt werden, dass die Signale, die von diesen LAF-Sensoren 51 und 52 ausgegeben werden, zwischen einem fetten Bereich und einem mageren Bereich eine lineare Charakteristik haben.
Heizungen (nicht dargestellt) sind in die Erfassungselemente 51a und 52a dieser LAF-Sensoren 51 und 52 eingebaut. Die ECU 3 setzt unabhängig eine Solltemperatur (Tcmd_laf_up) des Vorkatalysator-LAF-Sensors 51 und die Solltemperatur (Tcmd_laf_ds) des Nachkatalysator-LAF-Sensors 52 jeweils gemäß einer später beschriebenen Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Steuerung (siehe 20) ein und steuert/regelt jeden elektrischen Heizungsstrom derart, dass die oben erwähnten gesetzten Solltemperaturen durch einen Temperatursteuerprozess realisiert werden, der nicht dargestellt ist. Darüber hinaus ist ein Oxidationsmaterial, wie etwa Platin, mit einer KW-Oxidationsfunktion im Abgas, auf der Oberfläche dieser Erfassungselemente 51a und 52a vorgesehen.
Der Vorkatalysator-Temperatursensor 53 ist in dem Auspuffkanal 11 an der stromaufwärtigen Seite vom LNT 41 vorgesehen, und der Nachkatalysator-Temperatursensor 54 ist im Auspuffkanal 11 an der stromabwärtigen Seite vom LNT 41 vorgesehen. Diese Temperatursensoren 53 und 54 erfassen die Temperatur des Abgases, das jeweils in dem LNT 41 und aus dem LNT 41 hinaus fließt, und schicken zur ECU 3 Signale, die im Wesentlichen proportional zu den Erfassungswerten sind. Ein geschätzter Wert der Trägertemperatur des LNT 41, der zwischen den beiden Sensoren 53, 54 vorgesehen ist, wird von der ECU 3 zum Beispiel als gewichteter Mittelwert der Ausgaben dieser Temperatursensoren 53, 54 errechnet.
Der Kurbelwinkelstellungssensor 55 erfasst den Drehwinkel der Kurbelwelle des Motors 1, erzeugt bei jedem vorbestimmten Kurbelwinkel einen Puls, und schickt dieses Pulssignal zur ECU 3. Die Drehzahl des Motors 1 wird basierend auf diesem Pulssignal von der ECU 3 errechnet. Der Akzeleratoröffnungssensor 56 erfasst einen Druckbetrag vom Gaspedal des Fahrzeugs, das nicht dargestellt ist (nachfolgend als „Akzeleratoröffnung” bezeichnet), und schickt zur ECU ein Signal, das im Wesentlichen proportional zum erfassten Wert ist. Die ECU 3 berechnet gemäß dieser Akzeleratoröffnung, der Motordrehzahl, etc., ein vom Fahrer angefordertes Drehmoment. Der Luftströmungsmesser 57 ist im Einlasskanal 12 vorgesehen. Der Luftströmungsmesser 57 erfasst die Einlassluftmenge, die durch den Einlasskanal 12 fließt, und schickt zur ECU 3 ein Signal, das im Wesentlichen proportional zum erfassten Wert ist. Die ECU 3 berechnet gemäß dieser Einlassluftmenge ein Abgasvolumen.
Als nächstes wird das Konzept der Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Steuerung der vorliegenden Erfindung im Bezug auf die 2 bis 4 erläutert.
2 zeigt Graphen, die die Beziehungen zwischen der Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge, wenn NOx mittels der Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Reinigungsoperation gereinigt wird, einer NOx-Reinigungsrate des LNT, einer KW-Schlupfmenge vom LNT und einer erzeugten Menge von Zwischenprodukten in dem LNT zeigt.
Wie in Bezug auf 28 erläutert, ist es, da herkömmlich kein Mittel zum Erfassen oder Schätzen der KW-Schlupfmenge zur stromabwärtigen Seite des LNT vorhanden ist, es nicht möglich gewesen, die Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge aktiv auf eine Menge G2 zu steuern, bei der KW-Schlupf aufzutreten beginnt, oder eine größere Menge als diese G2. Mit der Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Steuerung der vorliegenden Erfindung wird, einhergehend mit dem Setzen eines Sollwerts, der etwas größer als Null ist, für die KW-Schlupfmenge zur stromabwärtigen Seite des LNT (siehe gepunktete Linie in 2) die KW-Schlupfmenge zur stromabwärtigen Seite des LNT durch das Verfahren geschätzt, das in Bezug auf die 3 und 4 später erläutert wird, und die Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge wird derart gesteuert/geregelt, dass dieser geschätzte KW-Schlupfbetrag auf dem oben erwähnten Sollwert gehalten wird. In anderen Worten wird mit der Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Steuerung der vorliegenden Erfindung die Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge auf eine Menge G4 gesteuert/geregelt, die größer als die Menge G2 ist und dem Sollwert der KW-Schlupfmenge entspricht.
Hier werden nun die Effekte erläutert, wenn die KW-Schlupfmenge auf einem Sollwert gehalten wird, der etwas größer als 0 ist. Wie in Bezug auf 30 erläutert, verändern sich hierbei die Einspritzmenge G2, bei der das Auftreten des KW-Schlupfs beginnt, und die Menge G4 in Abhängigkeit von der Oxidationsleistung des LNT. Jedoch ist in einem Zustand, in dem KW leicht vom LNT schlupft, zu berücksichtigen, dass die erzeugte Menge von Zwischenprodukten im LNT angenähert maximiert ist, und hierbei die NOx-Reinigungsrate des LNT, die angenähert maximiert ist, sich auch dann nicht ändert, wenn die Oxidationsleistung des LNT variiert. Daher ist es durch Steuern/Regeln der Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge, um den KW-Schlupfbetrag auf dem Sollwert zu halten, möglich, immer einen Zustand beizubehalten, in dem die NOx-Reinigungsrate maximiert ist, ohne eine Berechnung der optimalen Menge der Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge gemäß der Oxidationsfähigkeit des LNT zu durchlaufen, die sich in Abhängigkeit von der Temperatur des LNT und dem Alterungsgrad verändert.
Als nächstes wird ein Mittel zum Schätzen des KW-Schlupfbetrags der vorliegenden Erfindung erläutert.
3 zeigt Graphen, die die Beziehungen zwischen dem Ausgangswert des Nachkatalysator-LAF-Sensors (vertikale Achse) und dessen Istwert (horizontale Achse) zeigen, das heißt, das Ist-Luft/Kraftstoff-Verhältnis von Abgas am Erfassungsteil des Nachkatalysator-LAF-Sensors zeigen. 3 zeigt die Änderungen im Ausgangswert des Nachkatalysator-LAF-Sensors in dem Fall, wo sich die KW-Konzentration im Abgas ändert, während das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases konstant gemacht wird.
KW ist im Abgas als Restkraftstoffkomponente enthalten, die im Verbrennungsprozess des Luft/Kraftstoff-Gemischs verbrennt. Der LAF-Sensor oxidiert KW in der Nähe des Erfassungselements und gibt ein Signal ab, das im Wesentlichen proportional zur Menge vom Restsauerstoff ist, als Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases aus. Ein allgemeiner LAF-Sensor ist mit einem Oxidationsmaterial an der Oberfläche des Erfassungselements versehen, um die Oxidation von KW zu begünstigen, und erhöht ferner die Temperatur des Erfassungselements mittels einer Heizung. Aus diesem Grund ändert sich, wie an der linken Seite in 3 gezeigt, der Ausgangswert davon auch dann angenähert nicht, wenn sich die KW-Konzentration im Abgas ändert, in dem Fall, wo die Oxidationsleistung des LAF-Sensors ausreichend hoch ist.
Im Gegensatz hierzu verschiebt sich, wie an der rechten Seite in 3 gezeigt, in dem Fall, wo die Oxidationsleistung des LAF-Sensors niedrig ist, der erfasste Wert des LAF-Sensors um diesem Betrag zur mageren Seite hin, da KW vorhanden ist, das in der Nähe des Erfassungselements nicht oxidiert wurde. Dies ist so, weil Sauerstoff um diesen Betrag überschüssig wird, da das KW, das durch den LAF-Sensor nicht oxidiert werden könnte, im noch größeren Überschuss vorhanden ist. Darüber hinaus wird die Größe des Versatzes im Ausgangswert des LAF-Sensors relativ zur KW-Konzentration im Abgas größer, wenn die Oxidationsleistung des LAF-Sensors sinkt. Es sollte angemerkt werden, dass das oben erwähnte Phänomen einer Verschiebung, die im Ausgangswert des LAF-Sensors deshalb auftritt, weil KW im Abgas vorhanden ist, gut bekannt ist, wie zum Beispiel in der ungeprüften japanischen Patentanmeldung, Veröffentlichung Nr. 2007-40130 , und in der ungeprüften japanischen Patentanmeldung, Veröffentlichung Nr. 2011-58440 beschrieben ist.
Da es eine Korrelation mit der KW-Konzentration im Abgas in Differenz zwischen dem Ausgangswert des LAF-Sensors, der an der stromabwärtigen Seite des LNT vorgesehen ist, und dessen Istwert gibt, ist es möglich, die KW-Konzentration (das heißt die KW-Schlupfmenge) des LNT zu schätzen, solange ein Wert erhalten werden kann, der dem Istwert des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses an der stromabwärtigen Seite entspricht. Darüber hinaus werden im Falle der Schätzung der KW-Schlupfmenge mittels eines solchen Offset-Phänomens am Ausgangswert des LAF-Sensors jeweils wenige Modi in einem Mittel berücksichtigt, um die Oxidationsleistung des LAF-Sensors an der stromabwärtigen Seite zu senken, und einem Mittel zum Schätzen des Werts entsprechend dem Istwert des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases an der stromabwärtigen Seite des LNT.
Als Mittel zum Senken der Oxidationsleistung des LAF-Sensors werden insbesondere zum Beispiel die zwei TYPEN 1 und 2 angegeben.
Mit dem TYP 1 wird das Erfassungselement des LAF-Sensors an der stromabwärtigen Seite mittels des Sensorheizers auf eine Temperatur gesteuert, die niedriger als die Temperatur des Erfassungselements des LAF-Sensors an der stromabwärtigen Seite ist.
Mit dem TYP 2 wird die Menge des Oxidationsmaterials pro Flächeneinheit auf der Elementoberfläche des Erfassungselements in dem LAF-Sensor an der stromabwärtigen Seite kleiner gemacht als die Menge des Oxidationsmaterials pro Flächeneinheit auf der Elementoberfläche des Erfassungselements im LAF-Sensor an der stromaufwärtigen Seite. Alternativ wird das Oxidationsmaterial nur auf das Erfassungselement vom LAF-Sensor an der stromaufwärtigen Seite geladen, und wird nicht auf das Erfassungselement des LAF-Sensors an der stromabwärtigen Seite geladen.
Obwohl nachfolgend ein Fall erläutert wird, wo die Oxidationsleistung des LAF-Sensors an der stromabwärtigen Seite gemäß dem TYP 1 absichtlich verringert wird, ist die vorliegende Erfindung darauf nicht beschränkt. Die Oxidationsleistung kann auch gemäß dem TYP 2 oder einer Kombination von TYP 1 und TYP 2 verringert werden.
Darüber hinaus sind als Mittel zum Schätzen des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses vom Abgas an der stromabwärtigen Seite des LNT nachfolgend die zwei Haupttypen 1 und 2 angegeben.
Mit dem TYP 1 wird, unter Verwendung des Ausgangswerts AFact_up des an der stromaufwärtige Seite des LNT vorgesehenen Vorkatalysator-LAF-Sensors und verschiedenen berechneten Werten, das Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis an der stromabwärtigen Seite des LNT geschätzt. Insbesondere wenn Kraftstoff, der in den Zylinder von der diskretisierten Steuerzeit m-1 bis m eingespritzt wird, als Gfuel_tm(m) definiert wird, und der Ausgangswert des Vorkatalysator-LAF-Sensors zur Zeit m als AFact_up(m) definiert wird, wird eine Neuluftmenge Gair_ex(m) basierend auf der Ausgabe dieses Vorkatalysator-LAF-Sensors durch die folgende Formel (1-1) repräsentiert. Es sollte angemerkt werden, dass die Zeit dc_i in der Formel (1-1) einer Zeit entspricht, bis das im Zylinder verbrannte Luft/Kraftstoff-Gemisch den Auspuff-Kraftstoffinjektor erreicht. Diese Zylinderinjektor-Ankunftszeit dc_i kann ein vorab bestimmter Festwert sein, oder kann ein Wert sein, der gemäß dem Abgasvolumen, dem Motorlastparameter, der Motordrehzahl, etc. variabel gesetzt wird. Darüber hinaus wird, mittels der Neuluftmenge Gair_ex, basierend auf der LAF-Sensorausgabe und der Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge Gfuel_ex, theoretisch, das Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AF_exh_id_up(m) der stromaufwärtigen Seite des LNT zur Zeit m (in der Nähe des Auspuff-Kraftstoffinjektors) durch die folgende Formel (1-2) repräsentiert. Hierin werden die Kraftstoffmenge Gfuel_tm und die Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge Gfuel_ex mittels der berechneten Werte der Zylinderkraftstoffeinspritzsteuerung und der später beschriebenen Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Steuerung berechnet.
Es sollte angemerkt werden, dass, wie in Formel (1-2), das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases bei der Berechnung, errechnet aus der zugeführten Kraftstoffmenge und der Neuluftmenge, abgekürzt ist, und nachfolgend als ideales Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis bezeichnet wird. Wenn man darüber hinaus Fehler beseitigt, wie etwa das Anhaften von Kraftstoff am LNT und Sauerstoffspeicherung, sind das ideale Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AF_exh_id_up an der stromaufwärtigen Seite des LNT und das ideale Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AF_exh_id_ds an der stromabwärtigen Seite gleich.
Wenn man daher die Zeit, in der das Abgas von dem Auspuff-Kraftstoffinjektor die stromabwärtige Seite des LNT erreicht, als dLNT definiert, wird das ideale Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AF_exh_id_ds(m) an der stromabwärtigen Seite des LNT zur Zeit m durch die folgende Formel (1-3) repräsentiert. Es sollte angemerkt werden, dass die Zeit dLNT in der Formel (1-3) ein Festwert sein kann oder ein variabel gesetzter Wert sein kann, ähnlich der oben erwähnten Zeit dc_i. Mit dem TYP 1 wird das ideale Luft/Kraftstoff-Verhältnis AF_exh_id_ds, das gemäß den Formeln (1-1) bis (1-3) berechnet wird, als der geschätzte Wert des Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses an der stromabwärtigen Seite des LNT verwendet, das heißt der Istwert für den Ausgangswert AFact_ds des Nachkatalysator-LAF-Sensors, der an der stromabwärtigen Seite des LNT vorgesehen ist. Gair_ex(m) = AFact_up(m)·Gfuel_tm(m – dc_i) (1-1) AF_exh_id_up(m) = Gair_ex(m)/(Gfuel_tm(m – dc_i) + Gfuel_ex(m)) (1-2) AF_exh_id_ds(m) = AF_exh_id_up(m – dLNT) (1-3)
Mit dem TYP 2 wird, im Gegensatz zum oben erwähnten TYP 1, das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases an der stromabwärtigen Seite des LNT basierend auf dem Ausgangswert eines anderen Sensors und von verschiedenen berechneten Werten geschätzt, ohne den Ausgangswert AFact_ds des Vorkatalysator-LAF-Sensors zu benutzen. Insbesondere wenn mit dem TYP 2 die Kraftstoffmenge, die in den Zylinder von der Zeit m-1 bis m eingespritzt wird, als Gfuel_tm(m) definiert wird, die Kraftstoffmenge, die von dem Auspuff-Kraftstoffinjektor von der Zeit m-1 bis m eingespritzt wird, als Gfuel_ex(m) definiert wird, und der geschätzte Wert der Neuluftmenge, die von der Zeit m-1 bis m in den Zylinder angesaugt wird, als Gair_cyl_hat_tm(m) definiert wird, wird das ideale Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AF_ex_id_up(m) an der stromaufwärtigen Seite des LNT zur Zeit m gemäß der folgenden Formel (2-1) berechnet. Hierin wird der geschätzte Wert Gair_cyl_hat_tm der Neuluftmenge zum Beispiel basierend auf dem Ausgangswert des Luftströmungsmessers berechnet. Wenn man daher die Zeit, damit das Abgas an der stromabwärtigen Seite des LNT von dem Auspuff-Kraftstoffinjektor ankommt, als dLNT definiert, wird das ideale Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AF_exh_id_ds(m) an der stromabwärtigen Seite des LNT zur Zeit m durch die folgende Formel (2-2) repräsentiert. Mit dem TYP 2 wird das ideale Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis, das gemäß den Formeln (2-1) und (2-2) berechnet wird, als der geschätzte Wert des Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses an der stromabwärtigen Seite des LNT verwendet. AF_exh_id_up(m) = Gair_cyl_hat_tm (m – dc_i)/(Gfuel_tm(m – dc_i) + Gfuel_ex(m)) (2-1) AF_exh_id_ds(m) = AF_exh_id_up(m – dLNT) (2-2)
Es sollte angemerkt werden, dass beim TYP 1 die Neuluftmenge mittels des im Auspuffkanal vorgesehenen Vorkatalysator-LAF-Sensors berechnet wird; wohingegen beim TYP 2 die Neuluftmenge mittels des im Einlasskanal vorgesehenen Luftströmungsmessers berechnet wird. Wenn man zwischen dem TYP 1 und TYP 2 vergleicht, wird aus diesem Grund daran gedacht, dass der TYP 1 eine höhere Schätzgenauigkeit in Bezug auf den Fehler in verschiedenen Vorrichtungen weiter an der stromaufwärtigen Seite als der Vorkatalysator-LAF-Sensor hat, der beseitigt ist. Es sollte angemerkt werden, dass, obwohl nachfolgend ein Fall beschrieben wird, wo das Luft/Kraftstoff-Verhältnis an der stromabwärtigen Seite gemäß TYP 1 geschätzt wird, der den Vorkatalysator-LAF-Sensor verwendet, die vorliegende Erfindung darauf nicht beschränkt ist. Es ist auch möglich, das Luft/Kraftstoff-Verhältnis an der stromabwärtigen Seite gemäß dem oben erwähnten TYP 2 zu schätzen, in dem Fall, wo der Vorkatalysator-LAF-Sensor nicht vorgesehen ist.
Zurück in Bezug auf 3 wird in der vorliegenden Erfindung, indem absichtlich veranlasst wird, dass die Oxidationsleistung des stromabwärtigen LAF-Sensors durch gewisse Mittel der oben erwähnten TYPEN 1 und 2 gesenkt wird, eine Verschiebung vom Istwert im Ausgangswert AFact_ds gemäß der KW-Konzentration auftritt, wie an der rechten Seite in 3 gezeigt. Ferner wird in der vorliegenden Erfindung das ideale Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AF_exh_id_ds vom Abgas an der stromabwärtigen Seite des LNT durch gewisse Mittel des oben erwähnten TYPS 1 und 2 berechnet, und indem dieses als Istwert verwendet wird, wird der NOx-Reinigungsparameter P_LNT des LNT entsprechend dem KW-Schlupfbetrag an der stromabwärtigen Seite des LNT berechnet. Insbesondere wird dieser Reinigungsparameter P_LNT definiert als die Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Differenz, die man durch Subtrahieren des idealen Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses AF_exh_id_ds, das gemäß Formel (1-3) oder (2-2) berechnet wird, von dem Ausgabewert AFact_ds des stromabwärtigen LAF-Sensors erhält, bei dem die Ausgabe gemäß der KW-Konzentration versetzt ist (siehe folgende Formel (3)). P_LNT(m) = AFact_ds(m) – AF_exh_id_ds(m) = AFact_ds(m) – AF_exh_id_up(m – dLNT) (3)
4 zeigt Graphen, die das Konzept der Rückkopplungsregelung der vorliegenden Erfindung mittels des NOx-Reinigungsparameters P_LNT darstellen.
Wie in 4 gezeigt, hat der NOx-Reinigungsparameter P_LNT eine Charakteristik, die im Wesentlichen proportional zur KW-Konzentration an der stromabwärtigen Seite des LNT ist (das heißt dem KW-Schlupfbetrag). Daher ist das Steuern des NOx-Reinigungsparameters auf einen vorbestimmten Sollwert P_LNT_cmd, der nicht 0 ist, äquivalent dazu, den KW-Schlupfbetrag beizubehalten, der bei dem virtuellen Sollwert HC_SLP_CMD nicht direkt erfasst werden kann. In der vorliegenden Erfindung wird durch Steuern des NOx-Reinigungsparameters auf den Sollwert P_LNT_cmd ein Zustand realisiert, in dem die NOx-Reinigungsrate des LNT angenähert maximiert ist, während der KW-Schlupfbetrag auf einen Betrag auf ein Ausmaß gedrückt wird, das die verarbeitbare Menge durch den CSF an der stromabwärtigen Seite des LNT nicht überschreitet (das heißt ein Zustand, in dem die erzeugte Menge von Zwischenprodukten angenähert maximiert ist). Es sollte angemerkt werden, dass nachfolgend eine Rückkopplungsregelung mittels des Parameters P_LNT, der, obwohl leicht, mit dem aktiven KW-Schlupf auf der stromabwärtigen Seite des LNT einhergeht, als KW-Schlupf-Rückkopplungsregelung bezeichnet wird.
Nun wird eine bestimmte Sequenz zum Realisieren der Zylinderkraftstoffeinspritzsteuerung und der Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Steuerung in Bezug auf die 5 bis 26 erläutert.
5 ist ein Hauptflussdiagramm, das die spezifische Sequenz der Zylinderkraftstoffeinspritzsteuerung zeigt, zum Bestimmen des Kraftstoffeinspritzmodus durch die Kraftstoffeinspritzventile jedes Zylinders. Der in 5 gezeigte Prozess wird synchron mit der OT-Zeitgebung des Zylinders bei einem jeden Verbrennungszyklus in der ECU ausgeführt. Es sollte angemerkt werden, dass nachfolgend das Symbol „k” in Parenthese Werten hinzugefügt ist, die synchron mit OT in der ECU aktualisiert oder abgetastet werden.
Vor der Erläuterung der spezifischen Sequenz durch Bezugnahme auf 5, etc. werden die drei Typen der Hauptbetriebsmodi erläutert, die für die Zylinderkraftstoffeinspritzsteuerung und die Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Steuerung definiert sind. Die Betriebsmodi sind unterteilt in einen Mager-Betriebsmodus, einen stöchiometrischen Betriebsmodus und einen Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Reinigungsbetriebsmodus. Nachfolgend werden, zur Veranschaulichung, welche Betriebsmodi ausgeführt werden, oder die Zustände, in denen die Ausführung dieses Betriebsmodus unter diesen drei Betriebsmodi erforderlich ist, die zwei Typen von Flags des Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Reinigungsbetriebsmodus-Flags F_ExINJ_mode und des Stöchiometriemodus-Flags F_Stoic_mode definiert. Es sollte angemerkt werden, dass das Flag F_ExINJ_mode durch die in den 20 und 21 gezeigte Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Steuerung aktualisiert wird, und das Flag F_Stoic_mode durch den Prozess aktualisiert wird, der in der später beschriebenen 6 gezeigt ist.
Der Mager-Betriebsmodus ist ein Betriebsmodus, der das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Luft/Kraftstoff-Gemischs magerer als stöchiometrisch macht. Es sollte angemerkt werden, dass im Falle der Anforderung des Mager-Betriebsmodus, oder im Falle der Ausführung des Mager-Betriebsmodus, die zwei Flags F_ExINJ_mode und F_Stoic_mode beide auf „0” gesetzt werden.
Der stöchiometrische Betriebsmodus ist ein Betriebsmodus, der Abgas mittels der Dreiwege-Reinigungsfunktion des LNT reinigt, durch Ausführung einer Rückkopplungsregelung mittels der Ausgaben des Vorkatalysator-LAF-Sensors und des Nachkatalysator-LAF-Sensors. Es sollte angemerkt werden, dass in dem Fall, dass der stöchiometrische Betriebsmodus ausgeführt wird, oder in dem Fall, dass der stöchiometrische Betriebsmodus angefordert wird, das Flag F_Stoic_mode auf „1” gesetzt wird.
Der Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Reinigungsbetriebsmodus ist ein Betriebsmodus, der das Abgas reinigt, während die erzeugte Menge von Zwischenprodukten im LNT maximiert wird, durch Bestimmung der Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge gemäß der KW-Schlupf-Rückkopplungsregelung, wie in Bezug auf die 2 bis 4 erläutert, und durch intermittierendes Einspritzen von Kraftstoff in der bestimmten Menge von dem Auspuff-Kraftstoffinjektor, wie oben beschrieben. Es sollte angemerkt werden, dass in dem Fall, wo der Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Reinigungsbetriebsmodus angefordert wird, oder in dem Fall, wo der Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Reinigungsbetriebsmodus ausgeführt wird, das Flag F_ExINJ_mode auf „1” gesetzt wird.
In Schritt S1 wird die Basis-Kraftstoffeinspritzmenge Gfuel_bs(k) durch Absuchen eines vorab erstellten Kennfelds (nicht dargestellt) gemäß dem Betriebszustand des Motors bestimmt, und dann geht der Prozess zu Schritt S2 weiter. Diese Basis-Kraftstoffeinspritzmenge entspricht zum Beispiel der Zylinderkraftstoffeinspritzmenge während Magerbetrieb (siehe später beschriebener Schritt S13). Während des stöchiometrischen Betriebs und während des Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Reinigungsbetriebs, der im Detail später beschrieben wird, wird ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturfaktor KAF(k), der basierend auf den Ausgaben des Vorkatalysator-LAF-Sensors und des Nachkatalysator-LAF-Sensors berechnet wird, mit der Basis-Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge multipliziert (siehe später beschriebener Schritt S10). Darüber hinaus können als Beispiel Eingabeparameter angegeben werden, die den Betriebszustand des Motors angeben und dazu benutzt werden, zum Beispiel die Basis-Kraftstoffeinspritzmenge, das vom Fahrer angeforderte Drehmoment, die Motordrehzahl, etc. zu bestimmen.
In Schritt S2 wird bestimmt, ob die Vorrichtungen, die sich auf die Zylinderkraftstoffeinspritzsteuerung und die Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Steuerung beziehen, normal sind. Die sich auf die Bestimmung in Schritt S2 bezogenen Vorrichtungen sind zum Beispiel das Einlassdrossel- und AGR-Ventil (nicht dargestellt) und der Vorkatalysator-LAF-Sensor, Nachkatalysator-LAF-Sensor, Temperatursensoren, etc., die zur Durchführung des stöchiometrischen Betriebs erforderlich sind. Falls die Bestimmung in Schritt S2 JA ist (falls die Vorrichtungen normal sind), geht der Prozess zu Schritt S3 weiter, und falls NEIN (falls die Vorrichtungen nicht normal sind) geht der Prozess zu Schritt S13 weiter, und der Magerbetrieb wird unabhängig von den Zuständen der beiden Flags ausgeführt.
In Schritt S3 wird bestimmt, ob der LNT im aktiven Zustand ist. Insbesondere wird in Schritt S3 der geschätzte Wert für die Trägertemperatur des LNT berechnet, und falls der geschätzte Wert zumindest eine vorbestimmte Aktivierungstemperatur (zum Beispiel 200°C) ist, wird bestimmt, dass er im aktiven Zustand ist, und in anderen Fällen als diesem wird bestimmt, dass er nicht im aktiven Zustand ist. Falls die Bestimmung in Schritt S3 JA ist, geht der Prozess zu Schritt S5 weiter, und falls NEIN, geht der Prozess zu Schritt S13 weiter und wird der Magerbetrieb ausgeführt.
In Schritt S5 wird ein Stöchiometrischer-Betriebszustand-Bewertungsprozess ausgeführt, um die Möglichkeit der Ausführung des stöchiometrischen Betriebs zu bestimmen, und dann geht der Prozess zu Schritt S6 weiter. In diesem Stöchiometrischer-Betriebszustand-Bewertungsprozess wird bestimmt, ob ein Zustand vorliegt, der zur Durchführung des stöchiometrischen Betriebs entsprechend dem Betriebszustand des Motors geeignet ist, einen Zustand des LNT im Auspuffkanal, etc. geeignet ist (siehe später beschriebene 6). Als Ergebnis dieses Prozesses wird, falls bestimmt wird, dass ein zur Durchführung des stöchiometrischer Betriebs geeigneter Zustand vorliegt, das Stöchiometriemodus-Flag F_Stoic_mode(k) auf „1” gesetzt, und in anderen Fällen als diesem wird das Flag F_Stoic_mode(k) auf „0” gesetzt.
In Schritt S6 wird bestimmt, ob eines der beiden Flags F_Stoic_mode(k) und F_ExINJ_mode „1” ist. Falls die Bestimmung in Schritt S6 JA ist, geht der Prozess zu Schritt S7 weiter, und falls NEIN, geht der Prozess zu Schritt S13 weiter und wird der Magerbetrieb ausgeführt.
In Schritt S7 wird der später beschriebene Zusatzkraftstoffeinspritzmengen-Berechnungsprozess ausgeführt, und dann geht der Prozess zu Schritt S8 weiter. Hierin bezieht sich die Zusatzeinspritzung auf Abkürzungen von Nacheinspritzung und Auspuff-Kraftstoffeinspritzung. Wie in Bezug auf 9 später im Detail erläutert, werden, mit diesem Zusatzkraftstoffeinspritzmengen-Berechnungsprozess, die Nacheinspritzmenge Gfuel_aft(k) und die Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge Gfuel_ex_add(k) während des stöchiometrischen Betriebs oder während des Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Reinigungsbetriebs bestimmt.
In Schritt S8 wird die durch Piloteinspritzung zugeführte Kraftstoffmenge Gfuel_pi(k) (nachfolgend als „Piloteinspritzmenge” gezeichnet) berechnet, und dann geht der Prozess zu Schritt S9 weiter. Es sollte angemerkt werden, dass diese Piloteinspritzmenge Gfuel_pi(k) gemäß einem bekannten Verfahren, wie etwa Kennfeldabfrage, mit der Motordrehzahl, Lastparametern (zum Beispiel BMEP). Zusätzlich werden Parameter, die proportional zur Last des Motors größer werden, verwendet, wie etwa angefordertes Drehmoment, Kraftstoffeinspritzmenge, geschätzter Wert des Motordrehmoments und Abgasvolumen), etc. als Eingaben berechnet.
In Schritt S9 wird die später beschriebene Soll-Vorkatalysator-Luft/Kraftstoff-Verhältnisberechnung ausgeführt, und dann geht der Prozess zu Schritt S10 weiter. Bei dieser Soll-Vorkatalysator-Luft/Kraftstoff-Verhältnisberechnung werden der Sollwert AFcmd(k) für den Ausgabewert AFcmd_up(k) des Vorkatalysator-LAF-Sensors und der vorläufige Wert Gfuel_cyl(k) für die Zylinderkraftstoffeinspritzmenge bestimmt (siehe später beschriebene 12). Hierin ist die „Zylinderkraftstoffeinspritzmenge” die Gesamtmenge des Kraftstoffs, die während eines Verbrennungszyklus zur Verbrennung in die Zylinder geliefert wird, und entspricht einem Wert, bei dem man ankommt, indem man den gesamten eingespritzten Kraftstoff durch Piloteinspritzung, Haupteinspritzung und Nacheinspritzung kombiniert. In anderen Worten, die vom Auspuff-Kraftstoffinjektor eingespritzte Kraftstoffmenge ist in dieser Zylinderkraftstoffeinspritzmenge nicht enthalten.
In Schritt S10 wird die später beschriebene Vorkatalysator-Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungsberechnung ausgeführt, und dann geht der Prozess zu Schritt S11 weiter. Bei dieser Vorkatalysator-Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungsberechnung wird ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturfaktor KAF(k) zum Steuern/Regeln des Ausgabewerts AFcmd_up(k) des Vorkatalysator-LAF-Sensors auf den in Schritt S7 berechneten Sollwert AFcmd(k) berechnet.
In Schritt S11 wird, durch Multiplizieren des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturfaktors KAF(k) mit dem in Schritt S10 berechneten vorläufigen Wert Gfuel_cyl(k) der Zylinderkraftstoffeinspritzmenge, die letztendliche Zylinderkraftstoffeinspritzmenge Gfuel(k) bestimmt (siehe folgende Formel (4)), und dann geht der Prozess zu Schritt S12 weiter. Gfuel(k) = KAF(k)·Gfuel_cyl(k) (4)
In Schritt S12 wird die Kraftstoffmenge Gfuel_main(k) (nachfolgend als „Haupteinspritzmenge” bezeichnet), die durch Haupteinspritzung zugeführt wird, berechnet, indem die oben erwähnte, in Schritt S7 bestimmte Nacheinspritzmenge Gfuel_aft(k) und die in Schritt S8 bestimmte Piloteinspritzmenge Gfuel_pi(k) von der Zylinderkraftstoffeinspritzmenge Gfuel(k) subtrahiert wird (siehe folgende Formel (5)), und dann wird dieser Prozess beendet. Gfuel_main(k) = Gfuel(k) – Gfuel_aft(k) – Gfuel_pi(k) (5)
In Schritt S13 wird die in Schritt S1 erhaltene Basis-Kraftstoffeinspritzmenge Gfuel_bs(k) als die letztendliche Zylinderkraftstoffeinspritzmenge Gfuel(k) während Magerbetrieb bestimmt, und dann geht der Prozess zu Schritt S14 weiter. In Schritt S14 wird der Kraftstoffeinspritzmodus entsprechend einem vorbestimmten Algorithmus (nicht dargestellt) bestimmt, der für während Mager-Betriebsmodus erstellt ist, und dann wird dieser Prozess beendet.
6 ist ein Flussdiagramm, das eine spezifische Sequenz des Stöchiometrischer-Betriebszustand-Bewertungsprozesses zum Aktualisieren des Stöchiometriemodus-Flags F_Stoic_mode zeigt. In anderen Worten, 6 ist ein Flussdiagramm zur Bestimmung, ob der stöchiometrische Betrieb oder der Magerbetrieb durchgeführt werden soll. Der in 6 gezeigte Prozess wird mit der gleichen Periode (OT-synchron) wie eine Unterroutine des in 5 gezeigten Hauptprozesses ausgeführt.
In Schritt S21 wird bestimmt, ob eine vorbestimmte LNT-Schutzbedingung erfüllt ist, die gesetzt ist, um den LNT vor Hitze zu schützen. Wenn der stöchiometrische Betrieb ausgeführt wird, steigt die Abgastemperatur an und steigt auch die Trägertemperatur des Katalysators innerhalb des Auspuffkanals an. Da der LNT in der Nähe des Motors ist, ist auch der Temperaturanstieg während der Ausführung des stöchiometrischen Betriebs groß. Die LNT-Schutzbedingung ist eine Bedingung, die gesetzt ist, um eine Verschlechterung des LNT mit Temperaturanstieg zu verhindern. Insbesondere wird in Schritt S21 der geschätzte Wert für die Trägertemperatur des LNT berechnet, und es wird bestimmt, dass die Schutzbedingung erfüllt ist, falls der geschätzte Wert kleiner als eine vorbestimmte LNT-Schutztemperatur ist, die zum Beispiel in die Größenordnung von 630 bis 700°C gesetzt ist, und in anderen Fällen als diesen wird bestimmt, dass die Schutzbedingung nicht erfüllt ist. Falls die Bestimmung in Schritt S21 NEIN ist, geht der Schritt zu S22 weiter, wird das Flag F_Stoic_mode auf „0” gesetzt, um den stöchiometrischen Betrieb zu verhindern, und geht der Prozess zu Schritt S6 in 5 zurück. Falls die Bestimmung in Schritt S21 JA ist, geht der Prozess zu Schritt S23 weiter.
In Schritt S23 wird bestimmt, dass der LNT den aktiven Zustand erreicht hat. Insbesondere wird in Schritt S23 bestimmt, ob der geschätzte Wert für die Trägertemperatur des LNT zumindest eine vorbestimmte Aktivierungstemperatur hat, die zum Beispiel in die Größenordnung von 200°C gesetzt ist. Falls die Bestimmung in Schritt S23 NEIN ist, geht der Prozess zu Schritt S22 weiter, wird das Flag F_Stoic_mode auf „0” gesetzt, um den stöchiometrischen Betrieb zu verhindern, und kehrt der Prozess zu Schritt S6 in 5 zurück. Falls die Bestimmung in Schritt S23 JA ist, geht der Prozess zu Schritt S24 weiter.
In Schritt S24 wird bestimmt, ob das Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Reinigungsbetriebsmodus-Flag F_ExINJ_mode „1” ist. Falls die Bestimmung in Schritt S23 JA ist, geht der Prozess zu Schritt S22 weiter, wird das Flag F_Stoic_mode auf „0” gesetzt, um den stöchiometrischen Betrieb zu verhindern, und kehrt der Prozess zu Schritt S6 in 5 zurück. Falls die Bestimmung in Schritt S24 NEIN ist, geht der Prozess zu Schritt S25 weiter.
In Schritt S25 wird bestimmt, ob die NOx-Reinigungsbedingung durch das Auspuff-Kraftstoffeinspritzsystem erfüllt ist. Diese NOx-Reinigungsbedingung ist eine Bedingung zur Bestimmung, ob ein Zustand vorliegt, in dem NOx durch das Auspuff-Kraftstoffeinspritzsystem im Abgas mit einer geeigneten Reinigungsrate gereinigt werden kann, ohne ungewünschte Komponenten (zum Beispiel N₂O) von dem LNT abzugeben. Insbesondere wird in Schritt S25 bestimmt, dass die NOx-Reinigungsbedingung erfüllt ist, falls der geschätzte Wert für die Trägertemperatur des LNT zumindest eine Reinigungstemperatur ist, die zum Beispiel in die Größenordnung von 350 bis 400°C gesetzt ist. Es sollte angemerkt werden, dass für den Fall, dass die Bestimmung in Schritt S25 NEIN ist, angenommen wird, dass ein Fall während eines Aufwärmprozesses unmittelbar nach Startbeginn des Motors, ein Fall der Fahrt im Stadtbereich und der Temperaturabsenkung des LNT, etc. vorliegt.
Falls die Bestimmung in Schritt S25 NEIN ist, geht der Prozess zu Schritt S26 weiter und wird das Stöchiometriemodus-Flag F_Stoic_mode(k) mittels eines Kennfelds für während Dreiwege-Reinigungsmodus aktualisiert, der mehr Wert auf die Abgasreinigung mittels der Dreiwege-Reinigungsfunktion des LNT legt als NOx-Reinigung durch das Auspuff-Kraftstoffeinspritzsystem. Insbesondere wird der Wert des Flags F_Stoic_mode(k) bestimmt, indem die Motordrehzahl und Lastparameter der Motordrehung (zum Beispiel BMEP, etc.) erfasst werden, und das Kennfeld für während Dreiwege-Reinigungsmodus abgesucht wird, wie etwa dem in 7 gezeigten, mit diesen als Eingangsparametern. Wie in 7 mit der gestrichelten Linie gezeigt, wird, wenn die Betriebszustände des Motors grob in vier Bereiche unterteilt werden, der stöchiometrische Betrieb in den drei Bereichen von Niederdrehzahl-Hochlastbereich, Hochdrehzahl-Niederlastbereich und Hochdrehzahl-Hochlastbereich (F_Stoic_mode < –1) ausgewählt, worin die NOx-Menge, die vom Motor abgegeben wird und in den LNT fließt, groß ist, und wird der Magerbetrieb im Niederdrehzahl-Niederlastbereich (F_Stoic_mode < –0) gewählt, worin die in den LNT fließende NOx-Menge gering ist.
Falls die Bestimmung in Schritt S25 JA ist, geht der Prozess zu Schritt S27 weiter und wird das Stöchiometriemodus-Flag F_Stoic_mode(k) mittels des Kennfelds für während gemeinsamem Verwendungsmodus der NOx-Reinigung durch das Auspuff-Kraftstoffeinspritzsystem und Abgasreinigung mittels der Dreiwege-Reinigungsfunktion des LNT aktualisiert. Insbesondere wird der Wert des Flags F_Stoic_mode(k) bestimmt, indem die Motordrehzahl und der Lastparameter erfasst werden, und wird das Kennfeld für während gemeinsamem Verwendungsmodus abgesucht, wie etwa dem in 8 gezeigten, mit diesen als Eingangsparametern. Es sollte angemerkt werden, dass, wenn man das Kennfeld für während Dreiwege-Reinigungsmodus von 7 und das Kennfeld für den gemeinsamen Verwendungsmodus von 8 vergleicht, der Bereich, in dem der stöchiometrische Betrieb gewählt wird (F_Stoic_mode < –1), beim Kennfeld für während gemeinsamem Verwendungsmodus von 8 schmaler ist. Dies ist so, weil im Fall, dass die Bestimmung in Schritt S27 JA ist, die NOx-Menge, die von dem Auspuff-Kraftstoffeinspritzsystem gereinigt werden kann, größer ist als im Fall von NEIN.
9 ist Flussdiagramm, das eine spezifische Sequenz des Zusatz-Kraftstoffeinspritzmengen-Berechnungsprozesses zeigt. Der in 9 gezeigte Prozess wird mit der gleichen Periode (OT-synchron) während des stöchiometrischen Betriebs oder des Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Reinigungsbetriebs ausgeführt, als Unterroutine des in 5 gezeigten Hauptprozesses. Bei diesem Zusatzkraftstoffeinspritzmengen-Berechnungsprozess werden die Nacheinspritzmenge Gfuel_aft(k), die die durch Nacheinspritzung zugeführte Kraftstoffmenge ist, und die zusätzliche Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge Gfuel_ex_add(k), die der Kraftstoffmenge entspricht, die von dem Auspuff-Kraftstoffinjektor eingespritzt wird, als Alternative zur Nacheinspritzung, bestimmt.
In Schritt S31 wird die zusätzliche Kraftstoffeinspritzmenge Gadd, die eine Menge ist, die man durch Kombinieren der Nacheinspritzmenge und der zusätzlichen Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge erlangt, berechnet, und dann geht der Prozess zu Schritt S32 weiter. Insbesondere wird diese in Schritt S31 mit einem bekannten Verfahren, wie etwa Kennfeldabsuche, mit der Motordrehzahl, Lastparameter, etc. als Eingaben berechnet.
10 ist ein Beispiel eines Kennfelds zur Bestimmung der zusätzlichen Kraftstoffeinspritzmenge Gadd(k). Wie in 10 gezeigt, wird die zusätzliche Kraftstoffeinspritzmenge Gadd auf einen größeren Wert gesetzt, wenn die Motordrehzahl ansteigt, oder wenn die Motorlast zunimmt.
In Schritt S32 wird bestimmt, ob ein Fehlerflag F_exINJ_NG, das angibt, dass das Auspuff-Kraftstoffeinspritzventil in einem fehlerhaften Zustand ist, „0” ist. Dieses Fehlerflag F_ExINJ_NG wird gemäß dem Prozess aktualisiert, der in der später beschriebenen 26 gezeigt ist. Falls das Auspuff-Kraftstoffeinspritzsystem normal ist, ist F_ExINJ_NG = 0, und falls es fehlerhaft ist, ist F_ExINJ_NG = 1. Falls die Bestimmung in Schritt S32 NEIN ist und ein Zustand vorliegt, in dem vom Auspuff-Kraftstoffinjektor kein Kraftstoff eingespritzt werden kann, geht der Prozess zu Schritt S33 weiter. In Schritt S33 wird die gesamte in Schritt S31 bestimmte zusätzliche Kraftstoffeinspritzmenge Gadd(k) der Nacheinspritzung zugewiesen, wie in den folgenden Formeln (6-1) und (6-2) gezeigt. Gfuel_aft(k) = Gadd(k) (6-1) Gfuel_ex_add(k) = 0 (6-2)
Falls die Bestimmung in Schritt S32 JA ist und ein Zustand vorliegt, in dem aus dem Auspuff-Kraftstoffinjektor Kraftstoff eingespritzt werden kann, geht der Prozess zu Schritt S34 weiter, und in Schritt S34 wird der geschätzte Wert Tcc_hat(k) für die Trägertemperatur des LNT berechnet, wobei das Zusatz-Einspritzverhältnis Radd(k), das ein Verhältnis zwischen der Nacheinspritzmenge und der zusätzlichen Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge ist, basierend auf diesem geschätzten Wert Tcc_hat(k) berechnet wird, und dann der Prozess zu Schritt S35 weitergeht.
11 ist ein Beispiel eines Kennfelds zur Bestimmung des Zusatz-Einspritzverhältnisses Radd(k). Wenn Kraftstoff von dem Auspuff-Kraftstoffinjektor in einem Zustand eingespritzt wird, in dem die Trägertemperatur des LNT niedrig ist, besteht die Tendenz, dass im LNT das ungewünschte Zwischenprodukt N₂O erzeugt wird. Aus diesem Grund wird, wie in 11 gezeigt, falls der geschätzte Wert der Trägertemperatur des LNT niedriger ist als etwa 400°C ist, das Verhältnis Radd(k) auf 0 gesetzt, und wird so gemacht, dass vom Auspuff-Kraftstoffinjektor nicht mehr Kraftstoff als notwendig eingespritzt wird. Darüber hinaus wird, falls der geschätzte Wert die Trägertemperatur des LNT wenigstens etwa 400°C beträgt, das Verhältnis Radd(k) allmählich größer gemacht, wenn die Trägertemperatur ansteigt.
Zurück zu 9 wird in Schritt S35, wie in den folgenden Formeln (7-1) und (7-2) gezeigt, die zusätzliche Kraftstoffeinspritzmenge Gadd(k) der Nacheinspritzung und Auspuff-Kraftstoffeinspritzung gemäß dem in Schritt S34 bestimmten Verhältnis Radd(k) zugewiesen, und dann wird dieser Prozess beendet. Gfuel_aft(k) = (1 – Radd(k))Gadd(k) (7-1) Gfuel_ex_add(k) = Radd(k)Gadd(k) (7-2)
12 ist ein Flussdiagramm, das eine spezifische Sequenz der Soll-Vorkatalysator-Luft/Kraftstoff-Verhältnisberechnung zeigt. Der in 12 gezeigte Prozess wird mit der gleichen Periode (OT-synchron), die während stöchiometrischem Betrieb oder Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Reinigungsbetrieb ausgeführt, als Unterroutine des in 5 gezeigten Hauptprozesses. Bei dieser Soll-Vorkatalysator-Luft/Kraftstoff-Verhältnisberechnung werden das Soll-Vorkatalysator-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AFcmd(k) entsprechend dem Sollwert für die Ausgabe des Vorkatalysator-LAF-Sensors während stöchiometrischem Betrieb oder während Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Reinigungsbetrieb, und die Zylinderkraftstoffeinspritzmenge Gfuel_cyl(k) bestimmt.
In Schritt S41 wird bestimmt, ob das Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Reinigungsbetriebsmodus-Flag F_ExINJ_mode „1” ist. Falls die Bestimmung in Schritt S41 JA ist (der Fall während des Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Reinigungsbetriebs), geht der Prozess zu Schritt S42 weiter, wobei das Soll-Vorkatalysator-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AFcmd(k) durch ein bekanntes Verfahren bestimmt wird, wie etwa Kennfeldabsuche, mit der Motordrehzahl, dem Lastparameter, etc. als Eingaben, und dann der Prozess zu Schritt S43 weitergeht.
13 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Kennfelds zur Bestimmung des Soll-Vorkatalysator-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses AFcmd während des Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Reinigungsbetriebs zeigt. Da die Wahrscheinlichkeit, dass KW sofort oxidiert und Wasser und Kohlendioxid im LNT erzeugt werden, sinkt, wenn die Sauerstoffkonzentration in dem im LNT fließenden Abgas abnimmt, steigt die Reinigungseffizienz der Zwischenprodukte, was zur NOx-Reinigung beiträgt. Demzufolge ist es in einem Betriebszustand, in dem das Abgasvolumen oder die NOx-Konzentration des in den LNT fließenden Abgases Abgases ansteigt und eine effiziente NOx-Reinigung in dem LNT notwendig ist (Hochdrehzahlbereich oder Hochlastbereich), besonders bevorzugt, die Sauerstoffkonzentration des in den LNT fließenden Abgases zu senken. Um dies durch die vorliegende Erfindung zu realisieren, wird das Soll-Vorkatalysator-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AFcmd fetter eingestellt, wenn Hochdrehzahl oder Hochlast vorliegt, wie in 13 gezeigt.
Zurück in Bezug auf 12 wird in Schritt S43 der vorläufige Wert Gfuel_cyl(k) für die Zylinderkraftstoffeinspritzmenge basierend auf der Basis-Kraftstoffeinspritzmenge Gfuel_bs(k), die in Schritt S1 von 5 bestimmt ist, und dem Soll-Vorkatalysator-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AFcmd(k) gemäß der folgenden Formel (8) berechnet, und kehrt der Prozess zu Schritt S10 in 5 zurück. Hierin ist in der folgenden Formel (8) αST das theoretische Luft/Kraftstoff-Verhältnis und wird auf einen Wert entsprechend dem verwendeten Kraftstoff gesetzt (zum Beispiel 14,5). Gfuel_cyl(k) = αst / AFcmd(k)Gfuel_bs(k) (8)
Falls die Bestimmung in Schritt S41 NEIN ist (Fall während stöchiometrischem Betrieb), geht der Prozess zu Schritt S45 weiter, wobei die erforderliche Kraftstoffmenge Gfuel_rq(k) gemäß der folgenden Formel (9) basierend auf der Basis-Kraftstoffeinspritzmenge Gfuel_bs(k), die in Schritt S1 von 5 bestimmt wird, und dem Sollwert AFcmd_ds_tdc(k), der durch Abtasten des Soll-Nachkatalysator-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses AFcmd_ds erhalten wird, das gemäß dem später beschriebenen Prozess von 15 mit 10 bis 15 msec. Perioden aktualisiert wird, berechnet, und dann geht der Prozess zu Schritt S46 weiter. Dieser Sollwert AFcmd_ds_tdc(k) entspricht dem Sollwert für das Auspuff-Luft/Kraftstoff-Verhältnis des LNT an der stromabwärtigen Seite vom Auspuff-Kraftstoffinjektor. Daher entspricht die erforderliche Kraftstoffmenge Gfuel_rq(k), die in der folgenden Formel (9) erhalten wird, dem angeforderten Wert für die Gesamtkraftstoffmenge, bei der man ankommt, indem man den in die Zylinder eingespritzten Kraftstoff und den von dem Auspuff-Kraftstoffinjektor eingespritzten Kraftstoff kombiniert. Gfuel_rq(k) = αst / AFcmd_ds_tdc(k)Gfuel_bs(k) (9)
In Schritt S46 wird der vorläufige Wert Gfuel_cyl(k) der Zylinderkraftstoffeinspritzmenge berechnet (siehe folgende Formel (10)), indem die Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge Gfuel_ex(k) von der angeforderten Kraftstoffeinspritzmenge Gfuel_rq(k) subtrahiert wird, und dann geht der Prozess zu Schritt S47 weiter. Gfuel_cyl(k) = Gfuel_rq(k) – Gfuel_ex(k) (10)
In Schritt S47 wird das Soll-Vorkatalysator-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AFcmd(k) berechnet (siehe folgende Formel (11)), indem der geschätzte Wert Gair_cyl(hat) für die Neuluftmenge in die Zylinder, die gemäß einem nicht dargestellten Prozess berechnet wird, durch den vorläufigen Wert Gfuel_cyl(k) der Zylinderkraftstoffeinspritzmenge dividiert wird, und dann kehrt der Prozess zu Schritt S10 von 4 zurück. AFcmd(k) = Gair_cyl_hat(k)/Gfuel_cyl(k) (11)
14 ist ein Flussdiagramm, das eine spezifische Sequenz der Vorkatalysator-Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungsberechnung für die Bestimmung des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturfaktors KAF zeigt. Der in 14 gezeigte Prozess wird mit der gleichen Periode (OT-synchron) wie während stöchiometrischem Betrieb oder dem Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Reinigungsbetrieb ausgeführt, als Unterroutine des in 5 gezeigten Hauptprozesses.
In Schritt S51 wird bestimmt, ob der Vorkatalysator-LAF-Sensor die Aktivierung erreicht hat. Falls die Bestimmung in Schritt S51 NEIN ist, wird der als Korrekturfaktor KAF(k) = 1 gesetzt (Schritt S52), ohne die folgende Rückkopplungsberechnung auszuführen, und dann kehrt der Prozess zu Schritt S11 von 5 zurück.
Falls die Bestimmung in Schritt S51 JA ist, wird der Korrekturfaktor KAF(k) mittels eines bekannten Rückkopplungsalgorithmus bestimmt, so dass der Fehler E_af(k) zwischen dem Ausgabewert AFact_up(k) des Vorkatalysator-LAF-Sensors und dem Sollwert AFcmd(k), der durch den Prozess von 12 bestimmt wird (siehe folgende Formel (12-1)), zu 0 wird (Schritt S53), und dann kehrt der Prozess zu Schritt S11 von 5 zurück. Als Beispiel der Berechnung in Schritt S53 ist in den folgenden Formeln (12-1) bis (12-3) ein Operationsausdruck für den Fall der Bestimmung des Korrekturfaktors KAF(k) mittels eines Gleitmodus-Algorithmus gezeigt. In der Formel (12-2) ist „Pole_af” ein Schaltfunktionssetzparameter, und er ist auf einen Wert größer als –1 und kleiner als 0 gesetzt (zum Beispiel –0,65). Darüber hinaus sind die zwei Rückkopplungsfaktoren „Kcrh_af” und „Kadp_af” in Formel (12-3) auf negative Werte gesetzt. Es sollte angemerkt werden, dass die Fehlerkompensationsrate in der Vorkatalysator-Rückkopplung in Schritt S52 bevorzugt schneller eingestellt wird als die Rate der Nachkatalysator-Rückkopplung in der später beschriebenen 15.
15 ist ein Flussdiagramm, das eine spezifische Sequenz der Nachkatalysator-Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungsoperation zur Bestimmung des Soll-Nachkatalysator-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses AFcmd_ds zeigt. Der in 15 gezeigte Prozess wird mit einer vorbestimmten Steuerperiode tm (10 bis 50 msec) in der ECU ausgeführt. Es sollte angemerkt werden, dass nachfolgend das Symbol „m” in Paranthese dem Wert hinzugefügt ist, der mit der Periode tm aktualisiert oder abgetastet wird. Es sollte angemerkt werden, dass, wie durch den Prozess in 12 erläutert, das Soll-Nachkatalysator-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AFcmd_ds, das durch den Prozess in 15 berechnet wird, als Sollwert für das Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis im LNT an der stromabwärtigen Seite des Auspuff-Kraftstoffinjektors verwendet wird.
In Schritt S61 wird bestimmt, ob der Nachkatalysator-LAF-Sensor die Aktivierung erreicht hat. Falls die Bestimmung in Schritt S61 NEIN ist, wird der Sollwert AFcmd_ds(m) auf den vorbestimmten Basiswert AFcmd_bs (der ein Festwert ist, zum Beispiel 14,5) gesetzt, ohne danach eine Rückkopplungsberechnung auszuführen (Schritt S62), und wird dieser Prozess beendet. Falls die Bestimmung in Schritt S61 JA ist, geht der Prozess zu Schritt S63 weiter.
In Schritt S63 wird bestimmt, ob das Stöchiometriemodus-Flag F_Stoic_mode(m) 1 ist. Falls die Bestimmung in Schritt S63 JA ist, geht der Prozess zu Schritt S64 weiter, und falls NEIN, geht der Prozess zu Schritt S62 weiter, und wird als AFcmd_ds(m) = AFcmd_bs gesetzt, wie oben erwähnt.
In Schritt S64 wird bestimmt, ob das Reduktionsprozess-Fertig-Flag F_CRD_Done(m), das später beschrieben wird, „1” ist. Wie oben erwähnt, beginnt der stöchiometrische Betrieb einhergehend damit, dass das Stöchiometriemodus-Flag F_Stoic_mode(m) während des Magerbetriebs von „0” zu „1” wird. Jedoch wird durch Ausführung des Magerbetriebs bis dahin der Sauerstoff im LNT im Überschuss gespeichert, und kann die Dreiwege-Reinigungsfunktion des LNT nicht sofort ausgeführt werden, selbst wenn der stöchiometrische Betrieb beginnt. Aus diesem Grund wird, unmittelbar nachdem das Flag F_Stoic_mode(m) von „0” zu „1” geworden ist, der Reduktionsprozess zum Bewirken, dass im LNT gespeicherter Sauerstoff in kurzer Zeit freigesetzt wird, ausgeführt, indem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis über eine vorbestimmte Periode hinweg etwas zur fetteren Seite als stöchiometrisch (Leicht-fett genannt) vorgespannt wird. Dieses Reduktionsprozess-Fertig-Flag F_CRD_Done(m) ist ein Flag, das angibt, dass der Reduktionsprozess unmittelbar nach dem Start des stöchiometrischen Betriebs beendet wurde, und wird durch den Leicht-fett-Modus-Fertig-Bewertungsprozess aktualisiert, der in der später beschriebenen 18 gezeigt ist. Nachfolgend wird der Betriebsmodus zum Begünstigen der Reduktion des Unmittelbar-Nachkatalysators unmittelbar nach dem Start des stöchiometrischen Betriebs als „Leicht-fett-Modus” bezeichnet. Darüber hinaus wird der Betriebsmodus zur Bestimmung des Soll-Nachkatalysator-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses AFcmd_ds(m) basierend auf der Ausgabe des Nachkatalysator-LAF-Sensors während stöchiometrischem Betrieb als „Nachkatalysator-Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungsmodus” bezeichnet.
Falls die Bestimmung in Schritt S64 NEIN ist, geht der Prozess zu Schritt S65 weiter, und wird das Soll-Nachkatalysator-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AFcmd_ds(m) unter dem Leicht-fett-Modus bestimmt. Insbesondere werden der geschätzte Wert Tcc_hat(m) für die Trägertemperatur des LNT und der geschätzte Wert Gex_hat(m) für das Abgasvolumen erfasst, wobei das Soll-Nachkatalysator-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AFcmd_ds(m) durch Absuchen eines vorab erstellten Kennfelds basierend auf diesen Tcc_hat(m) und Gex_hat(m) bestimmt wird, und dann dieser Prozess beendet wird.
16 ist ein Beispiel eines Kennfelds zur Bestimmung des Soll-Nachkatalysator-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses AFcmd_ds unter dem Leicht-fett-Modus. Wie in 16 gezeigt, wird in dem Leicht-fett-Modus das Soll-Nachkatalysator-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AFcmd_ds auf einen Wert entsprechend dem geschätzten Wert Tcc_hat für die Trägertemperatur und dem geschätzten Wert Gex_hat für das Abgasvolumen innerhalb des leicht-fetten Bereichs gesetzt (in der Größenordnung von etwa 14,5 bis 13,5). Insbesondere wird das Soll-Nachkatalysator-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AFcmd_ds innerhalb des leicht-fetten Bereichs zur fetten Seite hin gesetzt, wenn die Trägertemperatur des LNT ansteigt oder das Abgasvolumen abnimmt.
Zurück in Bezug auf 15 geht in dem Fall, wo die Bestimmung in Schritt S64 JA ist, der Prozess zu Schritt S66 weiter, und dann wird das Soll-Nachkatalysator-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AFcmd_ds(m) unter dem stöchiometrischen Nachkatalysator-Rückkopplungsmodus bestimmt. In Schritt S66 werden die geschätzte Temperatur Tcc_hat(m) für die Trägertemperatur des LNT und der geschätzte Wert Gex_hat(m) für das Abgasvolumen erfasst, wobei das Dreiwege-Reinigungs-Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AFcmd_ds_twc(m) durch Absuchen eines vorab erstellten Kennfelds basierend auf diesen zwei geschätzten Werten Tcc_hat(m) und Gex_hat(m) bestimmt wird, und dann der Prozess zu Schritt S67 weitergeht.
17 ist ein Beispiel eines Kennfelds zur Bestimmung des Dreiwege-Reinigungs-Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses AFcmd_ds_twc(m). Wie in 17 gezeigt, wird das Dreiwege-Reinigungs-Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AFcmd_ds_twc(m) in die Nähe des theoretischen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses 14,5 gesetzt. Dieses Dreiwege-Reinigungs-Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AFcmd_ds_twc(m) wird zur fetten Seite hin korrigiert, wenn die Trägertemperatur des LNT ansteigt. Darüber hinaus nimmt die vom Motor abgegebene NOx-Menge zu und nimmt auch die Auspuffkanalgeschwindigkeit im LNT zu, wenn das Abgasvolumen zunimmt (in anderen Worten, wenn die Last ansteigt); daher nimmt infolgedessen die NOx-Reinigungsrate im LNT ab. Um diese Abnahme in der NOx-Reinigungsrate zu kompensieren, wird das Dreiwege-Reinigungs-Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AFcmd_ds_twc(m) zur fetten Seite hin korrigiert, wenn das Abgasvolumen zunimmt, wie in 17 gezeigt, um zu bewirken, dass die erzeugte Menge von Reduktionsmitteln, wie etwa CO, H₂ und NH₃ am LNT zunehmen.
Zurück in Bezug auf 15 wird in Schritt S67 das Soll-Nachkatalysator-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AFcmd_ds(m) unter Verwendung eines bekannten Rückkopplungsalgorithmus bestimmt, so dass der Fehler E_ds(m) (siehe folgende Formel (13-1)) zwischen dem Ausgabewert AFact_ds(m) des Nachkatalysator-LAF-Sensors und dem Dreiwege-Reinigungs-Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AFcmd_ds_twc(m) zu 0 wird, und dann dieser Prozess beendet wird. Als Beispiel der Rückkopplungsberechnung in Schritt S67 ist in den folgenden Formeln (13-1) bis (13-3) ein Operationsausdruck für den Fall gezeigt, dass das Soll-Nachkatalysator-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AFcmd_ds(m) mittels des Gleitmodus-Algorithmus bestimmt wird. In der Formel (13-2) ist „Pole_ds” ein Schaltfunktionssetzparameter, und ist auf einen Wert größer als –1 und kleiner als 0 gesetzt (zum Beispiel –0,85). Darüber hinaus werden die zwei Rückkopplungsfaktoren „Krch_ds” und „Kadp_ds” in der Formel (13-3) auf negative Werte gesetzt.
18 ist ein Flussdiagramm, das eine spezifische Sequenz eines Leicht-Fetter-Modus-Fertig-Bewertungsprozesses zeigt, um das Reduktionsprozess-Beendungungsflag F_CRD_Done zu aktualisieren. Der in 18 gezeigte Prozess wird mit der gleichen Steuerperiode tm (10 bis 50 msec) wie die Nachkatalysator-Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungsberechnung von 15 in der ECU ausgeführt. In dem Leicht-Fetter-Modus-Fertig-Bewertungsprozess von 18 wird das Reduktionsprozess-Fertig-Flag F_CRD_Done basierend auf der Ausgabe des Nachkatalysator-LAF-Sensors aktualisiert.
In Schritt S71 wird bestimmt, ob das Stöchiometriemodus-Flag F_Stoic_mode(m) „0” ist, und das Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Reinigungsbetriebsmodus-Flag F_ExINJ_mode(m) „0” ist. Falls die Bestimmung in Schritt S71 JA ist, das heißt, falls es nicht während des stöchiometrischen Betriebs oder während des Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Reinigungsbetriebs ist, geht der Prozess zu Schritt S72 weiter, wobei das Reduktionsprozess-Fertig-Flag F_CRD_Done(m) = 0 gesetzt wird, und dann dieser Prozess beendet wird.
Falls die Bestimmung in Schritt S71 NEIN ist, das heißt, falls es während des stöchiometrischen Betriebs oder während des Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Reinigungsbetriebs ist, geht der Prozess zu Schritt S73 weiter, und es wird bestimmt, ob der Ausgabewert AFact_ds(m) des Nachkatalysator-LAF-Sensors größer als ein vorbestimmter Umkehrbestimmungs-Schwellenwert AF_In ist. Wie in Bezug auf die 15 bis 17 erläutert, ist, unmittelbar nach dem Start des stöchiometrischen Betriebs, das Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf leicht-fett gestellt, so dass der im LNT gespeicherte Sauerstoff freigesetzt wird, und wird zur Oxidation des Reduktionsmittels genutzt, das zugeführt wird, indem es leicht-fett gemacht wird. Daher ist es möglich, zu bestimmen, ob dieser Reduktionsprozess beendet worden ist oder nicht, demgemäß, ob der Ausgabewert AFact_ds(m) des Nachkatalysator-LAF-Sensors den Umkehrbestimmungs-Schwellenwert AF_In überschritten hat oder nicht. Es sollte angemerkt werden, dass dieser Umkehrbestimmungs-Schwellenwert AF_In auf einen etwas größeren Wert als das theoretische Luft/Kraftstoff-Verhältnis αst gesetzt wird (zum Beispiel 14,6).
Falls die Bestimmung in Schritt S73 NEIN ist, wird dieser Prozess beendet, ohne das Flag F_CRD_Done zu aktualisieren. Falls die Bestimmung in Schritt S73 JA ist, geht der Prozess zu Schritt S74 weiter, und es wird auf das Flag F_CRD_mode(m) = 1 gesetzt, um herauszustellen, dass der Reduktionsprozess abgeschlossen worden ist, und dann wird dieser Prozess beendet.
19 zeigt Zeitdiagramme, die spezifische Beispiele der Prozesse der 15 bis 18 zeigen. Der Reihe nach von oben her zeigt 19 das Stöchiometriemodus-Flag F_Stoic_mode, das Reduktionsprozess-Beendungungsflag F_CRD_Done, das Soll-Nachkatalysator-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AFcmd_ds, den integrierten Wert der dem LNT zugeführten Reduktionsmittelmenge und den Ausgabewert AFact_ds des Nachkatalysator-LAF-Sensors. 19 zeigt einen Fall, wo zur Zeit t1 das Stöchiometriemodus-Flag F_Stoic_mode von „0” zu „1” wird.
Wie in Bezug auf 15 erläutert, wird, unmittelbar nach Einleitung des stöchiometrischen Betriebs (Zeit t1 in 19) das Soll-Nachkatalysator-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AFcmd_ds auf leicht-fett gesetzt (siehe Schritt S65 in 15). Dann wird zur Zeit t1 und danach überschüssiger Kraftstoff im LNT als Reduktionsmittel zugeführt, wodurch der im LNT gespeicherte Sauerstoff freigesetzt wird.
In Antwort darauf, dass die Freisetzung des im LNT gespeicherten Sauerstoffs zur Zeit t2 endet, überschreitet anschließend der Ausgabewert AFact_ds des Nachkatalysator-LAF-Sensors den Umkehrschwellenwert AF_In (siehe Schritt S73 in 18). Das Reduktionsprozess-Fertig-Flag F_CRD_Done schaltet hierdurch von 0 zu 1, wobei der Leicht-fett-Modus beendet wird, und dann der Nachkatalysator-Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungsmodus beginnt (siehe Schritt S64 in 15). Darüber hinaus wird in diesem Nachkatalysator-Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungsmodus das Soll-Nachkatalysator-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AFcmd_ds so bestimmt, dass der Ausgabewert AFact_ds des Nachkatalysator-LAF-Sensors zu dem Dreiwege-Reinigungs-Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AFcmd_ds_twc wird, das gemäß dem Kennfeld berechnet wird (siehe Schritt S67 in 15).
Die 20 und 21 sind Flussdiagramme, die spezifische Sequenzen der Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Steuerung zeigen, um den Einspritzmodus des Abgases mittels des Auspuff-Kraftstoffinjektors zu bestimmen. Der in den 20 und 21 gezeigte Prozess wird mit der gleichen Steuerperiode tm (10 bis 50 msec) wie die Nachkatalysator-Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungsberechnung von 15 in der ECU ausgeführt. Wie in den 20 und 21 gezeigt, enthält die Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Steuerung: einen Schritt zum Setzen der Solltemperatur der zwei LAF-Sensoren (Schritte S92, S98 und S100), einen Schritt zum Bestimmen der Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge (Schritt S93, S99, 107 und S111), einen Schritt zum Erfassen einer Verschlechterung des Systems (Schritt S108), und einen Schritt zum Aktualisieren des Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Reinigungsbetriebsmodus-Flags F_ExINJ_mode (Schritte S94 und S109).
In Schritt S91 wird bestimmt, ob das Auspuff-Kraftstoffeinspritzsystem normal ist (ob das später beschriebene Fehlerflag F_ExINJ_NG „0” ist). Falls die Bestimmung in Schritt S91 JA ist, geht der Prozess zu Schritt S95 weiter. Falls die Bestimmung in Schritt S91 NEIN ist und ein Zustand vorliegt, in dem der Kraftstoff nicht in den Auspuff-Kraftstoffinjektor eingespritzt werden kann, geht der Prozess zu Schritt S92 weiter. In Schritt S92 werden, damit die Größen der KW-Verschiebung des Vorkatalysator-LAF-Sensors und des Nachkatalysator-LAF-Sensors gleich sind und so klein wie möglich werden, die Solltemperatur Tcmd_laf_up(m) des Erfassungselements des Vorkatalysator-LAF-Sensors und die Solltemperatur Tcmd_laf_ds(m) des Erfassungselements des Nachkatalysator-LAF-Sensors beide auf einen vorbestimmten hochtemperaturseitigen Sollwert Tcmd_laf_high (Tcmd_laf_up(m) = Tcmd_laf_ds(m) = Tcmd_laf_high) gesetzt, und dann geht der Prozess zu Schritt S93 weiter. Auf diese Weise werden in dem Fall, wo das Auspuff-Kraftstoffeinspritzsystem nicht normal ist, die Temperaturen der LAF-Sensoren am Vorkatalysator und Nachkatalysator angeglichen, wodurch es möglich wird, unter der Ausgabe von akkuraten LAF-Sensoren ohne KW-Verschiebung einen stöchiometrischen Betrieb auszuführen. Darüber hinaus wird in Schritt S93 die Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge Gfuel_ex(m) = 0 gesetzt, in Antwort darauf, dass ein Zustand bestimmt wurde, in dem kein Kraftstoff von dem Auspuff-Kraftstoffinjektor eingespritzt werden kann, und in Schritt S94 wird das Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Reinigungsbetriebsmodus-Flag F_exINJ_mode(m) auf „0” gesetzt, und dann wird dieser Prozess beendet.
In Schritt S95 wird bestimmt, ob die LNT-Schutzbedingung erfüllt ist, die gesetzt ist, um den LNT vor Hitze zu schützen. Es sollte angemerkt werden, dass die spezifischen Inhalte dieser LNT-Schutzbedingung und das spezifische Bestimmungsverfahren die gleichen sind wie in Schritt S21 in 6; daher werden detaillierte Erläuterungen weggelassen. Falls die Bestimmung in Schritt S95 JA ist und die LNT-Schutzbedingung erfüllt ist, geht der Prozess zu Schritt S96 weiter. In Schritt S96 wird bestimmt, ob die vorbestimmte NOx-Reinigungsbedingung des Auspuff-Kraftstoffeinspritzsystems erfüllt ist oder nicht. Es sollte angemerkt werden, dass die spezifischen Inhalte dieser NOx-Reinigungsbedingung und das spezifische Bestimmungsverfahren die gleichen sind wie Schritt S25 in 6; daher werden detaillierte Erläuterungen weggelassen. Falls die Bestimmung in Schritt S96 JA ist und die NOx-Reinigungsbedingung des Auspuff-Kraftstoffeinspritzsystems erfüllt ist, geht der Prozess zu Schritt S97 weiter.
In Schritt S97 wird bestimmt, ob das Leicht-fett-Modus-Fertig-Flag F_CRD_Done „1” ist. Der Zustand, in dem das Leicht-fett-Modus-Fertig-Flag F_CRD_Done nicht „1” ist, ist ein Zustand, in dem der in Bezug auf 15 erläuterte Reduktionsprozess des LNT nicht abgeschlossen ist. In dem Zustand, in dem der Reduktionsprozess des LNT nicht abgeschlossen ist, ist es nicht möglich, NOx mit ausreichender Effizienz zu reinigen, auch wenn vom Auspuff-Kraftstoffinjektor Kraftstoff eingespritzt wird. Daher geht der Prozess zu Schritt S100 nur in dem Fall weiter, dass die Bestimmung in Schritt S97 JA ist, und dann wird die Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge unter dem Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Reinigungsbetriebsmodus bestimmt.
Falls eine unter den Bestimmungen in Schritt S95 bis S97 NEIN ist, geht der Prozess zu Schritt S98 weiter. Hierin ist ein Fall, wo irgendeine der Bestimmungen in den Schritten S95 bis S97 NEIN ist, ein Zustand, in dem von dem Auspuff-Kraftstoffinjektor Kraftstoff eingespritzt werden kann, entspricht aber einem Zustand, in dem mittels des Auspuff-Kraftstoffeinspritzsystems Abgas nicht gereinigt werden kann. In diesem Fall kann, wie in Bezug auf 9 erläutert, die Kraftstoffeinspritzung von dem Auspuff-Kraftstoffinjektor ersatzweise für die Nacheinspritzung während stöchiometrischem Betrieb angefordert werden. In Schritt S98 wird, ähnlich Schritt S92, die Solltemperatur des Vorkatalysator-LAF-Sensors und des Nachkatalysator-LAF-Sensors auf einen vorbestimmten hochtemperaturseitigen Sollwert gesetzt, und dann geht der Prozess zu Schritt S99 weiter. In Schritt S99 wird die zusätzliche Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge, die zur OT-Periode gemäß dem Prozess von 9 berechnet wird, wieder abgetastet (Gfuel_ex_add(k) -> Gfuel_ex_add(m)), wird der aus dem Wiederabtasten erhaltene Wert als die Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge (Gfuel_ex(m) = Gfuel_ex_add(m)) definiert, und dann geht der Prozess zu Schritt S94 weiter. In Schritt S94 wird das Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Reinigungsbetriebsmodus-Flag F_ExINJ_mode(m) = 0 gesetzt, und dann wird dieser Prozess beendet.
Um einen Zustand herzustellen, der in der Lage ist, KW-Schlupf zur stromabwärtigen Seite des LNT mittels des Vorkatalysator-LAF-Sensors und des Nachkatalysator-LAF-Sensors zu erfassen, wird in Schritt S100 die Temperatur des Erfassungselements des Nachkatalysator-LAF-Sensors niedriger gemacht als die Temperatur des Erfassungselements des Vorkatalysator-LAF-Sensors, und dann geht der Prozess zu Schritt S101 weiter. Insbesondere wird die Solltemperatur Tcmd_laf_up(m) des Erfassungselements des Vorkatalysator-LAF-Sensors auf den hochtemperaturseitigen Sollwert Tcmd_laf_high (Tcmd_laf_up(m) = Tcmd_laf_high) gesetzt, und wird die Solltemperatur Tcmd_laf_ds(m) des Erfassungselements des Nachkatalysator-LAF-Sensors auf einen vorbestimmten niedertemperaturseitigen Sollwert Tcmd_laf_low gesetzt, der kleiner ist als der oben erwähnte hochtemperaturseitige Sollwert Tcmd_laf_high(Tcmd_laf_ds(m) = Tcmd_laf_low).
In Schritt S101 werden der geschätzte Wert Gnox_hat(m) für die NOx-Menge, die in den LNT fließt, und der geschätzte Wert Tcc_hat(m) für die Trägertemperatur des LNT erfasst, wobei die Basis-Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge Gfuel_ex_bs(m), die als Referenzwert für die Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge dient, basierend auf diesen zwei geschätzten Werten Gnox_hat(m) und Tcc_hat(m) bestimmt wird, und dann der Prozess zu Schritt S102 weitergeht. Hierin kann der geschätzte Wert Gnox_hat(m) für die in den LNT fließende NOx-Menge zum Beispiel durch Absuchen eines vorbestimmten Kennfelds (nicht dargestellt) basierend auf der Motordrehzahl und dem Lastparameter berechnet werden. Darüber hinaus kann ein NOx-Sensor an der stromaufwärtigen Seite des LNT vorgesehen sein, und er kann basierend auf der Ausgabe dieses NOx-Sensors berechnet werden, oder er kann so konfiguriert sein, dass er basierend auf der Ausgabe eines neuronalen Netzwerks berechnet wird, das die Motordrehzahl, den Lastparameter, etc. als Eingaben erstellt.
22 ist ein Beispiel eines Kennfelds zur Bestimmung der Basis-Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge Gfuel_ex_bs. Wie in 22 gezeigt, wird die Einspritzmenge Gfuel_ex_bs auf einen größeren Wert gesetzt, wenn die in den LNT fließende NOx-Menge zunimmt. Darüber hinaus wird die Einspritzmenge Gfuel_ex_bs auf einen größeren Wert gesetzt, wenn die Trägertemperatur des LNT ansteigt.
Zurück in Bezug auf 21 wird in Schritt S102 bestimmt, ob eine vorbestimmte KW-Schlupf-Rückkopplungsregelungs-Ausführungsbedingung erfüllt ist. Hierin werden die Inhalte der KW-Schlupf-Rückkopplungsregelungs-Ausführungsbedingung erläutert. Zunächst begleitet, wie in Bezug auf 4 erläutert, die KW-Schlupf-Rückkopplungsregelung einen proaktiven Schlupf von KW, gleichwohl leicht, zur stromabwärtigen Seite des LNT. In anderen Worten, während der KW-Schlupf-Rückkopplung ist es erforderlich, Kraftstoff im Übermaß um eine Menge des KW-Schlupfs einzuspritzen, im Vergleich zu der Einspritzmenge (G2 in 4), die so eingestellt ist, dass der KW-Schlupf zu 0 wird.
Zum Beispiel besteht in einem Bereich, in dem die Trägertemperatur des LNT eine relativ niedrige Temperatur hat (zum Beispiel Bereich weniger als 350 bis 400°C) die Tendenz, dass N₂O aus dem in den LNT eingespritzten Kraftstoff erzeugt wird. N₂O ist kein Zwischenprodukt, das zur Reinigung von NOx beiträgt; daher ist es eher bevorzugt, dass dessen Erzeugung so klein wie möglich gemacht wird. Daher ist es in diesem Niedertemperaturbereich, da das Risiko der N₂O-Erzeugung hoch wird, nicht bevorzugt, in solchem Übermaß Kraftstoff einzuspritzen, dass KW schlupft.
Darüber hinaus wird in dem Bereich, in dem die Trägertemperatur des LNT eine relativ hohe Temperatur ist (zum Beispiel Bereich von 550°C oder höher), ein Großteil des eingespritzten Kraftstoffs direkt oxidiert, und nimmt die Erzeugungseffizienz von Zwischenprodukten, die zur NOx-Reinigung beitragen, ab. Weil daher in diesem Hochtemperaturbereich das Ausmaß des Beitrags zu einer Verbesserung in der NOx-Reinigungsrate des dem LNT zugeführten Kraftstoffs abnimmt, ist es nicht bevorzugt, in solchem Übermaß Kraftstoff einzuspritzen, dass KW schlupft.
In der obigen Weise ist die KW-Schlupf-Rückkopplungsregelung im Niedertemperaturbereich und Hochtemperaturbereich eine große Kraftstoffverschwendung. Daher ist es in diesem Niedertemperaturbereich und Hochtemperaturbereich eher bevorzugt, die Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge durch Ausführung der KW-Schlupf-Rückkopplungsregelung auf ein Ausmaß zu drücken, dass KW-Schlupf nicht auftritt (eine Menge, die etwas kleiner ist als G2 in 4), als eine Menge zu machen, so dass KW-Schlupf auftritt (siehe G4 in 4). Nachfolgend wird eine Steuerung zum absichtlichen Unterdrücken der Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge auf eine Menge in einem Ausmaß, so dass KW-Schlupf auf diese Weise nicht auftritt, als KW-Schlupf-Unterdrückungsmodus bezeichnet.
Die KW-Schlupf-Rückkopplungsregelungs-Ausführungsbedingung in Schritt S102 ist eine Bedingung zur Bestimmung, ob ein Zustand vorliegt, in dem es bevorzugt ist, die obige KW-Schlupf-Rückkopplungsregelung auszuführen. Insbesondere ist die KW-Schlupf-Rückkopplungsregelungs-Ausführungsbedingung zum Beispiel die Tatsache, dass der geschätzte Wert für die Trägertemperatur des LNT im Bereich von 400 bis 550°C liegt. Falls die Bestimmung in Schritt S102 JA ist, geht der Prozess zu Schritt S103 weiter, um die KW-Schlupf-Rückkopplungsregelung auszuführen. Falls die Bestimmung in Schritt S102 NEIN ist, geht der Prozess zu Schritt S110 weiter, um den KW-Schlupf-Unterdrückungsmodus auszuführen.
Als nächstes wird eine spezifische Sequenz der KW-Schlupf-Rückkopplungsregelung (Schritte S103 bis S108) erläutert. Während der KW-Schlupf-Rückkopplungsregelung wird die letztendliche Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge Gfuel_ex(m) berechnet, indem der Basisterm (rechter erster Term), der proportional zur in Schritt S101 berechneten Basis-Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge Gfuel_ex_bs(m) ist, und der Rückkopplungskorrekturterm (rechter zweiter Term), der proportional zum Korrekturwert DGfuel_ex(m) ist, der basierend auf dem Ausgabewert AFact_ds(m) des Nachkatalysator-LAF-Sensors berechnet ist, zusammenaddiert werden (siehe nachfolgende Formel (14) und der später beschriebene Schritt S107). Darüber hinaus ist dieser Basisterm definiert durch einen Wert, bei dem man ankommt, indem man einen Adaptivkoeffizienten Kff_ex(m), der gemäß einem später beschriebenen Adaptivkorrekturkennfeld berechnet wird, mit der Basis-Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge Gfuel_ex_bs(m), die mittels eines Kennfelds berechnet wird, multipliziert (siehe 22). Gfuel_ex(m) = Kff_ex(m)·Gfuel_ex_bs(m) + DGfuel_ex(m) (14)
Die KW-Schlupf-Rückkopplungsregelung ist aufgebaut aus einem Schritt zur Berechnung des Korrekturwerts DGfuel_ex_(m) (Schritte S103 bis S105), einem Schritt zur Berechnung des adaptiven Korrekturkoeffizienten Kff_ex(m) (Schritt S106), einem Schritt zur Bestimmung der letztendlichen Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge Gfuel_ex(m) gemäß Formel (14) (Schritt S107) und einem Schritt zur Bestimmung eines Fehlers des Auspuff-Kraftstoffeinspritzsystems (Schritt S108).
Zuerst wird in Schritt S103 der NOx-Reinigungsparameter P_LNT(m), der proportional zur KW-Schlupfmenge ist, basierend auf dem Ausgabewert AFact_up(m) des Vorkatalysator-LAF-Sensors und dem Ausgabewert AFact_ds(m) des Nachkatalysator-LAF-Sensors berechnet (siehe folgende Formel (15), und dann geht der Prozess zu Schritt S104 weiter. In der folgenden Formel ist AF_exh_id_up(m) das ideale Luft/Kraftstoff-Verhältnis an der stromaufwärtigen Seite des LNT, und wird unter Verwendung der Formeln (1-1) und (1-2) basierend auf dem Ausgabewert AFact_ds(m) des Vorkatalysator-LAF-Sensors, der Kraftstoffmenge Gfuel_tm(m), die von der Zeit m – 1 bis m in die Zylinder eingespritzt wird, etc. berechnet. P_LNT(m) = AFact_ds(m) – AF_exh_id_up(m – dLNT) (15)
In Schritt S104 wird der Fehler E_LNT(m) zwischen dem NOx-Reinigungsparameter P_LNT(m) und dessen Sollwert P_LNT_cmd(m) berechnet (siehe folgende Formel (16)), und dann geht der Prozess zu Schritt S105 weiter. Während der KW-Schlupf-Rückkopplungsregelung schlupft KW dauerhaft zur stromabwärtigen Seite des LNT in einer Menge, die proportional zum Sollwert P_LNT_cmd(m) für den NOx-Reinigungsparameter ist. Darüber hinaus wird im in 1 gezeigten Abgasreinigungssystem das vom LNT geschlupfte KW durch einen Oxidationskatalysator oxidativ bearbeitet, der auf den CSF geladen ist, der an der stromabwärtigen Seite des LNT vorgesehen ist. Daher wird dieser Sollwert P_LNT_cmd(m) auf einen Wert gesetzt, der etwas größer ist als 0, oder ein Wert, der kleiner ist als der obere Grenzwert, der gemäß der KW-Oxidationsprozessfähigkeit des CSF als KW-Oxidationskatalysator gesetzt ist. Darüber hinaus kann unter den vorgenannten Einschränkungen dieser Sollwert P_LNT_cmd(m) zum Beispiel gemäß Motordrehzahl, LAF-Parameter, Abgasvolumen, vom Motor abgegebener NOx-Menge, Trägertemperatur des LNT, etc. variiert werden. E_LNT(m) = P_LNT(m) – P_LNT_cmd(m) (16)
In Schritt S105 wird der Korrekturwert DGfuel_ex(m) für die Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge mittels eines bekannten Rückkopplungsalgorithmus berechnet, so dass der Fehler E_LNT(m) zu „0” wird. Als Beispiel der Berechnung in Schritt S105 ist in den folgenden Formeln (17-1) und (17-2) ein Operationsausdruck für den Fall gezeigt, dass der Korrekturwert DGfuel_ex mittels eines Gleitmodus-Algorithmus bestimmt wird. In der folgenden Formel (17-1) ist „Pole_LNT” ein Schaltfunktionssetzparameter, und ist auf einen Wert größer als –1 und kleiner als 0 gesetzt (zum Beispiel –0,85). Darüber hinaus sind die beiden Rückkopplungsfaktoren „Kcrh_LNT” und „Kadp_LNT” in der Formel (17-2) auf negative Werte gesetzt.
In Schritt S106 wird der Adaptivkoeffizienten-Berechnungsprozess für während KW-Schlupf-Rückkopplungsregelung ausgeführt, und dann geht der Prozess zu Schritt S107 weiter. Wie später in Bezug auf 23 erläutert wird, wird bei diesem Adaptivkoeffizienten-Berechnungsprozess der Adaptivkoeffizient Kff_ex(m) gemäß einem später beschriebenen Adaptivkorrekturkennfeld berechnet, und dieses Adaptivkorrekturkennfeld wird erlernt, so dass der Rückkopplungskorrekturterm in Formel (14) zu 0 wird. In Schritt S107 wird die Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge Gfuel_ex(m) (in Bezug auf die obige Formel (14)) berechnet, indem der Basisterm, der durch Multiplizieren des Adaptivkoeffizienten Kff_ex(m) mit der Basis-Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge Gfuel_ex_bs(m) berechnet wird und der Korrekturwert DGfuel_ex(m) zusammenaddiert werden, und dann der Prozess zu Schritt S108 weitergeht. In Schritt S108 wird der Fehlerbestimmungsprozess für das Auspuff-Kraftstoffeinspritzsystem, wie später in Bezug auf 26 erläutert, ausgeführt, und dann geht der Prozess zu Schritt S109 weiter. In Schritt S109 wird der als Flag F_ExINJ_mode(M) = 1 gesetzt, was anzeigt, dass dies während des Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Reinigungsbetriebs ist, und dann wird dieser Prozess beendet.
Als nächstes wird eine spezifische Sequenz der KW-Schlupf-Unterdrückungssteuerung (Schritte S110 bis S111) erläutert. Das Ziel der KW-Schlupf-Unterdrückungssteuerung ist es, die Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge auf ein Ausmaß zu senken, bei dem KW-Schlupf nicht auftritt, um einen verschwenderischen Kraftstoffverbrauch so weit wie möglich zu vermeiden. Wenn jedoch die Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge zu stark gedrückt wird, wird auch die NOx-Reinigungsrate drastisch abnehmen. Daher ist das Ziel für die Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge bei der KW-Schlupf-Unterdrückungssteuerung eine Menge, die zum Beispiel etwas kleiner als G2 in 4 ist. Jedoch wird der NOx-Reinigungsparameter P_LNT in dem Bereich, in dem KW-Schlupf nicht auftritt, gleichmäßig zu 0. Aus diesem Grund ist es nicht möglich, basierend auf dem Reinigungsparameter P_LNT die Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge auf das vorgenannte Ziel zu regeln, ähnlich der vorgenannten KW-Schlupf-Rückkopplungsregelung.
Andererseits wird, während der KW-Schlupf-Rückkopplungsregelung, ein Berechnungsalgorithmus für den Adaptivkoeffizienten Kff_ex des Basisterms erlernt, so dass der Rückkopplungskorrekturterm, der der rechtseitige zweite Term in der Formel (14) ist, zu 0 wird, gemäß dem in 6 gezeigten Prozess. Aus diesem Grund kann, wenn die KW-Schlupf-Rückkopplungsregelung wiederholt ausgeführt wird, eine Kraftstoffeinspritzmenge äquivalent zu während KW-Rückkopplungsregelung (zum Beispiel entsprechend G4 in 4) aus allein dem Basisterm reproduziert werden, ohne die Berechnung des Reinigungsparameters P_LNT und des Rückkopplungskorrekturterms zu durchlaufen. Während der KW-Schlupf-Unterdrückungssteuerung, die den Reinigungsparameter P_LNT nicht verwenden kann, wird die Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge, die vernünftigerweise weiter als während KW-Rückkopplungsregelung verringert ist (zum Beispiel eine Menge, die etwas kleiner als G2 in 4 ist) berechnet, indem ein Reduktionskoeffizient, der kleiner als 1 ist, mit der Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge multipliziert wird, die gemäß dem Basisterm berechnet wird, den man auf diese Weise durch Erlernen erreicht.
In Schritt S110 wird der Adaptivkoeffizient Kff_ex(m) berechnet, indem der Adaptivkoeffizient-Berechnungsprozess für während KW-Schlupf-Unterdrückungssteuerung ausgeführt wird, wie in Bezug auf 25 später erläutert wird, und dann geht der Prozess zu Schritt S111 weiter. In Schritt S111 wird, wie in der folgenden Formel (18) gezeigt, die Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge Gfuel_ex(m) berechnet, indem der Reduktionskoeffizient auf 0,9 gesetzt wird, und dieser Reduktionskoeffizient mit dem Basisterm in Formel (14) multipliziert wird, und dann geht der Prozess zu Schritt S109 weiter. In Schritt S109 wird das Flag F_ExINJ_mode(m) = 1 gesetzt, was angibt, dass dies während des Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Reinigungsbetriebs ist, und dann wird dieser Prozess beendet. Gfuel_ex(m) = Kff_ex(m)·0.9·Gfuel_ex_bs(m) (18)
23 ist ein Flussdiagramm, das eine spezifische Sequenz des Adaptivkoeffizient-Berechnungsprozesses für während KW-Schlupf-Rückkopplungsregelung zeigt. Der in 23 gezeigte Prozess wird mit einer Steuerperiode während Ausführung der KW-Schlupf-Rückkopplungsregelung ausgeführt, als Unterroutine des Hauptprozesses von 21.
Vor Erläuterung der spezifischen Sequenz des Adaptivkoeffizient-Berechnungsprozesses in Bezug auf 23 werden der Rechenalgorithmus zum Berechnen des Adaptivkoeffizienten Kff_ex und Inhalte der Lernsequenz dieses Rechenalgorithmus erläutert. In dem Adaptivkoeffizient-Berechnungsprozess wird, wie in der folgenden Formel (19) gezeigt, der Adaptivkoeffizient Kff_ex(m) berechnet, indem der Kennfeldwert M_tcc_nox(m), der gemäß dem Adaptiv-Korrekturkennfeld (Formel (20), etc., später beschrieben) mit dem geschätzten Wert Gnox_hat(m) für die in den LNT fließende NOx-Menge und dem geschätzten Tcc_hat(m) für die Trägertemperatur des LNT als Eingaben berechnet wird, und „1”, das der Anfangswert für den Adaptivkoeffizienten Kff_ex ist, zusammenaddiert werden. Kff_ex(m) = 1 + M_tcc_nox(m) (19)
Die folgende Formel (20) ist eine Formel, die den spezifischen Aufbau des Adaptiv-Korrekturkennfelds zeigt, das heißt einen spezifischen Operationsausdruck für den Kennfeldwert M_tcc_nox(m). In der folgenden Formel (20) sind die Werte Wex_nox_i(m) (i = 1, 2, 3) die drei Werte-Typen von Nox-Mengen-Gewichtungsfunktionen sind, die gemäß einem Gewichtsfunktionkennfeld berechnet werden, wie jenes, das in 24 oben gezeigt wird, mit dem geschätzten Wert Gnox_hat(m) für die NOx-Menge als Eingabe. Die Werte Wex_tlnt_j(m) (j = 1, 2, 3) sind drei Werte-Typen für die LNT-Temperatur-Gewichtungsfunktion, die gemäß einem Gewichtungsfunktionkennfeld berechnet wird, gemäß jenem, das in 24 unten gezeigt ist, mit dem geschätzten Wert Tcc_hat(m) für die Trägertemperatur als Eingabe. Darüber hinaus sind neun Faktoren Dkff_ij(m) (i oder j = 1, 2, 3) regionale adaptive Aktualisierungswerte, die in Zuordnung mit Kombination von neun Typen von Gewichtungsfunktionen erstellt sind. Diese neun regionalen adaptiven Aktualisierungswerte Dkff_ij sind Werte, die den Beitrag der Kombination der Gewichtungsfunktion bezeichnen, das heißt die Größe der Kombination dieser Gewichtungsfunktion. In anderen Worten, eine Veränderung vom Wert des regionalen adaptiven Aktualisierungswerts Dkff_ij(m) entspricht der Veränderung der Formel des Adaptivkorrekturkennfelds, um den Kennfeldwert M_tcc_nox(m) intuitiv zu berechnen. Im Adaptivkoeffizient-Berechnungsprozess von 23 wird der regionale adaptive Aktualisierungswert Dkff_ij(m) so verändert, dass der Absolutwert des Rückkopplungskorrekturterms (DGfuel_ex(m) in Formel (14)) abnimmt.
Es sollte angemerkt werden, dass die drei Gewichtungsfunktionen Wex_nox_1 bis Wex_nox_3 in Bezug auf den geschätzten Wert Gnox_hat für die NOx-Menge definiert sind, und die drei Gewichtungsfunktionen Wex_tlnt_1 bis Wex_tlnt_3 in Bezug auf den geschätzten Wert Tcc_hat für die Trägertemperatur definiert sind. Darüber hinaus sind diese Gewichtungsfunktionen normalisiert, so dass die Summe aller Gewichtungsfunktionswerte, wie in 24 gezeigt, für eine beliebige Temperatur oder NOx-Menge zu 1 wird.
Zurück in Bezug auf 23 werden in Schritt S121 der geschätzte Wert Gnox_hat(m) für die NOx-Menge und der geschätzte Wert Tcc_hat(m) für die Trägertemperatur erfasst, wobei die drei NOx-Mengen-Gewichtungsfunktionswerte Wex_nox_i(m) und die drei LNT-Temperatur-Gewichtungsfunktionswerte Wex_tlnt_j(m) durch Absuchen eines Kennfelds berechnet, wie jenem, das in 24 gezeigt ist, basierend auf diesen geschätzten Werten Gnox_hat(m) und Tcc_hat(m) berechnet werden, und der Prozess zu Schritt S122 weitergeht.
In Schritt S122 wird ein Adaptiv-Fehlersignal Eadp_ex(m) berechnet, indem „–1” mit dem in Schritt S105 von 21 berechneten Korrekturwert DGfuel_ex(m) multipliziert wird (siehe folgende Formel (21-1)), und dann der Prozess zu Schritt S123 weitergeht. In Schritt S123 werden neun Gewichtungsadaptivfehlersignale WEadp_ex_ij(m) (i oder j = 1, 2, 3) gemäß der folgenden Formel (21-2) berechnet, und dann geht der Prozess zu Schritt S124 weiter. In Schritt S124 werden die jeweiligen adaptiven Aktualisierungswerte Dkff_ij(m) berechnet (siehe folgende Formel (21-3)), indem Werte integriert werden, die man erreicht, indem ein negativer Faktor Kadp_ff mit den jeweiligen Gewichtungsadaptivfehlersignalen WEadp_ex_ij(m) multipliziert wird, und dann der Prozess zu Schritt S125 weitergeht. In anderen Worten, die regionalen adaptiven Aktualisierungswerte Dkff_ij(m) werden so berechnet, dass der Absolutwert des geschätzten Werts DGfuel_ex(m) abnimmt, gemäß dem obigen Prozess der Schritte S121 bis S124. Daher stellt der Prozess der Schritte S121 bis S124 ein Basisterm-Korrekturmittel zum Korrigieren des Adaptivkorrekturkennfelds dar. In Schritt S125 wird der Kennfeldwert M_tcc_nox(m) berechnet, indem die Mehrzahl von Gewichtungsfunktionswerten und die regionalen adaptiven Aktualisierungswerte, die in der obigen Weise berechnet sind, in das Adaptivkorrekturkennfeld der Formel (20) eingegeben werden, wobei der Adaptivkoeffizient Kff_ex(m) ferner mit der Formel (19) berechnet wird, und dann der Prozess zu Schritt S107 in 21 zurückkehrt. Eadp_ex(m) = –DGfuel_ex(m) (21-1) WEadp_ex_ij(m) = Wex_nox_i(m)·Wex_tlnt_j(m)·Eadp_ex(m) (21-2) Dkff_ij(m) = Dkff_ij(m – 1) + Kadp_ff·WEadp_ex_ij(m) (21-3)
25 ist ein Flussdiagramm, das eine spezifische Sequenz des Adaptivkoeffizient-Berechnungsprozesses für während KW-Schlupf-Unterdrückungssteuerung zeigt. Der in 25 gezeigte Prozess wird mit der Steuerperiode tm während KW-Schlupf-Unterdrückungssteuerung ausgeführt, als Unterroutine des Hauptprozesses von 21.
In Schritt S131 werden der geschätzte Wert Gnox_hat(m) für die NOx-Menge und der geschätzte Wert Tcc_hat(m) für die Trägertemperatur erfasst, wobei die jeweiligen NOx-Mengen-Gewichtungsfunktionswerte Wex_nox_i(m) und die jeweiligen LNT-Temperatur-Gewichtungsfunktionswerte Wex_tlnt_j(m) durch Absuchen eines Kennfelds berechnet werden, wie jenem, das in 24 gezeigt ist, basierend auf diesen geschätzten Werten Gnox_hat(m) und Tcc_hat(m), und dann der Prozess zu Schritt S132 weitergeht. In Schritt S132 wird der Adaptivkoeffizient Kff_ex(m) gemäß den obigen Formeln (19) und (20) berechnet, mittels der Mehrzahl von Gewichtungsfunktionswerten, die in der obigen Weise berechnet werden, und den regionalen adaptiven Aktualisierungswerten Dkff_ij(m), die durch einen Lernprozess der Formeln (21-1) bis (21-3) während der KW-Schlupf-Rückkopplungsregelung berechnet werden, und dann der Prozess zu Schritt S109 in 21 zurückkehrt.
26 ist ein Flussdiagramm, das eine spezifische Sequenz des Fehlerbestimmungsprozesses des Auspuff-Kraftstoffeinspritzsystems zeigt. Der in 26 gezeigte Prozess wird mit der Steuerperiode tm während der KW-Schlupf-Rückkopplungsregelung ausgeführt, als Unterroutine des Hauptprozesses von 21. In diesem Fehlerbestimmungsprozess wird bestimmt, ob das Auspuff-Kraftstoffeinspritzsystem fehlerhaft ist, durch Vergleich zwischen dem Korrekturwert DGfuel_ex(m) und dem regionalen adaptiven Aktualisierungswert Dkff_ij(m), der während der KW-Schlupf-Rückkopplungsregelung berechnet wird, und den Schwellenwerten, die in Bezug dazu gesetzt sind.
In Schritt S141 wird bestimmt, ob der Korrekturwert DGfuel_ex(m) kleiner als ein vorbestimmter Untergrenz-Fehlerschwellenwert DG_Low_NG ist. Falls die Bestimmung in Schritt S141 NEIN ist, geht der Prozess zu Schritt S142 weiter. In Schritt S142 wird bestimmt, ob einer unter den neuen regionalen adaptiven Aktualisierungswerten Dkff_ij(m) kleiner als der vorbestimmte Untergrenz-Fehlerschwellenwert Dkff_Low_NG sind. Falls die Bestimmung in Schritt S142 NEIN ist, geht der Prozess zu Schritt S145 weiter. Darüber hinaus wird, falls eine der Bestimmungen in den Schritten S141 und S142 JA ist, bestimmt, dass das Auspuff-Kraftstoffeinspritzsystem fehlerhaft ist, wobei der Prozess zu Schritt S143 weitergeht, und das Fehlerflag F_ExINJ_NG(m) = 1 gesetzt wird, und ferner eine nicht dargestellte Warnlampe angeschaltet wird (Schritt S144), und dann der Prozess zu Schritt S109 in 21 weitergeht.
Hierin wird nun der Grund für die Fähigkeit erläutert, einen Fehler des Auspuff-Kraftstoffeinspritzsystems durch die Prozesse der Schritte S141 und S142 zu bestimmen. Die Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge während KW-Schlupf-Rückkopplungsregelung wird so bestimmt, dass ein KW-Schlupf auftritt. Die letztendliche Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge Gfuel_ex(m) wird auf einen kleineren Wert korrigiert, wenn der bei der Bestimmung von Schritt S141 verwendete Korrekturwert DGfuel_ex(m) abnimmt (siehe Formel (14)). Darüber hinaus wird der Adoptivkoeffizient Kff_ex(m) kleiner, wenn der bei der Bestimmung von Schritt S142 verwendete regionale adaptive Aktualisierungswert Dkff_ij(m) abnimmt (siehe Formeln (19) und (20)) und wird die letztendliche Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge Gfuel_ex(m) auf einen kleineren Wert korrigiert (siehe Formel (14)). Daher wird ein Zustand, in dem der Korrekturwert oder der regionale adaptive Aktualisierungswert kleiner als der jeweilige Schwellenwert wird, als Zustand betrachtet, in dem die Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge, die erforderlich ist, um das Auftreten von KW-Schlupf zu verursachen, kleiner als normal ist.
Gemäß der Bestimmung in Schritt S141 oder S141 ist es möglich, einen Fehler zu spezifizieren, in dem die Oxidationsfähigkeit des LNT auf niedriger als normal abnimmt. Dies ist so, weil es, wenn die Oxidationsfähigkeit des LNT abnimmt, schwierig wird, dass Zwischenprodukte erzeugt werden, und eine große Menge Kraftstoff, die von dem Auspuff-Kraftstoffinjektor zugeführt wird, zur stromabwärtigen Seite als KW abgegeben wird, ohne zur Erzeugung der Zwischenprodukte am LNT beizutragen. Weil darüber hinaus in dem Fall, dass die Bestimmung in Schritt S141 oder S142 JA ist, die erzeugte Menge der Zwischenprodukte kleiner als die ursprüngliche Menge ist, nimmt auch die NOx-Reinigungsrate weiter als ursprünglich ab. Es sollte angemerkt werden, dass eine solche Abnahme in der Oxidationsfähigkeit des LNT zum Beispiel bei einer Verschlechterung des LNT auftreten kann.
In Schritt S145 wird bestimmt, ob der Korrekturwert DGfuel_ex(m) größer als ein vorbestimmter Obergrenz-Fehlerschwellenwert DG_High_NG ist. Falls die Bestimmung in Schritt S145 NEIN ist, geht der Prozess zu Schritt S146 weiter. In Schritt S146 wird bestimmt, ob einer unter den neuen regionalen adaptiven Aktualisierungswerten Dkff_ij(m) größer ist als der vorbestimmte Obergrenz-Fehlerschwellenwert DKFF_Low_NG. Falls die Bestimmung in Schritt S146 JA ist, wird bestimmt, dass das Auspuff-Kraftstoffeinspritzsystem normal ist, wobei dies als Fehlerflag F_ExINJ_NG(m) = 0 gesetzt wird (Schritt S147), und dann der Prozess zu Schritt S109 in 21 weitergeht. Darüber hinaus wird, falls eine der Bestimmungen unter den Schritten S145 und S146 JA ist, bestimmt, dass das Auspuff-Kraftstoffeinspritzsystem fehlerhaft ist, wobei das Fehlerflag F_ExINJ_NG(m) = 1 gesetzt wird (Schritt S143), und ferner eine Warnlampe eingeschaltet wird (Schritt S144), und dann der Prozess zu Schritt S109 in 21 weitergeht. Ein Zustand, in dem dieser Korrekturwert oder regionale adaptive Aktualisierungswert größer als der jeweilige Schwellenwert geworden ist, wird als ein Zustand betrachtet, in dem die Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge, die erforderlich ist, um das Auftreten von KW-Schlupf zu verursachen größer als wenn normal ist, im Gegensatz zu dem vorgenannten Fall der Schritte S141 und S142.
Gemäß der Bestimmung in Schritt S145 oder S146 wird es möglich, einen Fehler zu spezifizieren, in dem die Oxidationsfähigkeit des LNT auf höher als wenn normal ansteigt. Dies ist so, weil, wenn die Oxidationsfähigkeit des LNT ansteigt, sehr viel Kraftstoff, der von dem Auspuff-Kraftstoffinjektor zugeführt wird, unmittelbar oxidiert, ohne zur Erzeugung von Zwischenprodukten am LNT beizutragen. Weil darüber hinaus die erzeugte Menge von Zwischenprodukten in dem Fall kleiner als ursprünglich ist, dass die Bestimmung in Schritt S145 oder S146 JA ist, nimmt auch die NOx-Reinigungsrate mehr als ursprünglich ab. Es sollte angemerkt werden, dass dieser Anstieg der Oxidationsfähigkeit des LNT auftreten kann in dem Fall, dass ein Additiv auf Metallbasis (zum Beispiel Pt) zum Kraftstoff hinzugefügt wird, in dem Fall, wo die Partikelgröße von Kraftstoff, der von dem Auspuff-Kraftstoffinjektor eingespritzt wird, kleiner als ein normaler Zustand ist, etc.
Nachfolgend wird eine zweite Ausführung der vorliegenden Erfindung in Bezug auf die Zeichnungen erläutert.
27 ist eine Ansicht, die die Konfiguration des Motors 1 und dessen Abgasreinigungssystem 2B gemäß der vorliegenden Ausführung zeigt. Das Abgasreinigungssystem 2B in 27 unterscheidet sich von dem Abgasreinigungssystem der in 1 gezeigten Ausführung in der Position, wo der Vorkatalysator-LAF-Sensor 51B vorgesehen ist, in der Konfiguration für die ECU 3B, die die Zylinderkraftstoffeinspritzsteuerung und die Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Steuerung durchführt.
Der Vorkatalysator-LAF-Sensor 51B ist in dem Auspuffkanal 11 zwischen dem LNT 41 und dem Auspuff-Kraftstoffinjektor 452 vorgesehen. In diesem Fall wird, im Gegensatz zum System 2 von 1, der Ausgabewert AFact_up' des LAF-Sensors 51B durch die Kraftstoffeinspritzung von dem Auspuff-Kraftstoffinjektor 452 beeinflusst; wenn man jedoch den nachfolgend gezeigten Prozess ändert, wird es möglich, die Zylinderkraftstoffeinspritzsteuerung und die Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Steuerung, die in den 5 bis 26 gezeigt ist, auch mit dem Abgasreinigungssystem 2B auszuführen.
Erstens ist es, durch das Vorsehen des Vorkatalysator-LAF-Sensors 51B an der stromabwärtigen Seite des Auspuff-Kraftstoffinjektors 452 möglich, den Ausgabewert AFact_up'(m) dieses Vorkatalysator-LAF-Sensors 51B als das ideale Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AF_exh_id_up(m) an der stromaufwärtigen Seite des LNT so zu verwenden, wie es ist. In anderen Worten werden bei dem Abgasreinigungssystem 2B die Formeln (1-1) und (1-2) durch die folgende Formel (22) ersetzt. AF_exh_id_up(m) = AFact_up'(m) (22)
Zweitens wird der Prozess der Schritte S45 bis S147 der Soll-Vorkatalysator-Luft/Kraftstoff-Berechnung in 12 wie folgt geändert. Bei dem Abgasreinigungssystem 2 von 1 ist der Vorkatalysator-LAF-Sensor 51 an der stromaufwärtigen Seite des Auspuff-Kraftstoffinjektors 452 vorgesehen. Wenn man daher in dem Abgasreinigungssystem 2 den Sollwert AFcmd(k) für den Ausgabewert AFact_up(k) des Vorkatalysator-LAF-Sensors 51 berechnet, wird der Einfluss der Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge Gfuel_ex(k) von dem Sollwert AFcmd_ds_tdc(k) entfernt, der gemäß dem Prozess von 15 berechnet wird (siehe Formeln (8) bis (11). Weil im Gegensatz hierzu, beim Abgasreinigungssystem 2B von 27 der Vorkatalysator-LAF-Sensor 51B an der stromabwärtigen Seite des Auspuff-Kraftstoffinjektors 452 vorgesehen ist, ist es daher, wenn man den Sollwert AFcmd'(k) des Ausgabewerts AFact_up'(k) des Katalysator-LAF-Sensors 51B berechnet, nicht notwendig, den Einfluss der Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge Gfuel_ex(k) zu beseitigen. In anderen Worten wird, beim Abgasreinigungssystem 2B, die Formel (10) durch die folgende Formel (23) ersetzt. Gemäß dem Abgasreinigungssystem 2B von 27 erhält man, durch den obigen Austausch, im Wesentlichen die gleichen Effekte wie beim Abgasreinigungssystem 2 von 1. Gfuel_cyl(k) = Gfuel_rq(k) (23)
Obwohl oben eine Ausführung der vorliegenden Erfindung erläutert ist, ist die vorliegende Erfindung darauf nicht beschränkt. Die vorliegende Erfindung erreicht durch Nutzung des Phänomens, dass die Differenz zwischen dem Ausgabewert des Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors und dem Istwert sich gemäß der KW-Konzentration ändert, unabhängig davon, ob die Konzentration der gesamten Kraftstoffkomponenten im Abgas konstant ist. In der oben erwähnten Ausführung wird dann, als das diese Erfindung verkörpernde Mittel, im Detail ein Fall erläutert, wo ein Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor verwendet wird, der eine Charakteristik hat, dass sich sein Ausgabewert zur mageren Seite relativ zum Istwert verschiebt, wenn in dem Nachkatalysator-Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor 52 (siehe 1) an der stromabwärtigen Seite des Katalysators die KW-Konzentration im Abgas ansteigt, wie in Bezug auf 3 erläutert, jedoch ist die vorliegende Erfindung darauf nicht beschränkt. Solange zum Beispiel ein Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor mit einer Charakteristik vorhanden ist, dass die Differenz zwischen seinem Ausgabewert und dem Istwert sich in Antwort auf eine Zunahme der KW-Konzentration im Abgas zur fetten Seite hin verändert, ist es möglich, die gleichen Ziele und Wirkungen wie in der Erfindung gemäß der oben erwähnten Ausführung zu erreichen, auch wenn man einen solchen Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor als den Nachkatalysator-Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor 52 verwendet. Es sollte angemerkt werden, dass im Falle der Verwendung eines Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors, dessen Ausgangswert sich auf diese Weise in der entgegengesetzten Richtung zu 3 verändert, das Symbol des NOx-Reinigungsparameters P_LNT, das in der obigen Formel (3) definiert ist, entgegengesetzt wird, und darüber hinaus sollte der Punkt angemerkt werden, dass das Symbol des Sollwerts P_LNT_cmd für diesen NOx-Reinigungsparameter P_LNT auch entgegengesetzt wird. Wenn man berücksichtigt, dass das Symbol des NOx-Reinigungsparameters P_LNT auf diese Weise entgegengesetzt ist, kann die spezifische Steuersequenz, die in Bezug auf die 5 bis 26 erläutert ist, auch auf das Abgasreinigungssystem verwendet werden, das einen Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor verwendet, der eine Verschiebungsrichtung des Ausgabewerts hat, die im Nachkatalysator-Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor 52 entgegengesetzt zu 3 ist.
Es wird ein Abgasreinigungssystem vom Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Typ angegeben, das das Auftreten von übermäßigem KW-Schlupf verhindern kann, während die NOx-Reinigungsrate so weit wie möglich angehoben wird. Das Abgasreinigungssystem enthält: eine Auspuff-Kraftstoffeinspritzvorrichtung, die Kraftstoff zur stromaufwärtigen Seite eines LNT einspritzt, ein Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Steuermittel, das die Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge von der Auspuff-Kraftstoffeinspritzvorrichtung steuert/regelt, einen Nachkatalysator-LAF-Sensor, der das Luft/Kraftstoff-Verhältnis vom Abgas an der stromabwärtigen Seite des LNT erfasst, sowie ein Stromabwärtiges-Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Schätzmittel zum Schätzen des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses vom Abgas an der stromabwärtigen Seite des LNT. Das Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Steuermittel steuert/regelt die Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge (Gfuel_ex) derart, dass ein NOx-Reinigungsparameter (P_LNT), entsprechend der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Differenz zwischen einem Ausgabewert (AFact_ds) des Nachkatalysator-LAF-Sensors und einem idealen Luft/Kraftstoff-Verhältnis (AF_exh_id_is), das von dem stromabwärtigen Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Schätzmittel berechnet wird, zu einem vorbestimmten Sollwert P_LNT_cmd wird, der nicht Null ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2013-250960 [0001]
JP 2013-15117 [0004]
JP 2012-62864 [0004]
JP 2007-40130 [0089]
JP 2011-58440 [0089]

Claims

Abgasreinigungssystem für einen Verbrennungsmotor, welches aufweist: eine Auspuff-Kraftstoffeinspritzvorrichtung, die Kraftstoff zur stromaufwärtigen Seite eines Katalysators einspritzt, der in einem Auspuffkanal des Verbrennungsmotors vorgesehen ist; ein Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Steuermittel zum Steuern/Regeln einer Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge von der Auspuff-Kraftstoffeinspritzvorrichtung; einen stromabwärtigen Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor, der ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis vom Abgas an einer stromabwärtigen Seite des Katalysators erfasst; und ein Stromabwärtiges-Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Schätzmittel zum Schätzen des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses vom Abgas an der stromabwärtigen Seite des Katalysators, dadurch gekennzeichnet, dass das Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Steuermittel die Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge derart steuert/regelt, dass eine Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Differenz zwischen einem erfassten Luft/Kraftstoff-Verhältnis, das aus einer Ausgabe des stromabwärtigen Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors erhalten wird, und einem geschätzten Luft/Kraftstoff-Verhältnis, das vom Stromabwärtiges-Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Schätzmittel berechnet wird, zu einem vorbestimmten Sollwert wird, der nicht Null ist.
Das Abgasreinigungssystem für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stromabwärtiges-Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Schätzmittel einen stromaufwärtigen Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor enthält, der ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis vom Abgas an einer vom Katalysator stromaufwärtigen Seite erfasst und das geschätzte Luft/Kraftstoff-Verhältnis basierend auf einer Ausgabe des stromaufwärtigen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses und der Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge berechnet, und die Oxidationsleistung eines Erfassungselements des stromabwärtigen Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors, wenn die Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Differenz berechnet wird, niedriger ist als die Oxidationsleistung eines Erfassungselements des stromaufwärtigen Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors.
Abgasreinigungssystem für einen Verbrennungsmotor, welches aufweist: eine Auspuff-Kraftstoffeinspritzvorrichtung, die Kraftstoff zur stromaufwärtigen Seite eines Katalysators einspritzt, der in einem Auspuffkanal des Verbrennungsmotors vorgesehen ist; ein Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Steuermittel zum Steuern/Regeln einer Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge von der Auspuff-Kraftstoffeinspritzvorrichtung; einen stromaufwärtigen Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor, der ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis vom Abgas an einer stromaufwärtigen Seite des Katalysators erfasst; und einen stromabwärtigen Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor, der ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis vom Abgas an der stromabwärtigen Seite des Katalysators erfasst; dadurch gekennzeichnet, dass das Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Steuermittel die Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge derart steuert/regelt, dass eine Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Differenz zwischen einem stromaufwärtigen erfassten Luft/Kraftstoff-Verhältnis, das aus der Ausgabe des stromaufwärtigen Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors erhalten wird, und einem stromabwärtigen erfassten Luft/Kraftstoff-Verhältnis, das aus der Ausgabe des stromabwärtigen Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors erhalten wird, zu einem vorbestimmten Sollwert wird, der nicht nicht Null ist, und die Oxidationsleistung eines Erfassungselements des stromabwärtigen Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors, wenn die Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Differenz berechnet wird, niedriger ist als die Oxidationsleistung eines Erfassungselements des stromaufwärtigen Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors.
Das Abgasreinigungssystem für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Menge pro Flächeneinheit von eine KW-Oxidationsfunktion aufweisendem Oxidationsmaterial auf dem Erfassungselement des stromabwärtigen Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors kleiner ist als eine Menge pro Flächeneinheit des Oxidationsmaterials auf dem Erfassungselement des stromaufwärtigen Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors.
Das Abgasreinigungssystem für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 2 oder 3, das ferner aufweist: ein Stromaufwärtiges-Element-Temperatur-Steuermittel zum Steuern/Regeln der Temperatur des Erfassungselements des stromaufwärtigen Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors; und ein Stromabwärtiges-Element-Temperatur-Steuermittel zum Steuern/Regeln des Erfassungselements des stromabwärtigen Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors auf eine Temperatur, die niedriger ist als die Temperatur des Erfassungselements des stromaufwärtigen Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors.
Das Abgasreinigungssystem für einen Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Steuermittel enthält: ein Einspritzmengen-Berechnungsmittel zum Berechnen der Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge basierend auf einem Basisterm, der mit einer oder beiden einer NOx-Menge, die in den Katalysator fließt, und der Temperatur des Katalysators als Eingangsparameter berechnet wird, und einem Rückkopplungskorrekturterm, der so berechnet wird, dass die Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Differenz zu dem Sollwert wird; und ein Basisterm-Korrekturmittel zum Korrigieren des Basisterms derart, dass ein Absolutwert des Rückkopplungskorrekturterms abnimmt.
Das Abgasreinigungssystem für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Basisterm berechnet wird gemäß einem Basiswert, der mittels eines vorbestimmten Basiskennfelds berechnet wird, und einem Adaptivkoeffizienten, der mittels eines vorbestimmten Adaptivkorrekturkennfelds berechnet wird; das Basisterm-Korrekturmittel das Adaptivkorrekturkennfeld so korrigiert, dass ein Absolutwert des Rückkopplungskorrekturterms in einer Periode abnimmt, die zum Realisieren eines Zustands geeignet ist, in dem KW von dem Katalysator schlupft, und das Einspritzmengen-Berechnungsmittel die Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge innerhalb einer Periode, die nicht zum Realisieren eines Zustands geeignet ist, in dem KW vom Katalysator schlupft, basierend nur auf dem Basisterm berechnet.
Das Abgasreinigungssystem für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 6 oder 7, das ferner ein Fehlerbestimmungsmittel aufweist, um zu bestimmen, ob ein Auspuff-Kraftstoffeinspritzsystem, das den Katalysator und die Auspuff-Kraftstoffeinspritzvorrichtung enthält, fehlerhaft ist, gemäß einem Vergleich zwischen dem Rückkopplungskorrekturterm und einem vorbestimmten Schwellenwert.
Das Abgasreinigungssystem für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 7, das ferner ein Fehlerbestimmungsmittel aufweist, um zu bestimmen, ob ein Auspuff-Kraftstoffeinspritzsystem, das den Katalysator und die Auspuff-Kraftstoffeinspritzvorrichtung enthält, fehlerhaft ist, gemäß einem Vergleich zwischen dem Adaptivkoeffizienten und einem vorbestimmten Schwellenwert.
Das Abgasreinigungssystem für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Basisterm-Korrekturmittel die Periode bestimmt, die zum Realisieren eines Zustands geeignet ist, in dem KW vom Katalysator schlupft, in einem Fall, wo die Temperatur des Katalysators höher als eine vorbestimmte untere Grenztemperatur, bei der die Erzeugung von N₂O am Katalysator beginnt, und niedriger als eine vorbestimmte obere Grenztemperatur, bei der eine direkte Oxidation von Kohlenwasserstoffen am Katalysator beginnt, ist, und Wasser und Kohlendioxid erzeugt werden.
Das Abgasreinigungssystem für einen Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein KW-Oxidationskatalysator, der vom Katalysator abgegebenes KW oxidiert, an einer vom stromabwärtigen Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor stromabwärtigen Seite vorgesehen ist, und der Sollwert basierend auf einer Oxidationsleistung durch den KW-Oxidationskatalysator gesetzt ist.