DE102015201177B4

DE102015201177B4 - Abgasreinigungssystem für einen Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102015201177B4
Application number: DE102015201177.1A
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: 2014-01-23
Filing date: 2015-01-23
Publication date: 2016-01-28
Anticipated expiration: 2035-01-24
Also published as: DE102015201177A1

Abstract

Abgasreinigungssystem (2A, 2B) für einen Verbrennungsmotor (1), welches aufweist: einen Injektor (452), der intermittierend Kraftstoff zur stromaufwärtigen Seite eines Katalysators (41) einspritzt, der in einem Auspuffkanal (11) des Verbrennungsmotors (1) vorgesehen ist; einen Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor (52), der gemäß einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis von Abgas weiter an der stromabwärtigen Seite als der Injektor (452) ein Signal erzeugt; ein Abtastmittel (3A, 3B) zum Erfassen eines Ausgabewerts des Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors (52) mit einer vorbestimmten Abtastperiode (ΔTex); ein Gleitender-Mittelwert-Berechnungsmittel (3A, 3B) zum Berechnen eines Mittelwerts über einen vorbestimmten gleitenden Aufmittelungsabschnitt des vom Abtastmittel (3A, 3B) erfassten Ausgabewerts (AFact_ds); ein Einspritzmengen-Berechnungsmittel (3A, 3B) zum Berechnen einer Kraftstoffeinspritzmenge des Injektors (452) basierend auf dem Mittelwert (AFact_mav_ds); und ein Intermittierende-Einspritzung-Ausführungsmittel (3A, 3B) zum Antrieb des Injektors (452) gemäß der Einspritzperiode (Tfuel_ex), die auf ein ganzzahliges Mehrfaches der Abtastperiode gesetzt ist, und der so berechneten Kraftstoffeinspritzmenge (Gfuel_ex).

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Abgasreinigungssystem für Verbrennungsmotoren. 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
Die DE 197 14 293 C1 zeigt ein Verfahren zum Überprüfen der Konvertierungsfähigkeit eines Katalysators. Zur Beurteilung der Konvertierungsfähigkeit eines Vorkatalysators wird nach einem Temperaturmodell die in einem nicht katalytisch beschichteten Referenzkatalysator erzeugte Wärmeenergie berechnet und mit der in dem Vorkatalysator gemessenen Wärmeenergie verglichen. Aus der Differenz wird ein Maß für die Konvertierungsfähigkeit des Vorkatalysators ermittelt, das mit einem Vergleichswert verglichen wird. Der Vorkatalysator weist eine ausreichende Konvertierungsfähigkeit aus, wenn die Differenz über dem Vergleichswert liegt.
Die DE 44 26 020 A1 zeigt eine Vorrichtung zur Überwachung der Funktionsfähigkeit eines Katalysators im Abgaskanal einer Brennkraftmaschine. Die Funktionsfähigkeit des Katalysators wird anhand der durch exotherme Abgas-Umsetzung im Katalysator erzeugten Temperaturerhöhung beurteilt. Die Temperaturerhöhung wird mit Hilfe zweier Temperatursignale ermittelt, wobei das erste Temperatursignal stromab des Katalysators gemessen wird und das zweite Temperatursignal mit Hilfe eines Temperaturmodells gebildet wird. Das Temperaturmodell bildet die Temperatur stromab eines völlig funktionsunfähigen, eines gerade noch ausreichend funktionsfähigen oder eines voll funktionsfähigen Katalysators nach. Die Beurteilung der Funktionsfähigkeit des Katalysators erfolgt anhand von Kriterien, die auf das verwendete Temperaturmodell abgestimmt sind.
Die DE 101 33 944 A1 zeigt ein Verfahren zur Überwachung der Katalysatoraktivität, welches hinreichendes Einspritzen von Kohlenwasserstoff in den Motorabgasstrom umfasst, so dass eine Reduktionsmittelkonzentration in den Katalysator unter variablen Motorabgasstrombedingungen konstant bleibt. Dies erlaubt eine genaue Berechnung der tatsächlichen HC-Umwandlung durch den Katalysator und eine Ermittlung, ob der Katalysator derzeit die Emissionsbestimmungen erfüllt.
Die DE 197 36 233 A1 zeigt ein Verfahren zum Überprüfen eines Katalysators, bei dem eine Messgröße am Katalysator ermittelt wird und mit einem Vergleichswert verglichen wird. Der Vergleichswert wird nach einem Modell ermittelt, das mindestens einen Parameter eines Vergleichskatalysators verwendet, wobei der Parameter des Vergleichskatalysators anhand einer Messgröße des zu überprüfenden Katalysators angepasst wird.
Die DE 10 2005 015 998 A1 zeigt ein Katalysatordiagnoseverfahren mit den Schritten: wiederholtes Messen einer Ist-Temperatur hinter einem Katalysatorvolumen, wiederholtes Berechnen einer ersten Modell-Temperatur auf der Basis eines ersten Temperaturmodells und Beurteilen einer Konvertierungsfähigkeit des Katalysatorvolumens auf der Basis einer ersten Differenz, die von der Ist-Temperatur und der ersten Modell-Temperatur abhängt. Zusätzlich wird eine zweite Modell-Temperatur auf der Basis eines zweiten Temperaturmodells berechnet, wobei eine zweite Differenz gebildet wird, die von der zweiten Modell-Temperatur und der ersten Modell-Temperatur abhängt. Das Beurteilen der Konvertierungsfähigkeit erfolgt auf der Basis eines von der ersten Differenz abhängigen Wertes, der auf einen von der zweiten Differenz abhängigen Wert normiert wird.
Die DE 10 2012 211 684 A1 zeigt ein Verfahren zur Reinigung des Abgases einer Brennkraftmaschine, wobei Stickoxid im Abgas durch vor einem Stickoxid-Katalysator pulsförmig einführte Kohlenwasserstoffe umgesetzt wird. Im Abgasstrom wird nach dem Stickoxid-Katalysator eine Konzentration oder ein Maß für die Konzentration von Kohlenwasserstoffen im Abgas mittels eines Kohlenwasserstoff-Sensors bestimmt. Die Dosiermenge der Kohlenwasserstoffe wird derart beeinflusst, dass ein Durchbruch von Kohlenwasserstoffen durch den Stickoxid-Katalysator gerade vermieden wird. Hierdurch soll einerseits deren Reinigungswirkung bei der Entfernung von Stickoxid bezogen auf die eingesetzte Menge optimal ausgenutzt und andererseits aber ein Durchbruch ungenutzter Kohlenwasserstoffe vermieden werden.
30 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, und einen LAF-Sensor 105, der das Luft/Kraftstoff-Verhältnis vom Abgas an der stromabwärtigen Seite des LNT 104 erfasst.
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 an 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 JP 2013-015117 A und JP 2012-062864 A ).
31 zeigt in Graphen, welche die Beziehungen zwischen der Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge (von einem Injektor 102 pro Zeiteinheit eingespritzte Kraftstoffmenge, gemäß der oben erwähnten intermittierenden Einspritzung), 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 31 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 31 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.
32 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 32 einen Fall zeigt, wo nur die Oxidationsfähigkeit des LNT verändert wird, während die Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge konstant gehalten wird. Wie in 32 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 32 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 32 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; daher bezeichnet die Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge G2 (siehe oben erwähnte 31), bei der der KW-Schlupf beginnt, eine Änderung in Antwort auf die Oxidationsfähigkeit des LNT. 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.
Das japanische Patent Nr. JP 4893876 B2 offenbart eine Technik, die die Oxidationsfähigkeit des LNT aus dem Temperaturgefälle schätzt, das in dem PM-Sammelfilter entsteht, der an der stromabwärtigen Seite davon vorgesehen ist. Wenn die Oxidationsfähigkeit des LNT abnimmt, nimmt die vom LNT oxidierte Kohlenwasserstoffmenge ab, und nimmt die in den Filter fließende Kohlenwasserstoffmenge zu. Weil darüber hinaus ein Katalysator, der Kohlenwasserstoffe oxidiert, an dem Filter vorgesehen ist, nimmt, wenn die dort hinein fließende Kohlenwasserstoffmenge zunimmt, die vom Filter oxidierte Kohlenwasserstoffmenge auch um diesen erhöhten Betrag zu, und daher wird das Temperaturgefälle zwischen der Einlassseite und der Auslassseite des Filters größer.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Da das Schätzverfahren des japanischen Patents Nr. JP 4893876 B2 die Oxidationsleistung des LNT auf diese Weise nicht direkt beobachtet, gibt es auch in diesem Punkt die folgenden Probleme. Erstens schätzt dieses Schätzverfahren die Oxidationsleistung des LNT indirekt durch die Oxidationsreaktion von Kohlenwasserstoffen am Filter; daher ist dieses Schätzergebnis nicht frei von Einflüssen, wie etwa der Oxidationsfähigkeit des Filters, der eine vom LNT separate Vorrichtung ist, individueller Variation, Alterung, PM-Ablagerungsmenge zu dieser Zeit. Da zweitens, im Falle der Einspritzmenge von Kraftstoff zum LNT, die in den Filter fließende Kohlenwasserstoffmenge aus irgendeinem Grund auch unabhängig vom Anstieg und Abfall der Oxidationsleistung des LNT zu dieser Zeit abnehmen wird, wird auch das Temperaturgefälle des Filters kleiner. In anderen Worten, das Temperaturgefälle des Filters ändert sich nicht nur durch die Oxidationsleistung des LNT, sondern auch entsprechend der Kraftstoffeinspritzmenge in den LNT; daher wird es als nicht möglich betrachtet, mit dem Schätzverfahren des japanischen Patents JP 4893876 B2 die Oxidationsleistung des LNT mit guter Präzision zu schätzen.
Die vorliegende Erfindung strebt danach, die Oxidationsleistung eines Katalysators präzise zu schätzen, um in der Lage zu sein, in einem Abgasreinigungssystem für Verbrennungsmotoren, das Kraftstoff in einer Menge, die gemäß der Oxidationsleistung des Katalysators bestimmt wird, in das Abgas einspritzt, die richtige Kraftstoffmenge einzuspritzen.
Nun wird ein Fall betrachtet, durch den die Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Steuerung durch rückkoppelnde Regelung mittels der Ausgabe des LAF-Sensors 105 in 30 durchgeführt wird. Zuerst wird, wie in Bezug auf die 30 bis 32 erläutert, der Bereich Ox_op, in dem die erzeugte Menge von Zwischenprodukten die Nähe eines Maximums erreicht, durch die Beziehung zwischen der Oxidationsleistung des LNT und der Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge bestimmt, wie oben erwähnt; daher wird sich durch die Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge G2 (siehe die vorgenannte 32), bei der der KW-Schlupf beginnt, in Abhängigkeit von der Oxidationsleistung des LNT verändern. Aus diesem Grund ist daran gedacht worden, die Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge auf G2 zu steuern/zu regeln, bei der KW-Schlupf beginnt, oder eine etwas größere Menge als G2, während die Oxidationsfähigkeit des LNT berücksichtigt wird, durch rückkoppelnde Regelung unter Verwendung der Ausgabe des LAF-Sensors, der an der stromabwärtigen Seite des LNT vorgesehen ist.
Falls jedoch Kraftstoff von dem Injektor in das Abgas mit einer Einspritzperiode in der Größenordnung von einigen Hz intermittierend eingespritzt wird, entstehen die folgenden Probleme.
33 zeigt in Graphen die Änderung im Ausgabewert des LAF-Sensors im Falle der Durchführung von intermittierender Einspritzung. Wenn Kraftstoff von dem Injektor mit einem Modus, wie dem oben in 33 gezeigten, intermittierend eingespritzt wird, wird sich der Ausgabewert des LAF-Sensors, der an der stromabwärtigen Seite von diesem Injektor vorgesehen ist, auch stark ändern. Aus diesem Grund ist es im Falle der Erzeugung einer rückkoppelnden Regelung mittels der Ausgabe des LAF-Sensors erforderlich, eine übermäßige Ausgabefluktuation, die durch intermittierende Einspritzung verursacht wird, von dem Ausgabewert des LAF-Sensors unter Verwendung eines Filters zu unterdrücken.
Die dritten und vierten Graphen von 33 oben zeigen die Ausgaben des LAF-Sensors, die jeweils durch einen Bandpassfilter und einen Tiefpassfilter erhalten werden. Auch wenn der Bandpassfilter und Tiefpassfilter so eingestellt werden, dass die Einspritzfrequenz der intermittierenden Einspritzung in dem Sperrband enthalten ist, ist es nicht möglich, die Fluktuationskomponente aufgrund der intermittierenden Einspritzung zu beseitigen, wie in 33 gezeigt. Dies liegt vermutlich daran, dass der Kraftstoff intermittierend eingespritzt wird, und infolgedessen der Ausgabewert des LAF-Sensors sich eher einer Sägezahnwelle annähert als einer Sinuswelle, in Abhängigkeit von der Einspritzfrequenz.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Abgasreinigungssystem bereitzustellen, das Fluktuationskomponenten, die durch intermittierende Einspritzung verursacht werden, aus dem Ausgabewert eines Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors beseitigt, der an der stromabwärtigen Seite eines Injektors vorgesehen ist, von dem Kraftstoff intermittierend eingespritzt wird, um eine rückkoppelnde Regelung unter stabiler Ausgabe durchzuführen.
Nachfolgend werden ein erster bis dritter Aspekt der Erfindung zum Lösen der Aufgabe der vorliegenden Erfindung erläutert.
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 zur stromaufwärtigen Seite eines Katalysators (zum Beispiel des später beschriebenen LNT 41), der in einem Auspuffkanal des Verbrennungsmotors vorgesehen ist, einspritzt; ein Oxidationsfähigkeit-Schätzmittel (zum Beispiel die später beschriebene ECU 3) zum Schätzen einer KW-Oxidationsfähigkeit des Katalysators; ein Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Steuermittel (zum Beispiel die später beschriebene ECU 3) zum Steuern/Regeln einer Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge von der Auspuff-Kraftstoffeinspritzvorrichtung basierend auf der so geschätzten KW-Oxidationsfähigkeit, so dass NOx im Abgas durch den Katalysator kontinuierlich reduziert wird; einen Katalysatortemperatursensor (zum Beispiel die später beschriebenen Temperatursensoren 53, 54), der die Temperatur des Katalysators erfasst; ein Katalysatortemperatur-Schätzmittel (zum Beispiel die später beschriebene ECU 3) zum Schätzen der Temperatur des Katalysator mittels eines Katalysatorwärmemodells, das zumindest zwei Terme eines Abgaswärmekorrelationsterms, der von der Temperatur des in den Katalysator fließenden Abgases abhängig ist, und eines Wärmeerzeugungsterms, der von einer in den Katalysator einströmenden Kraftstoffmenge abhängig ist, aufweist; und ein Identifizierungsmittel (zum Beispiel die später beschriebene ECU 3) zum sequentiellen Identifizieren von Werten eines ersten Parameters (Koeffizient b), der in dem Abgaswärmekorrelationsterm enthalten ist, und eines zweiten Parameters (Koeffizient c), der in dem Wärmeerzeugungsterm enthalten ist, so dass eine Differenz zwischen einem erfassten Wert des Katalysatortemperatursensors und einem geschätzten Wert des Katalysatortemperatur-Schätzmittels abnimmt, wobei das Oxidationsfähigkeit-Schätzmittel die KW-Oxidationsfähigkeit des Katalysators mittels des zweiten Parameters schätzt, und das Identifizierungsmittel den Wert des ersten Parameters aktualisiert, wenn die Kraftstoffeinströmmenge 0 ist, und den Wert des zweiten Parameters aktualisiert, während der Wert des ersten Parameters festgehalten wird, wenn die Kraftstoffeinströmmenge nicht 0 ist.
Die vorliegende Erfindung gemäß dem ersten Aspekt identifiziert sequentiell die Werte des ersten Parameters und des zweiten Parameters, die jeweils in dem Abgaswärmekorrelationsterm und dem Wärmeerzeugungsterm des Katalysatorwärmemodells enthalten sind, mittels des erfassten Werts des Katalysatortemperatursensors, schätzt die KW-Oxidationsfähigkeit des Katalysators mittels des zweiten Modellparameters, der in dem Wärmeerzeugungsterm enthalten ist, unter diesen zwei Parametern, und steuert/regelt die Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge basierend auf der so geschätzten KW-Oxidationsfähigkeit. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es, durch die Verwendung des zweiten Parameters, der eine direkte Korrelation zur KW-Oxidationsfähigkeit des Katalysators hat, möglich, die KW-Oxidationsfähigkeit zu dieser Zeit akkurat zu schätzen und Kraftstoff mit einer geeigneten Menge einzuspritzen. Insbesondere ist es mit der vorliegenden Erfindung möglich, die Schätzgenauigkeit der Temperatur auf dieses thermische Katalysatormodell zu erhöhen, durch Konfiguration des Katalysatorwärmemodells mit einem Modell, das zumindest den Abgaswärmekorrelationsterm und den Wärmeerzeugungsterm enthält. Darüber hinaus ist es mit den allgemein benutzten Identifikationsalgorithmen schwierig, die Werte von zwei unabhängigen Modellparametern gleichzeitig zu identifizieren, ohne dass ein Risiko besteht, dass die Identifikationsgenauigkeit abnimmt. Im Gegensatz hierzu wird mit der vorliegenden Erfindung nur der Wert des ersten Parameters aktualisiert, wenn die Kraftstoffeinströmmenge des Katalysators 0 ist, und es wird nur der Wert des zweiten Parameters aktualisiert, während der Wert des ersten Parameters festgehalten wird, wenn die Kraftstoffeinströmmenge nicht 0 ist. In anderen Worten besteht durch das Aktualisieren der Werte der zwei Parameter zu unterschiedlicher Zeitgebung kein Risiko, dass die Identifikationsgenauigkeit in der vorgenannten Weise abnimmt. Daher ist es gemäß der vorliegenden Erfindung durch Verwendung des zweiten Modellparameters, der einer einer einer Mehrzahl von Modellparametern ist, die auf diese Weise genau identifiziert wurden, möglich, als Ergebnis die optimale Kraftstoffmenge einzuspritzen, da es möglich wird, die KW-Oxidationsleistung akkurat zu schätzen.
Gemäß einem zweiten Aspekt ist es in diesem Fall bevorzugt, die einströmende Kraftstoffmenge zu berechnen, indem ein Korrekturkoeffizient, der abnimmt, wenn eine Nacheinspritzmenge zunimmt, mit einer Kraftstoffmenge multipliziert wird, die durch Aufsummieren der Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge von der Auspuff-Kraftstoffeinspritzvorrichtung und der Nacheinspritzmenge erhalten wird.
Gemäß dem zweiten Aspekt werden mit dem Abgasreinigungssystem der vorliegenden Erfindung, das die Auspuff-Kraftstoffeinspritzvorrichtung enthält, der Kraftstoff, der durch Nacheinspritzung eingespritzt wird, und der Kraftstoff, der durch die Auspuff-Kraftstoffeinspritzvorrichtung eingespritzt wird, dem Katalysator zugeführt. Da jedoch eine Menge des in den Zylinder durch Nacheinspritzung eingespritzten Kraftstoffs in dem Zylinder verbrennt, wird er dem Katalysator als Abgaswärme zugeführt. Mit der vorliegenden Erfindung wird, im Hinblick auf diesem Punkt, die Kraftstoffeinströmmenge berechnet, indem der Korrekturkoeffizient, der kleiner wird, wenn die Nacheinspritzmenge zunimmt, mit der Kraftstoffmenge, die durch das Aufsummieren der Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge und der Nacheinspritzmenge erhalten wird, multipliziert. Indem die einströmende Kraftstoffmenge auf diese Weise definiert wird, ist es möglich, die Identifikationsgenauigkeit des zweiten Parameters zu verbessern, da die Beiträge des Abgaswärmekorrelationsterms und des Wärmeerzeugungsterms, die in dem Katalysatorwärmemodell enthalten sind, geeignet isoliert werden. Weil darüber hinaus die KW-Oxidationsleistung genau geschätzt werden kann, ist es möglich, Kraftstoff in einer geeigneten Menge einzuspritzen, so dass die KW-Abgabemenge zur stromabwärtigen Seite des Katalysators ein Minimum erreicht und die NOx-Reinigungsrate des Katalysators ein Maximum erreicht.
Ein Abgasreinigungssystem (zum Beispiel das später beschriebene Abgasreinigungssystem 2) 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 des Verbrennungsmotors vorgesehen ist; ein Oxidationsfähigkeits-Schätzmittel (zum Beispiel die später beschriebene ECU 3) zum Schätzen einer KW-Oxidationsfähigkeit des Katalysators; ein Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Steuermittel (zum Beispiel die später beschriebene ECU 3) zum Steuern/Regeln einer Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge von der Auspuff-Kraftstoffeinspritzvorrichtung basierend auf der so geschätzten KW-Oxidationsfähigkeit, so dass NOx im Abgas durch den Katalysator kontinuierlich reduziert wird; ein Katalysatorreduktionsmittel (zum Beispiel die später beschriebene ECU 3) zur Durchführung eines Reduktionsprozesses, um zu Bewirken, dass Sauerstoff oder NOx, die am Katalysator rückgehalten werden, reduziert werden, indem das Abgas an dem Katalysator auf eine reduzierende Atmosphäre gesetzt wird, vor Beginn der Kraftstoffeinspritzung von der Auspuff-Kraftstoffeinspritzvorrichtung, um NOx durch den Katalysator kontinuierlich zu reduzieren; sowie ein Reduktionsmittelmengen-Berechnungsmittel (zum Beispiel die später beschriebene ECU 3) zum Bestimmen, dass der Reduktionsprozess abgeschlossen worden ist, und Berechnen einer dem Katalysator zugeführten Reduktionsmittelmenge zwischen dem Beginn und dem Abschluss des Reduktionsprozesses, wobei das Oxidationsfähigkeit-Schätzmittel die KW-Oxidationsfähigkeit des Katalysators mittels der Reduktionsmittelmengen-Berechnungsmittel (Krd) schätzt, die durch das Reduktionsmittelmengen-Berechnungsmittel berechnet wird, nachdem der Reduktionsprozess abgeschlossen worden ist, und das Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Steuermittel die Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge unter Verwendung der vom Oxidationsfähigkeits-Schätzmittel geschätzten KW-Oxidationsfähigkeit steuert/regelt, nachdem der Reduktionprozess abgeschlossen worden ist.
Gemäß dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird beim Einspritzen von Kraftstoff von der Auspuff-Kraftstoffeinspritzvorrichtung, um NOx durch den Katalysator kontinuierlich zu reduzieren, der Reduktionsprozess des Katalysators vor dem Beginn der Kraftstoffeinspritzung durchgeführt, wobei die KW-Oxidationsfähigkeit unter Verwendung der Reduktionsmittelmenge geschätzt wird, die bei diesem Reduktionsprozess erforderlich ist, und dann die Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge basierend auf der so geschätzten KW-Oxidationsfähigkeit gesteuert/geregelt wird. Die beim Reduktionsprozess erforderliche Reduktionsmittelmenge nimmt einhergehend mit Abnahme in deren KW-Oxidationsfähigkeit ab. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es, durch Verwendung der Reduktionsmittelmenge, die eine direkte Korrelation zur KW-Oxidationsfähigkeit des Katalysators hat, möglich, die KW-Oxidationsfähigkeit zu dieser Zeit genau zu schätzen, und Kraftstoff in einer geeigneten Menge einzuspritzen, so dass das NOx mit einer ausreichenden NOx-Reinigungsrate reduziert werden kann. Im Falle der kontinuierlichen Reinigung von NOx am Katalysator mittels des von der Auspuff-Kraftstoffeinspritzvorrichtung eingespritzten Kraftstoffs wird es, wenn Sauerstoff und NOx im Katalysator zurückgehalten bleiben, nicht möglich sein, eine ausreichende NOx-Reinigungsrate zu erzielen. Darüber hinaus wird es mit der vorliegenden Erfindung möglich, Kraftstoff mit einer geeigneten Menge gemäß dem Katalysator zu dieser Zeit einzuspritzen, indem der Reduktionsprozess durchgeführt und dann die Steuerung der Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge gestartet wird, sowie auch die KW-Oxidationsfähigkeit des Katalysators unter Verwendung der Reduktionsmittelmenge geschätzt wird, die beim Reduktionsprozess erforderlich ist, der vor dem Start der Steuerung der Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge durchgeführt wird.
Ein Abgasreinigungssystem (zum Beispiel das später beschriebene Abgasreinigungssystem 2) für einen Verbrennungsmotor (zum Beispiel den später beschriebenen Motor 1) gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält: eine Auspuff-Kraftstoffeinspritzvorrichtung (zum Beispiel die später beschriebene Auspuff-Kraftstoffeinspritzvorrichtung 45), die Kraftstoff zur stromaufwärtigen Seite eines Katalysators (zum des später beschriebenen LNT 41) einspritzt, der in einem Auspuffkanal des Verbrennungsmotors vorgesehen ist; ein Oxidationsfähigkeit-Schätzmittel (zum Beispiel die später beschriebene ECU 3) zum Schätzen einer KW-Oxidationsfähigkeit des Katalysators; ein Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Steuermittel (zum Beispiel die später beschriebene ECU 3) zum Steuern/Regeln einer Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge von der Auspuff-Kraftstoffeinspritzvorrichtung basierend auf der so geschätzten KW-Oxidationsfähigkeit, so dass NOx im Abgas durch den Katalysator kontinuierlich reduziert wird; einen Sauerstoffkonzentrationssensor (zum Beispiel den später beschriebenen Nachkatalysator-O₂-Sensor 52), der ein Signal in Abhängigkeit von der Sauerstoffkonzentration vom Abgas an der stromabwärtigen Seite des Katalysators erzeugt; sowie ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuermittel (zum später die später beschriebene ECU 3) zur Durchführung einer rückkoppelnden Regelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses des Luft/Kraftstoff-Gemischs oder des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses vom Abgas an den Katalysator, so dass ein Ausgabewert des Sauerstoffkonzentrationssensors und ein Sollwert, der so erstellt ist, dass die Reinigungsleistung des Katalysators maximiert ist, übereinstimmen, wobei das Oxidationsfähigkeits-Schätzmittel die KW-Oxidationsfähigkeit des Katalysators mittels einer Verschiebung (Dtw) des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses des Luft/Kraftstoff-Gemischs oder des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses vom Abgas an dem Katalysator während der Ausführung der rückkoppelnden Regelung von einem vorbestimmtem Referenz-Luft/Kraftstoff-Verhältnis, das vom Sollwert abhängig ist, schätzt.
Gemäß dem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die rückkoppelnde Regelung von dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Luft/Kraftstoff-Gemischs oder dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases an dem Katalysator ausgeführt, so dass der Ausgabewert des an der stromabwärtigen Seite des Katalysators vorgesehenen Sauerstoffkonzentrationssensors und ein Sollwert, der so erstellt ist, dass die Reinigungsleistung des Katalysators optimiert wird, übereinstimmen, wobei die KW-Oxidationsfähigkeit mittels der Verschiebung von dem Basis-Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses des Luft/Kraftstoff-Gemischs oder dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis vom Abgas an dem Katalysator während der Ausführung dieser rückkoppelnden Regelung geschätzt wird, und dann die Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge basierend auf der so geschätzten KW-Oxidationsfähigkeit gesteuert/geregelt wird. Der Zustand, in dem der Ausgabewert des Sauerstoffkonzentrationssensors an der stromabwärtigen Seite des Katalysators auf dessen Sollwert gehalten wird, entspricht einem Zustand, in dem eine geringe Menge an Reduktionsmittel zur stromabwärtigen Seite des Katalysators durchschlupft. Wenn hierbei die Oxidationsfähigkeit oder Reduktionsfähigkeit des Katalysators abnimmt, wird auch die Menge an Reduktionsmittel, die dem Katalysator zugeführt werden muss, um einen solchen Schlupfzustand des Reduktionsmittels beizubehalten (das heißt, Luft/Kraftstoff-Verhältnis), auch abnehmen. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es, durch Verwendung der Verschiebung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, das auf diese Weise eine direkte Korrelation zur Oxidationsfähigkeit des Katalysators hat, möglich, die KW-Oxidationsleistung hierbei genau zu schätzen und Kraftstoff mit einer geeigneten Menge einzuspritzen, so dass NOx mit einer ausreichenden NOx-Reinigungsrate reduziert werden kann.
Nachfolgend wird ein fünfter Aspekt der Erfindung zur Lösung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung erläutert.
Ein Abgasreinigungssystem (zum Beispiel das später beschriebene Abgasreinigungssystem 2, 2B) für einen Verbrennungsmotor (zum Beispiel den später beschriebenen Motor 1) gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält: einen Injektor (zum Beispiel den später beschriebenen Auspuff-Kraftstoffinjektor 452, der Kraftstoff intermittierend zur stromaufwärtigen Seite eines Katalysators einspritzt (zum Beispiel des später beschriebenen LNT), der in einem Auspuffkanal (zum Beispiel dem später beschriebenen Auspuffkanal 11) des Verbrennungsmotors vorgesehen ist; einen Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor (zum Beispiel den später beschriebenen Nachkatalysator-LAF-Sensor 52), der entsprechend einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis vom Abgas weiter an einer stromabwärtigen Seite als der Injektor ein Signal erzeugt; ein Abtastmittel (zum Beispiel die später beschriebene ECU 3A, 3B) zum Erfassen eines Ausgabewerts des Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors mit einer vorbestimmten Abtastperiode (zum Beispiel der später beschriebenen Steuerperiode ΔTex); ein Gleitender-Mittelwert-Berechnungsmittel (zum Beispiel die später beschriebene ECU 3A, 3B) zum Berechnen eines Mittelwerts über einen vorbestimmten gleitenden Aufmittelungsabschnitt des vom Abtastmittel erfassten Ausgabewerts (AFact_ds); ein Einspritzmengen-Berechnungsmittel (zum Beispiel die später beschriebene ECU 3A, 3B) zum Berechnen einer Kraftstoffeinspritzmenge des Injektors basierend auf dem Mittelwert (AFact_mav_ds); sowie ein Intermittierende-Einspritzung-Ausführungsmittel (zum Beispiel die später beschriebene ECU 3A, 3B) zum Antreiben des Injektors gemäß der Einspritzperiode (Tfuel_ex), die auf ein ganzzahliges Mehrfaches der Abtastperiode gesetzt ist, und der so berechneten Kraftstoffeinspritzmenge (Gfuel_ex).
Wenn gemäß dem fünften Aspekt Kraftstoff von dem Injektor mit einer vorbestimmten Einspritzfrequenz (oder Einspritzperiode) intermittierend eingespritzt wird, wird die Roh-Ausgabe des an der stromabwärtigen Seite davon vorgesehenen Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors eher zu einer Rechteckwelle oder Sägezahnwelle als zu einer einfachen Sinuswelle der Einspritzfrequenz (siehe vorgenannte 33). Mit anderen Worten, die Roh-Ausgabe des Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors unter intermittierender Einspritzung wird zu einer Form, die nicht nur die Einspritzfrequenzkomponente enthält, sondern auch verschiedene Frequenzkomponenten. Mit der vorliegenden Erfindung wird der Ausgabewert des Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors mit einer vorbestimmten Abtastperiode erfasst, wobei der Mittelwert über einen vorbestimmten gleitenden Aufmittelungsabschnitt des erfassten Werts berechnet wird, und die Kraftstoffeinspritzmenge des Injektors mittels dieses Durchschnittswerts berechnet wird. Darüber hinaus ist in der vorliegenden Erfindung ein ganzzahliges Mehrfaches der oben erwähnten Abtastperiode als die Einspritzperiode der intermittierenden Einspritzung definiert. In anderen Worten wird es mit der vorliegenden Erfindung, durch Setzen einer Kombination des Steuerparameters, der sich auf den gleitenden Aufmittelungsfilter des Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors bezieht, und einen Steuerparameter, der sich auf die intermittierende Einspritzung des Injektors bezieht, möglich, übermäßig fluktuierende Komponenten zu beseitigen, die in der Ausgabe des Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors enthalten sind. Darüber hinaus wird es, durch Verwendung des Mittelwerts, von dem diese fluktuierenden Komponenten beseitigt sind, möglich, die Kraftstoffeinspritzmenge stabil zu berechnen, so dass die NOx-Reinigungsrate des Katalysators die KW-Ausgabemenge zur stromabwärtigen Seite optimiert werden.
Gemäß einem sechsten Aspekt ist es in diesem Falle bevorzugt, dass das Abgasreinigungssystem ferner enthält: ein Einspritzperioden-Berechnungsmittel (zum Beispiel die später beschriebene ECU 3A, 3B) zum Berechnen eines Werts, den man bekommt, indem ein Einspritzperiodenparameter (Nex), der eine vorbestimmte ganze Zahl ist, mit der Abtastperiode (ΔTex) multipliziert; sowie ein Einspritzperiodenparameter-Setzmittel (zum Beispiel die später beschriebene ECU 3A, 3B) zum stufenweisen Ändern des Einspritzperiodenparameters in Antwort auf einen Zustand eines mit dem Motor ausgestatteten Fahrzeugs (zum Beispiel Katalysatortemperatur, Abgasvolumen, Alterungsgrad des Katalysators, Last des Motors, etc.), wobei das Gleitender-Mittelwert-Berechnungsmittel den Mittelwert mit dem Einspritzperiodenparameter als Abgriffszahl entsprechend dem gleitenden Aufmittelungsabschnitt berechnet.
Gemäß dem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Wert, den man bekommt, indem man den Einspritzperiodenparameter mit der Abtastperiode multipliziert, als die Einspritzperiode mit intermittierender Einspritzung definiert, und definiert ferner den Einspritzperiodenparameter, der die Länge dieser Einspritzperiode bezeichnet, und die Abgriffszahl zum Berechnen des gleitenden Mittelwerts. Auf diese Weise ist es durch Zuordnen der Einspritzperiode und Abgriffszahl mit dem ganzzahligen Einspritzperiodenparameter möglich, übermäßig fluktuierende Komponenten des Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors zu beseitigen. Darüber hinaus wird, mit der vorliegenden Erfindung, der Einspritzperiodenparameter stufenweise entsprechend dem Zustand des Fahrzeugs verändert. Es wird daher möglich, stark fluktuierende Komponenten des Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors zu beseitigen, während gleichzeitig die Einspritzperiode auf eine Länge verändert wird, die sich in Abhängigkeit vom Zustand des Fahrzeugs verändert.
Gemäß einem siebten Aspekt ist es in diesem Fall bevorzugt, dass das Abgasreinigungssystem ferner ein Schätzmittel (z. B. die später beschriebene ECU 3A, 3B) zum Schätzen der KW-Oxidationsfähigkeit des Katalysators enthält, wobei das Einspritzperiodenparameter-Setzmittel den Einspritzperiodenparameter stufenweise entsprechend einem Schätzergebnis (zum Beispiel dem später beschriebenen Oxidationsfähigkeitsparameter) durch das Schätzmittel verändert.
Gemäß dem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird der Einspritzperiodenparameter stufenweise entsprechend der KW-Oxidationsfähigkeit des Katalysators verändert. Es wird hierdurch möglich, gleichzeitig die Einspritzperiode der intermittierenden Einspritzung und den gleitenden Aufmittelungsabschnitt gemäß Änderungen der KW-Oxidationsfähigkeit des Katalysators zu verändern. Es wird hierdurch möglich, die Einspritzperiode der intermittierenden Einspritzung und die Kraftstoffeinspritzmenge entsprechend Änderungen in der KW-Oxidationsfähigkeit des Katalysators geeignet zu steuern/zu regeln, und demzufolge wird es möglich, die NOx-Reinigungsrate des Katalysators und die KW-Abgabemenge zur stromabwärtigen Seite zu optimieren.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Ansicht, die die Konfiguration eines Motors und eines Abgasreinigungssystems davon gemäß einer ersten Ausführung, die hier nicht zur Lösung der Aufgabe dient;
2 ist ein Hauptflussdiagramm, das eine spezifische Sequenz der Zylinderkraftstoffeinspritzsteuerung zeigt, um den Kraftstoffeinspritzmodus gemäß dem Kraftstoffeinspritzventil jedes Zylinders zu bestimmen;
3 ist ein Flussdiagramm, das eine spezifische Sequenz eines Stöchiometrische-Betriebsbedingungs-Bewertungsprozesses zeigt;
4 ist ein Beispiel eines Kennfelds zum Aktualisieren eines Stöchiometriemodus-Flags (zur Verwendung während des Dreiwege-Reinigungsmodus)
5 ist ein Beispiel eines Kennfelds zum Aktualisieren des Stöchiometriemodus-Flags (zur Verwendung während des gemeinsamen Verwendungsmodus);
6 ist ein Flussdiagramm, das eine spezifische Sequenz eines Zusatz-Kraftstoffeinspritzmengen-Berechnungsprozesses zeigt;
7 ist ein Beispiel eines Kennfelds zur Bestimmung der zusätzlichen Kraftstoffeinspritzmenge;
8 ist ein Beispiel eines Kennfelds zur Bestimmung des Zusatzeinspritzverhältnisses;
9 ist ein Flussdiagramm, das eine spezifische Sequenz eines Soll-Vorkatalysator-Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Berechnungsprozesses zeigt;
10 ist ein Beispiel eines Kennfelds, das ein Soll-Vorkatalysator-Luft/Kraftstoff-Verhältnis während des Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Reinigungsbetriebs bestimmt;
11 ist ein Flussdiagramm, das eine spezifische Sequenz einer Vorkatalysator-Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungsberechnung zeigt, die einen Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Kalibrierkoeffizienten bestimmt;
12 ist ein Flussdiagramm, das eine spezifische Sequenz einer Nachkatalysator-Luft/Kraftstoff-Rückkopplungsberechnung zeigt, die ein Soll-Nachkatalysator-Luft/Kraftstoff-Verhältnis bestimmt;
13 ist ein Beispiel eines Kennfelds, das ein Soll-Nachkatalysator-Luft/Kraftstoff-Verhältnis unter einem Leicht-fett-Modus bestimmt;
14 ist ein Beispiel eines Kennfelds, das einen Sollwert eines Nachkatalysator-O₂-Sensors bestimmt;
15 ist ein Zeitdiagramm, das ein spezifisches Beispiel der Änderungen der Vorkatalysator-LAF-Sensor-Ausgabe und Nachkatalysator-O₂-Sensor-Ausgabe während der Ausführung der Nachkatalysator-Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkoppelungsberechnung des Reduktionscharakteristik-Bestimmungsprozesses zeigt;
16 ist ein Flussdiagramm, das eine spezifische Sequenz des Reduktionscharakteristik-Bestimmungsprozesses zeigt;
17 ist ein Zeitdiagramm, das ein spezifisches Beispiel von Änderungen in einem Reduktionsprozess-Fertig-Flag, etc., während der Ausführung des Reduktionscharakteristik-Bestimmungsprozesses zeigt;
18 ist ein Flussdiagramm, das eine spezifische Sequenz der Katalysator-Dreiwegecharakteristik-Anpassungsberechnung zeigt;
19 ist eine Ansicht, die ein Beispiel der Form einer Dreiwegecharakteristik-Gewichtungsfunktion zeigt;
20 ist ein Flussdiagramm, das eine spezifische Sequenz der Katalysator-Reduktionscharakteristik-Anpassungsberechnung zeigt;
21 ist ein Beispiel eines Kennfelds, das eine Basis-Reduktionsmittelzufuhrmenge bestimmt;
22 ist ein Graph, der ein Beispiel der Form einer Reduktionsmittelzufuhr-Gewichtungsfunktion zeigt;
23 ist ein Flussdiagramm, das eine spezifische Sequenz der sequentiellen Identifikationsberechnung eines thermischen Modells des LNT zeigt;
24 ist ein Beispiel eines Kennfelds, das einen Katalysatorheizbeitrag-Korrekturkoeffizienten bestimmt;
25 ist ein Flussdiagramm, das eine spezifische Sequenz der Katalysatoroxidationscharakteristik-Anpassungsberechnung zeigt;
26 ist ein Graph, der ein Beispiel der Form einer Oxidationscharakteristik-Gewichtungsfunktion zeigt;
27 ist eine Ansicht, die ein Hauptflussdiagramm zeigt, das eine spezifische Sequenz der Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Steuerung zeigt, die einen Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Modus von einem Auspuff-Kraftstoffinjektor bestimmt;
28 ist ein Beispiel eines Kennfelds, das eine Basis-Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge bestimmt;
29 ist ein Beispiel eines Kennfelds, das einen Auspuff-Kraftstoffeinspritzmengen-Korrekturkoeffizienten bestimmt;
30 ist eine Ansicht, die die Konfiguration eines herkömmlichen Abgasreinigungssystems vom Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Typ zeigt;
31 ist ein Graph, der die Beziehung der Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge zur NOx-Reinigungsrate, dem KW-Schlupfgrad und der erzeugten Menge von Zwischenprodukten zeigt;
32 ist ein Graph, der die Beziehung der Oxidationsfähigkeit des LNT zur NOx-Reinigungsrate mit der erzeugten Menge von Zwischenprodukten zeigt;
33 zeigt in Graphen die Änderungen im Ausgabewert des LAF-Sensors im Falle der Durchführung von intermittierender Einspritzung;
34 ist eine Ansicht, die die Konfiguration des Motors und eines Abgasreinigungssystems davon gemäß einer zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt;
35 zeigt in Graphen die Änderung im gefilterten Wert des LAF-Sensors, der durch ein Filterverfahren der vorliegenden Erfindung erhalten wird;
36 zeigt in Graphen die Beziehungen zwischen einer Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge, wenn durch das Auspuff-Kraftstoffeinspritzsystem NOx gereinigt wird, einer NOx-Reinigungsrate des LNT, einem KW-Schlupfbetrag von dem LNT und der erzeugten Menge von Zwischenprodukten in dem LNT;
37 zeigt in Graphen die Beziehung zwischen dem Ausgabewert eines Nachkatalysator-LAF-Sensors (vertikale Achse) und dessen Istwert (horizontale Achse);
38 stellt in Graphen das Konzept der Rückkopplungsregelung mittels eines NOx-Reinigungsparameters dar;
39 ist ein Hauptflussdiagramm, das eine spezifische Sequenz der Zylinderkraftstoffeinspritzsteuerung zeigt, die den Kraftstoffeinspritzmodus gemäß dem Kraftstoffeinspritzventil jedes Zylinders bestimmt;
40 ist ein Flussdiagramm, das eine spezifische Sequenz des Stöchiometrischer-Betriebszustand-Bewertungsprozesses zeigt;
41 ist ein Flussdiagramm, das eine spezifische Sequenz des Zusatzkraftstoffeinpritzmengen-Berechnungsprozesses zeigt;
42 ist ein Flussdiagramm, das eine spezifische Sequenz des Soll-Vorkatalysator-Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Berechnungsprozesses zeigt;
43 ist ein Flussdiagramm, das eine spezifische Sequenz einer Vorkatalysator-Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungsberechnung zeigt, die einen Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Kalibrierkoeffizienten bestimmt;
44 ist ein Flussdiagramm, das eine spezifische Sequenz einer Nachkatalysator-Luft/Kraftstoff-Rückkopplungsberechnung zeigt, die ein Soll-Nachkatalysator-Luft/Kraftstoff-Verhältnis bestimmt;
45 ist ein Beispiel eines Kennfelds, das ein Soll-Nachkatalysator-Luft/Kraftstoff-Verhältnis unter einem Leicht-fett-Modus bestimmt;
46 ist ein Beispiel eines Kennfelds zur Bestimmung eines Dreiwege-Reinigungs-Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses;
47 ist ein Flussdiagramm, das eine spezifische Sequenz des Leicht-fett-Modus-Ende-Bewertungsprozesses zeigt, das ein Reduktionsprozess-Ende-Flag aktualisiert;
48 ist ein Flussdiagramm, das ein spezifisches Beispiel des Leicht-fett-Modus-Ende-Bewertungsprozesses zeigt;
49 ist ein Hauptflussdiagramm, das eine spezifische Sequenz der Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Steuerung zeigt, die einen Einspritzmodus von Auspuff-Kraftstoff durch den Auspuff-Kraftstoffinjektor bestimmt;
50 ist eine Fortsetzung des Flussdiagramms von 49;
51 ist ein Beispiel eines Kennfelds zur Bestimmung einer Basis-Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge;
52 ist ein Flussdiagramm, das eine spezifische Sequenz des Intermittierender-Einspritzparameter-Setzprozesses zeigt;
53 ist ein Beispiel des Kennfelds, das einen Einspritzperiodenparameter bestimmt;
54 ist ein Flussdiagramm, das eine spezifische Sequenz eines Adaptivkoeffizient-Berechnungsprozesses zeigt (zu Verwendung während KW-Schlupf-Rückkopplungsregelung);
55 ist ein Beispiel eines Kennfelds zur Berechnung eines NOx-Mengen-Gewichtungsfunktionswerts (oben) und eines LNT-Temperatur-Gewichtungsfunktionswerts (unten);
56 ist ein Flussdiagramm, das eine spezifische Sequenz eines Adaptivkoeffizienten-Berechnungsprozesses zeigt (zur Verwendung während des KW-Schlupf-Unterdrückungsmodus)
57 ist ein Flussdiagramm, das eine spezifische Sequenz eines Fehlerbewertungsprozesses für das Auspuff-Kraftstoffeinspritzsystem zeigt;
58 ist ein Flussdiagramm, das eine spezifische Sequenz der intermittierenden Einspritzsteuerung zeigt;
59 ist ein Zeitdiagramm, das ein spezifisches Beispiel der intermittierenden Einspritzsteuerung zeigt; und
60 ist eine Ansicht, die die Konfiguration eines Motors und eines Abgasreinigungssystems davon gemäß einer dritten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Erste Ausführung
Nachfolgend wird eine erste Ausführung der vorliegenden Erfindung, die zur Lösung der oben genannten ersten Aufgabe konfiguriert ist, 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 13, 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 2 bis 26 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 3, 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 11 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 41 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 Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Steuerung (zum Beispiel der Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Steuerung von 27), 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 kontinuierliche NOx-Reinigung im in den LNT 41 fließenden Abgas, während in dem LNT durch intermittierendes Einspritzen des Kraftstoffs von dem Auspuff-Kraftstoffinjektor 452 in der vorgenannten Weise Zwischenprodukte 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 Nachkatalysator-O₂-Sensor 52 ist im Auspuffkanal 11 zwischen dem LNT 41 und dem CSF 43 vorgesehen. Der O₂-Sensor 52 erfasst die Sauerstoffkonzentration (Luft/Kraftstoff-Verhältnis) des Abgases an der stromabwärtigen Seite des LNT 41 und schickt den erfassten Wert entsprechend des Signals zur ECU 3. Der Pegel des vom O₂-Sensor 52 ausgegebenen Signals hat eine im Wesentlichen binäre Charakteristik, so dass es hoch wird (zum Beispiel 1), wenn das Verbrennungs-Luft/Kraftstoff-Verhältnis fetter als stöchiometrisch ist, und niedrig (zum Beispiel 0), wenn es magerer als stöchiometrisch ist (siehe zum Beispiel die später beschriebene 15). Nachfolgend wird der Gegenstand der Ausgabe des O₂-Sensors 52, der von niedrig auf hoch umschaltet, als Inversion der Ausgabe bezeichnet.
Der Vorkatalysator-LAF-Sensor 51 ist im Auspuffkanal 11 an der stromaufwärtigen Seite des LNT 41 und des Auspuff-Kraftstoffinjektors 452 vorgesehen. Der LAF-Sensor 51 befindet sich an der stromaufwärtigen Seite des LNT 41, erfasst das Luft/Kraftstoff-Verhältnis vom Abgas, bevor der Kraftstoff von dem Auspuff-Kraftstoffinjektor 452 eingespritzt wird, und schickt ein Signal, das zum erfassten Wert im Wesentlichen proportional ist, zur ECU 3. Es sollte angemerkt werden, das im Gegensatz zum oben erwähnten O₂-Sensor 52, das von diesem LAF-Sensor 51 ausgegebene Signal eine lineare Charakteristik in einem Bereich von Luft/Kraftstoff-Verhältnissen hat, der ein breiter Bereich vom fetten Bereich bis zum mageren Bereich ist.
Der Vorkatalysator-Temperatursensor 53 ist im 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 den LNT 41 und aus dem LNT 41 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.
2 ist ein Hauptflussdiagramm, das die spezifische Sequenz der Zylinderkraftstoffeinspritzsteuerung zeigt, zum Bestimmen des Kraftstoffeinspritzmodus durch die Kraftstoffeinspritzventile jedes Zylinders. Der in 2 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 Bezug auf 2, 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 27 gezeigte Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Steuerung aktualisiert wird, und das Flag F_Stoic_mode durch den Prozess aktualisiert wird, der in der später beschriebenen 3 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. Es sollte angemerkt werden, dass während des Mager-Betriebsmodus ein LNT absorbierter oder gespeicherter Sauerstoff und NOx durch die periodische Ausführung von Nacheinspritzung oder Auspuffeinspritzung von dem Auspuff-Kraftstoffinjektor in einer vorbestimmten Periode reduziert wird, um Abgas an dem LNT vorübergehend zu einer reduzierenden Atmosphäre zu machen.
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-O₂-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 kontinuierlich NOx im in den LNT fließenden Abgas reinigt, während die erzeugte Menge von Zwischenprodukten im LNT maximiert wird, durch Bestimmung der Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge gemäß der Oxidationsfähigkeit des LNT (siehe später beschriebene 27, etc.), 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 3). 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 6 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 9). 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 (1)), und dann geht der Prozess zu Schritt S12 weiter. Gfuel(k) = KAF(k)·Gfuel_cyl(k) (1)
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 (2)), und dann wird dieser Prozess beendet. Gfuel_main(k) = Gfuel(k) – Gfuel_aft(k) – Gfuel_pi(k) (2)
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.
3 ist ein Flussdiagramm, das eine spezifische Sequenz des Stöchiometrischer-Betriebszustand-Bewertungsprozesses zum Aktualisieren des Stöchiometriemodus-Flags F_Stoic_mode zeigt. In anderen Worten, 3 ist ein Flussdiagramm zur Bestimmung, ob der stöchiometrische Betrieb oder der Magerbetrieb durchgeführt werden soll. Der in 3 gezeigte Prozess wird mit der gleichen Periode (OT-synchron) wie eine Unterroutine des in 2 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 2 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 2 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 2 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 4 gezeigten, mit diesen als Eingangsparametern. Wie in 4 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 5 gezeigten, mit diesen als Eingangsparametern. Es sollte angemerkt werden, dass, wenn man das Kennfeld für während Dreiwege-Reinigungsmodus von 4 und das Kennfeld für den gemeinsamen Verwendungsmodus von 5 vergleicht, der Bereich, in dem der stöchiometrische Betrieb gewählt wird (F_Stoic_mode < –1), beim Kennfeld für während gemeinsamem Verwendungsmodus von 5 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.
6 ist Flussdiagramm, das eine spezifische Sequenz des Zusatz-Kraftstoffeinspritzmengen-Berechnungsprozesses zeigt. Der in 6 gezeigte Prozess wird mit der gleichen Periode (OT-synchron) während des stöchiometrischen Betriebs oder des Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Reinigungsbetriebs ausgeführt, als Unterroutine des in 2 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.
7 ist ein Beispiel eines Kennfelds zur Bestimmung der zusätzlichen Kraftstoffeinspritzmenge Gadd(k). Wie in 7 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 einem Prozess aktualisiert, der nicht dargestellt ist, so dass es zu „0” wird, wenn das Auspuff-Kraftstoffeinspritzsystem normal ist, und zu „1”, falls eine Abnormalität entsteht. 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 (3-1) und (3-2) gezeigt. Gfuel_aft(k) = Gadd(k) (3-1) Gfuel_ex_add(k) = 0 (3-2)
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.
8 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 8 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 6 wird in Schritt S35, wie in den folgenden Formeln (4-1) und (4-2) 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) (4-1) Gfuel_ex_add(k) = Radd(k)Gadd(k) (4-2)
9 ist ein Flussdiagramm, das eine spezifische Sequenz der Soll-Vorkatalysator-Luft/Kraftstoff-Verhältnisberechnung zeigt. Der in 9 gezeigte Prozess wird mit der gleichen Periode (OT-synchron), die während stöchiometrischem Betrieb oder Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Reinigungsbetrieb ausgeführt, als Unterroutine des in 2 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.
10 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 10 gezeigt.
Zurück in Bezug auf 9 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 2 bestimmt ist, und dem Soll-Vorkatalysator-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AFcmd(k) gemäß der folgenden Formel (5) berechnet, und kehrt der Prozess zu Schritt S10 in 2 zurück. Hierin ist in der folgenden Formel (5) 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) (5)
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 (6) basierend auf der Basis-Kraftstoffeinspritzmenge Gfuel_bs(k), die in Schritt S1 von 2 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 12 mit 10 bis 50 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 (6) 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) (6)
In Schritt S46 wird der vorläufige Wert Gfuel_cyl(k) der Zylinderkraftstoffeinspritzmenge berechnet (siehe folgende Formel (7)), 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) (7)
In Schritt S47 wird das Soll-Vorkatalysator-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AFcmd(k) berechnet (siehe folgende Formel (8)), 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 2 zurück. AFcmd(k) = Gair_cyl_hat(k)/Gfuel_cyl(k) (8)
11 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 11 gezeigte Prozess wird mit der gleichen Periode (OT-synchron) wie während stöchiometrischem Betrieb oder dem Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Reinigungsbetrieb ausgeführt, als Unterroutine des in 2 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 2 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 9 bestimmt wird (siehe folgende Formel (9-1)), zu 0 wird (Schritt S53), und dann kehrt der Prozess zu Schritt S11 von 2 zurück. Als Beispiel der Berechnung in Schritt S53 ist in den folgenden Formeln (9-1) bis (9-3) ein Operationsausdruck für den Fall der Bestimmung des Korrekturfaktors KAF(k) mittels eines Gleitmodus-Algorithmus gezeigt. In der Formel (9-2) 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 (9-3) 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 12.
12 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 12 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 9 erläutert, das Soll-Nachkatalysator-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AFcmd_ds, das durch den Prozess in 12 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 16 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.
13 ist ein Beispiel eines Kennfelds zur Bestimmung des Soll-Nachkatalysator-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses AFcmd_ds unter dem Leicht-fett-Modus. Wie in 13 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 13 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.
14 ist ein Beispiel eines Kennfelds zur Bestimmung des Sollwerts Sollwert Vcmd(m) der Ausgabe des Nachkatalysator-O₂-Sensors. Wie in 14 gezeigt, wird der Sollwert Vcmd des O₂-Sensors weiter zur fetten Seite korrigiert, wenn die Trägertemperatur des LNT ansteigt, innerhalb eines Bereichs an der fetteren Seite als ein Inversionsbestimmungs-Schwellenwert VIn (z. B. 0,1), der gesetzt ist, um die Inversion der Ausgabe des O₂-Sensors zu bestimmen. Darüber hinaus nimmt die vom Motor abgegebene NOx-Menge zu und nimmt die Abgaskanalgeschwindigkeit im LNT zu, wenn das Abgasvolumen zunimmt (mit anderen Worten, wenn die Last ansteigt); daher nimmt im Ergebnis die NOx-Reinigungsrate des LNT ab. Um diese Abnahme in der NOx-Reinigungsrate zu kompensieren, korrigiert der Sollwert Vcmd(m) des O₂-Sensors weiter zur fetten Seite hin, wenn das Abgasvolumen zunimmt, wie in 14 gezeigt, um zu bewirken, dass die erzeugte Menge von Reduktionsmitteln, wie etwa CO, H₂ und NH₃, an dem LNT zunimmt.
Zurück in Bezug auf 12 wird in Schritt S67 das Soll-Nachkatalysator-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AFcmd_ds(m) mittels eines bekannten Rückkopplungsalgorithmus bestimmt, so dass der Fehler E_v(m) (siehe nachfolgende Formel (10-1)) zwischen dem Ausgabewert Vout(m) des Nachkatalysator-O₂-Sensors und dessen Sollwert Vcmd(m) zu 0 wird, und dann geht der Prozess zu Schritt S68 weiter. Als Beispiel der Rückkopplungsberechnung in Schritt S67 ist in den folgenden Formeln (10-1) bis (10-3) ein Operationsausdruck für den Fall gezeigt, dass das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AFcmd_ds(m) mittels des Gleitmodusalgorithmus bestimmt wird. In der Formel (10-2) ist ”Pole_af” ein Umschaltfunktionssetzparameter, und ist auf einen Wert größer als –1 und kleiner als 0 gesetzt (zum Beispiel –0,85). Darüber hinaus sind die zwei Rückkopplungsfaktoren ”Krch_v” und ”Kadp_v” in Formel (10-3) auf negative Werte gesetzt.
In Schritt S68 wird die Katalysator-Dreiwegecharakteristik-Anpassungsberechnung, die später in Bezug auf 18 erläutert wird, ausgeführt, und dann wird dieser Prozess beendet. Im Nachkatalysator-Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungsmodus wird das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AFcmd für die Ausgabe des Vorkatalysator-LAF-Sensors basierend auf der Ausgabe des Nachkatalysator-O₂-Sensors bestimmt (siehe 9). Daher spiegelt sich der Zustand des LNT im Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AFcmd wider. Bei der Katalysator-Dreiwegecharakteristik-Anpassungsberechnung wird der Katalysator-Dreiwegecharakteristik-Adaptivkorrekturwert Dtw, der die KW-Oxidationsleistung des LNT quantifiziert, berechnet, indem ein statistischer Prozess an dem Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AFcmd durchgeführt wird, der während des Nachkatalysator-Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungsmodus bestimmt wird, mittels einer solchen Charakteristik. Es sollte angemerkt werden, dass diese Katalysator-Dreiwegecharakteristik-Anpassungsberechnung von Schritt S68 in dem Fall weggelassen wird, wo der Oxidationscharakteristikparameter Pox durch ein anderes Verfahren als TYP 3 bestimmt wird, in Schritt S181 der später beschriebenen 27.
15 ist ein Zeitdiagramm, das ein spezifisches Beispiel von Änderungen im Ist-Nachkatalysator-Luft/Kraftstoff-Verhältnis (oben) und der Ausgabe Vout des Nachkatalysator-O₂-Sensors (unten) zeigt, in dem Fall, wo das Soll-Nachkatalysator-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AFcmd_ds durch die obige Nachkatalysator-Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungsberechnung bestimmt wird. 15 zeigt einen Fall, wo das Stöchiometriemodus-Flag F_Stoic_mode, zur Zeit t1, von 0 zu 1 wird.
Wie in Bezug auf 12 erläutert, wird unmittelbar nach dem Start des stöchiometrischen Betriebs (Zeit t1 in 15) das Soll-Nachkatalysator-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AFcmd_ds auf leicht-fett gesetzt (siehe Schritt S65 in 12), wodurch am LNT gespeicherter Sauerstoff freigesetzt wird und bei der Oxidation des Reduktionsmittels verwendet wird, das zugeführt wird, indem es leicht-fett gemacht wird. In Reaktion auf die Bestimmung, dass der Ausgabewert Vout des Nachkatalysator-O₂-Sensors zur Zeit t2 invertiert, schaltet das Reduktionsprozess-Fertig-Flag F_CRD_Done von 0 auf 1 (siehe später beschriebene 16), und wird der Leicht-fett-Modus (Vor-Anreicherung) gelöscht. Darüber hinaus wird von der Zeit t2 und danach das Soll-Nachkatalysator-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AFcmd_ds so bestimmt, dass die Ausgabe Vout des Nachkatalysator-O₂-Sensors den Sollwert Vcmd einnimmt, der entsprechend dem Betriebszustand erstellt ist.
16 ist ein Flussdiagramm, das eine spezifische Sequenz des Reduktionscharakteristik-Bestimmungsprozesses zeigt, um das Reduktionsprozess-Fertig-Flag F_CRD_Done zu aktualisieren. Der in 16 gezeigte Prozess wird in der gleichen Steuerperiode tm (10 bis 50 msec) wie die Nachkatalysator-Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungsberechnung von 12 in der ECU ausgeführt. Im Reduktionscharakteristik-Bestimmungsprozess von 16 wird das Reduktionsprozess-Fertig-Flag F_CRD_Done aktualisiert, während die Menge des dem LNT zugeführten Reduktionsmittels geschätzt wird. Nachfolgend wird eine spezifische Sequenz des Reduktionscharakteristik-Bestimmungsprozesses in Bezug auf das Zeitdiagramm von 17 erläutert.
In Schritt S81 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 S81 JA ist, d. h., dass dies weder während des stöchiometrischen Betriebs noch während des Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Reinigungsbetriebs ist (d. h. im Falle des Magerbetriebs), geht der Prozess zu Schritt S82 weiter, und falls die Bestimmung in Schritt S81 NEIN ist, d. h. der Fall während des stöchiometrischen Betriebs oder während des Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Reinigungsbetriebs (d. h., falls kein Magerbetrieb vorliegt), geht der Prozess zu Schritt S86 weiter.
In Schritt S82 werden der geschätzte Wert Rd_hat(m) (nachfolgend als „Momentane-Reduktionsmittelmengen-Schätzwert” genannt) der Menge des Reduktionsmittels, das in der Steuerperiode tm dem LNT zugeführt wird, der vorläufige Wert Rd_hat_tmp(m) des Momentane-Reduktionsmittelmengen-Schätzwerts und der Integrationswert Crd_hat(m) (nachfolgend als „Reduktionsmittelzufuhrmengen-Schätzwert” bezeichnet) des momentanen Reduktionsmittelmengen-Schätzwerts alle auf 0 rückgesetzt, und dann geht der Prozess zu Schritt S83 weiter. Während des Mager-Betriebsmodus wird dem LNT angenähert kein Reduktionsmittel zugeführt. In Schritt S83 wird das Katalysatorreduktionscharakteristik-Aktualisierungs-Fertig-Flag F_CrdAdp_done(m) auf 0 gesetzt, und dann geht der Prozess zu Schritt S84 weiter. Dieses Flag F_crdAdp_done(m) wird dazu benutzt, um klar aufzuzeigen, dass das Aktualisieren des auf die Reduktionscharakteristik des LNT bezogenen Parameters abgeschlossen wird, durch Ausführung der Katalysatorreduktionscharakteristik-Anpassungsberechnung vom später beschriebenen Schritt S92. In Schritt 84 wird das Reduktionsprozess-Fertig-Flag F_CRD_Done(m) auf 0 gesetzt, und wird dieser Prozess beendet.
In Schritt S86 wird der momentane Reduktionsmittelmengen-Schätzwert Rd_hat(m) basierend auf dem Soll-Nachkatalysator-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AFcmd_ds(m), das gemäß dem Prozess von 12 bestimmt ist, berechnet, und dann geht der Prozess zu Schritt S87 weiter. Insbesondere falls das Soll-Nachkatalysator-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AFcmd_ds(m) unter den Basiswert AFcmd_bs fällt, wird der Wert, den man durch Multiplizieren des geschätzten Werts Gex_hat(m) des Abgasvolumens mit dessen Überschussmenge erreicht, als der Momentane-Reduktionsmittelmengen-Schätzwert Rd_hat(m) definiert. Insbesondere wird der vorläufige Wert Rd_hat_tmp(m) eingeführt, und durch die folgenden Formeln (11-1) und (11-2) ausgedrückt.
In Schritt S87 wird bestimmt, ob der Ausgabewert Vout(m) des Nachkatalysator-O₂-Sensors kleiner als der Inversionsbestimmungsschwellenwert VIn ist. Wie in Bezug auf die 12 bis 15 erläutert, wird, unmittelbar nach dem Start des stöchiometrischen Betriebsmodus (Zeit t1 in 17), das Soll-Nachkatalysator-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AFcmd_ds auf leicht-fett gesetzt (siehe Schritt S65 in 12), und wird das Soll-Vorkatalysator-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AFcmd auf einen davon abhängigen Wert gesetzt (siehe den Prozess von 9). Daher wird von der Zeit t1 und danach überschüssiger Kraftstoff als Reduktionsmittel dem LNT zugeführt, und wird hierdurch NOx und Sauerstoff, die in dem LNT adsorbiert oder gespeichert sind, reduziert. Daher kann, ob dieser Reduktionsprozess beendet worden ist oder nicht, demgemäß bestimmt werden, ob der Ausgabewert Vout(m) des Nachkatalysator-O₂-Sensors den Inversionsbestimmungsschwellenwert VIn überschritten hat oder nicht. Falls die Bestimmung in Schritt S87 JA ist, geht der Prozess zu Schritt S88, weiter, wobei der Reduktionsmittelzufuhrmengen-Schätzwert Crd_hat(m) durch Integrieren des oben erwähnten Momentane-Reduktionsmittelmengen-Schätzwerts Rd_hat(m) berechnet wird (siehe folgende Formel (12) und 17), und dann wird dieser Prozess beendet. Crd_hat(m) = Crd_hat(m – 1) + Rd_hat(m) (12)
Falls die Bestimmung in Schritt S87 NEIN ist, wird das Reduktionsprozess-Fertig-Flag F_CRD_Done(m) zum klaren Aufzeigen, dass der Reduktionsprozess unmittelbar nach dem Start des stöchiometrischen Betriebs abgeschlossen wurde, auf 1 gesetzt (Schritt S90), und dann geht der Prozess zu Schritt S91 weiter. Bei der Nachkatalysator-Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungsberechnung wird hierdurch vom Leicht-fett-Modus zum Katalysator-Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungsmodus umgeschaltet (siehe Schritt S64 von 12).
In Schritt S91 wird bestimmt, ob das Katalysatorreduktionscharakteristik-Aktualisierungs-Fertig-Flag Flag F_CrdAdp_done(m) 1 ist. Falls die Bestimmung in Schritt S91 NEIN ist, wird die Katalysatorreduktionscharakteristik-Anpassungsberechnung, die später in Bezug auf 20 erläutert wird, ausgeführt (Schritt S92), und dann wird dieser Prozess beendet. Falls die Bestimmung in Schritt S91 JA ist, wird, wenn die Katalysatorreduktionscharakteristik-Anpassungsberechnung ausgeführt wurde, dieser Prozess sofort beendet. Wie oben erwähnt, wird, unmittelbar nach dem Start des stöchiometrischen Betriebs, das Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf leicht-fett gestellt, bis die Ausgabe des Nachkatalysator-O₂-Sensors invertiert. Daher spiegelt sich, bis hier, der Zustand des LNT zu dieser Zeit im geschätzten Wert Crd_hat für die Menge des dem LNT zugeführten Reduktionsmittels wider. Bei der Katalysatorreduktionscharakteristik-Anpassungsberechnung wird der Katalysatorreduktionscharakteristik-Adaptivkoeffizient Krd, der die KW-Oxidationsleistung des Katalysators LNT angibt, durch Ausführung eines statistischen Prozesses am Reduktionsmittelzufuhrmengen-Schätzwert Crd_hat ausgeführt, der während des Leicht-fett-Modus berechnet wird, mittels einer solchen Charakteristik. Es sollte angemerkt werden, dass diese Katalysatorreduktionscharakteristik-Anpassungsberechnung von Schritt S92 weggelassen werden kann, falls der Oxidationscharakteristikparameter Pox in Schritt S181 von 27 durch ein von TYP 2 verschiedenes Verfahren bestimmt wird.
18 ist ein Flussdiagramm, das eine spezifische Sequenz der Katalysator-Dreiwegecharakteristik-Anpassungsberechnung zeigt, um den Katalysator-Dreiwegecharakteristik-Adaptivkorrekturwert Dtw zu berechnen. Der in 18 gezeigte Prozess wird in der Periode tm in der ECU während der Ausführung des Nachkatalysator-Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungsmodus als Unterroutine der in 12 gezeigten Nachkatalysator-Rückkopplungsberechnung ausgeführt.
Bei der Katalysator-Dreiwegecharakteristik-Anpassungsberechnung wird der Katalysator-Dreiwegecharakteristik-Adaptivkorrekturwert Dtw, der die KW-Oxidationsleistung des LNT angibt, durch Ausführung eines statistischen Prozesses, wie er nachfolgend erläutert ist, an dem Soll-Nachkatalysator-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AFcmd ds berechnet, das durch die oben erwähnte Nachkatalysator-Rückkopplungsberechnung (siehe 12) während des stöchiometrischen Rückkopplungsmodus berechnet wird. Dieser Korrekturwert Dtw entspricht der Verschiebung von dem Basiswert AFcmd_bs des Soll-Nachkatalysator-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses AFcmd_ds, um den Ausgabewert Vout des Nachkatalysator-O₂-Sensors während des stöchiometrischen Rückkopplungsmodus auf dem Sollwert Vcmd zu halten. Der Zustand, in dem der Ausgabewert Vout des Nachkatalysator-O₂-Sensors auf einem Sollwert Vcmd gehalten wird, der größer ist als der Inversionsbestimmungsschwellenwert VIn, entspricht einem Zustand, in dem eine geringe Menge von Reduktionsmittel gemäß dem Sollwert Vcmd, nach stromab des LNT durchrutscht. Wenn hierbei die Oxidationsfähigkeit oder Reduktionsfähigkeit des LNT abnimmt, nimmt die Menge des Reduktionsmittels, die dem LNT zuzuführen ist, damit die Ausgabe Vout auf dem Sollwert Vcmd gehalten wird, ab, und demzufolge verschiebt sich das Soll-Nachkatalysator-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AFcmd_ds, das durch die Nachkatalysator-Rückkopplungsberechnung berechnet wird, zur mageren Seite hin.
Jedoch könnte der Verschiebungsbetrag (AFcmd_ds-AFcmd_bs) dieses Soll-Nachkatalysator-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, zum Beispiel entsprechend der Trägertemperatur des LNT, unterschiedlich sein. In anderen Worten, der oben erwähnte Verschiebungsbetrag könnte, selbst wenn das Ausmaß der Verschlechterung des LNT das gleiche ist, größer sein, falls die Trägertemperatur des LNT höher ist oder falls sie niedriger ist. Darüber hinaus nimmt dieser Verschiebungsbetrag nicht notwendigerweise in der gleichen Weise den gesamten Temperaturbereich entsprechend dem Verschlechterungsausmaß des LNT ab. Aus diesem Grund ist es eher bevorzugt, die Temperaturabhängigkeit zu eliminieren, indem ein statistischer Prozess ausgeführt wird, wie er etwa nachfolgend aufgezeigt ist, anstatt diesen Verschiebungsbetrag als einen Parameter, der die KW-Oxidationsleistung angibt, so zu benutzen wie er ist. In der folgenden Berechnung werden, um die Temperaturabhängigkeit von dem oben erwähnten Verschiebungsbetrag zu beseitigen, eine Mehrzahl von Gewichtungsfunktionen Wtw_i, die auf einer eindimensionalen Linie mit der Trägertemperatur als Basis definiert sind, und lokalen Adaptivkoeffizienten Dtw_i, die zu den jeweiligen Gewichtungsfunktionen gehören, eingeführt, und wird der Katalysator-Dreiwegecharakteristik-Adaptivkorrekturwert Dtw durch einen statistischen Prozess berechnet, der mittels dieser gewichtet ist.
In Schritt S151 wird der geschätzte Wert Tcc_hat(m) für die Trägertemperatur des LNT erhalten, und werden die jeweiligen Dreiwegecharakteristik-Gewichtungsfunktionswerte Wtw_i(m) (i ist eine positive ganze Zahl) durch Absuchen eines vorab erstellten Kennfelds basierend auf diesem geschätzten Wert Tcc_hat(m) berechnet, und dann geht der Prozess zu Schritt S152 weiter.
19 ist ein Kennfeld für die Berechnung des Dreiwegecharakteristik-Gewichtungsfunktionswerts, d. h. ein Graph, der ein Beispiel der Form der Dreiwegecharakteristik-Gewichtungsfunktion Wtw_i zeigt. Es sollte angemerkt werden, dass, obwohl nachfolgend ein Fall von i = 1, 2, 3 erläutert wird, d. h. ein Fall, wo die Anzahl der Gewichtungsfunktionen drei ist, die vorliegende Erfindung darauf nicht beschränkt ist. Es kann auch leicht in dem Falle generalisiert werden, wo die Anzahl der Gewichtungsfunktionen vier oder mehr beträgt.
Wie in 19 gezeigt, werden die ersten bis dritten Gewichtungsfunktionen für den geschätzten Wert Tcc_hat der Trägertemperatur des LNT definiert. Nachfolgend werden die Bereiche, in denen die jeweiligen Gewichtungsfunktionen (d. h. der Bereich, in dem der Gewichtungsfunktionswert nicht Null ist) jeweils als erste bis dritte Bereiche definiert. Im in 19 gezeigten Beispiel beträgt der erste Bereich etwa 300°C und niedriger, der zweite Bereich etwa 150 bis 450°C, und der dritte Bereich etwa 300°C und höher. Darüber hinaus ist jeder Bereich so gesetzt, dass sie einander überlappen. Wie in 19 gezeigt, überlappen der erste Bereich und der zweite Bereich bei etwa 150 bis 300°C, und überlappen der zweite Bereich und der dritte Bereich bei etwa 300 bis 450°C.
Darüber hinaus wird die Amplitude der jeweiligen Gewichtungsfunktionen Wtw_i normalisiert, so dass die Summe aller Gewichtungsfunktionswerte bei beliebiger Temperatur zu 1 wird. Dies wird realisiert, indem eine Funktion erstellt wird, um sie auf 1 in Bereichen zu setzen, die nicht mit einem anderen Bereich überlappen, und in Bereichen, die mit einem anderen Bereich überlappen, monoton zunehmen oder monoton abnehmen. Im in 19 gezeigten Beispiel ist die erste Gewichtungsfunktion Wtw_1 als eine Funktion definiert, die bei etwa 150°C und niedriger 1 ist, und von zwischen etwa 150°C und etwa 300°C monoton von 1 auf 0 abnimmt. Die zweite Gewichtungsfunktion Wtw_2 ist als eine Funktion definiert, die von zwischen etwa 150°C bis etwa 300°C von 0 auf 1 monoton zunimmt, und von zwischen etwa 450°C und etwa 300°C von 1 auf 0 monoton abnimmt. Darüber hinaus ist die dritte Gewichtungsfunktion Wtw_3 als eine Funktion definiert, die von zwischen etwa 300°C und etwa 450°C von 0 auf 1 monoton zunimmt, und die bei etwa 450°C und höher 1 ist.
Zurück zu 18 wird in Schritt S152 die Gesamtsumme der Produkte zwischen den Gewichtungsfunktionswerten Wtw_i(m), die in Schritt S151 berechnet sind, und den lokalen Adaptivkoeffizienten Dtw_i(m) so berechnet, wie in der folgenden Formel (13) gezeigt, und diese wird als der Katalysator-Dreiwegecharakteristik-Adaptivkorrekturwert Dtw(m) definiert. Diese lokalen Adaptivkoeffizienten Dtw_i werden zum Beispiel durch eine Integralberechnung berechnet, so dass das später beschriebene adaptive Fehlersignal E_adp'(m) zu 0 wird, mit 0 als dem Anfangswert.
In Schritt S153 wird das adaptive Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AFcmd_adp(m) berechnet, indem der Basiswert AFcmd_ds und der Katalysator-Dreiwegecharakteristik-Adaptivkorrekturwert Dtw(m) aufsummiert werden (siehe folgende Formel (14)). AFcmd_adp(m) = AFcmd_bs + Dtw(m) (14)
In Schritt S154 wird das adaptive Fehlersignal Eadp'(m) berechnet, indem das oben erwähnte adaptive Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AFcmd_adp(m) von dem Soll-Nachkatalysator-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AFcmd_ds(m) subtrahiert wird (siehe folgende Formel (15-1)), und ferner wird das lokale adaptive Fehlersignal E_adp'_i(m) berechnet, indem dieses adaptive Fehlersignal Eadp'(m) in die jeweiligen Bereiche aufgeteilt wird. Insbesondere wird ein Wert, bei dem man durch Multiplizieren der jeweiligen Gewichtungsfunktionswerte Wtw_i(m) mit dem adaptiven Fehlersignal Eadp'(m) ankommt, als das lokale adaptive Fehlersignal E_adp'_i(m) definiert (siehe folgende Formel (15-2)). E_adp'(m) = AFcmd_ds(m) – AFcmd_adp(m) (15-1) E_adp'_i(m) = Wtw_i(m)·E_adp'(m) (15-2)
In Schritt S155 wird der lokale Katalysator-Dreiwegecharakteristik-Adaptivkorrekturwert Dtw_i(m) zum Beispiel berechnet durch Integrieren mit dem Wert, den man durch Multiplizieren des negativen Adaptivfaktors Kadp_t mit dem lokalen adaptiven Fehlersignal E_adp'i(m) bekommt, wie zum Beispiel in der folgenden Formel (16) gezeigt, so dass lokale adaptive Fehlersignal E_adp'i(m), das für jeden Bereich berechnet wird, zu 0 wird. Dtw_i(m) = Dtw_i(m – 1) + Kadp_t·E_adp'_i(m) (16)
Es sollte angemerkt werden, dass bei der oben erwähnten Katalysator-Dreiwegecharakteristik-Anpassungsberechnung die ersten bis dritten Bereiche, die auf der eindimensionalen Linie einander überlappen, mit der Trägertemperatur des LNT als Basis definiert sind, und die Gewichtungsfunktionen Wtw_i über die jeweiligen Bereiche definiert sind; jedoch ist die vorliegende Erfindung darauf nicht beschränkt. Es können die mehreren Bereiche, die einander auf einer zweidimensionalen Ebene überlappen, mit der Trägertemperatur des LNT und dem Abtastwert als Basiswert definiert werden, und können die Gewichtungsfunktionen Wtw_ij in den jeweiligen Bereichen auf dieser zweidimensionalen Ebene definiert werden.
20 ist ein Flussdiagramm, das eine spezifische Sequenz der Katalysatorreduktionscharakteristik-Anpassungsberechnung zur Berechnung des Katalysatorreduktionscharakteristik-Adaptivkoeffizienten Krd zeigt. Der in 20 gezeigte Prozess wird in der Steuerperiode tm in der ECU ausgeführt, jedes Mal beim Umschalten von dem Leicht-fett-Modus zum Nachkatalysator-Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungsmodus, als Unterroutine des in 16 gezeigten Reduktionscharakteristik-Bestimmungsprozesses.
Bei der Katalysatorreduktionscharakteristik-Adaptivkoeffizientenberechnung wird der stöchiometrische Betrieb gestartet, und dann wird der Katalysatorreduktionscharakteristik-Adaptivkoeffizient Krd(m), der die KW-Oxidationsfähigkeit des LNT angibt, basierend auf dem geschätzten Wert Crd_hat(m) der dem LNT zugeführten Reduktionsmittelmenge berechnet, bis die Ausgabe des Nachkatalysator-O₂-Sensors invertiert. Wenn zum Beispiel die Oxidationsfähigkeit oder Reduktionsfähigkeit des LNT abnimmt, wird daran gedacht, dass auch die Speicherfunktion des LNT gleichzeitig abnimmt. Daher wird die Reduktionsmittelmenge, die zum LNT zugeführt werden muss, bis die Ausgabe des Nachkatalysator-O₂-Sensors invertiert, so angesehen, dass sie einhergehend mit der Abnahme der Oxidationsfähigkeit oder Reduktionsfähigkeit kleiner wird.
Jedoch unterscheidet sich diese Reduktionsmittelzufuhrmenge zum Beispiel entsprechend der Trägertemperatur des LNT, wie später in Bezug auf 21 erläutert. Darüber hinaus nimmt diese Reduktionsmittelzufuhrmenge nicht notwendigerweise in der gleichen Weise bei allen Temperaturbereichen entsprechend dem Verschlechterungsausmaß des LNT ab. Aus diesem Grund ist es eher bevorzugt, die Temperaturabhängigkeit durch Ausführen eines statistischen Prozesses zu beseitigen, wie jenem, der nachfolgend erläutert wird, anstatt den vorgenannten Reduktionsmittelzufuhrmengen-Schätzwert Crd_hat als Parameter, der die KW-Oxidationsfähigkeit angibt, so zu verwenden, wie er ist. Daher werden in der nachfolgenden Berechnung, ähnlich zur in 18 erläuterten Katalysator-Dreiwegecharakteristik-Anpassungsberechnung, um die Temperaturabhängigkeit von dem oben erwähnten Schätzwert Crd_hat zu beseitigen, eine Mehrzahl von Gewichtungsfunktionen Wrd_i, die auf einer eindimensionalen Linie mit der Trägertemperatur als Basis definiert sind, und lokale Adaptivkoeffizienten Krd_i, die zu den jeweiligen Gewichtungsfunktionen gehören, eingeführt, und wird der Katalysatorreduktionscharakteristik-Adaptivkorrekturwert Krd mit einem mittels diesem gewichteten statistischen Prozess berechnet.
In Schritt S101 wird der Schätzwert Tcc_hat(m) für die Trägertemperatur des LNT berechnet, und wird die Basis-Reduktionsmittelzufuhrmenge Crd_bs(m), die als Berechnungsziel des Reduktionsmittelzufuhrmengen-Schätzwerts Crd_hat(m) dient, durch Absuchen eines vorab erstellten Kennfelds basierend auf diesem Schätzwert Tcc_hat(m) berechnet.
21 ist ein Beispiel eines Kennfelds zur Bestimmung der Basis-Reduktionsmittelzufuhrmenge Crd_bs(m). Wie in 21 gezeigt, wird die Basis-Reduktionsmittelzufuhrmenge Crd_bs(m) so gesetzt, dass sie zunimmt, wenn die Trägertemperatur des LNT ansteigt. Dies ist so, weil die Wahrscheinlichkeit, dass das Reduktionsmittel direkt zu CO₂, etc., oxidiert wird, zunimmt, wenn die Oxidationsfähigkeit des LNT ansteigt, und infolgedessen die Reduktionsmittelmenge zunimmt, die erforderlich ist, bis die Ausgabe des Nachkatalysator-O₂-Sensors invertiert.
Zurück in Bezug auf 20 werden in Schritt S102 die jeweiligen Reduktionsmittelzufuhrmengen-Gewichtungsfunktionswerte Wrd_i(m) durch Absuchen eines vorab erstellten Kennfelds basierend auf dem Schätzwert Tcc_hat(m) für die Trägertemperatur des LNT berechnet, und dann geht der Prozess zu Schritt S103 weiter.
22 ist ein Kennfeld zur Berechnung des Reduktionsmittelzufuhrmengen-Gewichtungsfunktionswerts, d. h. ein Graph, der ein Beispiel der Form einer Reduktionsmittelzufuhr-Gewichtungsfunktion Wrd_i zeigt. Es sollte angemerkt werden, dass die Form dieser Reduktionsmittelzufuhrmengen-Gewichtungsfunktionen Wrd_i die gleiche ist wie die in Bezug auf 19 erläuterten Gewichtungsfunktionen Wtw_i; daher wird eine detaillierte Erläuterung weggelassen.
Zurück zu 20 wird in Schritt S103 die Gesamtsumme der Produkte zwischen den in Schritt S102 berechneten Gewichtungsfunktionswerten Wrd_i(m) und dem lokalen Adaptivkoeffizienten Krd_i(m) so berechnet, wie in der folgenden Formel (17) gezeigt, und dieser wird als der Katalysatorreduktionscharakteristik-Adaptivkoeffizient Krd(m) definiert. Es sollte angemerkt werden, dass der Anfangswert dieses lokalen Adaptivkoeffizienten Krd_i auf 1 gesetzt ist.
In Schritt S104 wird der Reduktionsmittelzufuhrmengen-Adaptivwert Crd_adp(m) berechnet, indem die in Schritt S101 berechnete Basis-Reduktionsmittelzufuhrmenge Crd_bs(m) mit dem Katalysatorreduktionscharakteristik-Adaptivkoeffizienten Krd(m) multipliziert wird (siehe folgende Formel (18)). Crd_adp(m) = Krd(m)·Crd_bs(m) (18)
In Schritt S105 wird das Adaptivfehlersignal Eadp(m) berechnet, indem der oben erwähnte Adaptivwert Crd_adp(m) von dem in Schritt S88 in 16 berechneten geschätzten Wert Crd_hat(m) subtrahiert wird (siehe nachfolgende Formel (19-1)), und wird ferner das lokale Adaptivfehlersignal E_adp_i(m) berechnet, indem dieses Adaptivfehlersignal Eadp(m) in die jeweiligen Bereiche unterteilt wird (siehe folgende Formel (19-2)). E_adp(m) = Crd_hat(m) – Crd_adp(m) (19-1) E_adp_i(m) = Wrd_i(m)·E_adp(m) (19-2)
In Schritt S106 wird der lokale Adaptivkoeffizient Krd_i(m) berechnet, indem zum Beispiel ein Wert integriert wird, den man durch Multiplizieren des negativen Adaptivfaktors Kadp_c mit dem lokalen Adaptivfehlersignal E_adp_i(m) bekommt, wie in der folgenden Formel (20) gezeigt, so dass das für jeden Bereich berechnete lokale Adaptivfehlerisgnal E_adp_i(m) zu 0 wird. Krd_i(m) = Krd_i(m – 1) + Kadp_c·E_adp_i(m) (20)
In Schritt S107 wird bestimmt, ob die Aktualisierung der Reduktionscharakteristik abgeschlossen wurde. Insbesondere falls das lokale Adaptivfehlersignal E_adp_i kleiner als ein vorbestimmter Schwellenwert wird, oder falls zumindest eine vorbestimmte Zeit nach dem Start des Prozesses von 20 abläuft, wird bestimmt, dass der Aktualisierungsprozess des lokalen Adaptivkoeffizienten Krd_i, der die Reduktionscharakteristik des LNT angibt, abgeschlossen wurde. Falls die Bestimmung in Schritt S107 JA ist, wird das Flag F_CrdAdp_done(m) auf 1 gesetzt (Schritt S108), und dann wird dieser Prozess beendet. Falls die Bestimmung in Schritt S107 NEIN ist, wird das Flag F_CrdAdp_done(m) auf 0 gehalten, um den Prozess von 20 fortlaufend auszuführen, und dann wird dieser Prozess beendet.
Es sollte angemerkt werden, dass bei der oben erwähnten Katalysatorreduktionscharakteristik-Anpassungsberechnung die ersten bis dritten Bereiche, die einander auf der eindimensionalen Linie mit der Trägertemperatur des LNT als Basis überlappen, definiert sind, und die Gewichtungsfunktionen Wrd_i für die jeweiligen Bereiche definiert sind; jedoch ist die vorliegende Erfindung darauf nicht beschränkt. Zum Beispiel können die mehreren Bereiche, die auf einer zweidimensionalen Ebene einander überlappen, auf der Trägertemperatur des LNT und dem Abgaswert als Basis definiert werden, und können die Gewichtungsfunktionen Wrd_ij in den jeweiligen Bereichen auf dieser zweidimensionalen Ebene definiert werden.
23 ist ein Flussdiagramm, das eine spezifische Sequenz der sequentiellen Identifizierungsberechnung eines thermischen Modells des LNT zeigt. Bei dieser sequentiellen Identifizierungsberechnung werden eine Mehrzahl von Modellparametern, die in dem thermischen Modell des LNT enthalten sind (siehe später beschriebene Formel (21)) identifiziert. Der in 23 gezeigte Prozess wird in einer vorbestimmten Steuerperiode tn (200 bis 500 msec) in der ECU ausgeführt. Es sollte angemerkt werden, dass nachfolgend das Symbol ”n” in Parenthese dem Wert beigefügt ist, der mit der Periode tn aktualisiert oder abgetastet wird. Es sollte angemerkt werden, dass der in 23 gezeigte Prozess weggelassen werden kann, falls der Oxidationscharakteristikparameter Pox in Schritt S181 der später beschriebenen 27 durch ein von TYP 1 verschiedenes Verfahren bestimmt wird.
Die folgende Formel (21) ist eine Wärmemodellgleichung für den LNT. In anderen Worten, die Formel (21) ist ein Operationsausdruck zur Berechnung des geschätzten Werts Tds_hat(n) der Temperatur des Abgases an der stromabwärtigen Seite des LNT basierend auf einem bekannten Wert. Die Trägertemperatur des LNT, der innerhalb des Auspuffrohrs vorgesehen ist (und die Temperatur des Abgases an der stromabwärtigen Seite davon) verändern sich, zusätzlich zum Wärmeaustausch mit im Auspuffrohr fließenden Abgas, auch gemäß dem Wärmeaustausch der Umgebungsluft außerhalb des Auspuffrohrs. Wenn darüber hinaus KW in dem in den LNT fließenden Abgas enthalten ist, wird durch das am LNT oxidierende KW Wärme erzeugt. Tds_hat(n) = Tds_hat(n – 1) + a·(Tds_hat(n – 1) – Ta(n)) + b(n – 1)·Gex_hat(n)·Tup(n) + c(n – 1)·Kc_ht(n)·Gfuel_c(n) (21)
In der obigen Formel (21) ist der rechte erste Term der Temperaturschätzwert Tds_hat(n – 1) der vorherigen Steuerperiode tn, und die rechten zweiten bis vierten Terme entsprechen den Temperaturanstiegen in der vorherigen Steuerperiode tn bis zur gegenwärtigen. Insbesondere ist der rechte zweite Term ein Strahlungsterm, d. h. ein Term, der den Beitrag der Wärmeübertragung zwischen dem LNT und der Umgebungsluft angibt, und ist proportional zur Differenz zwischen dem geschätzten Wert Tds_hat(n – 1) für die Trägertemperatur des LNT und der Umgebungslufttemperatur Ta(n). Es sollte angemerkt werden, dass der Proportionalitätskoeffizient a des zweiten Terms ein Festwert sein kann, der entsprechend der zuvor durchgeführten Systemidentifikation vorab erstellt ist, oder ein Wert ist, der durch Ahnung in Antwort auf die Ausgabe Tds des stromabwärtigen Temperatursensors erstellt ist.
Der rechte dritte Term ist ein Abgaswärmekorrelationsterm, d. h. ein Term, der den Beitrag der Wärmeübertragung zwischen dem LNT und dem Abgas angibt, und ist proportional zum Produkt des geschätzten Werts Gex_hat(n) des Abgasvolumens und der Ausgabe Tup(n) des stromaufwärtigen Temperatursensors. Für den Proportionalitätskoeffizienten b(n – 1) dieses Abgaswärmekorrelationsterms wird dessen Wert jeder Periode tn entsprechend dem Prozess in Schritt S123 von 23 aktualisiert.
Darüber hinaus ist der rechte vierte Term ein Wärmeerzeugungsterm, d. h. ein Term, der den Beitrag von verbranntem Kraftstoff angibt, der im in den LNT fließenden Abgas enthalten ist, und am LNT verbrennt. Der unverbrannte Kraftstoff fließt in den LNT, wenn Kraftstoff von dem Auspuff-Kraftstoffinjektor eingespritzt wird, oder über eine Nacheinspritzung ausgeführt wird. Daher ist dieser Wärmeerzeugungsterm proportional zur Kraftstoffmenge, die im LNT durch Kraftstoffeinspritzung von dem Auspuff-Kraftstoffinjektor und der Nacheinspritzung während der Periode tn (nachfolgend als „Katalysatorerwärmungsbeitrag-Kraftstoffmenge” bezeichnet) Gfuel_c(n) und einem Katalysatorerwärmungs-Beitrag-Korrekturkoeffizienten Kc_ht(n), später beschrieben, zugeführt wird.
Darüber hinaus wird, für den Proportionalitätskoeffizienten c(n – 1) dieses Wärmeerzeugungsterms, dessen Wert in jeder Periode tn gemäß dem Prozess in Schritt S124 von 23 aktualisiert. Darüber hinaus wird dieser Wärmeerzeugungsterm größer, wenn die Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge oder die Nacheinspritzmenge zunimmt, oder wird größer, wenn die KW-Oxidationsleistung des KW zunimmt. Daher ist dieser Koeffizient c ein Parameter, der die Menge des durch Nacheinspritzung oder Auspuff-Kraftstoffeinspritzung zugeführten Kraftstoffs angibt, der zur Erwärmung des LNT beiträgt, und dient als ein Parameter, der die KW-Oxidationsleistung des LNT angibt. Nachfolgend wird dieser Koeffizient c als Wärmeerzeugungskoeffizient bezeichnet. Nachfolgend wird eine spezifische Sequenz der Aktualisierung der Werte des Koeffizienten b und des Wärmeerzeugungskoeffizienten c erläutert.
Zuerst wird in Schritt S121 bestimmt, ob der stromaufwärtige Temperatursensor und der stromabwärtige Temperatursensor, die zum Identifizieren der Koeffizienten b und c erforderlich sind, normal sind. Falls die Bestimmung in Schritt S121 JA ist, geht der Prozess zu Schritt S122 weiter, und falls er NEIN ist, wird der Prozess von 23 sofort beendet.
In Schritt S122 wird die Katalysatorerwärmungs-Beitrag-Kraftstoffmenge Gfuel_c(n) berechnet, indem die durch Nacheinspritzung eingespritzte Kraftstoffmenge Gfuel_aft_tm(n) und die von dem Auspuff-Kraftstoffinjektor während der Periode tn eingespritzte Kraftstoffmenge Gfuel_ex_tm(n) aufsummiert werden, und dann geht der Prozess zu Schritt S123 weiter.
In Schritt S123 wird bestimmt, ob die Katalysatorerwärmungs-Beitrag-Kraftstoffmenge Gfuel_c(n) 0 ist, d. h. ob während der Periode tn unverbrannter Kraftstoff dem LNT zugeführt wird. Falls die Bestimmung in Schritt S123 JA ist, geht der Prozess zu Schritt S124 weiter, wobei der Wert des Koeffizienten b(n) gemäß den folgenden Formeln (22) bis (24) aktualisiert wird, und dann dieser Prozess beendet wird. Falls darüber hinaus die Bestimmung in Schritt S123 NEIN ist, wird der Wert des Wärmeerzeugungskoeffizienten c(n) gemäß den nachfolgenden Formeln (25) bis (28) aktualisiert (siehe Schritte S125 bis S127), und wird die Katalysatoroxidationscharakteristik-Anpassungsberechnung zur Berechnung des Katalysatorreduktionscharakteristik-Adaptivkorrekturwerts Kox(n) ausgeführt (siehe Schritt S128 und 25, später beschrieben), und dann wird dieser Prozess beendet. In anderen Worten, falls während der Periode tn kein unverbrannter Kraftstoff dem LNT zugeführt worden ist, wird nur der Wert des einen Koeffizienten b(n) aktualisiert, während der Wärmeerzeugungskoeffizient c(n) fest bleibt, und falls dem LNT während der Periode tn unverbrannter Kraftstoff zugeführt worden ist, wird nur der Wert des Wärmeerzeugungskoeffizienten c(n) aktualisiert, während der Koeffizient b(n) fest bleibt.
In Schritt S124 wird der Wert des Koeffizienten b(n) aktualisiert, indem ein vorbestimmter Parameteridentifikationsalgorithmus an dem durch Formel (24) ausgedrückten Katalysatorwärmemodells angewendet wird, während der Wert des Wärmeerzeugungskoeffizienten c(n) mit dem vorherigen Wert erhalten wird. Nachfolgend wird ein Beispiel der spezifischen Sequenz davon erläutert. Zuerst werden eine virtuelle Ausgabe W(n), die durch die nachfolgenden Formeln (22-1) bis (22-3) definiert ist, und deren geschätzter Wert W_hat(n) basierend auf der Ausgabe Tds(n) des stromabwärtigen Temperatursensors, der Ausgabe Ta(n) des Umgebungstemperatursensor, dem Koeffizienten b(n – 1), dem geschätzten Wert Gex_hat(n) des Abgasvolumens und der Ausgabe Tup(n) des stromaufwärtigen Temperatursensors berechnet. W(n) = Tds(n) – Tds(n – 1) – a(Tds(n – 1) + Ta(n)) (22-1) W_hat(n) = b(n – 1)Gex_hat(n)·Tup(n) = b(n – 1)·((n) (22-2) Ϛ(n) = Gex_hat(n)·Tup(n) (22-3)
Hierin wird, falls die Bestimmung in Schritt S123 JA ist, da die Katalysatorerwärmungs-Beitrag-Kraftstoffmenge Gfuel_c(n) = 0 ist, während der Ausführung von Schritt S124 der rechte vierte Term in Formel (21) zu 0. Daher entspricht der durch die obige Formel (22-2) definierte geschätzte Wert W_hat(n) dem geschätzten Wert der virtuellen Ausgabe W(n), wie in der folgenden Formel (23). Daher ist das Aktualisieren des Werts des Koeffizienten b derart, dass die Differenz zwischen der durch Formel (23-1) definierten virtuellen Ausgabe W(n) mit dem durch Formel (22-2) definierten geschätzten Wert W_hat(n) ein Minimum erreicht, äquivalent zum Aktualisieren des Werts des Koeffizienten b(n), so dass die Differenz zwischen der Ausgabe Tds(n) des stromabwärtigen Temperatursensors und deren geschätzten Wert Tds_hat(n) ein Minimum erreicht. W_hat(n) = Tds_hat(n) – Tds_hat(n – 1) – a(Tds_hat(n – 1) + Ta(n)) (23)
Darüber hinaus wird der dies realisierende Koeffizient b(n), wie in der nachfolgenden Formel (24-1) gezeigt, zum Beispiel durch Integrieren eines Werts berechnet, den man durch Multiplizieren der Differenz zwischen W(n) und W_hat(n – 1) mit der variablen Verstärkung KP1(n) bekommt, die gemäß der Formel (24-2) sequentiell aktualisiert wird. Der Koeffizient P1 ist eine vorbestimmte Identifikationsverstärkung in Formel (24-2). Es sollte angemerkt werden, dass die folgenden Formeln (24-1) und (24-2) Algorithmen sind, die unter Parameteridentifikationsalgorithmen, die als so genannte sukzessive Algorithmen der kleinsten Quadrate verallgemeinert sind, als Identifikationsverstärkungsalgorithmen bezeichnet werden.
In Schritt S125 wird ein Einspritzverhältnis Rfex(n) gemäß der folgenden Formel (25) berechnet, und dann geht der Prozess zu Schritt S126 weiter. In Schritt S126 wird ein positiver Katalysatorerwärmungs-Beitrag-Korrekturkoeffizient Kc_ht(n) durch Absuchen eines vorab erstellten Kennfelds berechnet, basierend auf dem Einspritzverhältnis Rfex(n) und dem Ausgabewert AFact(n) des LAF-Sensors. Rfex(n) = Gfuel_ex_tm(n)/Gfuel_c(n) (25)
24 ist ein Kennfeld, das ein Beispiel eines Kennfelds zur Bestimmung des Korrekturkoeffizienten Kc_ht(n) zeigt. Der durch Nacheinspritzung zugeführte Kraftstoff und der von dem Auspuff-Kraftstoffinjektor eingespritzte Kraftstoff werden dem LNT zugeführt. Jedoch verbrennt ein Großteil des durch Nacheinspritzung in den Zylinder eingespritzten Kraftstoffs in dem Zylinder; daher wird er als Abgaswärme dem Katalysator zugeführt. In anderen Worten, ein Großteil des durch Nacheinspritzung zugeführten Kraftstoffs trägt dazu bei, die Katalysatortemperatur über den Abgaswärmekorrelationsterm in dem thermischen Katalysatormodell von Formel (21) anzuheben. Im Kennfeld von 24 wird, in Hinblick auf diesen Punkt, der Wert des Korrekturkoeffizienten Kc_ht(n) so bestimmt, dass er kleiner wird, wenn das Einspritzverhältnis Rfex(n) abnimmt (d. h., wenn der Anteil der Nacheinspritzmenge Gfuel_aft_tm(n), der zur Gesamtkraftstoffmenge Gfuel_c(n) zählt, zunimmt). Darüber hinaus nimmt der Anteil des dem LNT zugeführten Kraftstoffs, der zur Erwärmung des Katalysators beiträgt, zu, wenn die Sauerstoffkonzentration im in den LNT fließenden Abgas ansteigt. Im Kennfeld von 24 wird, im Hinblick auf diesen Punkt, der Wert des Korrekturkoeffizienten Kc_ht(n) so bestimmt, dass er zunimmt, wenn der Ausgabewert AFact(n) des LAF-Sensors zunimmt (d. h., wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des in den LNT fließenden Abgases magerer wird).
Jedoch nimmt die innerhalb des Zylinders verbrennende Kraftstoffmenge, unter dem durch Nacheinspritzung in den Zylinder eingespritzten Kraftstoff, mit der Zeitverzögerung der Ausführung nach der Einspritzung ab. In anderen Worten, mit der Verzögerungszeit der Ausführung von Nacheinspritzung nimmt der Anteil des Kraftstoffs, der zum Anstieg der Katalysatortemperatur über den Abgaswärmekorrelationsterm vom durch Nacheinspritzung zugeführten Kraftstoff beiträgt, ab, und nimmt der Anteil des Kraftstoffs, der zum Anstieg der Katalysatortemperatur über den Wärmeerzeugungsterm beiträgt, zu. Daher kann im Hinblick auf diesen Punkt der Korrekturkoeffizient Kc_ht(n) basierend auf den drei Eingaben des Einspritzverhältnisses Rfex(n), des Ausgabewerts AFact(n) des LAF-Sensors und der Nacheinspritzzeit bestimmt werden. In diesem Fall wird der Wert des Korrekturkoeffizienten Kc_ht(n) so bestimmt, dass er kleiner wird, wenn die Nacheinspritzzeit verzögert wird.
In Schritt S127 wird der Wert des Koeffizienten c aktualisiert, indem ein vorbestimmter Parameteridentifikationsalgorithmus auf die Formel (21) angewendet wird, während der Wert des Koeffizienten b auf dem vorherigen Wert gehalten wird, und dann geht der Prozess zu Schritt S128 weiter. Nachfolgend wird ein Beispiel der spezifischen Sequenz davon erläutert. Zuerst werden die virtuelle Ausgabe R(n) und deren geschätzter Wert R_hat(n) basierend auf der Ausgabe Tds des stromabwärtigen Temperatursensors, der Ausgabe Ta des Umgebungstemperatursensors, den Koeffizienten b und c, dem geschätzten Wert Gex_hat des Abgasvolumens und der Ausgabe Tup des stromaufwärtigen Temperatursensors durch die nachfolgenden Formeln (26-1) bis (26-2) berechnet. R(n) = Tds(n) – Tds(n – 1) – a(Tds(n – 1) + Ta(n)) – b(n – 1)Gex_hat(n)Tup(n) (26-1) R_hat(n) = c(n – 1)Guel_aft_tm(n) (26-2)
Wenn man hier die Formel (26-2) gemäß Formel (21) umwandelt, erhält man die folgende Formel (27); daher entspricht der durch Formel (26-2) definierte geschätzte Wert R_hat(n) dem Schätzwert der virtuellen Ausgabe R(n). Daher ist das Aktualisieren des Werts des Koeffizienten c derart, dass die Differenz zwischen der mit Formel (26-1) definierten virtuellen Ausgabe R(n) und dem durch Formel (26-2) definierten Schätzwert R_hat(n) ein Minimum erreicht, äquivalent zum Aktualisieren des Werts des Koeffizienten c, so dass die Differenz zwischen der Ausgabe Tds(n) des stromabwärtigen Temperatursensors und deren Schätzwert Tds_hat(n) ein Minimum erreicht. R_hat(n) = Tds_hat(n) – Tds_hat(n – 1) – a(Tds_hat(n – 1) + Ta(n)) – b(n – 1)Gex_hat(n)Tup(n) (27)
Darüber hinaus wird der dies realisierende Koeffizient c(n), wie in der folgenden Formel (28-1) gezeigt, berechnet, indem zum Beispiel der Wert integriert wird, den man durch Multiplizieren der gemäß Formel (28-2) sukzessiv aktualisierten variablen Verstärkung KP2(n) mit der Differenz zwischen R(n) und R_hat(n – 1) bekommt. Der Koeffizient P2 ist eine vorbestimmte Identifikationsverstärkung in Formel (28-2).
In Schritt S128 wird die in Bezug auf 25 erläuterte Katalysatoroxidationscharakteristik-Anpassungsberechnung ausgeführt, und dann wird dieser Prozess beendet.
Wie oben erwähnt, ist die Periode, in der NOx kontinuierlich mit hoher Effizienz an dem LNT gereinigt werden kann, indem intermittierend Kraftstoff von dem Auspuff-Kraftstoffinjektor eingespritzt wird, begrenzt, wenn die Trägertemperatur des LNT etwa 350°C oder höher ist, und nicht höher ist als eine obere Grenztemperatur in der Größenordnung von 630 bis 700°C. In anderen Worten, da Kraftstoff nicht immer von dem Auspuff-Kraftstoffinjektor eingespritzt wird, werden die Perioden, wo die Katalysatorerwärmungs-Beitrag-Kraftstoffmenge Gfuel_c 0 ist, und die Periode, wo Gfuel_c nicht 0 ist, tatsächlich abwechselnd realisiert. Mit einem allgemeinen Identifikationsalgorithmus ist es schwierig, die Werte der zwei unabhängigen Modelparameter b und c gleichzeitig zu identifizieren, und es gibt Bedenken, dass die Identifikationsgenauigkeit abnimmt. Im Gegensatz hierzu werden im Prozess von 23 die Werte der zwei unabhängigen Modelparameter b und c, die in dem thermischen Katalysatormodell von Formel (21) enthalten sind, abwechselnd aktualisiert, indem die Tatsache genutzt wird, dass die Periode von Gfuel_c = 0 und die Periode von Gfuel_c, die nicht 0 ist, abwechselnd auftreten. Die Werte der Modelparameter b und c können daher beide genau identifiziert werden. Darüber hinaus ist es durch die Verwendung des Wärmeerzeugungskoeffizienten c unter diesen zwei Modellparametern b und c möglich, die KW-Oxidationsleistung des LNT genau zu schätzen; daher kann infolgedessen Kraftstoff mit der optimalen Menge eingespritzt werden.
In der obigen Formel (21) ist der rechte erste Term der geschätzte Temperaturwert Tds_hat(n – 1) der vorherigen Steuerperiode tn, und die rechten zweiten und vierten Terme entsprechen Temperaturanstiegen von zwischen der vorherigen Steuerperiode tn bis zur gegenwärtigen. Insbesondere ist der rechte zweite Term ein Strahlungsterm, d. h. ein Term, der den Beitrag der Wärmeübertragung zwischen dem LNT und der Umgebungsluft angibt, und ist proportional zur Differenz zwischen dem geschätzten Wert Tds_hat(n – 1) für die Trägertemperatur des LNT und der Umgebungslufttemperatur Ta(n). Es sollte angemerkt werden, dass der Proportionalitätskoeffizient a des zweiten Terms ein Festwert sein kann, der vorab entsprechend der zuvor durchgeführten Systemidentifikation erstellt ist, oder ein Wert sein kann, der durch Planung in Reaktion auf den Ausgabewert Tds des stromabwärtigen Temperatursensors erstellt ist.
Der rechte dritte Term ist ein Abgaswärmekorrelationsterm, d. h. ein Term, der den Beitrag der Wärmeübertragung zwischen dem LNT und Abgas angibt, und ist proportional zum Produkt des geschätzten Werts Gex_hat(n) des Abgasvoluments und der Ausgabe Tup(n) des stromaufwärtsseitigen Temperatursensors. Für den Proportionalitätskoeffizienten b(n – 1) dieses Abgaswärmekorrelationsterms wird dessen Wert jeder Periode tn entsprechend dem Prozess in Schritt S123 von 23 aktualisiert.
Darüber hinaus ist der rechte vierte Term ein Wärmeerzeugungsterm, d. h. ein Term, der den Beitrag von unverbranntem Kraftstoff angibt, der in dem Abgas enthalten ist, das in den LNT fließt, das an dem LNT verbrennt. Unverbrannter Kraftstoff fließt in den LNT, wenn Kraftstoff von dem Auspuff-Kraftstoffinjektor eingespritzt wird oder die Nacheinspritzung ausgeführt wird. Daher ist dieser Wärmeerzeugungsterm proportional zur Kraftstoffmenge, die dem LNT durch Kraftstoffeinspritzung vom Auspuff-Kraftstoffinjektor und durch Nacheinspritzung während der Periode tn (nachfolgend als „Katalysatorerwärmungs-Beitrag-Kraftstoffmenge” bezeichnet) Gfuel_c(n) zugeführt wird, und einem Katalysatorerwärmungs-Beitrag-Korrekturkoeffizienten Kc_ht(n), der später beschrieben wird.
25 ist ein Flussdiagramm, das eine spezifische Sequenz der Katalysatoroxidationscharakteristik-Anpassungsberechnung zeigt, um den Katalysatoroxidationscharakteristik-Adaptivkoeffizienten Kox zu berechnen. Der in 25 gezeigte Prozess wird in der Steuerperiode tn in der ECU nur dann ausgeführt, wenn die Auspuff-Kraftstoffeinspritzung oder Nacheinspritzung durchgeführt wird, als Unterroutine der sequentiellen Identifkationsberechnung eines thermischen Modells in 23.
Wie oben erwähnt, hat der Wärmeerzeugungskoeffizient c(n), der gemäß den Formeln (21) bis (28) aktualisiert wird, eine zunehmende Charakteristik, wenn die KW-Oxidationsleistung des LNT ansteigt. Daher kann die Verschiebung des Wärmeerzeugungskoeffizienten c(n) von einem vorbestimmten Basiswert C_bs als ein Parameter verwendet werden, die die KW-Oxidationsfähigkeit des LNT angibt. Jedoch ist dieser Wärmeerzeugungskoeffizient c(n) in Abhängigkeit von der Trägertemperatur des LNT unterschiedlich. Darüber hinaus nimmt dieser Wärmeerzeugungskoeffizient c(n) nicht notwendigerweise in der gleichen Weise in allen Temperaturbereichen gemäß dem Verschlechterungsausmaß des LNT ab. Aus diesem Grund werden in dieser Katalysatoroxidationscharakteristik-Anpassungsberechnung, ähnlich der in 18 erläuterten Katalysator-Dreiwegecharakteristik-Anpassungsberechnung, um die Temperaturabhängigkeit von dem oben erwähnten Wärmeerzeugungskoeffizient c zu beseitigen, eine Mehrzahl von Gewichtungsfunktionen Wox_i, die auf einer eindimensionalen Linie mit der Trägertemperatur des LNT als Basis definiert sind, und lokale Adaptivkoeffizienten Kox_i, die zu den jeweiligen Gewichtungsfunktionen gehören, eingeführt, und wird der Katalysatoroxidationscharakteristik-Adaptivkorrekturwert Kox, der die Oxdiationsfähigkeit des LNT angibt, durch Ausführung eines mittels dieser gewichteten statistischen Prozesses berechnet.
In Schritt S141 wird der geschätzte Wert Tcc_hat(m) für die Trägertemperatur des LNT berechnet, werden die jeweiligen Oxidationscharakteristik-Gewichtungsfunktionswerte Wox_i(n) (i ist eine positive ganze Zahl) durch Absuchen eines vorab erstellten Kennfelds berechnet, basierend auf diesem geschätzten Wert Tcc_hat(m), und dann geht der Prozess zu Schritt S142 weiter.
26 ist ein Kennfeld zur Berechnung der Oxidationscharakteristik-Gewichtungsfunktionswerte, d. h. ein Graph, der ein Beispiel der Form der Oxidationscharakteristik-Gewichtungsfunktion Wox_i zeigt. Es sollte angemerkt werden, dass die Form dieser Gewichtungsfunktionen Wox_i die gleiche ist wie von den Gewichtungsfunktionen Wtw_i, die in Bezug auf 19 erläutert sind; daher wird eine detaillierte Erläuterung weggelassen.
Zurück zu 25 wird in Schritt S142 die Gesamtsumme der Produkte zwischen den in Schritt S141 berechneten Gewichtungsfunktionswerten Wox_i(n) und den lokalen Adaptivkoeffizienten Kox_i berechnet, wie in der folgenden Formel (29) gezeigt, und dies wird als der Katalysatoroxidationscharakteristik-Adaptivkorrekturwert Kox(m) definiert. Es sollte angemerkt werden, dass sich der Anfangswert für diesen lokalen Adaptivkoeffizienten Kox_i auf 1 gesetzt ist.
In Schritt S143 wird der Wärmeerzeugungskoeffizient-Adaptivwert C_adp(n) berechnet, indem der Katalysatoroxidationscharakteristik-Adaptivkorrekturwert Kox(n) mit einem vorbestimmten Basis-Wärmeerzeugungskoeffizienten C_bs multipliziert wird (siehe folgende Formel (30)). Es sollte angemerkt werden, dass dieser Referenz-Wärmeerzeugungskoeffizient C_bs den Wärmeerzeugungskoeffizienten des LNT mittels einer vorbestimmten entsprechend vorab durchgeführten Systemidentifizierung erstellt ist. Es sollte angemerkt werden, dass nachfolgend der Basis-Wärmeerzeugungskoeffizient C_bs als Festwert erläutert wird, der temperaturunabhängig ist; jedoch ist er darauf nicht beschränkt. Dieser Basis-Wärmeerzeugungskoeffizient C_bs kann auch durch Absuchen eines vorab erstellten Kennfelds basierend auf der Trägertemperatur des LNT bestimmt werden. C_adp(m) = Kox(m)·C_bs (30)
In Schritt S144 wird das adaptive Fehlersignal E_adp''(n) berechnet, indem der oben erwähnte Adaptivwert C_adp(n) von dem Wärmeerzeugungskoeffizient c(n) subtrahiert wird (siehe folgende Formel (31-1)), und ferner wird das lokale Adaptivfehlersignal E_adp''_i(n) berechnet, indem dieses adaptive Fehlersignal E_adp'(m) in die jeweiligen Bereiche aufgeteilt wird (siehe folgende Formel (31-2)). Darüber hinaus wird in Schritt S145 der lokale Adaptivkorrekturwert Kox_i(n) durch Integrieren eines Werts berechnet, den man durch Multiplizieren der negativen adaptiven Verstärkung Kadp_o mit dem lokalen adaptiven Fehlersignal E_adp''_i(n) bekommt, wie in der folgenden Formel (31-3) gezeigt, zum Beispiel so, dass das lokale adaptive Fehlersignal E_adp''_i(n), das für jeden Bereich berechnet wird, zu 0 wird. E_adp''(n) = c(n) – C_adp(n) (31-1) E_adp_i''(n) = Wox_i(n)·E_adp''(m) (31-2) Kox_i(n) = Kox_i(n – 1) + Kadp_o·E_adp''_i(n) (31-3)
Es sollte angemerkt werden, dass bei der oben erwähnten Katalysatoroxidationscharakteristik-Anpassungsberechnung die ersten bis dritten Bereiche, die einander auf der eindimensionalen Linie mit der Trägertemperatur des LNT als Basis überlappen, definiert werden, und die Gewichtungsfunktionen Wox_i für die jeweiligen Bereiche definiert werden; jedoch ist die vorliegende Erfindung darauf nicht beschränkt. Zum Beispiel kann die Mehrzahl von Bereichen, die auf einer zweidimensionalen Ebene einander überlappen, mit der Trägertemperatur des LNT und dem Abgasvolumen als Basis definiert werden und können die Gewichtungsfunktionen Wox_ij in den jeweiligen Bereichen auf dieser zweidimensionalen Ebene definiert werden.
27 ist ein Flussdiagramm, das eine spezifische Sequenz der Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Steuerungsbestimmung eines Einspritzmodus von Auspuff-Kraftstoff durch den Auspuff-Kraftstoffinjektor zeigt. Der in 27 gezeigte Prozess wird mit der gleichen Steuerperiode tm (10 bis 50 msec) wie die Nachkatalysator-Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungsberechnung von 12 in der ECU ausgeführt.
In Schritt S171 wird bestimmt, ob das Fehlerflag F_ExINJ_NG des Auspuff-Kraftstoffeinspritzsystems ”0” ist. Falls die Bestimmung in Schritt S171 JA ist, geht der Prozess zu Schritt S175 weiter. Falls die Bestimmung in Schritt S171 NEIN ist und ein Zustand vorliegt, in dem von dem Auspuff-Kraftstoffinjektor kein Kraftstoff eingespritzt werden kann, wird es auf die Kraftstoffeinspritzmenge Gfuel_ex(m) = 0 (Schritt S172), wobei das Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Reinigungsbetriebsmodus-Flag F_ExINJ_mode(m) = 0 gesetzt wird (Schritt S173), und dann dieser Prozess beendet wird.
In Schritt S175 wird bestimmt, ob die LNT-Schutzbedingungen erfüllt sind, die gesetzt sind, um den LNT vor Wärme zu schützen. Es sollte angemerkt werden, dass die spezifischen Inhalte dieser LNT-Schutzbedingungen und des spezifischen Bestimmungsverfahrens die gleichen sind wie in Schritt S21 von 3; daher wird eine detaillierte Erläuterung weggelassen. Falls die Bestimmung in Schritt S175 JA ist und die LNT-Schutzbedingungen erfüllt sind, geht der Prozess zu Schritt S176 weiter. In Schritt S176 wird bestimmt, ob eine vorbestimmte NOx-Reinigungsbedingung des Auspuff-Kraftstoffeinspritzsystems erfüllt ist. Es sollte angemerkt werden, dass die spezifischen Inhalte dieser NOx-Reinigungsbedingung und des spezifischen Bestimmungsverfahrens die gleichen sind wie Schritt S25 von 3; daher wird eine detaillierte Erläuterung weggelassen. Falls die Bestimmung in Schritt S176 JA ist und die NOx-Reinigungsbedingung des Auspuff-Kraftstoffeinspritzsystems erfüllt ist, geht der Prozess zu Schritt S177 weiter.
In Schritt S177 wird bestimmt, ob das Reduktionsprozess-Fertig-Flag F_CRD_Done ”1” ist. Der Zustand des Reduktionsprozess-Fertig-Flags F_CRD_Done von nicht ”1” ist ein Zustand, in dem der in Bezug auf 12 erläuterte Reduktionsprozess des LNT nicht abgeschlossen wurde. In einem Zustand, in dem der Reduktionsprozess des LNT nicht abgeschlossen wurde und Sauerstoff und NOx von dem LNT adsorbiert oder darin gespeichert sind, ist es nicht möglich, NOx im Abgas mit ausreichender Effizienz kontinuierlich zu reduzieren, selbst wenn vom Auspuff-Kraftstoffinjektor intermittierend Kraftstoff eingespritzt wird. Daher geht der Prozess zu Schritt S180 nur weiter, falls die Bestimmung in Schritt S177 JA ist, und wird die Auspuff-Kraftstoffmenge unter dem Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Reinigungsbetriebsmodus bestimmt.
Falls eine der Bestimmungen in Schritt S175 bis S177 NEIN ist, geht der Prozess zu Schritt S178 weiter. Hierin ist ein Fall, wo eine der Bestimmungen in Schritt S175 bis S177 NEIN ist, ein Zustand, in dem Kraftstoff von dem Auspuff-Kraftstoffinjektor eingespritzt werden kann; jedoch entspricht dies einem Zustand, in dem Abgas mittels des Auspuff-Kraftstoffeinspritzsystems nicht gereinigt werden kann. In diesem Fall kann, wie in Bezug auf 6 erläutert, die Kraftstoffeinspritzung von dem Auspuff-Kraftstoffinjektor als Ersatz für die Nacheinspritzung während des stöchiometrischen Betriebs angefordert werden. In Schritt S178 wird die zusätzliche Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge (Gfuel_ex_add(k) → Gfuel_ex_add(m)), die in der OT-Periode gemäß dem Prozess von 6 berechnet wurde, wieder abgetastet, und wird der durch diese Wiederabtastung erhaltene Wert als die Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge definiert (Gfuel_ex(m) = Gfuel_ex_add(m)), und dann geht der Prozess zu Schritt S173 weiter. In Schritt S173 wird es auf das Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Reinigungsbetriebsmodus-Flag F_ExINJ_mode(m) = 0 gesetzt, und dann wird dieser Prozess beendet.
In Schritt S180 werden der Schätzwert Tcc_hat(m) für die Trägertemperatur des LNT und der Schätzwert Gex_hat(m) für das Abgasvolumen erfasst, wobei die Basis-Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge Gfuel_ex_bs(m) durch Absuchen eines vorab erstellten Kennfelds basierend auf diesen zwei Schätzwerten Tcc_hat(m) und Gex_hat(m) bestimmt wird, und dann dieser Prozess beendet wird.
28 ist ein Beispiel eines Kennfelds zur Bestimmung der Basis-Einspritzmenge Gfuel_ex_bs. Wie in 28 gezeigt, wird die Basis-Einspritzmenge Gfuel_ex_bs auf einen Wert entsprechend dem Schätzwert Tcc_hat der LNT-Temperatur und dem Schätzwert Gex_hat des Abgasvolumens innerhalb eines Temperaturbereichs (z. B. 350 bis 600°C) gesetzt, der eine kontinuierliche NOx-Reinigung am LNT unter Kraftstoff ermöglicht, der von dem Auspuff-Kraftstoffinjektor intermittierend eingespritzt wird. Darüber hinaus wird die Basis-Einspritzmenge Gfuel_ex_bs auf eine solche Menge eingestellt, dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases am LNT in die Nähe des theoretischen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses kommt, wenn Kraftstoff von dem Auspuff-Kraftstoffinjektor im Abgas eingespritzt wird, das durch Setzen des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses des Luft/Kraftstoff-Gemischs auf mager erzeugt wird.
Darüber hinaus wird, wie in 28 gezeigt, die Basis-Einspritzmenge Gfuel_ex_bs in einem Bereich einschließlich 400 bis 500 Grad maximiert, in dem kein Risiko der Entstehung von N₂O besteht, und tendenziell Zwischenprodukte erzeugt werden, die zur Reduktion von NOx beitragen. Darüber hinaus wird die Basis-Einspritzmenge Gfuel_ex_bs so gesetzt, dass sie kleiner wird, wenn die Temperatur in einem Temperaturbereich von 500 Grad und höher ansteigt, in dem die Erzeugungseffizienz von Zwischenprodukten, die zur Reduktion von NOx beitragen, abnimmt, und ein Teil des eingespritzten Kraftstoffs direkt an dem LNT oxidiert und nicht länger zur Reduktion von NOx beiträgt.
Zurück in Bezug auf 27 wird in Schritt S181 der Oxidationscharakteristikparameter Pox(m) berechnet, und dann geht der Prozess zu Schritt S182 weiter. Dieser Oxidationscharakteristikparameter Pox(m) ist ein Parameter, den man bekommt, indem man die Stärke der KW-Oxidationsfähigkeit des LNT quantifiziert, und ist normalisiert, so dass der Minimalwert 0 ist, und der Referenzgegenstand ohne Verschlechterung 1 ist. Wie in Schritt S181 gezeigt, sind die Verfahren zur Berechnung des Oxidationscharakteristikparameters Pox(m) die drei Typen von TYP 1 bis 3.
Mit dem Verfahren von TYP 1 wird der mit der Periode tn aktualisierte Katalysatoroxidationscharakteristik-Adaptivkoeffizient Kox(n), gemäß dem in der vorgenannten 25 gezeigten Prozess, mit der Periode tm abgetastet (Kox(n) → Kox(m)), wobei der durch erneute Abtastung erhaltene Wert als der Oxidationscharakteristikparameter gesetzt wird (Pox(m) = Kox(m)), und dann geht der Prozess zu Schritt S182 weiter.
Mit dem Verfahren von TYP 2 wird der Katalysatorreduktionscharakteristik-Adaptivkoeffizient Krd(m), der gemäß dem in der vorgenannten 20 gezeigten Prozess mit der Periode tm aktualisiert wird, als der Oxidationscharakteristikparameter gesetzt (Pox(m) = Krd(m)), und dann geht der Prozess zu Schritt S182 weiter.
Mit dem Verfahren von TYP 3 wird ein Wert, den man durch Multiplizieren von –1 mit dem Katalysator-Dreiwegecharakteristik-Adaptivkorrekturwert Dtw(m) bekommt, der bei der Periode tm gemäß dem in der vorgenannten 18 gezeigten Prozess aktualisiert wird, und ferner 1 dort hinzu addiert wird, als der Oxidationscharakteristikparameter gesetzt (Pox(m) = 1 – Dtw(m)), und dann geht der Prozess zu Schritt S182 weiter.
In Schritt S182 wird ein positiver Auspuff-Kraftstoffeinspritzmengen-Korrekturkoeffizient Kg_ex(m) unter Verwendung des Oxidationscharakteristikparameters Pox(m) berechnet, und dann geht dieser Prozess zu Schritt S183 weiter. Dieser Korrekturkoeffizient Kg_ex(m) ist ein Koeffizient, der die Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge Gfuel_ex(m) in Antwort auf die KW-Oxidationsfähigkeit korrigiert, und wird mit der Basis-Einspritzmenge Gfuel_ex_bs(m) multipliziert, wie in der später beschriebenen Formel (32) gezeigt. In Schritt S182 wird der Korrekturkoeffizient Kg_ex(m) durch Absuchen eines vorab erstellten Kennfelds basierend auf dem Oxidationscharakteristikparameter Pox(m) berechnet.
29 ist ein Graph, der ein Beispiel eines Kennfelds zur Bestimmung des Korrekturkoeffizienten Kg_ex(m) zeigt. Wie in 29 gezeigt, wird der Korrekturkoeffizient Kg_ex(m) so gesetzt, dass er zunimmt, wenn der Oxidationscharakteristikparameter Pox(m) größer wird (d. h., wenn die KW-Oxidationsfähigkeit des LNT ansteigt).
In Schritt S183 wird die Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge Gfuel_ex(m) berechnet, indem der Korrekturkoeffizient Kg_ex(m) mit der Basis-Einspritzmenge Gfuel_ex(m) multipliziert wird (siehe folgende Formel (32)), und dann geht der Prozess zu Schritt S184 weiter. In Schritt S184 wird es auf das Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Reinigungsbetriebsmodus-Flag F_ExINJ_mode(m) = 1 gesetzt, und dann wird dieser Prozess beendet. Gfuel_ex(m) = Kg_ex(m)·Gfuel_ex_bs(m) (32)
Obwohl oben eine erste Ausführung der vorliegenden Erfindung erläutert ist, ist die vorliegende Erfindung darauf nicht beschränkt.
Es sollte angemerkt werden, dass in der oben erwähnten Ausführung eine Post-Einspritzung nicht berücksichtigt wird; jedoch ist die vorliegende Erfindung darauf nicht beschränkt. Im Gegensatz zur Nacheinspritzung wird durch Post-Einspritzung zugeführter Kraftstoff im LNT zugeführt, ohne in den Zylindern zu verbrennen. Wenn man daher die Post-Einspritzmenge während der Periode tn als Gfuel_post_tm(n) definiert, werden der Operationsausdruck der Katalysatorerwärmungs-Beitrag-Kraftstoffmenge Gfuel_c(n) von Schritt S122 und Formel (25) durch die folgende Formel (33) ersetzt. Gfuel_c(n) = Gfuel_aft_tm(n) + Gfuel_post_tm(n) + Gfuel_ex_ m(n) (33-1) Rfex(n) = (Gfuel_ex_tm(n) + Gfuel_post_tm(n))/Gfuel_c(n) (33 – 2)
Darüber hinaus werden in der oben erwähnten Ausführung Fälle erläutert, wo der Oxidationscharakteristikparameter Pox gemäß einem der Verfahren von TYP 1 bis TYP 3 berechnet wird (siehe Schritt S181 in 27); jedoch ist die vorliegende Erfindung darauf nicht beschränkt. Der Oxidationscharakteristikparameter Pox kann auch als der Mittelwert für die Werte gesetzt werden, die von den Verfahren von TYP 1 bis 3 berechnet werden.
Darüber hinaus wird in der oben erwähnten Ausführung ein Fall erläutert, wo ein so genannter O₂-Sensor verwendet wird, der eine im Wesentlichen binäre Ausgabecharakteristik hat, die von der Sauerstoffkonzentration abhängig ist, da der Sauerstoffkonzentrationssensor ein Signal entsprechend der Sauerstoffkonzentration des Abgases an der stromabwärtigen Seite des Katalysators erzeugt; jedoch ist die vorliegende Erfindung darauf nicht beschränkt. Zum Beispiel hat ein LAF-Sensor eine andersartige Ausgabecharakteristik als ein O₂-Sensor; jedoch ist er gleich in dem Aspekt, eine Funktion zu haben, die ein Signal entsprechend der Sauerstoffkonzentration vom Abgas erzeugt. Daher setzt die vorliegende Erfindung im Wesentlichen die gleichen Effekte ein wie mit der oben erwähnten Ausführung, auch wenn, anstelle des O₂-Sensors, ein LAF-Sensor als der Sauerstoffkonzentrationssensor verwendet wird.
Zweite Ausführung
Nachfolgend wird in Bezug auf die Zeichnungen eine zweite Ausführung der vorliegenden Erfindung erläutert, die konfiguriert ist, um die oben erwähnte Aufgabe zu lösen. Es sollte angemerkt werden, dass in der folgenden Beschreibung die gleichen Konfigurationen und Prozesse wie in der in Bezug auf die 1 bis 28 erläuterten ersten Ausführung Veranschaulichungen oder Erläuterungen davon weggelassen oder vereinfacht werden.
34 ist eine Ansicht, die die Konfiguration eines Verbrennungsmotors (nachfolgend als ”Motor” bezeichnet) 1 und eines Abgasreinigungssystems 2A davon gemäß der vorliegenden Ausführung zeigt. Das Abgasreinigungssystem 2A der in 34 gezeigten zweiten Ausführung unterscheidet sich von dem Abgasreinigungssystem der ersten Ausführung hauptsächlich in den Konfigurationen des Vorkatalysator-LAF-Sensors 51 und des Nachkatalysator-LAF-Sensors 52.
Der Vorkatalysator-LAF-Sensor 51 ist in dem Auspuffkanal 11 an der stromaufwärtigen Seite vom LNT 41 und dem Auspuff-Kraftstoffinjektor 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 (Verhältnis der Kraftstoffkomponenten relativ zum Sauerstoff im Abgas), und schickt zur ECU 3A ein Signal, das im Wesentlichen proportional zum erfassten Wert ist. Der Nachkatalysator-LAF-Sensor 52 ist im Auspuffkanal 11 zwischen dem LNT 41 und dem CSF 43 vorgesehen. Der Nachkatalysator-LAF-Sensor 52 erfasst das Luft/Kraftstoff-Verhältnis vom Abgas zwischen dem LNT 41 und dem CSF 43, und schickt zur ECU 3A 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 ausgegebenen werden, zwischen einem fetten Bereich zu einem mageren Bereich hin eine lineare Charakteristik haben.
Heizer (nicht dargestellt), die Heizelemente 51a, 52a heizen, sind in die Erfassungselemente 51a und 52a dieser LAF-Sensoren 51 und 52 eingebaut. Die ECU 3A setzt unabhängig eine Soll-Temperatur (Tcmd_laf_up) des Vorkatalysator-LAF-Sensors 51 und die Soll-Temperatur (Tcmd_laf_ds) des Nachkatalysator-LAF-Sensors 52 jeweils gemäß der später beschriebenen Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Steuerung (siehe 21) und steuert/regelt jeden elektrischen Heizerstromwert derart, dass die oben erwähnten gesetzten Soll-Temperaturen 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.
Nachfolgend wird in Bezug auf 33 und 35 das besondere Problem in einem Auspuff-Kraftstoffeinpritzsystem erläutert, das die vorgenannte intermittierende Einspritzung durchführt, sowie ein Verfahren zum Lösen dieses Problems.
33 zeigt in Graphen die Änderung im Ausgabewert des Nachkatalysator-LAF-Sensors im Falle der Durchführung einer intermittierenden Einspritzung in einer Einspritzperiode von 5 Hz oder höher mittels des Auspuff-Kraftstoffinjektors. 33 zeigt oben die Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge (mg/sec), welche die pro Zeiteinheit vom Auspuff-Kraftstoffinjektor eingespritzte Kraftstoffmenge ist, und der zweite von oben und darunter zeigen den Ausgabewert des Nachkatalysator-LAF-Sensors entsprechend dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis (A/F) an der stromabwärtigen Seite des LNT. Der zweite von oben zeigt die Ausgabe (AFact_ds) ohne Filter, und der dritte von oben und unten zeigen die Ausgaben (AFact_flt_ds) durch die nachfolgend beschriebenen Filter. Es sollte angemerkt werden, dass 33 die Ausgabe des Nachkatalysator-LAF-Sensors mit durchgehender Linie zeigt, und das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Luft/Kraftstoff-Gemischs mit gepunkteter Linie zeigt. Darüber hinaus ist, beim in 33 gezeigten Beispiel, der Fall gezeigt, wo die Einspritzzeit zur Zeit t1 verlängert wird (während einer Einspritzperiode eingespritzte Kraftstoffmenge), und ferner die Einspritzperiode zu den Zeiten t2 und t3 verkürzt wird, während das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Luft/Kraftstoff-Gemischs konstant gehalten wird.
Wenn Kraftstoff intermittierend mit einer Frequenz eingespritzt wird, die niedriger als etwa 5 Hz ist, so dass in dem LNT Zwischenprodukte erzeugt werden, die zur Reinigung von NOx betragen, drücken ein dichter Anteil und ein magerer Anteil des Kraftstoffs abwechselnd im Abgas an der stromabwärtigen Seite vom Auspuff-Kraftstoffinjektor aus. Dann drückt sich auch die Kraftstoffkonzentration, die durch diese intermittierende Einspritzung verursacht wird, im Abgas nach dem Durchtritt durch den LNT aus, was infolgedessen in dem Nachkatalysator-LAF-Sensor als Fluktuation im Luft/Kraftstoff-Verhältnis erfasst wird, wie in 33 an der zweiten Stelle von oben gezeigt ist. Um NOx im Abgas kontinuierlich zu reduzieren, während Zwischenprodukte an dem LNT erzeugt werden, ist es erforderlich, eine intermittierende Einspritzung durchzuführen, welche eine solche große Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Fluktuation begleitet.
Wenn jedoch fluktuierende Komponenten, die durch intermittierende Einspritzung hervorgerufen werden, im Ausgabewert des LAF-Sensors so bleiben wie sie sind, ist es nicht möglich, die später beschriebene KW-Rückkopplungsregelung basierend auf dem Ausgabewert des LAF-Sensors genau durchzuführen, weshalb es nicht länger möglich sein könnte, NOx mit ausreichender Effizienz zu reinigen. Daher ist es im Falle der Durchführung dieser KW-Rückkopplungsregelung notwendig, die Kraftstoffverhältnisfluktuation, die durch intermittierende Einspritzung hervorgerufen wird, aus der Ausgabe des LAF-Sensors zu beseitigen, um eine stabile Ausgabe zu erhalten, wie jene, die in 33 mit der strichpunktierten Linie gezeigt ist. Es sollte angemerkt werden, dass die strichpunktierte Linie in 33 das Luft/Kraftstoff-Verhältnis vom Abgas an der stromabwärtigen Seite des LNT ist, im Falle der Annahme, dass der intermittierend eingespritzte Kraftstoff im Auspuffrohr und am LNT ausreichend vermischt wird und dem später beschriebenen idealen Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis entspricht.
Als Mittel zum Unterdrücken dieser Fluktuation in der Ausgabe des LAF-Sensors ist daran gedacht worden, einen Bandpassfilter zu benutzen, der die Komponente in der Nähe der Einspritzfrequenz (Ffuel_ex) der intermittierenden Einspritzung isoliert, sowie einen Tiefpassfilter, der die Komponente der Einspritzfrequenz und höher isoliert. Diese Filter können durch Ausführung der unten in Formel (34) gezeigten Berechnung der Ausgabe AFact_ds des LAF-Sensors realisiert werden. In der folgenden Formel (34) ist AFact_flt_ds der gefilterte Wert, sind a1, a2, b1 und b2 Filterkoeffizienten, die eingestellt sind, um die gewünschten Filtereigenschaften zu erhalten, und ist m ist die Steuerzeit des Auspuff-Kraftstoffeinspritzsystems. Es sollte angemerkt werden, dass die Steuerperiode des Auspuff-Kraftstoffeinspritzsystems, d. h. die Abtastperiode ΔTex des Ausgabewerts des LAF-Sensors an der ECU zum Beispiel 10 bis 50 (msec) beträgt und kürzer ist als die Einspritzzeit. AFact_flt_ds(m) = a1·AFact_flt_ds(m – 1) + a2·AFact_flt_ds(m – 2) + b1·AFact_ds(m) + b2·AFact_flt_ds(m – 1) (34)
Das dritte von oben und ganz unten in 33 zeigen die gefilterten Werte, die man mit der obigen Formel (34) erhält. Selbst wenn, wie in 33 gezeigt, der Bandpassfilter verwendet wird, ist es nicht möglich, periodisch fluktuierende Komponenten aus der Ausgabe des LAF-Sensors zu beseitigen. Dies ist zu berücksichtigen, weil die Ausgabe AFact_ds des LAF-Sensors zu einer verschiedene Frequenzkomponenten enthaltenden Sägezahnwelle wird, anstatt zu einer reinen Sinuswelle der Einspritzfrequenz.
Darüber hinaus ist es im Falle der Verwendung eines Tiefpassfilters möglich, höhere Frequenzkomponenten zu beseitigen als im Falle der Verwendung des Bandpassfilters. Um jedoch diesen gefilterten Wert bei der Rückkopplungsregelung zu benutzen, muss er so konfiguriert sein, dass keine starke Phasenverzögerung auftritt; wenn man jedoch diesen Punkt berücksichtigt, ist es nicht möglich, die Sperrfrequenz sehr stark abzusenken, und infolgedessen können die fluktuierenden Komponenten von der Größenordnung der Einspritzfrequenz nicht ausreichend beseitigt werden, wie in 33 gezeigt.
Nachfolgend wird ein Filterverfahren der vorliegenden Erfindung zur Lösung dieses Problems erläutert.
Zunächst werden, bei dem Filterverfahren der vorliegenden Erfindung, die Abtastperiode ΔTex und die Auspuff-Kraftstoffeinspritzperiode Tfuel_ex(m) oder die Auspuff-Kraftstoffeinspritzfrequenz Ffuel_ex(m) (= 1/Tfuel_ex(m)), die zwei unabhängige Parameter sind, mit dem Einspritzperiodenparameter Nex(m) korreliert, welcher eine positive ganze Zahl größer als 1 ist. In anderen Worten, es wird ein Wert, bei dem man durch Multiplizieren der ganzen Zahl Nex(m) mit der Periode ΔTex der Erfassung des Ausgabewerts des Nachkatalysator-LAF-Sensors in dem Auspuff-Kraftstoffeinspritzsystem kommt, als die Einspritzperiode Tfuel_ex(m) der intermittierenden Einspritzung gesetzt. Tfuel_ex(m) = Nex(m)·ΔTex (35-1) Ffuel_ex(m) = 1/(Nex(m)·ΔTex) (35-2)
Falls zum Beispiel die Steuerperiode ΔTex auf 10 (msec) gesetzt wird und der Einspritzperiodenparameter Nex auf 20 gesetzt wird, wird die Einspritzperiode Tfuel_ex zu 200 (msec), und wird die Einspritzfrequenz Ffuel_ex zu 5 (Hz). Falls darüber hinaus die Steuerperiode ΔTex auf 10 (msec) gesetzt wird und der Einspritzperiodenparameter Nex auf 18 gesetzt wird, wird die Einspritzperiode Tfuel_ex zu 180 (msec) und wird die Einspritzfrequenz Ffuel_ex zu 5,555... (Hz).
Zweitens wird, mit dem Filterverfahren der vorliegenden Erfindung, der gefilterte Wert AFact_mav_ds(m) des Ausgabewerts AFact_ds(m) des LAF-Sensors durch einen gleitenden Mittelwertfilter berechnet, mit dem Einspritzperiodenparameter Nex(m), der zum Setzen der Auspuff-Kraftstoffeinspritzperiode Tfuel_ex(m) eingeführt wird, als Abgriffszahl (siehe folgende Formel (36)).
Drittens kann mit dem Filterverfahren der vorliegenden Erfindung die Einspritzperiode Tfuel_ex auch stufenweise verändert werden, indem der Einspritzperiodenparameter Nex, der eine positive ganze Zahl ist, stufenweise verändert wird. Der Einspritzperiodenparameter Nex und die Einspritzperiode Tfuel_ex werden hierdurch so verändert, dass die obige Formel (35) immer wahr ist.
35 zeigt in Graphen die Änderung im gefilterten Wert AFact_mav_ds des LAF-Sensors, den man durch das Filterverfahren der vorliegenden Erfindung erhält. Es sollte angemerkt werden, dass die Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge in der gleichen Weise wie im in 33 gezeigten Beispiel verändert wird. Wie in 35 gezeigt, wird gemäß dem Filterverfahren der vorliegenden Erfindung die durch intermittierende Einspritzung hervorgerufene Fluktuationskomponente vollständig beseitigt und passt weitgehend zu dem idealen Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis, das mit der gepunkteten Linie gezeigt ist. Insbesondere ändert sich das ideale Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu den Zeiten t1 und t2, und ändert sich die Einspritzfrequenz zu den Zeiten t2 und t3; jedoch folgt der gefilterte Wert AFact_mav_ds ohne starke Verzögerung dieser Änderungen. Ein spezifisches Beispiel der Rückkopplungsregelung unter Verwendung der mit dem obigen Filterverfahren erhaltenen Ausgabe des LAF-Sensors wird in Bezug auf die 49, 50, etc., später erläutert.
Nun wird das Konzept der Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Steuerung der vorliegenden Erfindung in Bezug auf die 36 bis 38 erläutert.
36 zeigt in Graphen die Beziehungen zwischen einer Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge, wenn NOx mittels des Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Reinigungsbetriebs gereinigt wird, einer NOx-Reinigungsrate des LNT, eines KW-Schlupfbetrags von LNT und der erzeugten Menge von Zwischenprodukten in dem LNT.
Da, wie in Bezug auf 31 erläutert, ein Mittel zum Erfassen oder Schätzen des KW-Schlupfbetrags nach stromab des LNT herkömmlich nicht existiert, ist es nicht möglich gewesen, die Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge aktiv auf eine Menge G2 zu regeln, bei der KW-Schlupf aufzutreten beginnt, oder eine größere Menge als dieses G2. Einhergehend mit dem Setzen eines Sollwerts, der etwas größer ist als 0, wird für die KW-Schlupfmenge an der stromabwärtigen Seite des LNT (siehe gepunktete Linie in 36), die KW-Schlupfmenge zur stromabwärtigen Seite des LNT durch das Verfahren geschätzt, das in Bezug auf die 37 und 38 später erläutert wird, und wird die Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge derart geregelt, dass diese geschätzte KW-Schlupfmenge auf dem oben erwähnten Sollwert gehalten wird. In anderen Worten wird mit der Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Steuerung der vorliegenden Erfindung die Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge mit einer Menge G4, die größer ist als die Menge G2, und dem Sollwert des KW-Schlupfbetrags entspricht.
Hier werden nun die Effekte erläutert, den KW-Schlupfbetrag auf dem Sollwert zu halten, der etwas größer ist als 0. Wie mit Bezug auf 32 erläutert, verändern sich die Einspritzmenge G2, bei der das Auftreten von KW-Schlupf beginnt, und die Menge G4 in Abhängigkeit von der Oxidationsleistung des LNT zu dieser Zeit. Jedoch wird in einem Zustand, in dem KW häufig aus dem LNT schlupft, daran gedacht, dass die erzeugte Menge von Zwischenprodukten in dem LNT angenähert maximiert ist, und die NOx-Reinigungsrate des LNT, die zu dieser Zeit angenähert maximiert ist, sich auch dann nicht ändert, wenn sich die Oxidationsleistung des LNT verändert. Daher ist es durch Steuern/Regeln der Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge, um die Soll-KW-Schlupfmenge auf dem Sollwert zu halten, möglich, immer einen Zustand einzuhalten, in dem die NOx-Reinigungsrate maximiert ist, ohne die Berechnung der optimalen Menge der Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge gemäß der Oxidationsfähigkeit des LNT zu durchlaufen, die sich in Abhängigkeit von der Temperatur des LNT mit dem Verschlechterungsausmass verändert.
Nachfolgend wird ein Mittel zum Schätzen des KW-Schlupfbetrags der vorliegenden Erfindung erläutert.
37 zeigt in Graphen die Beziehung zwischen dem Ausgabewert des Nachkatalysator-LAF-Sensors (vertikale Achse) und dem aktuellen Wert dort (horizontale Achse), d. h. das Ist-Luft/Kraftstoff-Verhältnis vom Abgas an einem Erfassungsteil des Nachkatalysator-LAF-Sensors. 37 zeigt die Änderung im Ausgabewert des Nachkatalysator-LAF-Sensors in dem Fall, wo die KW-Konzentration im Abgas verändert wird, während das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases konstant gemacht wird.
KW ist im Abgas als Restkraftstoffkomponente enthalten, die im Verbrennungsprozess es Luft/Kraftstoff-Gemischs verbrennt. Der LAF-Sensor oxidiert KW in der Nähe des Erfassungselements, und gibt ein Signal, das im Wesentlichen proportional zur Restsauerstoffmenge ist, als das Luft/Kraftstoff-Verhältnis vom Abgas 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 37 gezeigt, dessen Ausgabewert angenähert nicht, auch wenn sich die KW-Konzentration im Abgas ändert, falls die Oxidationsleistung des LAF-Sensors ausreichend hoch ist.
Im Gegensatz hierzu verschiebt sich, wie an der rechten Seite von 37 gezeigt, falls die Oxidationsleistung des LAF-Sensors niedrig ist, der erfasste Wert des LAF-Sensors um diesen Betrag zur mageren Seite hin, da KW existiert, das in der Nähe des Erfassungselements nicht oxidiert wurde. Dies ist so, weil Sauerstoff um diese Menge in den Überschuss gelangt, da das KW, das vom LAF-Sensor nicht oxidiert werden konnte, häufiger vorhanden ist. Darüber hinaus wird die Größe des Versatzes im Ausgabewert des LAF-Sensors relativ zur KW-Konzentration im Abgas größer, wenn die Oxidationsleistung des LAF-Sensors sinkt. Es sollte angemerkt werden, dass das Phänomen einer Verschiebung, die im Ausgabewert des LAF-Sensors aufgrund von KW auftritt, das sich wie oben erwähnt im Abgas befindet, bekannt ist, wie zum Beispiel in der japanischen ungeprüften Patentanmeldung, Veröffentlichung Nr. 2007-40130 und der japanischen ungeprüften Patentanmeldung, Veröffentlichung Nr. 2011-58440 beschrieben ist.
Da es eine Korrelation zur KW-Konzentration im Abgas in der Differenz zwischen dem Ausgabewert des an der stromabwärtigen Seite des LNT vorgesehenen LAF-Sensors und dessen Istwert gibt, ist es möglich, die KW-Konzentration (d. h. den KW-Schlupfbetrag) des LNT zu schätzen, solange ein Wert erhalten werden kann, der dem Istwert des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses an der stromabwärtigen Seite des LNT entspricht. Darüber hinaus werden, im Falle der Schätzung des KW-Schlupfbetrags unter Verwendung eines solchen Offset-Phänomens am Ausgabewert des LAF-Sensors, jeweils in einem Mittel zum Absenken der Oxidationsleistung des LAF-Sensors an der stromabwärtigen Seite und einem Mittel zum Schätzen des Werts entsprechend dem Istwert des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses vom Abgas an der stromabwärtigen Seite des LNT einige Modi in Betracht gezogen.
Als Mittel zum Absenken der Oxidationsleistung des LAF-Sensors werden zum Beispiel die zwei von TYP A und B angegeben.
Beim TYP A wird das Erfassungselement des LAF-Sensors an der stromabwärtigen Seite, mittels der Sensorheizung, auf eine geringere Temperatur als die Temperatur des Erfassungselements des LAF-Sensors an der stromaufwärtigen Seite geregelt.
Beim TYP B wird die Menge von Oxidationsmaterial pro Flächeneinheit auf der Elementoberfläche des Erfassungselement im LAF-Sensor an der stromabwärtigen Seite kleiner gemacht als die Menge an Oxidationsmaterial pro Flächeneinheit auf der Elementoberfläche des Erfassungselements im LAF-Sensor an der stromaufwärtigen Seite. Alternativ wird das Oxidationsmaterial nur auf das Erfassungselement des LAF-Sensors 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 TYP A absichtlich abgesenkt wird, ist die vorliegende Erfindung darauf nicht beschränkt. Die Oxidationsleistung kann auch gemäß TYP B oder einer Kombination von TYP A und TYP B gesenkt werden.
Darüber hinaus werden als Mittel zum Schätzen des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses vom Abgas an der stromabwärtigen Seite des LNT hauptsächlich die zwei vom TYP 1 und 2 angegeben.
Beim TYP 1 wird unter Verwendung des Ausgabewerts AFact_up des Vorkatalysator-LAF-Sensors, der an der stromaufwärtigen Seite des LNT vorgesehen ist, und verschiedener berechneter Werte das Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis an der stromabwärtigen Seite des LNT geschätzt. Insbesondere, wenn der Kraftstoff, der in den Zylinder von der diskretisierten Steuerzeit m – 1 bis m eingespritzt wird, als Gfuel_tm(m) definiert wird und der Ausgabewert des Vorkatalysator-LAF-Sensors zur Zeit m definiert als AFact_up(m) definiert wird, wird eine Neuluftmenge Gair_ex(m) basierend auf der Ausgabe dieses Vorkatalysator-LAF-Sensors durch die folgende Formel (37-1) ausgedrückt. Es sollte angemerkt werden, dass die Zeit dc_i in der Formel (37-1) einer Zeit entspricht, bis das im Zylinder verbrannte Luft/Kraftstoff-Gemisch den Auspuff-Kraftstoffinjektor erreicht. Diese Zylindereinspritzankunftszeit dc_i kann ein vorab bestimmter Festwert sein, oder ein Wert, der entsprechend dem Abgasvolumen, dem Motorlastparameter, der Motordrehzahl, etc., variable gesetzt wird. Darüber hinaus wird durch Verwendung 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 (37-2) ausgedrückt. Hierin werden die Kraftstoffmenge Gfuel_tm und die Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge Gfuel_ex mittels der berechneten Werte der Zylinderkraftstoffeinspritzsteuerung und der Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Steuerung berechnet, wie später beschrieben wird.
Es sollte angemerkt werden, dass, wie in Formel (37-2) dargestellt, das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases bei der Berechnung, berechnet aus der zugeführten Kraftstoffmenge und der Neuluftmenge, abgekürzt wird und nachfolgend als ideales Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis bezeichnet wird. Wenn darüber hinaus Fehler, wie etwa das Anhaften von Kraftstoff am LNT und Sauerstoffspeicherung beseitigt werden, sind das 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, damit das Abgas die stromabwärtigen Seite des LNT von dem Auspuff-Kraftstoffinjektor 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 (37-3) ausgedrückt. Es sollte angemerkt werden, dass die Zeit dLNT in der Formel (37-3) zu einem Festwert gemacht werden kann, oder einem variabel gesetzten Wert ähnlich der oben erwähnten Zeit dc_i. Beim TYP 1 wird das ideale Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AF_exh_id_ds, das gemäß den Formeln (37-1) bis (37-3) berechnet wird, als der geschätzte Wert des Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses an der stromabwärtigen Seite des LNT verwendet, d. h. der Istwert für den Ausgabewert AFact_ds des Nachkatalysator-LAF-Sensors (oder der gefilterte Wert AFact_mav_ds davon), der an der stromabwärtigen Seite des LNT vorgesehen ist. Gair_ex(m) = AFact_up(m)·Gfuel_tm(m – dc_i) (37-1) AF_exh_id_up(m) = Gair_ex(m)/(Gfuel_tm(m – dc_i) + Gfuel_ex(m)) (37-2) AF_exh_id_ds(m) = AF_exh_id_up(m – dLNT) (37-3)
Beim 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 Ausgabewert eines anderen Sensors und verschiedener berechneter Werte geschätzt, ohne den Ausgabewert AFact_up des Vorkatalysator-LAF-Sensors zu verwenden. Insbesondere, wenn man beim TYP 2 die Kraftstoffmenge, die in den Zylinder von der Zeit m – 1 bis m eingespritzt wird, als Gfuel_tm(m) definiert, die Kraftstoffmenge, die vom Auspuff-Kraftstoffinjektor ab der Zeit m – 1 bis m eingespritzt wird, als Gfuel_ex(m) definiert und den geschätzten Wert der Neuluftmenge, die ab der Zeit m – 1 bis m in den Zylinder gesaugt wird, als Gair_cyl_hat_tm(m) definiert, 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 (38-1) berechnet. Hierin wird der geschätzte Wert Gair_cyl_hat_tm der Neuluftmenge zum Beispiel basierend auf dem Ausgabewert 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 (38-2) ausgedrückt. Beim TYP 2 wird das ideale Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis, das gemäß den Formeln (38-1) und (38-2) 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)) (38-1) AF_exh_id_ds(m) = AF_exh_id_up(m – dLNT) (38-2)
Es sollte angemerkt werden, dass beim TYP 1 die Neuluftmenge unter Verwendung des im Auspuffkanal vorgesehenen Vorkatalysator-LAF-Sensors berechnet wird; während beim TYP 2 die Neuluftmenge mittels des im Einlasskanal vorgesehenen Luftströmungsmessers berechnet wird. Aus diesem Grund wird daran gedacht, dass, beim Vergleich zwischen TYP 1 und TYP 2, der TYP 1 die höhere Schätzgenauigkeit proportional zum Fehler der verschiedenen Vorrichtungen weiter an der stromaufwärtigen Seite als der Vorkatalysator-LAF-Sensor hat, der beseitigt worden ist. Es sollte angemerkt werden, dass, obwohl nachfolgend ein Fall der Schätzung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses an der stromabwärtigen Seite gemäß TYP 1, der den Vorkatalysator-LAF-Sensor verwendet, erläutert wird, die vorliegende Erfindung darauf nicht beschränkt ist. Es ist möglich, das Luft/Kraftstoff-Verhältnis auch 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 37 wird in der vorliegenden Erfindung eine Verschiebung vom Istwert im Ausgabewert AFact_ds gemäß der KW-Konzentration so veranlasst, wie an der rechten Seite von 37 gezeigt, indem die Oxidationsleistung des Nachkatalysator-LAF-Sensors durch einige Mittel vom oben erwähnten TYP 1 und 2 absichtlich verlängert wird. 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 einige Mittel vom oben erwähnten TYP 1 und 2 berechnet, und dieser wird, als der Istwert 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-Differenz, die man erhält, indem man das ideale Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AF_exh_id_ds, das gemäß Formel (37-3) oder (38-2) berechnet wird, von dem Ausgabewert AFact_ds des Nachkatalysator-LAF-Sensors, der die Ausgabe gemäß der KW-Konzentration versetzt ist (siehe folgende Formel (39)) subtrahiert wird. P_LNT(m) = AFact_ds(m) – AF_exh_id_ds(m) = AFact_ds(m) – AF_exh_id_up(m – dLNT) (39)
Es sollte angemerkt werden, dass, weil der tatsächliche Ausgabewert AFact_ds des Nachkatalysator-LAF-Sensors aufgrund des Einflusses der intermittierenden Einspritzung eine Sägezahnform einnimmt, der Reinigungsparameter P_LNT bevorzugt einen Wert verwendet, der durch die folgende Formel (40) definiert ist, und mittels des Filterverfahrens erhalten wird, das in Bezug auf 35 erläutert wird. Weil hierin der Vorkatalysator-LAF-Sensor an der stromauwärtigen Seite vom Auspuff-Kraftstoffinjektor vorgesehen ist, ist es nicht notwendigerweise erforderlich, das Filterverfahren der vorliegenden Erfindung auf das Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AF_ex_id_up(m) an der stromaufwärtigen Seite des LNT anzuwenden, wie in der folgenden Formel (40) gezeigt. Um jedoch die Phasenverzögerung zu kompensieren, die aufgrund des gleitenden Mittelwertfilters an der Ausgabe des Nachkatalysator-LAF-Sensors auftritt, ist es eher bevorzugt, einen ähnlichen gleitenden Mittelwertfilter auch am Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AF_exh_id_up(m) vorzusehen, wie in der folgenden Formel (40-3) gezeigt.
38 stellt in Graphen das Konzept der Rückkopplungsregelung der vorliegenden Erfindung mittels des NOx-Reinigungsparameters P_LNT dar.
Wie in 38 gezeigt, hat der NOx-Reinigungsparameter P_LNT eine Charakteristik, die im Wesentlichen proportional zur KW-Konzentration an der stromabwärtigen Seite des LNT ist (d. h. dem KW-Schlupfbetrag). Daher ist das Regeln des NOx-Reinigungsparameters auf einen vorbestimmten Sollwert P_LNT_cmd, der nicht 0 ist, äquivalent dazu, den Schlupfbetrag beizubehalten, der nicht direkt als virtueller Sollwert HC_SLP_CMD erfasst werden kann. In der vorliegenden Erfindung wird, durch Regeln 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 eine Menge gedrückt wird, die die vom CSF an der stromabwärtigen Seite des LNT bearbeitbare Menge nicht überschreitet (d. h. ein Zustand, in dem die erzeugte Menge von Zwischenprodukten angenähert maximiert ist). Es sollte angemerkt werden, dass nachfolgend die Rückkopplungsregelung mittels des Parameters P_LNT, der den aktiven KW-Schlupf begleitet, gleich wenig, zur stromabwärtigen Seite des LNT als KW-Schlupf-Rückkopplungsregelung bezeichnet wird.
Nachfolgend wird eine spezifische Sequenz zum Realisieren der Zylinderkraftstoffeinspritzsteuerung und der Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Steuerung in Bezug auf die 39 bis 59 erläutert.
39 ist ein Hauptflussdiagramm, das die spezifische Sequenz der Zylinderkraftstoffeinspritzsteuerung zeigt, um den Kraftstoffeinspritz-Modus von den Kraftstoffeinspritzventilen jedes Zylinders zu bestimmen.
Ähnlich der ersten Ausführung sind, für die Zylinderkraftstoffeinspritzsteuerung und die Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Steuerung der vorliegenden Ausführung, drei Typen von Betriebsmodi definiert als Mager-Betriebsmodus, stöchiometrischer Betriebsmodus und Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Reinigungsbetriebsmodus.
Der Mager-Betriebsmodus ist ein Betriebsmodus, der das Luft/Kraftstoff-Verhältnis vom Luft/Kraftstoff-Gemisch magerer als stöchiometrisch macht. Es sollte angemerkt werden, dass, falls der Mager-Betriebsmodus angefordert wird oder falls Mager-Betriebsmodus ausgeführt wird, die zwei Flags F_ExINJ_mode und F_Stoic_mode beide auf ”0” gesetzt werden. Es sollte angemerkt werden, dass während des Mager-Betriebsmodus Sauerstoff und NOx, die am LNT adsorbiert oder darin gespeichert sind, reduziert werden, wenn periodisch eine Nacheinspritzung oder Auspuffeinspritzung an dem Auspuff-Kraftstoffinjektor in einer vorbestimmten Periode durchgeführt wird, um das Abgas am LNT vorübergehend zu einer reduzierenden Atmosphäre zu machen.
Der stöchiometrische Betriebsmodus ist ein Betriebsmodus, der Abgas mittels der Dreiwege-Reinigungsfunktion des LNT durch Ausführung von Rückkopplungsregelung mittels der Ausgaben des Vorkatalysator-LAF-Sensors und des Nachkatalysator-LAF-Sensors reinigt. Es sollte angemerkt werden, dass, falls der stöchiometrische Betriebsmodus oder falls die Ausführung des stöchiometrischen Betriebsmodus angefordert wird, das Flag F_Stoich_mode auf ”1” gesetzt wird.
Der Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Reinigungsbetriebsmodus ist ein Betriebsmodus, der NOx im Abgas, das in den LNT fließt, kontinuierlich reinigt, während die erzeugte Menge an Zwischenprodukten im LNT maximiert wird, indem die Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge gemäß KW-Schlupf-Rückkopplungsregelung bestimmt wird, die in Bezug auf die 36 bis 38 erläutert wird, und Kraftstoff in der bestimmten Menge vom Auspuff-Kraftstoffinjektor intermittierend eingespritzt wird, wie oben beschrieben. Es sollte angemerkt werden, dass, falls der Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Reinigungsbetriebsmodus angefordert wird oder falls der Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Reinigungsbetriebsmodus ausgeführt wird, das Flag F_ExINJ_mode auf ”1” gesetzt wird.
Es sollte angemerkt werden, dass die Inhalte der Schritte S1 bis S14 in 39 im Wesentlichen die gleichen sind wie in 2; daher wird eine Erläuterung weggelassen.
40 ist ein Flussdiagramm, das eine spezifische Sequenz des stöchiometrischen Betriebszustand-Bewertungsprozesses zum Aktualisieren des Stöchiometriemodus-Flags F_Stoic_mode zeigt. Dieser in 40 gezeigte Prozess ist im Wesentlichen der gleiche wie der vorgenannte Prozess von 3; daher wird eine Erläuterung weggelassen.
41 ist ein Flussdiagramm, das eine spezifische Sequenz des Zusatzkraftstoffeinpritzmengen-Berechnungsprozesses zeigt. Dieser in 41 gezeigte Prozess ist im Wesentlichen der gleiche wie der vorgenannte von 6; daher wird eine Erläuterung weggelassen.
42 ist ein Flussdiagramm, das eine spezifische Sequenz der Soll-Vorkatalysator-Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Berechnung zeigt. Dieser in 42 gezeigte Prozess ist im Wesentlichen der gleiche wie der vorgenannte Prozess von 9; daher wird eine Erläuterung weggelassen.
43 ist ein Flussdiagramm, das eine spezifische Sequenz der Vorkatalysator-Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungsberechnung für die Bestimmung des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturfaktors KAF zeigt. Dieser in 43 gezeigte Prozess ist im Wesentlichen der gleiche wie der vorgenannte Prozess von 11; daher wird eine Erläuterung weggelassen.
44 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 der Periode ΔTex (10 bis 50 msec) in der ECU ausgeführt Es sollte angemerkt werden, dass nachfolgend das Symbol ”m” in Klammern dem Wert hinzugefügt ist, der mit der Periode ΔTex aktualisiert oder abgetastet wird. Es sollte angemerkt werden, dass, wie mit dem Prozess in 13 erläutert, das mit dem Prozess in 44 berechnete Soll-Nachkatalysator-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AFcmd_ds 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 47 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.
45 ist ein Beispiel eines Kennfelds zur Bestimmung des Soll-Nachkatalysator-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses AFcmd_ds unter dem Leicht-fett-Modus. Wie in 45 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 44 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.
46 ist ein Beispiel eines Kennfelds zur Bestimmung des Dreiwege-Reinigungs-Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses AFcmd_ds_twc(m). Wie in 46 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 46 gezeigt, um zu bewirken, dass die erzeugte Menge von Reduktionsmitteln, wie etwa CO, H₂ und NH₃ am LNT zunehmen.
Zurück in Bezug auf 44 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 (41-1)) 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 (41-1) bis (41-3) 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 (41-2) 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 (41-3) auf negative Werte gesetzt.
47 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 47 gezeigte Prozess wird mit der gleichen Steuerperiode tm (10 bis 50 msec) wie die Nachkatalysator-Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungsberechnung von 44 in der ECU ausgeführt. In dem Leicht-Fetter-Modus-Fertig-Bewertungsprozess von 47 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 44 bis 46 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.
48 zeigt Zeitdiagramme, die spezifische Beispiele der Prozesse der 44 bis 47 zeigen. Der Reihe nach von oben her zeigt 48 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. 48 zeigt einen Fall, wo zur Zeit t1 das Stöchiometriemodus-Flag F_Stoic_mode von „0” zu „1” wird.
Wie in Bezug auf 44 erläutert, wird, unmittelbar nach Einleitung des stöchiometrischen Betriebs (Zeit t1 in 48) das Soll-Nachkatalysator-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AFcmd_ds auf leicht-fett gesetzt (siehe Schritt S65 in 44). 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 47). 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 44). 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 44).
Die 49 und 50 sind Flussdiagramme, die spezifische Sequenzen der Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Steuerung zeigen, um den Einspritzmodus des Abgases mittels des Auspuff-Kraftstoffinjektors zu bestimmen. Der in den 49 und 50 gezeigte Prozess wird mit der gleichen Steuerperiode tm (10 bis 50 msec) wie die Nachkatalysator-Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungsberechnung von 44 in der ECU ausgeführt. Wie in den 49 und 50 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 von Parametern, die bei der intermittierenden Einspritzung erforderlich sind (Schritt S115), 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 40 (gleich 3); 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 40 (gleich 3); 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 44 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 S115 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 41 (gleich 6) 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 41 (gleich 6) 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.
In Schritt S115 wird der intermittierende Einspritzparametersetzprozess zum Setzen der Einspritzperiode Tfuel_ex(m) des Einspritzperiodenparameters Nex(m), der bei der Ausführung der intermittierenden Einspritzung erforderlich ist, ausgeführt, und dann geht der Prozess zu Schritt S100 weiter. Eine spezifische Sequenz von diesem Setzen des intermittierenden Einspritzparameters wird später in Bezug auf 52 erläutert.
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.
51 ist ein Beispiel eines Kennfelds zur Bestimmung der Basis-Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge Gfuel_ex_bs. Wie in 51 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 50 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 38 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 38), 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 38), als eine Menge zu machen, so dass KW-Schlupf auftritt (siehe G4 in 38). 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 (42) 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 51). Gfuel_ex(m) = Kff_ex(m)·Gfuel_ex_bs(m) + DGfuel_ex(m) (42)
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 (42) (Schritt S107) und einem Schritt zur Bestimmung eines Fehlers des Auspuff-Kraftstoffeinspritzsystems (Schritt S108).
Zuerst wird in Schritt S103 unter Verwendung des gleitenden Mittelwertfilters mit dem in Schritt S115 gesetzten Einspritzperiodenparameters Nex(m) als Abgriffszahl der gefilterte Wert Afact_mav_ds(m) für die Ausgabe des Nachkatalysator-LAF-Sensors und das ideale Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AF_exh_id_mav_up(m) berechnet, und dann wird der NOx-Reinigungsparameter P_LNT(m), der proportional zur KW-Schlupfmenge ist, berechnet (siehe folgende Formel (19)).
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 (44)), 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 34 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) (44)
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 (45-1) und (45-2) ein Operationsausdruck für den Fall gezeigt, dass der Korrekturwert DGfuel_ex mittels eines Gleitmodus-Algorithmus bestimmt wird. In der folgenden Formel (45-1) 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 (45-2) 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 54 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 (42) zu 0 wird. In Schritt S107 wird die Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge Gfuel_ex(m) (in Bezug auf die obige Formel (42)) 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 38 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 (42) ist, zu 0 wird, gemäß dem in Schritt S106 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 38) 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 38 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 56 später erläutert wird, und dann geht der Prozess zu Schritt S111 weiter. In Schritt S111 wird, wie in der folgenden Formel (46) gezeigt, die Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge Gfuel_ex(m) berechnet, indem der Reduktionskoeffizient auf 0,9 gesetzt wird, und dieser Reduktionskoeffizient mit dem Basisterm in Formel (42) 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) (46)
52 ist ein Flussdiagramm, das eine spezifische Sequenz des Adaptivkoeffizient-Berechnungsprozesses für während KW-Schlupf-Rückkopplungsregelung zeigt. Der in 52 gezeigte Prozess wird mit einer Steuerperiode während Ausführung der KW-Schlupf-Rückkopplungsregelung ausgeführt, als Unterroutine des Hauptprozesses von 49.
In Schritt S151 wird der Oxidationsfähigkeitsparameter, der die KW-Oxidationsfähigkeit des LNT angibt, erfasst, und dann geht der Prozess zu Schritt S152 weiter. Als dieser Oxidationsfähigkeitsparameter wird zum Beispiel eine Kombination des geschätzten Werts Tcc_hat(m) für die Trägertemperatur des LNT und eines Lastparameters (zum Beispiel BMEP. Zusätzlich werden Parameter verwendet, die proportional größer zur Last des Motors werden, wie etwa angefordertes Drehmoment, Kraftstoffeinspritzmenge, geschätzter Motordrehmomentwert und Abgasvolumen) verwendet. Jedoch ist die vorliegende Erfindung darauf nicht beschränkt. Die KW-Oxidationsfähigkeit des LNT verändert sich in Abhängigkeit vom Verschlechterungsmaß des LNT, individueller Variation, etc., zusätzlich zur Umgebung des LNT, die durch die Kombination der Temperatur und des Lastparameters spezifiziert ist. Daher kann dieser Oxidationsfähigkeitsparameter auch einen quantifizierten Wert verwenden, auch unter Berücksichtigung des Ausmaßes der Verschlechterung, individueller Variation (zum Beispiel den Oxidationscharakteristikparameter Pox, der unter Verwendung des Abgasreinigungssystems 2 berechnet wird).
In Schritt S152 wird der Einspritzperiodenparameter Nex(m), der eine ganze Zahl größer als 1 ist, mit einem bekannten Verfahren, wie Kennfeldsuche, berechnet, mit dem in Schritt S151 erfassten Oxidationsfähigkeitsparameter als Eingabe.
53 ist ein Beispiel eines Kennfelds zur Bestimmung des Einspritzperiodenparameters Nex. Damit der durch intermittierende Einspritzung zugeführte Kraftstoff nicht direkt auf dem LNT oxidieren kann, ohne zur Reinigung von NOx beizutragen, ist es besonders bevorzugt, die Einspritzdauer länger zu machen, wenn die Oxidationsfähigkeit des LNT ansteigt, und daher die pro Periode eingespritzte Kraftstoffmenge zu erhöhen. Daher wird der Einspritzperiodenparameter Nex auf einen größeren Wert gesetzt, wenn die KW-Oxidationsfähigkeit des LNT ansteigt. Darüber hinaus ist der Einspritzperiodenparameter Nex eine ganze Zahl größer als 1. Daher wird der Einspritzperiodenparameter Nex bevorzugt stufenweise entsprechend der Oxidationsfähigkeit des LNT verändert, wie in 53 gezeigt.
Zurück zu 52 wird in Schritt S153 ein Wert, den man durch Multiplizieren des Einspritzperiodenparameters Nex(m), der eine ganze Zahl ist, mit der Steuerperiode ΔTex erlangt, als die Einspritzperiode Tfuel_ex(m) der intermittierenden Einspritzung berechnet (siehe folgende Formel (47)), und dann wird dieser Prozess beendet. Tfuel_ex(m) = Nex(m)·ΔTex (47)
54 ist ein Flussdiagramm, das eine spezifische Sequenz des Adaptivkoeffizienten-Berechnungsprozesses für während KW-Schlupf-Rückkopplungsregelung zeigt. Der in Fig. 54 gezeigte Prozess wird mit der Steuerperiode ΔTex während der KW-Schlupf-Rückkopplungsregelung als Unterroutine des Hauptprozesses von 50 ausgeführt.
Vor Erläuterung der spezifischen Sequenz des Adaptivkoeffizient-Berechnungsprozesses in Bezug auf 54 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 (48) gezeigt, der Adaptivkoeffizient Kff_ex(m) berechnet, indem der Kennfeldwert M_tcc_nox(m), der gemäß dem Adaptiv-Korrekturkennfeld (Formel (49), etc., später beschrieben) mit dem Schätzwert 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) (48)
Die folgende Formel (49) 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 (49) 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 55 oben gezeigt wird, mit dem Schätzwert 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 55 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 54 wird der regionale adaptive Aktualisierungswert Dkff_ij(m) so verändert, dass der Absolutwert des Rückkopplungskorrekturterms (DGfuel_ex(m) in Formel (42)) abnimmt.
Es sollte angemerkt werden, dass die drei Gewichtungsfunktionen Wex_nox_1 bis Wex_nox_3 in Bezug auf den Schätzwert Gnox_hat für die NOx-Menge definiert sind, und die drei Gewichtungsfunktionen Wex_tlnt_1 bis Wex_tlnt_3 in Bezug auf den Schätzwert Tcc_hat für die Trägertemperatur definiert sind. Darüber hinaus sind diese Gewichtungsfunktionen normalisiert, so dass die Summe aller Gewichtungsfunktionswerte, wie in 55 gezeigt, für eine beliebige Temperatur oder NOx-Menge zu 1 wird.
Zurück in Bezug auf 54 werden in Schritt S121 der Schätzwert Gnox_hat(m) für die NOx-Menge und der Schätzwert 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 55 gezeigt ist, basierend auf diesen Schätzwerten 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 50 berechneten Korrekturwert DGfuel_ex(m) multipliziert wird (siehe folgende Formel (50-1)), 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 (50-2) 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 (50-3)), 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 Schätzwerts 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 (49) eingegeben werden, wobei der Adaptivkoeffizient Kff_ex(m) ferner mit der Formel (48) berechnet wird, und dann der Prozess zu Schritt S107 in 50 zurückkehrt. Eadp_ex(m) = –DGfuel_ex(m) (50-1) WEadp_ex_ij(m) = Wex_nox_i(m)·Wex_tlnt_j(m)·Eadp_ex(m) (50-2) Dkff_ij(m) = Dkff_ij(m – 1) + Kadp_ff·WEadp_ex_ij(m) (50-3)
56 ist ein Flussdiagramm, das eine spezifische Sequenz des Adaptivkoeffizient-Berechnungsprozesses für während KW-Schlupf-Unterdrückungssteuerung zeigt. Der in 56 gezeigte Prozess wird mit der Steuerperiode tm während KW-Schlupf-Unterdrückungssteuerung ausgeführt, als Unterroutine des Hauptprozesses von 50.
In Schritt S131 werden der Schätzwert Gnox_hat(m) für die NOx-Menge und der Schätzwert 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 55 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 (48) und (49) 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 (50-1) bis (50-3) während der KW-Schlupf-Rückkopplungsregelung berechnet werden, und dann der Prozess zu Schritt S109 in 50 zurückkehrt.
57 ist ein Flussdiagramm, das eine spezifische Sequenz des Fehlerbestimmungsprozesses des Auspuff-Kraftstoffeinspritzsystems zeigt. Der in 57 gezeigte Prozess wird mit der Steuerperiode tm während der KW-Schlupf-Rückkopplungsregelung ausgeführt, als Unterroutine des Hauptprozesses von 50. 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 50 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 (42)). Darüber hinaus wird der Adaptivkoeffizient Kff_ex(m) kleiner, wenn der bei der Bestimmung von Schritt S142 verwendete regionale adaptive Aktualisierungswert Dkff_ij(m) abnimmt (siehe Formeln (48) und (49)) und wird die letztendliche Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge Gfuel_ex(m) auf einen kleineren Wert korrigiert (siehe Formel (42)). 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 50 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 50 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.
58 ist ein Flussdiagramm, das eine spezifische Sequenz der intermittierenden Einspritzsteuerung zeigt, das unter der Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge Gfuel_ex und der Einspritzperiode Tfuel_ex ausgeführt wird, die gemäß dem Prozess der 49 und 50 gesetzt sind. 59 ist ein Zeitdiagramm, das ein spezifisches Beispiel der intermittierenden Einspritzsteuerung zeigt, die vom Flussdiagramm von 58 realisiert wird. Der in 58 gezeigte Prozess wird mit Periode ΔTinj ausgeführt (zum Beispiel einige μsec bis einige 10 μsec), die ausreichend kürzer als die Steuerperiode ΔTex, wenn das Auspuff-Kraftstoffeinspritz-Reinigungsbetriebsmodus-Flag F_ExINJ_mode ”1” ist und die intermittierende Kraftstoffeinspritzung von dem Auspuff-Kraftstoffinjektor angefordert wird. Es sollte angemerkt werden, dass nachfolgend das Symbol ”j” in Parenthese dem Wert beigefügt ist, der mit der Periode ΔTinj aktualisiert oder abgetastet wird.
In Schritt S161 wird die Einspritzperiode, die in der Periode ΔTex gemäß dem Prozess von 52 aktualisiert wird, überabgetastet (Tfuel_ex(m) → Jfuel_ex(j)), und es wird bestimmt, ob der Einspritzsteuertimer TM_INJ(j) größer als die Einspritzperiode Tfuel_ex(j) ist. Dieser Einspritzsteuertimer TM_INJ(j) wird um die Zeit inkrementiert, die in jeder Steuerperiode ΔTinj abgelaufen ist (siehe später beschriebener Schritt S168), und wird bei jeder Einspritzperiode Tfuel_ex(j) rückgesetzt (siehe später beschriebener Schritt S162). Falls die Bestimmung in Schritt S161 JA ist, geht, nachdem der Einspritzsteuertimer TM_INJ(j) auf ”0” rückgesetzt ist (Schritt S162), der Prozess zu Schritt S163 weiter. Falls die Bestimmung in Schritt S161 NEIN ist, geht der Prozess zu Schritt S163 weiter, ohne den Timer rückzusetzen.
In Schritt S163 wird die Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge, die mit dem Prozess von 50 in der Periode ΔTex aktualisiert wird, überabgetastet (Gfuel_ex(m) → Gfuel_ex(j)), und diese Einspritzmenge Gfuel_ex(j) pro Zeiteinheit wird in die Auspuff-Kraftstoffeinspritzzeit Tfuel_inj(j) entsprechend der Ausführungszeit der Kraftstoffeinspritzung durch den Auspuff-Kraftstoffinjektor während einer Einspritzperiode umgewandelt (d. h. Ventilöffnungszeit), und dann geht der Prozess zu Schritt S164 weiter. Die Umwandlung aus dieser Einspritzmenge in die Zeit wird zum Beispiel durch die folgende Formel (51) realisiert. In der folgenden Formel entspricht Ginj der Einspritzmenge, die während der Periode ΔTinj von dem Auspuff-Kraftstoffinjektor eingespritzt wird. Tfuel_inj(j) = Gfuel_ex(j)/(ΔTex·Ginj) (51)
In den Schritten S164 und S165 wird bestimmt, ob der Einspritzsteuertimer TM_INJ(j) entweder eine vorbestimmte Einspritzfähigkeitsperiode Tfuel_max(j) und eine Einspritzzeit Tfuel_inj(j) überschritten hat. Diese Einspritzfähigkeitsperiode Tfuel_max(j) ist die Obergrenze des Einspritzsteuertimers TM_INJ(j), die so eingestellt ist, dass die intermittierende Einspritzung tatsächlich so ausgeführt wird, wie in 59 gezeigt, und wird auf einen kleineren Wert gesetzt als die Einspritzperiode Tfuel_ex(j) (zum Beispiel Tfuel_max(j) = Tfuel_ex(j)/2).
Falls beide Bestimmungen in den Schritten S164 und S165 NEIN sind, wird die Auspuff-Kraftstoffeinspritzung ausgeführt (Ventilöffnungsantrieb des Auspuff-Kraftstoffinjektors) (siehe Schritt S166), und dann geht der Prozess zu Schritt S168 weiter. Falls eine der Bestimmungen in den Schritten S164 und S165 JA ist, wird die Auspuff-Kraftstoffeinspritzung ausgesetzt (Ventilschließantrieb des Auspuff-Kraftstoffinjektors) (siehe Schritt S167), und dann geht der Prozess zu Schritt S168 weiter. In Schritt S168 wird der Einspritzsteuertimer TM_INJ(j) aktualisiert (TM_INJ(j) ← TM_INJ(j) + ΔTinj), und dann wird dieser Prozess beendet.
Es sollte angemerkt werden, dass, falls die Bestimmung in Schritt S164 JA ist, weil die substantielle Einspritzzeit Tfuel_inj(j) auf die Einspritzfähigkeitsperiode Tfuel_max(j) begrenzt ist, die Kraftstoffmenge, die tatsächlich pro Zeiteinheit von dem Auspuff-Kraftstoffinjektor eingespritzt wird, um eine vorbestimmte Menge ΔG ab der Menge, die im Prozess von 50 erstellt ist, abnehmen wird (Gfuel_ex → Gfuel_ex – ΔG). Daher kann im Hinblick auf diesen Punkt, falls die Bestimmung in Schritt S164 zu JA wird, zum Beispiel das ideale Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AF_ex_id_up, das gemäß der Formel (37-2) oder (38-1) im Prozess von 50 berechnet wird, jeweils durch die folgende Formel (52-1) oder (52-2) ersetzt werden. AF_exh_id_up(m) = Gair_ex(m)/(Gfuel_tm(m – dc_i) + Gfuel_ex(m) – ΔG(m)) (52-1) AF_exh_id_up(m) = Gair_cyl_hat_tm(m – dc_i)/(Gfuel_tm(m – dc_i) + Gfuel_ex(m) – ΔG(m)) (52-2)
Nachfolgend wird eine dritte Ausführung der vorliegenden Erfindung in Bezug auf die Zeichnungen erläutert.
60 ist eine Ansicht, die die Konfiguration des Motors 1 und dessen Abgasreinigungssystem 2B gemäß der vorliegenden Ausführung zeigt. Das Abgasreinigungssystem 2B in 60 unterscheidet sich von dem Abgasreinigungssystem der in 34 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 2A von 34, 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 39 bis 59 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 (37-1) und (37-2) durch die folgende Formel (53) ersetzt. AF_exh_id_up(m) = AFact_up'(m) (53)
Wenn jedoch, wie mit Bezug auf die 35 und 33 erläutert, mit dem Auspuff-Kraftstoffinjektor eine intermittierende Einspritzung durchgeführt wird, bekommt der Ausgabewert AFact_up' des Vorkatalysator-LAF-Sensors 51B eine Sägezahnwellenform, ähnlich dem Ausgabewert AFact_ds des Nachkatalysator-LAF-Sensors 52. Daher ist, während die intermittierende Einspritzung mit dem Abgasreinigungssystem 2B von 60 ausgeführt wird, notwendig, einen gleitenden Mittelwertfilter ähnlich der Formel (36) auch auf den Ausgabewert AFact_up' des Vorkatalysator-LAF-Sensors 51B anzuwenden. Insbesondere wird zum Beispiel der Operationsausdruck (53) für das ideale Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AF_exh_id_up durch die folgende Formel (54) ersetzt.
Darüber hinaus wird das ideale Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AF_exh_id_up, das mit Formel (54) berechnet ist, für einen Wert, der aufgrund der gleitenden Aufmittelung bereits eine Phasenverzögerung enthält; daher wird der Operationsausdruck (40) für den Reinigungsparameter P_LNT durch die folgende Formel (55) ersetzt.
Zweitens wird der Prozess der Schritte S45 bis S147 der Soll-Vorkatalysator-Luft/Kraftstoff-Berechnung in 42 wie folgt geändert. Bei dem Abgasreinigungssystem 2A von 34 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 44 berechnet wird (siehe Formeln (5) bis (8). Weil im Gegensatz hierzu, beim Abgasreinigungssystem 2B von 60 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 (7) durch die folgende Formel (23) ersetzt. Gemäß dem Abgasreinigungssystem 2B von 60 erhält man, durch den obigen Austausch, im Wesentlichen die gleichen Effekte wie beim Abgasreinigungssystem 2A von 34. Gfuel_cyl(k) = Gfuel_rq(k) (56)
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 34) an der stromabwärtigen Seite des Katalysators die KW-Konzentration im Abgas ansteigt, wie in Bezug auf 37 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 37 verändert, das Symbol des NOx-Reinigungsparameters P_LNT, das in der obigen Formel (39) oder (40) 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 39 bis 59 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 37 ist.
Es wird ein Abgasreinigungssystem für einen Verbrennungsmotor angegeben, das durch intermittierende Einspritzung verursachte fluktuierende Komponenten aus dem Ausgabewert eines Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors beseitigen kann, der an der stromabwärtigen Seite eines Injektors vorgesehen ist, von dem Kraftstoff intermittierend eingespritzt wird, um unter einer stabilen Ausgabe eine Rückkopplungsregelung durchzuführen. Das Abgasreinigungssystem für einen Verbrennungsmotor enthält: einen Injektor, der intermittierend Kraftstoff zur stromaufwärtigen Seite eines Katalysators einspritzt, der in einem Auspuffkanal des Verbrennungsmotors vorgesehen ist; einen Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor, der gemäß dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis von Abgas weiter an der stromabwärtigen Seite als der Injektor ein Signal erzeugt; ein Abtastmittel zum Erfassen eines Ausgabewerts des Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors mit einer vorbestimmten Abtastperiode ΔTex; ein Gleitender-Mittelwert-Berechnungsmittel zum Berechnen eines Mittelwerts über einen vorbestimmten gleitenden Aufmittelungsabschnitt des vom Abtastmittel erfassten Ausgabewerts AFact_ds; ein Einspritzmengen-Berechnungsmittel zum Berechnen einer Kraftstoffeinspritzmenge des Injektors basierend auf dem Mittelwert AFact_mav_ds; und ein Intermittierende-Einspritzung-Ausführungsmittel zum Antrieb des Injektors gemäß der Einspritzperiode Tfuel_ex, die auf ein ganzzahliges Mehrfaches der Abtastperiode gesetzt ist, und der so berechneten Kraftstoffeinspritzmenge Gfuel_ex.

Claims

Abgasreinigungssystem (2A, 2B) für einen Verbrennungsmotor (1), welches aufweist: einen Injektor (452), der intermittierend Kraftstoff zur stromaufwärtigen Seite eines Katalysators (41) einspritzt, der in einem Auspuffkanal (11) des Verbrennungsmotors (1) vorgesehen ist; einen Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor (52), der gemäß einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis von Abgas weiter an der stromabwärtigen Seite als der Injektor (452) ein Signal erzeugt; ein Abtastmittel (3A, 3B) zum Erfassen eines Ausgabewerts des Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors (52) mit einer vorbestimmten Abtastperiode (ΔTex); ein Gleitender-Mittelwert-Berechnungsmittel (3A, 3B) zum Berechnen eines Mittelwerts über einen vorbestimmten gleitenden Aufmittelungsabschnitt des vom Abtastmittel (3A, 3B) erfassten Ausgabewerts (AFact_ds); ein Einspritzmengen-Berechnungsmittel (3A, 3B) zum Berechnen einer Kraftstoffeinspritzmenge des Injektors (452) basierend auf dem Mittelwert (AFact_mav_ds); und ein Intermittierende-Einspritzung-Ausführungsmittel (3A, 3B) zum Antrieb des Injektors (452) gemäß der Einspritzperiode (Tfuel_ex), die auf ein ganzzahliges Mehrfaches der Abtastperiode gesetzt ist, und der so berechneten Kraftstoffeinspritzmenge (Gfuel_ex).
Das Abgasreinigungssystem (2A, 2B) für einen Verbrennungsmotor (1) nach Anspruch 1, das ferner aufweist: ein Einspritzperioden-Berechnungsmittel (3A, 3B) zum Berechnen eines Werts, den man durch Multiplizieren eines Einspritzperiodenparameters (Nex), der eine vorbestimmte ganze Zahl ist, mit der Abtastperiode (ΔTex) bekommt; ein Einspritzperiodenparameter-Setzmittel (3A, 3B) zum stufenweisen Ändern des Einspritzperiodenparameters gemäß einem Zustand eines mit dem Motor ausgestatteten Fahrzeugs, wobei das Gleitender-Mittelwert-Berechnungsmittel (3A, 3B) den Mittelwert mit dem Einspritzperiodenparameter als Abgriffszahl entsprechend dem gleitenden Aufmittelungsabschnitt berechnet.
Das Abgasreinigungssystem (2A, 2B) für einen Verbrennungsmotor (1) nach Anspruch 2, das ferner ein Oxidationsfähigkeits-Schätzmittel (3A, 3B) aufweist, um eine KW-Oxidationsfähigkeit des Katalysators (41) zu schätzen, wobei das Einspritzperiodenparameter-Setzmittel den Einspritzperiodenparameter stufenweise entsprechend der vom Oxidationsfähigkeits-Schätzmittel (3A, 3B) geschätzten Oxidationsfähigkeit (Pox) verändert.
Das Abgasreinigungssystem (2A, 2B) für einen Verbrennungsmotor (1) nach Anspruch 1, der ferner aufweist: ein Einspritzperioden-Berechnungsmittel (3A, 3B) zum Berechnen eines Werts, den man durch Multiplizieren eines Einspritzperiodenparameters (Nex), der eine vorbestimmte ganz Zahl ist, mit der Abtastperiode (ΔTex) bekommt; ein Oxidationsfähigkeits-Schätzmittel (3A, 3B) zum Schätzen der KW-Oxidationsfähigkeit des Katalysators (41); und ein Einspritzperiodenparameter-Setzmittel (3A, 3B) zum stufenweisen Verändern des Einspritzperiodenparameters gemäß der vom Oxidationsfähigkeits-Schätzmittel (3A, 3B) geschätzten KW-Oxidationsfähigkeit.
Das Abgasreinigungssystem (2A, 2B) für einen Verbrennungsmotor (1) nach den Ansprüchen 3 oder 4, das ferner aufweist: einen Katalysatortemperatursensor (53, 54), der die Temperatur des Katalysators (41) erfasst; ein Katalysatortemperatur-Schätzmittel (3A, 3B) zum Schätzen der Temperatur des Katalysators (41) unter Verwendung eines Katalysatorwärmemodells, das zumindest zwei Terme eines Abgaswärmekorrelationsterms, der von der Temperatur des in den Katalysator (41) fließenden Abgases abhängig ist, und eines Wärmeerzeugungsterms, der von einer Kraftstoffeinströmmenge in den Katalysator (41) abhängig ist, aufweist; und ein Identifizierungsmittel (3A, 3B) zum sequentiellen Identifizieren von Werten eines ersten Parameters (b), der in dem Abgaswärmekorrelationsterm enthalten ist, und eines zweiten Parameters (c), der in dem Wärmeerzeugungsterm enthalten ist, so dass eine Differenz zwischen einem erfassten Wert des Katalysatortemperatursensors (53, 54) und einem geschätzten Wert des Katalysatortemperatur-Schätzmittels (3A, 3B) abnimmt, wobei das Oxidationsfähigkeits-Schätzmittel (3A, 3B) die KW-Oxidationsfähigkeit (Kox) des Katalysators (51) unter Verwendung des zweiten Parameters (c) schätzt, und wobei das Identifizierungsmittel (3A, 3B) den Wert des ersten Parameters (b) aktualisiert, wenn die Kraftstoffeinströmmenge 0 ist, und den Wert des zweiten Parameters (c) aktualisiert, während der Wert des ersten Parameters (b) festgehalten wird, wenn die Kraftstoffeinströmmenge nicht 0 ist.
Das Abgasreinigungssystem (2A, 2B) für einen Verbrennungsmotor (1) nach Anspruch 5, das ferner aufweist: ein Zylinderkraftstoffeinspritz-Steuermittel (3A, 3B) zur Ausführung von Nacheinspritzung in Zylinder des Verbrennungsmotors, wobei die Kraftstoffeinströmmenge berechnet wird, indem ein Korrekturkoeffizient (Kc_ht), der kleiner wird, wenn eine Nacheinspritzmenge (Gfuel_aft_tm) durch die Nacheinspritzung zunimmt, mit einer Kraftstoffmenge (Gfuel_c), die man durch Aufsummieren der Auspuff-Kraftstoffeinspritzmenge (Gfuel_ex_tm) von dem Injektor (452) und der Nacheinspritzmenge (Gfuel_aft_tm) erhält, multipliziert wird.
Das Abgasreinigungssystem (2A, 2B) für einen Verbrennungsmotor (1) nach den Ansprüchen 3 oder 4, das ferner aufweist: ein Katalysatorreduktionsmittel (3A, 3B) zur Durchführung eines Reduktionsprozesses, um zu bewirken, dass am Katalysator (41) zurückgehaltener Sauerstoff oder NOx reduziert wird, indem das Abgas am Katalysator (41) auf eine reduzierende Atmosphäre gesetzt wird, bevor die Kraftstoffeinspritzung vom Injektor (452) beginnt, um NOx durch den Katalysator (41) kontinuierlich zu reduzieren; und ein Reduktionsmittelmengen-Berechnungsmittel (3A, 3B) zum Bestimmen, dass der Reduktionsprozess abgeschlossen wurde, und zum Berechnen einer Reduktionsmittelmenge, die dem Katalysator (41) von zwischen dem Beginn und dem Abschluss des Reduktionsprozesses zugeführt wird, wobei das Oxidationsfähigkeits-Schätzmittel (3A, 36) die KW-Oxidationsfähigkeit des Katalysator (41) unter Verwendung der Reduktionsmittelmenge (Krd) schätzt, die von dem Reduktionsmittelmengen-Berechnungsmittel (3A, 3B) berechnet ist, nachdem der Reduktionsprozess abgeschlossen wurde.
Abgasreinigungssystem (2A, 2B) für einen Verbrennungsmotor (1) nach den Ansprüchen 3 oder 4, welches aufweist: einen Sauerstoffkonzentrationssensor (52), der ein von der Sauerstoffkonzentration vom Abgas an der stromabwärtigen Seite des Katalysators (41) abhängiges Signal erzeugt; und ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuermittel (3A, 3B) zur Durchführung einer rückkoppelnden Regelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses vom Luft/Kraftstoff-Gemisch oder des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses vom Abgas am Katalysator (41), derart, dass ein Ausgabewert des Sauerstoffkonzentrationssensors (52) und ein so erstellter Sollwert, dass die Reinigungsleistung des Katalysators maximiert wird, übereinstimmen, wobei das Oxidationsfähigkeits-Schätzmittel (3A, 3B) die KW-Oxidationsfähigkeit des Katalysators (41) unter Verwendung einer Verschiebung (Dtw) des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses vom Luft/Kraftstoff-Gemisch oder des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses vom Abgas am Katalysator (41) während der Ausführung der rückkoppelnden Regelung von einem vorbestimmten Referenz-Luft/Kraftstoff-Verhältnis, das vom Sollwert abhängig ist, schätzt.