DE102017131175A1

DE102017131175A1 - Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102017131175A1
Application number: DE102017131175.0A
Authority: DE
Inventors: Yuki NOSE; Keiichi Myojo; Yoshiyuki Shogenji; Eiji Ikuta
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-12-27
Filing date: 2017-12-22
Publication date: 2018-06-28
Anticipated expiration: 2037-12-23
Also published as: DE102017131175A8; US10443520B2; JP2018105234A; US20180179972A1; CN108240264A; CN108240264B; DE102017131175B8; JP6597593B2; DE102017131175B4

Abstract

Eine Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor weist eine ECU auf, die konfiguriert ist: zu bestimmen, ob ein Temperaturerhöhungsprozess ausgeführt wird; auf Grundlage eines Betriebszustandes des Verbrennungsmotors einen Zielwert eines Parameters zu berechnen, der mit einer Differenz zwischen einem fetten Luft-Kraftstoffverhältnis und einem mageren Luft-Kraftstoffverhältnis korreliert, die im Temperaturerhöhungsprozess erreicht werden; einen Wert des Parameters, der zur Erhöhung der Temperatur des Katalysators auf eine im Voraus eingestellte obere Grenztemperatur erforderlich ist, als oberen Grenzwert zu berechnen; zu bestimmen, ob der Zielwert gleich oder geringer als der obere Grenzwert ist; den Parameter, der im Temperaturerhöhungsprozess verwendet wird, auf den Zielwert anzupassen, wenn bestimmt wurde, dass der Zielwert gleich oder geringer als der obere Grenzwert ist; und den Parameter, der im Temperaturerhöhungsprozess verwendet wird, auf den oberen Grenzwert anzupassen, wenn bestimmt wurde, dass der Zielwert höher als der obere Grenzwert ist.

Description

Hintergrund der Erfindung
Bereich der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor.
Beschreibung des Stands der Technik
Die japanische ungeprüfte Patentanmeldung JP 2012-057492A beschreibt beispielsweise einen Temperaturerhöhungsprozess zur Erhöhung der Temperatur eines Katalysators, indem ein Luft-Kraftstoffverhältnis in einem Zylinder einer Vielzahl an Zylindern eines Verbrennungsmotors auf ein fettes Luft-Kraftstoffverhältnis angepasst wird und ein Luft-Kraftstoffverhältnis in den übrigen Zylindern auf ein mageres Luft-Kraftstoffverhältnis angepasst wird. Die Temperatur des Katalysators wird erhöht, um beispielsweise eine Erwärmung oder Regeneration des Katalysators durchzuführen.
Zusammenfassung der Erfindung
Während der Ausführung eines Temperaturerhöhungsprozesses kann die Temperatur eines Katalysators übermäßig über dessen obere Grenztemperatur zunehmen. Wenn der Temperaturerhöhungsprozess gestoppt wird, um solch eine übermäßige Temperaturerhöhung zu vermeiden, kann die Temperatur des Katalysators abfallen, sodass die Wirkung der Temperaturerhöhung nicht erhalten werden kann.
Die Erfindung sieht eine Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor vor, wobei die Steuervorrichtung konfiguriert ist, die Temperatur eines Katalysator zu erhöhen, während eine übermäßige Temperaturerhöhung vermieden wird.
Ein Aspekt der Erfindung bezieht sich auf eine Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor. Die Steuervorrichtung umfasst eine elektronische Steuereinheit. Die elektronische Steuereinheit ist konfiguriert i) zu bestimmen, ob ein Temperaturerhöhungsprozess ausgeführt wird. Der Temperaturerhöhungsprozess ist ein Prozess zur Erhöhung einer Temperatur eines Katalysators, der konfiguriert ist, Abgas zu reinigen, das aus einer Vielzahl von Zylindern des Verbrennungsmotors ausgestoßen wird, indem ein Luft-Kraftstoffverhältnis in zumindest einem Zylinder der Vielzahl an Zylindern auf ein fettes Luft-Kraftstoffverhältnis angepasst wird, das geringer ist als ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoffverhältnis, und ein Luft-Kraftstoffverhältnis im Rest der Vielzahl an Zylindern auf ein mageres Luft-Kraftstoffverhältnis angepasst wird, das höher als das stöchiometrische Luft-Kraftstoffverhältnis ist. Die elektronische Steuereinheit ist konfiguriert, die folgenden Prozesse ii) bis vi) auszuführen, wenn die elektronische Steuereinheit bestimmt, dass der Temperaturerhöhungsprozess ausgeführt wird. Die elektronische Steuereinheit ist konfiguriert: ii) auf Grundlage eines Betriebszustandes des Verbrennungsmotors einen Zielwert eines Parameters zu berechnen, der mit einem Differenzbetrag zwischen dem fetten Luft-Kraftstoffverhältnis und dem mageren Luft-Kraftstoffverhältnis korreliert, die im Temperaturerhöhungsprozess erreicht werden; iii) einen Wert des Parameters, der zur Erhöhung der Temperatur des Katalysators auf eine im Voraus eingestellte obere Grenztemperatur erforderlich ist, als oberen Grenzwert zu berechnen; iv) zu bestimmen, ob der Zielwert gleich oder geringer als der obere Grenzwert ist; v) den Parameter, der im Temperaturerhöhungsprozess verwendet wird, auf den Zielwert anzupassen, wenn die elektronische Steuereinheit bestimmt, dass der Zielwert gleich oder geringer als der obere Grenzwert ist; und vi) den Parameter, der im Temperaturerhöhungsprozess verwendet wird, auf den oberen Grenzwert anzupassen, wenn die elektronische Steuereinheit bestimmt, dass der Zielwert höher als der obere Grenzwert ist.
Wenn der Zielwert höher als der obere Grenzwert ist, der ein Wert des Parameters ist, der zur Erhöhung der Temperatur des Katalysators auf die obere Grenztemperatur erforderlich ist, wird der im Temperaturerhöhungsprozess verwendete Parameter an den oberen Grenzwert anstatt an den Zielwert angepasst. Somit wird unterdrückt, dass die Temperatur des Katalysators übermäßig über eine obere Grenztemperatur erhöht wird.
In der Steuervorrichtung gemäß des obigen Aspektes kann die elektronische Steuereinheit konfiguriert sein: die Temperatur des Katalysators mit Ausnahme einer Erhöhung der Temperatur des Katalysators durch den Temperaturerhöhungsprozess auf Grundlage des Betriebszustandes des Verbrennungsmotors während der Ausführung des Temperaturerhöhungsprozesses zu schätzen; eine Temperaturdifferenz zwischen der oberen Grenztemperatur und der geschätzten Temperatur des Katalysators zu berechnen; und einen Wert des Parameters als den oberen Grenzwert zu berechnen, der zur Erhöhung der Temperatur des Katalysators um die Temperaturdifferenz erforderlich ist.
In der Steuervorrichtung gemäß des obigen Aspektes kann der Katalysator einen stromaufwärtigen Katalysator und einen stromabwärtigen Katalysator aufweisen, der stromabwärtig des stromaufwärtigen Katalysators in einer Strömungsrichtung des Abgases aus dem Verbrennungsmotor vorgesehen ist; und die elektronische Steuereinheit kann konfiguriert sein, einen Wert des Parameters als oberen Grenzwert zu berechnen, der zur Erhöhung der Temperatur des stromaufwärtigen Katalysators auf die obere Grenztemperatur durch die Ausführung des Temperaturerhöhungsprozesses erforderlich ist.
Die Erfindung sieht die Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor vor, der konfiguriert ist, die Temperatur des Katalysators zur erhöhen, während eine übermäßige Temperaturerhöhung vermieden wird.
Figurenliste
Merkmale, Vorteile sowie technische und industrielle Bedeutung einer exemplarischen Ausführungsform der Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in welchen gleiche Bezugsbezeichnungen gleiche Elemente bezeichnen, und wobei:

1 ein schematisches Konfigurationsdiagramm eines Motorsystems ist;
2 ein Kennfeld zur Darstellung eines Zielwertes in einem Temperaturerhöhungsprozess ist, der auf Grundlage eines Betriebszustandes des Motors definiert ist;
3 ein Flussdiagramm zur Darstellung eines Beispiels der Temperaturerhöhungssteuerung ist, die durch eine elektronische Steuereinheit (ECU) ausgeführt wird;
4 ein Flussdiagramm zur Darstellung eines Beispiels eines Prozesses zur Berechnung eines oberen Grenzwertes ist;
5A ein Beispiel eines Kennfeldes ist, das eine Temperatur eines stromaufwärtigen Katalysators definiert, der einer Motordrehzahl und einer Motorlast in einem normalen Betriebszustand entspricht, bei dem der Temperaturerhöhungsprozess gestoppt wurde;
5B ein Beispiel eines Kennfeldes ist, das eine Temperaturerhöhung des stromaufwärtigen Katalysators definiert, die einer Motordrehzahl und einer Motorlast entspricht, wenn eine Erhöhungs-Verringerungsrate 100 % ist; und
6 ein Beispiel eines Zeitabfolgediagramms ist, wenn der Temperaturerhöhungsprozess ausgeführt wird.

Detaillierte Beschreibung der Ausführungsformen
1 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm eines Motorsystems 1. Wie es in 1 dargestellt ist, weist das Motorsystem 1 einen stromaufwärtigen Katalysator 31 und einen stromabwärtigen Katalysator 32 auf, die konfiguriert sind, Abgas zu reinigen, das aus einem Motor 20 ausgestoßen wird. Der Motor 20 ist so konfiguriert, dass ein Luft-Kraftstoffgemisch in Brennkammern 23 in einem Zylinderblock 21 verbrannt wird, um die Kolben 24 zu einer Hin-und Herbewegung zu veranlassen. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Motor 20 ein Reihenvierzylindermotor. Allerdings ist der Motor 20 nicht auf einen Reihenvierzylindermotor begrenzt, solange der Motor 20 eine Vielzahl an Zylindern aufweist.
Jeder Zylinder ist mit einem Einlassventil Vi und einem Auslassventil Ve versehen, die in einem Zylinderkopf des Motors 20 angeordnet sind. Das Einlassventil Vi ist konfiguriert, einen Ansaugkanal zu öffnen und zu schließen, und das Auslassventil Ve ist konfiguriert, einen Auslasskanal zu öffnen und zu schließen. Des Weiteren ist jeder Zylinder mit einer Zündkerze 27 versehen, die konfiguriert ist, das Luft-Kraftstoffgemisch in der Verbrennungskammer 23 zu entzünden. Die Zündkerzen 27 sind an einem oberen Abschnitt des Zylinderkopfes angebracht.
Die Ansaugkanäle der Zylinder sind mit einem Ausgleichsbehälter 18 über Abzweigrohre für die Zylinder verbunden. Ein Einlassrohr 10 ist mit einem stromaufwärtsseitigen Abschnitt des Ausgleichsbehälters 18 verbunden und ein Luftreiniger 19 ist an einem stromaufwärtigen Ende des Einlassrohres 10 angeordnet. Des Weiteren ist ein Luftströmungsmessgerät 15, das konfiguriert ist, eine Einlassluftmenge zu detektieren, und ein elektronisch gesteuertes Drosselventil 13 von der stromaufwärtigen Seite aus in dieser Reihenfolge am Einlassrohr 10 angeordnet.
Der Ansaugkanal jedes Zylinders ist mit einem Kraftstoffeinspritzventil 12 versehen, das konfiguriert ist, Kraftstoff in den Ansaugkanal einzuspritzen. Der Kraftstoff, der aus dem Kraftstoffeinspritzventil 12 eingespritzt wird, wird mit der Ansaugluft gemischt, um das Luft-Kraftstoffgemisch zu bilden. Das Luft-Kraftstoffgemisch wird in jede Verbrennungskammer 23 geleitet, während das Einlassventil Vi geöffnet ist, wird dann durch den Kolben 24 verdichtet und dann durch die Zündkerze 27 entzündet, um verbrannt zu werden. An Stelle des Kraftstoffeinspritzventils 12, das konfiguriert ist, den Kraftstoff in den Ansaugkanal einzuspritzen, kann ein Kraftstoffeinspritzventil vorgesehen sein, das konfiguriert ist, Kraftstoff direkt in den Zylinder einzuspritzen. Alternativ können sowohl ein Kraftstoffeinspritzventil, das konfiguriert ist, Kraftstoff in den Ansaugkanal einzuspritzen, als auch ein Kraftstoffeinspritzventil vorgesehen sein, das konfiguriert ist, Kraftstoff direkt in den Zylinder einzuspritzen.
Die Auslasskanäle der Zylinder sind mit einem Auslassrohr 30 über Abzweigrohre für die Zylinder verbunden. Das Auslassrohr 30 ist mit dem stromaufwärtigen Katalysator 31 und dem stromabwärtigen Katalysator 32 versehen, der stromabwärts des stromaufwärtigen Katalysators 31 angeordnet ist. Sowohl der stromaufwärtige Katalysator 31 als auch der stromabwärtigen Katalysator 32 ist ein Drei - Wege - Katalysator, in dem ein Edelmetall, das eine katalytische Wirkung hat (z.B. Platin (Pt)) und ein Material, das eine Sauerstoffspeicherfähigkeit hat (z.B. Ceroxid (Ce02)), auf einem aus Keramik gemachten Träger gestützt werden. Sowohl der stromaufwärtige Katalysator 31 als auch der stromabwärtige Katalysator 32 ist ein Beispiel eines Katalysators, der konfiguriert ist, Abgas zu reinigen, das aus den Zylindern des Motors 20 ausgestoßen wird. Sowohl der stromaufwärtige Katalysator 31 als auch der stromabwärtige Katalysator 32 können ein Oxidationskatalysator oder ein Partikelfilter sein, der mit einem Oxidationskatalysator beschichtet ist.
Ein Luft-Kraftstoffverhältnis-Sensor 33, der konfiguriert ist, ein Luft-Kraftstoffverhältnis des Abgases zu detektieren, ist stromaufwärts des stromaufwärtigen Katalysators 31 angeordnet. Der Luft-Kraftstoffverhältnis-Sensor 33 ist ein sogenannter Luft-Kraftstoffverhältnis-Sensor mit weitem Messbereich. Der Luft-Kraftstoffverhältnis-Sensor 33 kann durchgehend Luft-Kraftstoffverhältnisses innerhalb eines breiten Bereiches detektieren. Der Luft-Kraftstoffverhältnis-Sensor 33 ist konfiguriert, ein Signal auszugeben, das einen Wert anzeigt, der proportional zum detektierten Luft-Kraftstoffverhältnis ist.
Das Motorsystem 1 weist eine elektronische Steuereinheit (ECU) 50 auf. Die ECU 50 weist eine zentrale Prozesseinheit (CPU) auf, einen Direktzugriffsspeicher (RAM), einen Festwertspeicher (ROM), eine Speichervorrichtung und so weiter. Die ECU 50 steuert den Motor, indem Programme ausgeführt werden, die im ROM und der Speichervorrichtung gespeichert sind. Die ECU 50 ist ein Beispiel einer Steuervorrichtung für den Motor 20. Die ECU 50 führt die unten beschriebene Temperaturerhöhungssteuerung aus.
Die Zündkerzen 27, das Drosselventil 13, die Kraftstoffeinspritzventile 12 und so weiter sind elektrisch mit der ECU 50 verbunden. Des Weiteren sind ein Beschleunigungsbetriebsmengensensor 11, der konfiguriert ist, eine Beschleunigungsbetriebsmenge zu detektieren, ein Drosselöffnungsbetragsensor 14, der konfiguriert ist, einen Öffnungsbetrag des Drosselventils 13 zu detektieren, das Luftströmungsmessgerät 15, das konfiguriert ist, eine Ansaugluftmenge zu detektieren, der Luft-Kraftstoffverhältnis-Sensor 33, ein Kurbelwinkelsensor 35, der konfiguriert ist, einen Kurbelwinkel der Kurbelwelle des Motors 20 zu detektieren, ein Kühlmitteltemperatursensor 29, der konfiguriert ist, eine Temperatur eines Kühlmittels für den Motor 20 zu detektieren, und verschiedene andere Sensoren elektrisch mit der ECU 50 über Analog-zu-Digital-Umwandlern und so weiter verbunden (nicht dargestellt). Die ECU 50 steuert die Zündkerzen 27, das Drosselventil 13, die Kraftstoffeinspritzventile 12 und so weiter, um die Entzündungszeitpunkte, die Kraftstoffeinspritzmengen, die Kraftstoffeinspritzzeitpunkte, die Drosselöffnungsbeträge und so weiter beispielsweise auf Grundlage von Detektionswerten zu steuern, die durch verschiedene Sensoren erhalten werden, sodass die erwünschte Motorleistung erzeugt wird.
Als Nächstes wird eine Methode beschrieben, bei der die ECU 50 ein Ziel-Luft-Kraftstoffverhältnis einstellt. Das Ziel-Luft-Kraftstoffverhältnis wird auf Grundlage eines Betriebszustandes des Motors 20 eingestellt, wenn ein Temperaturerhöhungsprozess (später beschrieben) gestoppt wurde. Wenn beispielsweise ein Betriebszustand des Motors 20 in einem geringen Drehzahl- und Lastbereich ist, wird das Ziel-Luft-Kraftstoffverhältnis auf das stöchiometrische Luft-Kraftstoffverhältnis eingestellt. Wenn andererseits ein Betriebszustand des Motors 20 in einem hohen Drehzahl- und Lastbereich ist, wird das Ziel-Luft-Kraftstoffverhältnis auf ein Luft-Kraftstoffverhältnis eingestellt, das fetter (geringer) als das stöchiometrische Luft-Kraftstoffverhältnis ist. Nachdem das Ziel-Luft-Kraftstoffverhältnis eingestellt ist, wird die Kraftstoffeinspritzmenge für jeden Zylinder einer Regelung unterworfen, sodass das Luft-Kraftstoffverhältnis, das durch den Luft-Kraftstoffverhältnis-Sensor 33 detektiert wird, mit dem Ziel-Luft-Kraftstoffverhältnis übereinstimmt.
Die ECU 50 führt den Temperaturerhöhungsprozess zur Erhöhung der Temperatur jedes stromaufwärtigen Katalysators 31 und stromabwärtigen Katalysators 32 auf einen Wert innerhalb eines vorgeschriebenen Temperaturbereiches durch. Im Temperaturerhöhungsprozess wird eine sogenannte Zittersteuerung durchgeführt. In der Zittersteuerung wird ein Luft-Kraftstoffverhältnis in einem Zylinder der Vielzahl an Zylindern gesteuert, um an ein fettes Luft-Kraftstoffverhältnis angepasst zu werden (nachstehend wird „gesteuert, um an [...] angepasst zu werden“ einfach als „angepasst an [...]“ bezeichnet), das geringer als das stöchiometrische Luft-Kraftstoffverhältnis ist, und ein Luft-Kraftstoffverhältnis in den übrigen drei Zylindern wird auf ein mageres Luft-Kraftstoffverhältnis angepasst, das höher als das stöchiometrische Luft-Kraftstoffverhältnis ist. In der Steuerung der Luft-Kraftstoffverhältnisse im Temperaturerhöhungsprozess wird insbesondere das Luft-Kraftstoffverhältnis in einem Zylinder an ein fettes Luft-Kraftstoffverhältnis angepasst, indem die Kraftstoffeinspritzmenge so korrigiert wird, dass die Kraftstoffeinspritzmenge um eine vorgeschriebene Rate (Prozentsatz) mit Bezug auf die Kraftstoffeinspritzmenge erhöht wird, die dem Ziel-Luft-Kraftstoffverhältnis entspricht, wohingegen das Luft-Kraftstoffverhältnis in allen übrigen Zylindern an ein mageres Luft-Kraftstoffverhältnis angepasst wird, indem die Kraftstoffeinspritzmenge so korrigiert wird, dass die Kraftstoffeinspritzmenge um eine vorgeschriebene Rate (Prozentsatz) mit Bezug auf die Kraftstoffeinspritzmenge verringert wird, die dem Ziel-Luft-Kraftstoffverhältnis entspricht. Wenn wie in der vorliegenden Ausführungsform ein fettes Luft-Kraftstoffverhältnis in einem Zylinder erreicht wird, wird in allen übrigen Zylindern ein mageres Luft-Kraftstoffverhältnis erreicht und der Mittelwert der Luft-Kraftstoffverhältnisse in allen Zylindern wird auf das stöchiometrische Luft-Kraftstoffverhältnis im Motor 20 inklusive der vier Zylinder angepasst, wobei die Erhöhungsrate drei Mal höher ist als die Verringerungsrate. Wenn beispielsweise die Erhöhungsrate, um die die Kraftstoffeinspritzmenge mit Bezug auf die Kraftstoffeinspritzmenge, die dem Ziel-Luft-Kraftstoffverhältnis entspricht, für einen Zylinder erhöht wird, 15 % ist, ist die Verringerungsrate, um die die Kraftstoffeinspritzmenge mit Bezug auf die Kraftstoffeinspritzmenge, die dem Ziel-Luft-Kraftstoffverhältnis entspricht, für alle übrigen Zylinder verringert wird, 5 %. Wenn der Temperaturerhöhungsprozess ausgeführt wird, wie es oben beschrieben ist, haftet überschüssiger Kraftstoff, der aus den Zylindern ausgestoßen wird, in denen das Luft-Kraftstoffverhältnis auf ein fettes Luft-Kraftstoffverhältnis eingestellt wurde, am stromaufwärtigen Katalysator 31 und dem stromabwärtigen Katalysator 32 an und wird unter einer mageren Atmosphäre verbrannt, die durch das Abgas ensteht, das aus den Zylindern ausgestoßen wird, in denen das Luft-Kraftstoffverhältnis auf ein mageres Luft-Kraftstoffverhältnis eingestellt wurde. Auf diese Weise wird die Temperatur sowohl des stromaufwärtigen Katalysators 31 als auch des stromabwärtigen Katalysators 32 erhöht.
Eine Erhöhungs-Verringerungsrate ist ein Gesamtwert der Erhöhungsrate, um die die Kraftstoffeinspritzmenge mit Bezug auf die Kraftstoffeinspritzmenge, die dem Ziel-Luft-Kraftstoffverhältnis entspricht, erhöht wird und der Verringerungsrate, um die die Kraftstoffeinspritzmenge mit Bezug auf die Kraftstoffeinspritzmenge, die dem Ziel-Luft-Kraftstoffverhältnis entspricht, verringert wird. Die ECU 50 erreicht die Luft-Kraftstoffverhältnisse im Temperaturerhöhungsprozess, indem die Erhöhungs-Verringerungsrate an einen Zielwert angepasst wird. Wenn beispielsweise der Zielwert 20 % ist, wird ein fettes Luft-Kraftstoffverhältnis erhalten, indem wie oben beschrieben die Kraftstoffeinspritzmenge um 15 % erhöht wird, und ein mageres Luft-Kraftstoffverhältnis wird erhalten, indem wie oben beschrieben die Kraftstoffeinspritzmenge um 5 % verringert wird. Der Zielwert, der im Temperaturerhöhungsprozess verwendet wird, ist in einem Kennfeld definiert, das im Voraus auf Grundlage des Betriebszustandes des Motors 20 definiert ist.
2 ist ein Kennfeld zu Darstellung eines Zielwertes im Temperaturerhöhungsprozess, der auf Grundlage eines Betriebszustandes des Motors 20 definiert ist. Das Kennfeld wird im Voraus im Speicher der ECU 50 abgespeichert. Wenn die Erhöhungs-Verringerungsrate höher ist, in anderen Worten, wenn die Differenz zwischen einem fetten Luft-Kraftstoffverhältnis und einem mageren Luft-Kraftstoffverhältnis, die in einem Temperaturerhöhungsprozess erreicht werden, größer ist, ist die Menge an unverbranntem Kraftstoff im Abgas größer, das aus dem Zylinder ausgestoßen wird, in dem das Luft-Kraftstoffverhältnis an ein fettes Luft-Kraftstoffverhältnis angepasst wurde, wohingegen eine Erhöhungstemperatur sowohl des stromaufwärtigen Katalysators 31 als auch des stromabwärtigen Katalysators 32 aufgrund des Temperaturerhöhungsprozesses höher ist. Wenn die Motorlast des Motors 20 geringer ist und wenn die Motordrehzahl des Motors geringer ist, ist des Weiteren die Temperatur des Abgases geringer. Somit ist es wünschenswert die Erhöhungs-Verringerungsrate auf einen höheren Wert anzupassen, wenn die Motorlast des Motors 20 geringer ist und wenn die Motordrehzahl des Motors 20 geringer ist, um die Temperatur sowohl des stromaufwärtigen Katalysators 31 als auch des stromabwärtigen Katalysators 32 ausreichend zu erhöhen. Wenn allerdings die Erhöhungs-Verringerungsrate hoch ist, wenn die Motorlast des Motors 20 oder wenn die Motordrehzahl des Motors gering ist, nimmt die Differenz zwischen den Ausgaben aus den Zylindern zu, wohingegen die Schwankung der Motordrehzahl des Motors 20 zunimmt. Als Folge kann eine Verschlechterung der Fahrbarkeit verursacht werden, oder eine Fehlzündung kann trotz des Fehlens einer Fehlzündung irrtümlich detektiert werden. In Anbetracht dessen wird in dem Kennfeld in 2 in Erwägung der Erreichbarkeit der Wirkung einer Erhöhung der Temperatur sowohl des stromaufwärtigen Katalysators 31 als auch des stromabwärtigen Katalysators 32, der Vorbeugung der Verschlechterung der Fahrbarkeit und der Vorbeugung einer irrtümlichen Detektion einer Fehlzündung, der Zielwert auf einen geringen Wert eingestellt, wenn die Motorlast eine geringe Last ist und die Motordrehzahl eine geringe Drehzahl ist, der Zielwert auf einen hohen Wert eingestellt, wenn die Motorlast eine mittlere Last ist und die Motordrehzahl eine mittlere Geschwindigkeit ist, und der Zielwert auf einen geringen Wert eingestellt, wenn die Motorlast eine hohe Last ist und die Motordrehzahl eine hohe Drehzahl ist.
Wenn wie in der vorliegenden Ausführungsform der Motor 20, der vier Zylinder aufweist, verwendet wird, wird das Luft-Kraftstoffverhältnis in nur einem Zylinder auf ein fettes Luft-Kraftstoffverhältnis angepasst und der Mittelwert der Luft-Kraftstoffverhältnisse in allen Zylindern wird auf das stöchiometrische Luft-Kraftstoffverhältnis angepasst, wobei ein fettes Luft-Kraftstoffverhältnis erreicht wird, indem die Kraftstoffeinspritzmenge so korrigiert wird, dass die Kraftstoffeinspritzmenge um eine Rate erhöht wird, die drei Vierteln (3/4) des Zielwertes entspricht, und ein mageres Luft-Kraftstoffverhältnis erreicht wird, indem die Kraftstoffeinspritzmenge so korrigiert wird, dass die Kraftstoffeinspritzmenge um eine Rate verringert wird, die einem Viertel (1/4) des Zielwertes entspricht. Wenn beispielsweise der Motor 20, der vier Zylinder aufweist, verwendet wird und das Luft-Kraftstoffverhältnis in jeweils zwei Zylindern auf ein fettes Luft-Kraftstoffverhältnis angepasst wird, wird ein fettes Luft-Kraftstoffverhältnis erreicht, indem die Kraftstoffeinspritzmenge so korrigiert wird, dass die Kraftstoffeinspritzmenge um eine Rate erhöht wird, die der Hälfte (1/2) des Zielwertes entspricht, und ein mageres Luft-Kraftstoffverhältnis erreicht wird, indem die Kraftstoffeinspritzmenge so korrigiert wird, dass die Kraftstoffeinspritzmenge um eine Rate verringert wird, die der Hälfte (1/2) des Zielwertes entspricht.
Eine Erhöhungs-Verringerungsrate, die ein Gesamtwert einer Erhöhungsrate und einer Verringerungsrate ist, korreliert, wie oben beschrieben, mit dem Differenzbetrag zwischen einem fetten Luft-Kraftstoffverhältnis und einem mageren Luft-Kraftstoffverhältnis. Dies beruht darauf, dass das Luft-Kraftstoffverhältnis fetter (geringer) ist, wenn die Erhöhungsrate höher ist, das Luft-Kraftstoffverhältnis magerer (höher) ist, wenn die Verringerungsrate höher ist, und die Differenz zwischen dem fetten Luft-Kraftstoffverhältnis und dem mageren Luft-Kraftstoffverhältnis zunimmt, wenn die Erhöhungs-Verringerungsrate zunimmt. Daher ist die Erhöhungs-Verringerungsrate ein Beispiel eines Parameters, der mit dem Differenzbetrag zwischen dem fetten Luft-Kraftstoffverhältnis und dem mageren Luft-Kraftstoffverhältnis korreliert, die im Temperaturerhöhungsprozess erreicht werden. Des Weiteren ist der Zielwert, der oben beschrieben ist, ein Beispiel eines Zielwertes des Parameters, der mit dem Differenzbetrag zwischen dem fetten Luft-Kraftstoffverhältnis und dem mageren Luft-Kraftstoffverhältnis korreliert, die im Temperaturerhöhungsprozess erreicht werden. Es ist zu beachten, dass in der vorliegenden Ausführungsform jeweils ein fettes Luft-Kraftstoffverhältnis und ein mageres Luft-Kraftstoffverhältnis erreicht werden, indem eine Erhöhungs-Korrektur und eine Verringerungs-Korrektur auf die Kraftstoffeinspritzmenge ausgeführt werden, bei der das Ziel-Luft-Kraftstoffverhältnis erreicht wird. Allerdings ist die Methode zum Erreichen eines fetten Luft-Kraftstoffverhältnisses und eines mageren Luft-Kraftstoffverhältnisses nicht darauf begrenzt. Das heißt, dass im Temperaturerhöhungsprozess das Ziel-Luft-Kraftstoffverhältnis für einen Zylinder direkt auf ein fettes Luft-Kraftstoffverhältnis eingestellt werden kann und das Ziel-Luft-Kraftstoffverhältnis für die übrigen Zylinder direkt auf ein mageres Luft-Kraftstoffverhältnis eingestellt werden kann, sodass ein fettes Luft-Kraftstoffverhältnis und ein mageres Luft-Kraftstoffverhältnis erreicht werden. In diesem Fall entspricht der Differenzbetrag zwischen dem fetten Luft-Kraftstoffverhältnis und dem mageren Luft-Kraftstoffverhältnis, die als die Ziel-Luft-Kraftstoffverhältnisse eingestellt sind, dem oben beschriebenen Parameter.
Im Temperaturerhöhungsprozess wird der Mittelwert der Luft-Kraftstoffverhältnisse in allen Zylindern auf das stöchiometrische Luft-Kraftstoffverhältnis eingestellt. Allerdings muss der Mittelwert der Luft-Kraftstoffverhältnisse in allen Zylindern nicht das stöchiometrische Luft-Kraftstoffverhältnis sein, solange der Mittelwert der Luft-Kraftstoffverhältnisse in allen Zylindern auf einen Wert innerhalb eines vorgeschriebenen Bereichs eingestellt wird, der das stöchiometrische Luft-Kraftstoffverhältnis umfasst, sodass sowohl die Temperatur des stromaufwärtigen Katalysator 31 als auch des stromabwärtigen Katalysators 32 erhöht werden kann. Beispielsweise kann ein fettes Luft-Kraftstoffverhältnis auf ein Luft-Kraftstoffverhältnis innerhalb eines Bereiches von 9 bis 12 eingestellt werden und ein mageres Luft-Kraftstoffverhältnis kann auf ein Luft-Kraftstoffverhältnis innerhalb eines Bereiches von 15 bis 16 eingestellt werden. Das Luft-Kraftstoffverhältnis in zumindest einem Zylinder muss auf ein fettes Luft-Kraftstoffverhältnis eingestellt werden und das Luft-Kraftstoffverhältnis in allen übrigen Zylindern muss auf ein mageres Luft-Kraftstoffverhältnis eingestellt werden.
Der stromaufwärtige Katalysator 31 ist, wie oben beschrieben, stromaufwärts des stromabwärtigen Katalysators 32 angeordnet. Somit ist der stromaufwärtige Katalysator 31 dem Hochtemperaturabgas ausgesetzt, das gerade aus dem Motor 20 ausgestoßen wurde, sodass die Temperatur des stromaufwärtigen Katalysators 31 wahrscheinlich höher als die des stromabwärtigen Katalysators 32 ist. Somit kann die Temperatur des stromaufwärtigen Katalysators 31 aufgrund der Ausführung des Temperaturerhöhungsprozesses übermäßig über die obere Grenztemperatur erhöht werden. Wenn die Temperatur des stromaufwärtigen Katalysators 31 die obere Grenztemperatur übersteigt, kann der Temperaturerhöhungsprozess gestoppt werden, um solch eine übermäßige Temperaturerhöhung zu vermeiden. Wenn allerdings der Temperaturerhöhungsprozess gestoppt wird, fällt sowohl die Temperatur des stromaufwärtigen Katalysators 31 als auch die des stromabwärtigen Katalysators 32, sodass der Temperaturerhöhungsprozess gestoppt werden kann, bevor die Wirkung der Ausführung des Temperaturerhöhungsprozesses erreicht wird. Im Hinblick darauf führt die ECU 50 die Temperaturerhöhungssteuerung zur Erhöhung der Temperatur sowohl des stromaufwärtigen Katalysators 31 als auch der des stromabwärtigen Katalysators 32 aus, während eine übermäßige Erhöhung der Temperatur des stromaufwärtigen Katalysators 31 vermieden wird.
3 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung eines Beispiels der Temperaturerhöhungssteuerung, die durch die ECU 50 ausgeführt wird. Der Prozess, der im Flussdiagramm in 3 dargestellt ist, wird in vorgeschriebenen Zeitabständen wiederholt ausgeführt. Zuerst bestimmt die ECU 50, ob der Temperaturerhöhungsprozess ausgeführt wird (Schritt S1). Wenn die ECU 50 eine negative Bestimmung in Schritt S1 macht, endet die Steuerung. Der Temperaturerhöhungsprozess ist ein Prozess zur Erhöhung der Temperatur des stromaufwärtigen Katalysators 31, der konfiguriert ist, das Abgas zu reinigen, das aus den Zylindern ausgestoßen wird, indem das Luft-Kraftstoffverhältnis in zumindest einem Zylinder des Motors 20 auf ein fettes Luft-Kraftstoffverhältnis eingestellt wird, das geringer als das stöchiometrische Luft-Kraftstoffverhältnis ist, und das Luft-Kraftstoffverhältnis in allen anderen Zylindern als diesem Zylinder auf ein mageres Luft-Kraftstoffverhältnis eingestellt wird, das höher als das stöchiometrische Luft-Kraftstoffverhältnis ist.
Wenn andererseits die ECU 50 in Schritt S1 eine bestätigende Bestimmung macht, berechnet die ECU 50 einen Zielwert, der im Temperaturerhöhungsprozess mit Bezug auf die Karte, die in 2 dargestellt ist, berechnet wird (Schritt S3). Wenn die ECU 50 in Schritt S1 eine bestätigende Bestimmung macht, berechnet die ECU 50 insbesondere einen Zielwert eines Parameters, der mit dem Differenzbetrag zwischen dem fetten Luft-Kraftstoffverhältnis und dem mageren Luft-Kraftstoffverhältnis korreliert, die auf Grundlage des Betriebszustandes des Motors 20 im Temperaturerhöhungsprozess erreicht werden.
Als Nächstes berechnet die ECU 50 einen oberen Grenzwert des Zielwertes, der im Temperaturerhöhungsprozess verwendet wird (Schritt S5). Der obere Grenzwert ist ein Wert, der eingestellt ist, um die Temperatur des stromaufwärtigen Katalysators 31 davon abzuhalten, dessen obere Grenztemperatur aufgrund der Ausführung des Temperaturerhöhungsprozesses zu übersteigen. Wenn die ECU 50 in Schritt S1 eine bestätigende Bestimmung macht, berechnet die ECU 50 einen Wert des Parameters, der dazu erforderlich ist, die Temperatur des stromaufwärtigen Katalysators 31 auf die obere Grenztemperatur zu erhöhen, als den oberen Grenzwert. Die Details des Prozesses in Schritt S5 werden später beschrieben.
Als Nächstes bestimmt die ECU 50, ob der Zielwert gleich oder geringer als der obere Grenzwert ist (Schritt S7). Wenn die ECU 50 in Schritt S7 eine bestätigende Bestimmung macht, passt die ECU 50 die Erhöhungs-Verringerungsrate, die im Temperaturerhöhungsprozess verwendet wird, an den Zielwert an (Schritt S9). Wenn andererseits die ECU 50 eine negative Bestimmung in Schritt S7 macht, passt die ECU 50 die Erhöhungs-Verringerungsrate, die im Temperaturerhöhungsprozess verwendet wird, an den oberen Grenzwert an (Schritt S11). Die ECU 50 führt, wie oben beschrieben, während der Ausführung des Temperaturerhöhungsprozesses wiederholt die Berechnung eines Zielwertes und eines oberen Grenzwertes und eines Vergleiches zwischen dem Zielwert und dem oberen Grenzwert aus und passt die Erhöhungs-Verringerungsrate an den Zielwert oder den oberen Grenzwert an. Wenn die ECU 50 in Schritt S7 eine bestätigende Bestimmung macht, passt die ECU 50 in anderen Worten den Parameter, der im Temperaturerhöhungsprozess verwendet wird, an den Zielwert an, während die ECU 50 den Parameter, der im Temperaturerhöhungsprozess verwendet wird, an den oberen Grenzwert anpasst, wenn die ECU 50 eine negative Bestimmung in Schritt S7 macht.
Als Nächstes wird ein Prozess zur Berechnung des oberen Grenzwertes beschrieben, der durch die ECU 50 ausgeführt wird. 4 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung eines Beispiels des Prozesses zur Berechnung des oberen Grenzwertes. Während der Ausführung des Temperaturerhöhungsprozesses schätzt die ECU 50 eine Temperatur des stromaufwärtigen Katalysators 31 mit Ausnahme einer Erhöhung der Temperatur des stromaufwärtigen Katalysators 31, die durch den Temperaturerhöhungsprozess verursacht wird (Schritt S51). Die geschätzte Temperatur des stromaufwärtigen Katalysators 31 wird während der Ausführung des Temperaturerhöhungsprozesses erhalten und entspricht der Temperatur des stromaufwärtigen Katalysators 31 in einem normalen Betriebszustand, bei dem der Temperaturerhöhungsprozess gestoppt wurde. 5A ist ein Beispiel eines Kennfeldes, die eine Temperatur des stromaufwärtigen Katalysators 31 bestimmt, die einer Motordrehzahl und einer Motorlast des Motors 20 im normalen Betriebszustand entspricht, bei dem der Temperaturerhöhungsprozess gestoppt wurde. Das Kennfeld wird im Voraus durch Experimente erhalten und wird im Speicher der ECU 50 abgespeichert. Jedes Liniensegment in 5B stellt ein Liniensegment dar, bei dem eine Erhöhungstemperatur konstant ist, wenn die Erhöhungs-Verringerungsrate 100 % ist. Die Temperatur des stromaufwärtigen Katalysators 31 wird umso höher geschätzt, je höher die Motordrehzahl des Motors 20 ist und je höher die Motorlast des Motors 20 ist. Die ECU 50 kann eine Temperatur des stromaufwärtigen Katalysators 31 mit Ausnahme einer Erhöhung der Temperatur des stromaufwärtigen Katalysators 31, die durch den Temperaturerhöhungsprozess verursacht wird, unter Betrachtung, zusätzlich zum Kennfeld in 5A, eines Zündungsverzögerungsbetrages, einer Abgasrezirkulationsrate (EGR), einer Ventildauer (d.h. Zeitspanne in Grad, die ein Ventil geöffnet ist) sowohl des Einlassventils Vi als auch des Auslassventils Ve, die durch einen variablen Ventilzeitschaltmechanismus erreicht wird, einer Spülrate und so weiter schätzen. In Schritt S51 schätzt die ECU 50 eine Temperatur des stromaufwärtigen Katalysators 31 mit Ausnahme einer Erhöhung der Temperatur des stromaufwärtigen Katalysators 31, die durch den Temperaturerhöhungsprozess verursacht wird, auf Grundlage des Betriebszustandes des Motors 20 während der Ausführung des Temperaturerhöhungsprozesses.
Als Nächstes berechnet die ECU 50 eine Temperaturdifferenz zwischen der oberen Grenztemperatur des stromaufwärtigen Katalysators 31 und der geschätzten Temperatur des stromaufwärtigen Katalysators 31, die in Schritt S51 erhalten wird (Schritt S53). Die Temperaturdifferenz ist ein Wert, der durch die Subtraktion der geschätzten Temperatur, die in Schritt S51 erhalten wird, von der oberen Grenztemperatur des stromaufwärtigen Katalysators 31 erhalten wird. Es ist zu beachten, dass die obere Grenztemperatur des stromaufwärtigen Katalysators 31 im Voraus auf eine um eine vorgeschriebene Temperatur geringere Temperatur eingestellt wird als die Temperatur, bei der der stromaufwärtige Katalysator 31 tatsächlich zu schmelzen anfängt. Die obere Grenztemperatur ist im Speicher der ECU 50 gespeichert.
Als Nächstes berechnet die ECU 50 eine Erhöhungs-Verringerungsrate, die dazu erforderlich ist, um eine Temperatur des stromaufwärtigen Katalysators 31 um eine berechnete Temperaturdifferenz zu erhöhen (Schritt S55). Die ECU 50 berechnet insbesondere die Erhöhungs-Verringerungsrate, wie es unten beschrieben ist. Zuerst berechnet die ECU 50 eine Erhöhungstemperatur des stromaufwärtigen Katalysators 31 unter der Annahme, dass die Erhöhungs-Verringerungsrate zu 100 % angepasst ist. 5B ist ein Beispiel eines Kennfeldes, das eine Erhöhungstemperatur des stromaufwärtigen Katalysators 31 definiert, die einer Motordrehzahl und einer Motorlast des Motors 20 entspricht, wenn die Erhöhungs-Verringerungsrate 100 % ist. Das Kennfeld wird im Voraus durch Experimente erhalten und ist im Speicher der ECU 50 gespeichert. Jedes Liniensegment in 5B stellt ein Liniensegment dar, in dem eine Erhöhungstemperatur konstant ist, wenn die Erhöhungs-Verringerungsrate 100 % ist. Die Erhöhungstemperatur des stromaufwärtigen Katalysators 31 wird umso höher geschätzt, je höher die Motordrehzahl des Motors 20 ist und je höher die Motorlast des Motors 20 ist. Dies beruht darauf, dass, wenn die Motordrehzahl des Motors 20 höher ist und wenn die Motorlast des Motors 20 höher ist, die Kraftstoffeinspritzmenge, die als Grundlage der Erhöhungs-Verringerungsrate dient, auch zunimmt.
Hier wird eine Erhöhungstemperatur als ΔT₁₀₀ [°C] bezeichnet, wenn die Erhöhungs-Verringerungsrate 100 % ist. Die Temperaturdifferenz, die in Schritt S53 berechnet wird, wird als ΔT_X [°C] bezeichnet. Wenn eine erforderliche Erhöhungs-Verringerungsrate, die dazu erforderlich ist, die Temperatur des stromaufwärtigen Katalysators 31 um die Temperaturdifferenz ΔT_X zu erhöhen, als X [%] bezeichnet wird, wird die erforderliche Erhöhungs-Verringerungsrate X gemäß des folgenden Ausdrucks berechnet. $X [%] = (Δ T_{X} [°C] / Δ T_{100} [°C]) \times 100 [%]$
Auf diese Weise berechnet die ECU 50 die erforderliche Erhöhungs-Verringerungsrate X, indem der Wert mit 100 multipliziert wird, der dadurch erhalten wird, dass die Temperaturdifferenz ΔT_X durch die Erhöhungstemperatur ΔT₁₀₀ dividiert wird. Als Nächstes stellt die ECU 50 die berechnete erforderliche Erhöhungs-Verringerungsrate X als den oberen Grenzwert ein (Schritt S57). Die ECU 50 berechnet wiederholt, wie oben beschrieben, einen oberen Grenzwert während der Ausführung des Temperaturerhöhungsprozesses auf Grundlage der Temperaturdifferenz ΔT_X und der Erhöhungstemperatur ΔT₁₀₀, wobei beide in Abhängigkeit des Betriebszustandes des Motors 20 variieren. Der Zielwert wird auch als ein Wert berechnet, der in Abhängigkeit einer Änderung des Betriebszustandes des Motors 20 variiert, wie es oben beschrieben ist. Daher werden sowohl der Zielwert als auch der Grenzwert als ein Wert berechnet, der in Abhängigkeit einer Änderung des Betriebszustandes des Motors 20 während der Ausführung eines Temperaturerhöhungsprozesses variiert. Der Prozess in Schritt S55 und Schritt S57 ist ein Beispiel eines Prozesses der Berechnung eines Wertes des Parameters, der erforderlich ist, die Temperatur des stromaufwärtigen Katalysators 31 um die Temperaturdifferenz zu erhöhen, als den oberen Grenzwert.
Es ist zu beachten, dass die ECU 50 die erforderliche Erhöhungs-Verringerungsrate X direkt aus dem Kennfeld oder einer Berechnungsformel auf Grundlage der Motordrehzahl und der Motorlast des Motors 20 berechnen kann. Allerdings können eines solchen Kennfeldes und eine Berechnungsformel kompliziert sein. Genauer gesagt können ein Kennfeld und eine Berechnungsformel noch komplizierter sein, wenn ein Zündungsverzögerungsbetrag und so weiter zusätzlich zur Motordrehzahl und der Motorlast des Motors 20 in Betrachtung gezogen werden, um die erforderliche Erhöhungs-Verringerungsrate X genau zu berechnen. Allerdings kann in einem Fall, bei dem die ECU 50 die erforderliche Erhöhungs-Verringerungsrate X auf Grundlage der Temperaturdifferenz ΔT_X und der Erhöhungstemperatur ΔT₁₀₀ berechnet, in Schritt S51 eine Temperatur des stromaufwärtigen Katalysators 31 schätzen, mit Ausnahme einer Erhöhung der Temperatur des stromaufwärtigen Katalysators 31, die durch den Temperaturerhöhungsprozess verursacht wird, in Betrachtung des Zündungsverzögerungsbetrages und so weiter, zusätzlich zur Motordrehzahl und der Motorlast des Motors 20, wie es oben beschrieben ist. In diesem Fall kann die ECU 50 leicht die Temperaturdifferenz ΔT_X berechnen und kann leicht die Erhöhungstemperatur ΔT₁₀₀ auf Grundlage der Motordrehzahl und der Motorlast des Motors 20 berechnen. Als Folge kann die ECU 50 leicht die erforderliche Erhöhungs-Verringerungsrate X auf Grundlage der Temperaturdifferenz ΔT_X und der Erhöhungstemperatur ΔT₁₀₀ berechnen, wie es oben beschrieben ist.
Als Nächstes wird ein Fall mit Bezug auf ein Zeitabfolgediagramm beschrieben, bei dem der Temperaturerhöhungsprozess gemäß der vorliegenden Ausführungsform ausgeführt wird. 6 ist ein Beispiel eines Zeitabfolgediagrammes, wenn der Temperaturerhöhungsprozess ausgeführt wird. 6 stellt die Motorlast des Motors 20, die Motordrehzahl des Motors 20, die Temperatur des stromaufwärtigen Katalysators 31, die Ausführungsflag für den Temperaturerhöhungsprozess, die Erhöhungs-Verringerungsrate im Temperaturerhöhungsprozess und die Temperatur des stromabwärtigen Katalysators 32 dar. Um das Verständnis zu erleichtern, stellt das Beispiel in 6 einen Fall dar, bei dem ein Zielwert der Erhöhungs-Verringerungsrate im Temperaturerhöhungsprozess, die auf Grundlage des Betriebszustandes des Motors 20 berechnet wird, konstant auf 20 % gehalten wird. In 6 wird die tatsächlich gesteuerte Erhöhungs-Verringerungsrate durch eine durchgezogene Linie dargestellt und der obere Grenzwert und der Zielwert sind jeweils durch eine gepunktete und eine gestrichelte Linie dargestellt. Die geschätzte Temperatur des stromaufwärtigen Katalysators 31, die in Schritt S51 berechnet wird, wird durch eine lang - kurz gestrichelte Linie dargestellt.
Wenn die Ausführungsflag für den Temperaturerhöhungsprozess zu einem Zeitpunkt t1 von AUS auf EIN auf Erwiderung beispielsweise einer Anfrage zur Regeneration des stromabwärtigen Katalysators 32 geschaltet wird, werden ein Zielwert und ein oberer Grenzwert berechnet. Direkt nach dem Zeitpunkt t1 ist der Zielwert gleich oder geringer als der obere Grenzwert. Daher wird die Erhöhungs-Verringerungsrate im Temperaturerhöhungsprozess von 0 % auf 20 % des Zielwertes geschaltet, ohne durch den oberen Grenzwert begrenzt zu sein. Somit nimmt sowohl die Temperatur des stromaufwärtigen Katalysators 31 als auch die des stromabwärtigen Katalysators 32 zu. Es ist zu beachten, dass in 6 vom Zeitpunkt t1 bis zum Zeitpunkt t2 die Erhöhungs-Verringerungsrate auf dem Zielwert gehalten wird und daher die durchgezogene Linie, die die tatsächliche Erhöhungs-Verringerungsrate darstellt, und die gestrichelte Linie, die den Zielwert darstellt, miteinander übereinstimmen.
Wenn die Temperatur des stromaufwärtigen Katalysators 31 die obere Grenztemperatur aufgrund von Änderungen in der Motorlast und der Motordrehzahl des Motors 20 und der Ausführung des Temperaturerhöhungsprozesses erreicht, erreicht der berechnete obere Grenzwert den Zielwert. Wenn der obere Grenzwert geringer wird als der Zielwert zum Zeitpunkt t2, wird die Erhöhungs-Verringerungsrate vom Zielwert auf den oberen Grenzwert geschaltet. Wenn die Erhöhungs-Verringerungsrate nicht durch den oberen Grenzwert begrenzt ist, übersteigt die Temperatur des stromaufwärtigen Katalysators 31 die obere Grenztemperatur zum Zeitpunkt t2, wie es in 6 dargestellt ist. Allerdings wird in der vorliegenden Ausführungsform unterdrückt, dass die Temperatur des stromaufwärtigen Katalysators 31 die obere Grenztemperatur überschreitet, weil die Erhöhungs-Verringerungsrate auf den oberen Grenzwert begrenzt ist. Während einer Zeitspanne vom Zeitpunkt t2 zum Zeitpunkt t3, während der der obere Grenzwert geringer ist als der Zielwert, wird der Temperaturerhöhungsprozess fortgeführt, während die Erhöhungs-Verringerungsrate auf den oberen Grenzwert angepasst wird. Somit wird die Temperatur des stromaufwärtigen Katalysators 31 auf einer Temperatur nahe der oberen Grenztemperatur gehalten. Während der Zeitspanne vom Zeitpunkt t2 zum Zeitpunkt t3 wird die Temperatur des stromabwärtigen Katalysators 32 auf einer Temperatur gehalten, die gleich oder höher als die für die Regeneration erforderliche Temperatur ist.
Wenn der obere Grenzwert aufgrund von Änderungen in der Motorlast und der Motordrehzahl des Motors 20 gleich oder höher als der Zielwert zum Zeitpunkt t3 ist, wird die Erhöhungs-Verringerungsrate vom oberen Grenzwert auf den Zielwert geschaltet, sodass eine Temperaturerhöhung innerhalb eines solchen Bereiches erreicht wird, dass die Temperatur des stromaufwärtigen Katalysators 31 nicht die obere Grenztemperatur überschreitet. Wenn die Ausführungsflag für den Temperaturerhöhungsprozess zum Zeitpunkt t4 von EIN auf AUS geschaltet wird, wird der Temperaturerhöhungsprozess gestoppt, sodass das Luft-Kraftstoffverhältnis in jedem Zylinder an ein Ziel-Luft-Kraftstoffverhältnis angepasst wird, das auf Grundlage des Betriebszustandes des Motors 20 eingestellt wird.
Wie es oben beschrieben ist, wird eine übermäßige Erhöhung der Temperatur des stromaufwärtigen Katalysators 31 vermieden und die Temperatur des stromaufwärtigen Katalysators 31 wird auf einer Temperatur nahe der oberen Grenztemperatur gehalten. Somit kann eine Wirkung einer Erhöhung der Temperatur des stromaufwärtigen Katalysators 31 zuverlässig erhalten werden. Des Weiteren kann eine Wirkung einer Erhöhung der Temperatur des stromabwärtigen Katalysators 32 zuverlässig erhalten werden.
In der vorangehenden Ausführungsform wird ein oberer Grenzwert so berechnet, dass die Temperatur des stromaufwärtigen Katalysators 31 nicht ihre obere Grenztemperatur überschreitet. Allerdings ist die Berechnungsmethode des oberen Grenzwertes nicht hierauf begrenzt. Beispielsweise kann in einem Fall, bei dem die Wahrscheinlichkeit, dass die Ausführung des Temperaturerhöhungsprozesses die Temperatur des stromabwärtigen Katalysators 32 dazu veranlasst, ihre obere Grenztemperatur zu überschreiten, höher ist als die Wahrscheinlichkeit, dass die Ausführung des Temperaturerhöhungsprozesses die Temperatur des stromaufwärtigen Katalysators 31 dazu veranlasst, ihre obere Grenztemperatur zu überschreiten, der obere Grenzwert so berechnet werden, dass die Temperatur des stromabwärtigen Katalysators 32 nicht ihre obere Grenztemperatur überschreitet. Beispiele eines solchen Falls umfassen einen Fall, bei dem die obere Grenztemperatur des stromabwärtigen Katalysators 32 relativ gering ist, wohingegen die obere Grenztemperatur des stromaufwärtigen Katalysators 31 relativ hoch ist. In diesem Fall wird, wie in den Prozessen in Schritt S51 bis Schritt S57, eine Temperatur des stromabwärtigen Katalysators 32 geschätzt, mit Ausnahme der Erhöhung der Temperatur des stromabwärtigen Katalysators 32, die durch den Temperaturerhöhungsprozess verursacht wird, dann wird eine Temperaturdifferenz zwischen der oberen Grenztemperatur des stromabwärtigen Katalysators 32 und der geschätzten Temperatur des stromabwärtigen Katalysators 32 berechnet und dann wird eine Erhöhungs-Verringerungsrate, die zur Erhöhung der Temperatur des stromabwärtigen Katalysators 32 um die Temperaturdifferenz erforderlich ist, als ein oberer Grenzwert berechnet.
In der vorangehenden Ausführungsform sind zwei Katalysatoren, das heißt der stromaufwärtige Katalysator 31 und der stromabwärtige Katalysator 32, vorgesehen. Alternativ kann nur ein Katalysator vorgesehen sein. In diesem Fall kann ebenfalls ein oberer Grenzwert durch die Prozesse berechnet werden, die gleich denen in Schritt S51 bis S57 sind.
Während beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung im Detail beschrieben wurden, ist die Erfindung nicht auf die vorangehenden beispielhaften Ausführungsformen begrenzt und verschiedenen Modifikationen und Änderungen können bei den vorangehenden beispielhaften Ausführungsformen innerhalb des technischen Anwendungsbereiches der Erfindung gemacht werden, der durch die angehängten Ansprüche definiert ist.
Zusammenfassend kann gesagt werden, dass eine Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor eine ECU aufweist, die konfiguriert ist: zu bestimmen, ob ein Temperaturerhöhungsprozess ausgeführt wird; einen Zielwert eines Parameters zu berechnen, der mit einer Differenz zwischen einem fetten Luft-Kraftstoffverhältnis und einem mageren Luft-Kraftstoffverhältnis korreliert, die auf Grundlage eines Betriebszustandes des Verbrennungsmotors im Temperaturerhöhungsprozess erreicht werden; einen Wert des Parameters, der zur Erhöhung der Temperatur des Katalysators auf eine im Voraus eingestellte obere Grenztemperatur erforderlich ist, als oberen Grenzwert zu berechnen; zu bestimmen, ob der Zielwert gleich oder geringer als der obere Grenzwert ist; den Parameter, der im Temperaturerhöhungsprozess verwendet wird, auf den Zielwert anzupassen, wenn bestimmt wurde, dass der Zielwert gleich oder geringer als der obere Grenzwert ist; und den Parameter, der im Temperaturerhöhungsprozess verwendet wird, auf den oberen Grenzwert anzupassen, wenn bestimmt wurde, dass der Zielwert höher als der obere Grenzwert ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2012057492 A [0002]

Claims

Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor, wobei die Steuervorrichtung eine elektronische Steuereinheit (50) aufweist, die konfiguriert ist: i) zu bestimmen, ob ein Temperaturerhöhungsprozess ausgeführt wird, wobei der Temperaturerhöhungsprozess ein Prozess zur Erhöhung einer Temperatur eines Katalysators ist, der konfiguriert ist, Abgas zu reinigen, das aus einer Vielzahl von Zylindern des Verbrennungsmotors ausgestoßen wird, indem ein Luft-Kraftstoffverhältnis in zumindest einem Zylinder der Vielzahl an Zylindern auf ein fettes Luft-Kraftstoffverhältnis angepasst wird, das geringer ist als ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoffverhältnis, und ein Luft-Kraftstoffverhältnis im Rest der Vielzahl an Zylindern auf ein mageres Luft-Kraftstoffverhältnis angepasst wird, das höher als das stöchiometrische Luft-Kraftstoffverhältnis ist; und, wenn die elektronische Steuereinheit (50) bestimmt, dass der Temperaturerhöhungsprozess ausgeführt wird, ii) auf Grundlage eines Betriebszustandes des Verbrennungsmotors einen Zielwert eines Parameters zu berechnen, der mit einem Differenzbetrag zwischen dem fetten Luft-Kraftstoffverhältnis und dem mageren Luft-Kraftstoffverhältnis korreliert, die im Temperaturerhöhungsprozess erreicht werden; iii) einen Wert des Parameters, der zur Erhöhung der Temperatur des Katalysators auf eine im Voraus eingestellte obere Grenztemperatur erforderlich ist, als oberen Grenzwert zu berechnen; iv) zu bestimmen, ob der Zielwert gleich oder geringer als der obere Grenzwert ist; v) den Parameter, der im Temperaturerhöhungsprozess verwendet wird, auf den Zielwert anzupassen, wenn die elektronische Steuereinheit (50) bestimmt, dass der Zielwert gleich oder geringer als der obere Grenzwert ist; und vi) den Parameter, der im Temperaturerhöhungsprozess verwendet wird, auf den oberen Grenzwert anzupassen, wenn die elektronische Steuereinheit (50) bestimmt, dass der Zielwert höher als der obere Grenzwert ist.
Steuervorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die elektronische Steuereinheit (50) konfiguriert ist, die Temperatur des Katalysators mit Ausnahme einer Erhöhung der Temperatur des Katalysators, die durch den Temperaturerhöhungsprozess verursacht wurde, auf Grundlage des Betriebszustandes des Verbrennungsmotors während der Ausführung des Temperaturerhöhungsprozesses zu schätzen; eine Temperaturdifferenz zwischen der oberen Grenztemperatur und der geschätzten Temperatur des Katalysators zu berechnen; und einen Wert des Parameters als den oberen Grenzwert zu berechnen, der zur Erhöhung der Temperatur des Katalysators um die Temperaturdifferenz erforderlich ist.
Steuervorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Katalysator einen stromaufwärtigen Katalysator und einen stromabwärtigen Katalysator aufweist, der stromabwärtig des stromaufwärtigen Katalysators in einer Strömungsrichtung des Abgases aus dem Verbrennungsmotor vorgesehen ist; und die elektronische Steuereinheit (50) konfiguriert ist, einen Wert des Parameters als oberen Grenzwert zu berechnen, der zur Erhöhung der Temperatur des stromaufwärtigen Katalysators auf die obere Grenztemperatur durch die Ausführung des Temperaturerhöhungsprozesses erforderlich ist.