DE102018100638B4

DE102018100638B4 - Abgassteuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor und Abgassteuerungsverfahren für einen Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102018100638B4
Application number: DE102018100638.1A
Authority: DE
Inventors: Naoya Kaneko; Takayuki Ohtsuka
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-01-13
Filing date: 2018-01-12
Publication date: 2024-03-07
Anticipated expiration: 2038-01-13
Also published as: CN108301900A; JP2018112158A; US10364716B2; DE102018100638A1; US20180202336A1; JP6551426B2; CN108301900B

Abstract

Abgassteuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor (1), wobei die Abgassteuerungsvorrichtung aufweist:einen ersten Katalysator (3), welcher in einer Abgasleitung (2) des Verbrennungsmotors (1) vorgesehen ist und welcher ein Oxidationsvermögen und ein Sauerstoffspeicherungsvermögen hat;einen Filter (41), welcher in der Abgasleitung (2) stromabwärts des ersten Katalysators (3) vorgesehen ist und welcher ausgebildet ist, Feinstaubteilchen im Abgas einzufangen, wobei der Filter (41) einen zweiten Katalysator (4), der ein Katalysator mit Oxidationsvermögen und Sauerstoffspeicherungsvermögen ist, stützt; undein elektronisches Steuergerät (10), welches ausgebildet ist, im Falle einer Regeneration des Filters (41) zu einem Zeitpunkt eines Starts des Verbrennungsmotors (1) eine erste Steuerung zum Erhöhen der Temperatur des ersten Katalysators (3) auf eine vorbestimmte Temperatur auszuführen, wobeidas elektronische Steuergerät (10) ausgebildet ist, nach der ersten Steuerung eine zweite Steuerung auszuführen;die zweite Steuerung eine Steuerung zum mehrfachen abwechselnden Ausführen einer Magersteuerung und einer Fettsteuerung ist;die Magersteuerung eine Steuerung ist, um über eine Zeitdauer, welche länger ist als eine Zeitdauer zwischen einem Festlegen eines Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Verbrennungsmotors (1) auf ein vorbestimmtes mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, das größer ist als ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis, und einem Überschreiten des stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses durch ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines aus dem ersten Katalysator (3) strömenden Abgases, das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf das vorbestimmte magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis festzulegen; unddie Fettsteuerung eine Steuerung ist, um über eine Zeitdauer, welche länger ist als eine Zeitdauer zwischen einem Festlegen eines Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf ein vorbestimmtes fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, das kleiner ist als ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis, und einem Unterschreiten des stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses durch ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines aus dem ersten Katalysator (3) strömenden Abgases, das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf das vorbestimmte fette Luft-Kraftstoff-Verhältnis festzulegen.

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Technisches Gebiet
Die vorliegende bezieht sich auf eine Abgassteuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor und ein Abgassteuerungsverfahren für einen Verbrennungsmotor.
2. Stand der Technik
Ein Filter, welcher Feinstaubteilchen in einem Abgas einfängt, ist in einer Abgasleitung eines Verbrennungsmotors vorgesehen. Falls eine in dem Filter eingefangene Feinstaubteilchenmenge (nachfolgend Feinstaubteilchenabscheidungsmenge genannt) eine gegebene Menge erreicht, wird eine Aufbereitung zum Entfernen der Feinstaubteilchen durch Oxidation ausgeführt. Die oben beschriebene Aufbereitung wird Filterregeneration genannt. Um in dem Filter eingefangene Feinstaubteilchen zu oxidieren, muss eine Temperatur des Filters größer oder gleich einer vorbestimmten Temperatur sein und muss eine Sauerstoffkonzentration eines in den Filter strömenden Abgases größer oder gleich einer vorbestimmten Konzentration sein.
Eine Methode zur Regeneration eines Filters in einem Dieselmotor ist bekannt (siehe beispielsweise JP 2002 - 276 443 A ). Im relevanten Stand der Technik ist eine Kraftstoffeinspritzung eine Mehrfacheinspritzung mit einer Kraftstoffeinspritzung einer frühen Phase und einer Kraftstoffeinspritzung einer späten Phase, wobei der Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung der frühen Phase auf einen Zeitpunkt vor einen eigentlichen Einspritzzeitpunkt des normalen Betriebs gelegt wird, um eine Menge an erzeugten NOx zu vergrößern, und der Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung der späten Phase nach den eigentlichen Einspritzzeitpunkt des normalen Betriebs gelegt wird, um die Abgastemperatur zu erhöhen.
Da ein Benzinmotor normalerweise bei einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis betrieben wird, ist eine Sauerstoffkonzentration eines in einen Filter strömenden Abgases vergleichsweise gering. Aus diesem Grund wird in dem Fall, in welchem der Verbrennungsmotor bei einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis betrieben wird, das größer ist als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis, eine Kraftstoffeinsparung aufgrund einer Verlangsamung oder Ähnlichem ausgeführt.
Weitere Ansätze zur Regeneration von Abgasnachbehandlungsfiltern werden beispielsweise in DE 10 2011 004 522 A1 und DE 10 2011 109 068 A1 offenbart.
Zusammenfassung der Erfindung
Es gibt einen Fall, in welchem der Filter regeneriert werden muss, wenn der Verbrennungsmotor unter kalten Bedingungen gestartet wird. Wenn der Verbrennungsmotor allerdings unter kalten Bedingungen gestartet wird, wird der Filter, da die Temperatur des Filters sogar bei ausreichend hoher Sauerstoffkonzentration eines in den Filter strömenden Abgases vergleichsweise niedrig ist, solange nicht regeneriert, bis die Temperatur des Filters ausreichend hoch ist. In einem Fall, in welchem die Zeitspanne bis zur Regeneration des Filters lang ist, kann die Leistungsabgabe des Verbrennungsmotors beispielsweise durch Auftreten eines Verstopfens des Filters verringert werden. Dementsprechend ist es wünschenswert, die Temperatur des Filters schnell zu erhöhen.
Vor diesem Hintergrund ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Abgassteuerung bereitzustellen, welche eine Einsatzbereitschaft einer Regeneration eines Filters verbessern kann.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Es ist eine Ausführung bekannt, bei welcher stromaufwärts des Filters ein Katalysator mit Oxidationsvermögen und mit kleiner Kapazität vorgesehen ist. Da die Kapazität des Katalysators kleiner ist als die des Filters, ist es bei der oben beschriebenen Ausführung wahrscheinlich, dass sich die Temperatur des Katalysators sogar zum Zeitpunkt eines Starts des Verbrennungsmotors erhöht. In dem Fall, in welchem die Temperatur des Katalysators eine Aktivierungstemperatur erreicht, ist es dann möglich, eine Temperatur des Abgases weiter zu erhöhen, indem eine Reaktion von Kraftstoff und Sauerstoff in dem Katalysator zugelassen wird. Abgas wird bei vergleichsweise hoher Temperatur durch den Filter stromabwärts des Katalysators geleitet, wodurch es möglich ist, die Temperatur des Filters auf eine Temperatur zu erhöhen, welche zur Regeneration des Filters notwendig ist. Während der Regeneration des Filters jedoch steigt die Temperatur des Katalysators weiter an, wird der Filter überhitzt und besteht die Möglichkeit, dass der Katalysator thermisch verschlechtert wird.
Die Erfindung stellt eine Abgassteuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor und ein Abgassteuerungsverfahren für einen Verbrennungsmotor bereit, welche einen Filter früh nach einem Start des Verbrennungsmotors regenerieren, während eine thermische Verschlechterung eines Katalysators effizient gehemmt wird.
Ein erster Aspekt der Erfindung bezieht sich auf eine Abgassteuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor. Die Abgassteuerungsvorrichtung weist einen ersten Katalysator, einen Filter und ein elektronisches Steuergerät auf. Der erste Katalysator ist in einer Abgasleitung des Verbrennungsmotors vorgesehen. Der Filter ist in der Abgasleitung stromabwärts des ersten Katalysators vorgesehen und ist ausgebildet, Feinstaubteilchen im Abgas einzufangen. Das elektronische Steuergerät ist ausgebildet, im Falle einer Regeneration des Filters zu einem Zeitpunkt eines Starts des Verbrennungsmotors eine erste Steuerung zum Erhöhen der Temperatur des ersten Katalysators auf eine vorbestimmte Temperatur auszuführen. Der erste Katalysator hat ein Oxidationsvermögen und ein Sauerstoffspeicherungsvermögen. Der Filter unterstützt einen zweiten Katalysator, welcher ein Katalysator mit einem Oxidationsvermögen und einem Sauerstoffspeicherungsvermögen ist. Das elektronische Steuergerät ist ausgebildet, eine zweite Steuerung nach der ersten Steuerung auszuführen. Die zweite Steuerung ist eine Steuerung zum mehrfachen abwechselnden Ausführen einer Magersteuerung und einer Fettsteuerung. Die Magersteuerung ist eine Steuerung, um über eine Zeitdauer, welche länger ist als eine Zeitdauer zwischen einem Festlegen eines Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Verbrennungsmotors auf ein vorbestimmtes mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, das größer ist als ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis, und einem Überschreiten des stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses durch ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines aus dem ersten Katalysator strömenden Abgases, das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf das vorbestimmte magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis festzulegen. Die Fettsteuerung ist eine Steuerung, um über eine Zeitdauer, welche länger ist als eine Zeitdauer zwischen einem Festlegen eines Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf ein vorbestimmtes fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, das kleiner ist als ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis, und einem Unterschreiten des stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses durch ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines aus dem ersten Katalysator strömenden Abgases, das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf das vorbestimmte fette Luft-Kraftstoff-Verhältnis festzulegen.
Gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ist die erste Steuerung eine Steuerung dafür, Gas mit einer hohen Temperatur dazu zu bringen, aus dem Verbrennungsmotor zu strömen. Eine Temperatur von in den ersten Katalysator strömendem Abgas wird auf die oben beschriebene Art erhöht, wobei es möglich ist, insbesondere die Temperatur des ersten Katalysators zu erhöhen. Wenn die erste Steuerung ausgeführt wird, verlangsamt sich eine Temperaturerhöhung des stromabwärts des ersten Katalysators vorgesehenen Filters, da die Wärme des Abgases im ersten Katalysator aufgebraucht wird. Die vorbestimmte Temperatur kann auf einen unteren Grenzwert einer für den ersten Katalysator angeforderten Temperatur festgelegt werden oder kann auf eine Temperatur festgelegt werden, bei welcher der erste Katalysator aktiviert wird. Die vorbestimmte Temperatur kann auf eine Temperatur festgelegt werden, welche höher ist als die oben beschriebene Temperatur.
Nachdem die erste Steuerung ausgeführt ist, wird dann die zweite Steuerung ausgeführt. Bei der zweiten Steuerung wird das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Verbrennungsmotors auf das vorbestimmte fette Luft-Kraftstoff-Verhältnis und das vorbestimmte magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis geändert. Es ist möglich, durch Oxidieren von unverbranntem Kraftstoff (HC, CO) mittels des ersten Katalysators die Temperatur des zweiten Katalysators etwas zu erhöhen. Da jedoch in der Abgasleitung vom ersten Katalysator zum zweiten Katalysator außen an der Abgasleitung Wärme abgeführt wird, ist eine große Menge an unverbranntem Kraftstoff notwendig, um die Temperatur des zweiten Katalysators zu erhöhen, und wird viel Zeit benötigt, um die Temperatur des zweiten Katalysators zu erhöhen. Falls in dem ersten Katalysator Wärme erzeugt wird, um so den Filter zu regenerieren, besteht die Möglichkeit, dass die Temperatur des ersten Katalysators übermäßig höher ist als normal und der erste Katalysator thermisch verschlechtert wird. Falls es demgegenüber möglich ist, durch Oxidieren von unverbranntem Kraftstoff mittels des zweiten Katalysators Wärme mit dem zweiten Katalysator zu erzeugen, ist es möglich, die thermische Verschlechterung des ersten Katalysators effizient zu unterbinden und die Wärmeabfuhr außen an der Abgasleitung effizient zu unterbinden.
Dementsprechend wird die Fettsteuerung zumindest solang ausgeführt, bis aus dem ersten Katalysator strömendes Abgas ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis (nachfolgend fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis genannt) hat, welches kleiner ist als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis, und wird die Magersteuerung zumindest solang ausgeführt, bis aus dem ersten Katalysator strömendes Abgas ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis (nachfolgend mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis genannt) hat, welches größer ist als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Das heißt, da aus dem ersten Katalysator Abgas mit dem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis strömt, ist es durch Fortsetzen der Fettsteuerung möglich, dem zweiten Katalysator insbesondere unverbrannten Kraftstoff zuzuführen. Des Weiteren, da aus dem ersten Katalysator Abgas mit dem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis strömt, ist es durch Fortsetzen der Magersteuerung möglich, dem zweiten Katalysator insbesondere Sauerstoff zuzuführen. Da durch alternierendes Ausführen der Fettsteuerung und der Magersteuerung insbesondere dem zweiten Katalysator alternierend Kraftstoff und Sauerstoff zugeführt werden, wird dementsprechend unverbrannter Kraftstoff im zweiten Katalysator oxidiert. Da Wärme in dem zweiten Katalysator erzeugt wird, ist es damit möglich, die Temperatur des zweiten Katalysators zu erhöhen. In einem Fall, in welchem die Magersteuerung ausgeführt wird, werden dann die im Filter eingefangenen Feinstaubteilchen oxidiert, wenn die Temperatur des Filters ausreichend erhöht wird.
Wie oben beschrieben werden die Fettsteuerung und die Magersteuerung alternierend ausgeführt, wobei sich die Temperatur des zweiten Katalysators schnell erhöht. Da unverbrannter Kraftstoff aus dem ersten Katalysator strömt, verringert sich des Weiteren in diesem Ausmaß die Menge an unverbrannten Kraftstoff, welcher in dem ersten Katalysator oxidiert wird. Da sich die durch den ersten Katalysator erzeugte Wärme verringert, ist es entsprechend möglich, eine Erhöhung der Temperatur des ersten Katalysators effizient zu unterbinden. Aus diesem Grund ist es möglich, eine thermische Verschlechterung des ersten Katalysators effizient zu unterbinden. Nachdem die Temperatur des ersten Katalysators schnell durch die erste Steuerung erhöht wird, wird daher die zweite Steuerung ausgeführt, wobei es möglich ist, den Filter früh zu regenerieren, während eine thermische Verschlechterung des ersten Katalysators effizient unterbunden wird.
Bei der Abgassteuerungsvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung kann das elektronische Steuergerät ausgebildet sein, wenn die Temperatur des ersten Katalysators einen unteren Grenzwert einer für den ersten Katalysator angeforderten Temperatur erreicht, zu erfassen, dass die Temperatur des ersten Katalysators auf die vorbestimmte Temperatur ansteigt, die erste Steuerung zu beenden und die zweite Steuerung zu starten.
Gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ist der untere Grenzwert der für den ersten Katalysator angeforderten Temperatur eine Temperatur, bei welcher unverbrannter Kraftstoff im ersten Katalysator oxidiert werden kann, und kann dieser auf eine Temperatur festgelegt werden, bei welcher der erste Katalysator aktiviert wird. Der untere Grenzwert der für den ersten Katalysator angeforderten Temperatur kann auf eine Temperatur festgelegt werden, bei welcher eine Steuerungsrate von unverbrannten Kraftstoff innerhalb eines zulässigen Bereichs im ersten Katalysator ist. Falls die Temperatur des ersten Katalysators den unteren Grenzwert der für den ersten Katalysators angeforderten Temperatur erreicht, kann das Abgas mit dem ersten Katalysator gesteuert werden. Dementsprechend ist es möglich, einer Erhöhung der Temperatur des Filters gegenüber einer Erhöhung der Temperatur des ersten Katalysators Vorrang zu geben. Daher wird ein Schalten von der ersten Steuerung, bei welcher sich die Temperatur des ersten Katalysators wahrscheinlich erhöht, zur zweiten Steuerung, bei welcher sich die Temperatur des Filters wahrscheinlich erhöht, ausgeführt, wobei es möglich ist, die Temperatur des Filters schnell zu erhöhen.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung bezieht sich auf ein Abgassteuerungsverfahren für einen Verbrennungsmotor. Der Verbrennungsmotor weist einen ersten Katalysator und einen Filter auf. Der erste Katalysator ist in einer Abgasleitung vorgesehen. Der Filter ist in der Abgasleitung stromabwärts des ersten Katalysators vorgesehen und ist ausgebildet, Feinstaubteilchen im Abgas einzufangen. Der erste Katalysator hat ein Oxidationsvermögen und ein Sauerstoffspeicherungsvermögen. Der Filter unterstützt einen zweiten Katalysator, welcher ein Katalysator mit einem Oxidationsvermögen und einem Sauerstoffspeicherungsvermögen ist. Der Verbrennungsmotor ist ausgebildet, durch ein elektronisches Steuergerät gesteuert zu werden. Das Abgassteuerungsverfahren beinhaltet im Falle einer Regeneration des Filters zu einem Zeitpunkt eines Starts des Verbrennungsmotors ein Ausführen der ersten Steuerung zum Erhöhen der Temperatur des ersten Katalysators auf eine vorbestimmte Temperatur mit dem elektronischen Steuergerät und ein Ausführen der zweiten Steuerung nach der ersten Steuerung mit dem elektronischen Steuergerät. Die zweite Steuerung ist eine Steuerung zum mehrfachen abwechselnden Ausführen einer Magersteuerung und einer Fettsteuerung. Die Magersteuerung ist eine Steuerung, um über eine Zeitdauer, welche länger ist als eine Zeitdauer zwischen einem Festlegen eines Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Verbrennungsmotors auf ein vorbestimmtes mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, das größer ist als ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis, und einem Überschreiten des stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses durch ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines aus dem ersten Katalysator strömenden Abgases, das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf das vorbestimmte magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis festzulegen. Die Fettsteuerung ist eine Steuerung, um über eine Zeitdauer, welche länger ist als eine Zeitdauer zwischen einem Festlegen eines Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf ein vorbestimmtes fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, das kleiner ist als ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis, und einem Unterschreiten des stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses durch ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines aus dem ersten Katalysator strömenden Abgases, das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf das vorbestimmte fette Luft-Kraftstoff-Verhältnis festzulegen.
Das Abgassteuerungsverfahren gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung kann des Weiteren beinhalten, wenn die Temperatur des ersten Katalysators einen unteren Grenzwert einer für den ersten Katalysator angeforderten Temperatur erreicht, einen Anstieg der Temperatur des ersten Katalysators auf die vorbestimmte Temperatur zu erfassen, die erste Steuerung zu beenden und die zweite Steuerung zu starten.
Gemäß den Aspekten der Erfindung ist es möglich, nach dem Start des Verbrennungsmotors den Filter früh zu regenerieren, während eine thermische Verschlechterung des Katalysators effizient unterbunden wird.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Merkmale, Vorteile und technische sowie gewerbliche Signifikanz beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung werden im Nachfolgenden mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in welchen gleiche Nummerierungen gleiche Elemente kennzeichnen und wobei

1 eine Darstellung ist, welche die schematische Konfiguration eines Verbrennungsmotors gemäß einem Beispiel und ein Einlasssystem und ein Abgassystem eines Verbrennungsmotors zeigt;
2 ein Zeitdiagramm ist, welches einen Wechsel einer Motordrehzahl bei einer Regeneration eines Filters nach dem Start des Verbrennungsmotors, ein Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Verbrennungsmotors, und Temperaturen eines ersten Katalysators und eines Filters zeigt;
3 ein Flussdiagramm ist, welches einen Verlauf einer Temperaturerhöhungssteuerung gemäß einem Beispiel zeigt;
4 ein Flussdiagramm ist, welches einen Verlauf einer ersten Steuerung zeigt; und
5 ein Flussdiagramm ist, welches einen Verlauf einer zweiten Steuerung zeigt.

Detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen
Im Nachfolgenden wird eine Art der Umsetzung der Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen in Verbindung mit einem Beispiel anschaulich beschrieben. Die Ausmaße, Materialien, Formen, relativen Anordnungen und Ähnliches der Bestandteile, welche in diesem Beispiel beschrieben sind, sollen den Schutzbereich der Erfindung jedoch nicht auf diese allein begrenzen, insbesondere solang es keine spezifischen Aussagen gibt.
Beispiel
1 ist eine Darstellung, welche die schematische Konfiguration eines Verbrennungsmotors 1 gemäß dem Beispiel und ein Einlasssystem und ein Abgassystem eines Verbrennungsmotors zeigt. Der in 1 gezeigte Verbrennungsmotor 1 ist ein Benzinmotor. Der Verbrennungsmotor 1 ist beispielsweise in einem Fahrzeug montiert. Eine Abgasleitung 2 ist mit dem Verbrennungsmotor 1 verbunden. In der Mitte der Abgasleitung 2 sind der Reihe nach in Richtung stromabwärts ein erster Katalysator 3 als Drei-Wege-Katalysator und ein Filter 41, welcher einen zweiten Katalysator 4 unterstützt, vorgesehen.
Der erste Katalysator 3 und der zweite Katalysator 4 haben ein Sauerstoffspeicherungsvermögen. Das heißt, der erste Katalysator 3 speichert Sauerstoff, wenn ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis von Abgas größer ist als ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis, und stößt Sauerstoff aus, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis vom Abgas kleiner ist als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Der erste Katalysator 3 und der zweite Katalysator 4 haben ein Oxidationsvermögen. Der Filter 41 fängt Feinstaubteilchen im Abgas ein.
Stromaufwärts des ersten Katalysators 3 ist in der Abgasleitung 2 ein erster Temperatursensor 11 vorgesehen, welcher eine Abgastemperatur erfasst. Stromabwärts des ersten Katalysators 3 und stromaufwärts des Filters 41 ist in der Abgasleitung 2 ein zweiter Temperatursensor 12 vorgesehen, welcher die Abgastemperatur erfasst. Eine Temperatur des ersten Katalysators 3 kann auf der Grundlage eines erfassten Werts des ersten Temperatursensors 11 oder des zweiten Temperatursensors 12 ermittelt werden. Eine Temperatur des Filters 41 kann auf der Grundlage des erfassten Werts des zweiten Temperatursensors 12 ermittelt werden. Die Temperaturen des ersten Katalysators 3 und des Filters 41 können auf der Grundlage eines Betriebszustandes des Verbrennungsmotors 1 abgeschätzt werden.
In der Abgasleitung 2 ist stromaufwärts des ersten Katalysators 3 ein erster Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 13 vorgesehen, welcher das Luft-Kraftstoff-Verhältnis vom Abgas erfasst. In der Abgasleitung 2 ist stromabwärts des ersten Katalysators 3 und stromaufwärts des Filters 41 ein zweiter Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 14 vorgesehen, welcher das Luft-Kraftstoff-Verhältnis vom Abgas erfasst. Sowohl der erste Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 13 als auch der zweite Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 14 können ein Sauerstoffkonzentrationssensor sein, welcher eine Sauerstoffkonzentration im Abgas erfasst.
Ein Einspritzventil 6, welches dem Verbrennungsmotor 1 Kraftstoff zuführt, ist an den Verbrennungsmotor 1 angeschlossen. In dem Verbrennungsmotor 1 ist eine Zündkerze 9 vorgesehen, welche im Inneren eines Zylinders einen elektrischen Funken erzeugt. Eine Einlassleitung 7 ist mit dem Verbrennungsmotor 1 verbunden. In der Mitte der Einlassleitung 7 ist eine Drossel 8 vorgesehen, welche eine Ansaugluftmenge des Verbrennungsmotors 1 anpasst. Ein Luftströmungsmesser 19, welcher die Ansaugluftmenge des Verbrennungsmotors 1 erfasst, ist an die Einlassleitung 7 stromaufwärts der Drossel 8 angeschlossen.
In dem wie oben beschrieben ausgebildeten Verbrennungsmotor 1 ist auch eine ECU 10 vorgesehen, welche ein elektronisches Steuergerät ist, das ausgebildet ist, den Verbrennungsmotor 1 zu steuern. Die ECU 10 steuert den Verbrennungsmotor 1 gemäß einem Betriebszustand des Verbrennungsmotors 1 oder einer Anforderung vonseiten eines Fahrers. Zusätzlich zu den oben beschriebenen Sensoren sind ein Gaspedalbetätigungsbetragsensor 17, welcher entsprechend eines Betrags einer Niedergedrücktheit eines Gaspedals 16 durch den Fahrer ein elektrisches Signal ausgibt und eine Motorlast erfasst, und ein Kurbelpositionssensor 18, welcher eine Motordrehzahl erfasst, über elektrische Verkabelung mit der ECU 10 verbunden und Ausgabesignale verschiedener Sensoren werden in die ECU 10 eingegeben. Das Einspritzventil 6, die Drossel 8 und die Zündkerze 9 sind mit der ECU 10 über elektrische Verkabelung verbunden und werden durch die ECU 10 gesteuert.
Auf der Grundlage des Betriebszustands (beispielsweise der Motordrehzahl und des Gaspedalbetätigungsbetrags) des Verbrennungsmotors 1 legt die ECU 10 ein Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis fest. Dann werden die Drossel 8 und das Einspritzventil 6 derart gesteuert, dass ein tatsächliches Luft-Kraftstoff-Verhältnis das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis erreicht. In dem Beispiel bezeichnet ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis, sofern nicht ausdrücklich anders angegeben, ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welches größer ist als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis, und bezeichnet ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis, sofern nicht ausdrücklich anders angegeben, ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welches kleiner ist als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis.
Die ECU 10 schätzt eine Feinstaubteilchenabscheidungsmenge des Filters 41 ab. Die Feinstaubteilchenabscheidungsmenge kann auf der Grundlage einer überschrittenen Motordrehzahl und einer Motorlast abgeschätzt werden oder kann auf der Grundlage einer Abgasdruckdifferenz stromaufwärts und stromabwärts des Filters 41 abgeschätzt werden. Die in dem Filter 41 eingefangenen Feinstaubteilchen werden oxidiert und beseitigt, wenn die Temperatur des Filters 41 größer oder gleich einer Temperatur wird, bei welcher Feinstaubteilchen oxidiert werden, und dem Filter 41 wird Sauerstoff zugeführt.
Die ECU 10 regeneriert den Filter 41, falls die Feinstaubteilchenabscheidungsmenge zum Zeitpunkt eines Starts des Verbrennungsmotors 1 größer oder gleich einer vorbestimmten Menge ist. Die hierbei verwendete vorbestimmte Menge ist eine Feinstaubteilchenabscheidungsmenge, bei welcher der Filter 41 regeneriert werden muss. Aus diesem Grund erhöht die ECU 10 die Temperatur des Filters 41 auf die Temperatur (nachfolgend Feinstaubteilchenoxidationstemperatur genannt), bei welcher Feinstaubteilchen oxidiert werden, falls die Feinstaubteilchenabscheidungsmenge zum Zeitpunkt des Starts des Verbrennungsmotors 1 größer oder gleich der vorbestimmten Menge ist. Zu diesem Zeitpunkt werden der Reihe nach eine erste Steuerung zum Erhöhen der Temperatur des ersten Katalysators auf eine vorbestimmte Temperatur und eine zweite Steuerung zum Erhöhen der Temperatur des Filters 41, so dass diese größer oder gleich der Feinstaubteilchenoxidationstemperatur ist, ausgeführt.
Bei der ersten Steuerung wird beispielsweise Gas mit einer hohen Temperatur von dem Verbrennungsmotor 1 durch ein in JP H11 - 324 765 A oder JP 2001 - 182 586 A beschriebenes Verfahren ausgestoßen.
Beispielsweise wird eine geschichtete Verbrennung durchgeführt, indem eine Kraftstoffeinspritzmenge und ein Kraftstoffeinspritzzeitpunkt des Einspritzventils 6 und ein Zündzeitpunkt der Zündkerze 9 so gesteuert wird, dass ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis einer ungleichmäßig um die Zündkerze 9 herum verteilten Luft-Kraftstoff-Mischungsschicht zum Zeitpunkt der Ausführung der Zündung der Zündkerze 9 ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis und ein zündbares Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird und die Luft-Kraftstoff-Mischungsschicht in einen zündbaren Zerstäubungszustand gebracht wird. Wenn dies passiert, wird im Falle einer Hauptverbrennung (Zündung durch Fremdzündung mit der Zündkerze 9 und anschließende Verbrennung durch Flammenausbreitung), da das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Luft-Kraftstoff-Mischungsschicht um die Zündkerze 9 herum ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, eine unvollständige Verbrennungssubstanz (CO) erzeugt, und verbleibt sogar nach der Hauptverbrennung CO in einer Brennkammer. Des Weiteren verbleibt um die Luft-Kraftstoff-Mischungsschicht herum sogar nach der Hauptverbrennung Sauerstoff. Das verbleibende CO und der verbleibende Sauerstoff werden gemischt und nach der Hauptverbrennung durch Strömung von Gas innerhalb des Zylinders wiederverbrannt, wobei sich die Abgastemperatur erhöht. Bezüglich des Verfahrens, Gas mit einer hohen Temperatur von dem Verbrennungsmotor 1 ausstoßen zu lassen, können andere bekannte Methoden verwendet werden.
Wie oben beschrieben erhöht sich die Temperatur des ersten Katalysators 3, falls sich bei der ersten Steuerung die Abgastemperatur des Verbrennungsmotors 1 erhöht. Während sich in dieser Zeitspanne die Temperatur des ersten Katalysators 3 schnell erhöht, wird die Wärme des Abgases in dem ersten Katalysator 3 verbraucht, wobei sich eine Erhöhung der Temperatur des Filters 41 verlangsamt. Wenn die Temperatur des ersten Katalysators 3 während der Ausführung der ersten Steuerung eine vorbestimmte Temperatur (zum Beispiel eine Aktivierungstemperatur) erreicht, schaltet die ECU 10 von der ersten Steuerung in die zweite Steuerung um.
Bei der zweiten Steuerung wird das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Verbrennungsmotors 1 alternierend geändert auf ein vorbestimmtes mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welches ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, das größer ist als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis, und auf ein vorbestimmtes fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welches ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, das kleiner ist als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Zu dieser Zeit führt die ECU 10 mehrfach alternierend eine Magersteuerung und eine Fettsteuerung aus. Die Magersteuerung ist eine Steuerung, um über eine Zeitdauer, welche länger ist als eine Zeitdauer zwischen einem Festlegen des Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Verbrennungsmotors 1 auf das vorbestimmte magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, das größer ist als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis, und einem Überschreiten des stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses durch ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines aus dem ersten Katalysator strömenden Abgases, das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf das vorbestimmte magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis festzulegen. Die Fettsteuerung ist eine Steuerung, um über eine Zeitdauer, welche länger ist als eine Zeitdauer zwischen einem Festlegen des Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf das vorbestimmte fette Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, das kleiner ist als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis, und einem Unterschreiten des stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses durch ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines aus dem ersten Katalysator strömenden Abgases, das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf das vorbestimmte fette Luft-Kraftstoff-Verhältnis festzulegen. Nachfolgend wird Abgas mit einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welches kleiner ist als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis, als fettes Gas bezeichnet und wird Abgas mit einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welches größer ist als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis, als mageres Gas bezeichnet.
In dem Beispiel kann das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Verbrennungsmotors 1 auf das vorbestimmte magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis und auf das vorbestimmte fette Luft-Kraftstoff-Verhältnis geändert werden, so dass ein Durchschnittswert des Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Verbrennungsmotors 1 in einer Zeitdauer, während derer eine Phase einer einzelnen Fettsteuerung und eine an die Phase der einzelnen Fettsteuerung angrenzende Phase einer einzelnen Magersteuerung kombiniert werden, gleich dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird. Die zweite Steuerung wird von der ECU 10 ausgeführt, um eine Kraftstoffeinspritzmenge von einem Einspritzventil 6 und einen Öffnungsgrad der Drossel 8 anzupassen.
Bei der Fettsteuerung strömt unverbrannter Kraftstoff insbesondere in den ersten Katalysator 3, falls das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Verbrennungsmotors 1 auf das vorbestimmte fette Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt wird. Bei der Magersteuerung strömt Sauerstoff insbesondere in den ersten Katalysator 3, falls das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Verbrennungsmotors 1 auf das vorbestimmte magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt wird. Dementsprechend werden die Magersteuerung und die Fettsteuerung alternierend ausgeführt, wobei eine große Menge an Sauerstoff und eine große Menge an unverbranntem Kraftstoff alternierend in den ersten Katalysator 3 strömen. Wenn das passiert, erhöht sich die Temperatur des ersten Katalysators 3, da in dem ersten Katalysator 3 unverbrannter Kraftstoff oxidiert wird und Wärme erzeugt wird.
Da der erste Katalysator 3 ein Sauerstoffspeicherungsvermögen hat, wird in dem ersten Katalysator 3 Sauerstoff gespeichert, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den ersten Katalysator 3 strömenden Abgases gleich dem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, und kann von dem ersten Katalysator 3 Sauerstoff ausgestoßen werden, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den ersten Katalysator 3 strömenden Abgases gleich dem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist. Sogar falls das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den ersten Katalysator 3 strömenden Abgases gleich dem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, wird aus diesem Grund Sauerstoff in dem ersten Katalysator 3 gespeichert, wobei das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des aus dem ersten Katalysator 3 strömenden Abgases gleich dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis werden kann. Falls eine Sauerstoffspeicherungsmenge des ersten Katalysators 3 groß wird, strömt dann Sauerstoff, welcher nicht gespeichert werden kann, aus dem ersten Katalysator 3, wobei das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des aus dem ersten Katalysator 3 strömenden Abgases gleich dem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird. Sogar falls das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den ersten Katalysator 3 strömenden Abgases gleich dem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, wird von dem ersten Katalysator 3 Sauerstoff ausgestoßen, wobei das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des aus dem ersten Katalysator 3 strömenden Abgases gleich dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird. Falls die Sauerstoffspeicherungsmenge des ersten Katalysators 3 klein wird und der ausgestoßene Sauerstoff reduziert wird, wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des aus dem ersten Katalysator 3 strömenden Abgases dann gleich dem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis.
Falls das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Verbrennungsmotors 1 innerhalb eines Bereichs, in welchem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des aus dem ersten Katalysator 3 strömenden Abgases gleich dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, auf das vorbestimmte magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis und auf das vorbestimmte fette Luft-Kraftstoff-Verhältnis geändert wird, wird entsprechend in den ersten Katalysator 3 strömender unverbrannter Kraftstoff in dem ersten Katalysator 3 größtenteils oxidiert, wobei sich die Temperatur des ersten Katalysators 3 schnell erhöht. Damit erhöht sich auch die Temperatur des Filters 41. Falls der Filter 41 durch Erhöhen der Temperatur des Filters 41 auf die oben beschriebene Art regeneriert wird, besteht jedoch die Möglichkeit, dass der erste Katalysator 3 überhitzt wird. Falls in dem ersten Katalysator 3 Wärme erzeugt wird, wird in der Abgasleitung 2 Wärme an den zweiten Katalysator 4 abgegeben.
Demgegenüber wird während der Magersteuerung eine Zeitdauer, während derer das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Verbrennungsmotors 1 auf das vorbestimmte magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis festgelegt ist, verhältnismäßig lang angesetzt, um mageres Gas aus dem ersten Katalysator 3 strömen zu lassen. Während der Fettsteuerung wird eine Zeitdauer, während derer das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Verbrennungsmotors 1 auf das vorbestimmte fette Luft-Kraftstoff-Verhältnis festgelegt ist, verhältnismäßig lang angesetzt, um fettes Gas aus dem ersten Katalysator 3 strömen zu lassen. Das heißt, dass während der Magersteuerung, eine Menge an Sauerstoff, welche größer ist als eine Menge an in dem ersten Katalysator 3 speicherbaren Sauerstoff, in den ersten Katalysator 3 strömen gelassen wird, und dass während der Fettsteuerung, eine Menge an unverbranntem Kraftstoff, welche größer ist als eine Menge an mit dem in dem ersten Katalysator 3 gespeicherten Sauerstoff oxidierbaren unverbrannten Kraftstoff, in den ersten Katalysator 3 strömen gelassen wird.
In einer Zeitdauer zwischen dem Festlegen des Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Verbrennungsmotors 1 auf das vorbestimmte magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis und einem Ausströmen von mageren Gas aus dem ersten Katalysator 3 wird bei der Magersteuerung der in den ersten Katalysator 3 strömende Sauerstoff größtenteils im ersten Katalysator 3 gespeichert. Im Falle einer anschließend folgenden Ausführung der Magersteuerung strömt Sauerstoff aus dem ersten Katalysator 3, da Sauerstoff kaum in dem ersten Katalysator 3 gespeichert wird. Sauerstoff wird dem zweiten Katalysator 4 zugeführt, wobei Sauerstoff in dem zweiten Katalysator 4 gespeichert wird.
In einer Zeitdauer zwischen dem Festlegen des Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Verbrennungsmotors 1 auf das vorbestimmte fette Luft-Kraftstoff-Verhältnis und einem Ausströmen von fetten Gas aus dem ersten Katalysator 3 kann bei der Fettsteuerung Wärme in dem ersten Katalysator 3 erzeugt werden, da der in den ersten Katalysator 3 strömende unverbrannte Kraftstoff größtenteils mit dem im ersten Katalysator gespeicherten Sauerstoff oxidiert wird. Im Falle einer anschließend folgenden Ausführung der Fettsteuerung wird eine übermäßige Erhöhung der Temperatur des ersten Katalysators 3 effizient unterbunden, da Sauerstoff kaum von dem ersten Katalysator 3 ausgestoßen wird und unverbrannter Kraftstoff kaum in dem ersten Katalysator 3 oxidiert wird. Sauerstoff wird dem zweiten Katalysator 4 zugeführt, wobei Sauerstoff in dem zweiten Katalysator 4 gespeichert wird. Des Weiteren wird, da unverbrannter Kraftstoff aus dem ersten Katalysator 3 strömt, dem zweiten Katalysator unverbrannter Kraftstoff zugeführt. Unverbrannter Kraftstoff wird durch in dem zweiten Katalysator 4 gespeicherten Sauerstoff oxidiert und Wärme wird erzeugt. Damit wird die Temperatur des Filters 41 erhöht.
Die Magersteuerung und die Fettsteuerung werden alternierend ausgeführt, Wärme wird wiederholt in dem zweiten Katalysator 4 erzeugt und die Temperatur des zweiten Katalysators 4 wird effizient erhöht. Nachdem sich die Temperatur des Filters 41 auf die Feinstaubteilchenoxidationstemperatur erhöht, werden während der Magersteuerung dann im Falle eines Einströmens von mageren Gas in den Filter 41 in dem Filter 41 eingefangene Feinstaubteilchen oxidiert. Damit wird der Filter 41 regeneriert.
Wie oben beschrieben wird nach dem schnellen Erhöhen der Temperatur des ersten Katalysators 3 mittels der ersten Steuerung die zweite Steuerung ausgeführt, wobei es möglich ist, die Temperatur des zweiten Katalysators 4 schnell zu erhöhen und gleichzeitig ein thermisches Verschlechtern des zweiten Katalysators 4 aufgrund von Überhitzen effizient zu unterbinden. Damit ist es möglich, den Filter 41 früh zu regenerieren und gleichzeitig eine thermische Verschlechterung des zweiten Katalysators 4 effizient zu unterbinden.
2 ist ein Zeitdiagramm, welches einen Wechsel einer Motordrehzahl bei einer Regeneration eines Filters 41 nach dem Start des Verbrennungsmotors 1, ein Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Verbrennungsmotors 1 und Temperaturen des ersten Katalysators 3 und des Filters 41 zeigt. Eine durchgezogene Linie zeigt einen Fall an, in welchem die erste Steuerung und die zweite Steuerung gemäß dem Beispiel ausgeführt werden, und eine unterbrochene Linie zeigt einen Fall an, in welchem die erste Steuerung sogar dann ausgeführt wird, nachdem sich die Temperatur des ersten Katalysators 3 auf eine Temperatur erhöht hat, die größer oder gleich der vorbestimmten Temperatur ist (nachfolgend als Fall einer Vergleichssteuerungsausführung genannt). TA stellt eine Temperatur dar, bei welcher der erste Katalysator 3 thermisch verschlechtert wird. TB stellt einen unteren Grenzwert (d.h., eine Feinstaubteilchenoxidationstemperatur) der Temperatur dar, welche zur Regeneration des Filters 41 notwendig ist, und TC stellt den unteren Grenzwert (d.h., die vorbestimmte Temperatur) der für den ersten Katalysator 3 angeforderten Temperatur dar.
T1 ist ein Zeitpunkt, bei welchem eine Temperaturerhöhungssteuerung zum Erhöhen der Temperatur des ersten Katalysators 3 und des Filters 41 nach dem Start des Verbrennungsmotors 1 gestartet wird. Bei der Temperaturerhöhungssteuerung wird zunächst die erste Steuerung gestartet und wird dann zu einem Zeitpunkt, an welchem die erste Steuerung endet, die zweite Steuerung gestartet. Dementsprechend wird die erste Steuerung ab T1 gestartet. Bei der ersten Steuerung wird das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Verbrennungsmotors 1 auf das fette Luft-Kraftstoff-Verhältnis festgelegt. Dann wird bis zu dem T2 bezeichneten Zeitpunkt die erste Steuerung ausgeführt. Während sich in einer Zeitspanne zwischen T1 und T2 die Temperatur des ersten Katalysators 3 aufgrund der ersten Steuerung schnell erhöht, erhöht sich die Temperatur des zweiten Katalysators 4 langsam. Zum Zeitpunkt T2 erreicht die Temperatur des ersten Katalysators 3 den unteren Grenzwert TC der für den ersten Katalysator 3 angeforderten Temperatur. Aus diesem Grund endet zum Zeitpunkt T2 die erste Steuerung und wird die zweite Steuerung gestartet.
Im Falle der Vergleichssteuerungsausführung erhöht sich in einer Zeitspanne nach T2 eine Temperaturerhöhungsrate des ersten Katalysators 3 im Vergleich zu einem Fall, in welchem die zweite Steuerung gemäß dem Beispiel ausgeführt. Da jedoch in der Abgasleitung vom ersten Katalysator 3 zum Filter 41 nach außen Wärme abgeführt wird, wird eine Temperaturerhöhungsrate des Filters 41 verhältnismäßig klein. Aus diesem Grund wird in einem Falle der Vergleichsteuerungsausführung viel Zeit benötigt, bis sich die Temperatur des Filters 41 bis zum unteren Grenzwert TB der zur Regeneration des Filters 41 notwendigen Temperatur erhöht. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, dass die Temperatur des ersten Katalysators 3 übermäßig höher wird als normal und dass der erste Katalysator 3 thermisch verschlechtert wird. Aus diesem Grund verringert sich in einem Falle der Vergleichssteuerungsausführung die Motordrehzahl bevor die Temperatur des ersten Katalysators 3 die Temperatur TA erreicht, bei welcher eine thermische Verschlechterung auftritt, wobei eine Erhöhung der Temperatur des ersten Katalysators 3 effizient unterbunden wird. Damit verlangsamt sich die Erhöhung der Temperatur des Filters 41. Falls sich die Motordrehzahl nicht verringert, besteht, wie durch eine strichpunktierte Linie angegeben, die Möglichkeit, dass die Temperatur des ersten Katalysators 3 höher wird als die Temperatur TA, bei welcher eine thermische Verschlechterung auftritt.
Im Falle der Ausführung der zweiten Steuerung gemäß dem Beispiel ist es möglich, da es möglich ist, die Temperaturerhöhungsrate des ersten Katalysators 3 zu verringern und die Temperaturerhöhungsrate des Filters 41 zu erhöhen, die Temperatur des Filters 41 schnell auf den unteren Grenzwert TB der für die Regeneration des Filters 41 notwendigen Temperatur zu erhöhen, während eine Erhöhung der Temperatur des ersten Katalysators 3 auf die Temperatur TA, bei welcher eine thermische Verschlechterung auftritt, effizient unterbunden wird.
3 ist ein Flussdiagramm, welches einen Verlauf einer Temperaturerhöhungssteuerung gemäß dem Beispiel zeigt. Das Flussdiagramm wird von der ECU 10 zum Zeitpunkt des Starts des Verbrennungsmotors 1 durchlaufen.
Im Schritt S101 wird bestimmt, ob der Verbrennungsmotor 1 unter kalten Bedingungen gestartet wird. Im Schritt S101 wird beispielsweise bestimmt, ob der erste Katalysator 3 und der zweite Katalysator 4 in einem Zustand sind, in welchem Abgas nicht gereinigt werden kann. Falls beispielsweise eine Temperatur eines Kühlmittels des Verbrennungsmotors 1 bei einer Temperatur ist, bei welcher davon ausgegangen wird, dass der Start unter kalten Bedingungen erfolgt, ist die Bestimmung im Schritt S101 positiv. Im Schritt S101 kann anstatt der Bestimmung, ob der Verbrennungsmotor 1 unter kalten Bedingungen gestartet wird, bestimmt werden, ob eine Anforderung zum Erhöhen der Temperatur des ersten Katalysators 3 und des zweiten Katalysators 4 vorliegt. Falls die Bestimmung im Schritt S101 positiv ist, geht der Prozess weiter mit Schritt S102, und, falls die Bestimmung im Schritt S101 negativ ist, wird der Durchlauf des Flussdiagramms beendet.
Im Schritt S102 wird die Feinstaubteilchenabscheidungsmenge des Filters 41 ermittelt. Die Feinstaubteilchenabscheidungsmenge des Filters 41 wird separat von der ECU 10 berechnet.
Im Schritt S103 wird bestimmt, ob die Feinstaubteilchenabscheidungsmenge des Filters 41 größer oder gleich der vorbestimmten Menge ist. Im Schritt S103 wird bestimmt, ob der Filter 41 regeneriert werden muss. Falls die Bestimmung im Schritt S103 positiv ist, geht der Prozess weiter mit Schritt S104, und, falls die Bestimmung im Schritt S103 negativ ist, geht der Prozess weiter mit Schritt S106.
Im Schritt S104 wird die erste Steuerung ausgeführt. Die erste Steuerung wird nachfolgend beschrieben. Im Schritt S105 wird die zweite Steuerung ausgeführt. Die zweite Steuerung wird nachfolgend beschrieben. Im Schritt S106 wird die normale Temperaturerhöhungssteuerung ausgeführt. Die hier verwendete normale Temperaturerhöhungssteuerung ist eine Steuerung für den Fall, in welchem der Filter 41 nicht regeneriert wird, und ist eine Steuerung zum schnellen Erhöhen der Temperatur des ersten Katalysators 3. Zum Beispiel kann dieselbe Steuerung wie die erste Steuerung ausgeführt werden, bis die Temperatur des ersten Katalysators 3 größer oder gleich der vorbestimmten Temperatur ist, oder können andere Arten der bekannten Steuerung ausgeführt werden. Zum Beispiel kann bei der normalen Temperaturerhöhungssteuerung zunächst die erste Steuerung ausgeführt werden und kann dann das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Verbrennungsmotors 1 derart in vergleichsweise kurzen Intervallen zum mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis und zum fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis geändert werden, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des aus dem ersten Katalysator 3 strömenden Abgases gleich dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird. Wie oben beschrieben wird das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis in vergleichsweise kurzen Intervallen zum fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis und zum mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis geändert, wobei Sauerstoff insbesondere dem ersten Katalysator 3 zugeführt wird, wenn das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis das magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, und unverbrannter Kraftstoff insbesondere dem ersten Katalysator 3 zugeführt wird, wenn das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis das fette Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist. Daher wird unverbrannter Kraftstoff oxidiert und wird Wärme in dem ersten Katalysator 3 erzeugt und erhöht sich die Temperatur des ersten Katalysators 3 schnell. Durch die Schritte S104 und S105 fungiert die ECU 10 als eine Steuerungsvorrichtung der Erfindung.
Als Nächstes wird die erste Steuerung beschrieben. 4 ist ein Flussdiagramm, welches einen Verlauf einer ersten Steuerung zeigt. Das in 4 gezeigte Flussdiagramm wird im Schritt S104 des in 3 gezeigten Flussdiagramms durchlaufen.
Im Schritt S201 wird die erste Steuerung gestartet. Die erste Steuerung startet, wobei Gas bei einer hohen Temperatur vom Verbrennungsmotor 1 ausgestoßen wird.
Im Schritt S202 wird die Temperatur des ersten Katalysators 3 ermittelt. Die ECU 10 erfasst die Temperatur des ersten Katalysators 3 auf der Grundlage des Erfassungswerts des ersten Temperatursensors 11 oder des zweiten Temperatursensors 12 oder schätzt die Temperatur des ersten Katalysators 3 auf der Grundlage des Betriebszustands des Verbrennungsmotors 1 ab.
Im Schritt S203 wird bestimmt, ob die Temperatur des ersten Katalysators 3 größer oder gleich der vorbestimmten Temperatur ist. Im Schritt S203 erreicht die Temperatur des ersten Katalysators 3 den unteren Grenzwert der für den ersten Katalysator 3 angeforderten Temperatur, wobei bestimmt wird, ob eine Bedingung zum Beendigen der ersten Steuerung vorliegt. Falls die Bestimmung im Schritt S203 positiv ist, geht der Prozess weiter mit Schritt S204 und die erste Steuerung wird beendet. Falls die Bestimmung im Schritt S203 negativ ist, kehrt der Prozess zurück zum Schritt S202 und wird die erste Steuerung fortgesetzt.
Als Nächstes wird die zweite Steuerung beschrieben. 5 ist ein Flussdiagramm, welches einen Verlauf der zweiten Steuerung zeigt. Das in 5 gezeigte Flussdiagramm wird im Schritt S105 des in 3 gezeigten Flussdiagramms durchlaufen.
Im Schritt S301 wird die zweite Steuerung gestartet. Damit wird zum Beispiel die Fettsteuerung oder die Magersteuerung gestartet.
Im Schritt S302 wird bestimmt, ob die Fettsteuerung ausgeführt wird. Falls die Bestimmung im Schritt S302 positiv ist, geht der Prozess weiter mit Schritt S303, und, falls die Bestimmung im Schritt S302 negativ ist, geht der Prozess weiter mit Schritt S306.
Im Schritt S303 wird bestimmt, ob seit einem Ausströmen von fettem Gas aus dem ersten Katalysator 3 eine erste vorbestimmte Zeitdauer verstrichen ist. Falls kein fettes Gas aus dem ersten Katalysator 3 ausströmt oder falls fettes Gas aus dem ersten Katalysator 3 ausströmt, die erste vorbestimmte Zeitdauer aber noch nicht verstrichen ist, ist die Bestimmung negativ. Im Schritt S303 wird bestimmt, ob eine Bedingung zum Umschalten des Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Verbrennungsmotors 1 von einem vorbestimmten fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu einem vorbestimmten mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis vorliegt. Die erste vorbestimmte Zeitdauer, das vorbestimmte fette Luft-Kraftstoff-Verhältnis und das vorbestimmte magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis werden im Vorhinein unter Berücksichtigung des Unterbindens einer Überhitzung des ersten Katalysators 3, eines Fördern einer Erhöhung der Temperatur des Filters 41, eines Unterbindens einer Verschlechterung der Kraftstoffeffizienz oder von Ähnlichem durch ein Experiment, eine Simulation oder durch Ähnliches erhalten. Falls die Bestimmung im Schritt S303 positiv ist, geht der Prozess weiter mit Schritt S304, und wird das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Verbrennungsmotors 1 auf das magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis festgelegt. Damit wird ein Umschalten von der Fettsteuerung zu der Magersteuerung ausgeführt. Falls die Bestimmung im Schritt S303 negativ ist, geht der Prozess weiter mit Schritt S305 und wird das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Verbrennungsmotors 1 auf das fette Luft-Kraftstoff-Verhältnis festgelegt. Damit wird die Fettsteuerung fortgesetzt.
Im Schritt S306 wird bestimmt, ob seit einem Ausströmen von magerem Gas aus dem ersten Katalysator 3 eine zweite vorbestimmte Zeitdauer verstrichen ist. Falls kein mageres Gas aus dem ersten Katalysator 3 ausströmt oder falls mageres Gas aus dem ersten Katalysator 3 ausströmt, die zweite vorbestimmte Zeitdauer aber noch nicht verstrichen ist, ist die Bestimmung negativ. Im Schritt S306 wird bestimmt, ob eine Bedingung zum Umschalten des Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Verbrennungsmotors 1 von einem vorbestimmten mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu einem vorbestimmten fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis vorliegt. Die zweite vorbestimmte Zeitdauer wird im Vorhinein unter Berücksichtigung des Unterbindens einer Überhitzung des ersten Katalysators 3, eines Fördern einer Erhöhung der Temperatur des Filters 41, eines Unterbindens einer Verschlechterung der Kraftstoffeffizienz oder von Ähnlichem durch ein Experiment, eine Simulation oder durch Ähnliches erhalten. Falls die Bestimmung im Schritt S306 positiv ist, geht der Prozess weiter mit Schritt S307, und wird das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Verbrennungsmotors 1 auf das fette Luft-Kraftstoff-Verhältnis festgelegt. Damit wird ein Umschalten von der Magersteuerung zu der Fettsteuerung ausgeführt. Falls die Bestimmung im Schritt S306 negativ ist, geht der Prozess weiter mit Schritt S308 und wird das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Verbrennungsmotors 1 auf das magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis festgelegt. Damit wird die Magersteuerung fortgesetzt.
Im Schritt S309 wird bestimmt, ob seit dem Start der zweiten Steuerung eine dritte vorbestimmte Zeitdauer verstrichen ist. Die dritte vorbestimmte Zeitdauer ist eine Zeitdauer, welche dafür benötigt wird, dass sich die Temperatur des Filters 41 auf die Feinstaubteilchenoxidationstemperatur erhöht. Die dritte vorbestimmte Zeitdauer wird im Vorhinein durch ein Experiment, eine Simulation oder durch Ähnliches erhalten. Die Temperatur des Filters 41 kann ermittelt werden und falls sich die Temperatur des Filters 41 auf die Feinstaubteilchenoxidationstemperatur erhöht, kann bestimmt werden, dass die dritte vorbestimmte Zeitdauer verstrichen ist. Falls die Bestimmung im Schritt S309 positiv ist, geht der Prozess weiter mit Schritt S310 und wird die zweite Steuerung beendet. Damit wird das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Verbrennungsmotors 1 auf einen dem Betriebszustand entsprechenden Wert festgelegt. Falls die Bestimmung im Schritt S309 negativ ist, kehrt der Prozess zurück zum Schritt S302 und wird die zweite Steuerung fortgesetzt.
Wie oben beschrieben wird die erste Steuerung ausgeführt, wenn der Verbrennungsmotor 1 unter kalten Bedingungen gestartet wird, wobei es möglich ist, die Temperatur des ersten Katalysators 3 schnell zu erhöhen. Die zweite Steuerung wird nach dem Beenden der ersten Steuerung ausgeführt, um alternierend die Fettsteuerung und die Magersteuerung zu wiederholen, wobei es möglich ist, unverbrannten Kraftstoff in dem zweiten Katalysator 4 oxidieren zu lassen, während eine Erhöhung der Temperatur des ersten Katalysators 3 effizient unterbunden wird. Daher ist es möglich, die Temperatur des zweiten Katalysators 4 effizient und schnell zu erhöhen. Damit ist es möglich, den Filter 41 früh zu regenerieren, während ein thermisches Verschlechtern des ersten Katalysators 3 effizient unterbunden wird.
Beschrieben wurde eine Abgassteuerungsvorrichtung, welches einen ersten Katalysator (3), einen Filter (41), und ein elektronisches Steuergerät (10) aufweist. Das elektronische Steuergerät (10) ist ausgebildet, mehrfach abwechselnd eine Magersteuerung und eine Fettsteuerung auszuführen. Die Magersteuerung ist eine Steuerung, über eine Zeitdauer, welche länger ist als eine Zeitdauer zwischen einem Festlegen eines Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf ein vorbestimmtes mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis und einem Überschreiten des stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses durch ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines aus dem ersten Katalysator (3) strömenden Abgases, das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf das vorbestimmte magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis festzulegen. Die Fettsteuerung ist eine Steuerung, über eine Zeitdauer, welche länger ist als eine Zeitdauer zwischen einem Festlegen eines Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf ein vorbestimmtes fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis und einem Unterschreiten des stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses durch ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines aus dem ersten Katalysator (3) strömenden Abgases, das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf das vorbestimmte fette Luft-Kraftstoff-Verhältnis festzulegen.

Claims

Abgassteuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor (1), wobei die Abgassteuerungsvorrichtung aufweist: einen ersten Katalysator (3), welcher in einer Abgasleitung (2) des Verbrennungsmotors (1) vorgesehen ist und welcher ein Oxidationsvermögen und ein Sauerstoffspeicherungsvermögen hat; einen Filter (41), welcher in der Abgasleitung (2) stromabwärts des ersten Katalysators (3) vorgesehen ist und welcher ausgebildet ist, Feinstaubteilchen im Abgas einzufangen, wobei der Filter (41) einen zweiten Katalysator (4), der ein Katalysator mit Oxidationsvermögen und Sauerstoffspeicherungsvermögen ist, stützt; und ein elektronisches Steuergerät (10), welches ausgebildet ist, im Falle einer Regeneration des Filters (41) zu einem Zeitpunkt eines Starts des Verbrennungsmotors (1) eine erste Steuerung zum Erhöhen der Temperatur des ersten Katalysators (3) auf eine vorbestimmte Temperatur auszuführen, wobei das elektronische Steuergerät (10) ausgebildet ist, nach der ersten Steuerung eine zweite Steuerung auszuführen; die zweite Steuerung eine Steuerung zum mehrfachen abwechselnden Ausführen einer Magersteuerung und einer Fettsteuerung ist; die Magersteuerung eine Steuerung ist, um über eine Zeitdauer, welche länger ist als eine Zeitdauer zwischen einem Festlegen eines Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Verbrennungsmotors (1) auf ein vorbestimmtes mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, das größer ist als ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis, und einem Überschreiten des stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses durch ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines aus dem ersten Katalysator (3) strömenden Abgases, das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf das vorbestimmte magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis festzulegen; und die Fettsteuerung eine Steuerung ist, um über eine Zeitdauer, welche länger ist als eine Zeitdauer zwischen einem Festlegen eines Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf ein vorbestimmtes fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, das kleiner ist als ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis, und einem Unterschreiten des stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses durch ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines aus dem ersten Katalysator (3) strömenden Abgases, das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf das vorbestimmte fette Luft-Kraftstoff-Verhältnis festzulegen.
Abgassteuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das elektronische Steuergerät (10) ausgebildet ist, wenn die Temperatur des ersten Katalysators (3) einen unteren Grenzwert einer für den ersten Katalysator (3) angeforderten Temperatur erreicht, einen Anstieg der Temperatur des ersten Katalysators (3) auf die vorbestimmte Temperatur zu erfassen, die erste Steuerung zu beenden und die zweite Steuerung zu starten.
Abgassteuerungsverfahren für einen Verbrennungsmotor (1), wobei der Verbrennungsmotor (1) ausgebildet ist, einen in einer Abgasleitung (2) des Verbrennungsmotors (1) vorgesehenen ersten Katalysator (3) und einen in der Abgasleitung (2) stromabwärts des ersten Katalysators (3) vorgesehenen und zum Einfangen von Feinstaubteilchen im Abgas ausgebildeten Filter (41) aufzuweisen, wobei der erste Katalysator (3) ein Oxidationsvermögen und ein Sauerstoffspeicherungsvermögen hat, der Filter (41) einen zweiten Katalysator (4) stützt, welcher ein Katalysator mit Oxidationsvermögen und Sauerstoffspeicherungsvermögen ist, und wobei der Verbrennungsmotor (1) ausgebildet ist, durch ein elektronisches Steuergerät (10) gesteuert zu werden, wobei das Abgassteuerungsverfahren die Schritte aufweist: Ausführen einer ersten Steuerung zum Erhöhen der Temperatur des ersten Katalysators (3) auf eine vorbestimmte Temperatur mit dem elektronischen Steuergerät (10), im Falle einer Regeneration des Filters (41) zu einem Zeitpunkt eines Starts des Verbrennungsmotors (1), und Ausführen einer zweiten Steuerung nach der ersten Steuerung mit dem elektronischen Steuergerät (10), wobei die zweite Steuerung eine Steuerung zum mehrfachen abwechselnden Ausführen einer Magersteuerung und einer Fettsteuerung ist; die Magersteuerung eine Steuerung ist, um über eine Zeitdauer, welche länger ist als eine Zeitdauer zwischen einem Festlegen eines Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Verbrennungsmotors (1) auf ein vorbestimmtes mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, das größer ist als ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis, und einem Überschreiten des stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses durch ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines aus dem ersten Katalysator (3) strömenden Abgases, das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf das vorbestimmte magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis festzulegen; und die Fettsteuerung eine Steuerung ist, um über eine Zeitdauer, welche länger ist als eine Zeitdauer zwischen einem Festlegen eines Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf ein vorbestimmtes fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, das kleiner ist als ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis, und einem Unterschreiten des stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses durch ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines aus dem ersten Katalysator (3) strömenden Abgases, das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf das vorbestimmte fette Luft-Kraftstoff-Verhältnis festzulegen.
Abgassteuerungsverfahren nach Anspruch 3, welches des Weiteren die Schritte aufweist, mit dem elektronischen Steuergerät, wenn die Temperatur des ersten Katalysators (3) einen unteren Grenzwert einer für den ersten Katalysator (3) angeforderten Temperatur erreicht, einen Anstieg der Temperatur des ersten Katalysators (3) auf die vorbestimmte Temperatur zu erfassen; die erste Steuerung zu beenden; und die zweite Steuerung zu starten.