DE102019120773A1

DE102019120773A1 - Controller und Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE102019120773A1
Application number: DE102019120773.8A
Authority: DE
Inventors: Yuki NOSE; Yuto Ikeda; Keiichi Myojo; Hirokazu Ando
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-08-07
Filing date: 2019-08-01
Publication date: 2020-02-13
Anticipated expiration: 2039-08-02
Also published as: CN113107642B; CN110821609B; US11280285B2; JP2020023903A; US20200049086A1; DE102019120773B4; US20210108583A1; JP6992703B2; US10900429B2; CN113107642A; CN110821609A

Abstract

Ein Controller ist konfiguriert, um einen Verbrennungsmotor zu steuern. Der Controller ist konfiguriert, um eine Katalysatortemperatur-Erhöhungssteuerung zum Erhöhen einer Temperatur einer Dreiwege-Katalysatorvorrichtung auszuführen, durch Einbringen eines Luft-Kraftstoff-Gemisches, das den von einem Kraftstoffeinspritzventil eingespritzten Kraftstoff enthält, in einen Abgaskanal, ohne das Luft-Kraftstoff-Gemisch in einem Zylinder zu verbrennen. Der Controller beinhaltet eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuereinheit, die konfiguriert ist, um ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luft-Kraftstoff-Gemisches während der Ausführung der Katalysatortemperatur-Erhöhungssteuerung so zu steuern, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis während einer ersten Zeitspanne von einem Beginn der Katalysatortemperatur-Erhöhungssteuerung bis zu einem bestimmten Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Umschaltzeitpunkt ein fetteres Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird, als während einer zweiten Zeitspanne von dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Umschaltzeitpunkt bis zu einem Abschluss der Katalysatortemperatur-Erhöhungssteuerung.

Description

HINTERGRUND
Gebiet
Die folgende Beschreibung bezieht sich auf einen Controller und ein Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors, die bei einem Fremdzündungsverbrennungsmotor zur Anwendung kommen, bei dem eine Dreiwege-Katalysatorvorrichtung in einem Abgaskanal angeordnet ist.
Beschreibung des Standes der Technik
Ein Fremdzündungsverbrennungsmotor führt die Verbrennung durch, indem er mit einem Funken einer Zündkerze das in einen Zylinder eingebrachte Luft-Kraftstoff-Gemisch entzündet. Die Verbrennung eines Teils des Kraftstoffs im Luft-Kraftstoff-Gemisch kann unvollständig sein, wodurch kohlenstoffhaltige Partikel (nachstehend PM genannt) entstehen.
Die US-Patentanmeldung US 2014/0041362 A offenbart einen fahrzeugseitigen Fremdzündungsverbrennungsmotor mit einer in einem Abgaskanal angeordneten Dreiwege-Katalysatorvorrichtung und einem auf der stromabwärts gelegenen Seite der Dreiwege-Katalysatorvorrichtung im Abgaskanal angeordneten PM-Filter. Bei einem solchen Verbrennungsmotor werden die im Zylinder erzeugten PM durch einen Filter abgeschieden bzw. gefangen, um zu verhindern, dass die PM nach außen abgegeben werden. Die aufgenommenen PM setzen sich allmählich im Filter ab. Wenn also die Ablagerung zurückbleibt, können die abgeschiedenen PM den Filter schließlich verstopfen.
Im Verbrennungsmotor werden die im Filter abgeschiedenen PM wie folgt entfernt. Das heißt, im Verbrennungsmotor wird während des Rollens bzw. Schubbetriebs des Fahrzeugs die Kraftstoffeinspritzung ausgeführt, während der Funken der Zündkerze gestoppt ist, wodurch ein unverbranntes Luft-Kraftstoff-Gemisch in die Dreiwege-Katalysatorvorrichtung eingebracht wird. Beim Einbringen des unverbrannten Luft-Kraftstoff-Gemisches verbrennt das Luft-Kraftstoff-Gemisch in der Dreiwege-Katalysatorvorrichtung und erhöht dadurch die Temperatur der Dreiwege-Katalysatorvorrichtung (nachfolgend Katalysatortemperatur genannt). Eine solche Erhöhung der Katalysatortemperatur erhöht die Temperatur des Gases, das aus der Dreiwege-Katalysatorvorrichtung in den Filter strömt. Wenn die Wärme des Hochtemperaturgases die Temperatur des Filters derart erhöht, dass diese höher oder gleich dem Zündpunkt der PM ist, werden die im Filter abgeschiedenen PM verbrannt und entfernt.
Während der Durchführung der Katalysatortemperatur-Erhöhungssteuerung nimmt, wenn die Kraftstoffkonzentration des in die Dreiwege-Katalysatorvorrichtung eingebrachten Luft-Kraftstoff-Gemisches zu hoch ist, die Katalysatortemperatur übermäßig zu. Im Gegensatz dazu steigt, wenn die Kraftstoffkonzentration des Luft-Kraftstoff-Gemisches während der Steuerung zur Erhöhung der Katalysatortemperatur bzw. der Katalysatortemperatur-Erhöhungssteuerung reduziert wird, um einen übermäßigen Anstieg der Katalysatortemperatur zu begrenzen, die Katalysatortemperatur langsam an. Daher dauert es einige Zeit, bis die Katalysatortemperatur-Erhöhungssteuerung abgeschlossen ist.
Die Katalysatortemperatur-Erhöhungssteuerung kann auch für andere Zwecke als das Verbrennen und Entfernen der im Filter abgelagerten PM durchgeführt werden. In einem Fall, in dem beispielsweise die Abgasreinigungsleistung der Dreiwege-Katalysatorvorrichtung aufgrund einer Abnahme der Katalysatortemperatur während der Kraftstoffabschaltung des Verbrennungsmotors beim Abbremsen des Fahrzeugs reduziert wird, kann die Katalysatortemperatur-Erhöhungssteuerung ausgeführt werden, um die Abgasreinigungsleistung der Dreiwege-Katalysatorvorrichtung wiederherzustellen. In einem solchen Fall tritt das oben beschriebene Problem auf die gleiche Weise auf. Somit ist das oben beschriebene Problem unabhängig von den Zwecken häufig, wenn die Katalysatortemperatur-Erhöhungssteuerung durch Einbringen eines unverbrannten Luft-Kraftstoff-Gemisches in die Dreiwege-Katalysatorvorrichtung erfolgt.
KURZFASSUNG
Ein erster Aspekt schafft einen Controller, der konfiguriert ist, um einen Verbrennungsmotors zu steuern. Der Verbrennungsmotor beinhaltet ein Kraftstoffeinspritzventil, einen Zylinder, in den ein durch das Kraftstoffeinspritzventil eingespritztes Luft-Kraftstoff-Gemisch, das Kraftstoff enthält, eingebracht wird, eine Zündvorrichtung, die das in den Zylinder eingebrachte Luft-Kraftstoff-Gemisch mit einem Funken entzündet, einen Abgaskanal, durch den das aus dem Zylinder ausgetragene Gas strömt, und eine im Abgaskanal angeordnete Dreiwege-Katalysatorvorrichtung. Der Controller ist konfiguriert, um eine Katalysatortemperatur-Erhöhungssteuerung zum Erhöhen einer Temperatur der Dreiwege-Katalysatorvorrichtung durchzuführen, durch Einbringen des Luft-Kraftstoff-Gemisches, das den durch das Kraftstoffeinspritzventil eingespritzten Kraftstoff enthält, in den Abgaskanal, ohne das Luft-Kraftstoff-Gemisch in dem Zylinder zu verbrennen. Der Controller beinhaltet eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuereinheit, die konfiguriert ist, um ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luft-Kraftstoff-Gemisches während der Ausführung der Katalysatortemperatur-Erhöhungssteuerung so zu steuern, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis während einer ersten Zeitspanne von einem Beginn der Katalysatortemperatur-Erhöhungssteuerung bis zu einem bestimmten Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Umschaltzeitpunkt ein fetteres Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird, als während einer zweiten Zeitspanne von dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Umschaltzeitpunkt bis zu einem Abschluss der Katalysatortemperatur-Erhöhungssteuerung.
In diesem Fall wird in der ersten Zeitspanne ein fettes Luft-Kraftstoff-Gemisch in die Dreiwege-Katalysatorvorrichtung eingebracht, wodurch die Katalysatortemperatur schnell erhöht wird. Während der zweiten Zeitspanne, die auf die erste Zeitspanne folgt, wird ein magereres Luft-Kraftstoff-Gemisch als in der ersten Zeitspanne in die Dreiwege-Katalysatorvorrichtung eingebracht, wodurch ein Anstieg der Katalysatortemperatur begrenzt wird. Dadurch kann die Temperatur der Dreiwege-Katalysatorvorrichtung schnell ansteigen und gleichzeitig ein übermäßiger Temperaturanstieg begrenzt werden.
Die Anstiegsmenge der Katalysatortemperatur nach Beginn der Katalysatortemperatur-Erhöhungssteuerung ist positiv korreliert mit der Kraftstoffmenge, die in der Temperaturerhöhungssteuerung verbrennt, d.h. dem integrierten Wert der Kraftstoffeinspritzmenge des Kraftstoffeinspritzventils nach Beginn der Katalysatortemperatur-Erhöhungssteuerung. Wenn also die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuereinheit des Controllers für den Verbrennungsmotor konfiguriert ist, um als den Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Umschaltzeitpunkt einen Zeitpunkt zu definieren, zu dem der integrierte Wert der Kraftstoffeinspritzmenge des Kraftstoffeinspritzventils nach dem Starten der Katalysatortemperatur-Erhöhungssteuerung größer oder gleich einem vorgegebenen Umschaltbestimmungswert wird, kann der Umschaltzeitpunkt des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses entsprechend der Anstiegsmenge der Katalysatortemperatur eingestellt werden, nachdem die Katalysatortemperatur-Erhöhungssteuerung beginnt.
In einem Fall, bei dem der Umschaltbestimmungswert ein fester Wert ist, wird, wenn die Katalysatortemperatur zu Beginn der Katalysatortemperatur-Erhöhungssteuerung niedrig ist, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis umgeschaltet, bevor die Katalysatortemperatur ausreichend ansteigt. Infolgedessen kann die Temperatur der Dreiwege-Katalysatorvorrichtung unzureichend ansteigen, was den Abschluss der Temperaturerhöhung verzögert. Daher sollte die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuereinheit einfach konfiguriert sein, um in einem Fall, bei dem die Temperatur der Dreiwege-Katalysatorvorrichtung niedrig ist, wenn die Katalysatortemperatur-Erhöhungssteuerung beginnt, den Umschaltbestimmungswert auf einen größeren Wert einzustellen, als in einem Fall, bei dem die Temperatur hoch ist, wenn die Katalysatortemperatur-Erhöhungssteuerung beginnt.
Die Steuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses durch die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuereinheit kann beispielsweise durch Steuern der Kraftstoffeinspritzmenge des Kraftstoffeinspritzventils erfolgen.
Im Verbrennungsmotor mit dem PM-Abscheidungsfilter, der sich auf der stromabwärts gelegenen Seite der Dreiwege-Katalysatorvorrichtung im Abgaskanal befindet, können im Filter abgeschiedene PM durch Erhöhen der Katalysatortemperatur durch die Katalysatortemperatur-Erhöhungssteuerung verbrannt und entfernt werden. Das heißt, mit steigender Katalysatortemperatur steigt die Temperatur des aus der Dreiwege-Katalysatorvorrichtung in den Filter strömenden Gases. Die Wärme des Hochtemperaturgases erhöht die Temperatur des Filters. Wenn die Temperatur des Filters auf einen Wert höher als oder gleich dem Zündpunkt der PM steigt, werden die im Filter abgeschiedenen PM verbrannt und entfernt. In einigen Fällen wird in dem Verbrennungsmotor mit einem solchen Filter die Katalysatortemperatur-Erhöhungssteuerung durchgeführt, um die im Filter abgelagerten PM zu verbrennen und zu entfernen. In einem solchen Fall kann, wenn der Controller für den Verbrennungsmotor konfiguriert ist, um die PM-Ablagerungsmenge bzw. PM-Abscheidungsmenge des Filters zu schätzen und die Katalysatortemperatur-Erhöhungssteuerung unter der Bedingung auszuführen, dass die geschätzte PM-Abscheidungsmenge größer oder gleich dem bestimmten Wert ist, die Katalysatortemperatur-Erhöhungssteuerung zu einem geeigneten Zeitpunkt in Abhängigkeit davon ausgeführt werden, wie die PM im Filter abgeschieden werden.
Ein zweiter Aspekt schlägt ein Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors vor. Der Verbrennungsmotor beinhaltet ein Kraftstoffeinspritzventil, einen Zylinder, in den ein durch das Kraftstoffeinspritzventil eingespritztes Luft-Kraftstoff-Gemisch, das Kraftstoff enthält, eingebracht wird, eine Zündvorrichtung, die das in den Zylinder eingeführte Luft-Kraftstoff-Gemisch mit einem Funken entzündet, einen Abgaskanal, durch den das aus dem Zylinder ausgetragene Gas strömt, und eine im Abgaskanal angeordnete Dreiwege-Katalysatorvorrichtung. Das Verfahren beinhaltet das Ausführen einer Katalysatortemperatur-Erhöhungssteuerung zum Erhöhen einer Temperatur der Dreiwege-Katalysatorvorrichtung durch Einbringen des Luft-Kraftstoff-Gemisches, das den durch das Kraftstoffeinspritzventil eingespritzten Kraftstoff enthält, in den Abgaskanal, ohne das Luft-Kraftstoff-Gemisch im Zylinder zu verbrennen, und das Steuern eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Luft-Kraftstoff-Gemisches während der Durchführung der Katalysatortemperatur-Erhöhungssteuerung derart, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis während einer ersten Zeitspanne von einem Beginn der Katalysatortemperatur-Erhöhungssteuerung bis zu einem bestimmten Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Umschaltzeitpunkt ein fetteres Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird, als während einer zweiten Zeitspanne von dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Umschaltzeitpunkt bis zu einem Abschluss der Katalysatortemperatur-Erhöhungssteuerung.
Weitere Merkmale und Aspekte ergeben sich aus der folgenden detaillierten Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen.
Figurenliste

1 ist eine schematische Darstellung, die eine Konfiguration eines Controllers für einen Verbrennungsmotor gemäß einer Ausführungsform zeigt.
2 ist ein Graph, der den Zusammenhang zwischen einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis und einem Temperaturänderungsbetrag zeigt.
3 ist ein Flussdiagramm, das einen Ablauf einer von dem Controller ausgeführten Katalysatortemperatur-Erhöhungssteuerung zeigt.
4 ist ein Graph, der den Zusammenhang zwischen einem von dem Controller eingestellten Umschaltbestimmungswert in der Katalysatortemperatur-Erhöhungssteuerung und einer Katalysatortemperatur beim Start der Katalysatortemperatur-Erhöhungssteuerung zeigt.
5 ist ein Zeitschaubild, das ein Beispiel dafür zeigt, wie der Controller die Katalysatortemperatur-Erhöhungssteuerung durchführt.
6 ist ein Zeitschaubild, das Änderungen der Katalysatortemperatur während der Katalysatortemperatur-Erhöhungssteuerung anzeigt.
7 ist ein Zeitschaubild, das eine Abwandlung der Durchführung der Katalysatortemperatur-Erhöhungssteuerung zeigt.
8 ist ein Zeitschaubild, das eine weitere Abwandlung der Durchführung der Katalysatortemperatur-Erhöhungssteuerung zeigt.

In den Zeichnungen und in der detaillierten Beschreibung werden gleiche Bezugszeichen für gleiche Elemente verwendet. Die Zeichnungen brauchen hierbei nicht maßstabsgetreu zu sein, und die relative Größe, die Proportionen und die Darstellung der Elemente in den Zeichnungen können aus Gründen der Übersichtlichkeit, Illustration und Bequemlichkeit übertrieben sein.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Diese Beschreibung bietet ein umfassendes Verständnis der beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und/oder Systeme. Abwandlungen und Äquivalente der beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und/oder Systeme sind für jemanden, der über entsprechendes Fachwissen verfügt, ersichtlich. Die Arbeitsabläufe sind exemplarisch und können so geändert werden, wie für jemanden, der über entsprechendes Fachwissen verfügt, ersichtlich ist, mit Ausnahme von Arbeitsabläufen, die notwendigerweise in einer bestimmten Reihenfolge erfolgen. Beschreibungen von Funktionen und Konstruktionen, die jemandem, der über entsprechendes Fachwissen verfügt, wohlbekannt sind, können weggelassen werden.
Beispielhafte Ausführungsformen können unterschiedliche Formen haben und sind nicht auf die beschriebenen Beispiele beschränkt. Die beschriebenen Beispiele sind jedoch gründlich und vollständig und vermitteln den vollen Umfang der Offenbarung an jemanden, der über entsprechendes Fachwissen verfügt.
Ein Controller für einen Verbrennungsmotor gemäß einer Ausführungsform wird nun Bezug nehmend auf die 1 bis 6 ausführlich beschrieben.
1 zeigt einen Verbrennungsmotor 10, bei dem der Controller der vorliegenden Ausführungsform angewendet wird. Der Verbrennungsmotor 10 beinhaltet einen Zylinder 12, der einen Kolben 11 so aufnimmt, dass sich der Kolben 11 hin und her bewegen kann. Der Kolben 11 ist über eine Pleuelstange 13 mit einer Kurbelwelle 14 gekoppelt. Die Hubbewegung des Kolbens 11 im Zylinder 12 wird in eine Drehung der Kurbelwelle 14 umgewandelt.
Der Zylinder 12 ist mit einem Ansaugkanal 15 verbunden, durch den Luft eingebracht wird. Der Ansaugkanal 15 ist mit einem Luftmassenmesser 16 versehen, der die Durchflussmenge bzw. den Volumenstrom der durch den Ansaugkanal 15 strömenden Luft (Ansaugluftmenge) erfasst. Im Ansaugkanal 15 auf der stromabwärts gelegenen Seite des Luftmassenmessers 16 ist eine Drosselklappe 17 vorgesehen. Im Verbrennungsmotor 10 wird die Ansaugluftmenge durch Steuern des Öffnungsgrades der Drosselklappe 17 eingestellt. Weiterhin ist im Ansaugkanal 15 auf der stromabwärts gelegenen Seite der Drosselklappe 17 ein Kraftstoffeinspritzventil 18 vorgesehen. Das Kraftstoffeinspritzventil 18 spritzt Kraftstoff in die durch den Ansaugkanal 15 strömende Luft, um ein Gemisch aus Luft und Kraftstoff zu bilden.
Der Zylinder 12 hat ein Einlassventil 19, das den Ansaugkanal 15 mit dem Zylinder 12 verbindet und von diesem trennt. Das Luft-Kraftstoff-Gemisch wird beim Öffnen des Einlassventils 19 vom Ansaugkanal 15 in den Zylinder 12 eingebracht. Der Zylinder 12 ist mit einer Zündvorrichtung 20 versehen, die das Luft-Kraftstoff-Gemisch im Zylinder 12 mit einem Funken entzündet und verbrennt.
Der Zylinder 12 ist mit einem Abgaskanal 21 verbunden, der das bei der Verbrennung vom Luft-Kraftstoff-Gemisch entstehende Abgas austrägt. Der Zylinder 12 hat ein Auslassventil 22, das den Abgaskanal 21 mit dem Zylinder 12 verbindet und von diesem trennt. Das Abgas wird beim Öffnen des Auslassventils 22 vom Zylinder 12 in den Auslasskanal 21 eingebracht.
Der Abgaskanal 21 ist mit einer Dreiwege-Katalysatorvorrichtung 23 versehen, die CO und HC im Abgas oxidiert und NOx reduziert. Weiterhin ist im Abgaskanal 21 auf der stromabwärts gelegenen Seite der Dreiwege-Katalysatorvorrichtung 23 ein Filter 24 zum Abscheiden von PM im Abgas vorgesehen. Ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 25 ist auf der stromaufwärts gerichteten Seite der Dreiwege-Katalysatorvorrichtung 23 im Abgaskanal 21 angeordnet, um die Sauerstoffkonzentration des durch den Abgaskanal 21 strömenden Gases, d.h. das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luft-Kraftstoff-Gemisches, zu erfassen. Weiterhin ist zwischen der Dreiwege-Katalysatorvorrichtung 23 und dem Filter 24 im Abgaskanal 21 ein Katalysator-Austrittsgas-Temperatursensor 26 angeordnet, um die Temperatur des aus der Dreiwege-Katalysatorvorrichtung 23 ausströmenden Gases (Katalysatoraustrittsgastemperatur) zu erfassen.
Der Motor 10 beinhaltet einen Controller 27. Der Controller 27 ist als Mikrocomputer konfiguriert, der eine Berechnungsverarbeitungsschaltung beinhaltet, die Berechnungsprozesse zur Steuerung ausführt, und einen Speicher, der Programme und Daten zur Steuerung speichert. Der Controller 27 empfängt Erfassungssignale von dem Luftmassenmesser 16, dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 25 und dem Katalysator-Austrittsgas-Temperatursensor 26. Außerdem empfängt der Controller 27 Erfassungssignale von einem Kurbelwinkelsensor 28, der den Drehwinkel der Kurbelwelle 14 (Kurbelwinkel) erfasst. Der Controller 27 berechnet auch die Drehzahl (Motordrehzahl) der Kurbelwelle 14 aus dem Erfassungsergebnis des Kurbelwinkels. Der Controller 27 steuert Parameter wie den Öffnungsgrad der Zündvorrichtung 20, die Menge und den Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung des Kraftstoffeinspritzventils 18 und den Ausführungszeitpunkt des Zündfunkens der Zündvorrichtung 20 (Zündzeitpunkt) und steuert so den Betriebszustand des Verbrennungsmotors 10.
Wie vorstehend beschrieben, werden im Verbrennungsmotor 10 PM im Abgas im Filter 24 aufgefangen bzw. abgeschieden, der sich im Abgaskanal 21 befindet. Da sich die PM im Filter 24 ablagern, verstopft der Filter 24 schließlich.
Der Controller 27 schätzt bzw. ermittelt die im Filter 24 abgelagerte PM-Menge (PM-Abscheidungsmenge) basierend auf dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors 10, wie der Ansaugluftmenge und der Kraftstoffeinspritzmenge. Der Controller 27 ist konfiguriert, um eine Katalysatortemperatur-Erhöhungssteuerung zum Erhöhen der Temperatur der Dreiwege-Katalysatorvorrichtung 23 (im Folgenden als Katalysatortemperatur bezeichnet) auszuführen, wenn die PM-Abscheidungsmenge größer oder gleich einem bestimmten Wert wird.
Der Controller 27 ist konfiguriert, um während der Ausführung der Katalysatortemperatur-Erhöhungssteuerung einen Kraftstoffeinbringungsprozess zum Einbringen eines Luft-Kraftstoff-Gemisches, das Kraftstoff enthält, der vom Kraftstoffeinspritzventil 18 eingespritzt wird, durchzuführen, ohne das Luft-Kraftstoff-Gemisch im Zylinder 12 zu verbrennen. Der Kraftstoffeinbringungsprozess wird durchgeführt, indem die Kraftstoffeinspritzung des Kraftstoffeinspritzventils 18 bei gestopptem Funken der Zündvorrichtung 20 durchgeführt wird. Wenn der Kraftstoffeinbringungsprozess so durchgeführt wird, dass unverbranntes Luft-Kraftstoff-Gemisch in den Abgaskanal 21 eingebracht wird, verbrennt das Luft-Kraftstoff-Gemisch in der Dreiwege-Katalysatorvorrichtung 23. Diese Verbrennung erzeugt Wärme. Wenn die Wärme die Katalysatortemperatur erhöht, steigt die Temperatur des Gases, das aus der Dreiwege-Katalysatorvorrichtung 23 und dann in den Filter 24 strömt. Das strömende Hochtemperaturgas erwärmt den Filter 24. Wenn der Filter 24 also auf die Temperatur des Zündpunktes der PM oder höher erwärmt wird, können die im Filter 24 abgelagerten PM verbrannt und entfernt werden. Dementsprechend verbrennt und entfernt der Controller 27 die im Filter 24 abgelagerten PM, indem er die Katalysatortemperatur-Erhöhungssteuerung ausführt, um die Temperatur der Dreiwege-Katalysatorvorrichtung 23 auf eine Solltemperatur zu erhöhen, die als Katalysatortemperatur eingestellt ist, bei der der Filter 24 auf die Temperatur des Zündpunktes der PM oder höher erwärmt werden kann.
Im Kraftstoffeinbringungsprozess der Katalysatortemperatur-Erhöhungssteuerung muss das Luft-Kraftstoff-Gemisch im Zylinder 12 durch eine Pumpenwirkung, die durch eine Auf- und Abwärtsbewegung des Kolbens 11 bei gestopptem Verbrennungsvorgang des Verbrennungsmotors 10 verursacht wird, in den Abgaskanal 21 geleitet werden. Daher muss die Katalysatortemperatur-Erhöhungssteuerung in einer Situation durchgeführt werden, in der die Drehung der Kurbelwelle 14 durch externe Antriebskräfte aufrechterhalten werden kann. In einem Fall, in dem der Verbrennungsmotor 10 am Fahrzeug montiert ist, kann die Drehung der Kurbelwelle 14, während das Fahrzeug rollt, durch Übertragung der Antriebskraft von den Rädern aufrechterhalten werden, auch wenn der Verbrennungsvorgang des Verbrennungsmotors 10 gestoppt ist. So kann die Katalysatortemperatur-Erhöhungssteuerung beispielsweise während des Rollens bzw. Schubbetriebs des Fahrzeugs durchgeführt werden. Weiterhin sind einige Hybridfahrzeuge, die zusätzlich zum Verbrennungsmotor 10 einen Motor als Antriebsquelle aufweisen, in der Lage, die Kurbelwelle 14 mit der Antriebskraft des Motors bei gestopptem Verbrennungsvorgang des Verbrennungsmotors 10 zu drehen. In solchen Hybridfahrzeugen kann der Kraftstoffeinbringungsprozess unter Drehung der Kurbelwelle 14 mit der Antriebskraft des Motors erfolgen.
Der Controller 27 beinhaltet eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuereinheit 29, die das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luft-Kraftstoff-Gemisches steuert, das während des Kraftstoffeinbringungsprozess während der Katalysatortemperatur-Erhöhungssteuerung in den Abgaskanal 21 eingebracht wird. Die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuereinheit 29 steuert das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luft-Kraftstoff-Gemisches, indem es die Kraftstoffeinspritzmenge des Kraftstoffeinspritzventils 18 entsprechend der vom Luftmassenmesser 16 erfassten Ansaugluftmenge steuert. Die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuereinheit 29 steuert das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luft-Kraftstoff-Gemisches während der Durchführung der Katalysatortemperatur-Erhöhungssteuerung so, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis während einer ersten Zeitspanne vom Beginn der Katalysatortemperatur-Erhöhungssteuerung bis zu einem bestimmten Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Umschaltzeitpunkt ein fetteres Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird als während einer zweiten Zeitspanne vom Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Umschaltzeitpunkt bis zum Abschluss der Katalysatortemperatur-Erhöhungssteuerung.
Die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuereinheit 29 führt die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung während der Durchführung der Katalysatortemperatur-Erhöhungssteuerung so durch, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luft-Kraftstoff-Gemisches in der ersten Zeitspanne auf ein begrenztes Luft-Kraftstoff-Verhältnis LMT (später beschrieben) eingestellt wird, und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luft-Kraftstoff-Gemisches in der zweiten Zeitspanne auf ein konvergentes Luft-Kraftstoff-Verhältnis CON (später beschrieben) eingestellt wird.
2 zeigt den Zusammenhang zwischen dem Luft-Kraftstoff- Verhältnis des in die Dreiwege-Katalysatorvorrichtung 23 strömenden Luft-Kraftstoff-Gemisches und dem Änderungsbetrag der Katalysatortemperatur, wenn der Kraftstoffeinbringungsprozess für einen bestimmten Zeitraum nachdem die Katalysatortemperatur die Solltemperatur erreicht hat, ausgeführt wird, wobei die Temperatur und die Durchflussmenge des Luft-Kraftstoff-Gemisches festgelegt sind. Die Wärmeaufnahmemenge der Dreiwege-Katalysatorvorrichtung 23 während der Katalysatortemperatur-Erhöhungssteuerung ist die Differenz, die durch Subtrahieren der Menge an Wärme, die durch die Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemisches in der Dreiwege-Katalysatorvorrichtung 23 erzeugt wird, von der Menge an Wärme, die durch das aus der Dreiwege-Katalysatorvorrichtung 23 strömende Gas abgeführt wird, erhalten wird. Wenn diese Differenz ein positiver Wert ist, steigt die Katalysatortemperatur in einem bestimmten Zeitraum von der Solltemperatur an. Wenn die Differenz ein negativer Wert ist, sinkt die Katalysatortemperatur in einem bestimmten Zeitraum von der Solltemperatur ab. Wenn die Differenz Null ist, bleibt die Katalysatortemperatur auf der Solltemperatur. Das konvergente Luft-Kraftstoff-Verhältnis CON ist ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luft-Kraftstoff-Gemisches, bei dem diese Katalysatortemperatur auf der Solltemperatur bleibt.
Im Bereich eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, das magerer ist als ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis, bei dem eine Sauerstoffmenge, die den gesamten im Luft-Kraftstoff-Gemisch enthaltenen Kraftstoff verbrennen kann, im Luft-Kraftstoff-Gemisch vorhanden ist, steigt, wenn die Kraftstoffkonzentration des Luft-Kraftstoff-Gemisches zunimmt, die durch die Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemisches in der Dreiwege-Katalysatorvorrichtung 23 erzeugte Wärmemenge an und die Temperatur des austretenden Gases steigt, wodurch die abzuführende Wärmemenge verringert wird. Somit kann in diesem Bereich, wenn die Kraftstoffkonzentration des Luft-Kraftstoff-Gemisches erhöht wird, die Temperatur der Dreiwege-Katalysatorvorrichtung 23 während der Katalysatortemperatur-Erhöhungssteuerung schnell erhöht werden. Ist die Kraftstoffkonzentration des Luft-Kraftstoff-Gemisches jedoch höher als eine bestimmte Kraftstoffkonzentration, treten Probleme auf, wie z.B. das Auftreten eines Nachbrennens, bei dem das Luft-Kraftstoff-Gemisch im Abgaskanal 21 verbrennt, bevor es in die Dreiwege-Katalysatorvorrichtung 23 strömt, und die Emission des in der Dreiwege-Katalysatorvorrichtung 23 unverbrannten Kraftstoffs an die Luft. Somit gibt es eine Grenze für die Anreicherung bzw. Anfettung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Luft-Kraftstoff-Gemisches während der Katalysatortemperatur-Erhöhungssteuerung. Das begrenzte Luft-Kraftstoff- Verhältnis LMT ist ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das als Grenze für eine solche Anfettung dient.
3 zeigt einen von der Steuerung 27 vom Anfang bis zum Ende der Katalysatortemperatur-Erhöhungssteuerung ausgeführten Vorgang. In einem Fall, bei dem der Verbrennungsvorgang des Verbrennungsmotors 10 in der Mitte der Katalysatortemperatur-Erhöhungssteuerung wieder aufgenommen wird, wird der Prozess der Katalysatortemperatur-Erhöhungssteuerung zum Zeitpunkt der Wiederaufnahme des Betriebs zwangsweise beendet. Wenn die Katalysatortemperatur-Erhöhungssteuerung anschließend wieder ausgeführt wird, führt der Controller 27 eine Reihe von Prozessen, die in 3 dargestellt sind, von Anfang an aus.
Wenn die Katalysatortemperatur-Erhöhungssteuerung beginnt, wird die aktuelle Katalysatortemperatur (d.h. die Katalysatortemperatur beim Start der Katalysatortemperatur-Erhöhungssteuerung, die im Folgenden als Starttemperatur bezeichnet wird) zunächst in Schritt S100 erhalten bzw. bestimmt. Die Katalysatortemperatur wird geschätzt und aus dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors 10 und dem Erfassungsergebnis des Katalysator-Austrittsgas-Temperatursensors 26 erhalten. Anschließend wird in Schritt S110 ein Umschaltbestimmungswert basierend auf der Starttemperatur eingestellt.
4 zeigt den Zusammenhang zwischen der Starttemperatur und dem Umschaltbestimmungswert. Im Kraftstoffeinbringungsprozess wird der integrierte Wert der Kraftstoffeinspritzmenge, die erforderlich ist, um die Katalysatortemperatur von der Starttemperatur auf eine bestimmte Umschalttemperatur zu erhöhen, als Umschaltbestimmungswert eingestellt. Die Umschalttemperatur ist etwas niedriger als die Solltemperatur. Mit abnehmender Starttemperatur steigt die Differenz zwischen der Umschalttemperatur und der Starttemperatur und erhöht damit eine integrierte Kraftstoffeinspritzmenge, die notwendig ist, um die Katalysatortemperatur von der Starttemperatur auf die Umschalttemperatur zu erhöhen. Somit wird, wie in 4 dargestellt, der Umschaltbestimmungswert bei niedriger Starttemperatur auf einen größeren Wert eingestellt als bei hoher Starttemperatur. Wenn die Starttemperatur größer oder gleich dem Umschaltbestimmungswert ist, wird der Umschaltbestimmungswert auf 0 gesetzt.
Anschließend wird in Schritt S120 der Kraftstoffeinbringungsprozess mit dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luft-Kraftstoff-Gemisches gestartet, das von der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuereinheit 29 auf das begrenzte Luft-Kraftstoff-Verhältnis LMT geregelt wird. Der Kraftstoffeinbringungsprozess mit dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luft-Kraftstoff-Gemisches, das auf das begrenzte Luft-Kraftstoff-Verhältnis LMT gesteuert wird, wird fortgesetzt, bis die integrierte Kraftstoffeinspritzmenge größer oder gleich dem Umschaltbestimmungswert (S130: JA) wird.
Wenn die integrierte Kraftstoffeinspritzmenge größer oder gleich dem Umschaltbestimmungswert (S130: JA) wird, wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des bei dem Kraftstoffeinbringungsprozess in den Abgaskanal 21 eingeleiteten Luft-Kraftstoff-Gemisches durch die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuereinheit 29 von dem begrenzten Luft-Kraftstoff-Verhältnis LMT in Schritt S140 zu dem konvergenten Luft-Kraftstoff-Verhältnis CON umgeschaltet. Anschließend wird der Kraftstoffeinbringungsprozess mit dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luft-Kraftstoff-Gemisches, das auf das konvergente Luft-Kraftstoff-Verhältnis CON eingestellt ist, fortgesetzt, bis bestimmt wird, dass die Katalysatortemperatur die Solltemperatur erreicht und der Temperaturanstieg in der Dreiwege-Katalysatorvorrichtung 23 endet (S150: JA). In der vorliegenden Ausführungsform wird die Bestimmung, dass der Temperaturanstieg endet, basierend auf dem geschätzten Ergebnis der Katalysatortemperatur durchgeführt. Das heißt, ein Zeitpunkt, zu dem der geschätzte Wert der Katalysatortemperatur größer oder gleich der Solltemperatur wird, ist definiert als ein Zeitpunkt, zu dem der Temperaturanstieg in der Dreiwege-Katalysatorvorrichtung 23 endet. Wenn bestimmt wird, dass der Temperaturanstieg in der Dreiwege-Katalysatorvorrichtung 23 endet, endet der Kraftstoffeinbringungsprozess in Schritt S160, wodurch die aktuelle Katalysatortemperatur-Erhöhungssteuerung abgeschlossen wird.
Wenn die Starttemperatur größer oder gleich der Umschalttemperatur ist und der Umschaltbestimmungswert auf 0 gesetzt ist, wird der Kraftstoffeinbringungsprozess, bei dem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf das begrenzte Luft-Kraftstoff-Verhältnis LMT (S120) gesteuert wird, nicht durchgeführt. Stattdessen wird der Kraftstoffeinbringungsprozess, bei dem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zum konvergenten Luft-Kraftstoff-Verhältnis CON (S140) gesteuert wird, von Beginn der Katalysatortemperatur-Erhöhungssteuerung an durchgeführt.
Zum Zeitpunkt des Abschlusses der Katalysatortemperatur-Erhöhungssteuerung, in einem Fall, bei dem die Verbrennung des Verbrennungsmotors 10 gestoppt bleiben kann, startet der Controller 27 eine Katalysatortemperatur-Haltesteuerung, um die Katalysatortemperatur auf der Solltemperatur zu halten, zusätzlich zur Katalysatortemperatur-Erhöhungssteuerung. Die Katalysatortemperatur-Haltesteuerung erfolgt durch Ausführen des Kraftstoffeinbringungsprozess, während das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den Abgaskanal 21 eingeleiteten unverbrannten Luft-Kraftstoff-Gemisches auf das konvergente Luft-Kraftstoff-Verhältnis CON gesteuert wird. Die Katalysatortemperatur-Haltesteuerung wird fortgesetzt, bis der Verbrennungsvorgang des Verbrennungsmotors 10 wieder aufgenommen wird oder bis die Verbrennung und Entfernung der im Filter 24 abgelagerten PM abgeschlossen ist.
Die Funktionsweise und die Vorteile der vorliegenden Ausführungsform werden nun beschrieben.
In 5 zeigt die lang gestrichelte, doppelt kurz gestrichelte Linie Änderungen der Katalysatortemperatur an, die auftreten, wenn die Katalysatortemperatur-Erhöhungssteuerung zum Zeitpunkt t0 gestartet wird, und dann der Kraftstoffeinbringungsprozess mit dem auf das begrenzte Luft-Kraftstoff-Verhältnis LMT eingestellte Luft-Kraftstoff-Verhältnis bis zum Abschluss der Steuerung durchgeführt wird. In diesem Fall wird der Kraftstoffeinbringungsprozess mit einem bis zum Grenzwert angefetteten Luft-Kraftstoff-Verhältnis durchgeführt, so dass ein Nachbrennen oder eine Kraftstoffemission nach außen vermieden werden kann. Dadurch steigt die Katalysatortemperatur schnell an. Zum Zeitpunkt t2, zu dem die Katalysatortemperatur die Solltemperatur erreicht, wird der Kraftstoffeinbringungsprozess beendet, um die Katalysatortemperatur-Erhöhungssteuerung abzuschließen. Aber auch nach Beendigung des Kraftstoffeinbringungsprozess stoppt die Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemisches in der Dreiwege-Katalysatorvorrichtung 23 nicht sofort. Somit steigt die Katalysatortemperatur nach der Zeit t2 noch eine Weile weiter an. Dementsprechend kann in einem solchen Fall, obwohl die Katalysatortemperatur schnell ansteigt, die Katalysatortemperatur die Solltemperatur überschreiten und stark ansteigen.
In 5 zeigt die gestrichelte Linie Änderungen der Katalysatortemperatur, die auftreten, wenn die Katalysatortemperatur-Erhöhungssteuerung zum Zeitpunkt t0 gestartet wird, und dann der Kraftstoffeinbringungsprozess mit dem auf das konvergente Luft-Kraftstoff-Verhältnis CON eingestellte Luft-Kraftstoff-Verhältnis bis zum Abschluss der Regelung durchgeführt wird. Wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf das konvergente Luft-Kraftstoff-Verhältnis CON eingestellt ist, hört die Katalysatortemperatur auf zu steigen, wenn die Katalysatortemperatur die Solltemperatur erreicht. Anschließend bleibt die Katalysatortemperatur auf der Solltemperatur. Dadurch wird verhindert, dass die Katalysatortemperatur die Solltemperatur überschreitet und übermäßig ansteigt. Dennoch steigt in diesem Fall die Katalysatortemperatur langsamer an als wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luft-Kraftstoff-Gemisches auf das begrenzte Luft-Kraftstoff-Verhältnis LMT eingestellt ist. Dies verlängert die Zeit bis zum Abschluss der Katalysatortemperatur-Erhöhungssteuerung.
Bei der vorliegenden Ausführungsform erreicht die integrierte Kraftstoffeinspritzmenge ab Beginn der Katalysatortemperatur-Erhöhungssteuerung den Umschaltbestimmungswert zum Zeitpunkt t1, nachdem die Katalysatortemperatur-Erhöhungssteuerung zum Zeitpunkt t0 gestartet wurde. Während der ersten Zeitspanne vom Zeitpunkt t0 bis Zeitpunkt t1 wird der Kraftstoffeinbringungsprozess mit dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis durchgeführt, das auf das begrenzte Luft-Kraftstoff- Verhältnis LMT eingestellt ist. In der zweiten Zeitspanne vom Zeitpunkt t1 bis Zeitpunkt t3, bei welcher die Katalysatortemperatur die Solltemperatur erreicht, wird, um die Katalysatortemperatur-Erhöhungssteuerung abzuschließen, der Kraftstoffeinbringungsprozess mit dem auf das konvergente Luft-Kraftstoff-Verhältnis CON eingestellten Luft-Kraftstoff-Verhältnis durchgeführt. In diesem Fall steigt die Katalysatortemperatur in der ersten Zeitspanne schnell an. Während der zweiten Zeitspanne nach dem Zeitpunkt t1, bei welcher die Katalysatortemperatur auf eine bestimmte Temperatur (die Umschalttemperatur) ansteigt, steigt die Katalysatortemperatur sanft an, so dass die Katalysatortemperatur die Solltemperatur nicht überschreitet. Dadurch kann die Temperatur der Dreiwege-Katalysatorvorrichtung 23 schnell ansteigen, während gleichzeitig ein übermäßiger Temperaturanstieg verhindert werden kann.
In 6 zeigt die lang gestrichelte, doppelt kurz gestrichelte Linie Änderungen der Katalysatortemperatur während der Katalysatortemperatur-Erhöhungssteuerung, die in einem Fall auftreten, bei dem die Katalysatortemperatur (Starttemperatur) beim Start der Katalysatortemperatur-Erhöhungssteuerung (t10) eine Temperatur TH1 (im Folgenden als Hochtemperatur-Startfall bezeichnet) bei der Steuerung für den Verbrennungsmotor der vorliegenden Ausführungsform ist. In 6 zeigt die durchgezogene Linie Änderungen der Katalysatortemperatur während der Katalysatortemperatur-Erhöhungssteuerung, die in einem Fall auftreten, bei dem die Starttemperatur eine Temperatur TH2, die niedriger ist als die Temperatur TH1 (im Folgenden als Niedertemperatur-Startfall bezeichnet), bei der Steuerung für den Verbrennungsmotor der vorliegenden Ausführungsform ist. In der vorliegenden Ausführungsform wird der Umschaltbestimmungswert auf einen größeren Wert eingestellt, wenn die Starttemperatur niedrig ist, als wenn die Starttemperatur hoch ist. Somit erfolgt im Niedertemperatur-Startfall die Umschaltung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses während der Katalysatortemperatur-Erhöhungssteuerung zum Zeitpunkt t12, der später liegt als der Hochtemperatur-Startfall (t11).
In 6 zeigt die gestrichelte Linie Änderungen der Katalysatortemperatur während der Katalysatortemperatur-Erhöhungssteuerung im Niedertemperatur-Startfall, wenn der Umschaltbestimmungswert ein fester Wert ist. Wenn der Umschaltbestimmungswert der feste Wert ist, wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis im Niedertemperatur-Startfall zum Zeitpunkt t11 wie im Hochtemperatur-Startfall geschaltet. Die Katalysatortemperatur steigt in der zweiten Zeitspanne, die auf die Umschaltung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses folgt, langsamer an als in der ersten Zeitspanne, die vor der Umschaltung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses liegt. So wird in einem solchen Fall, wenn die Starttemperatur niedrig ist, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis umgeschaltet, bevor die Katalysatortemperatur ausreichend ansteigt. Dies verzögert den Abschluss der Katalysatortemperatur- Erhöhungssteuerung.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird, da der Umschaltbestimmungswert entsprechend der Starttemperatur geändert wird, die Katalysatortemperatur beim Umschalten des Luft-Kraftstoff- Verhältnisses durch die Starttemperatur nicht wesentlich verändert. Dadurch wird verhindert, dass sich der Abschluss der Katalysatortemperatur-Erhöhungssteuerung bei niedriger Starttemperatur stark verzögert.
Die vorliegende Ausführungsform kann wie folgt abgewandelt werden. Die vorliegende Ausführungsform und die folgenden Abwandlungen können kombiniert werden, solange die kombinierten Abwandlungen technisch konsistent zueinander bleiben.
In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den Abgaskanal 21 eingebrachten unverbrannten Luft-Kraftstoff-Gemisches sofort von dem begrenzten Luft-Kraftstoff-Verhältnis LMT auf das konvergente Luft-Kraftstoff- Verhältnis CON umgeschaltet, wenn die integrierte Kraftstoffeinspritzmenge größer oder gleich dem Umschaltbestimmungswert wird. Stattdessen kann eine bestimmte Zeitspanne nach dem Start der zweiten Zeitspanne eine Übergangszeitspanne sein, in der das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luft-Kraftstoff-Gemisches magerer als das begrenzte Luft-Kraftstoff-Verhältnis LMT und fetter als das konvergente Luft-Kraftstoff-Verhältnis CON ist. zeigt, wie das Luft-Kraftstoff-Verhältnis während der Katalysatortemperatur-Erhöhungssteuerung geregelt wird, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis während einer solchen Übergangszeitspanne allmählich von dem begrenzten Luft-Kraftstoff-Verhältnis LMT auf das konvergente Luft-Kraftstoff-Verhältnis CON geändert wird. zeigt, wie das Luft-Kraftstoff-Verhältnis während der Katalysatortemperatur-Erhöhungssteuerung geregelt wird, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis während der Übergangszeitpanne magerer als das begrenzte Luft-Kraftstoff-Verhältnis LMT und fetter als das konvergente Luft-Kraftstoff-Verhältnis CON bleibt.
In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird der Zeitpunkt des Umschaltens des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des in den Abgaskanal 21 eingebrachten unverbrannten Luft-Kraftstoff-Gemisches vom begrenzten Luft-Kraftstoff-Verhältnis LMT auf das konvergente Luft-Kraftstoff-Verhältnis CON (Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Umschaltzeitpunkt) basierend auf der integrierten Kraftstoffeinspritzmenge ab Beginn der Katalysatortemperatur-Erhöhungssteuerung bestimmt. Der Umschaltzeitpunkt des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses braucht jedoch nicht auf diese Weise bestimmt werden. Der Zeitpunkt für die Umschaltung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses kann beispielsweise anhand der Katalysatortemperatur oder der Zeit bestimmt werden, die seit Beginn der Katalysatortemperatur-Erhöhungssteuerung verstrichen ist.
Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform steuert die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuereinheit 29 das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des unverbrannten Luft-Kraftstoff-Gemisches, das während der Katalysatortemperatur-Erhöhungssteuerung in den Abgaskanal 21 eingebracht wird, so dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis während der ersten Zeitspanne auf das begrenzte Luft-Kraftstoff-Verhältnis LMT, das die Grenze der Anreicherung bzw. Anfettung darstellt, eingestellt wird, und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis während der zweiten Zeitspanne auf das konvergente Luft-Kraftstoff-Verhältnis CON, bei dem die Katalysatortemperatur auf die Solltemperatur konvergiert, eingestellt wird. Solange das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der ersten Zeitspanne fetter ist als das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der zweiten Zeitspanne, können das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der ersten Zeitspanne und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der zweiten Zeitspanne jeweils auf andere Werte als das begrenzte Luft-Kraftstoff-Verhältnis LMT und das konvergente Luft-Kraftstoff-Verhältnis CON eingestellt werden.
Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform steuert die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuereinheit 29 das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des unverbrannten Luft-Kraftstoff-Gemisches, das während der Katalysatortemperatur-Erhöhungssteuerung in den Abgaskanal 21 eingebracht wird, durch Steuern der Kraftstoffeinspritzmenge des Kraftstoffeinspritzventils 18. Stattdessen kann das Luft-Kraftstoff-Verhältnis gesteuert werden, indem beispielsweise der Öffnungsgrad der Drosselklappe 17 gesteuert wird.
Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird unverbranntes Luft-Kraftstoff-Gemisch in den Abgaskanal 21 eingeleitet, indem die Kraftstoffeinspritzung bei gestopptem Funken der Zündvorrichtung 20 durchgeführt wird. Der Zeitpunkt, zu dem der Funke der Zündvorrichtung 20 das Luft-Kraftstoff-Gemisch im Zylinder 12 zünden kann, ist auf einen Zeitraum nahe dem oberen Totpunkt des Kompressionshubs bzw. Verdichtungshubs begrenzt. Das heißt, es gibt eine Zeitspanne, in der das Luft-Kraftstoff-Gemisch im Zylinder 12 nicht verbrennt, selbst wenn der Funke erzeugt wird. Somit kann die Kraftstoffeinbringung zum Einbringen eines unverbrannten Luft-Kraftstoff-Gemisches in den Abgaskanal 21 auch durch eine Kraftstoffeinspritzung während der Erzeugung des Zündfunkens der Zündvorrichtung 20 während einer solchen Zeitspanne erfolgen.
Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird die Katalysatortemperatur-Erhöhungssteuerung durchgeführt, um die im Filter 24 abgelagerten bzw. abgeschiedenen PM zu verbrennen und zu entfernen. Die Katalysatortemperatur-Erhöhungssteuerung in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform kann jedoch auch dann für andere Zwecke verwendet werden, wenn die Temperatur der Dreiwege-Katalysatorvorrichtung 23 erhöht wird. So kann beispielsweise die Katalysatortemperatur-Erhöhungssteuerung durchgeführt werden, um die Abgasreinigungsleistung der Dreiwege-Katalysatorvorrichtung 23 wiederherzustellen, wenn die Abgasreinigungsleistung aufgrund einer Verringerung der Katalysatortemperatur reduziert wird.
Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird die Katalysatortemperatur-Haltesteuerung nach Abschluss der Katalysatortemperatur-Erhöhungssteuerung so durchgeführt, dass die Katalysatortemperatur auf der Solltemperatur bleibt. Solange die Katalysatortemperatur jedoch nicht auf der Solltemperatur bleiben muss, nachdem die Katalysatortemperatur auf die Solltemperatur gestiegen ist, muss die Katalysatortemperatur-Haltesteuerung nicht nach Abschluss der Katalysatortemperatur-Erhöhungssteuerung durchgeführt werden.
Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird der Kraftstoffeinbringungsprozess durch Einspritzen von Kraftstoff in den Ansaugkanal 15 über das Kraftstoffeinspritzventil 18 durchgeführt. Alternativ kann der Kraftstoffeinbringungsprozess durch Kraftstoffeinspritzung in die Zylinder 12 in einem Verbrennungsmotor mit Kraftstoffeinspritzventilen vom Typ Direkteinspritzung durchgeführt werden, die Kraftstoff in die Zylinder 12 einspritzen.
Der Controller 27 ist nicht auf eine Vorrichtung beschränkt, die eine CPU und einen Speicher beinhaltet und die Softwareverarbeitung ausführt. So kann beispielsweise zumindest ein Teil der von der Software in der oben beschriebenen Ausführungsform ausgeführten Prozesse durch Hardwareschaltungen ausgeführt werden, die für die Ausführung dieser Prozesse vorgesehen sind (z. B. ASIC). Das heißt, der Controller kann geändert werden, solange er eine der folgenden Konfigurationen (a) bis (c) aufweist.

(a) Eine Konfiguration mit einem Prozessor, der alle oben beschriebenen Prozesse gemäß den Programmen ausführt, und einer Programmspeichervorrichtung, wie beispielsweise einem ROM, das die Programme speichert.
(b) Eine Konfiguration, die einen Prozessor und eine Programmspeichervorrichtung beinhaltet, die einen Teil der oben beschriebenen Prozesse gemäß den Programmen ausführen, und eine spezielle Hardware-Schaltung, die die restlichen Prozesse ausführt.
(c) Eine Konfiguration mit einer dedizierten Hardware-Schaltung, die alle oben beschriebenen Prozesse ausführt.

Eine Mehrzahl von Software-Verarbeitungsschaltungen, die jeweils einen Prozessor und eine Programmspeichervorrichtung beinhalten, und eine Mehrzahl von dedizierten Hardware-Schaltungen können vorgesehen werden. Das heißt, die oben genannten Prozesse können in jeder beliebigen Weise ausgeführt werden, solange die Prozesse durch Verarbeitungsschaltungen ausgeführt werden, die mindestens einen aus einem Satz von einer oder mehreren Software-Verarbeitungsschaltungen und einem Satz von einer oder mehreren dedizierten Hardware-Schaltungen beinhalten.
An den vorstehend beschriebenen Beispielen können verschiedene Form- und Detailänderungen vorgenommen werden, ohne von der Idee und dem Umfang der Ansprüche und ihrer Äquivalente abzuweichen. Die Beispiele dienen nur der Beschreibung und nicht der Einschränkung. Beschreibungen von Merkmalen in jedem Beispiel sind als auf ähnliche Merkmale oder Aspekte in anderen Beispielen anwendbar zu betrachten. Geeignete Ergebnisse können erzielt werden, wenn Sequenzen in einer anderen Reihenfolge ausgeführt werden und/oder wenn Komponenten in einem beschriebenen System, einer Architektur, einer Vorrichtung oder einer Schaltung unterschiedlich kombiniert und/oder durch andere Komponenten oder deren Äquivalente ersetzt oder ergänzt werden. Der Umfang der Offenbarung wird nicht durch die detaillierte Beschreibung bestimmt, sondern durch die Ansprüche und deren Äquivalente. Alle Abweichungen im Rahmen der Ansprüche und ihrer Äquivalente sind in der Offenbarung enthalten.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2014/0041362 A [0003]

Claims

Controller (27), der konfiguriert ist, um einen Verbrennungsmotor (10) zu steuern, wobei der Verbrennungsmotor (10) beinhaltet: ein Kraftstoffeinspritzventil (18); einen Zylinder (12), in den ein Luft-Kraftstoff-Gemisch eingebracht wird, das Kraftstoff enthält, der durch das Kraftstoffeinspritzventil (18) eingespritzt wird; eine Zündvorrichtung (20), die das in den Zylinder (12) eingebrachte Luft-Kraftstoff-Gemisch mit einem Funken entzündet; einen Abgaskanal (21), durch den das aus dem Zylinder (12) ausgetragene Gas strömt; und eine Dreiwege-Katalysatorvorrichtung (23), die im Abgaskanal (21) angeordnet ist, wobei der Controller (27) konfiguriert ist, um eine Katalysatortemperatur-Erhöhungssteuerung zum Erhöhen einer Temperatur der Dreiwege-Katalysatorvorrichtung (23) durchzuführen, indem das Luft-Kraftstoff-Gemisch, das den durch das Kraftstoffeinspritzventil (18) eingespritzten Kraftstoff enthält, in den Abgaskanal (21) eingebracht wird, ohne das Luft-Kraftstoff-Gemisch im Zylinder (12) zu verbrennen, und der Controller (27) eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuereinheit (29) umfasst, die konfiguriert ist, um ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luft-Kraftstoff-Gemisches während der Ausführung der Katalysatortemperatur-Erhöhungssteuerung so zu steuern, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis während einer ersten Zeitspanne von einem Beginn der Katalysatortemperatur-Erhöhungssteuerung bis zu einem bestimmten Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Umschaltzeitpunkt ein fetteres Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird als während einer zweiten Zeitspanne von dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Umschaltzeitpunkt bis zu einem Abschluss der Katalysatortemperatur-Erhöhungssteuerung.
Controller (27) nach Anspruch 1, wobei die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuereinheit (29) konfiguriert ist, um als den Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Umschaltzeitpunkt einen Zeitpunkt zu definieren, zu dem ein integrierter Wert einer Kraftstoffeinspritzmenge des Kraftstoffeinspritzventils (18) nach dem Starten der Katalysatortemperatur-Erhöhungssteuerung größer oder gleich einem vorgegebenen Umschaltbestimmungswert wird.
Controller (27) nach Anspruch 2, wobei die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuereinheit (29) konfiguriert ist, um in einem Fall, bei dem die Temperatur der Dreiwege-Katalysatorvorrichtung (23) niedrig ist, wenn die Katalysatortemperatur-Erhöhungssteuerung beginnt, den Umschaltbestimmungswert auf einen größeren Wert einzustellen, als in einem Fall, bei dem die Temperatur hoch ist.
Controller (27) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuereinheit (29) konfiguriert ist, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis durch Steuern einer Kraftstoffeinspritzmenge des Kraftstoffeinspritzventils (18) zu steuern.
Controller (27) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Verbrennungsmotor (10) einen Filter zum Abscheiden von PM beinhaltet, wobei der Filter stromabwärts der Dreiwege-Katalysatorvorrichtung (23) im Abgaskanal (21) angeordnet ist, und der Controller (27) konfiguriert ist, um eine PM-Abscheidungsmenge des Filters zu schätzen und die Katalysatortemperatur-Erhöhungssteuerung unter der Bedingung auszuführen, dass die geschätzte PM-Abscheidungsmenge größer oder gleich einem bestimmten Wert ist.
Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors (10), wobei der Verbrennungsmotor (10) beinhaltet: ein Kraftstoffeinspritzventil (18); einen Zylinder (12), in den ein Luft-Kraftstoff-Gemisch eingebracht wird, das Kraftstoff enthält, der durch das Kraftstoffeinspritzventil (18) eingespritzt wird; eine Zündvorrichtung (20), die das in den Zylinder (12) eingebrachte Luft-Kraftstoff-Gemisch mit einem Funken entzündet; einen Abgaskanal (21), durch den das aus dem Zylinder (12) ausgetragene Gas strömt; und eine Dreiwege-Katalysatorvorrichtung (23), die im Abgaskanal (21) angeordnet ist, wobei das Verfahren aufweist: Ausführen einer Katalysatortemperatur-Erhöhungssteuerung zum Erhöhen einer Temperatur der Dreiwege-Katalysatorvorrichtung (23) durch Einbringen des Luft-Kraftstoff-Gemisches, das den durch das Kraftstoffeinspritzventil (18) eingespritzten Kraftstoff enthält, in den Abgaskanal (21), ohne das Luft-Kraftstoff-Gemisch im Zylinder (12) zu verbrennen; und Steuern eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Luft-Kraftstoff-Gemisches während der Durchführung der Katalysatortemperatur-Erhöhungssteuerung derart, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis während einer ersten Zeitspanne von einem Beginn der Katalysatortemperatur-Erhöhungssteuerung bis zu einem bestimmten Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Umschaltzeitpunkt ein fetteres Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird, als während einer zweiten Zeitspanne von dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Umschaltzeitpunkt bis zu einem Abschluss der Katalysatortemperatur-Erhöhungssteuerung.