DE10248720B4

DE10248720B4 - Abgasemissionssteuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE10248720B4
Application number: DE10248720A
Authority: DE
Inventors: Masaaki Toyota Kobayashi; Hisashi Toyota Ohki; Naofumi Toyota Magarida; Daisuke Toyota Shibata; Shinobu Toyota Ishiyama; Akihiko Toyota Negami
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2001-10-19
Filing date: 2002-10-18
Publication date: 2007-01-25
Anticipated expiration: 2022-10-19
Also published as: FR2831208B1; JP2003120392A; DE10248720A1; FR2831208A1; JP3815289B2

Abstract

Abgasemissionssteuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine (1), mit
einem NOx-Katalysator (42), der in einem Abgassystem (40) der Brennkraftmaschine (1) angeordnet ist und eine Eigenschaft zum Fördern einer Reduktionsreaktion von NOx als Reaktion auf eine Erhöhung einer Konzentration von reduzierenden Bestandteilen aufweist, die in dem Abgas enthalten sind,
einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung (13) zum direkten Einspritzen und Zuführen von Kraftstoff in Brennkammern (20) der Brennkraftmaschine (1),
einer Speichereinrichtung (80) zum Speichern einer Vielzahl Steuerungsmodi, bei denen der NOx-Katalysator durch Steuern einer Eigenschaft des Verbrennungsgases in der Brennkraftmaschine (1) aufgewärmt wird;
einer Erkennungseinrichtung (80) zum Erkennen einer Verbrennungseigenschaft der Brennkraftmaschine (1) auf der Grundlage eines Parameters, der sich zumindest auf eine Kraftmaschinendrehzahl der Brennkraftmaschine (1) oder eine Kraftmaschinenlast der Brennkraftmaschine (1) bezieht; und
einer Steuereinrichtung (80) zum wahlweisen Durchführen von zumindest einem Steuerungsmodus aus der Vielzahl Steuerungsmodi auf der Grundlage einer Anforderung zum Aufwärmen des NOx-Katalysators und der erkannten Verbrennungseigenschaft...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Abgasemissionssteuervorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 zum Reinigen von schädlichen Bestandteilen, kleinen Partikeln und dergleichen, die in dem Abgas einer Brennkraftmaschine enthalten sind, und insbesondere auf eine Abgasemissionssteuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine, deren Abgaskanal mit einem Katalysator zum Fördern einer Reduktionsreaktion von NOx ausgestattet ist.
Eine Brennkraftmaschine, die unter Verwendung eines Gemisches mit hohem Luft/Kraftstoff-Verhältnis (das heißt eine magere Atmosphäre) für eine Verbrennung über einen ausgedehnten Betriebsbereich betrieben wird, wie zum Beispiel eine Dieselbrennkraftmaschine, hat im allgemeinen einen Abgaskanal, der mit einem NOx-Katalysator ausgestattet ist, der eine Funktion zum Reinigen von Stickoxiden (NOx) aufweist, die in dem Abgas enthalten sind. Als der NOx-Katalysator wird zum Beispiel ein poröser wabenstrukturförmiger Keramikkörper (Träger) verwendet, an dem ein NOx-Absorptionsmittel, das in Sauerstoff vorhandenes NOx absorbieren kann, und ein Edelmetallkatalysator (Edelmetall) angebracht sind, der Kohlenwasserstoffe (HC) oxidieren kann.
Der NOx-Katalysator hat eine Eigenschaft zum Absorbieren von NOx, wenn das Abgas eine hohe Sauerstoff konzentration hat, und zum Auslassen des NOx, wenn das Abgas eine niedrige Sauerstoffkonzentration hat. Falls HC, CO und dergleichen in dem Abgas während des Auslassens des NOx in dem Abgas vorhanden sind, dann fördert der Edelmetallkatalysator eine Oxidationsreaktion der HC und CO, wodurch eine Oxidations-Reduktions-Reaktion zwischen dem NOx-Katalysator und dem Edelmetallkatalysator auftritt, wobei NOx als Oxidationsbestandteil und HC sowie CO als Reduktionsbestandteil wirken. Und zwar werden HC und CO zu CO₂ und H₂O oxidiert, und NOx wird zu N₂ reduziert.
Hierbei ist zu beachten, dass, wenn der NOx-Katalysator einmal eine vorbestimmte Schwellmenge von NOx absorbiert hat, nicht weiter NOx absorbiert, auch wenn das Abgas eine hohe Sauerstoffkonzentration hat. Bei einer Brennkraftmaschine mit einem Abgaskanal, der mit einem derartigen NOx-Katalysator ausgestattet ist, wird ein Reduktionsmittel wie zum Beispiel Leichtöl an einer Stelle stromaufwärts von dem NOx-Katalysator in dem Abgaskanal zugeführt, bevor die NOx-Absorptionsmenge des NOx-Katalysators eine Schwellmenge erreicht. Bei einer derartigen Brennkraftmaschine (zum Beispiel die in den Patent Nr. 2845056 offenbarte Brennkraftmaschine) ist es üblich, dass eine Steuerung zum Auslassen von reduktiv gereinigtem NOx, das durch den NOx-Katalysator durch die Zufuhr eines Reduktionsmittels absorbiert ist, und zum Erholen der NOx-Absorptionskapazität des NOx-Katalysators (das heißt eine Wiederherstellungssteuerung) in Intervallen einer vorbestimmten Zeitperiode wiederholt wird.
Wenn jedoch ein Reduktionsmittel wie zum Beispiel Leichtöl einem Abgaskanal zugeführt wird, dann wirkt dieses Reduktionsmittel (insbesondere dessen hochsiedender Bestandteil) als ein Bindemittel, so dass feine Partikel (Ruß und dergleichen) wahrscheinlich in dem Abgas gebildet werden. Die in dem Abgas ausgebildeten feinen Partikel werden an einem Strukturkörper des NOx-Katalysators insbesondere an dessen Endseite abgelagert, die der stromaufwärtigen Seite des Abgaskanals zugewandt ist, und es besteht die Gefahr, dass die Endseite blockiert wird. Eine derartige Ablagerung der feinen Partikel in dem NOx-Katalysator oder das Blockieren der Endseite des Strukturkörpers, das aus der Ablagerung der feinen Partikel resultiert, ruft verschiedene Gefährdungen hervor, die eine Verringerung der Leistungsfähigkeit der durch den NOx-Katalysator durchgeführten Abgasemissionssteuerung, eine Verringerung der Kraftmaschinenabgase, die aus einer Erhöhung des auf die Brennkraftmaschine von dem Abgaskanal aufgebrachten Staudrucks reduziert, und dergleichen beinhalten.
Des weiteren sind in einem Kraftstoff für Brennkraftmaschinen üblicherweise Schwefelbestandteile enthalten. Somit entstehen zusätzlich zu dem NOx Schwefeloxide (SOx) aus derartigen Schwefelbestandteilen, die in dem Kraftstoff und ebenso in dem Abgas enthalten sind. Das in dem Abgas vorhandene SOx wird durch den NOx-Katalysator mit größerem Wirkungsgrad als bei NOx absorbiert. Daneben wird das SOx nicht einfach aus dem NOx-Katalysator ausgelassen, auch wenn eine hinreichende Bedingung zum Auslassen von NOx besteht, das durch den NOx-Katalysator eingeschlossen (okkludiert) ist (das heißt unter einer Bedingung, dass die in dem Abgas enthaltene Sauerstoffkonzentration unter einem vorbestimmten Wert ist). Somit wird in dem Abgas enthaltenes NOx allmählich in den NOx-Katalysator abgelagert, wenn die Kraftmaschine fortlaufend in Betrieb ist. Und zwar wird eine sogenannte SOx-Vergiftung hervorgerufen.
Als eine Maßnahme zum Verhindern oder zum Unterdrücken der Ablagerung von feinen Partikeln in dem NOx-Katalysator und der SOx-Vergiftung ist eine Steuerung zum Zerlegen und Beseitigen der abgelagerten feinen Partikel und des SOx durch ein Aufwärmen des NOx-Katalysators in Intervallen einer vorbestimmten Zeitperiode bekannt (das heißt eine Aufwärmsteuerung).
Bei der Aufwärmsteuerung ist es üblich, ein Verfahren zum Vermehren einer in die Brennkammern der Kraftmaschine (durch Kraftstoffeinspritzventile) eingespritzten und zugeführten Kraftstoffmenge oder ein Verfahren zum Zuführen von Kraftstoff in ein Abgassystem durch ein separates Einspritzventil zu übernehmen, das stromaufwärts von einem NOx-Katalysator in dem Abgassystem angeordnet ist. In jedem Fall wird die Menge von Bestandteilen, die als eine exotherme Quelle wirken, indem Abgas stromaufwärts von dem NOx-Katalysator so vermehrt, dass die Ablagerungstemperatur des NOx-Katalysators ansteigt.
Wie dies vorstehend beschrieben ist, wird die Menge der Bestandteile, die als eine exotherme Quelle (in vielen Fällen Kraftstoff) wirken, in dem Abgas vermehrt, wenn die Aufwärmsteuerung durchgeführt wird. Wenn die Kraftmaschine in einem bestimmten Betriebszustand ist, dann wird somit eine Erzeugung von Rauch oder dergleichen hervorgerufen, was in ungünstiger Weise die Abgasemissionseigenschaften entgegen der Absicht zu deren Verbesserung beeinflusst. Der Aufwärmeffekt für den NOx-Katalysator, der durch verschiedene Aufwärmsteuerungen bewirkt wird, (das heißt die Wirksamkeit beim Aufwärmen des NOx gegenüber dem Kraftstoffverbrauch) unterscheidet sich in Abhängigkeit von dem Betriebszustand der Kraftmaschine. Somit ist es beim Durchführen von verschiedenen Aufwärmsteuerungen schwierig, die Kraftstoffverbrauchsmenge zu minimieren (den Energiewirkungsgrad zu optimieren), während eine ausreichende Aufwärmwirkung für den NOx-Katalysator gewährleistet wird (während der NOx-Katalysator in einem gewünschten

DE 195 22 165 A1 beschreibt eine gattungsbildende Abgasemissionssteuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einem NOx-Katalysator, der in einem Abgassystem der Brennkraftmaschine angeordnet ist und eine Eigenschaft zum Fördern einer Reduktionsreaktion von NOx als Reaktion auf die Erhöhung einer Konzentration von reduzierenden Bestandteilen aufweist, die in dem Abgas enthalten sind, einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung zum direkten Einspritzen und Zuführen von Kraftstoff in Brennkammern der Brennkraftmaschine, einer Speichereinrichtung zum Speichern einer Vielzahl Steuerungsmodi, bei denen der NOx-Katalysator durch Steuern einer Eigenschaft des Verbrennungsgases in der Brennkraftmaschine aufgewärmt wird, einer Erkennungseinrichtung zum Erkennen einer Verbrennungseigenschaft der Brennkraftmaschine auf der Grundlage eines Parameters, der sich zumindest auf eine Kraftmaschinendrehzahl der Brennkraftmaschine oder eine Maschinenlast der Brennkraftmaschine bezieht, und einer Steuereinrichtung zum wahlweisen Durchführen von zumindest einem Steuerungsmodus aus der Vielzahl Steuerungsmodi auf der Grundlage einer Anforderung zum Aufwärmen des NOx-Katalysators und der erkannten Verbrennungseigenschaft.

Die Erfindung wurde angesichts derartiger Umstände entwickelt. Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Abgasemissionssteuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine vorzusehen, die die Raucherzeugung unterdrücken, eine ausreichende Aufwärmwirkung für einen NOx-Katalysator in einem Abgassystem der Brennkraftmaschine stabil erzielen und den Energiewirkungsgrad optimieren kann.

Diese Aufgabe wird von einer Abgasemissionssteuervorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen definiert.

Die Einrichtung zum Erreichen der vorstehend genannten Aufgabe und deren Betrieb und Wirkung werden nachfolgend beschrieben.

Eine Abgasemissionssteuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine hat einen NOx-Katalysator, der in einem Abgassystem der Brennkraftmaschine angeordnet ist und eine Eigenschaft zum Fördern einer Reduktionsreaktion von NOx als Reaktion auf einen Anstieg einer Konzentration von Reduktionsbestandteilen, die in dem Abgas enthalten sind, sowie eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung zum direkten Einspritzen und Zuführen von Kraftstoff in Brennkammern der Brennkraftmaschine. Diese Abgasemissionssteuervorrichtung hat eine Speichereinrichtung zum Speichern einer Vielzahl Steuermodi, bei denen der NOx-Katalysator aufgewärmt wird, indem eine Eigenschaft eines Brenngases in der Kraftmaschine gesteuert wird, eine Erkennungseinrichtung zum Erkennen einer Verbrennungseigenschaft der Kraftmaschine eines Parameters, der sich zumindest auf eine Kraftmaschinendrehzahl oder eine Kraftmaschinenlast bezieht, und eine Steuereinrichtung zum wahlweisen Durchführen von zumindest der Vielzahl Steuermodi auf der Grundlage einer Anforderung zum Aufwärmen des NOx-Katalysators oder der erkannten Verbrennungseigenschaft.

Gemäß diesem Aufbau werden gemäß dem Verbrennungszustand der Kraftmaschine wahlweise eine Vielzahl Steuermodi verwendet, die durch Kombinieren von Steuerpunkten gebildet werden (Voreinspritzung, Nacheinspritzung, Niedrigtemperaturverbrennung auf der Grundlage der EGR-Steuerung und die Zugabe von Kraftstoff in das Abgassystem durch das Kraftstoffzugabeventil), wodurch der Vorteil von jedem Steuerungspunkt ausgeschöpft wird und der NOx-Katalysator effizient aufgewärmt werden kann. Zusätzlich werden die Reduzierung von Kraftmaschinenbrenngeräuschen und die Unterdrückung von Rauch ebenfalls über einen erweiterten Betriebsbereich verwirklicht.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen beschrieben.
1 zeigt eine schematische Strukturansicht eines Dieselkraftmaschinensystems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
2 zeigt eine Flusskarte der Prozedur einer Aufwärmsteuerung bei dem ersten Ausführungsbeispiel.
3 zeigt eine exemplarische Abbildung, die zum Bestimmen eines Steuermodus entsprechend einem Verbrennungszustand einer Kraftmaschine bei dem ersten Ausführungsbeispiel angewendet wird.
4 zeigt in einer exemplarischen Zeitkarte, wie die Temperatur einer Vorderseite eines NOx-Katalysators und eines Befehlssignals im Lauf der Zeit ändern, das durch eine ECU abgegeben wird, um so die Menge von Reduktionsbestandteilen zu vermehren, die in dem Abgas enthalten sind, welches in eine Katalysatoreinfassung strömt.
5 zeigt eine Flusskarte der Prozeduren einer Kraftstoffzugabeunterbindungssteuerung bei einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei dieselben Bezugszeichen ähnliche Bauteile bezeichnen, um so eine Wiederholung der Beschreibung vermeiden.
Ein erstes Ausführungsbeispiel wird nachfolgend beschrieben, bei dem eine Abgasemissionssteuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine gemäß der Erfindung auf ein Dieselkraftmaschinensystem angewendet wird.
Unter Bezugnahme auf die 1 ist eine Brennkraftmaschine (nachfolgend als eine Kraftmaschine bezeichnet) 1 ein Vier-Zylinder-Reihendieselkraftmaschinensystem, das hauptsächlich aus einem Kraftstoffzuführungssystem 10, Brennkammern 20, einem Einlasssystem 30, einem Abgassystem 40 und dergleichen besteht.
Zunächst besteht das Kraftstoffzuführungssystem 10 aus einer Zuführungspumpe 11, einer Common-Rail 12, Kraftstoffeinspritzventilen 13, ein Sperrventil 14, ein Dosierventil 16, ein Reduktionsmittelzugabeventil 17, ein Kraftmaschinenkraftstoffkanal P1, ein Kraftstoffzugabekanal P2 und dergleichen.
Die Zuführungspumpe 11 beaufschlagt von einem Kraftstoffbehälter (nicht gezeigt) gepumpten Kraftstoff mit Druck und führt diesen der Common-Rail 12 durch den Kraftmaschinenkraftstoffkanal P1 zu. Die Common-Rail hat eine Funktion als eine Sammelvorrichtung zum Halten (Sammeln) des mit hohem Druck beaufschlagten Kraftstoffes, der von der Zuführungspumpe 11 zugeführt wird, auf einen hohen Druck. Der so gesammelte Kraftstoff wird zu den Kraftstoffeinspritzventilen 13 durch die Common-Rail 12 hindurch verteilt. Jedes Kraftstoffeinspritzventil 13 ist als ein Elektromagnetventil einschließlich eines Elektromagnetsolenoiden (nicht gezeigt) aufgebaut, und es wird in geeigneter Weise zum Einspritzen und Zuführen von Kraftstoff in eine entsprechende Brennkammer 20 geöffnet.
Des weiteren führt die Zuführungspumpe 11 einen Teil des von dem Kraftstoffbehälter gepumpten Kraftstoffes dem Reduktionsmittelzugabeventil 17 durch den Kraftstoffzugabekanal P2 zu. Das Sperrventil 14 und das Dosierventil 16 sind in dieser Reihenfolge in dem Kraftstoffzugabekanal P2 in einer Richtung von der Zuführungspumpe 11 zu dem Reduktionsmittelzugabeventil 17 angeordnet. Das Sperrventil 14 sperrt den Kraftstoffzugabekanal P2 und unterbricht die Kraftstoffzufuhr im Falle eines Notfalls. Das Dosierventil 16 steuert den Druck des Kraftstoffes (Kraftstoffdruck), der dem Reduktionsmittelzugabeventil 17 zugeführt wird. Das Reduktionsmittelzugabeventil 17 ist als ein Elektromagnetventil einschließlich eines Elektromagnetsolenoiden (nicht gezeigt) aufgebaut, wie dies auch bei dem Kraftstoffeinspritzventilen 13 der Fall ist. Das Reduktionsmittelzugabeventil 17 führt eine geeignete Kraftstoffmenge, die als ein Reduktionsmittel wirkt, dem Abgassystem 40 stromaufwärts von einer Katalysatoreinfassung 42 bei einer geeigneten Zeitgebung zusätzlich zu.
Das Einlasssystem 30 bildet einen Kanal für Einlassluft, die den Brennkammern 20 zugeführt wird (das heißt es bildet einen Einlasskanal). Das Abgassystem 40 bildet einen Kanal für Abgas, das von den Brennkammern 20 ausgestoßen wird (das heißt es bildet einen Abgaskanal).
Die Kraftmaschine 1 ist mit einer bekannten Aufladevorrichtung (Turbolader) 50 versehen. Der Turbolader 50 hat ein einlassseitiges Turbinenrad 52 und ein auslassseitiges Turbinenrad 53, die über eine Welle 51 miteinander gekoppelt sind. Das einlassseitige Turbinenrad 52 ist der Einlassluft in dem Einlasssystem 30 ausgesetzt. Das auslassseitige Turbinenrad 53 ist dem Abgas in dem Abgassystem 40 ausgesetzt. Der so aufgebaute Turbolader 50 dreht das einlassseitige Turbinenrad 53 mittels des Abgases, das an dem abgasseitigen Turbinenrad 52 strömt (das heißt mittels eines Abgasdrucks, der auf das auslassseitige Turbinenrad 52 aufgebracht wird) und erhöht einen Einlassdruck. Der Turbolader 50 führt nämlich einen sogenannten Aufladevorgang durch.
In dem Einlasssystem 30 ist ein Zwischenkühler 31 in dem Turbolader 50 angeordnet, der Einlassluft aktiv kühlt, die durch den Ladevorgang aufgewärmt wurde. Ein Drosselventil 32 ist weiter stromabwärts von dem Zwischenkühler 31 angeordnet und wird durch ein Ein-Aus-Ventil elektronisch gesteuert, dessen Öffnung stufenlos eingestellt werden kann. Das Drosselventil 32 hat eine Funktion zum Ändern des Strömungspfadflächeninhalts für Einlassluft bei einem vorbestimmten Zustand und zum Einstellen der Menge (Durchsatzrate) der zugeführten Einlassluft.
Ein Abgasrückführungskanal (EGR-Kanal) 60 zum Umgehen eines Bereiches stromaufwärts von den Brennkammern 20 (das Einlasssystem 30) und eines Bereiches stromabwärts von den Brennkammern 20) des Abgassystems 40) ist in der Kraftmaschine 1 ausgebildet. Der EGR-Kanal 60 hat eine Funktion zum korrekten Rückführen eines Teils von Abgas zu dem Einlasssystem 30. Der EGR-Kanal 60 ist mit einem EGR-Ventil 61 und einer EGR-Kühlvorrichtung 62 versehen. Das EGR-Ventil 61 wird durch eine elektronische Steuerung stufenlos geöffnet und geschlossen, und es kann die Durchsatzrate des Abgases (EGR-Gas) frei einstellen, dass durch den EGR-Kanal 60 strömt. Die EGR-Kühlvorrichtung 62 ist so gestaltet, dass sie durch den EGR-Kanal 60 strömendes (rückgeführtes) Abgas kühlt.
In dem Abgassystem 40 ist eine Katalysatoreinfassung 42, in der ein Okklusions-Reduktions-NOx-Katalysator (nachfolgend der Einfachheit halber als der NOx-Katalysator bezeichnet) untergebracht ist, stromabwärts von einem Abschnitt der Verbindungsstelle zwischen dem Abgassystem 40 und dem EGR-Kanal 60 angeordnet.
Verschiedene Sensoren sind an unterschiedlichen Abschnitten der Kraftmaschine 1 angebracht, um Signale abzugeben, die Umgebungszustände von diesen Abschnitten sowie einen Betriebszustand der Kraftmaschine 1 angeben.
Und zwar gibt ein Common-Rail-Drucksensor 70 ein Erfassungssignal entsprechend einem Druck eines in der Common-Rail 12 aufbewahrten Kraftstoffes an. Ein Kraftstoffdrucksensor 71 gibt ein Erfassungssignal entsprechend einem durch den Kraftstoffzugabekanal P2 strömenden Kraftstoffes an, der in das Reduktionsmittelzugabeventil 17 über das Dosierventil 16 eingeführt wird (das heißt entsprechend dem Kraftstoffdruck). Eine Luftdurchsatzmessvorrichtung 72 gibt ein Erfassungssignal entsprechend einer Durchsatzrate der Einlassluft (Einlassluftmenge) stromabwärts von dem Drosselventil 32 in dem Einlasssystem 30 an. Ein erster Luft/Kraftstoff-Verhältnis-(A/F-)Sensor 73a gibt ein Erfassungssignal ab, das sich fortlaufend entsprechend der Sauerstoffkonzentration ändert, die in dem Abgas stromaufwärts von der Katalysatoreinfassung 42 des Abgassystems 40 enthalten ist. Ein zweiter Luft/Kraftstoff-Verhältnis-(A/F-)Sensor 73b gibt ein Erfassungssignal ab, das sich entsprechend der Sauerstoffkonzentration stromabwärts von der Katalysatoreinfassung 42 des Abgassystems 40 fortlaufend ändert. Ein Abgastemperatursensor 74 ist in dem Abgassystem 40 an einem Abgaseinlassabschnitt der Katalysatoreinfassung 42 angebracht und gibt ein Erfassungssignal entsprechend einer Temperatur von Abgas an dem Abgaseinlassabschnitt an (das heißt entsprechend einer Abgastemperatur). Ein NOx-Sensor 75 gibt ein Erfassungssignal ab, dass sich entsprechend der NOx-Konzentration fortlaufend ändert, die in dem Abgas stromabwärts von der Katalysatoreinfassung 42 des Abgassystems 40 enthalten ist.
Ein Beschleunigungsvorrichtungspositionssensor 76 ist an einem Beschleunigungspedal (nicht gezeigt) der Kraftmaschine 1 angebracht und gibt ein Erfassungssignal entsprechend einem Niederdrückungshub ACC des Beschleunigungspedals ab. Ein Kurbelwinkelsensor 77 gibt ein Erfassungssignal (ein Puls) jedes Mal dann ab, wenn sich eine Abgabewelle (eine Kurbelwelle) der Kraftmaschine 1 um einen bestimmten Winkel dreht. Diese Sensoren 70 bis 77 sind elektrisch mit einer elektronischen Steuereinheit (ECU) 80 verbunden.
Die ECU 80 hat eine Zentralverarbeitungseinheit (CPU 81) einen Festwertspeicher (ROM) 82, einen Direktzugriffsspeicher (RAM) 83, einen Sicherungs-RAM 84, einen Zähler 85 und dergleichen. Die ECU 80 hat eine Logikschaltung, die durch Verwenden der Komponenten 81 bis 85 gebildet wird, eine externe Eingabeschaltung 86 einschließlich eines A/D-Wandlers sowie eine externe Abgabeschaltung 87 mittels eines bidirektionalen Busses 88.
Erfassungssignale der vorstehend erwähnten Sensoren werden in die so aufgebaute ECU 80 über die externe Eingabeschaltung eingegeben. Auf der Grundlage von diesen Signalen führt die ECU 80 verschiedene Steuerungen hinsichtlich des Betriebszustands der Kraftmaschine 1 durch, um so die Öffnung des EGR-Ventils 61, die Öffnung des Drosselventils 32 oder dergleichen zusätzlich zu den Öffnungs- und Schließvorgängen der Kraftstoffeinspritzventile 13 einzustellen.
Der Aufbau und die Funktion der Katalysatoreinfassung 42 wird nun im einzelnen beschrieben, die in dem Abgassystem 40 als eine der vorstehend beschriebenen Komponenten angeordnet ist.
Ein Okklusions-Reduktions-NOx-Katalysator (nachfolgend als der NOx-Katalysator bezeichnet) ist in der Katalysatoreinfassung 42 untergebracht.
Der NOx-Katalysator verwendet einen wabenförmigen Körper (ein Partikelfilter), der hauptsächlich aus Aluminiumoxid (Al₂O₃) oder dergleichen als ein Träger aufgebaut ist. Ein Alkalimetall, das als ein NOx-Absorptionsmittel dient, wie zum Beispiel Kalium (K), Natrium (Na), Lithium (Li), Cäsium (Cs) oder dergleichen, Erdalkalimetall wie zum Beispiel Barium (Ba) oder Calcium (Ca) und seltene Erden wie zum Beispiel Lanthan (La) oder Yttrium (Y) sowie ein Edelmetall, das als ein Oxidationskatalysator (ein Edelmetallkatalysator) wirkt, wie zum Beispiel Platin (Pt) oder dergleichen sind an der Oberfläche des Partikelfilters (der Träger) getragen, wodurch der NOx-Katalysator gebildet wird.
Das NOx-Absorptionsmittel hat Eigenschaften zum Absorbieren von NOx, wenn das Abgas eine hohe Sauerstoffkonzentration hat, und zum Auslassen von NOx, wenn das Abgas eine geringe Sauerstoffkonzentration hat. Falls HC und CO oder dergleichen in dem Abgas vorhanden sind, wenn NOx in das Abgas ausgelassen wird, dann fördert der Edelmetallkatalysator eine Reaktion zum Oxidieren von HC und CO, wodurch eine Oxidations-Reduktions-Reaktion zwischen dem NOx-Katalysator und dem Edelmetallkatalysator auftritt, wobei NOx als Oxidationsbestandteil und HC und CO als Reduktionsbestandteile verwendet werden. Und zwar werden HC und CO zu CO₂ und H₂o oxidiert und NOx wird zu N₂ reduziert.
Auch in dem Fall, wenn das Abgas eine hohe Sauerstoffkonzentration zeigt und falls das NOx-Absorptionsmittel eine vorbestimmte Schwellmenge von NOx absorbiert hat, dann kann es andererseits nicht länger NOx absorbieren. In der Kraftmaschine 1 wird ein Reduktionsmittel (Kraftstoff im Falle des gegenwärtigen Ausführungsbeispieles) zusätzlich zu einem Bereich stromaufwärts von der Katalysatoreinfassung 42 in den Abgaskanal durch das Kraftstoffzugabeventil 17 zugeführt, bevor die NOx-Absorptionsmenge des NOx-Absorptionsmittel, das in der Katalysatoreinfassung 42 untergebracht ist, den Schwellwert erreicht. Das Reduktionsmittel wird auf diese Weise zugeführt, wodurch das durch den NOx-Katalysator absorbierte NOx ausgelassen und reduktiv gereinigt wird. Somit wird eine Steuerung zum Erholen einer NOx-Absorptionskapazität des NOx-Absorptionsmittels (der NOx-Katalysator) in Intervallen einer vorbestimmten Zeitperiode wiederholt.
Darüber hinaus reinigt der Partikelfilter, der den Träger für das NOx-Absorptionsmittel und den Edelmetallkatalysator bildet, schädliche Bestandteile, die in dem Abgas enthalten sind, wie zum Beispiel feine Partikel, die in dem Abgas enthalten sind, wie zum Beispiel Ruß, NOx und dergleichen gemäß einem nachfolgend beschriebenen Mechanismus.
Wie dies vorstehend beschrieben ist, führt der NOx-Katalysator wiederholt einen Absorptions-, Auslass- und Reinigungsvorgang von NOx entsprechend der in dem Abgas enthaltenen Sauerstoffkonzentratian oder der Reduktionsbestandteilmenge unter Zusammenwirkung mit dem NOx-Absorptionsmittel und dem Edelmetallkatalysator als Komponenten des NOx-Katalysators durch. Andererseits hat der NOx-Katalysator eine Eigenschaft einer sekundären Erzeugung von Aktivsauerstoff, während NOx auf diese Weise gereinigt wird. Wenn das Abgas durch den Partikelfilter hindurchströmt, dann fängt der Strukturkörper (aus einem porösen Material) feine Partikel auf, die in dem Abgas enthalten sind, wie zum Beispiel Ruß oder dergleichen. Da der Aktivsauerstoff, der durch den NOx-Katalysator erzeugt wird, eine äußerst hohe Reaktivität (Aktivität) als ein Oxidationsmittel aufweist, reagieren feine Partikel, die an der Oberfläche des Nachbarbereiches des NOx-Katalysators eingefangen und abgelagert wurden, sanft mit dem Aktivsauerstoff (ohne eine Erzeugung von hellen Flammen), und sie werden gereinigt.
Die ECU 80 führt eine Kraftstoffeinspritzsteuerung auf der Grundlage eines Betriebszustands der Kraftmaschine 1 durch, der von Erfassungssignalen der Sensoren gebildet wird. Bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel bezieht sich die Kraftstoffeinspritzsteuerung auf die Durchführung der Kraftstoffeinspritzung in jede Brennkammer 20 durch ein entsprechendes Kraftstoffeinspritzventil 13. Die Kraftstoffeinspritzsteuerung beinhaltet eine Reihe von Verarbeitungen, bei denen die Kraftstoffeinspritzventile 13 auf der Grundlage von festgelegten Parametern individuell geöffnet oder geschlossen werden, wie zum Beispiel eine Kraftstoffeinspritzmenge Q, eine Einspritzzeitgebung und ein Einspritzmuster.
Die ECU 80 führt die Reihe von Verarbeitungen in Intervallen einer vorbestimmten Zeitperiode wiederholt durch, während die Kraftmaschine 1 in Betrieb ist. Die Kraftstoffeinspritzmenge Q und die Einspritzzeitgebung werden hauptsächlich unter Bezugnahme auf eine Abbildung (nicht gezeigt) bestimmt, die im voraus auf der Grundlage eines Niederdrückungshubs ACC des Beschleunigungspedals und einer Kraftmaschinendrehzahl NE festgelegt wurde (Parameter, die auf der Grundlage eines Pulssignals berechnet werden können, dass von einem Kurbelwinkelsensor abgegeben wird).
Beim Festlegen des Kraftstoffeinspritzmusters führt die ECU 80 eine Kraftstoffeinspritzung in der Nähe eines oberen Todpunktes bei einer Verdichtung für den jeweiligen Zylinder als eine Haupteinspritzung durch, und sie erhält somit eine Kraftmaschinenabgabe. Daneben führt die ECU 80 eine Kraftstoffeinspritzung vor der Haupteinspritzung durch (nachfolgend als eine Voreinspritzung bezeichnet), sowie eine Kraftstoffeinspritzung nach der Haupteinspritzung (nachfolgend als eine Nacheinspritzung bezeichnet), und zwar als eine Nebeneinspritzung in einer geeignet ausgewählten Periode hinsichtlich eines ausgewählten Zylinders oder hinsichtlich ausgewählten Zylindern.
Bei einer Dieselkraftmaschine erreichen Brennkammern im allgemeinen eine Temperatur, die eine Selbstzündung von Kraftstoff in einer Endstufe eines Verdichtungshubs induziert. Insbesondere in jenem Fall, wenn der Betriebszustand der Kraftmaschine in einem Zwischenlastbereich bis Hochlastbereich ist, und wenn zur Verbrennung verwendeter Kraftstoff zusammen in die Brennkammern eingespritzt und zugeführt wird, dann verbrennt er explosionsartig, während Geräusche entstehen. Eine Voreinspritzung wird durchgeführt, wodurch der vor der Haupteinspritzung zugeführte Kraftstoff als eine Wärmequelle dient (oder eine Vorflamme), die sich in den Brennkammern allmählich vergrößert und zu einer Verbrennung führt. Dem entsprechend wird der Verbrennungszustand von Kraftstoff in den Brennkammern relativ sanft und die Zündverzögerungszeit wird verkürzt. Somit wird der Lärm abgeschwächt, der aus dem Betrieb der Kraftmaschine resultiert, und die in dem Abgas enthaltene NOx-Menge wird außerdem reduziert.
Bei einer von einer Voreinspritzung begleiteten Kraftstoffeinspritzung neigt die Kraftmaschinenabgabe dazu, dass sie sich hinsichtlich der Kraftstoffverbrauchsmenge reduziert. Somit wird die bei der Haupteinspritzung erforderliche Kraftstoffeinspritzmenge vermehrt, und die Temperatur des Abgases erhöht sich. Des weiteren vermehren sich die Mengen an leichten HC und CO, die in das Abgassystem 40 ausgelassen werden, ohne dass sie vollständig in den Brennkammern 20 verbrannt werden, und das HC und das CO bewirken eine exotherme Reaktion über den NOx-Katalysator. Das bedeutet, dass die Durchführung einer Voreinspritzung es außerdem ermöglicht, den NOx-Katalysator in der Katalysatoreinfassung 42 aufzuwärmen.
Der Kraftstoff, der den Brennkammern 20 durch die Nacheinspritzung zugeführt wird, wird zu leichten HC im Verbrennungsgas reformiert und zu dem Abgassystem 40 ausgelassen. Und zwar wird das leichte HC, das als ein Reduktionsmittel dient, dem Abgassystem 40 durch eine Nacheinspritzung zugegeben, so dass die Konzentration der Reduktionsbestandteile erhöht ist, die in dem Abgas enthalten ist. Die Reduktionsbestandteile, die dem Abgassystem 40 zugegeben werden, reagieren mit NOx, das aus dem NOx-Katalysator ausgelassen wird, und anderen Oxidationsbestandteilen, die in dem Abgas enthalten sind, durch den NOx-Katalysator in der Katalysatoreinfassung 42. Die bei diesem Zeitpunkt erzeugte Reaktionswärme erhöht die Ablagerungstemperatur des NOx-Katalysators.
Die ECU 80 führt eine EGR-Steuerung auf der Grundlage eines Betriebszustands der Kraftmaschine 1 durch, der durch Erfassungssignale von den Sensoren gebildet wird. Bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel bedeutet die EGR-Steuerung zum Einstellen der Durchsatzrate eines durch den EGR-Kanals strömenden Gases oder der Durchsatzrate eines von dem Abgassystem 40 zu dem Einlasssystem 30 rückgeführten Abgases durch eine Betätigung des elektronisch gesteuerten EIN-AUS-Ventils (EGR-Ventil) 61, das in dem EGR-Kanal angeordnet ist.
Eine Soll-Öffnungsgröße des EGR-Ventils 61 (nachfolgend als die Sollöffnungsgröße bezeichnet) wird hauptsächlich unter Bezugnahme auf eine Abbildung (nicht gezeigt) bestimmt, die im Voraus auf der Grundlage von Betriebszuständen der Kraftmaschine 1 festgelegt wurde, wie zum Beispiel die Last, die Drehzahl und dergleichen. Die ECU 80 aktualisiert die Sollöffnungsgröße in Intervallen einer vorbestimmten Zeitperiode, während die Kraftmaschine 1 in Betrieb ist. Die ECU 80 gibt sequentiell ein Befehlssignal zu einer Antriebsschaltung für das EGR-Ventil 61 ab, so dass die tatsächliche Öffnungsgröße des EGR-Ventils 61 mit der aktualisierten Sollöffnungsgröße zusammenfällt.
Falls ein Teil des Abgases zu dem Einlasssystem 30 durch eine Reihe von derartigen Verarbeitungen rückgeführt wird, dann wird die Menge von inaktiven Gasbestandteilen, die in dem für die Kraftmaschinenverbrennung verwendeten Gemisch enthalten sind, entsprechend der rückgeführten Abgasmenge vermehrt. Infolgedessen verringert sich die Verbrennungstemperatur der Kraftmaschine 1 (die Kraftmaschine 1 nimmt eine sogenannte Niedrigtemperaturverbrennung an), und die in dem Abgas enthaltene NOx-Menge wird reduziert. Zusätzlich wird nahezu kein Rauch erzeugt, zum Beispiel in jenem Zustand, wenn das EGR-Verhältnis etwa über 55% beträgt (die Durchsatzrate des EGR-Gases/(die Durchsatzrate des EGR-Gases plus Durchsatzrate der Einlassluft)).
Des weiteren vermehrt sich die unverbrannte HC-Menge (Reduktionsbestandteile, die in dem Abgas enthalten ist, während der Durchführung der Niedrigtemperaturverbrennung. Infolgedessen wird leichtes HC, das als Reduktionsbestandteil wirkt, dem Abgassystem 40 zugegeben und vermehrt die Konzentration der Reduktionsbestandteile, die in dem Abgas enthalten sind. Und zwar ermöglicht es die Durchführung der EGR-Steuerung (Niedrigtemperaturverbrennung), außerdem eine Wirkung zum Anheben der Ablagerungstemperatur des NOx-Katalysators wie im Falle der Nacheinspritzung zu erzielen.
Kraftstoff (ein Reduktionsmittel) wird dem Abgassystem 40 durch das Kraftstoffzugabeventil 17 direkt zugegeben, das außerdem die Konzentration der Reduktionsbestandteile vermehrt, die in dem Abgas enthalten sind, wie im Falle der Nacheinspritzung. Infolgedessen kann die Ablagerungstemperatur des NOx-Katalysators angehoben werden. Im Vergleich mit der Nacheinspritzung neigt der Kraftstoff, der durch das Kraftstoffzugabeventil 17 zugegeben wurde, zu einer Aufrechterhaltung eines höheren Polymerzustands des Abgases und zu einer inhomogenen Verteilung. Im Vergleich mit der Nacheinspritzung gewährleistet die Zugabe von Kraftstoff durch das Kraftstoffzugabeventil 17 eine größere Kraftstoffmenge, die in dieser Zeit zugegeben werden kann, sowie einen höheren Grad bei der Zeitgebung zum Zugeben von Kraftstoff.
Die vorstehend erwähnte Voreinspritzung, die Nacheinspritzung, die EGR-Steuerung (Niedrigtemperaturverbrennung) und die Kraftstoffzugabesteuerung wirken so zusammen, dass sie die Menge an Reduktionsbestandteilen vermehren, die in dem Abgas enthalten ist. Somit wird eine der Steuerungen wiederholt in Intervallen einer vorbestimmten Zeitperiode durchgeführt, wodurch NOx, das durch den NOx-Katalysator absorbiert ist, ausgelassen und reduktiv gereinigt wird, und die NOx-Absorptionskapazität des NOx-Katalysators kann sich erholen.
Wie dies auch bei dem zugehörigen Stand der Technik im vorstehenden beschrieben wurde, ist es wünschenswert, dass eine Steuerung zum Aufwärmen des NOx-Katalysators in Intervallen einer vorbestimmten Zeitperiode durchgeführt wird (das heißt die Aufwärmsteuerung), das SOx und dergleichen beseitigt werden, die sich allmählich an dem NOx-Katalysator ablagern, wenn der Betrieb der Kraftmaschine 1 andauert. Bei der Steuerung zum Aufwärmen des NOx-Katalysators in Intervallen einer vorbestimmten Zeitperiode ist es angemessen, dass eine der vorstehend erwähnten Voreinspritzung, Nacheinspritzung, EGR-Steuerung (Niedrigtemperaturverbrennung) und Kraftstoffzugabesteuerung fortlaufend über eine Periode hinaus durchgeführt werden, die beim Auslassen und reduktiven Reinigen des NOx erforderlich ist, welches durch den NOx-Katalysator absorbiert wurde.
Hierbei ist zu beachten, dass der gleiche Betrieb und die gleiche Wirkung im wesentlichen aus der vorstehend erwähnten Voreinspritzung, Nacheinspritzung, EGR-Steuerung (Niedrigtemperaturverbrennung) und Kraftstoffzugabesteuerung dahingehend erwartet werden kann, dass eine der Steuerungen den NOx-Katalysator in der Katalysatoreinfassung 42 aufwärmt. Während jede der Aufwärmsteuerungen üblicherweise die Aufwärmwirkung des NOx-Katalysators erzielt, so übt jedoch jede von diesen eine spezifische Wirkung auf andere Parameter bezüglich des Betriebszustands der Kraftmaschine 1 aus. Zum Beispiel unterdrückt die Durchführung der Voreinspritzung die Erzeugung eines Geräusches, was aus den Betrieb der Kraftmaschine 1 resultiert, und die Durchführung der Niedrigtemperaturverbrennung unterdrückt außerdem die Raucherzeugung. Die Größe (Wirkung) des Aufwärmvorgangs des NOx-Katalysators auf der Grundlage von jeder der Aufwärmsteuerungen schwankt entsprechend dem Betriebszustand der Kraftmaschine 1. Auch wenn der Betriebszustand der Kraftmaschine 1 gleich ist, so unterscheidet sich die Größe (Wirkung) des Aufwärmvorgangs unter den Aufwärmsteuerungen. Anders gesagt unterscheidet sich der effizienteste Betrieb von einer der Steuerungen beim Aufwärmen des NOx-Katalysators in Abhängigkeit von dem Betriebszustand der Kraftmaschine 1.
Somit wählt das Kraftmaschinensystem gemäß dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel ein optimales Steuerungsmuster entsprechend dem Betriebszustand der Kraftmaschine 1 unter dem Standpunkt einer Minimierung der Kraftstoffverbrauchsmenge (oder des Reduktionsmittels) auf der Grundlage der Durchführung der Aufwärmsteuerungen, einer Unterdrückung der Raucherzeugung und einer Unterdrückung eines Verbrennungsgeräusches aus, das infolge des Kraftmaschinenbetriebs erzeugt wird, und sie führt das so ausgewählte optimale Steuerungsmuster aus. Des weiteren wird der Verbrennungszustand der Kraftmaschine 1, der aus der Kraftstoffeinspritzmenge Q und der Kraftmaschinendrehzahl NE bestimmt ist, als ein Referenzbetriebszustand angewendet, der als ein Kriterium beim Auswählen des optimalen Steuerungsmusters verwendet wird.
[Konkrete Prozeduren beim Durchführen der Aufwärmsteuerung]
Konkrete Prozeduren beim Durchführen der Aufwärmsteuerung des NOx-Katalysators gemäß dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel mittels der ECU 80 werden nachfolgend beschrieben.
Die 2 zeigt eine Flusskarte einer Aufwärmsteuerroutine, die in Intervallen einer vorbestimmten Zeitperiode durch die ECU 80 ausgeführt wird.
Wenn der Betrieb zu der gegenwärtigen Routine schreitet, dann erfasst die ECU 80 zunächst einen Betriebsbereich, der einen gegenwärtigen Verbrennungszustand der Kraftmaschine 1 bei dem Schritt S101 auf der Grundlage einer Kraftmaschinendrehzahl NE und einer Kraftstoffmenge (Kraftstoffeinspritzmenge Q) wiedergibt, welche individuell den Brennkammern 20 durch die Kraftstoffeinspritzventile 13 eingespritzt und zugeführt wird. Insbesondere wird einer von vier Betriebsbereichen ausgewählt, die in eine Abbildung eingeteilt sind, welche im Voraus so bestimmt wurde, dass sie aus der Kraftstoffeinspritzmenge Q und der Kraftmaschinendrehzahl NE bestimmt ist.
Die 3 zeigt in einem Beispiel, wie Betriebsbereiche entsprechend Verbrennungszuständen der Kraftmaschine 1 aus einer Beziehung zwischen der Kraftstoffeinspritzmenge Q und der Kraftmaschinendrehzahl NE in der Abbildung eingeteilt werden, die bei dem Schritt S101 angewendet wird.
Wie dies in der 3 gezeigt ist, ist ein Durchführungsbereich der Aufwärmsteuerung, der durch eine gestrichelte Linie in der Abbildung umschlossen ist, in Bereiche (1), (2), (3) und (4) eingeteilt. Der Bereich der Anwendung verschiebt sich in der Reihenfolge (1) → (2) → (3) → (4), wenn sich die Kraftmaschinendrehzahl NE erhöht oder wenn sich die Kraftstoffeinspritzmenge Q vermehrt.
Zuallererst führt die ECU 80 eine Voreinspritzung oder eine Niedrigtemperaturverbrennung auf der Grundlage der EGR-Steuerung durch, falls der Verbrennungszustand der Kraftmaschine 1 zu dem Bereich (1) gehört. Zum Beispiel entspricht der Bereich (1) jenem Zustand, in dem die Kraftmaschine 1 im Leerlauf ist, jenem Zustand, in dem ein mit der Kraftmaschine 1 ausgestattetes Fahrzeug ein Gefälle hinabfährt oder dergleichen. Die Ablagerungstemperatur des NOx-Katalysators neigt dazu, dass sie unter einen derartigen Zustand fällt. Somit wird die Aufwärmsteuerung nicht nur zum Beseitigen von SOx oder dergleichen durchgeführt, das an dem NOx-Katalysator abgelagert ist, sondern es können ähnliche Steuerungen auch für den Zweck zum Aufrechterhalten des NOx-Katalysators in der Katalysatoreinfassung 42 in einen aktivierten Zustand durchgeführt werden, falls der Verbrennungszustand der Kraftmaschine 1 in dem Bereich (1) ist. Insbesondere wenn die Ablagerungstemperatur des NOx-Katalysators in der Katalysatoreinfassung 42 gleich oder größer als eine vorbestimmte Temperatur (250°C) auf der Grundlage der Historie der Abgastemperaturen geschätzt wird, dann bestimmt die ECU 80, dass der NOx-Katalysator in einem aktiven Zustand ist, und sie hält die Ablagerungstemperatur des NOx-Katalysators auf einen gegenwärtigen Wert durch die Niedrigtemperaturverbrennung auf der Grundlage der EGR-Steuerung. Falls andererseits die Ablagerungstemperatur des NOx-Katalysators in der Katalysatoreinfassung 42 niedriger als die vorbestimmte Temperatur (zum Beispiel 250°C) auf der Grundlage der Historie der Abgastemperaturen geschätzt wird, oder falls an dem NOx-Katalysator abgelagertes SOx zu diesem Zeitpunkt beseitigt werden soll, dann wird eine Voreinsspritzung als die Aufwärmsteuerung durchgeführt, aus der eine größere Aufwärmwirkung für den NOx-Katalysator als bei der Niedrigtemperaturverbrennung erwartet werden kann. Falls eine ausreichende Aufwärmwirkung des NOx-Katalysators auch durch die Durchführung einer Voreinspritzung nicht erreicht werden kann, dann ist es auch angemessen, dass die Niedrigtemperaturverbrennung oder die Steuerung zum direkten Zugeben von Kraftstoff in das Abgassystem 40 durch das Kraftstoffzugabeventil 17 (das heißt die Kraftstoffzugabesteuerung) in Verbindung mit der Voreinspritzung durchgeführt wird.
Falls der Verbrennungszustand der Kraftmaschine 1 zu dem Bereich (2) gehört, dann neigt die Temperatur des in die Katalysatoreinfassung 42 strömenden Abgases dazu, dass es infolge einer Beziehung zwischen der Temperatur des Verbrennungsgases und der Raumgeschwindigkeit in dem Abgassystem 40 niedrig wird. Somit werden die Voreinspritzung und die Nacheinspritzung zusammen miteinander durchgeführt, falls der NOx-Katalysator in dem Bereich (2) erwärmt werden muss. Falls eine zusätzliche Aufwärmwirkung des NOx-Katalysators erforderlich ist, dann ist es auch angemessen, dass die Niedrigtemperaturverbrennung oder die Steuerung zum direkten Zugeben von Kraftstoff in das Abgassystem 40 durch das Kraftstoffzugabeventil 17 (das heißt die Kraftstoffzugabesteuerung) zusammen mit der Voreinspritzung oder der Nacheinspritzung durchgeführt wird.
Falls der Verbrennungszustand der Kraftmaschine 1 zu dem Bereich (3) gehört, dann neigt die Temperatur des in die Katalysatoreinfassung 42 strömenden Abgases dazu, dass sie infolge einer Beziehung zwischen der Temperatur eines Verbrennungsgases und der Raumgeschwindigkeit in dem Abgassystem 40 auch niedrig wird. Somit wird ausschließlich eine Voreinspritzung durchgeführt, ohne dass die Nacheinspritzung durchgeführt wird, falls der NOx-Katalysator in den Bereich (3) aufgewärmt werden muss. Falls eine zusätzliche Aufwärmwirkung des NOx-Katalysators erforderlich ist, dann ist es auch angemessen, dass die Niedrigtemperaturverbrennung oder die Steuerung zum direkten Zugeben von Kraftstoff in das Abgassystem 40 durch das Kraftstoffzugabeventil (das heißt die Kraftstoffzugabesteuerung) zusammen mit der Voreinspritzung durchgeführt wird.
Falls der Verbrennungszustand der Kraftmaschine 1 zu dem Bereich (4) gehört, dann neigt die Menge von unverbrannten HC, das während des Betriebs der Kraftmaschine 1 erzeugt wird, zu einer Vermehrung. Falls die Voreinspritzung in einem derartigen Zustand durchgeführt wird, dann wird die Kraftmaschinenverbrennung aufgrund der Eigenschaft der Einspritzform langsam, und die Zeitgebung für die Haupteinspritzung wird verzögert. Somit vermehrt sich die Menge von unverbrannten HC, dass in dem Abgas enthalten ist, und es wird wahrscheinlich Rauch erzeugt. Somit wird die Durchführung der Voreinspritzung in dem Bereich (4) ungeachtet dessen unterbunden, ob der NOx-Katalysator aufgewärmt werden muss oder nicht. Und zwar wird eine andere Form der Aufwärmsteuerung (Steuerungsmodus) als die Voreinspritzung angewendet, falls der NOx-Katalysator aufgewärmt werden muss.
Bei einem Schritt S102 wendet die ECU 80 die Form der bei dem Schritt S101 ausgewählten Aufwärmsteuerung an. Falls dies notwendig ist, dann wird der NOx-Katalysator in der Katalysatoreinfassung 42 aufgewärmt.
Die ECU 80 springt vorübergehend aus der gegenwärtigen Routine, nachdem sie den Schritt S102 durchschritten hat.
Wie dies vorstehend gemäß dem Kraftmaschinensystem des gegenwärtigen Ausführungsbeispiels beschrieben ist, wird eine optimale Form aus einer Vielzahl Steuerungsformen mit einer Funktion zum Aufwärmen des Nox-Katalysators ausgewählt und unter dem Standpunkt einer Minimierung der Kraftstoffverbrauchsmenge (des Reduktionsmittels) oder zum Unterdrücken der Raucherzeugung angewendet. Solange nicht angenommen wird, dass HC und CO übermäßig dem NOx-Katalysator in dem Bereich (1) zugeführt wird oder solange nicht angenommen wird, dass die Raucherzeugung in dem Bereich (4) induziert wird, werden die Verbrennungsgeräusche der Kraftmaschine 1 über einen erweiterten Betriebsbereich beim Durchführen der Voreinspritzung reduziert.
Und zwar wird gemäß dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel der Verbrennungszustand der Kraftmaschine 1 indirekt auf der Grundlage von einigen Parametern zum Erfassen eines Betriebszustands der Kraftmaschine 1 gebildet, und eine Vielzahl Betriebsbereiche (vier Bereiche bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel) hinsichtlich dieses Verbrennungszustands werden festgelegt. Ein Steuerungsmodus, der durch Auswählen eines einzigen Punktes aus der Vielzahl Steuerungspunkten verwendet wird, die doppelt verwendet werden können (Voreinspritzung, Nacheinspritzung, Niedrigtemperaturverbrennung auf der Grundlage der EGR-Steuerung und die Zugabe von Kraftstoff in das Abgassystem durch das Kraftstoffzugabeventil), oder eine Kombination einer Vielzahl von Punkten wird als ein Steuerungsmodus entsprechend dem jeweiligen Bereich der vier Bereiche durchgeführt.
Die Steuerungspunkte sind beim Erreichen einer Aufwärmwirkung für den NOx-Katalysator in einem vorbestimmten Zustand gleich, aber sie haben untereinander verschiedene Eigenschaften hinsichtlich der Anwendbarkeit, der Größe der Aufwärmwirkung, der Kraftstoffverbrauchsmenge und des Auftretens von anderen Funktionen (zum Beispiel die Reduzierung eines Kraftmaschinenverbrennungsgeräusches, die Rauchunterdrückung und dergleichen). Diese untereinander verschiedenen Eigenschaften werden durch den Verbrennungszustand der Kraftmaschine 1 bestimmt.
Somit wird gemäß dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel eine Vielzahl Steuerungsmodi, die durch Kombinieren der Steuerungspunkte gebildet sind (Voreinspritzung, Nacheinspritzung, Niedrigtemperaturverbrennung auf der Grundlage der EGR-Steuerung und die Zugabe von Kraftstoff in das Abgassystem durch das Kraftstoffzugabeventil), wahlweise verwendet, um sich dem Verbrennungszustand der Kraftmaschine 1 anzupassen, wodurch der Vorteil der jeweiligen Steuerungspunkte maximiert wird und der NOx-Katalysator effizient aufgewärmt werden kann. Zusätzlich werden die Reduzierung eines Kraftmaschinenverbrennungsgeräusches und die Rauchunterdrückung ebenfalls über einen erweiterten Betriebsbereich verwirklicht.
Die Abbildung (3), die bei der vorstehend erwähnten Steuerungsroutine (2) angewendet wird, ist so gestaltet, dass sie einen Steuerungsmodus zum Verwirklichen des Aufwärmvorgangs des NOx-Katalysators, der Reduzierung der Kraftmaschinenverbrennungstemperatur und der Rauchunterdrückung zusammen bestimmt und den Betriebszustand der Kraftmaschine 1 auf der Grundlage einer Kraftmaschinendrehzahl NE und eines Parameters optimiert, der die Last der Kraftmaschine 1 wiedergibt. Auch wenn die Kraftstoffeinspritzmenge Q als ein Parameter angewendet wird, der die Last der Kraftmaschine 1 bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel wiedergibt, ist es ebenso angemessen, die Einlassluftmenge, die Abgastemperatur oder dergleichen anzuwenden. Auch wenn eine Abbildung oder eine Funktion auf der Grundlage von einem der Parameter einschließlich der Kraftstoffeinspritzmenge Q, der Einlassluftmenge, der Abgastemperatur und der Kraftmaschinendrehzahl NE gebildet wird, kann eine ähnliche Wirkung wie bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel erreicht werden.
Die Zugabe von Kraftstoff in das Abgassystem 40 durch das Kraftstoffzugabeventil 17 (das heißt die Kraftstoffzugabesteuerung) demonstriert eine große Flexibilität, da sie einen breiten Anwendungsbereich aufweist und es ermöglicht, eine große Kraftstoffmenge jedes Mal dann zuzuführen, wenn Kraftstoff zugegeben wird. Jedoch bezieht sich die Kraftstoffzugabesteuerung nicht direkt auf den Verbrennungszustand der Kraftmaschine 1. Somit kann eine Steuerungsstruktur zum Erreichen einer ähnlichen Wirkung wie die vorstehend beschriebene Steuerungsroutine (2) aufgebaut werden, auch wenn die Kraftstoffzugabesteuerung ausgeschlossen wird. In diesem Fall können das Kraftstoffzugabeventil 17 sowie die Vorrichtung und die Anordnung zum Zuführen des Kraftstoffes zu dem Kraftstoffzugabeventil 17 (das Reduktionsmittel) ebenfalls aus dem Kraftmaschinensystem ausgeschlossen werden.
Ein zweites Ausführungsbeispiel wird nun beschrieben, bei dem eine Abgasemissionssteuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine gemäß der Erfindung auf ein Dieselkraftmaschinensystem angewendet wird. Die Beschreibung des zweiten Ausführungsbeispiels konzentriert sich auf die Unterschiede von dem vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel. Der Hauptaufbau des Kraftmaschinensystem des zweiten Ausführungsbeispiels, auf das die Erfindung angewendet ist, ist im wesentlichen gleich wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel einschließlich der in dem Abgassystem angeordneten Katalysatoreinfassung, des in der Katalysatoreinfassung eingebauten NOx-Katalysators, der ECU und der elektrischen Struktur der Anschlüsse der ECU (siehe 1). Somit werden die Bauteile, deren Aufbau und Funktion identisch zu jenen des ersten Ausführungsbeispiels sind, durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet, um die Wiederholung der Beschreibung zu vermeiden.
Wenn zum Beispiel die Aufwärmsteuerung durch die Kraftstoffzugabesteuerung durchgeführt wird, dann wird zerstäubter Kraftstoff fortlaufend dem NOx-Katalysator in dem Abgassystem 40 in einer vorbestimmten Zeitperiode zugeführt (zum Beispiel mehrere Minuten). Falls eine überschüssige Menge an zerstäubten Kraftstoff in die Katalysatoreinfassung 42 strömt, dann wird Wärme aus dem NOx-Katalysator beseitigt (zum Beispiel durch Verdampfungswärme), so dass die Ablagerungstemperatur des NOx-Katalysators verringert wird (eine Kühlwirkung tritt bei dem NOx-Katalysator ein). Wenn die Kraftstoffzugabesteuerung in einer vorbestimmten Zeitperiode oder länger als die Aufwärmsteuerung fortlaufend durchgeführt wird, dann erhöht sich somit die Kühlwirkung, was nicht nur einen inaktiven Zustand des NOx-Katalysators sondern auch in ungünstiger Weise ein Haften des zerstäubten Kraftstoffes an der Oberfläche des NOx-Katalysators bewirkt.
Bei dem Kraftmaschinensystem gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel wird die Kraftstoffzugabesteuerung vorübergehend unterbrochen, die Erholung des Zustands der Temperatur des NOx-Katalysators wird abgewartet und die Durchführung der fortlaufenden Kraftstoffzugabesteuerung wird wieder aufgenommen, falls eine spezifische Bedingung während der Aufwärmsteuerung erfüllt ist, die durch die fortlaufende Kraftstoffzugabesteuerung durchgeführt wird (falls bestimmt ist, dass die bei dem NOx-Katalysator eintretende Kühlwirkung einen bestimmten Grad erreicht hat). Die Erfinder haben bestätigt, dass die Kühlwirkung des NOx-Katalysators aufgrund der Verdampfungswärme an der vorderen Seite des NOx-Katalysators (an dem stromaufwärtigsten Abschnitt) in der Katalysatoreinfassung 42 sehr zu beachten ist. Bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel ist die Steuerungsstruktur so aufgebaut, dass der Grad der Kühlwirkung auf der Grundlage der Temperatur an der vorderen Seite des NOx-Katalysators erfasst wird.
Die 4 zeigt in exemplarischen Zeitkarten, wie sich die Temperatur der vorderen Seite des in der Katalysatoreinfassung 42 eingebauten NOx-Katalysators (obere Karte) und ein Befehlssignal entlang der Zeitachse ändern, das durch die ECU 80 abgegeben wird, um die in dem Abgas enthaltene Menge an Reduktionsbestandteilen zu vermehren, das in die Katalysatoreinfassung 42 strömt (untere Karte). In diesen Zeichnungen entsprechen Zeitperioden T1, T3 Perioden, in denen die Kraftstoffzugabesteuerung periodisch durchgeführt wird, und eine Zeitperiode T2 entspricht einer Periode, in der die Aufwärmsteuerung durchgeführt wird.
In der 4 entsprechen die Zeitperioden T1, T2 Perioden, in denen die Kraftstoffzugabesteuerung durchgeführt wird. Während die Kraftstoffzugabesteuerung durchgeführt wird, gibt die ECU 80 ein Befehlssignal (EIN) in Intervallen einer vorbestimmten Zeitperiode (bei t1, t2, t3, t8...) ab. Synchron mit dem Befehlssignal wird eine vorbestimmte Kraftstoffmenge an einem Abschnitt stromaufwärts von der Katalysatoreinfassung 42 in dem Abgassystem 40 durch das Kraftstoffzugabeventil 17 hinzugegeben. Die Zeitperiode T2 entspricht einer Periode, in der die Aufwärmsteuerung durchgeführt wird. Während die Aufwärmsteuerung durchgeführt wird, wird Kraftstoff im wesentlichen in der gleichen Art und Weise wie bei der Kraftstoffzugabesteuerung zugegeben, jedoch in einem kürzeren Zyklus (das heißt bei einer höheren Frequenz), wodurch eine größere Aufwärmwirkung des NOx-Katalysators in der Katalysatoreinfassung 42 verglichen mit der Kraftstoffzugabesteuerung erreicht wird.
Wenn andererseits die Aufwärmsteuerung gestartet wird, dann strömt eine große Menge an zerstäubten Kraftstoff fortlaufend in die Katalysatoreinfassung 82, wodurch eine Temperatur TPCAT der vorderen Seite des NOx-Katalysators allmählich abfällt (obere Karte). Bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel wird die allmählich abfallende Temperatur TPCAT der vorderen Seite des NOx-Katalysators sequentiell geschätzt, während die Aufwärmsteuerung durchgeführt wird. Falls die geschätzte Temperatur unter einem vorbestimmten Wert abfällt, dann wird die Zugabe von Kraftstoff vorübergehend unterbrochen (bei dem Zeitpunkt t5). Falls die Temperatur TPCAT der vorderen Seite des NOx-Katalysators auf den vorbestimmten Wert zurückkehrt (bei dem Zeitpunkt t6), dann wird die Zugabe von Kraftstoff wieder aufgenommen. Hierbei ist zu beachten, dass die normale Kraftstoffzugabesteuerung wieder aufgenommen wird, nachdem die Aufwärmsteuerung abgeschlossen wurde (nach dem Zeitpunkt t7).
Konkrete Prozeduren, die durch die ECU 80 durchgeführt werden, werden nachfolgend hinsichtlich der Steuerung zum Unterbinden der Zugabe von Kraftstoff in das Abgabesystem 40 durch das Kraftstoffzugabeventil 17 bei einem spezifischen Zustand (das heißt die Kraftstoffzugabeunterbindungssteuerung) während der Durchführung der Aufwärmsteuerung des NOx-Katalysators beschrieben. Hierbei ist zu beachten, dass die Kraftstoffzugabesteuerung und die Aufwärmsteuerung entsprechend einer anderen Routine sowohl während des Betriebs der Kraftmaschine 1 als auch während der Durchführung der gegenwärtigen Routine wahlweise durchgeführt werden (siehe auch 4).
Die 5 zeigt eine Flusskarte einer Kraftstoffzugabeunterbindungssteuerroutine, die in Intervallen einer vorbestimmten Zeitperiode durch die ECU 80 durchgeführt wird.
Falls der Betrieb zu der gegenwärtigen Routine fortschreitet, dann bestimmt die ECU 80 bei dem Schritt S201 zunächst, ob die Aufwärmsteuerung zu diesem Zeitpunkt durchgeführt wird oder nicht. Falls die Bestimmung bei dem Schritt S201 positiv ist, dann schreitet der Betrieb zu einem Schritt S202 weiter. Falls die Bestimmung bei dem Schritt S201 negativ ist, dann verlässt der Betrieb vorübergehend die gegenwärtige Routine.
Die ECU 80 bestimmt bei dem Schritt S202, ob eine Zugabeunterbindungsmarke F1 auf „AUS" festgelegt wurde oder nicht. Die Zugabeunterbindungsmarke F1 ist so gestaltet, dass sie die Zugabe von Kraftstoff in das Abgabesystem 40 durch das Kraftstoffzugabeventil 17 zurückhält. Falls die Marke F1 auf „EIN" festgelegt ist, dann wird die Zugabe von Kraftstoff unterbunden. Und zwar bedeutet die positive Bestimmung bei dem Schritt S202, dass die Aufwärmsteuerung in den Zeitpunkt entsprechend einer anderen Routine durchgeführt wird und dass der Kraftstoff fortlaufend durch das Kraftstoffzugabeventil 17 zugegeben wurde. Falls die Bestimmung bei dem Schritt S202 positiv ist, dann setzt die ECU 80 den Betrieb bei dem Schritt S203 fort.
Bei dem Schritt S203 erkennt die Verarbeitung eine gegenwärtige Temperatur des Abgases und einen letzten Wert der Kraftstoffmenge, die durch das Kraftstoffzugabeventil 17 zugegeben wurde (das heißt die zugegebene Kraftstoffmenge) als Informationsteile, die beim Schätzen einer Temperatur der vorderen Seite des NOx-Katalysators in der Katalysatoreinfassung 42 erforderlich sind.
Bei einem Schritt S204 schätzt die Verarbeitung eine nicht-verdampfte Menge Qattach des zugegebenen Kraftstoffes, die bei dem Schritt S203 erkannt wurde (das heißt eine Kraftstoffmenge, die an der vorderen Seite des NOx-Katalysators verweilt), indem sich auf eine Abbildung oder dergleichen auf der Grundlage einer gegenwärtigen Temperatur des Abgases bezogen wird. Auch wenn eine äquivalente Kraftstoffmenge durch das Kraftstoffzugabeventil 17 zugegeben wurde, ist es möglich, anzunehmen, dass sich zugegebener Kraftstoff umso einfacher in der Katalysatoreinfassung 42 verflüssigt, desto niedriger die Temperatur des Abgases als ein Medium zum Befördern des zugegebenen Kraftstoffs zu der Katalysatoreinfassung 42 ist.
Bei einem Schritt S205 wird ein integrierter Wert ΣQattach berechnet, der aus dem Beginn der Aufwärmsteuerung bis zum jetzigen Zeitpunkt als die Menge Qattach des nicht-verdampften Kraftstoffes gewonnen wurde.
Bei einem Schritt S206 wird bestimmt, ob der integrierte Wert ΣQattach größer ist als ein vorbestimmter Wert oder nicht. Falls die Bestimmung bei dem Schritt S206 positiv ist oder nicht, dann schätzt die Verarbeitung, dass der NOx-Katalysator (die vordere Seite) abgekühlt und durch die Zugabe einer übermäßigen Kraftstoffmenge inaktiviert wurde. Dann wird die Verarbeitung zum vorübergehenden Unterbinden der Zugabe von Kraftstoff (das heißt die Verarbeitung zum Festlegen der Zugabeunterbindungsmarke F1 auf „EIN" durchgeführt (Schritt S207), und der Betrieb verlässt vorübergehend die gegenwärtige Routine.
Wenn andererseits die Bestimmung bei dem Schritt S206 negativ ist, dann wird bestimmt, dass der NOx-Katalysator in einem aktiven Zustand gehalten wird. In diesem Fall hält die ECU 80 jenen Zustand, in dem die Zugabe von Kraftstoff gestattet wird (das heißt ein Zustand, in dem die Zugabeunterbindungsmarke F1 auf „AUS" festgelegt wurde), und sie verlässt vorübergehend die gegenwärtige Routine.
Wenn andererseits die Bestimmung bei dem Schritt S202 negativ ist, und zwar wenn die Zugabeunterbindungsmarke bereits auf „EIN" festgelegt wurde (falls die Zugabe von Kraftstoff unterbunden ist), während die Aufwärmsteuerung in diesem Zeitpunkt durchgeführt wird, dann schreitet der Betrieb der ECU 80 zu dem Schritt S210 weiter, bei dem bestimmt wird, ob die Temperatur der vorderen Seite des NOx-Katalysators wieder hergestellt wurde oder nicht. Wenn zum Beispiel eine vorbestimmte Zeit verstrichen ist, nachdem die Zugabeunterbindungsmarke F1 auf „EIN" festgelegt wurde, dann ist es möglich, zu bestimmen, dass die Temperatur der vorderen Seite des NOx-Katalysators wiederhergestellt wurde.
Falls die Bestimmung bei dem Schritt S210 negativ ist, dann verlässt die ECU 80 vorübergehend die gegenwärtige Routine, während die Zugabeunterbindungsmarke F1 auf „EIN" gehalten wird. Wenn andererseits die Bestimmung bei dem Schritt S210 positiv ist, dann schaltet die ECU 80 die Zugabeunterbindungsmarke F1 auf „AUS" zurück (Schritt S211), und sie verlässt vorübergehend die gegenwärtige Routine.
Wie dies gemäß dem Kraftmaschinensystem des gegenwärtigen Ausführungsbeispiels vorstehend beschrieben ist, verbleibt eine übermäßige Kraftstoffmenge in dem NOx-Katalysator (insbesondere an der vorderen Seite des Katalysators) während der Durchführung der Aufwärmsteuerung, wodurch der Nachteil der Abkühlung und Inaktivierung des Katalysators in wünschenswerter Weise beseitigt wird.
Somit werden SOx und dergleichen, die in den NOx-Katalysator abgelagert werden, effizient beseitigt, wodurch es möglich ist, eine stabile Abgasemissionssteuerungsfunktion des NOx-Katalysators über eine lange Zeitperiode zu gewährleisten.
Bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel wird nicht-verdampfter Kraftstoff in der Katalysatoreinfassung 42 des Abgassystems 40 auf der Grundlage einer Temperatur des Abgases und einer zugegebenen Kraftstoffmenge erfasst, und eine Temperatur der vorderen Seite des NOx-Katalysators wird auf der Grundlage der nicht-verdampften Kraftstoffmenge direkt berechnet. Anstelle des soweit beschriebenen Aufbaus ist es auch möglich, zum Beispiel einen Aufbau zu übernehmen, bei dem ein Temperatursensor an der vorderen Seite des NOx-Katalysators in der Katalysatoreinfassung 42 so angebracht ist, dass er eine Temperatur an der vorderen Seite des NOx-Katalysators oder an dem Umfang des NOx-Katalysators direkt erfasst.
Bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel werden das Zugeben von Kraftstoff und die Aufwärmsteuerung durch Zugeben von Kraftstoff in das Abgassystem 40 durch das Kraftstoffzugabeventil 17 durchgeführt. Jedoch ist es auch möglich, die Nacheinspritzung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel durchzuführen, um im wesentlichen dieselbe Wirkung wie in diesen Steuerungen zu erzielen.
Wie dies vorstehend gemäß einem Aspekt der Erfindung beschrieben ist, wird eine Vielzahl Steuerungsmodi, die durch Kombinieren der verschiedenen Steuerungspunkten gebildet werden (Nebeneinspritzung, die vor der Hauptkraftstoffeinspritzung durchgeführt wird, Nebeneinspritzung, die nach der Hauptkraftstoffeinspritzung durchgeführt wird, Einstellen der Durchsatzrate des Abgases, das in dem Abgasrückführungskanal rückgeführt wird, und Zugabe von Kraftstoff in das Abgassystem durch die Kraftstoffzugabeeinrichtung), wahlweise gemäß dem Verbrennungszustand der Kraftmaschine 1 verwendet. Dementsprechend wird der Vorteil von jeder der Steuerungspunkte maximiert, und der NOx-Katalysator kann wirksam aufgewärmt werden. Zusätzlich wird eine Reduzierung der Kraftmaschinenverbrennungsgeräusche und die Unterdrückung des Rauches ebenfalls über einen erweiterten Betriebsbereich verwirklicht.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung verbleiben übermäßige Mengen an Reduktionsbestandteilen in dem NOx-Katalysator (insbesondere an der vorderen Seite des Katalysators) während einer Betriebsperiode der Aufwärmsteuerungseinrichtung, wodurch der Nachteil der Abkühlung und der Inaktivierung des Katalysators in wünschenswerter Weise beseitigt wird. Somit werden SOx und dergleichen, die in dem NOx-Katalysator abgelagert werden, wirksam beseitigt, wodurch es möglich ist, eine stabile Abtastemissionssteuerfunktion des NOx-Katalysators über eine lange Zeitperiode aufrechtzuerhalten.

Claims

Abgasemissionssteuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine (1), mit einem NOx-Katalysator (42), der in einem Abgassystem (40) der Brennkraftmaschine (1) angeordnet ist und eine Eigenschaft zum Fördern einer Reduktionsreaktion von NOx als Reaktion auf eine Erhöhung einer Konzentration von reduzierenden Bestandteilen aufweist, die in dem Abgas enthalten sind, einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung (13) zum direkten Einspritzen und Zuführen von Kraftstoff in Brennkammern (20) der Brennkraftmaschine (1), einer Speichereinrichtung (80) zum Speichern einer Vielzahl Steuerungsmodi, bei denen der NOx-Katalysator durch Steuern einer Eigenschaft des Verbrennungsgases in der Brennkraftmaschine (1) aufgewärmt wird; einer Erkennungseinrichtung (80) zum Erkennen einer Verbrennungseigenschaft der Brennkraftmaschine (1) auf der Grundlage eines Parameters, der sich zumindest auf eine Kraftmaschinendrehzahl der Brennkraftmaschine (1) oder eine Kraftmaschinenlast der Brennkraftmaschine (1) bezieht; und einer Steuereinrichtung (80) zum wahlweisen Durchführen von zumindest einem Steuerungsmodus aus der Vielzahl Steuerungsmodi auf der Grundlage einer Anforderung zum Aufwärmen des NOx-Katalysators und der erkannten Verbrennungseigenschaft dadurch gekennzeichnet, dass die gespeicherten Steuerungsmodi zumindest einen Steuerungsmodus, bei dem die Kraftstoffeinspritzeinrichtung eine Kraftstoffnebeneinspritzung vor einer Kraftstoffhaupteinspritzung durchführt, sowie einen Steuerungsmodus aufweisen, bei dem die Kraftstoffeinspritzeinrichtung eine Kraftstoffnebeneinspritzung nach einer Kraftstoffhaupteinspritzung durchführt, und wenn die Temperatur des NOx-Katalysators (42) unter einem vorbestimmten Wert ist, nachdem eine vorbestimmte Zeit nach der Durchführung von einem der Steuerungsmodi verstrichen ist, anschließend zumindest einer der anderen Steuerungsmodi zusammen mit dem Steuerungsmodus durchgeführt wird.
Abgasemissionssteuervorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Parameter, der sich auf die Kraftmaschinenlast bezieht, eine Kraftstoffeinspritzmenge der Brennkraftmaschine (1) ist.
Abgasemissionssteuervorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Parameter, der sich auf die Kraftmaschinenlast bezieht, eine Einlassluftmenge der Brennkraftmaschine (1) ist.
Abgasemissionssteuervorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Parameter, der sich auf die Kraftmaschinenlast bezieht, eine Abgastemperatur der Brennkraftmaschine (1) ist.
Abgasemissionssteuervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass des weiteren ein Abgasrückführungskanal (60) vorgesehen ist, durch den Abgas von einer Stelle stromaufwärts von dem NOx-Katalysator (42) in dem Abgassystem zu dem Einlasssystem (30) der Brennkraftmaschine (1) rückgeführt wird, und dass die gespeicherten Steuerungsmodi zumindest einen Steuerungsmodus aufweisen, bei dem eine Menge eines inaktiven Gases in dem Einlasssystem (30) dadurch vermehrt wird, dass eine Durchsatzrate eines Abgases eingestellt wird, das durch den Abgasrückführungskanal (60) rückgeführt wird.
Abgasemissionssteuervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass des weiteren eine Reduktionsmittelzugabeeinrichtung (17) vorgesehen ist, um ein Reduktionsmittel an einer Stelle stromaufwärts von dem NOx-Katalysator (42) in dem Abgassystem (40) der Brennkraftmaschine (1) zuzugeben, und dass die gespeicherten Steuerungsmodi einen Steuerungsmodus aufweisen, bei dem die Reduktionsmittelzugabeeinrichtung ein Reduktionsmittel an einer Stelle stromaufwärts von dem NOx-Katalysator (42) in dem Abgassystem (40) der Brennkraftmaschine (1) zugibt.
Abgasemissionssteuervorrichtung gemäß Anspruch 6, mit einer Aufwärmsteuerungseinrichtung (80) zum Aufwärmen des NOx-Katalysators (42) durch fortlaufendes Betreiben der Reduktionsmittelzugabeeinrichtung (17) in einer vorbestimmten Zeitperiode, einer Temperaturerkennungseinrichtung (80) zum Erkennen einer Temperatur eines Abgaseinlassabschnittes des NOx-Katalysators (42); und einer Unterbindungseinrichtung (80) zum Unterbinden eines fortlaufenden Betriebs der Reduktionsmittelzugabeeinrichtung (17) in einer vorbestimmten Zeitperiode auf der Grundlage der erkannten Temperatur und der zugegebenen Reduktionsmittelmenge.
Abgasemissionssteuervorrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterbindungseinrichtung (80) einen fortlaufenden Betrieb der Reduktionsmittelzugabeeinrichtung (17) in der vorbestimmten Zeitperiode so unterbindet, dass die erkannte Temperatur entsprechend der Temperatur des NOx-Katalysators (42) nicht unter eine vorbestimmte Temperatur abfällt, wenn die Temperatur des NOx-Katalysators (42) aufgrund einer übermäßigen Reduktionsmittelmenge abfällt, die von der Reduktionsmittelzugabeeinrichtung (17) zu einer Stelle stromaufwärts von dem NOx-Katalysator (42) zugeführt wird.