DE10345557A1

DE10345557A1 - Sekundärluftzufuhrsystem und Sekundärluftzufuhrverfahren

Info

Publication number: DE10345557A1
Application number: DE10345557A
Authority: DE
Inventors: Shigemasa Toyota Hirooka
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-10-01
Filing date: 2003-09-30
Publication date: 2004-04-15
Anticipated expiration: 2023-10-01
Also published as: JP3829786B2; US20040060282A1; DE10345557B4; US6978600B2; JP2004124788A

Abstract

Das erfindungsgemäße Sekundärluftzufuhrsystem umfasst einen Abgaskatalysator (12) zum Abbau einer schädlichen Komponente im Abgas; eine Sekundärluftzufuhreinrichtung (20) zum Zuführen von Sekundärluft in das Abgas; eine Sekundärluftzufuhrabschalteinrichtung (26) zum Abschalten der Sekundärluftzufuhr; eine Kraftstoffversorgungseinrichtung (8) zum Versorgen der Brennkraftmaschine (1) mit Kraftstoff; eine Kraftstoffmengenerhöhungseinrichtung (8) zum Erhöhen der der Brennkraftmaschine (1) während der Sekundärluftzufuhr zugeführten Kraftstoffmenge und eine Kraftstoffmengenerhöhungsabschaltverzögerungseinrichtung (28) zum Verzögern des Abschaltzeitpunkts, an dem die durch die Kraftstoffmengenerhöhungseinrichtung (8) veranlasste Erhöhung der Kraftstoffmenge abgeschaltet wird, um eine vorgegebene Dauer selbst dann, wenn die Sekundärluftzufuhr abgeschaltet wird.

Description

Technologischer Hintergrund 1. Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf ein Sekundärluftzufuhrsystem zur Zufuhr von Sekundärluft in das Abgas einer Brennkraftmaschine sowie auf ein diesbezügliches Sekundärluftzufuhrverfahren.

2. Stand der Technik

In der japanischen Offenlegungsschrift JP-8-128320 ist eine herkömmliche Brennkraftmaschine mit einem Sekundärluftzufuhrmechanismus beschrieben, der mittels einer elektrischen Luftpumpe Sekundärluft in einen Abgaskatalysator einbläst.

Weiter ist aus der japanischen Offenlegungsschrift JP-9-72235 eine Technologie zur Regelung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Berücksichtigung der Adsorptionsmaterialmenge in einem Katalysator bekannt. Darüber hinaus offenbart die japanische Offenlegungsschrift JP-63-179119 eine Technologie zur Korrektur der bei einer Sekundärluftregelung auftretenden Verzögerung.

Unmittelbar nach dem Abschalten des Sekundärluftzufuhrmechanismus befindet sich ein Abgaskatalysator in einem Sauerstoffüberschusszustand, d.h. in einem Zustand, in dem zu viel Sauerstoff vorhanden ist. Wenn das Fahrzeug anschließend beschleunigt wird, ist der NOx-Abbau für den Katalysator daher schwierig. Des Weiteren dauert es unmittelbar nach dem Starten des Sekundärluftzufuhrme chanismus eine gewisse Zeit, bis die Drehzahl einer Sekundärluftpumpe ansteigt, so dass die zugeführte Sekundärluftmenge in dieser Phase unzureichend sein kann. Bei einer Erhöhung der Kraftstoffmenge während der Sekundärluftzufuhr kann daher Sauerstoff fehlen mit der Folge, dass sich die Abgasemissionen dementsprechend verschlechtern können.

Kurzdarstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Sekundärluftzufuhrsystem sowie ein diesbezügliches Sekundärluftzufuhrverfahren zu schaffen, mit dem sich einer Verschlechterung der Abgasemissionen wegen einer vorübergehenden Schwankung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unmittelbar nach dem Start der Sekundärluftzufuhr oder unmittelbar nach dem Ende der Sekundärluftzufuhr entgegenwirken lässt.

Diese Aufgabe wird durch ein Sekundärluftzufuhrsystem und ein Sekundärluftzufuhrverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. 6 gelöst.

Das erfindungsgemäße Sekundärluftzufuhrsystem umfasst einen im Abgassystem einer Brennkraftmaschine vorgesehenen Abgaskatalysator, der einen schädlichen Bestandteil im Abgas abbaut, eine Sekundärluftzufuhreinrichtung, die dem Abgas stromaufwärts des Abgaskatalysators Sekundärluft zuführt, eine Sekundärluftzufuhrabschalteinrichtung, die die durch die Sekundärluftzufuhreinrichtung ausgeführte Sekundärluftzufuhr abschaltet, eine Kraftstoffversorgungseinrichtung, die die Brennkraftmaschine mit Kraftstoff versorgt, eine Kraftstoffmengenerhöhungseinrichtung, die die Kraftstoffzufuhrmenge zur Brennkraftmaschine erhöht, wenn die Sekundärluftzufuhreinrichtung Sekundärluft zuführt, und eine Kraftstoffmengenerhöhungsab schaltverzögerungseinrichtung, die den Abschaltzeitpunkt, an dem die durch die Kraftstoffmengenerhöhungseinrichtung veranlasste Erhöhung der Kraftstoffmenge abgeschaltet wird, nach dem Abschalten der Sekundärluftzufuhr durch die Sekundärluftzufuhrabschalteinrichtung um eine vorgegebene Dauer verzögert.

Das entscheidende Merkmal der Erfindung besteht darin, dass der Abgaskatalysator aus einem Sauerstoffüberschusszustand heraus gebracht wird, indem die Kraftstoffmenge auch nach dem Abschalten der Sekundärluftzufuhr erhöht bleibt.

Unmittelbar nach dem Abschalten der Sekundärluftzufuhr befindet sich der Abgaskatalysator in einem Sauerstoffüberschusszustand, so dass der Katalysator mit dem Abbau von NOx Schwierigkeiten hat. Bei der Zufuhr von Sekundärluft wird daher die Einspritzmenge erhöht. Die erhöhte Kraftstoffmenge reagiert mit der Sekundärluft, wodurch die Temperatur des Abgaskatalysators effektiver erhöht wird. Die Kraftstoffmengenerhöhungsabschaltverzögerungseinrichtung führt eine Steuerung aus, die darin besteht, die Kraftstoffmenge auch nach dem Abschalten der Sekundärluftzufuhr für eine vorgegebene Dauer erhöht zu halten. Die vorgegebene Dauer muss ausreichend lange sein, damit der Abgaskatalysator aus dem Sauerstoffüberschusszustand heraus gebracht wird. Unmittelbar nach dem Ende der Sekundärluftzufuhr wird somit eine Kraftstoffüberschussmenge zugeführt, die ermöglicht, dass der Abgaskatalysator aus dem Sauerstoffüberschusszustand heraus gebracht wird.

Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand abhängiger Ansprüche.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das erfindungsgemäße Sekundärluftzufuhrsystem weiter eine Sekundärluftzufuhrdauerberechnungseinrichtung auf, die die Sekundärluftzufuhrdauer berechnet, während der Sekundärluft zugeführt wird. Je länger die durch die Sekundärluftzufuhrdauerberechnungseinrichtung berechnete Dauer ist, umso länger kann die Kraftstoffmengenerhöhungsabschaltverzögerungseinrichtung den Abschaltzeitpunkt, an dem die Erhöhung der Kraftstoffmenge abgeschaltet wird, nach dem Abschalten der Sekundärluftzufuhr verzögern. Wenn Sekundärluft zugeführt wird, erreicht das Abgas in einer oxidierenden Atmosphäre den Abgaskatalysator. Dabei werden oxidierende Komponenten, wie z.B. NOx und O₂, vom Abgaskatalysator adsorbiert, wodurch die Menge der adsorbierten oxidierenden Komponenten zunimmt. Vom Abgaskatalysator adsorbierte reduzierende Komponenten, wie z.B. HC und CO, werden oxidiert, wodurch die Menge der adsorbierten reduzierenden Komponenten abnimmt. Die Menge der vom Abgaskatalysator adsorbierten oxidierenden Komponenten korreliert mit der Dauer der Sekundärluftzufuhr. Mit zunehmender Sekundärluftzufuhrdauer wird die Menge der adsorbierten oxidierenden Komponenten größer. Mit zunehmender Sekundärluftzufuhrdauer wird dementsprechend der Abschaltzeitpunkt, an dem die Erhöhung der Kraftstoffmenge abgeschaltet wird, um eine längere Verzögerungsdauer verzögert. Durch diese Vorgehensweise kann eine Kraftstoffmenge entsprechend der Menge der vom Abgaskatalysator adsorbierten oxidierenden Komponenten zugeführt werden. Die Menge der oxidierenden Komponenten, die vom Abgaskatalysator adsorbiert werden kann, ist jedoch begrenzt. Wenn die durch die Sekundärluftzufuhrdauerberechnungseinrichtung berechnete Sekundärluftzufuhrdauer über eine vorgegebene Dauer hinausgeht, nimmt die Menge der vom Abgaskatalysator adsorbierten oxidierenden Komponenten nicht mehr weiter zu. Dementsprechend sollte die Ver zögerungsdauer vorzugsweise nicht länger sein als die vorgegebene Dauer.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, weist das erfindungsgemäße Sekundärluftzufuhrsystem weiter eine Ansaugluftmengenberechnungseinrichtung auf, die die Ansaugluftmenge berechnet, die der Luftmenge entspricht, die während der Sekundärluftzufuhr in die Brennkraftmaschine gesaugt wird. Je größer die durch die Ansaugluftmengenberechnungseinrichtung berechnete Ansaugluftmenge ist, umso länger kann die Kraftstoffmengenerhöhungsabschaltverzögerungseinrichtung den Abschaltzeitpunkt, an dem die Erhöhung der Kraftstoffmenge nach dem Abschalten der Sekundärluftzufuhr abgeschaltet wird, verzögern. Die Menge der im Abgaskatalysator adsorbierten oxidierenden Komponenten korreliert mit der während der Sekundärluftzufuhr in die Brennkraftmaschine angesaugten Luftmenge. Je größer die während der Sekundärluftzufuhr in die Brennkraftmaschine gesaugte Luftmenge ist, umso größer ist auch die Menge der adsorbierten oxidierenden Komponenten. Je größer die während der Sekundärluftzufuhr in die Brennkraftmaschine gesaugte Luftmenge ist, um so länger wird dementsprechend der Abschaltzeitpunkt, an dem die Erhöhung der Kraftstoffmenge abgeschaltet wird, verzögert. Diese Vorgehensweise ermöglicht, dass eine Kraftstoffmenge entsprechend der Menge der im Katalysator adsorbierten oxidierenden Komponenten zugeführt wird. Die Menge der oxidierenden Komponenten, die vom Abgaskatalysator adsorbiert werden können, ist jedoch begrenzt. Wenn die durch die Ansaugluftmengenberechnungseinrichtung berechnete Ansaugluftmenge über eine vorgegebene Menge hinausgeht, nimmt die Menge der vom Abgaskatalysator adsorbierten oxidierenden Komponenten daher nicht mehr weiter zu. Dementsprechend sollte die Verzögerungsdauer vorzugsweise nicht länger sein als eine vorgegebene Dauer.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das erfindungsgemäße Sekundärluftzufuhrsystem eine Katalysatortemperaturerfassungseinrichtung auf, die die Temperatur des Abgaskatalysators erfasst. Je größer der Temperaturanstiegsbetrag ist, um den die Temperatur des Abgaskatalysators zunimmt, umso länger kann die Kraftstoffmengenerhöhungsabschaltverzögerungseinrichtung den Abschaltzeitpunkt, an dem die Erhöhung der Kraftstoffmenge abgeschaltet wird, nach dem Abschalten der Sekundärluftzufuhr verzögern. Je größer die Menge der dem Abgaskatalysator zugeführten Sekundärluft ist, umso größer ist die Menge der vom Abgaskatalysator adsorbierten oxidierenden Komponenten und der Temperaturanstiegsbetrag, um den die Temperatur des Abgaskatalysators zunimmt. Die Menge der vom Abgaskatalysator adsorbierten oxidierenden Komponenten korreliert dementsprechend mit der Temperatur des Abgaskatalysators. Je größer der Temperaturanstiegsbetrag, um den die Temperatur des Abgaskatalysators zunimmt, ist, umso größer ist daher auch die Menge der adsorbierten oxidierenden Komponenten. Je größer der Temperaturanstiegsbetrag, um den die Temperatur des Abgaskatalysators zunimmt, ist, umso länger wird dementsprechend der Abschaltzeitpunkt, an dem die Erhöhung der Kraftstoffmenge abgeschaltet wird, verzögert. Diese Vorgehensweise ermöglicht, dass eine Kraftstoffmenge entsprechend der Menge der vom Katalysator adsorbierten oxidierenden Komponenten zugeführt wird. Die Menge der oxidierenden Komponenten, die vom Abgaskatalysator adsorbiert werden kann, ist jedoch begrenzt. Wenn die Temperatur des Abgaskatalysators über eine vorgegebene Temperatur hinausgeht, nimmt daher die Menge der vom Abgaskatalysator adsorbierten oxidierenden Komponenten nicht mehr weiter zu. Dementsprechend sollte die Verzögerungsdauer vorzugsweise nicht länger sein als eine vorgegebene Dauer.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das erfindungsgemäße Sekundärluftzufuhrsystem weiter eine Kraftstoffmengenerhöhungseinschaltverzögerungseinrichtung auf, die die Erhöhung der Kraftstoffmenge durch die Kraftstoffmengenerhöhungseinrichtung während eines Zeitraums zwischen dem Start der Sekundärluftzufuhreinrichtung, d.h. des Betriebsbeginns der Sekundärluftzufuhreinrichtung, und dem Zeitpunkt, an dem eine vorgegebene Sekundärluftmenge zugeführt werden kann, blockiert. Bis zum tatsächlichen Beginn der Sekundärluftzufuhr durch die Sekundärluftzufuhreinrichtung und bis zu dem Zeitpunkt, an dem nach der Inbetriebnahme der Sekundärluftzufuhreinrichtung eine vorgegebene Sekundärluftmenge zugeführt werden kann, wird eine bestimmte Zeit benötigt. Daher blockiert die Kraftstoffmengenerhöhungseinschaltverzögerungseinrichtung die Erhöhung der Kraftstoffmenge während des Zeitraums vom Beginn der Sekundärluftzufuhr bis zur tatsächlichen Zufuhr von Sekundärluft. Somit kann unmittelbar nach dem Start der Sekundärluftzufuhr die Zufuhr von allzu viel Kraftstoff verhindert werden.

Das erfindungsgemäße Sekundärluftzufuhrverfahren umfasst folgende Schritte: Abbauen einer schädlichen Komponente im Abgas mittels eines Abgaskatalysators im Abgassystem einer Brennkraftmaschine; Zuführen von Sekundärluft in das Abgas stromaufwärts des Abgaskatalysators; Abschalten der Sekundärluftzufuhr; Versorgen der Brennkraftmaschine mit Kraftstoff; Erhöhen der der Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoffmenge während der Zufuhr von Sekundärluft; und Verzögern des Abschaltzeitpunkts, an dem die Erhöhung der Kraftstoffmenge abgeschaltet wird, nach dem Abschalten der Sekundärluftzufuhr um eine vorgegebene Verzögerungsdauer.

Unmittelbar nach dem Ende der Sekundärluftzufuhr befindet sich der Abgaskatalysator in einem Sauerstoffüberschusszustand, so dass es für den Katalysator schwierig ist, NOx abzubauen. Bei der Zuführung von Sekundärluft wird die Einspritzmenge erhöht, wobei die erhöhte Kraftstoffmenge mit der Sekundärluft reagiert, wodurch die Temperatur des Abgaskatalysators effektiver zunimmt. In dem Schritt der Verzögerung des Abschaltzeitpunkts, an dem die Erhöhung der Kraftstoffmenge abgeschaltet wird, wird die Kraftstoffmenge auch nach dem Abschalten der Sekundärluftzufuhr für die vorgegebene Dauer verzögert. Die vorgegebene Dauer reicht dafür aus, dass der Abgaskatalysator aus dem Sauerstoffüberschusszustand heraus gebracht wird. Auf diese Weise wird eine Kraftstoffüberschussmenge zugeführt, die ermöglicht, dass der Abgaskatalysator unmittelbar nach dem Ende der Sekundärluftzufuhr aus dem Sauerstoffüberschusszustand heraus gebracht wird.

Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand abhängiger Ansprüche.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorstehend genannten und weitere Gegenstände, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen zur Darstellung gleichartiger Elemente dieselben Bezugszeichen verwendet sind und in denen:
1 eine Darstellung ist, die die Konfiguration einer Brennkraftmaschine, eines Ansaug- und Abgassystems sowie eines Sekundärluftzufuhrmechanismus schematisch zeigt;
2 ein Zeitschaubild ist, das zeitabhängige Änderungen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und dergleichen vor und nach der Sekundärluftzufuhr zeigt;
3 ein Flussdiagramm ist, das den Ablauf eines Prozesses zur Verzögerung des Zeitpunkts, an dem eine Erhöhung der Kraftstoffmenge abgeschaltet wird, wenn die Sekundärluftzufuhr abgeschaltet wird, gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
4 ein Flussdiagramm ist, das den Ablauf eines Prozesses zur Verzögerung des Zeitpunkts, an dem die Erhöhung der Kraftstoffmenge eingeleitet wird, zeigt;
5 ein Flussdiagramm ist, das den Ablauf einer Sekundärluftzufuhrsteuerung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
6 ein Flussdiagramm ist, das den Ablauf einer Sekundärluftzufuhrsteuerung gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt; und
7 eine Darstellung ist, die die Beziehung zwischen einer akkumulierten Luftmenge und der Verzögerungsdauer zeigt.
Ausführliche Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Sekundärluftzufuhrsystems unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Beispielhaft wird hierzu der Fall dargestellt, in dem das erfindungsgemäße Sekundärluftzufuhrsystem in einem Ottomotor zum Antrieb eines Fahrzeugs Anwendung findet.
1 ist eine Darstellung, die die Konfiguration einer Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung, eines Ansaug- und Abgassystems sowie eines Sekundärluftzufuhrmechanismus schematisch zeigt. In 1 ist die Brennkraftmaschine 1 ein wassergekühlter Viertakt-Ottomotor mit vier Zylindern 2.
Mit der Brennkraftmaschine 1 ist ein Einlasskrümmer 3 verbunden. Zwischen den Krümmerrohren des Einlasskrümmers 3 und den Brennräumen der Zylinder 2 kann über Einlasskanäle 1a Luft strömen.
Der Einlasskrümmer 3 ist mit einem Saugrohr 4 verbunden. An einer Stelle unmittelbar stromaufwärts des Einlasskrümmers 3 ist im Saugrohr 4 eine Drosselklappe 5 vorgesehen. Die Drosselklappe 5 regelt die Ansaugluftströmungsmenge, die in das Saugrohr 4 strömt. Der Drosselklappe 5 ist ein Drosselklappensensor 6 zugeordnet. Der Drosselklappensensor 6 gibt ein elektrisches Signal entsprechend der Drosselklappenöffnung aus. Auf der Grundlage des Ausgangssignals des Drosselklappensensors 6 lässt sich die Öffnung der Drosselklappe 5 bestimmen. An einer Stelle stromaufwärts der Drosselklappe 5 ist im Saugrohr 4 ein Luftmengenmesser 7 eingebaut. Der Luftmengenmesser 7 gibt ein elektrisches Signal entsprechend der in das Saugrohr 4 strömenden Ansaugluft aus.
Weiter sind im Einlasskrümmer 3 Einspritzventile 8 vorgesehen. Die Einspritzventile 8 spritzen Kraftstoff in die Ansaugluft ein, die in die Zylinder 2 strömt. Die Einspritzventile 8 sind mit einem Kraftstoffverteilerrohr 9 verbunden, das den Kraftstoff auf die Einspritzventile 8 verteilt.
In dem so konfigurierten Ansaugsystem strömt Ansaugluft über das Saugrohr 4 in den Einlasskrümmer 3. Die in den Einlasskrümmer 3 strömende Ansaugluft wird über die Krümmerrohre des Einlasskrümmers 3 auf die Brennräume der Zylinder 2 verteilt. Dabei wird an das Einspritzventil 8 ein Steuerstrom angelegt, wodurch es öffnet. Das Einspritzventil 8 spritzt daraufhin Kraftstoff in den Einlasskrümmer 3 oder Einlasskanal 1a ein. Der in den Einlasskrümmer 3 eingespritzte Kraftstoff wird mit der Ansaugluft zur Bildung eines Luft-Kraftstoff-Gemischs gemischt. Das Luft-Kraftstoff-Gemisch strömt in die Zylinder 2. In den Zylindern 2 wird das Luft-Kraftstoff-Gemisch jeweils mittels einer (nicht gezeigten) Zündkerze entzündet.
Mit der Brennkraftmaschine 1 ist ein Auslasskrümmer 10 ist verbunden. Zwischen den Krümmerrohren des Auslasskrümmers 10 und den Brennräumen der Zylinder 2 kann über Auslasskanäle 1b Luft strömen. Der Auslasskrümmer 10 ist mit einem Abgasrohr 11 verbunden. Das Abgasrohr 11 ist an einer Stelle stromabwärts mit einem (nicht gezeigten) Schalldämpfer verbunden.
Im Abgasrohr 11 ist ein Dreiwege-Katalysator 12 angeordnet. Der Dreiwege-Katalysator 12 kann in einer reduzierenden Atmosphäre durch Reduktion NOx abbauen. Im Dreiwege-Katalysator 12 findet bei einem mageren Brenkraftmaschinenbetrieb bzw. einem hohen Luft-Kraftstoff-Verhältnis eine Oxidation statt, wodurch sich HC und CO durch Oxidation abbauen lassen. Der Dreiwege-Katalysator 12 arbeitet am effektivsten, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der Nähe des stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses liegt. An einer Stelle stromaufwärts des Dreiwege-Katalysators 12 ist im Abgasrohr 11 ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 13 vorgesehen. Der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 13 gibt ein elektrisches Signal entsprechend dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in das Abgasrohr 11 strömenden Abgases aus. An einer Stelle stromabwärts des Dreiwege-Katalysators 12 ist im Abgasrohr 11 ein Sauerstoffkonzentrationssensor 14 installiert. Der Sauerstoffkonzentrationssensor 14 gibt ein elektrisches Signal entsprechend der Sauerstoffkonzentration in dem im Abgasrohr 11 strömenden Abgas aus. Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den Dreiwege-Katalysator 12 strömenden Abgases lässt sich mittels des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 13 regeln. Des Weiteren lässt sich mittels des Sauerstoffkonzentrationssensors 14 erfassen, ob das an die Atmosphäre abgegebene Abgas durch den Dreiwege-Katalysator 12 tatsächlich gereinigt wurde.
In dem so konfigurierten Abgassystem wird das in den Zylindern 2 der Brennkraftmaschine 1 verbrannte Luft-Kraftstoff-Gemisch (d.h. das verbrannte Gas) über den Auslasskanal 1b in den Auslasskrümmer 10 abgegeben. Anschließend strömt das verbrannte Gas über das Abgasrohr 11 in den Dreiwege-Katalysator 12. Nach dem Abbau schädlicher Gaskomponenten wird das verbrannte Gas über den Schalldämpfer an die Atmosphäre abgegeben.
Die Brennkraftmaschine 1 weist einen Sekundärluftzufuhrmechanismus auf, der dem Abgas aus den Zylindern 2 Sekundärluft zuführt.
Der Sekundärluftzufuhrmechanismus umfasst Sekundärlufteinblasventile 20, die in das Abgas, das aus den Auslasskanälen 1b der Zylinder 2 in den Auslasskrümmer 10 strömt, Sekundärluft einbläst. Die Sekundärlufteinblasventile 20 sind mit einem Luftverteilerrohr 21 verbunden. Das Luftverteilerrohr 21 ist mit dem einen Ende eines Lufteinblasrohrs 22a verbunden, während dessen anderes Ende mit der Auslassseite einer Sekundärluftkammer 24b verbunden ist, die Bestandteil eines (im Folgenden als ASV ("air switch valve") bezeichneten) Luftschaltventils 24 ist. Das ASV 24 wird durch Anlegen des Unterdrucks aus dem Einlasskrümmer 3 geöffnet und geschlossen. Das ASV 24 beinhaltet eine Unterdruckkammer 24a, die Sekundärluftkammer 24b, eine Steuerstange 24c, ein Auf-/Zu-Ventil 24d sowie ein Anschlussventil 24e. Die Unterdruckkammer 24a wird mit dem Unterdruck aus dem Einlasskrümmer 3 beaufschlagt. In die Sekundärluftkammer 24b strömt Sekundärluft ein. Die Steuerstange 24c wird zur Unterdruckkammer 24a hin geschoben, wenn die Unterdruckkammer 24a mit Unterdruck beaufschlagt wird. In Abhängigkeit vom Hub der Steuerstange 24c öffnet und schließt das Auf-/Zu-Ventil 24d. Das Anschlussventil 24e gestattet nur eine Luftströmung ausgehend der Seite einer Luftpumpe 23 in Richtung der Seite der Sekundärlufteinblasventile 20.
Das eine Ende des Lufteinblasrohrs 22b ist mit der Einlassseite der Sekundärluftkammer 24b verbunden. Das andere Ende des Lufteinblasrohrs 22b ist mit der Luftpumpe 23 verbunden. Die Luftpumpe 23 wird von einem Elektromotors als Antriebskraftquelle angetrieben. Im Lufteinblasrohr 22b ist zwischen der Luftpumpe 23 und dem ASV 24 ein Drucksensor 27 installiert. Der Drucksensor 27 gibt ein elektrisches Signal entsprechend dem Druck der Sekundärluft aus, die in das Lufteinblasrohr 22b strömt.
Weiter ist die Unterdruckkammer 24a über ein Unterdruckrohr 25 mit dem Einlasskrümmer 3 verbunden. Im Unterdruckrohr 25 ist ein (im Folgenden als VSV ("vacuum switching valve") bezeichnetes) Unterdruckschaltventil 26 vorgesehen. Das VSV 26 wird in Abhängigkeit vom Anlegen einer Steuerspannung geöffnet und geschlossen.
Wenn die Luftpumpe 23 mit elektrischer Leistung versorgt wird, wird bei dem so konfigurierten Sekundärluftzufuhrmechanismus die Luftpumpe 23 in Drehung gesetzt und entsprechend des Drehbetriebs Luft abgegeben. Die von der Luftpumpe 23 abgegebene Luft bewirkt eine Zunahme des Drucks im Lufteinblasrohr 22b. Wenn eine Steuerspannung an das VSV 26 angelegt wird, öffnet das VSV 26 mit der Folge, dass die Unterdruckkammer 24a mit dem Unterdruck aus dem Einlasskrümmer 3 beaufschlagt wird. Aufgrund des in die Unterdruckkammer 24a eingeleiteten Unterdrucks wird die Steuerstange 24c zur Unterdruckkammer 24a hin angehoben. Das mit der Steuerstange 24c verbundene Auf-/Zu-Ventil 24d wird geöffnet und stellt eine Verbindung zwischen dem Lufteinblasrohr 22a und dem Lufteinblasrohr 22b her. Die Luft, deren Druck durch die Luftpumpe 23 erhöht wurde, strömt aus dem Lufteinblasrohr 22a in das Lufteinblasrohr 22b und schließlich in das Luftverteilerrohr 21. Die am Luftverteilerrohr 21 angekommene Luft wird auf die Sekundärlufteinblasventile 20 verteilt. Anschließend wird die Luft aus den Sekundärlufteinblasventilen 20 in die Auslasskanäle 1b eingeblasen. Die in die Auslasskanäle 1b eingeblasene Luft reagiert mit unverbranntem Kraftstoff im Abgas, wodurch die Temperatur des Abgases ansteigt. Mittels des Abgases, dessen Temperatur angestiegen ist, lässt sich die Temperatur des Dreiwege-Katalysators 12 anheben.
Mit dem Stopp des Drehbetriebs der Luftpumpe 23 und dem gleichzeitigen Schließen des VSV 26 wird das Auf-/Zu-Ventil 24d geschlossen, wodurch die Luftströmung unterbrochen wird. In diesem Fall verhindert das Anschlussventil 24e, dass Abgas zurück strömt.
Der Betriebszustand der Luftpumpe 23 wird über das Ausgangssignal des Drucksensors 27 überwacht. In der Ausführungsform wird das Öffnen/Schließen des Auf-/Zu-Ventils 24d durch das VSV 26 gesteuert. Anstelle des VSV 26 kann aber auch ein Magnetventil verwendet werden.
Zur Steuerung der so konfigurierten Brennkraftmaschine 1 ist ein (im Folgenden als ECU bezeichnetes) elektro nisches Steuergerät 28 vorgesehen. Die ECU 28 steuert den Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 entsprechend den Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine 1 und den Vorgaben des Fahrers.
Die ECU 28 ist über eine elektrische Verkabelung mit verschiedenen Sensoren verbunden. Die Ausgangssignale der verschiedenen Sensoren werden der ECU 28 zugeführt. Die Einspritzventile 8, die Luftpumpe 23, das VSV 26 und dergleichen sind über die elektrische Verkabelung mit der ECU 28 verbunden und können daher durch die ECU 28 gesteuert werden. Des Weiteren sind in der ECU 28 verschiedene Programme sowie (im Folgenden einfach als Kennfelder bezeichnete) Steuerungs- bzw. Regelungskennfelder gespeichert.
Die ECU 28 bestimmt beispielsweise im Rahmen einer Einspritzventilsteuerung zunächst die Kraftstoffeinspritzmenge des Einspritzventils 8 und anschließend den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt des Einspritzventils 8.
Bei der Bestimmung der Einspritzmenge liest die ECU 28 die Brennkraftmaschinendrehzahl und das Ausgangssignal des Luftmengenmessers 7 (d.h. die Ansaugluftmenge), die in der ECU 28 gespeichert sind. Die ECU 28 ruft ein Einspritzmengenkennfeld auf und berechnet eine Basiseinspritzmenge (eine Basiseinspritzdauer, d.h. die Zeitdauer, über die hinweg die Kraftstoffeinspritzung erfolgt) entsprechend der Brennkraftmaschinendrehzahl und der Ansaugluftmenge. Die ECU 28 liest weiter die Gaspedalstellung, die Ansauglufttemperatur, die Kühlwassertemperatur und dergleichen mittels der Sensoren. Auf der Grundlage dieser Werte korrigiert die ECU 28 die Basiseinspritzdauer, um eine endgültige Einspritzdauer zu bestimmen.
Bei der Bestimmung des Einspritzzeitpunkts ruft die ECU 28 ein Einspritzbeginnkennfeld auf und berechnet einen Basiseinspritzzeitpunkt entsprechend der Brennkraftmaschinendrehzahl und dem Ausgangssignal des Luftmengenmessers 7 (d.h. der Ansaugluftmenge). Die ECU 28 liest weiter die Gaspedalstellung, die Ansauglufttemperatur, die Kühlwassertemperatur und dergleichen mittels der Sensoren. Dann korrigiert die ECU 28 den Basiseinspritzzeitpunkt unter Berücksichtigung dieser Werte als Parameter, um den endgültigen Einspritzzeitpunkt zu bestimmen.
Nachdem die Einspritzdauer und der Einspritzzeitpunkt bestimmt sind, vergleicht die ECU 28 den Einspritzzeitpunkt und das Ausgangssignal eines (nicht gezeigten) Kurbelwellenstellungssensors. Die ECU 28 beginnt anschließend mit der Versorgung des Einspritzventils 8 mit elektrischer Steuerleistung, wenn das Ausgangssignal des Kurbelwellenstellungssensors dem Einspritzbeginnzeitpunkt entspricht. Des Weiteren stoppt die ECU 28 die Versorgung des Einspritzventils 8 mit elektrischer Steuerleistung, wenn die seit dem Beginn der Versorgung des Einspritzventils 8 mit der elektrischen Steuerleistung verstrichene Zeit der vorgenannten Einspritzdauer entspricht.
Wenn bei der Steuerung der Kraftstoffeinspritzung der Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 der Leerlaufbetriebszustand ist, berechnet die ECU 28 die Soll-Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine 1 unter Berücksichtigung der Kühlwassertemperatur, des Betriebszustands von Nebenverbrauchern, die durch die Drehkraft der Kurbelwelle angetrieben werden, wie z.B. des Kompressors einer Klimaanlage und dergleichen. Anschließend regelt die ECU 28 die Einspritzmenge so, dass die Ist-Leerlaufdrehzahl der Soll-Leerlaufdrehzahl angeglichen wird.
Wenn Sekundärluft zugeführt wird, strömt das Abgas in einer oxidierenden Atmosphäre durch den Dreiwege-Katalysator 12, der die oxidierenden Komponenten, wie z.B. NOx und O₂, adsorbiert. In dem Fall, in dem Sekundärluft zugeführt wird, befindet sich der Dreiwege-Katalysator 12 unmittelbar nach dem Ende der Sekundärluftzufuhr dementsprechend in einer oxidierenden Atmosphäre. In dieser oxidierenden Atmosphäre ist das Reduktionspotential des Dreiwege-Katalysators 12 reduziert. Daher ist es möglich, dass NOx durch den Dreiwege-Katalysator 12 unvermindert an die Atmosphäre abgegeben wird, beispielsweise, wenn das Fahrzeug unmittelbar nach dem Ende der Sekundärluftzufuhr beschleunigt wird.
In der Ausführungsform wird daher unmittelbar nach dem Ende der Sekundärluftzufuhr die vom Einspritzventil 8 Kraftstoffeinspritzmenge so weit erhöht, dass die Brennkraftmaschine vorübergehend in einem fetten Bereich arbeitet bzw. das Luft-Kraftstoff-Verhältnis vorübergehend niedrig wird, um den Dreiwege-Katalysator 12 aus dem Sauerstoffüberschusszustand herauszuführen. Während der Zufuhr von Sekundärluft wird die Kraftstoffeinspritzmenge des Einspritzventils 8 und dadurch die Temperatur des Abgases erhöht, so dass die Temperatur des Dreiwege-Katalysators 12 rasch ansteigt. In der Ausführungsform wird der Abschaltzeitpunkt, an dem die Erhöhung der Kraftstoffmenge abgeschaltet wird, auf nach dem Abschaltzeitpunkt gelegt, an dem die Sekundärluftzufuhr abgeschaltet wird, wodurch das Luft-Kraftstoff-Verhältnis unmittelbar nach dem Ende der Sekundärluftzufuhr niedrig wird.
Die Erhöhung der Kraftstoffmenge während der Sekundärluftzufuhr hat eine Zunahme der Temperatur des Abgases zur Folge, wodurch auch die Temperatur des Dreiwege-Katalysators 12 rasch ansteigt. Jedoch benötigt die Luftpumpe 28 relativ lange, bis sie nach ihrer Versorgung mit elek trischer Leistung eine bestimmte Luftmenge abgibt. Des Weiteren benötigt die Luft relativ lange, bis sie aus dem Lufteinblasrohr 22b über das Lufteinblasrohr 22a am Luftverteilerrohr 21 ankommt und anschließend von den Sekundärlufteinblasventilen 20 in den Auslasskanal 1b eingeblasen wird. Unmittelbar nach Beginn der Sekundärluftzufuhr ist die Sekundärlufteinblasmenge daher gering. Wenn während dieses Zeitraums die Kraftstoffmenge erhöht wird, kann demnach die Kraftstoffmenge zu groß werden mit der Folge, dass HC und CO an die Atmosphäre abgegeben werden.
Daher kann die Ausführungsform so konfiguriert sein, dass während des Zeitraums zwischen dem Beginn der Sekundärluftzufuhr und dem Zeitpunkt, an dem die Strömungsmenge der Sekundärluft ausreicht, die Kraftstoffmenge nicht erhöht wird.
2 ist ein Zeitschaubild, das zeitabhängige Änderungen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und dergleichen vor und nach der Sekundärluftzufuhr zeigt. In 2 gibt "AI-Dauer" die Zeitdauer an, über den hinweg die (im Folgenden als AI-Steuerung bezeichnete) Sekundärluftzufuhrsteuerung ausgeführt wird. Das "AI-Flag" wird auf EIN gesetzt, wenn Sekundärluft zuzuführen ist. "Luftpumpenspannung" gibt die an die Luftpumpe 23 angelegte Spannung an. "Kraftstoffmengenerhöhungswert" gibt die Kraftstoffmenge an, um die die vom Einspritzventil 8 in einem normalen Betriebszustand eingespritzte Kraftstoffmenge erhöht wird. "A/F" gibt das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases auf der Seite stromaufwärts des Dreiwege-Katalysators 12 an. "NOx" und "HC" geben die NOx- bzw. HC-Menge im Abgas auf der Seite stromabwärts des Dreiwege-Katalysators 12 an. "Drosselklappenöffnung" gibt die Öffnung der Drosselklappe 5 an. Die vollen Linien geben ferner die Werte für den Fall an, in dem die AI-Steuerung ausgeführt wird, während die gestrichelten Li nien die Werte für den Fall angeben, in dem keine AI-Steuerung ausgeführt wird.
Wenn nach dem Start der Brennkraftmaschine eine AI (Sekundärluftzufuhr)-Ausführungsbedingung zur Ausführung der Sekundärluftzufuhr erfüllt ist, wird das AI-Flag auf EIN gesetzt und die AI-Dauer gezählt. In dem Moment, in dem das AI-Flag auf EIN gesetzt wird, wird eine Spannung an die Luftpumpe 23 angelegt. Bis der Drehbetrieb der Luftpumpe 23 stabil ist, dauert es jedoch relativ lange. Während dieser Zeit ist die an die Luftpumpe 23 angelegte Spannung nicht konstant. Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf der Seite stromaufwärts des Dreiwege-Katalysators 12 steigt aufgrund der Sekundärluftzufuhr nach und nach an. Wenn die Sekundärluftzufuhr stabil ist, wird mit der Erhöhung der Kraftstoffmenge begonnen. Der Zeitraum vom Setzen des AI-Flags auf EIN bis zum Beginn der Kraftstoffmengenerhöhungs ist in 2 mit "Einschaltverzögerung" angegeben. Da beim Start der Brennkraftmaschine die Kraftstoffzufuhr erhöht ist, strömt eine große HC-Menge in den Dreiwege-Katalysator 12. Da die Temperatur des Dreiwege-Katalysators 12 jedoch niedrig ist, strömt auch eine große HC-Menge wieder aus dem Dreiwege-Katalysator 12 heraus.
Während eines Zeitraums A wird, wenn die Drosselklappe 5 geöffnet wird, das AI-Flag auf AUS gesetzt und das Zählen der AI-Dauer beendet. Gleichzeitig wird die Versorgung der Luftpumpe 23 mit elektrischer Leistung gestoppt. würde die Erhöhung der Kraftstoffmenge zu dieser Zeit beendet werden, würde das Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf der Seite stromaufwärts des Dreiwege-Katalysators 12 nach und nach bis auf etwa das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis absinken, wie es mit der gestrichelten Linie gezeigt ist. In diesem Fall würde sich der Dreiwege-Katalysator 12 in einer oxidierenden Atmosphäre befinden, die NOx-Abbaurate wäre niedrig, und die NOx-Menge auf der Seite stromabwärts des Dreiwege-Katalysators 12 wäre groß.
Wenn dagegen der Abschaltzeitpunkt, an dem die Erhöhung der Kraftstoffmenge gestoppt wird, hinausgeschoben wird, sinkt das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases stromaufwärts des Dreiwege-Katalysators 12 in die Richtung eines fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ab. Daher kann der Dreiwege-Katalysator 12 rasch aus der oxidierenden Atmosphäre gebracht und die NOx-Menge, die den Dreiwege-Katalysator 12 verlässt, reduziert werden. Der Zeitraum vom Setzen des AI-Flags auf AUS bis zum Abschalten der Erhöhung der Kraftstoffmenge ist in 2 als "Abschaltverzögerung" bezeichnet.
Während eines Zeitraums B würde, wenn mit der Erhöhung der Kraftstoffmenge in dem Moment begonnen werden würde, in dem das AI-Flag auf EIN gesetzt wird, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases stromaufwärts des Dreiwege-Katalysators 12 in den fetten Bereich abfallen, da die Kraftstoffmenge trotz einer kleinen Sekundärluftmenge erhöht werden würde. Im Ergebnis würde ein Teil des HC auf die Seite stromabwärts des Dreiwege-Katalysators 12 strömen, ohne oxidiert zu werden.
Wenn der Startzeitpunkt, an dem die Erhöhung der Kraftstoffmenge beginnt, aber verzögert wird, wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis stromaufwärts des Dreiwege-Katalysators 12 aber nicht kleiner als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Dementsprechend strömt nahezu kein unverbrannter Kraftstoff auf die Seite stromabwärts des Dreiwege-Katalysators 12.
Im Folgenden wird eine Sekundärluftzufuhrsteuerung gemäß der Ausführungsform beschrieben. 3 ist ein Flussdiagramm, das den Ablauf eines Prozesses zum Verzögern des Abschaltzeitpunkts, an dem die Erhöhung der Kraftstoffmenge abgeschaltet wird, wenn die Sekundärluftzufuhr gestoppt wird, gemäß der Ausführungsform zeigt.
Im Schritt S101 wird die Kühlwassertemperatur-THWST beim Starten der Brennkraftmaschine 1 gelesen. Die Kühlwassertemperatur THWST wird mittels eines (nicht gezeigten) Kühlwassersensors erfasst, der in einer Kühlwasserleitung der Brennkraftmaschine 1 angeordnet ist und ein Signal entsprechend der Kühlwassertemperatur THWST ausgibt.
Im Schritt S102 wird auf der Grundlage der Kühlwassertemperatur THWST ein Kraftstoffmengenerhöhungswert KFAI berechnet. Der Kraftstoffmengenerhöhungswert ist ein Wert, um den die Einspritzmenge während der Zuführung von Sekundärluft erhöht wird. Die Beziehung zwischen der Kühlwassertemperatur THWST und dem Kraftstoffmengenerhöhungswert KFAI wird experimentell oder dergleichen bestimmt und in einem Kennfeld, das diese Beziehung angibt, festgehalten. Das Kennfeld wird in der ECU 28 gespeichert. Der Kraftstoffmengenerhöhungswert KFAI wird auf der Grundlage der erfassten Kühlwassertemperatur THWST unter Bezugnahme auf das Kennfeld berechnet.
Im Schritt S103 wird bestimmt, ob eine AI (Sekundärluftzufuhr)-Ausführungsbedingung erfüllt ist. Beispiele für die AI-Ausführungsbedingung sind die Bedingung, dass die Kühlwassertemperatur oder die Ansauglufttemperatur gleich einem vorgegebenen Wert oder niedriger als dieser ist, die Bedingung, dass die Batteriespannung gleich einem oder vorgegebenen Wert oder größer als dieser ist, die Bedingung, dass ein akkumulierter Wert oder Gesamtwert der vom Luftmengenmesser 7 erfassten Ansaugluftmenge während der Ausführung der AI-Steuerung gleich einem vorgegebenen Wert oder kleiner als dieser ist, die Bedingung, dass die Brennkraftmaschinenlast gleich einem vorgegebenen wert oder kleiner als dieser ist, sowie die Bedingung, dass das Ergebnis einer von einer Fehlererkennungsvorrichtung ausgeführten Diagnose des AI-Systems normal ist. Wenn die Bedingung erfüllt ist, wird Sekundärluft zugeführt.
Bei einer positiven Bestimmung im Schritt S103 geht der Prozess zum Schritt S104. Bei einer negativen Bestimmung im Schritt S103 geht der Prozess dagegen zum Schritt 5108. Im Schritt S104 wird die AI-Steuerung ausgeführt und das AI-Ausführungsflag XAI auf 1 (d.h. auf EIN) gesetzt. Im Schritt S105 wird ein AI-Abschaltzähler CAIoff, der zählt, wenn die AI-Ausführungsbedingung nicht mehr erfüllt ist, auf Null gestellt.
Im Schritt S106 beginnt ein AI-Einschaltzähler CAIon, der zählt, wenn die AI-Ausführungsbedingung erfüllt ist, mit dem Zählen. Im Schritt S107 wird die Einspritzmenge erhöht, indem der Kraftstoffmengenerhöhungswert KFAI der normalen Einspritzmenge hinzugegeben wird. Im Schritt S108 wird die AI-Steuerung abgeschaltet und das AI-Ausführungsflag XAI auf 0 gesetzt. Des weiteren wird der AI-Einschaltzähler CAIon auf Null gestellt. Im Schritt S109 beginnt der AI-Abschaltzähler CAIoff mit dem Zählen.
Im Schritt S110 wird bestimmt, ob der wert des AI-Ausführungsflags XAI nach der Ausführung der vorherigen Routine oder der Wert eines Flags XDLY nach der Ausführung der vorherigen Routine 1 ist. Das Flag XDLY hat den Wert "1" während eines Zeitraums, in dem die Kraftstoffmenge nach und nach vermindert wird, wenn die Erhöhung der Kraftstoffmenge abgeschaltet ist.
Bei einer positiven Bestimmung im Schritt S110 geht der Prozess zum Schritt S111. Bei einer negativen Bestimmung im Schritt S110 geht der Prozess dagegen zum Schritt S113. Im Schritt S111 wird das Flag XDLY auf "1" gesetzt.
Im Schritt S112 wird bestimmt, ob die durch den AI-Abschaltzähler CAIoff abgezählte Dauer gleich einer Verzögerungsdauer Tfdlyoff oder kleiner als diese ist. Die Verzögerungsdauer Tfdlyoff ist der Zeitraum vom Abschalten der Sekundärluftzufuhr bis zum Beginn der Verminderung der Kraftstoffmenge in dem Fall, in dem die Erhöhung der Kraftstoffmenge abgeschaltet wird. Die Verzögerungsdauer Tfdlyoff wird im Voraus experimentell oder dergleichen bestimmt.
Bei einer positiven Bestimmung im Schritt S112 geht der Prozess zum Schritt S107. Bei einer negativen Bestimmung im Schritt S112 geht der Prozess dagegen zum Schritt S114. Im Schritt S113 wird der Kraftstoffmengenerhöhungswert KFAI auf 0 gesetzt.
Im Schritt S114 wird der Kraftstoffmengenerhöhungswert KFAI erneut auf einen Wert gesetzt, der erhalten wird, indem der Kraftstoffmengenerhöhungswert KFAI mit einem Wert α multipliziert wird. Um eine Schwankung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses infolge einer plötzlichen Verminderung der Einspritzmenge beim Abschalten der Kraftstoffmengenerhöhung zu verhindern, wird die Kraftstoffmenge nach und nach vermindert. Der Wert ist größer als 0 aber kleiner als 1. Der Wert α ist eine ganze Zahl, die gleich oder größer als 1 ist.
Im Schritt S115 wird bestimmt, ob der Kraftstoffmengenerhöhungswert KFAI gleich einem vorgegebenen Wert β oder kleiner als dieser ist. Der vorgegebene Wert β ist so eingestellt, dass eine Schwankung des Luft-Kraftstoff- Verhältnisses selbst dann in einem zulässigen Bereich liegt, wenn der Kraftstoffmengenerhöhungswert bis auf 0 vermindert wird. Der vorgegebene Wert β wird im Voraus bestimmt und in der ECU 28 gespeichert. Bei einer positiven Bestimmung im Schritt S115, geht der Prozess zum Schritt S116. Bei einer negativen Bestimmung ist die Routine dagegen zu Ende.
Im Schritt S116 wird das Flag XDLY auf 0 gesetzt. Somit kann der Abschaltzeitpunkt, an dem die Erhöhung der Kraftstoffmenge während der Sekundärluftzufuhr beendet wird, verzögert werden.
In dieser Ausführungsform kann der Startzeitpunkt, an dem die Erhöhung der Kraftstoffmenge gestartet wird, unter Berücksichtigung der Verzögerung zu Beginn des Betriebs der Luftpumpe 23 verzögert werden.
4 ist ein Flussdiagramm, das den Ablauf eines Prozesses zur Verzögerung des Zeitpunkts, an dem die Erhöhung der Kraftstoffmenge beginnt, zeigt. Schritt S107 in 3 kann durch den in 4 gezeigten Ablauf ersetzt werden.
Im Schritt S107a wird bestimmt, ob der Wert des AI-Einschaltzählers CAIon gleich einem vorgegebenen Wert Tfdlyon oder größer als dieser ist. Der vorgegebene Wert Tfdlyon gibt die Verzögerungsdauer vom Setzen des AI-Flags auf EIN bis zum Beginn der Erhöhung der Kraftstoffmenge an. Der vorgegebene Wert Tfdlyon wird im Voraus experimentell oder dergleichen bestimmt.
Bei einer positiven Bestimmung im Schritt S107a geht der Prozess zum Schritt S107b. Bei einer negativen Bestimmung im Schritt S107a geht der Prozess dagegen zum Schritt S107c. Im Schritt S107b wird der Kraftstoffmenge nerhöhungswert auf den Wert KFAI gesetzt. Im Schritt S107c wird der Kraftstoffmengenerhöhungswert auf 0 gesetzt.
Dadurch, dass der Kraftstoffmengenerhöhungswert auf 0 gesetzt wird, kann der Startzeitpunkt, an dem die Erhöhung der Kraftstoffmenge beginnt, somit gegenüber dem Beginn der Sekundärluftzufuhr bis zum Ablauf der vorgegebenen Dauer Tfdlyon verzögert werden. Auf diese Weise kann eine Abnahme des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses infolge einer unzureichenden Sekundärluftmenge als Folge der Ansprechverzögerung der Luftpumpe 23 oder dergleichen zu Beginn verhindert werden.
Gemäß dieser Ausführungsform kann durch eine Verzögerung des Abschaltzeitpunkts, an dem die Erhöhung der Kraftstoffmenge abgeschaltet wird, der Dreiwege-Katalysator 12 aus dem Sauerstoffüberschusszustand heraus gebracht werden, wenn die Sekundärluftzufuhr abgeschaltet wird, wodurch sich die vom Dreiwege-Katalysator 12 abgegebene NOx-Menge reduzieren lässt. Des Weiteren kann durch eine Verzögerung des Startzeitpunkts, an dem die Erhöhung der Kraftstoffmenge beginnt, die Zufuhr von allzu viel Kraftstoff verhindert und dadurch die vom Dreiwege-Katalysator 12 abgegebene HC-Menge reduziert werden.
Eine zweite Ausführungsform der Erfindung unterscheidet sich von der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform der Erfindung wie folgt. In der zweiten Ausführungsform kann der Abschaltzeitpunkt, an dem die Erhöhung der Kraftstoffmenge abgeschaltet wird, in Abhängigkeit von der Dauer, über die die AI-Steuerung ausgeführt wird, verschoben werden. Die grundlegende Konfiguration der Brennkraftmaschine 1, wofür die Erfindung Anwendung findet, sowie der weiteren Hardware entsprechen der Konfigu ration, etc. der ersten Ausführungsform. Diesbezüglich erübrigt sich daher eine weitere Beschreibung.
Die Sekundärluftzufuhrdauer, während der Sekundärluft zugeführt wird, korreliert mit der Menge der vom Dreiwege-Katalysator adsorbierten oxidierenden Komponenten. Je länger die Sekundärluftzufuhrdauer ist, umso größer ist die Menge der vom Dreiwege-Katalysator adsorbierten oxidierenden Komponenten. Je länger die Sekundärluftzufuhrdauer ist, umso länger wird daher die Verzögerungsdauer Taioffdly eingestellt. Diese Beziehung wird im Voraus experimentell oder dergleichen bestimmt und in einem Kennfeld, das diese Beziehung angibt, festgehalten. Das Kennfeld wird in der ECU 28 gespeichert.
Im Folgenden wird eine Sekundärluftzufuhrsteuerung gemäß dieser Ausführungsform beschrieben.
5 und 6 zeigen ein Flussdiagramm, das die Sekundärluftzufuhrsteuerung gemäß dieser Ausführungsform darstellt. Die Ziffern 1, 2 und 3 in 5 entsprechen den Ziffern 1, 2 bzw. 3 in 6.
In den Schritten S201 bis S204 werden dieselben Prozesse wie in den Schritten S101 bis S104 in 3 ausgeführt. Im Schritt S205 wird bestimmt, ob der Wert des AI-Ausführungsflags XAI während der vorherigen Routine 0 ist. Bei einer positiven Bestimmung im Schritt S205 geht der Prozess zum Schritt S206. Bei einer negativen Bestimmung im Schritt S205 geht der Prozess dagegen zum Schritt S207.
Im Schritt S206 wird ein Zählerwert CAIonst im Startzeitpunkt der AI-Ausführung gelesen. In den Schritten S207 bis S209 werden dieselben Prozesse wie in den Schritten S105 bis S107 in 3 ausgeführt. Im Schritt S210 werden dieselben Prozesse wie im Schritt S108 in 3 ausgeführt.
Im Schritt S211 wird bestimmt, ob der Wert des AI-Ausführungsflags XAI in der vorherigen Routine "1" war. Bei einer positiven Bestimmung im Schritt S211 geht der Prozess zum Schritt S212. Bei einer negativen Bestimmung im Schritt S211 geht der Prozess dagegen zum Schritt S218.
Im Schritt S212 wird ein Zählerwert CAIonend im Abschaltzeitpunkt der AI-Ausführung gelesen. Im Schritt S213 wird die AI-Dauer CAIonex berechnet. Die AI-Dauer CAIonex wird erhalten, indem der Zählerwert CAIonst im Startzeitpunkt der AI-Ausführung vom Zählerwert CAIonend im Abschaltzeitpunkt der AI-Ausführung subtrahiert wird.
Im Schritt S214 wird die Verzögerungsdauer Tfdlyoff berechnet. Die Beziehung zwischen der AI-Dauer CAIonex und der Verzögerungsdauer Tfdlyoff wird im Voraus experimentell oder dergleichen bestimmt und in einem Kennfeld, das diese Beziehung angibt, festgehalten. Das Kennfeld wird in der ECU 28 gespeichert. Die Verzögerungsdauer Tfdlyoff wird auf der Grundlage der AI-Dauer CAIonex unter Bezugnahme auf das Kennfeld berechnet.
Im Schritt S215 wird der AI-Einschaltzähler CAIon, der zählt, wenn die AI-Ausführungsbedingung erfüllt ist, auf Null gestellt. Im Schritt S216 wird das Flag XDLY auf "1" gesetzt.
Im Schritt S217 wird bestimmt, ob der Wert des AI-Abschaltzählers CAIoff gleich dem Wert der Verzögerungsdauer Tfdlyoff oder kleiner als dieser ist. Die Verzögerungsdauer Tfdlyoff ist die Zeitdauer vom Abschalten der Sekundärluftzufuhr bis zum Abschalten der Erhöhung der Kraftstoffmenge. Die Verzögerungsdauer Tfdlyoff wurde im Schritt S214 berechnet.
Bei einer positiven Bestimmung im Schritt S217 geht der Prozess zum Schritt S209. Bei einer negativen Bestimmung im Schritt S217 geht der Prozess dagegen zum Schritt S221. Im Schritt S218 wird bestimmt, ob der Wert des Flags XDLY in der vorherigen Routine 1 war.
Bei einer positiven Bestimmung im Schritt S218 geht der Prozess zum Schritt S215. Bei einer negativen Bestimmung im Schritt S218 geht der Prozess dagegen zum Schritt S219. Im Schritt S219 wird der AI-Einschaltzähler CAIon, der zählt, wenn die AI-Ausführungsbedingung erfüllt ist, auf Null gesetzt. In den Schritten S220 bis S223 werden dieselben Prozesse wie in den Schritten S113 bis S116 in 3 ausgeführt.
Der Abschaltzeitpunkt, an dem die Erhöhung der Kraftstoffmenge abgeschaltet wird, kann somit in Abhängigkeit von der Sekundärluftzufuhrdauer verschoben werden.
In dieser Ausführungsform lässt sich der Abschaltzeitpunkt, an dem die Erhöhung der Kraftstoffmenge abgeschaltet wird, anstelle in Abhängigkeit von der Sekundärluftzufuhrdauer somit auch in Abhängigkeit von der Menge der während der Sekundärluftzufuhr insgesamt in die Brennkraftmaschine 1 gesaugten Frischluft (d.h. der akkumulierten oder Gesamtluftmenge) verschieben.
7 ist eine Darstellung, die die Beziehung zwischen der Gesamtluftmenge und der Verzögerungsdauer zeigt. Die in die Brennkraftmaschine 1 während der Sekundärluftzufuhr gesaugte Frischluftmenge (d.h. die Frischluftansaugmenge) korreliert mit der Menge der vom Dreiwege-Katalysator 12 adsorbierten oxidierenden Kompo nenten. Je größer die Frischluftansaugmenge ist, umso größer ist die Menge der vom Dreiwege-Katalysator 12 adsorbierten oxidierenden Komponenten. Je größer die Frischluftansaugmenge ist, umso länger wird dementsprechend die Verzögerungsdauer Tfdlyoff eingestellt.
Im Folgenden wird eine Sekundärluftzufuhrsteuerung beschrieben, bei der der Abschaltzeitpunkt, an dem die Erhöhung der Kraftstoffmenge abgeschaltet wird, in Abhängigkeit von der Gesamtluftmenge verschoben werden kann. Die Schritte, die sich von den Schritten im Flussdiagramm in 5 und 6 unterscheiden, werden nachstehend beschrieben.
Im Schritt S206 wird anstelle des Zählerwerts CAIonst im Startzeitpunkt der AI-Ausführung eine Gesamtansaugluftmenge (die akkumulierte Luftmenge) GAsumst im Startzeitpunkt der AI-Ausführung gelesen. Die Menge der pro Einheitszeit in die Brennkraftmaschine 1 gesaugten Frischluft (die Ansaugluftmenge) wird auf der Grundlage des Ausgangssignals des Luftmengenmessers 7 bestimmt. Durch Akkumulieren dieses Werts berechnet die ECU 28 die Gesamtluftmenge.
Im Schritt S212 wird anstelle des Zählerwerts CAIonend im Abschaltzeitpunkt der AI-Ausführung eine Gesamtluftmenge GAsumend im Abschaltzeitpunkt der AI-Ausführung gelesen. Im Schritt S213 wird anstelle der AI-Dauer CAIonex eine Gesamtluftmenge GAsumex während der AI-Ausführung berechnet. Die Gesamtluftmenge GAsumex während der AI-Ausführung wird bestimmt, indem die Gesamtluftmenge GAsumst im Startzeitpunkt der AI-Ausführung von der Gesamtluftmenge GAsumend im Abschaltzeitpunkt der AI-Ausführung subtrahiert wird.
Im Schritt S214 wird die Verzögerungsdauer Tfdlyoff berechnet. Die Verzögerungsdauer Tfdlyoff wird auf der Grundlage der Gesamtluftmenge GAsumex während der AI-Ausführung unter Bezugnahme auf das in 7 gezeigte Kennfeld berechnet.
Auf diese weise lässt sich der Abschaltzeitpunkt, an dem die Erhöhung der Kraftstoffmenge abgeschaltet wird, in Abhängigkeit von der in die Brennkraftmaschine 1 während der Sekundärluftzufuhr gesaugten Luftmenge verschieben.
Des Weiteren kann in dieser Ausführungsform der Abschaltzeitpunkt, an dem die Erhöhung der Kraftstoffmenge abgeschaltet wird, in Abhängigkeit von einem Temperaturanstiegsbetrag, um den die Temperatur des Dreiwege-Katalysators 12 während der Sekundärluftzufuhr ansteigt, statt in Abhängigkeit von der Sekundärluftzufuhrdauer oder der Gesamtluftmenge während der Sekundärluftzufuhr verschoben werden.
Der Temperaturanstiegsbetrag, um den die Temperatur des Dreiwege-Katalysators 12 während der Sekundärluftzufuhr ansteigt, korreliert mit der Menge der vom Dreiwege-Katalysator 12 adsorbierten oxidierenden Komponenten. Je größer die Sekundärluftzufuhrmenge ist, umso größer ist also die Menge der vom Dreiwege-Katalysator 12 adsorbierten oxidierenden Komponenten, und umso größer ist der Temperaturanstiegsbetrag, um den die Trägertemperatur des Dreiwege-Katalysators 12 ansteigt.
Je größer der Temperaturanstiegsbetrag ist, um den die Temperatur des Dreiwege-Katalysators 12 angestiegen ist, wenn die Sekundärluftzufuhr abgeschaltet wird, umso länger wird dementsprechend die Verzögerungsdauer Taioffdly eingestellt. Diese Beziehung wird im Voraus experi mentell oder dergleichen bestimmt und in einem Kennfeld, das diese Beziehung angibt, festgehalten. Das Kennfeld wird in der ECU 28 gespeichert. Die Trägertemperatur des Dreiwege-Katalysators 12 lässt sich durch Vorsehen eines Temperatursensors im Dreiwege-Katalysator 12 erfassen. Die ECU 28 berechnet den Temperaturanstiegsbetrag während der Sekundärluftzufuhr, indem sie die Temperatur des Dreiwege-Katalysators 12 im Startzeitpunkt und im Abschaltzeitpunkt der Sekundärluftzufuhr erfasst.
Der Abschaltzeitpunkt, an dem die Erhöhung der Kraftstoffmenge abgeschaltet wird, kann somit in Abhängigkeit von dem Temperaturanstiegsbetrag, um den die Temperatur des Dreiwege-Katalysators 12 während der Sekundärluftzufuhr ansteigt, verschoben werden.
In dieser Ausführungsform kann der Startzeitpunkt, an dem die Erhöhung der Kraftstoffmenge beginnt, ebenso wie in der ersten Ausführungsform unter Berücksichtigung der Verzögerung im Start des Betriebsstart der Luftpumpe 23 verzögert werden.
In den soweit beschriebenen Ausführungsformen kann der Abschaltzeitpunkt, an dem die Erhöhung der Kraftstoffmenge abgeschaltet wird, in Abhängigkeit von der Sekundärluftzufuhrdauer, der Gesamtluftmenge während der Sekundärluftzufuhr, oder des Temperaturanstiegsbetrags, um den die Temperatur des Dreiwege-Katalysators während der Sekundärluftzufuhr ansteigt, verschoben werden. Dementsprechend kann HC entsprechend der Menge der vom Dreiwege-Katalysator 12 adsorbierten oxidierenden Komponenten zugeführt und der Dreiwege-Katalysator 12 aus der oxidierenden Atmosphäre heraus gebracht werden. Auf diese Weise lässt sich eine Verschlechterung der Abgasemssionen verhindern.

Claims

Sekundärluftzufuhrsystem mit: einem Abgaskatalysator (12) in einem Abgassystem einer Brennkraftmaschine (1) zum Abbau einer schädlichen Abgaskomponente; einer Sekundärluftzufuhreinrichtung (20) zum Zuführen von Sekundärluft in das Abgas stromaufwärts des Abgaskatalysators (12); einer Sekundärluftzufuhrabschalteinrichtung (26) zum Abschalten der von der Sekundärluftzufuhreinrichtung (20) ausgeführten Sekundärluftzufuhr; einer Kraftstoffversorgungseinrichtung (8) zum Versorgen der Brennkraftmaschine (1) mit Kraftstoff; einer Kraftstoffmengenerhöhungseinrichtung (8) zum Erhöhen der der Brennkraftmaschine (1) zugeführten Kraftstoffmenge, wenn die Sekundärluftzufuhreinrichtung (20) Sekundärluft zuführt; und einer Kraftstoffmengenerhöhungsabschaltverzögerungseinrichtung (28) zum Verzögern des Abschaltzeitpunkts, an dem die von der Kraftstoffmengenerhöhungseinrichtung (8) veranlasste Erhöhung der Kraftstoffmenge abgeschaltet wird, um eine vorgegebene Verzögerungsdauer selbst dann, wenn die Sekundärluftzufuhr durch die Sekundärluftzufuhrabschalteinrichtung (26) abgeschaltet wird.
Sekundärluftzufuhrsystem nach Anspruch 1, mit weiter: einer Sekundärluftzufuhrdauerberechnungseinrichtung (28) zum Berechnen der Sekundärluftzufuhrdauer, während der Sekundärluft zugeführt wird, wobei die Kraftstoffmengenerhöhungsabschaltverzögerungseinrichtung (28) den Abschaltzeitpunkt, an dem die Erhöhung der Kraftstoffmenge nach dem Abschalten der Sekundärluftzufuhr abgeschaltet wird, um eine umso längere Verzögerungsdauer verzögert, je länger die durch die Sekundärluftzufuhrdauerberechnungseinrichtung (28) berechnete Sekundärluftzufuhrdauer ist.
Sekundärluftzufuhrsystem nach Anspruch 1, mit weiter: einer Ansaugluftmengenberechnungseinrichtung (28) zum Berechnen der Ansaugluftmenge, die die Luftmenge ist, die während der Sekundärluftzufuhr in die Brennkraftmaschine (1) gesaugt wird, wobei die Kraftstoffmengenerhöhungsabschaltverzögerungseinrichtung (28) den Abschaltzeitpunkt, an dem die Erhöhung der Kraftstoffmenge nach dem Abschalten der Sekundärluftzufuhr abgeschaltet wird, um eine umso längere Verzögerungsdauer verzögert, je größer die durch die Ansaugluftmengenberechnungseinrichtung (28) berechnete Ansaugluftmenge ist.
Sekundärluftzufuhrsystem nach Anspruch 1, mit weiter: einer Katalysatortemperaturerfassungseinrichtung zum Erfassen der Temperatur des Abgaskatalysators (12), wobei die Kraftstoffmengenerhöhungsabschaltverzögerungseinrichtung (28) den Abschaltzeitpunkt, an dem die Erhöhung der Kraftstoffmenge nach dem Abschalten der Sekundärluftzufuhr abgeschaltet wird, um eine umso längere Verzögerungsdauer verzögert, je größer der Temperaturanstiegsbetrag ist, um den die Temperatur des Abgaskatalysators (12) während der Sekundärluftzufuhr angestiegen ist.
Sekundärluftzufuhrsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit weiter: einer Kraftstoffmengenerhöhungsstartverzögerungseinrichtung (28) zum Blockieren der durch die Kraftstoffmengenerhöhungseinrichtung (8) veranlassten Erhöhung der Kraftstoffmenge während eines Zeitraums zwischen dem Start des Betriebs der Sekundärluftzufuhrein richtung (20) und dem Zeitpunkt, an dem eine vorgegebene Sekundärluftmenge zugeführt werden kann.
Sekundärluftzufuhrverfahren mit folgenden Schritten: Abbauen einer schädlichen Komponente im Abgas mittels eines Abgaskatalysators (12) im Abgassystem einer Brennkraftmaschine (1); Zuführen von Sekundärluft in das Abgas stromaufwärts des Abgaskatalysators (12); Abschalten der Sekundärluftzufuhr; Versorgen der Brennkraftmaschine (1) mit Kraftstoff; Erhöhen der der Brennkraftmaschine (1) zugeführten Kraftstoffmenge, wenn Sekundärluft zugeführt wird; und Verzögern des Abschaltzeitpunkts, an dem die Erhöhung der Kraftstoffmenge abgeschaltet wird, um eine vorgegebene Verzögerungsdauer selbst dann, wenn die Sekundärluftzufuhr abgeschaltet wird.
Sekundärluftzufuhrverfahren nach Anspruch 6, mit dem weiteren Schritt: Berechnen der Sekundärluftzufuhrdauer, während der Sekundärluft zugeführt wird, wobei in dem Schritt: Verzögern des Abschaltzeitpunkts, an dem die Erhöhung der Kraftstoffmenge abgeschaltet wird, um die vorgegebene Verzögerungsdauer, der Abschaltzeitpunkt, an dem die Erhöhung der Kraftstoffmenge nach dem Abschalten der Sekundärluftzufuhr abgeschaltet wird, um eine umso längere Verzögerungsdauer verzögert wird, je länger die im Schritt: Berechnen der Sekundärluftzufuhrdauer berechnete Sekundärluftdauer ist.
Sekundärluftzufuhrverfahren nach Anspruch 6, mit dem weiteren Schritt: Berechnen der Ansaugluftmenge, die die Luftmenge ist, die während der Sekundärluftzufuhr in die Brennkraftmaschine (1) gesaugt wird, wobei in dem Schritt: Verzögern des Abschaltzeitpunkts, an dem die Erhöhung der Kraftstoffmenge abgeschaltet wird, um die vorgegebene Verzögerungsdauer, der Abschaltzeitpunkt, an dem die Erhöhung der Kraftstoffmenge abgeschaltet wird, nach dem Abschalten der Sekundärluftzufuhr um eine umso längere Verzögerungsdauer verzögert wird, je größer die in dem Schritt: Berechnen der Ansaugluftmenge berechnete Ansaugluftmenge ist.
Sekundärluftzufuhrverfahren nach Anspruch 6, mit dem weiteren Schritt: Erfassen der Temperatur des Abgaskatalysators (12), wobei der Abschaltzeitpunkt, an dem die Erhöhung der Kraftstoffmenge nach dem Abschalten der Sekundärluftzufuhr abgeschaltet wird, um eine umso längere Verzögerungsdauer verzögert wird, je größer der Temperaturanstiegsbetrag ist, um den die Temperatur des Abgaskatalysators (12) während der Sekundärluftzufuhr angestiegen ist.
Sekundärluftzufuhrverfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, mit dem weiteren Schritt: Blockieren der Kraftstoffmengenerhöhung während eines Zeitraums zwischen dem Start der Sekundärluftzufuhr in das Abgas stromaufwärts des Abgaskatalysators (12) und dem Zeitpunkt, an dem eine vorgegebene Sekundärluftmenge zugeführt werden kann.