DE19517168B4

DE19517168B4 - Vorrichtung und Verfahren für die Steuerung eines Verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE19517168B4
Application number: DE19517168A
Authority: DE
Inventors: Kazuhide Takatsuki Togai; Kazuo Okazaki Koga
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1994-05-10
Filing date: 1995-05-10
Publication date: 2004-06-24
Anticipated expiration: 2015-05-11
Also published as: DE19517168A1

Abstract

Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor (1) mit einem Abgasreinigungskatalysator (13), welcher in einer Auspuffleitung (14) des Verbrennungsmotors (1) angeordnet ist, wobei der Abgasreinigungskatalysator (13) derart betreibbar ist, dass er Stickstoffoxyd adsorbiert, wenn die in den Abgasreinigungskatalysator (13) einströmenden Abgase ein mageres Luft-Brennstoff-Verhältnis haben, und das er adsorbiertes Stickstoffoxyd desoxydiert, wenn die Sauerstoffkonzentration der einströmenden Abgase verringert wird, gekennzeichnet durch
eine Adsorptionszustandsschätzeinrichtung (23, 32), die eine erste Stickstoffoxydabgabegrößenschätzeinrichtung (33) zum Schätzen einer Abgabegröße von Stickstoffoxyd von dem Abgasreinigungskatalysator (13) mit einschließt, und die Adsorptionszustandsschätzeinrichtung (23,32) einen Adsorptionszustand von Stickstoffoxyd schätzt, dass durch den Abgasreinigungskatalysator (13) adsorbiert ist, auf der Grundlage der geschätzten Abgabegröße von Stickstoffoxyd von dem Abgasreinigungskatalysator (13); und
eine Verbrennungszustandsverschlechterungseinrichtung (23,36) zum Verschlechtern eines Verbrennungszustands im Verbrennungsmotor (1) gemäß dem Adsorptionszustand des Stickstoffoxyds, der von der Adsorptionszustandsschätzeinrichtung (32) geschätzt wurde, wenn der Motor im Magerverbrennungszustand ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren für die Steuerung eines Verbrennungsmotors, mit der die Emission von Stickstoffoxid eines Verbrennungsmotors in die Atmosphäre unterdrückt werden kann.
Es ist ein Verfahren zur Verbesserung der Kraftstoffausnutzung oder eines anderen Leistungskriteriums eines Verbrennungsmotors bekannt, bei dem das Luftkraftstoffverhältnis auf einen Zielwert (beispielsweise 22) geregelt wird, der magerer ist als das theoretische Luftkraftstoffverhältnis (14,7), um hierdurch eine Magerverbrennung im Motor durchzuführen, wenn der Motor in einem vorbestimmten Antriebszustand angetrieben wird. Wird jedoch ein Dreiwegkatalysatorumwandler für den Motor verwendet, auf den das vorerwähnte Verfahren angewendet wird, kann Stickstoffoxid (NOx) während der Magerverbrennung nicht genügend gereinigt werden, da der Dreiwegkatalysatorumwandler im mageren Luftkraftstoffver hältnisbereich nicht auf seinem vollen Potential arbeitet. In dieser Hinsicht sind Versuche durchgeführt worden, die Emission von NOx auch im Magerverbrennungsantrieb zu reduzieren, indem ein sogenannter NOx-Katalysator verwendet wird, der NOx absorbiert, welches vom Motor in einem sauerstoffangereicherten Zustand (oxidierende Atmosphäre) abgegeben wird, und das adsorbierte NOx in einem Kohlenwasserstoff (HC)-überschüssigem Zustand desoxidiert (reduzierende Atmosphäre).
Die Menge an NOx, die vom NOx-Katalysator absorbiert werden kann, ist jedoch begrenzt. Wird der Motor kontinuierlich im Magerverbrennungszustand angetrieben, wird der Katalysator mit NOx gesättigt. In diesem Fall wird der größte Teil an NOx-Gas, das vom Motor abgegeben wird, in die Atmosphäre emittiert. Um diesem zu begegnen, bevor oder wenn der NOx-Katalysator mit adsorbiertem NOx gesättigt ist, wird ein Übergang zur Fettmischungssteuerung durchgeführt, die das Luftkraftstoffverhältnis auf ein theoretisches Verhältnis oder einen nahen Wert steuert, um hierdurch den Betrieb im theoretischen Verhältnis oder den Fettverbrennungsbetrieb des Motors zu starten. Das resultierende Abgas, das eine Menge an unverbrannten Gasen enthält, erzeugt eine reduzierende Atmosphäre für die Desoxidation von NOx um den Katalysator herum.

Im Hinblick auf den Zeitpunkt, bei dem der Magerverbrennungsbetrieb auf den Betrieb im theoretischen Verhältnis oder den Fettverbrennungsbetrieb umgeschaltet wird, ist ein Verfahren nach JP 0005133260 AA (Patent Abstract of Japan) bekannt, bei dem die verstrichene Zeit vom Start der Magerkraftstoffverhältnissteuerung gemessen wird und der Übergang zur fetten Luftkraftstoffsteuerung verstärkt durchgeführt wird, wenn eine vorbestimmte Zeit verstrichen ist. Bei diesem Verfahren wird die magere Luftkraftstoffverhältnissteuerung nach der Vervollständigung der Desoxidation von NOx wieder gestartet, das vom Katalysator während der fetten Luftkraftstoffverhältnissteuerung adsorbiert wird. Auf diese Weise werden die Magerverbrennung und die fette Verbrennung alternativ ausgeführt, um die Emission von NOx zu verringern.

Falls die vorbestimmte Zeit vom Start der mageren Luftkraftstoffverhältnissteuerung verstrichen ist, wird jedoch nach der in der vorerwähnten Veröffentlichung offenbarten Steuerung immer bestimmt, daß die Menge an adsorbiertem NOx den gesättigten Wert erreicht hat. In diesem Augenblick wird der Magerverbrennungszustand verstärkt in den fetten Verbrennungszustand verändert. Die Verbesserung der Kraftstoffausnutzung durch die Magerverbrennung kann daher nicht in genügender Weise erreicht werden und die Kraftstoffausnutzung wird entsprechend verringert. Darüber hinaus variiert im Zeitpunkt der Veränderung des Luftkraftstoffverhältnisses das Motordrehmoment und hat einen schlechten Einfluß auf den Motorbetrieb. In einem Fahrzeug, das den Motor als Primärantrieb verwendet, kann eine Veränderung des Motordrehmoments einen Stoß ähnlich einem Beschleunigungsstoß verursachen, so daß das Antriebsgefühl verschlechtert wird, wenn die Motordrehmomentvariation häufig auftritt, während das Fahrzeug bei einer konstanten Geschwindigkeit läuft. Darüber hinaus erhöht sich die Emission von HC, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis angereichert wird. Vom Gesichtspunkt der Verbesserung des Fahrgefühls und der Reduzierung des Emission von HC ist es daher nicht vorzuziehen, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis verstärkt und häufig zu ändern.

In der internationalen Patentveröffentlichung Nr. W093/08383 ist ein Verfahren zum Desoxydieren von NOx offenbart, das von der Abgasreinigungseinrichtung während dem Magerverbrennungsantrieb des Motors adsorbiert wird. Bei diesem Verfahren wird die Adsorptionsmenge an NOx vom Abgasreinigungskatalysator geschätzt und der Antriebszustand in den fetten Verbrennungszustand verändert, wenn auf der Basis des Resultats der Schätzung bestimmt wird, dass die Adsorptionsmenge an NOx die Sättigungsmenge erreicht hat

Bei diesem Verfahren, bei dem auf der Basis der geschätzten Adsorptionsmenge an NOx bestimmt wird, ob der Katalysator mit NOx gesättigt ist, ist es jedoch manchmal, wenn NOx-Adsorptionseigenschaften der Katalysatoren, die an den einzelnen Motoren angebracht sind, voneinander abweichen, manchmal unmöglich, korrekt zu bestimmen, dass der Katalysator den gesättigten Zustand erreicht hat.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren für eine Verbrennungskraftmaschine bereitzustellen, welche in der Lage sind eine Menge von Stickstoffoxyd zu bestimmen, welche von einer Abgasreinigungsvorrichtung ausgestoßen wird, um dadurch positiv und leicht zu bestimmen, dass die Abgasreinigungsvor richtung einen gesättigten Zustand erreicht hat, wo sie mit Stickstoffoxyd, welches durch dieselbe adsorbiert ist, gesättigt ist, ohne das Bedürfnis, direkt eine Menge von Stickstoffoxyd zu bestimmen, welche durch die Abgasreinigungsvorrichtung zur Bestimmung des gesättigten Zustands adsorbiert ist, und in der Lage ist, die Verbrennungskraftmaschine weich bei geringem Kraftstoffverbrauch zu betreiben, auf der Grundlage der Ergebnisse der Bestimmung, und in der Lage ist, eine Menge von Stickstoffoxyd, welches in die Atmosphäre ausgestoßen wird, zu reduzieren.

Gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung nach der besamtheit der Merkmale des Anspruchs 1. wird eine Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor geschaffen, die einen Abgasreinigungskatalysator aufweist. welche an einer Auspuffleitung des Motors angeordnet ist, um die Emission von Stickstoffoxyd an die Atmosphäre zu verringern, wobei der Katalysator derart betreibbar ist, dass er Stickstoffoxyd adsorbiert, das in den Auspuffgasen enthalten ist, welche vom Motor abgegeben werden, wenn der Motor im Magerverbrennungszustand ist, und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis einer dem Motor zugeführten Luftkraftstoffmischung magerer ist, als das theoretische Lufi-Kraftstoff-Verhältnis, und um das adsorbierte Stickstoffoxyd zu desoxydieren, wenn der Motor in einem Fettverbrennungszustand ist, wo das Luft-Kraftstoff-Verhältnis gleich ist oder fetter als das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis.

Die Steuervorrichtung weist eine Adsorptionszustandsschätzeinrichtung zum Schätzen des Adsorptionszustandes des Stickstoffoxyds am Abgasreinigungskatalysator auf; und eine Verbrennungszustandsverschlechterungseinrichtung zum Verschlechtern des Verbrennungszustands im Motor gemäß dem Adsorptionszustand des Stickstoffoxyds, der von der Adsorptionszustandsschätzeinrichtung geschätzt wird, wenn der Motor im Magerverbrennungszustand ist.

Die der vorliegenden Erfindung nächstkommenden Druckschriften sind die EP 0598917A1 und DE 433424A1 .

Bei der vorliegenden Erfindung wird eine Abgabegröße von Stickoxid von einer Abgasreinigungskatalysatorvorrichtung geschätzt und es wird bestimmt, ob die geschätzte Abgabemenge von Stickoxid eine vorbestimmte Menge überschreitet oder nicht. Wenn bestimmt wird, daß die Abgabemenge von Stickoxid eine vorbestimmte Menge überschreitet, wird ein Verbrennungszustand einer Brennkraftmaschine verschlechtert, wenn die Maschine in einer Magerverbrennungsbetriebsweise betrieben wird.

Gemäß dieser Erfindung wird die Abgabemenge von Stickoxid, d. h. die Menge von Stickoxid, welche von der Abgasreinigungskatalysatorrichtung ausgestoßen wird, bestimmt, und wenn die Abgabemenge von Stickoxid nicht die vorbestimmte Menge erreicht, wird die Verbrennung der Maschine nicht verschlechtert, so daß die Weichheit im Maschinenbetrieb und der Kraftstoffverbrauch nicht verschlechtert wird. Weiterhin können gemäß dieser Erfindung durch Verschlechterung des Verbrennungszustands der Maschine während der Magerverbrennung unverbrannte Gase an die Abgasreinigungskatalysatorvorrichtung geliefert werden, um dadurch das Stickoxid, welches auf der Abgasreinigungskatalysatorvorrichtung absorbiert ist zu desoxidieren, und die Abgabemenge von Stickoxid von der Maschine selbst kann unterdrückt werden.

Die EP 0598917A1 offenbart ein Steuersystem für eine Brennkraftmaschine, welches mit einem NOx absorbierenden Agens versehen ist, welches innerhalb einer Abgasleitung der Maschine angeordnet ist, und welches NOx absorbiert, wenn das Luft/Kraftstoffverhältnis von Abgas, welches dort hinein strömt, mager ist und NOx ausstößt, welches es absorbiert hat, wenn da; Luft/Kraftstoffverhältnis von Abgas, welches dort hineinströmt, fett wird. In dem offenbarten System wird die Menge von NOx, welches in dem NOx absorbierenden Agens absorbiert, aus der Maschinenlast und der Drehzahl der Maschine geschätzt, und wenn diese geschätzte NOx-Menge zur maximalen NOx Absorptionskapazität des NOx absorbierenden Agens wird, wird das Luft/Kraftstoffverhältnis des in das NOx absorbierende Agens strömende Abgas fett gemacht.

Das System, welches in der EP0598917A1 offenbart wird, bestimmt die Menge von NOx, welches das NOx absorbierende Agens absorbiert hat, aber versäumt es, zu bestimmen, welche NOx-Menge von dem NOx absorbierenden Agens ausgestoßen wird, ohne von dem NOx absorbierenden Agens absorbiert zu werden.

Andererseits bestimmt die vorliegende Erfindung eine Menge von NOx, welche von der Abgasreinigungskatalysatorvorrichtung ausgestoßen wird, welcher einen NOx-Katalysator einschließt, d. h. eine NOx-Menge, welche in die Atmosphäre ausgestoßen wird.

Gemäß dem System, welches in der EP 0598917A1 offenbart wird, wird eine Menge von NOx, welche von dem NOx absorbierenden Agens ausgestoßen wird, nicht bestimmt. Dies macht es unmöglich, genau eine Steuerung zum Unterdrücken einer Menge von NOx, welche in die Atmosphäre entladen wird, bis zu einer vorgeschriebenen Menge zu unterdrücken.

Sogar in dem System, welches in der EP 0598917A1 offenbart ist, wird ein Versuch einer Steuerung zur Unterdrückung einer NOx-Menge, welche in die Atmosphäre entlassen wird, bis hoch zu einer vorgeschriebenen Menge auf der Grundlage der bestimmten Menge von NOx, welche von dem NOx absorbierenden Agens absorbiert wird, gemacht werden. Jedoch wird in diesem Fall die Anforderung an das System gestellt, eine Steuerung auszuführen, wobei das folgende Erfordernis, z. B., in Betracht gezogen wird.

Es gibt eine Beziehung, daß je größer eine Menge von absorbiertem NOx wird, desto größer das Verhältnis einer Menge von NOx, welches in die Atmosphäre entlassen wird, zu einer Menge von NOx, welche von der Maschine entlassen wird. Somit muß ein Maschinenbetriebszustand betrachtet werden, wo eine große Menge von NOx von der Maschine ausgestoßen wird. Speziell muß das Luft/Kraftstoffverhältnis fett sein (d. h. NOx reduzierender Betrieb muß gemacht werden) zum Freisetzen und Reduzieren von NOx, welches von dem NOx absorbierenden Agens absorbiert wird, bevor die Menge von absorbierten NOx groß wird. Als Ergebnis, gibt es eine hohe Wahrscheinlichkeit, daß unnötige fette Betriebe durchgeführt werden, mit dem Ergebnis eines verschlechterten Kraftstoffverbrauchs. Im Gegensatz dazu wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Bestimmung gemacht, welche die Menge von Stickoxid, welches von der Abgasreinigungskatalysatorvorrichtung ausgestoßen wird, und ein Maschinenbetrieb zum Verschlechtern des Verbrennungszustandes in der Maschine wird nicht durchgeführt, bis die Menge von NOx, welches in die Atmosphäre entlassen wird, eine vorbestimmte Menge überschreitet, so daß keine Verschlechterung in dem weichen Maschinenlauf und dem Kraftstoffverbrauch verursacht wird.

Die DE 43 33 424 A1 offenbart eine technische Lehre, welche als Verbrennungstemperatur-Verringerungsvorrichtung dient, in welchem (i) EGR in die Einlaßseite rezirkuliert wird; oder (ii) ein Sauerstoffrückhaltefilter in einem der Leitungsrohre angeordnet wird, und Verbrennungsverzögerungsvergrößerungseinrichtung vorgesehen ist, welche den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt auf den oberen Totpunkt verzögert und welche den Einlaß überlastet; oder (iii) die Verwirbelung wird verstärkt, um dadurch die NOx-Konzentration zu reduzieren, ohne die Rauchkonzentration zu erhöhen.

Andererseits fehlt der DE 43 33 424 A1 das zur Verfügung-Stellen einer Abgasreinigungsvorrichtung, welche in der Abgasleitung angeordnet ist und welche betreibbar ist, um Stickoxid zu absorbieren, wenn ein Luft-Kraftstoffverhältnis des Abgases, welches dort hinein fließt, mager ist und adsorbiertes Stickoxid zu desoxidieren, wenn eine Sauerstoffkonzentration von Abgas, welches dort hineinströmt, sich verringert.

Zusätzlich stellt die DE 433424A1 keine Abgasreinigungsvorrichtung, wie in den Ansprüchen dieser Anmeldung definiert, zur Verfügung, und daher versäumt es die DE 43 33 424 A1 das Merkmal dieser Erfindung, eine Abgabemenge von Stickoxid von der Abgasreinigungskatalysatorvorrichtung zu schätzen und zu bestimmen, ob die geschätzte Abgabemenge von Stickoxid eine vorbestimmte Menge überschreitet, zu offenbaren.

Die DE 43 33 424 A1 versäumt es, Vorteile der vorliegenden Erfindung vorzuweisen, so daß keine Verschlechterung in dem weichen Maschinenlauf und dem Kraftstoffverbrauch verursacht wird, da eine Bestimmung gemacht wird bezüglich der Menge von Stickoxid, welche von der Abgasreinigungskatalysatorvorrichtung freigegeben wird, und einem Maschinenbetrieb zum Verschlechtern eines Verbrennungszustandes in der Maschine wird nicht durchgeführt, bis die Menge von Stickoxid, welche an die Atmosphäre abgegeben wird, eine vorbestimmte Menge überschreitet.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung nach der besamtheit Merkmale des Anspruchs 3 wird ein Steuerverfahren für einen Verbrennungsmotor zum Verringern der Emission von Stickstoffoxid in die Atmosphäre geschaffen, indem bewirkt wird, daß Stickstoffoxid, das in den Auspuffgasen enthalten ist, welche vom Verbrennungsmotor abgegeben werden, am Abgasreinigungskatalysator absorbiert wird, der in der Auspuffleitung des Motors angeordnet ist, wenn der Motor im Magerverbrennungszustand ist, wo das Luftkraftstoffverhältnis einer dem Motor zugeführten Luftkraftstoffmischung magerer ist als das theoretische Luftkraftstoffverhältnis, und indem das adsorbierte Stickstoffoxid mittels des Abgasreinigungskatalysators desoxidiert wird, wenn der Motor im fetten Verbrennungszustand ist, wo das Luftkraftstoffverhältnis gleich ist oder fetter als das theoretische Luftkraftstoffverhältnis.

Das vorliegende Steuerungsverfahren umfaßt einen ersten Schritt, nämlich Schätzen des Adsorptionszustandes des Stickstoffoxids am Abgasreinigungskatalysator, und einen zweiten Schritt, nämlich Verschlechtern des Verbrennungszustands im Verbrennungsmotor gemäß dem Adsorptionszustand des Stickstoffoxids, der im ersten Schritt geschätzt wird, wenn der Motor im Magerverbrennungszustand ist.

Die Steuerungsvorrichtung und das Steuerungsverfahren der vorliegenden Erfindung bieten den Vorteil, daß der Verbrennungszustand im Motor verschlechtert werden kann, wenn die absorbierte Menge an Stickstoffoxid ansteigt, wodurch unverbrannte Gase dem Abgasreinigungskatalysator zugeführt werden, um Stickstoffoxid zu desoxidieren, das am Abgasreinigungskatalysator absorbiert wird, und daß die Abgabemenge an Stickstoffoxid vom Motor selbst niedrig gehalten werden kann. Anders als im Fall, wo der Antriebszustand verstärkt vom Magerverbrennungszustand zum theoretischen Verhältnis-Antriebszustand oder dem fetten Verbrennungszustand verändert wird, kann daher die Abgabemenge an Stickstoffoxid vom Motor verringert werden, ohne daß die Weichheit des Motorlaufs und die Kraftstoffausnutzung verschlechtert werden.

Vorzugsweise weist die Adsorptionszustandsschätzeinrichtung der Steuerungsvorrichtung eine Adsorptionssättigungsbestimmungseinrichtung zur Bestimmung auf, ob die Adsorptionsmenge an Stickstoffoxid am Abgasreinigungskatalysator einen Wert erreicht hat, der gleich ist oder nahe der Sättigungsmenge. Ferner verschlechtert die Verbrennungszustandsverschlechterungseinrichtung den Verbrennungszustand, wenn die Adsorptionssättigungsbestimmungseinrichtung bestimmt, daß die Adsorptionsmenge an Stickstoffoxid am Abgasreinigungskatalysator den Wert erreicht hat, der gleich ist oder nahe der Sättigungsmenge im Magerverbrennungszustand (Anspruch 2).

Bei dieser bevorzugten Ausführungsform kann, wenn der Abgasreinigungskatalysator mit adsorbiertem Stickstoffoxid gesättigt ist, die Menge an unverbrannten Gasen erhöht werden, indem der Verbrennungszustand im Motor verschlechtert wird, ohne daß die Menge an zugeführtem Kraftstoff erhöht werden muß, während der Verbrennungsmotor im Magerverbrennungszustand verbleibt. Dies ermöglicht es, das adsorbierte Stickstoffoxid durch Kohlenwasserstoff auf angemessene Weise zu desoxidieren und zu entfernen, der in den unverbrannten Gasen enthalten ist. Die Reinigungsfähigkeit des Abgasreinigungskatalysators kann daher wiederhergestellt werden, und die Emission von Stickstoffoxid kann unterdrückt werden, ohne daß die Kraftstoffausnutzung und das Fahrgefühl verschlechtert werden.

Vorzugsweise weist die Adsorptionssättigungsbestimmungseinrichtung eine Stickstoffoxidabgabemengeschätzeinrichtung zum Schätzen der Abgabemenge an Stickstoffoxid vom Abgasreinigungskatalysator auf, oder eine Magerverbrennungsperiodenmesseinrichtung zum Messen der Magerverbrennungsperiode, bei welcher der Magerverbrennungszustand fortgesetzt wird, oder eine Magerverbrennungsakkumulationseinrichtung zum Akkumulieren von Teilen einer Lastinformation am Verbrennungsmotor, der im Magerverbrennungszustand läuft, um hierdurch einen akkumulierten Wert an Teilen der Lastinformation abzuleiten. Hat die Stickstoffoxidabgabemenge, die von der Stickstoffoxidabgabemengeschätzeinrichtung geschätzt wird, einen vorbestimmten Wert überschritten, oder hat die Magerverbrennungsperiode, die von der Magerverbrennungsperiodenmesseinrichtung gemessen wird, einen vorbestimmten Wert überschritten, oder hat der akkumulierte Wert an Teilen der Lastinformation, der von der Magerverbrennungsakkumulierungseinrichtung abgeleitet wird, einen vorbestimmten Wert überschritten, wird bestimmt, daß die Adsorptions menge an Stickstoffoxid am Abgasreinigungskatalysator einen Wert erreicht hat, der gleich ist oder nahe der Sättigungsmenge (Anspruch 4).

Gemäß dieser bevorzugten Ausführungsformen kann der Zeitpunkt, bei dem die Adsorptionsmenge an Stickstoffoxid die Sättigungsmenge erreicht hat, korrekt und auf einfache Weise gemäß der Abgabemenge an Stickstoffoxid, der Magerverbrennungsperiode oder dem akkumulierten Wert an Teilen der Lastinformation an der Maschine bestimmt werden, die im Magerverbrennungszustand betrieben wird, ohne daß die Adsorptionsmenge an Stickstoffoxid am Abgasreinigungskatalysator direkt abgeleitet werden muß.

Vorzugsweise senkt die (vgl. Anspruch 14) Verbrennungszustandsverschlechterungseinrichtung der Steuerungsvorrichtung die Verbrennungstemperatur der dem Verbrennungsmotor zugeführten Luftkraftstoffmischung gemäß dem Adsorptionszustand des Stickstoffoxids ab, der von der Adsorptionszustandsschätzeinrichtung geschätzt wird. Gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform wird die Erzeugung von Stickstoffoxid in einer Periode, während der der Antriebszustand vom Magerverbrennungszustand zum theoretischen Verhältnis-Antriebszustand oder dem fetten Verbrennungszustand verändert wird, vollkommen durch Absenken der Verbrennungstemperatur der Luftkraftstoffmischung unterdrückt werden.

Vorzugsweise weist die Steuerungsvorrichtung ferner eine Beschleunigungsbestimmungseinrichtung zur Bestimmung auf, ob der Verbrennungsmotor im Beschleunigungsantriebszu stand ist, indem die Lastinformation, die den Lastzustand des Verbrennungsmotors angibt, mit einem Beschleunigungsbestimmungsschwellwert verglichen wird; eine Luftkraftstoffverhältniseinstelleinrichtung zum Einstellen des Luftkraftstoffverhältnisses auf einen Wert, der gleich ist oder fetter als das theoretische Luftkraftstoffverhältnis, wenn die Beschleunigungseinrichtung bestimmt, daß der Verbrennungsmotor im Beschleunigungsantriebszustand ist; und eine Schwellenwertveränderungseinrichtung zum Verändern des Beschleunigungsbestimmungsschwellwertes gemäß dem Adsorptionszustand des Stickstoffoxids, der von der Adsorptionszustandsschätzeinrichtung geschätzt wird (Anspruch 15).

Gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform ist es in einem Fall, in welchem die Verbrennungstemperatur abgesenkt und der Motoroutput verringert wird, da der Abgasreinigungskatalysator mit adsorbiertem Stickstoffoxid gesättigt ist, leichter, den Antriebszustand vom Magerverbrennungszustand zum theoretischen Verhältnis-Antriebszustand oder dem fetten Verbrennungszustand zu ändern, in welchem der Motoroutput hoch ist, wodurch es ermöglicht wird, die Reaktion auf die Beschleunigungsantriebsanforderung zu verbessern.

Vorzugsweise weist die Verbrennungszustandsverschlechterungseinrichtung der Steuerungsvorrichtung eine Zündzeitpunkteinstellungsvorrichtung zum Einstellen des Zündzeitpunktes des Verbrennungsmotors auf, oder eine Auspuffgasrezirkulationseinrichtung zum Rezirkulieren des Auspuffgases vom Verbrennungsmotor zum Zufuhrsystem des Motors, oder eine Luftkraftstoffverhältniseinstelleinrichtung zum Einstellen des Luftkraftstoffverhältnisses einer dem Motor zugeführten Luftkraftstoffmischung. Die Verbrennungszustandsverschlechterungseinrichtung senkt die Verbrennungstemperatur durch Verzögern des Zündzeitpunkts oder durch Erhöhen der Rezirkulationsmenge an Auspuffgasen oder durch Verändern des Luftkraftstoffverhältnisses in Richtung der mageren Seite hin ab. Gemäß den obenstehenden bevorzugten Ausführungsformen kann die Verbrennungstemperatur der Luftkraftstoffmischung auf angemessene und einfache Weise eingestellt werden (vgl. Ansprüche 23 und 24).

Vorzugsweise hält die Verbrennungszustandsverschlechterungseinrichtung die Verschlechterung des Verbrennungszustands für eine vorbestimmte Zeitdauer aufrecht. Gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform kann das adsorbierte Stickstoffoxid genügend desoxidiert werden, indem der verschlechterte Verbrennungszustand aufrecht erhalten wird.

Vorzugsweise verschlechtert die Verbrennungszustandsverschlechterungseinrichtung den Verbrennungszustand im Verbrennungsmotor, indem ein Zündausfall im Motor verursacht wird. Gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform können unverbrannte Gase auf einfache Weise erzeugt werden, wodurch es ermöglicht wird, die Desoxidation des adsorbierten Stickstoffoxids zu verbessern.

Das Steuerungsverfahren der vorliegenden Erfindung umfaßt bevorzugte Ausführungsformen, die ähnlich sind zu denjenigen der vorerwähnten Steuerungsvorrichtung, und die ähnliche Vorteile liefern.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. In dieser zeigen:
1 eine schematische Ansicht einer Verbrennungssteuerungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zusammen mit einem Motor,
2 ein Funktionsblockschaubild der in l gezeigten Verbrennungssteuerungsvorrichtung,
3 einen Teil eines Flußschaubilds der Verbrennungssteuerungsroutine, die von der in 2 gezeigten elektronischen Steuerungseinheit ausgeführt wird,
4 den restlichen Teil des Flußschaubilds der Verbrennungssteuerungsroutine, der dem Flußschaubild von 3 folgt,
5 einen Teil eines Fluflschaubilds der in 4 gezeigten Subroutine zum Berechnen der NOx-Abgabemenge Q_NT,
6 den restlichen Teil des Flußschaubilds der Subroutine zum Berechnen der NOx-Abgabemenge Q_NT, der dem Flußschaubild von 5 folgt,
7 eine graphische Darstellung eines beispielshaften Diagramms des Luftüberschußverhältnisses λ-geschätzte Menge D_N der Konzentration der Motorabgabe NOx,
8 eine graphische Darstellung eines beispielshaften Diagramms des Zündzeitpunkts-Korrekturkoeffizienten K_Ig,
9 eine graphische Darstellung eines beispielshaften Diagramms des akkumulierten Wertes SQ_N(i+1) der Menge der Motorabgabe NOx-geschätztes Adsorptionsverhältnis K_NOX des NOx-Katalysators,
10 eine graphische Darstellung eines beispielshaften Diagramms des Luftüberschußverhältnisses λ-geschätzter Wert K_CAT des NOx-Reinigungsverhältnisses eines Dreiwegkatalysatorumwandlers,
11 ein Flußschaubild der Zündaussetzungs (misfire)-Steuerungsroutine, die bei einem Verbrennungssteuerungsverfahren für einen Verbrennungsmotor gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird,
12 ein Flußschaubild der Zündaussetzungssteuerungsroutine, die bei einem Verbrennungssteuerungsverfahren für einen Verbrennungsmotor gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird,
13 ein Funktionsblockdiagramm einer elektronischen Steuerungseinheit einer Verbrennungssteuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
14 ein Flußschaubild der Luftkraftstoffverhältnissteuerungsroutine, die von der in 13 gezeigten elektronischen Steuerungseinheit ausgeführt wird,
15 den restlichen Teil des Flußschaubilds der Subroutine zur Berechnung der geschätzten NOx-Abgabemenge, der dem Flußschaubild von 5 folgt,
16 eine graphische Darstellung der Änderungen der Menge Q_NO der Motorabgabe NOx und der Menge Q_NT der Katalysatorabgabe NOx über die Zeit,
17 eine beispielshafte graphische Darstellung eines EGR-Mengendiagramms für den normalen Magerverbrennungsantrieb, das in der in den 3 und 4 gezeigten Verbrennungssteuerungsroutine verwendet wird, und
18 eine beispielshafte graphische Darstellung eines Zündzeitpunktdiagramms für den normalen Magerverbrennungsantrieb, das bei der Verbrennungssteuerungsroutine verwendet wird.
Es wird nun ein Verbrennungssteuerungsverfahren und eine Vorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
In 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 den Automotor, der unter der Steuerung einer Verbrennungssteuerungsvorrichtung betrieben wird, die nachstehend beschrieben wird. Der Motor, d.h. beispielsweise ein Sechszylinderreihenbenzinmotor, weist Verbrennungskammern auf, ein Zufuhrsystem, ein Zündsystem und ähnliches, die für den Mager-verbrennungsantrieb ausgebildet sind.
Der Motor 1 weist Zufuhröffnungen 2 auf, die mit einem Zufuhrkrümmer 4 verbunden sind, in welchem Kraftstoffeinspritzventile 3 für die entsprechenden Zylinder vorgesehen sind. Eine Zufuhrleitung 9, die mit dem Zufuhrkrümmer verbunden ist, ist mit einem Luftreiniger 5 und einem Drosselventil 7 versehen (allgemeiner gesprochen, mit einer Output-Betriebseinrichtung zum Einstellen des Motor-Outputs). Das Drosselventil 7 ist mit dem Beschleunigungspedal 7a verbunden. Ein Leerlaufmotorgeschwindigkeitssteuerungsventil 8 (ISC) ist in einer Bypassleitung vorgesehen, die das Drosselventil 7 überbrückt. Ein Auspuffkrümmer 11 ist mit Auspufföffnungen 10 des Motors 1 verbunden. Weiterhin ist ein (nicht gezeigter) Dämpfer mit dem Auspuffkrümmer 11 über eine Auspuffleitung 14 und einem Abgasreinigungskatalysator 13 verbunden.
Der Abgasreinigungskatalysator 13 weist einen NOx-Katalysator 13a und einen Dreiwegkatalysatorumwandler 13b auf, der auf der stromabwärts gelegenen Seite des NOx-Katalysators 13a angeordnet ist. Der NOx-Katalysator 13a enthält als katalytische Substanz Pt (Platin) und ein Alkaliedelerdmetall wie beispielsweise Lanthan und Cer, und funktioniert derart, daß er NOx in der oxidierenden Atmosphäre adsorbiert und NOx in N₂ (Stickstoff) und ähnliches in der reduzierenden Atmospäre desoxidiert, die HC enthält. Der Dreiwegkatalysatorumwandler 13b funktioniert derart, daß er HC und CO (Kohlenstoffmonoxid) oxidiert und NOx desoxidiert. Die NOx-Desoxidationsfähigkeit ist im oder nahe des theoretischen (stöchiometrischen) Luftkraftstoffverhältnisses maximal.
Weiterhin ist eine Zirkulationsleitung 26 für die Auspuffgasrezirkulation (EGR) zwischen dem Auspuffkrümmer 11 und dem Zufuhrkrümmer 4 angeschlossen, so daß ein Teil der Auspuffgase im Auspuffkrümmer 11 zum Zufuhrkrümmer 4 über die Zirkulationsleitung 26 zurückgeführt und der Verbrennungskammer 15 zugeführt wird, wenn ein in der Leitung 26 angeordnetes EGR-Ventil 27 geöffnet ist. Wird das Auspuffgas derart zur Zufuhrseite rezirkuliert, wird die Verbrennungstemperatur abgesenkt, um die Erzeugung von NOx zu unterdrücken.
Der Motor 1 ist ferner mit einer Zündkerze 16 zum Zünden einer Mischung aus Luft und Kraftstoff versehen, die von der Zufuhröffnung 2 zur Verbrennungskammer 5 geleitet wird.
Die Verbrennungssteuerungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung zum Steuern der Verbrennung im Motor 1 weist eine elektronische Steuerungseinheit 23 (ECU) als Hauptbestandteil auf. Die ECU 23 weist eine Input/Output-Einrichtung auf, eine Speichereinrichtung (ROM, RAM, nichtflüchtiger RAM oder ähnliches) mit einer Vielzahl von darin gespeicherten Steuerungsprogrammen, eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), einen Zeitzähler und ähnliches (diese sind in der Zeichnung nicht dargestellt). Verschiedene Sensoren, die in 1 gezeigt sind, sind mit der Eingangsseite der ECU 23 verbunden.
In 1 bezeichnet das Bezugszeichen 6 einen Luftstromsensor, der an der Zufuhrleitung 9 angebracht ist und die Zufuhrluftmenge A_f erfaßt. Ein Karman-Wirbelluftstromsensor oder ähnliches wird in angemessener Weise als Luftstromsensor 6 verwendet. Ferner bezeichnet das Bezugszeichen 12 einen Luftkraftstoffverhältnissensor (linearer Luftkraftstoffverhältnissensor oder ähnliches), der an der Auspuffleitung 14 angeordnet ist, um das Luftüberschußverhältnis λ zu erfassen (allgemeiner gesprochen, eine Luftkraftstoffverhältnisinformationsvariable); 18 bezeichnet einen Kurbelwinkelsensor mit einem Kodierer, der mit der Nockenwelle des Motors 1 verbunden ist und ein Kurbelwinkelsynchronisationssignal θ_CR erzeugt; und 19 bezeichnet einen Drosselsensor zum Erfassen der Öffnung θ_TH des Drosselventils 7. Ferner bezeichnet das Bezugszeichen 20 einen Wassertemperatursensor zum Erfassen der Motorkühltemperatur T_W; 21 bezeichnet einen Atmospärendrucksensor zum Erfassen des Atmosphärendrucks P_a; und 22 bezeichnet einen Zufuhrlufttemperatursensor zum Erfassen der Zufuhrlufttemperatur T_a. Die Motorgeschwindigkeit N_e wird von der ECU 23 gemäß dem Zeitintervall zwischen den Kurbelwinkelsynchronisationssignalen θ_CR berechnet, die vom Kurbelwinkelsensor 18 geliefert werden. Die Motorlast L_e wird gemäß der Motorumdrehungsgeschwindigkeit N_e oder der Drosselöffnung θ_TH berechnet, die vom Drosselsensor 19 erfaßt wird.
Die ECU 23 berechnet die optimalen Werte der Kraftstoffeinspritzmenge, des Zündzeitpunkts und ähnliches, die auf Teilen der Information basieren, die von verschiedenen Sensoren erfaßt wird. Die ECU 23 treibt die Kraftstoffeinspritzventile 23 und die Zündeinheit 24 gemäß den Resultaten der Berechnung. Diese Elemente 3 und 24 sind mit der Ausgangsseite der ECU 23 verbunden. Die Zündeinheit 24 liefert eine Hochspannung zur Zündkerze 16 eines jeden Zylinders in Reaktion auf den Befehl der ECU 23.
Die ECU 23 dieser Ausführungsform hat in funktioneller Hinsicht verschiedene Einrichtungen, die in 2 gezeigt sind.
Im einzelnen weist die ECU 23 eine Antriebszustandsbestimmungseinheit 30 zum Bestimmen auf, ob der Motor 1 im Magerverbrennungszustand oder im theoretischen Luftkraftstoffverhältnisantriebszustand (im folgenden als theoretischer Verhältnis-Antriebszustand bezeichnet) gemäß der Motorgeschwindigkeit N_e, der Kühltemperatur T_W, der Motorlast L_e und dem Vorhandensein/Nichtvorhandensein des Beschleunigungsbestimmungssignals betrieben werden soll. Weiterhin enthält die ECU 23 eine Luftkraftstoffverhältnisänderungseinheit 31 zum Umschalten des Luftkraftstoffverhältnisses einer dem Motor 1 zugeführten Luftkraftstoffmischung zwischen dem mageren Luftkraftstoffverhältnis und dem theoretischen Luftkraftstoffverhältnis gemäß dem Ergebnis der Bestimmung der Antriebszustandsbestimmungseinheit 30. Die ECU weist auch eine Adsorptionssättigungsbestimmungseinheit 32 zum Bestimmen auf, ob der NOx-Katalysator 13a mit NOx gesättigt ist. Die Adsorptionssättigungsbestimmungseinheit 32 gibt ein Nox verringerndes Signal aus, wenn bestimmt wird, daß der NOx-Katalysator 13a mit NOx gesättigt ist. In einem breiten Sinn schätzt die Adsorptionssättigungsbestimmungseinheit 32 den Zustand der Adsorption von NOx des NOx-Katalysators 13a.
Die Adsorptionssättigungsbestimmungseinheit 32 weist eine Katalysatorabgabe-NOx-Mengenschätzeinrichtung (Stickstoffoxidabgabemengeschätzeinrichtung) 33 zum Ableiten eines geschätzten Wertes Q_NT der Abgabemenge an NOx vom NOx-Katalysator 13a aus Teilen der Information, welche von den entsprechenden Sensoren erfaßt wird, auf; und einen Vergleicher 34 zum Vergleichen des geschätzten Wertes Q_NT mit dem Schwellwert Q_NTO. Der Vergleicher 34 liefert das NOx verringernde Signal, um eine Flipflop-Schaltung 35 zu setzen, wenn der geschätzte Wert Q_NT größer ist als der Schwellwert Q_NTO. Die Flipflop-Schaltung 35 wird zurückgesetzt, wenn das theoretische Luftkraftstoffverhältnis von der Luftkraftstoffverhältnisänderungseinheit 31 ausgewählt wird.
Die ECU 23 weist eine Verbrennungstemperaturabsenkungseinheit 36 zum Absenken der Verbrennungstemperatur im Motor 1 in der erforderlichen Weise auf. Die Temperaturabsenkungseinheit 36 stellt die EGR-Menge und den Zündzeitpunkt im Motor 1 gemäß der Anwesenheit/Nichtanwesenheit des NOx verringernden Signals ein und erhöht die EGR-Menge und verzögert den Zündzeitpunkt, um die Verbrennungstemperatur abzusenken, um NOx zu verringern. In einem breiten Sinn verschlechtert die Temperaturabsenkungseinheit 36 den Verbrennungszustand im Motor.
Ferner weist die ECU 23 eine Beschleunigungsbestimmungs/Schwellwertänderungseinheit 37 auf. Die Schwellwertveränderungseinheit 37 vergleicht die Ventilöffnungsgeschwindigkeit des Drosselventils 7 mit einem Beschleunigungsbestimmungsschwellwert A_th. Übersteigt die Drosselventilöffnungsgeschwindigkeit den Schwellwert A_th, bestimmt die Schwellwertveränderungseinheit 37, daß die Beschleunigungsantriebsanforderung abgegeben ist und gibt ein Beschleunigungsbestimmungssignal aus. In Reaktion auf dieses Signal bestimmt die Antriebszustandsbestimmungseinheit 30, daß der Motor 1 im theoretischen Verhältnis-Antriebszustand betrieben werden soll. Der Schwellwert A_th, der von der Schwellwertveränderungseinheit 37 zur Bestimmung verwendet wird, nimmt einen unterschiedlichen Wert gemäß der Anwesenheit oder der Abwesenheit des NOx reduzierenden Signals. Dies bedeutet, wenn der NOx reduzierende Antrieb in Reaktion auf das NOx reduzierende Signal ausgeübt wird, nimmt der Schwellwert A_th einen kleinen Wert an; dies erleichtert es, den Antriebszustand vom Magerverbrennungszustand zum theoretischen Verhältnisantriebszustand zu ändern. Im folgenden wird der Betrieb der Verbrennungssteuerungsvorrichtung mit der obigen Ausbildung erläutert.
Bestimmt die Antriebszustandsbestimmungseinheit 30, daß der Motor im Magerverbrennungszustand laufen soll, wird das magere Luftkraftstoffverhältnis von der Luftkraftstoffverhältnisänderungseinheit 31 ausgewählt. In diesem Fall wird das Drosselventil 7 und/oder das ISC-Ventil 8 geöffnet, um die Menge an Zufuhrluft zu erhöhen, wobei die Kraftstoffeinspritzmenge vom Kraftstoffeinspritz ventil 3 im wesentlichen konstant gehalten wird. Hieraus folgt, daß eine Luftkraftstoffmischung mit einem Luftkraftstoffverhältnis, das größer ist als das theoretische Luftkraftstoffverhältnis, dem Motor 1 zugeführt wird, wodurch der Motor 1 im Magerverbrennungszustand angetrieben wird. Während des Magerverbrennungsantriebs wird eine reduzierende Atmosphäre um den NOx-Katalysator 13a herum erzeugt, so daß NOx, das in den Auspuffgasen vom Motor 1 enthalten ist, am NOx-Katalysator 13a adsorbiert werden kann.
Im Magerverbrennungszustand wird der geschätzte Wert Q_NT der NOx-Abgabemenge jedoch von der NOx-Schätzeinheit 33 geschätzt, und der geschätzte Wert Q_NT wird mit dem Schwellwert Q_NTO vom Vergleicher 34 verglichen. Ist der geschätzte Wert Q_NT größer als der Schwellwert Q_NTO, wird bestimmt, daß die NOx-Adsorptionsfähigkeit des NOx-Katalysators 13a im wesentlichen den gesättigten Zustand erreicht hat, und das NOx reduzierende Signal wird vom Vergleicher 34 ausgegeben. Daraufhin werden die EGR-Menge und der Zündzeitpunkt von der Temperaturabsenkungseinheit 36 eingestellt, die auf das NOx reduzierende Signal antwortet, und der NOx reduzierende Antrieb wird ausgeübt, um den Verbrennungszustand zu verschlechtern oder die Verbrennung im Motor 1 abzuschwächen. Hieraus ergibt sich, daß die Verbrennungstemperatur abgesenkt wird, um die Abgabemenge an NOx zu verringern.
Falls das Beschleunigungsbestimmungssignal von der Schwellwertänderungseinheit 37 zur Antriebszustandsbestimmungseinheit 30 geliefert wird, bestimmt die Antriebszustandsbestimmungseinheit 30 ferner, daß der Motor 1 im theoretischen Verhältnis-Antriebszustand angetrieben werden soll, und das theoretische Luftkraftstoffverhältnis wird von der Luftkraftstoffverhältnisänderungseinheit 31 ausgewählt. In diesem Fall wird eine theoretische oder stöchiometrische Luftkraftstoffmischung dem Motor 1 zugeführt, so daß der Motor 1 im theoretischen Verhältnis-Antriebszustand angetrieben wird, um den Output des Motors 1 zu erhöhen. Während des Antriebs im theoretischen Verhältnis enthalten die vom Motor 1 abgegebenen Auspuffgase eine größere Menge an HC und CO als im Magerverbrennungszustand. Es wird daher eine reduzierende Atmosphäre um den NOx-Katalysator 13a verzeugt, um hierdurch die Desoxidation (Reduktion) des adsorbierten NOx zu bewirken.
Ferner wird zum Zeitpunkt des NOx reduzierenden Antriebs der Beschleunigungsbestimmungsschwellwert auf einen kleineren Wert gesetzt, so daß die Änderung des Antriebszustands in den theoretischen Verhältnis-Antriebszustand erleichtert wird. Hieraus ergibt sich, daß die Reaktion der Beschleunigungsantriebsanforderung im NOx reduzierten Antrieb verbessert werden kann, in welchem der Motoroutput in Vergleich zum NOx nicht reduzierten Antrieb verringert ist.
Als nächstes wird der Betrieb der Verbrennungssteuerungsvorrichtung im Detail erläutert.
Während des Antriebs des Motors 1 wird ein Kurbelwinkelsynchronisationssignal θ_CR vom Kurbelwinkelsensor 18 bei jedem Kurbelwinkel CA erzeugt, beispielsweise bei 120°. Jedesmal, wenn das Kurbelwinkelsynchronisationssignal θ_CR der ECU 23 als ein Unterbrechungssignal eingegeben wird, wird die Verbrennungssteuerungsroutine, die in den 3 und 4 gezeigt ist, von der ECU 23 ausgeführt.
Zuerst wird im Schritt S10 von der Antriebszustandsbestimmungseinheit 30 der ECU 23 gemäß der Motorgeschwindigkeit N_e, der Kühltemperatur T_W, der Motorlast Le und dem Vorhandensein/Nichtvorhandensein des Beschleunigungsbestimmungssignals von der Schwellwertänderungseinheit 37 bestimmt, ob die theoretische Verhältnis-Antriebsbedingung zutrifft. Beispielsweise trifft die theoretische Verhältnis-Antriebsbedingung zu, wenn die Motorgeschwindigkeit N_e und die Kühltemperatur T_W gleich sind oder größer als die entsprechenden vorbestimmten Werte und die Motorlast Le gleich ist oder kleiner als ein vorbestimmter Wert. Diese Bedingung ist auch gegeben, wenn das Beschleunigungsbestimmungssignal erzeugt wird.
Ist die theoretische Verhältnis-Antriebsbedingung nicht gegeben und ist daher das Ergebnis der Bestimmung beim Schritt S10 "NEIN", wird das Luftkraftstoffverhältnis durch die Luftkraftstoffverhältnisänderungseinheit 31 zum mageren Luftkraftstoffverhältnis hin gesetzt (Schritt S11). Beim nächsten Schritt S12 wird eine Bestimmung durchgeführt, ob der Wert eines Merkers f(NR) "1" ist, wodurch die Ausführung des NOx reduzierenden Antriebs angezeigt wird. Ist der NOx-Katalysator 13a noch nicht mit adsorbiertem NOx gesättigt, wird das Ergebnis der Bestimmung im Schritt S12 "NEIN", und die Steuerung geht zu Schritt S14 weiter.
Im Schritt S14 wird der geschätzte Wert Q_NT einer Abgabemenge an NOx von der Abgasreinigungseinrichtung 13 durch die NOx-Schätzeinheit 33 berechnet. Für die Berechnung des geschätzten Wertes Q_NT wird eine Subroutine ausgeführt, die ein Verfahren (5) zum Berechnen der abgegebenen NOx-Menge Q_NO vom Motor 1 und ein Verfahren (6) zum Berechnen des geschätzten Wertes Q_NT enthält, der auf dem Wert Q_NO basiert, welcher im Berechnungsverfahren von 5 abgeleitet wurde.
Im Schritt S60 von 5 wird gemäß dem Luftüberschußverhältnis λ (allgemeiner gesagt, der Luftkraftstoffverhältnisinformationsvariablen) der geschätzte Wert D_N der Konzentration der Motorabgabe NOx (NOx, das vom Motor abgegeben wird) aus einem Diagramm (7) entnommen, das empirisch bestimmt und vorher in der ECU 23 gespeichert wurde. Das Luftüberschußverhältnis λ ist entweder der vom Luftkraftstoffverhältnissensor 12 gemessene Wert oder ein Zielwert, der gemäß der Motorantriebsbedingung gesetzt wurde. Ferner kann die geschätzte NOx-Konzentration D_N gemäß dem Luftkraftstoffverhältnis oder dem Äquivalenzverhältnis (das reziprok zum Luftüberschußverhältnis ist) anstelle des Luftüberschußverhältnisses λ bestimmt werden.
Im Diagramm von 7 wird der geschätzte Wert D_N der Konzentration der Motorabgabe NOx derart gesetzt, daß er einen maximalen Wert einnimmt, wenn das Luftüberschuß verhältnis λ geringfügig größer ist als 1,0, d.h., wenn das Luftkraftstoffverhältnis geringfügig magerer ist als das theoretische Luftkraftstoffverhältnis. Der geschätzte Wert D_N verringert sich wesentlich mit einer konstanten Rate bei einer Verringerung des Luftüberschußverhältnisses λ in einem Bereich (magerer Luftkraftstoffverhältnisbereich), wo das Luftüberschußverhältnis λ klein ist, und verringert sich wesentlich mit einer konstanten Rate bei einem Anwachsen des Luftüberschußverhältnisses λ in einem Bereich (fetter Luftkraftstoffverhältnisbereich), wo das Luftüberschußverhältnis λ groß ist.
Wenn das Auslesen des geschätzten Wertes D_N der Konzentration der Motorabgabe NOx vervollständigt ist, geht die Steuerung zu Schritt S62 weiter. Im Schritt S62 wird ein Korrekturkoeffizient K_Ig für den Zündzeitpunkt aus einem Diagramm von 8 entnommen. Die Korrekturkoeffizienten K_Ig wurden vorher in der ECU 23 gespeichert. In dem in 8 gezeigten Diagramm ist der Korrekturkoeffizient K_Ig derart gesetzt, daß er einen Referenzwert 1,0 einnimmt, wenn der Zündzeitpunkt bei einem vorbestimmten Wert auf der Vorlaufseite eingestellt ist, und daß er abnimmt, wenn der Zündzeitpunkt zur Verzögerungsseite hin verändert wird.
Wie später beschrieben wird, wird der Korrekturkoeffizient K_Ig verwendet, um den geschätzten Wert D_N der Konzentration der Motorabgabe NOx zu korrigieren, der im Schritt S60 gelesen wurde. Die Korrektur wird durchgeführt, um die Menge der Motorabgabe NOx hinsichtlich der Tatsache in ordnungsgemäßer Weise abzuleiten, daß die Verbrennung abgeschwächt und die Verbrennungstemperatur abgesenkt wird, um die Menge der Motorabgabe NOx zu verringern, wenn der Zündzeitpunkt zur Verzögerungsseite hin verändert wird.
Im Schritt S62 können verschiedene Korrekturkoeffizienten für die EGR-Menge, die Zufuhrlufttemperatur, die Feuchtigkeit und ähnliches berechnet und verwendet werden, um den geschätzten Wert D_N der Konzentration der Motorabgabe NOx zu korrigieren, der in Schritt S60 entnommen wird.
Im nächsten Schritt S64 wird eine Zufuhrluftmenge Q_a für jeden. Zylinder, d.h. eine Zufuhrluftmenge Q_a von der vorangehenden Messzeit (vor der gegenwärtigen Messzeit durch den Kurbelwinkel 120° CA) bis zur gegenwärtigen Messzeit auf der Basis des Erfassungswertes A_f vom Luftstromsensor 6 und der Maschinengeschwindigkeit N_e abgeleitet. Um den Einfluß des Atmosphärendrucks und der Zufuhrlufttemperatur auf den Erfassungswert A_f des Luftstromsensors 6 auszuschalten, wird der Erfassungswert A_f gemäß den Erfassungssignalen P_a und T_a vom Atmosphärendurcksensor 21 und dem Zufuhrlufttemperatursensor 22 korrigiert. Die Zufuhrluftmenge Q_a kann auch von der Motorgeschwindigkeit N_e, dem Zufuhrluftdruck P_b ect. abgeleitet werden, und die Berechnungsmethode hierfür ist nicht begrenzend.
Im Schritt S66 wird die Menge Q_N0 an NOx, das vom Motor abgegeben wird, für jede Erfassung des Kurbelwinkelsynchronisationssignals θ_CR mit der folgenden Gleichung (1) gemäß dem geschätzten Wert D_N der Konzentration der Motorabgabe NOx, der Zufuhrluftmenge Q_a und dem Korrekturkoeffizienten K_Ig, die wie oben beschrieben abgeleitet wurden, berechnet. QN0 = k1×KIg×Qa×DN, ---(1)wobei k₁ ein Korrekturkoeffizient ist, der sich auf die EGR-Menge, die Feuchtigkeit und ähnliches bezieht, anders als der Korrekturkoeffizient KIg.
Nach der Berechnung der Menge Q_N0 der Motorabgabe NOx geht die Steuerung zu Schritt S68 weiter. Im Schritt 568 wird der akkumulierte Wert SQ_N(i+1) der Menge Q_N0 an NOx, die vom Motor abgegeben wurde und den Abgasreinigungskatalysator 13 bis zur gegenwärtigen Zeit passiert, durch die folgende Gleichung (2) berechnet, wobei der Wert den integrierten Wert ∫Q_N0dt der Menge Q_N0 an NOx ausdrückt, die vom Motor bis zur gegenwärtigen Zeit abgegeben wurde: ∫QN0dt = SQN(i+1) = SQN(i) + QN0, ---(2)wobei ∫SQ_N(i) einen integrierten oder akkumulierten Wert angibt, der im vorhergehenden Zyklus der Steuerungsroutine berechnet wurde, und Q_N0 die Menge der Motorabgabe NOx angibt, die im Schritt S66 im gegenwärtigen Zyklus der Steuerungsroutine berechnet wurde.
Im nächsten Schritt S70 wird ein geschätzter Wert K_NOX des Adsorptionsverhältnisses von NOx am NOx-Katalysator 13a, wenn die Motorabgabe NOx den Abgasreinigungskata lysator 13 passiert, auf der Basis des akkumulierten Wertes SQ_N(i+1) der Menge der Motorabgabe NOx abgeleitet, welche in Schritt S68 abgeleitet wurde. Für diesen Zweck wird ein geschätztes Adsorptionsverhältnis K_NOX, das dem akkumulierten Wert SQ_N(i+1) entspricht, aus dem Diagramm von 9 entnommen, das vorher in der ECU 23 gespeichert wurde.
Im Diagramm von 9 ist das geschätzte Adsorptionsverhältnis K_NOX derart gesetzt, daß es einen maximalen Wert 1,0 einnimmt, wenn der akkumulierte Wert SQ_N(i+1) "0" ist, und graduell auf einen vorbestimmten Wert K_N1 abnimmt (beispielsweise einem Wert 0,1) bei einer Erhöhung des akkumulierten Wertes SQ_N(i+1). Eine in 9 gezeigte Kurve akkumulierter Wert SQ_N(i+1)-geschätztes Adsorptionsverhältnis K_NOX wird durch die folgende Gleichung (3) ausgedrückt: KNOX = (1-KN1) × exp[(–k2)×SQN(i+1)]+KN1, ---(3)wobei k₂ ein Korrekturkoeffizient (Konstante) ist.
Das geschätzte Adsorptionsverhältnis K_NOX kann abgeleitet werden, indem eine Berechnung auf der Basis der Gleichung (3) anstelle der Schätzung des Adsorptionsverhältnisses K_NOX unter Verwendung des Diagramms von 9 durchgeführt wird.
Im nächsten Schritt S72 wird der geschätzte Wert K_CAT des Verhältnisses der NOx-Reinigung durch den Dreiwegkatalysatorumwandler 13b des Abgasreinigungskatalysators 13 aus dem Diagramm von 10 auf der Basis des Luftüberschußverhältnisses λ entnommen. Angesichts der Tatsache, daß die NOx-Reinigungsfähigkeit des Dreiwegkatalysatorumwandlers 13b nur in einem engen Luftüberschußverhältnisbereich erreicht werden kann, wo das Luftüberschußverhältnis λ bei 1,0 oder einem nahen Wert hiervon ist, wird das geschätzte Reinigungsverhältnis K_CAT gemäß dem Diagramm von 10 derart gesetzt, daß es sehr schnell auf einen maximalen Wert K_C2 (beispielsweise einen Wert von 0,95) von einem vorbestimmten Wert K_C1 aus (beispielsweise einen Wert von 0 bis 0,1) bei einer Erhöhung des Luftüberschußverhältnisses λ von einem Wert, der geringfügig kleiner ist als 1,0 bis zu einem Wert von 1,0, ansteigt und sehr schnell von dem maximalen Wert K_C2 zum vorbestimmten Wert K_C1 bei einem weiteren Anwachsen des Luftüberschußverhältnisses λ abnimmt. Da das Luftüberschußverhältnis λ während des Magerverbrennungsantriebs ein Wert ist (beispielsweise 1,5), der beträchtlich größer als 1,0 ist, wird das geschätzte Reinigungsver-hältnis (K_CAT) während des Magerverbrennungsantriebs gleich dem vorbestimmten Wert K_C1.
Anstelle des Schätzens des Reinigungsverhältnisses K_CAT unter Verwendung des Diagramms von 10 kann das geschätzte Reinigungsverhältnis K_CAT auf einfache Weise dadurch abgeleitet werden, indem angenommen wird, daß das Reinigungsverhältnis K_CAT für das Luftüberschußverhältnis λ, das innerhalb des engen Luftüberschußverhältnisbereichs (beispielsweise 0,95 ≤ λ ≤ 1,05) abfällt, einen Wert von 0,95 hat, und daß das Reinigungsverhältnis K_CAT für das Luftüberschußverhältnis λ, das innerhalb eines Bereichs (beispielsweise λ < 0,95, 1,05 < λ) außerhalb des engen Luftüberschußverhältnisbereichs fällt, einen Wert von "0".
Im nächsten Schritt S74 wird das NOx-Abgabeverhältnis gemäß der Gleichung (NOx-Abgabeverhältnis = (1-K_NOX) × (1-K_CAT)) auf der Basis der Motorabgabe-NOx-Menge Q_N0 berechnet, der geschätzte Wert K_NOX des Adsorptionsverhältnisses von NOx durch den NOx-Katalysator 13a und der geschätzte Wert K_CAT des NOx-Reinigungsverhältnisses durch den Dreiwegkatalysatorumwandler 13b. Ferner wird der geschätzte Wert Q_NT der Katalysatorabgabe-NOx-Menge für jede Erfassung des Kurbelwinkelsynchronisationssignal θ_CR durch Verwendung der folgenden Gleichung (4) berechnet, die auf dem NOx-Abgabeverhältnis und der Motorabgabe-NOx-Menge Q_N0 basiert, die in Schritt S66 berechnet wird. Der geschätzte Wert Q_NT ist im wesentlichen gleich dem tatsächlich gemessenen Wert der Menge an NOx, die von der Abgasreinigungsvorrichtung 13 an die Atmosphäre abgegeben wird. QNT = QN0 × {(1-KNOX) × (1-KCAT)} ---(4)
Die Gleichung (4) gibt an, daß dann, falls die Adsorption von NOx durch den NOx-Katalysator 13a unter einer derartigen Bedingung fortgeführt wird, daß das Reinigungsverhältnis K_CAT durch den Dreiwegkatalysatorumwandler 13b den vorbestimmten Wert K_C1 hat, wie beispielsweise im Magerverbrennungszustand, die NOx-Reinigungsfähigkeit der Abgasreinigungseinrichtung 13 verringert wird und daher die Katalysatorabgabe-NOx-Menge Q_NT ansteigt, so daß das NOx-Adsorptionsverhältnis K_NOX verringert wird.
Nachdem der geschätzte Wert Q_NT der Katalysatorabgabe-NOx-Menge berechnet ist, geht die Steuerung zu Schritt S16 von 3 weiter. Im Schritt S16 bestimmt der Vergleicher 34, ob der geschätzte Wert Q_NT der Katalysatorabgabe-NOx-Menge, die wie oben beschrieben abgeleitet wurde, größer ist als der vorbestimmte Schwellwert Q_NT0. Beispielsweise wird eine gesetzliche Grenze der NOx-Emission als Basis zum Setzen des Schwellwertes Q_NT0 verwendet. Ist das Ergebnis der Bestimmung in Schritt S16 "NEIN", d.h. falls die NOx-Adsorptionsmenge nicht den gesättigten Zustand erreicht hat, wird bestimmt, daß die Menge an NOx, die in die Atmosphäre abgegeben wird, gleich ist oder geringer als der maximal erlaubte Wert, und die Steuerung geht zu Schritt S40 von 4 weiter.
Im Schritt S40 wird die Rezirkulationsstrommenge (die im folgenden als EGR-Menge bezeichnet wird) E_gr des EGR-Gases im normalen Magerverbrennungszustand gesetzt. Im einzelnen wird eine EGR-Menge E_LN als EGR-Menge Egr für den normalen Magerverbrennungsantrieb aus einem EGR-Mengendiagramm (17) für den normalen Magerverbrennungsantrieb entnommen, das vorher in der ECU 23 gemäß der Motorgeschwindigkeit N_e und der Ladungswirksamkeit η_v der Luftkraftstoffmischung gespeichert wurde. Im EGR-Mengendiagramm ist die EGR-Menge E_LN als Funktion der Motorgeschwindigkeit Ne und der Ladewirksamkeit η_v der Luftkraftstoffmischung ausgedrückt (E_gr = E_LN(N_e,η_v).
Anders als im NOx-reduziertem Antriebszustand oder dem theoretischen Verhältnis-Antriebszustand ist im normalen Magerverbrennungszustand eine große EGR-Menge nicht erforderlich. Die EGR-Menge E_LN im Diagramm ist daher kleiner eingestellt als die EGR-Mengen E_N0, E_ST für das gleiche N_e, η_v im EGR-Einstelldiagramm für den NOx-reduzierten Antriebszustand oder dem theoretischen Verhältnis-Antriebszustand.
Im nächsten Schritt S42 wird ein Zündzeitpunkt θ_LN von einem Zündzeitpunktdiagramm (18) entnommen, das vorher in der ECU 23 für den normalen Magerverbrennungsantrieb gespeichert wurde, als Zündzeitpunkt θ_Ig für den normalen Magerverbrennungsantrieb gemäß der Motorgeschwindigkeit Ne und der Ladungswirksamkeit η_v der Luftkraftstoffmischung. Im Diagramm wird der Zündzeitpunkt θ_LN als Funktion der Motorgeschwindigkeit N_e und der Ladungswirksamkeit η_v der Luftkraftstoffmischung (θ_Ig = θ _LN(N_e, η_v)) ausgedrückt. Da der Zündzeitpunkt vorgeschoben werden muß, um die Verbrennungswirksamkeit zur Zeit des normalen Magerverbrennungsantriebs zu verbessern, wird der Zündzeitpunkt θ_LN in diesem Zündzeitpunktdiagramm auf einen Wert auf der vorgeschobenen Seite von den Zündzeitpunkten θ_N0, θ_ST für das gleiche N_e, η_v für den NOx-reduzierten Antrieb und den theoretischen Verhältnis-Antrieb gesetzt.
Nach dem Setzen des Zündzeitpunkts θ_Ig geht die Steuerung zu Schritt S44 weiter. Im Schritt S44 wird der Beschleunigungsbestimmungsschwellwert A_th auf einen Referenzschwellwert A₀ gesetzt, der größer ist als der Schwellwert A_N0 für den NOx-reduzierten Antrieb (A₀ > A_N0). Während des normalen Magerverbrennungsantriebs findet daher eine Verschiebung zum theoretischen Verhältnisantriebszustand nicht statt, ohne daß das Drosselventil 7 schneller geöffnet wird als im NOx-reduzierten Antriebszustand. Dies erfolgt deshalb, da der Motoroutput im normalen Magerverbrennungszustand höher ist als im NOx-reduzierten Antriebszustand und es daher möglich ist, einen ziemlich beträchtlichen Beschleunigungsantriebsbedarf zu berücksichtigen, sogar wenn der theoretische Verhältnis-Antrieb nicht durchgeführt wird. Ein anderer Grund besteht darin, zu verhindern, daß der Antriebszustand häufig in den theoretischen Verhältnis-Antriebszustand gewechselt wird, um ein Verringern der Kraftstoffausnutzung zu vermeiden.
Als nächstes geht die Steuerung zu Schritt S36 weiter, in welchem die Kraftstoffmenge auf der Basis der Zufuhrluftmenge und des Luftkraftstoffverhältnisses in üblicher Weise genau berechnet wird. Hiernach ist die Ausführung der Verbrennungssteuerungsroutine im gegenwärtigen Zyklus vervollständigt. Wird ein nächstes Kurbelwinkelsynchronisationssignal θ_CR der ECU 23 zugeführt, wird die Verbrennungssteuerungsroutine dann wieder vom Schritt S10 aus gestartet.
Wenn im Schritt S10 bestimmt wird, daß die theoretische Verhältnis-Antriebsbedingung nicht gegeben ist, und wenn im Schritt S16 bestimmt wird, daß der geschätzte Wert Q_NT der Katalysatorabgabe-NOx-Menge nicht den Schwellwert Q_NT0 erreicht hat, wird eine Sequenz der Schritte S10, S11, S12, S14, S16, S40, S42, S44 und S36 wiederholt durchgeführt, um den Motor 1 im normalen Magerverbrennungszustand zu betreiben. Während dieser Zeit wird NOx in den Auspuffgasen am NOx-Katalysator 13a adsorbiert.
Wird danach in Schritt S16 bestimmt, daß der geschätzte wert Q_NT der Katalysatorabgabe-NOx-Menge den Schwellwert Q_NTO während des Magerverbrennungsantriebs überschritten hat und das Ergebnis der Bestimmung in Schritt S16 daher "JA" wird, wird bestimmt, daß die NOx-Adsorptionsfähigkeit des NOx-Katalysators 13a gesättigt ist. In diesem Fall geht die Steuerung zu Schritt S18 weiter. Im Schritt S18 wird der Wert eines Merkers f(NR) auf "1" gesetzt, wodurch angegeben wird, daß der NOx-reduzierte Antrieb ausgeführt wird.
Als nächstes geht die Steuerung zu Schritt S30 von 4 weiter. Im Schritt S30 wird gemäß der Motorgeschwindigkeit Ne und der Ladungswirksamkeit η_v der Luftkraftstoffmischung eine EGR-Menge E_N0 als EGR-Menge E_gr für den NOx-reduzierten Antrieb durch die Temperaturabsenkungseinheit 36 von 1 aus einem (nicht dargestellten) EGR-Setzdiagramm für den NOx-reduzierten Antrieb entnommen. Dieses Diagramm wurde empirisch bestimmt und in der ECU 23 gespeichert.
Im Diagramm für den NOx-reduzierten Antrieb wird die EGR-Menge E_N0 als Funktion der Motorgeschwindigkeit Ne und der Ladungseffektivität η_v der Luftkraftstoffmischung (E_gr = E_N0(N_e, η_v)) ausgedrückt und auf einen Wert gesetzt, der größer ist als die EGR-Menge E_gr für das gleiche N_e, η_v im EGR-Setzdiagramm (17) für den normalen Magerverbrennungsantrieb. Die EGR-Menge E_gr, die vom Auspuffkrümmer 11 zum Zufuhrkrümmer 4 zirkuliert wird, wird daher größer als im Fall des normalen Magerverbrennungsantriebs, wodurch die Verbrennungstemperatur abgesenkt und die NOx-Abgabemenge verringert wird.
Nach dem Setzen der EGR-Menge E_gr geht die Steuerung zu Schritt S32 weiter. Im Schritt S32 wird gemäß der Motorgeschwindigkeit N_e und der Ladungseffektivität η_v der Luftkraftstoffmischung ein Zündzeitpunkt θ_N0 als Zündzeitpunkt θ_Ig für den NOx-reduzierten Antrieb aus einem (nicht dargestellten) Zündzeitpunktsetzdiagramm für den NOx-reduzierten Antrieb ausgelesen, wobei dieses Diagramm empirisch ermittelt und vorher in der ECU 23 gespeichert wurde.
In dem (nicht dargestellten) Zündzeitpunktsetzdiagramm für den NOx-reduzierten Antrieb ist der Zündzeitpunkt θ_N0 als Funktion der Motorgeschwindigkeit Ne und der Ladungswirksamkeit η_v der Luftkraftstoffmischung (θ_Ig = θ_N0(N_e, η_v)) ausgedrückt und auf einen Wert auf der Verzögerungsseite vom Zündzeitpunkt θ_Ig für das gleiche N_e, η_v im Zündzeitpunktdiagramm (18) für den normalen Magerverbrennungsantrieb gesetzt. Der Zeitpunkt für die Zündkerze 16 zum Zünden der Luftkraftstoffmischung wird daher verzögert, so daß der Auspuffhub gestartet wird, bevor die Verbrennung vollständig durchgeführt ist. Die Verbrennungstemperatur steigt deshalb nicht so hoch an, und die NOx-Abgabemenge wird verringert.
Nach dem Setzen des Zündzeitpunkts θ_Ig geht die Steuerung zu Schritt S34 weiter. Im Schritt S34 wird gemäß einem (nicht dargestellten) Beschleunigungsbestimmungsschwellwertsetzdiagramm für den NOx-reduzierten Antrieb der Ventilöffnungsgeschwindigkeitsschwellwert (Beschleunigungsbestimmungsschwellwert) A_th des Drosselventils 7 zum NOx-reduzierten Beschleunigungsbestimmungsschwellwert A_N0 durch die Schwellwertveränderungseinheit 38 verändert. In diesem Diagramm wird der Schwellwert A_N0, der als Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit ausgedrückt ist, auf einen Wert gesetzt, der kleiner ist als der normale Schwellwert A₀. Der Übergang vom Magerverbrennungsantrieb zum theoretischen Verhältnis-Antrieb wird daher auf der niedrigen Drosselventilöffnungsgeschwindigkeitsseite ausgeführt. Als Ergebnis hiervon wird dann, wenn eine Beschleunigungsantriebsanforderung während dem NOx-reduzierten Antrieb ausgegeben wird, der Motoroutput, der durch ein Absenken der Verbrennungswirksamkeit durch den NOx-reduzierten Antrieb verringert wurde, schnell erhöht, wodurch der Beschleunigungsantrieb weich vorgenommen wird.
Nach dem Setzen des Beschleunigungsbestimmungsschwellwertes A_th geht die Steuerung zu Schritt S36 weiter. Im Schritt S36 wird die Kraftstoffmenge, die vom Kraftstoffeinspritzventil 3 geliefert werden muß, in üblicher Weise auf der Basis der Zufuhrluftmenge und des Luftkraftstoffverhältnisses gemäß einer vorbestimmten Gleichung berechnet. Die während des NOx-reduzierten Antriebs gelieferte Kraftstoffmenge wird auf einem konstanten Wert gehalten, wenn das Luftkraftstoffverhältnis bei einem vorbestimmten Wert gehalten wird. Wird das Luftkraftstoffverhältnis innerhalb des mageren Luftkraftstoffverhältnisbereichs verändert, um hierdurch die Verbrennungstemperatur abzusenken, wird andererseits die Kraftstoffversorgungsmenge variabel gemäß der EGR-Menge E_N0 und dem Zündzeitpunkt θ_N0 eingestellt.
Ist die Berechnung der Kraftstoffversorgungsmenge im Schritt S36 vollständig durchgeführt, wird die Ausführung der Verbrennungssteuerungsroutine im gegenwärtigen Zyklus vervollständigt. Danach wird, wenn das nächste Kurbelwinkelsynchronisationssignal θ_CR der ECU 23 zugeführt wird, die Verbrennungssteuerungsroutine wieder von Schritt S10 aus gestartet.
Da der Merker f(NR) schon auf "1" nach dem Start des NOx-reduzierten Antriebs gesetzt ist, wird eine Sequenz der Schritte S10, S11, S12, S30, S32, S34 und S36 wieder-holt ausgeführt, um den NOx-reduzierten Antrieb durchzuführen, wenn im Schritt S10 bestimmt wird, daß die theoretische Verhältnis-Antriebsbedingung nicht gegeben ist.
Wie oben beschrieben, tritt gemäß der Motorverbrennungssteuerung dieser Ausführungsform auch dann, wenn die Katalysatorabgabe-NOx-geschätzte Menge Q_NT den vorbestimmten Wert Q_NT0 erreicht, bei welchem die NOx-Adsorptionsmenge während des Magerverbrennungsantriebs als im wesentlichen gesättigt angesehen werden kann, keine Möglichkeit auf, daß der Antriebszustand verstärkt vom Magerverbrennungsantrieb zum theoretischen Verhältnis-Antrieb verändert wird, um das adsorbierte NOx zu desoxidieren. Vielmehr wird bei der Motorverbrennungssteuerung dieser Ausführungsform, wenn der NOx-Katalysator 13a gesättigt ist, der NOx-reduzierte Antrieb, in welchem die EGR-Menge erhöht und der Zündzeitpunkt verzögert ist, ausgeübt. Hieraus ergibt sich, daß die in die Atmosphäre abgegebene NOx-Menge immer bei einem Wert gehalten werden kann, der gleich ist oder kleiner als der konstante Wert Q_NT0, ohne daß eine Drehmomentvariation aufgrund des Übergangs zu dem theoretischen Verhältnis-Antriebszustand bewirkt wird.
Ferner wird, da der Beschleunigungsbestimmungsschwellwert A_th auf einen kleinen Wert im NOx-reduzierten Antriebszustand gesetzt wird, so daß der Antriebszustand dazu tendiert, in den theoretischen Verhältnis-Antriebszustand geändert zu werden, gewöhnlich der NOx-reduzierte Antrieb nicht für eine lange Zeitdauer aufrecht erhalten. Daher kann eine Verringerung der Kraftstoffausnutzung, die durch den NOx-reduzierten Antrieb bewirkt wird, innerhalb eines zulässigen Bereichs unterdrückt werden.
Während des normalen Magerverbrennungsantriebs oder des Magerverbrennungsantriebs für die NOx-Reduzierung geht die Steuerung zu Schritt S20 weiter, wenn im Schritt S10 bestimmt wird, daß die theoretische Verhältnis-Antriebsbedingung gegeben ist und daher das Ergebnis der Bestimmung im Schritt S10 zu "JA" wird. Im Schritt S20 wird das Luftkraftstoffverhältnis vom mageren Luftkraftstoffverhältnis zum theoretischen Luftkraftstoffver hältnis geändert, wodurch der Antriebszustand vom Magerverbrennungszustand zum theoretischen Verhältnis-Antriebszustand geändert wird.
Im nächsten Schritt S22 wird der Merker f(NR) auf "0" gesetzt, wodurch angegeben wird, daß der NOx-reduzierte Antrieb nicht ausgeübt wird. Dies erfolgt deswegen, da der NOx-reduzierte Antrieb im theoretischen Verhältnis-Antriebszustand gehemmt wird, wie später beschrieben wird. Ferner wird im Schritt S22 ein Zeitzähler zum Zählen der verstrichenen Zeit von dem Moment an, bei welchem der theoretische Verhältnis-Antrieb beginnt, gestartet. Im nächsten Schritt S24 wird durch Bezugnahme auf den Inhalt des Zeitzählers geprüft, ob eine vorbestimmte Zeit t_R (beispielsweise 3 Sekunden) vom Start des theoretischen Verhältnis-Antriebs an verstrichen ist. Ist das Resultat der Bestimmung im Schritt S24 "NEIN", geht die Steuerung zu Schritt S50 von 4 weiter.
Im Schritt S50 wird gemäß der Motorgeschwindigkeit Ne und der Ladewirksamkeit η_v der Luftkraftstoffmischung eine EGR-Menge E_ST als EGR-Menge E_gr für den theoretischen Verhältnis-Antrieb von dem (nicht dargestellten) EGR-Mengensetzdiagramm für den theoretischen Verhältnis-Antrieb ausgelesen, das vorher in der ECU 23 gespeichert wurde. In diesem Diagramm ist die theoretische Luftkraftstoffverhältnis-EGR-Menge E_ST als Funktion der Motorgeschwindigkeit N_e und der Ladeeffektivität η_v der Luftkraftstoffmischung ausgedrückt (E_gr = E_ST(N_e, η_v)), und auf einen Wert gesetzt, der größer ist als die EGR-Menge E_gr für das gleiche N_e, η_v im EGR-Mengensetzdiagramm (17) für den normalen Magerverbrennungsantrieb. Die EGR-Menge E_gr im theoretischen Verhältnis-Antrieb wird daher größer als die EGR-Menge im normalen Magerverbrennungsantrieb, wodurch die Verbrennungstemperatur abgesenkt und die NOx-Abgabemenge verringert wird.
Nach dem Setzen der EGR-Menge E_gr geht die Steuerung zu Schritt S52 weiter. Im Schritt S52 wird ein Zündzeitpunkt θ_ST als Zündzeitpunkt θ_Ig für den theoretischen Verhältnis-Antrieb aus einem (nicht dargestellten) Zündzeitpunktdiagramm für den theoretischen Verhältnis-Antrieb ausgelesen, das vorher in der ECU 23 gemäß der Motorgeschwindigkeit N_e und der Ladungseffektivität η_v der Luftkraftstoffmischung gespeichert wurde. Im obigen Diagramm wird der Zündzeitpunkt θ_ST als Funktion der Motorgeschwindigkeit N_e und der Ladungseffektivität η_v der Luftkraftstoffmischung ausgedrückt (θ_Ig = θ_ST(N_e, η_v))_, und auf einen Wert auf der Verzögerungsseite vom Zündzeitpunkt θ_Ig für das gleiche N_e, η_v im Zündzeit-punktdiagramm (18) für den normalen Magerverbrennungsantrieb oder demjenigen für den NOx-reduzierten Antrieb gesetzt. Da der Zeitpunkt für die Zündkerze 16 zum Zünden der Luftkraftstoffmischung verzögert wird, wird daher der Auspuffhub gestartet, bevor die Verbrennung vollständig abgelaufen ist, wodurch die NOx-Abgabemenge verringert wird. Ferner kann auch eine Verhinderung des Klopfens im theoretischen Verhältnis-Antrieb erreicht werden.
Im nächsten Schritt S44 wird der Beschleunigungsbestimmungsschwellwert A_th vom Schwellwert A_N0 für den NOx-reduzierten Antrieb zum Referenzschwellwert A₀ zurückgesetzt, der größer ist als der Schwellwert A_N0. Im nächsten Schritt S36 wird dann die zu liefernde Kraftstoffmenge berechnet. Nach der vollständigen Berechnung der Kraftstoffliefermenge im Schritt S36 ist die Ausführung der Verbrennungssteuerungsroutine im gegenwärtigen Zyklus beendet. Wird ein nächstes Kurbelwinkelsynchronisationssignal θ_CR der ECU 23 zugeführt, wird daraufhin die Verbrennungssteuerungsroutine wieder von Schritt S10 aus gestartet.
Nach dem Start des theoretischen Verhältnis-Antriebs wird eine Sequenz der Schritte S10, S20, S22, S24, S50, S52, S44 und S36 wiederholt ausgeführt, um den theoretischen Verhältnis-Antrieb durchzuführen, bis die vorbestimmte Zeit t_R verstrichen ist. Im theoretischen Verhältnis-Antrieb enthält das Auspuffgas eine Menge an HC, so daß um den NOx-Katalysator 13a die reduzierende Atmosphäre erzeugt wird. Hieraus ergibt sich, daß das vom NOx-Katalysator 13a absorbierte NOx reduziert oder desoxidiert wird.
Ist die vorbestimmte Zeit t_R vom Start des theoretischen Verhältnis-Antriebs ab verstrichen und wird daher das Ergebnis der Bestimmung im Schritt S24 zu "JA", geht die Steuerung zu Schritt S26 weiter. Im Schritt S26 wird bestimmt, daß die Reduktion oder Desoxidation des adsorbierten NOx genügend ausgeübt ist, und der akkumulierte Wert SQ_N(i+1) der Motorabgabe-NOx-Menge wird auf einen Wert "0" zurückgesetzt. Daraufhin werden die Schritte S50, S52, S44 und S36 in Folge ausgeführt.
Im nächsten und den nachfolgenden Steuerzyklen wird der theoretische Verhältnis-Antrieb so lange ausgeführt, als die theoretische Verhältnis-Antriebsbedingung gegeben ist. Ist die Bedingung nicht gegeben, wird ein Übergang zum Magerverbrennungsantrieb durchgeführt.
Als nächstes wird ein Verbrennungssteuerverfahren für einen Verbrennungsmotor gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung erläutert.
Eine Verbrennungssteuerungsvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens der zweiten Ausführungsform kann gleich wie die Vorrichtung von 1 aufgebaut sein, so daß sich daher eine Erläuterung der Vorrichtung erübrigt.
Bei dieser Ausführungsform wird jedesmal, wenn ein Kurbel-winkelsynchronisationssignal θ_CR der ECU 23 als ein Unterbrechungssignal während des Antriebs eines Motors 1 zugeführt wird, die in 11 dargestellte Verbrennungssteuerungs-(Zündausfallsteuerungs-)Routine von der ECU 23 durchgeführt. Die Verbrennungssteuerung dieser Routine bestimmt, ob der Verbrennungszustand zu verschlechtern ist, wenn die NOx-Adsorptionsfähigkeit des Katalysators 13a in bedeutender Weise den Sättigungszustand während des Magerverbrennungsantriebs erreicht, indem die Zündung einer Luftkraftstoffmischung, die in einen vorbestimmten Zylinder des Motors 1 eingeleitet wird, in Intervallen eines vorbestimmten Zyklus unterbunden wird. Dies verursacht intermittierend einen Zündausfall (misfire), wodurch um den NOx-Katalysator 13a eine reduzierende Atmosphäre durch unverbranntes HC geschaffen wird, das in den unverbrannten Gasen, die zu dieser Zeit erzeugt werden, enthalten ist, so daß adsorbiertes NOx in der reduzierenden Atmosphäre reduziert (desoxidiert) und beseitigt wird.
Zuerst, wird im Schritt S110 ein geschätzter Wert Q_NT der Katalysatorabgabe-NOx-Menge von der ECU 23 berechnet. Wie in der ersten Ausführungsform wird die in den 5 und 6 dargestellte Subroutine durchgeführt. Die Subroutine wurde bereits erläutert, so daß sich eine weitere Erläuterung erübrigt.
Nachdem der geschätzte Wert Q_NT der Katalysatorabgabe-NOx-Menge berechnet ist, geht die Steuerung zu Schritt S112 von 11 weiter. Im Schritt S112 wird vom Vergleicher 34 der Adsorptionssättigungsbestimmungseinheit 32 bestimmt, ob der geschätzte Wert Q_NT der Katalysatorabgabe-NOx-Menge, die in der oben beschriebenen Weise berechnet worden ist, größer ist als ein vorbestimmter Schwellwert Q_NT0. Wenn im Schritt S112 bestimmt wird, daß die NOx-Adsorptionsmenge nicht den Sättigungszustand erreicht hat und das Ergebnis der Bestimmung im Schritt S112 daher "NEIN" wird, wird bestimmt, daß die Menge an NOx, die in die Atmosphäre abgegeben wird, gleich ist oder geringer als ein maximal zulässiger Wert.
In diesem Fall geht die Steuerung zu Schritt S124 weiter, und die Anzahl N_mis von Zündausfällen (im folgenden als Zündausfallanzahl Nmis bezeichnet) wird auf "0" gesetzt. Dies erfolgt deshalb, da die Zündausfallsteuerung, die nachfolgend beschrieben wird, noch nicht gestartet wurde. Die Verbrennungssteuerungsroutine im gegenwärtigen Zyklus ist dann vollständig durchgeführt. Wird ein nächstes Kurbelwinkelsynchronisationssignal θ_CR der ECU 23 zugeführt, wird die Zündausfallsteuerungsroutine wieder von Schritt S110 aus gestartet.
Wie oben beschrieben, wird der normale Motorantrieb ausgeübt, wenn in Schritt S112 bestimmt wird, daß der NOx-Katalysator 13a nicht mit adsorbiertem NOx gesättigt ist.
Ist in Schritt S112 bestimmt, daß der geschätzte Wert Q_NT der NOx-Abgabemenge größer ist als der Schwellwert Q_NT0 und ist daher das Ergebnis der Bestimmung in Schritt S112 "JA", wird bestimmt, daß die Adsorptionsfähigkeit des NOx-Katalysators 13a den gesättigten Zustand erreicht hat. In diesem Fall geht die Steuerung zu Schritt S114 weiter. In Schritt S114 wird eine Bestimmung durchgeführt, ob die Anzahl von Malen, welche die Zündausfallssteuerungsroutine durchgeführt wurde, d.h. die Anzahl von Malen N, welche die Kurbelwinkelsynchronisationssignale θ_CR erzeugt worden ist (im nachfolgenden als θ_CR-Erzeugungsanzahl N bezeichnet), und zwar nach dem ersten Mal, wo die geschätzte NOx-Abgabemenge Q_NT den Schwellwert überschritten hat oder nach der Hemmung der Zündung für den Zündausfall, Q_NT0 eine vorbestimmte Anzahl von Malen N₀ erreicht hat (die beispielsweise 50 ist und im folgenden als vorbestimmte Anzahl N₀ bezeichnet wird), die einer vorbestimmten Zündausfallperiode entspricht.
Wenn in Schritt S114 bestimmt wird, daß die θ_CR-Erzeugungsanzahl N nicht die vorbestimmte Anzahl von Malen N₀ erreicht hat und daher das Ergebnis der Bestimmung in Schritt S114 "NEIN" wird, geht die Steuerung zu Schritt S115 weiter, bei dem ein Wert "1" der θ_CR-Erzeugungsanzahl N hinzugefügt wird, und die Verbrennungssteuerungsroutine im gegenwärtigen Zyklus ist dann vollständig durchgeführt.
Ist das Ergebnis der Bestimmung in Schritt S112 "NEIN", wird eine Sequenz von Schritten S110, S112, S114 und S115 wiederholt durchgeführt. Danach erreicht die θ_CR-Erzeugungsanzahl N die vorbestimmte Anzahl N₀, und das Ergebnis der Bestimmung in Schritt S114 wird "JA". In diesem Fall wird bestimmt, daß der Zeitpunkt, bei dem die Zündung zu hemmen ist, erreicht wurde, und die Steuerung geht zu Schritt S116 weiter. Im Schritt S116 versorgt die ECU 23 die Zündkerze 24 nicht mit einem Spannungszufuhrbefehl, der einer Zündkerze 16 eines vorbestimmten Zylinders (beispielsweise des ersten Zylinders) zugeordnet ist. Hieraus folgt, daß die Zündung in diesem Zylinder gehemmt wird, wodurch ein Zündausfall bewirkt wird. Die Luftkraftstoffmischung in der zugeordneten Verbrennungskammer 15 wird daher nicht verbrannt und wird als unverbrannte Gase aus der Auspufföffnung 10 in Richtung des NOx-Katalysators 13a abgegeben. Hieraus folgt, daß eine reduzierende Atmosphäre um den NOx-Katalysator 13a herum durch unverbranntes HC geschaffen wird, das in den unverbrannten Gasen enthalten ist, und das adsorbierte NOx wird in der reduzierenden Atmosphäre desoxidiert.
Im nächsten Schritt S118 wird die θ_CR-Erzeugungsanzahl N auf "1" zurückgesetzt und ein Wert "1" zur Zündausfallanzahl Nmis zugefügt. Ferner wird in Schritt S120 bestimmt, ob die Zündausfallanzahl Nmis einen vorbestimmten Wert N_mis0 übersteigt. Der vorbestimmte Wert N_mis0 wird im voraus zu derjenigen Anzahl von Zündausfällen (beispielsweise 50) gesetzt, die als ausreichend angesehen werden kann, das vom NOx-Katalysator 13a adsorbierte NOx zu desoxidieren. Ist das Ergebnis der Bestimmung in Schritt S120 "NEIN" und wird daher bestimmt, daß das am NOx-Katalysator 13a adsorbierte NOx nicht vollständig oxidiert ist, ist die Verbrennungssteuerroutine im vorliegenden Zyklus vollständig durchgeführt.
Ist das Ergebnis der Bestimmung in Schritt S114 "NEIN", wird die Sequenz von Schritten S110, S112, S114 und S115 wiederholt durchgeführt. Danach wird, wenn die θ_CR-Erzeugungsanzahl N die vorbestimmte Anzahl N₀ erreicht hat und das Ergebnis der Bestimmung in Schritt S114 "JA" wird, ein intermittierender Zündungsfehler verursacht (Schritt S116).
Wie oben beschrieben, wird der Zündausfall-Antrieb oder der Zündungsfehler-Antrieb intermittierend ausgeführt.
Überschreitet die Zündausfallanzahl N_mis, die vom intermittierenden Zündausfall-Antrieb verursacht wird, den vorbestimmten Wert N_mis0, wird das Ergebnis der Bestimmung in Schritt S120 "JA". In diesem Fall kann angenommen werden, daß eine Zeitdauer verstrichen ist, die notwendig ist für die vollständige Oxidierung des am NOx-Katalysator 13a adsorbierten NOx. Es kann daher angenommen werden, daß das NOx vollständig vom NOx-Katalysator 13a beseitigt worden ist und die NOx-Adsorptionsfähigkeit des NOx-Katalysators 13a wiedergewonnen wurde. Die Steuerung geht daher zu Schritt S122 weiter. In Schritt S122 wird der akkumulierte Wert SQ_N(i+1) der Motorabgabe-NOx-Menge auf "0" zurückgesetzt, wobei dieser Wert für die Berechnung der geschätzten NOx-Abgabemenge Q_NT in Schritt S110 verwendet wird.
Hieraus ergibt sich, daß das geschätzte NOx-Adsorptionsverhältnis K_NOX auf 1,0 gesetzt wird, wenn die in den 5 und 6 dargestellte Unterroutine wieder in Schritt S110 im nächsten Zündausfallsteuerungsroutinenausführzyklus ausgeführt wird. Der geschätzte Wert Q_NT der Katalysatorabgabe-NOx-Menge, der in Schritt S110 im nächsten Zündausfallsteuerungsroutinenausführungszyklus berechnet wird, wird daher "0". Daher wird das Ergebnis der Bestimmung in Schritt S112 "NEIN", die Steuerung geht zu Schritt S124 weiter und der Zündausfall-Antrieb ist beendet.
Wie im einzelnen oben beschrieben, wird bei dieser Ausführungsform jedesmal, wenn der geschätzte Wert Q_NT der Katalysatorabgabe-NOx-Menge den Schwellwert Q_NT0 überschritten hat, die Zündung, die einem vorbestimmten Zylinder zugeordnet ist, für eine vorbestimmte Anzahl von Malen in Intervallen eines vorbestimmten Zyklus gehemmt. Hieraus folgt, daß unverbrannte Gase, die unverbranntes HC enthalten, intermittierend dem NOx-Katalysator 13a zugeführt werden, wodurch adsorbiertes NOx desoxidiert wird und die Nox-Adsorptionsfähigkeit des NOx-Katalysators 13a in angemessener weise wiederhergestellt wird. Ferner kann ein stabilisierter Magerverbrennungsantriebszustand des Motors 1 aufrecht erhalten werden.
Zusätzlich ist es nicht erforderlich, die Kraftstoffmenge zu erhöhen, die geliefert wird, um das unverbrannte HC zuversorgen. Es tritt daher keine schnelle Änderung im Motoroutput aufgrund einer Erhöhung der zugeführten Kraftstoffmenge und daher keine Verschlechterung im Antriebs-"Feeling" auf. Ferner wird die Kraftstoffausnutzung nicht verringert.
Während des intermittierenden Zündausfall-Antriebs oder des Zündungsfehler-Antriebs wird der Motor 1 mit dem mageren Luftkraftstoffverhältnis getrieben und die Auspuffgase, die vom Motor 1 abgegeben werden, enthalten eine große Menge an Sauerstoff. Unverbrannte Gase, die durch den Zündausfall verursacht und nicht für die Desoxidation von NOx verwendet werden, werden daher vollständig durch den Dreiwegkatalysatorumwandler 13b oxidiert und werden nicht in die Atmosphäre abgegeben.
Ein Verbrennungssteuerungsverfahren für einen Verbrennungsmotor gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung wird im folgenden erläutert.
Das Verfahren dieser Ausführungsform hat das Merkmal, daß das Luftkraftstoffverhältnis auf ein Luftkraftstoffverhältnis (übermageres Luftkraftstoffverhältnis) gesetzt wird, das magerer ist als das Luftkraftstoffverhältnis, das der Verbrennungsgrenze entspricht, um hierdurch einen Zündausfall zu verursachen. Eine Verbrennungssteuervorrichtung zur Durchführung des Verfahrens der dritten Ausführungsform kann in gleicher Weise wie die Vorrichtung von 1 aufgebaut sein, so daß sich eine Erläuterung dieser Vorrichtung erübrigt.
Bei dieser Ausführungsform wird jedesmal, wenn ein Kurbelwinkelsynchronisationssignal θ_CR der ECU 23 während des Laufs eines Motors 1 zugeführt wird, die Verbrennungs-steuerungs-(Zündausfallssteuerungs)Routine, die in 12 dargestellt ist, von der ECU 23 ausgeführt.
Zuerst wird in Schritt S130, der dem Schritt S110 von 11 entspricht, die in den 5 und 6 dargestellte Unterroutine von der NOx-Schätzeinheit 33 ausgeführt, um einen geschätzten Wert Q_NT der Katalysatorabgabe-NOx-Menge zu berechnen. Dann wird vom Vergleicher 34 der Adsorptionssättigungsbestimmungseinheit 32 im Schritt S132, der dem Schritt S112 von 11 entspricht, bestimmt, ob der geschätzte Wert Q_NT der Katalysatorabgabe-NOx-Menge einen vorbestimmten Schwellwert Q_NT0 überschritten hat.
Ist das Ergebnis der Bestimmung in Schritt S132 "NEIN", wird der Schritt S142, der dem Schritt S124 von 11 entspricht, ausgeführt, um die Zündausfallanzahl Nmis auf "0" zu setzen, und die Verbrennungssteuerroutine im gegenwärtigen Zyklus ist beendet.
Ist andererseits das Ergebnis der Bestimmung in Schritt S132 "JA", geht die Steuerung zu Schritt S134 weiter, und der Zündausfall-Antrieb wird unter der Steuerung der ECU 23 gestartet.
Im einzelnen wird in Schritt S134 das Luftkraftstoffverhältnis einer Luftkraftstoffmischung, die einem vorbestimmten Zylinder (beispielsweise dem ersten Zylinder) zugeführt wird, gemäß der folgenden Gleichung (5) korrigiert, um das Luftkraftstoffverhältnis auf das übermagere Luftkraftstoffverhältnis AF_T zu setzen: AFT = AF0 + DAF, ---(5)wobei AF₀ ein mageres Luftkraftstoffzielverhältnis während des Normalantriebs und D_AF der Korrekturwert des Zielverhältnisses sind.
Das übermagere Luftkraftstoffverhältnis AF_T hat einen Wert, der auf der mageren Seite hinsichtlich des Luftkraftstoffverhältnisses, das der Grenze der Verbrennung entspricht, gesetzt ist, und der auf einen Wert gesetzt ist, welcher einen Zündausfall mit einer vorbestimmten Wahrscheinlichkeit (beispielsweise 0,02) verursacht, wenn die Luftkraftstoffmischung des übermageren Luftkraftstoffverhältnisses AF_T durch die Zündkerze 16 gezündet wird. Wird das übermagere Luftkraftstoffverhältnis AF_T auf einen übermäßig großen Wert gesetzt, tritt eine Verbrennung zu keiner Zeit auf und der Antrieb des Motors 1 kann nicht aufrecht erhalten werden, was ein Problem verursacht.
Um daher das angemessene übermagere Luftkraftstoffverhältnis AF_T zu erhalten, wird der Korrekturwert DAF empirisch ermittelt, so daß der Zündausfall mit einer vorbestimmten Wahrscheinlichkeit (Frequenz) bewirkt wird, um beispielsweise einen Zündausfall einmal pro 50 Zündungen zu verursachen.
Ist das übermagere Luftkraftstoffverhältnis AFT gesetzt, wird unter der Steuerung der ECU 23 die vom Kraftstoffeinspritzventil 3 eingespritzte Kraftstoffmenge auf einen Wert verringert, der dem übermageren Luftkraftstoffverhältnis AF_T entspricht. Als Resultat tritt der Zündausfall mit einer vorbestimmten Wahrscheinlichkeit auf. Ist der Zündausfall aufgetreten, werden unverbrannte Gase in Richtung des NOx-Katalysators 13a abgegeben und das vom Katalysator 13a adsorbierte NOx wird desoxidiert und von unverbranntem HC entfernt, das in den unverbrannten Gasen enthalten ist.
Ferner wird in Schritt S134 das EGR-Ventil 27 um einen vorbestimmten Winkel geöffnet. Als Resultat wird eine vorbestimmten Menge an Auspuffgasen in Richtung der Seite der Zufuhröffnung 2 zirkuliert, um die Menge an Sauerstoff in der Luftkraftstoffmischung zu reduzieren, wodurch das Bewirken des Zündausfalls erleichtert wird.
Im nächsten Schritt S136 wird ein Wert 0,02, der gleich ist einer vorbestimmten Wahrscheinlichkeit für das Auftreten des Zündausfalls, der Zündausfallanzahl Nmis hinzugefügt. Dann wird im nächsten Schritt S138, der dem Schritt S120 von 11 entspricht, bestimmt, ob die Zündausfallanzahl Nmis einen vorbestimmten Wert N_mis0 übersteigt. Der vorbestimmte Wert N_mis0 wird auf einen Wert gesetzt, der gleich ist zur Zündausfallanzahl (beispielsweise 50), bei welcher das am NOx-Katalysator 13a adsorbierte NOx als ausreichend desoxidiert angesehen werden kann.
Ist das Ergebnis der Bestimmung in Schritt S138 "NEIN", wird bestimmt, daß das am NOx-Katalysator 13a adsorbierte NOx nicht vollständig desoxidiert ist, und die Steuerungsroutine im gegenwärtigen Zyklus ist beendet. Danach wird, wenn die Zündausfallanzahl Nmis den vorbestimmten Wert N_mis0 nicht übersteigt, der Zündausfall-Antrieb fortgesetzt.
Hat andererseits die Zündausfallanzahl Nmis den vorbestimmten Wert N_mis0 (50) überschritten und wird das Ergebnis der Bestimmung in Schritt S138 "JA", so wird bestimmt, daß die Periode des Zündausfallantriebs genügend lang ist und daher das am NOx-Katalysator 13a adsorbierte NOx vollständig desoxidiert ist. In diesem Fall geht die Steuerung zu Schritt S140 weiter. In Schritt S140 wird das Luftkraftstoffverhältnis auf das magere Luftkraftstoffverhältnis AF₀ gesetzt und das EGR-Ventil 27 geschlossen oder zur normalen Öffnungsposition zurückgeführt. Dann wird der akkumulierte Wert SQ_N(i+1) der Motorabgabe-NOx-Menge, die für die Berechnung der geschätzten NOx-Abgabemenge QNT im Schritt S130 verwendet wurde, auf "0" zurückgesetzt, und die Steuerungsroutine ist im gegenwärtigen Zyklus beendet.
Ist der akkumulierte Wert SQ_N(i+1) der Motorabgabe-NOx-Menge somit auf "0" zurückgesetzt, wird der geschätzte Wert Q_NT der Katalysatorabgabe-NOx-Menge, die in Schritt S130 (entsprechend zu Schritt S110) des nächsten Zündausfallroutinenausführungszyklus berechnet wurde, zu "0", wie in Schritt S110 von 11 erläutert. Das Ergebnis der Bestimmung im nächsten Schritt S132 wird daher "NEIN". In diesem Fall ist der Zündausfall-Antrieb beendet und die Steuerung geht zu Schritt S142 weiter, und die Zündausfallanzahl Nmis wird auf "0" zurückgesetzt.
Daher wird jedesmal, wenn der geschätzte Wert Q_NT der Katalysatorabgabe-NOx-Menge den Schwellwert Q_NT0 übersteigt, das Luftkraftstoffverhältnis der Luftkraftstoffmischung, die dem vorbestimmten Zylinder zugeführt wird, auf das übermagere Luftkraftstoffverhältnis AFT gesetzt. Als Resultat tritt der Zündausfall in einer vorbestimmten Anzahl mit einer vorbestimmten Frequenz auf, so daß unverbrannte Gase intermittierend dem NOx-Katalysator 13a zugeführt werden. Daher wird am NOx- Katalysator 13a adsorbiertes NOx vollständig desoxidiert und entfernt, und die NOx-Adsorptionsfähigkeit des NOx-Katalysators 13a wird entsprechend wieder hergestellt.
Ferner kann gemäß dieser Ausführungsform wie im Fall der zweiten Ausführungsform eine genügend große Menge an unverbranntem Gas dem NOx-Katalysator 13a zugeführt werden, ohne daß die zugeführte Kraftstoffmenge erhöht wird, indem der Zündausfallantrieb durchgeführt wird, in welchem der Zündausfall für eine vorbestimmte Anzahl von Malen in Intervallen eines vorbestimmten Zyklus (bei einer vorbestimmten Frequenz) für den vorbestimmten Zylinder verursacht wird. Daher kann der Motor 1 stabil im Magerverbrennungs-Antriebszustand gehalten werden, ohne daß eine schnelle Änderung im Motoroutput bewirkt wird und die NOx-Adsorptionsfähigkeit des NOx-Katalysators 13a kann ohne Verschlechterung des Fahrgefühls und der Kraftstoffausnutzung wieder hergestellt werden.
Ferner werden wie im Fall der zweiten Ausführungsform unverbrannte Gase, die vom Zündausfall erzeugt werden und die nicht für die Desoxidation von NOx verwendet werden, vollständig vom Dreiwegkatalysatorumwandler 13b oxidiert und nicht in die Atmosphäre abgegeben.
Im folgenden wird eine Verbrennungssteuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung erläutert.
Die Vorrichtung dieser Ausführungsform ist im wesentlichen gleich aufgebaut wie die Vorrichtung von 1, so daß sich eine Erläuterung für gemeinsame Komponenten beider Vorrichtungen erübrigt. Bei dieser Ausführungsform sind die EGR-Zirkulationsleitung 26 und das EGR-Ventil 27, die in 1 gezeigt sind, nicht erforderlich.
Die ECU 23 dieser Ausführungsform hat in funktioneller Weise verschiedene, in 13 dargestellte Komponenten.
Im einzelnen hat die ECU 23 eine Motorabgabe-NOx-Mengenschätzeinrichtung 130 zum Schätzen der Abgabemenge an NOx vom Motor 1 an die Auspuffleitung 14. Die NOx-Schätzeinheit 130 weist eine Motorabgabe-NOx-Konzentrationsschätzeinheit 131 zum Schätzen der Konzentration D_N des NOx auf, das vom Motor 1 zur Auspuffleitung 14 gemäß dem Luftüberschußverhältnis λ abgegeben wird; eine Verzögerungskorrektureinheit 132 zum Ableiten eines Korrekturkoeffizienten KIg, der zur Korrektur der geschätzten NOx-Konzentration D_N gemäß dem Zündzeitpunkt verwendet wird; und eine Zufuhrluftmengenberechnungseinheit 133 zum Berechnen der Menge Q_a an Zufuhrluft, die dem Motor 1 zugeführt wird. In der NOx-Schätzeinheit 130 wird das Produkt der Zufuhrluftmenge Q_a, der geschätzten NOx-Konzentration D_N und des Korrekturkoeffizienten K_Ig durch Multiplizierer 200 als geschätzter Wert Q_NO der Motorabgabe-NOx-Menge berechnet.
Die ECU 23 enthält ferner eine Adsorptionsverhältnisschätzeinrichtung 135 zum Ableiten des geschätzten Werts K_NOX des Adsorptionsverhältnisses von NOx durch den NOx-Katalysator 13a gemäß dem akkumulierten Wert SQ_N(i+1) der Motorabgabe-NOx-Menge; eine Reinigungsverhältnisschätzeinrichtung 136 zum Ableiten des geschätzten Wertes K_CAT des Reinigungsverhältnisses von NOx durch den Dreiwegkatalysatorumwandler 13b gemäß dem Sauerstoffüberschußverhältnis λ; eine Katalysatorabgabe-NOx-Mengenschätzeinrichtung 137 zum Ableiten des NOx-Abgabeverhältnisses auf der Basis des geschätzten NOx-Adsorptionsverhältnisses K_NOX und des geschätzten NOx-Reinigungsverhältnisses K_CAT, und zum Ableiten des Produkts des NOx-Abgabeverhältnisses und der geschätzten Motorabgabe-NOx-Menge Q_N0 als die geschätzte Katalysatorabgabe-NOx-Menge Q_NT; und einen Vergleicher 138 zum Vergleichen der geschätzten Katalysatorabgabe-NOx-Menge Q_NT mit dem Schwellwert Q_NT0. Ist die geschätzte Abgabemenge Q_NT größer als der Schwellwert Q_NT0, wird ein Fettverbrennungs-Antriebssignal vom Vergleicher 138 ausgegeben. Ist das Fettverbrennungs-Antriebssignal für eine vorbestimmte Zeitdauer t_R ausgegeben, wird ein Rücksetzungssignal zur Adsorptionsverhältnisschätzeinrichtung 135 ausgegeben, so daß der akkumulierte Wert SQ_N(i+1) der Motorabgabe-NOx-Menge auf "0" zurückgesetzt wird.
Die vorstehende Verbrennungssteuerungsvorrichtung ist derart ausgebildet, daß sie den Antriebszustand in den Fettverbrennungszustand ändert, wenn die NOx-Adsorptionsfähigkeit des NOx-Katalysators 13a während des Magerverbrennungsantriebs im wesentlichen gesättigt ist, und hält den Fettverbrennungsantrieb für eine vorbestimmte Zeitdauer aufrecht, um den NOx-Katalysator 13a in eine reduzierende Atmosphäre zu bringen, um die Adsorptionsfähigkeit des NOx-Katalysators 13a wiederzugewinnen. Der Fettverbrennungszustand enthält einen Antriebszustand, in welchem das Luftkraftstoffverhältnis im wesentlichen zum theoretischen Luftkraftstoffverhältnis hin rückkoppelungsgesteuert (geregelt) ist.
Der Betrieb der vorstehenden Verbrennungssteuervorrichtung wird im folgenden erläutert.
Jedesmal, wenn das Kurbelwinkelsynchronisationssignal θ_CR der ECU 23 während des Laufes des Motors 1 zugeführt wird, wird die in 14 dargestellte Verbrennungssteuerroutine ausgeführt.
Zuerst wird in Schritt S210 bestimmt, ob die Magerverbrennungs-Antriebsbedingung gegeben ist. Beispielsweise ist die Magerverbrennungs-Antriebsbedingung gegeben, wenn die folgenden Erfordernisse und ähnliches gleichzeitig erfüllt sind: Der Motor 1 wird im Aufwärmzustand betrieben; der Motor 1 wird in einem vorbestimmten Antriebsbereich betrieben, der von der Motorgeschwindigkeit Ne und der Motorlast bestimmt ist; und der Motor 1 wird nicht in einem Antriebszustand betrieben, in welchem der Motor beschleunigt oder verzögert werden sollte.
Ist das Resultat der Bestimmung in Schritt S210 "NEIN", d.h., ist die Magerverbrennungs-Antriebsbedingung nicht erfüllt, geht die Steuerung zu Schritt S212 weiter und die Fettverbrennungs-Antriebssteuerung wird durchgeführt.
Ist andererseits die Magerverbrennungs-Antriebsbedingung erfüllt und das Resultat der Bestimmung in Schritt S210 "JA", geht die Steuerung zu Schritt S214 weiter und der geschätzte Wert Q_NT der NOx-Menge, die von der Abgasreinigungskatalysatoreinrichtung 13 abgegeben wird, wird abgeleitet. Im Schritt S214 wird die Unterroutine, die das in 5 gezeigte Berechnungsverfahren und ein in 15 gezeigtes Berechnungsverfahren enthält, ausgeführt. Da das Berechnungsverfahren von 5 bereits erläutert wurde und der größte Teil des in 15 gezeigten Berechnungsverfahrens demjenigen in 6 entspricht, wird die Unterroutine nachstehend kurz erläutert.
In dieser Unterroutine wird der geschätzte Wert DN der Motorabgabe-NOx-Konzentration aus dem Diagramm von 7 (Schritt S60 von 5) gemäß dem Luftüberschußverhältnis λ durch die Konzentrationsschätzeinheit 131, die in 13 dargestellt ist, ausgelesen. Ferner wird der Korrekturkoeffizient KIg aus dem Diagramm von 8 gemäß dem Zündzeitpunkt durch die Verzögerungskorrektureinheit 132 von 13 (Schritt S62) ausgelesen. Als nächstes wird die Zufuhrluftmenge Q_a für jeden Zylinder gemäß der Motorgeschwindigkeit Ne und dem Erfassungswert A_f vom Luftstromsensor 6 durch die Zufuhrluftmengenberechnungseinheit 133 von 13 (Schritt S64) abgeleitet. Daraufhin wird die Motorabgabe-NOx-Menge Q_N0 für jede Erfassung des Kurbelwinkelsynchronisationssignals θ_CR durch Verwendung der Gleichung (1) gemäß der geschätzten NOx-Konzentration D_N, dem Korrektur koeffizienten K_Ig und der Zufuhrluftmenge Q_a durch die NOx-Mengenschätzeinrichtung 130 von 13 (Schritt S66) berechnet.
Nach der Berechnung der Motorabgabe-NOx-Menge Q_N0 geht die Steuerung zu Schritt S367 von 15 weiter. In Schritt S367 wird bestimmt, ob eine vorbestimmte Zeitdauer t_R (beispielsweise 3 Sekunden) ab dem Start des Verbrennungsantriebs verstrichen ist. Während des Magerverbrennungsantriebs wird das Ergebnis der Bestimmung in Schritt S367 "NEIN", und die Steuerung geht zu Schritt S368 weiter, der dem Schritt S68 von 6 entspricht. Im Schritt S368 wird der akkumulierte Wert SQ_N(i+1) der Motorabgabe-NOx-Menge Q_N0 durch Verwendung der Gleichung (2) berechnet.
Im nächsten Schritt S370, der dem Schritt S70 von 6 entspricht, wird der geschätzte Wert K_NOX des Adsorptionsverhältnisses von NOx, das vom NOx-Katalysator 13a zu derjenigen Zeit, wenn das vom Motor abgegebene NOx die Abgasreinigungskatalysatoreinrichtung 13 passiert, gemäß dem akkumulierten Wert SQ_N(i+1) der Motorabgabe-NOx-Menge Q_N0 abgeleitet, die in Schritt S368 berechnet wurde. Das Diagramm von 9 wird für die Schätzung des Adsorptionsverhältnisses K_NOX verwendet. Alternativ wird die Berechnung durch die Gleichung (3) oder die folgende Regressionsgleichung durchgeführt: KNOX(i+1) = 1 – (1-KN1) × k2 × {(1-α) × SQN(i) + α × QN(i)} wobei α eine Konstante ist.
Im nächsten Schritt S372, der dem Schritt S72 von 6 entspricht, wird der geschätzte Wert K_CAT des Reinigungsverhältnisses von NOx durch den Dreiwegkatalysatorumwandler 13b vom Diagramm von 10 auf der Basis des Luftüberschußverhältnisses λ durch die Reinigungsverhältnisschätzeinheit 136 von der 13 entnommen. Anstelle der Schätzung des Reinigungsverhältnisses K_CAT unter Verwendung des Diagramms von 10 kann das Reinigungsverhältnis K_CAT kurz durch die Bestimmung ermittelt werden, ob das Luftüberschußverhältnis λ innerhalb oder außerhalb eines engen Luftüberschußverhältnisbereiches liegt, wie dies bei der ersten Ausführungsform der Fall ist.
Ferner wird in Schritt S374, der dem Schritt S74 von 6 entspricht, das NOx-Abgabeverhältnis durch die Katalysatorabgabe-NOx-Mengenschätzeinheit 137 von 13 auf der Basis des geschätzten Wertes K_NOX des Adsorptionsverhältnisses von NOx durch den NOx-Katalysator 13a und dem geschätzten Wert K_CAT des NOx-Reinigungsverhältnisses durch den Dreiwegkatalysatorumwandler 13b berechnet. Ferner wird der geschätzte Wert Q_NT der Katalysatorabgabe-NOx-Menge für jede Erfassung des Kurbelwinkelsynchronisationssignals θ_CR gemäß der vorerwähnten Gleichung (4) auf der Basis des NOx-Abgabeverhältnisses und der Motorabgabe-NOx-Menge Q_N0 berechnet, die in Schritt S66 durch die Motorabgabe-NOx-Mengenschätzeinheit 130 der 13 berechnet wird.
Nach der Berechnung des geschätzten Wertes Q_NT geht die Steuerung zu Schritt S216 von 14 weiter. In Schritt S216 wird durch den Vergleicher 138 von 13 bestimmt, ob der geschätzte Wert Q_NT der Katalysatorabgabe-NOx-Menge größer ist als ein vorbestimmter Schwellwert Q_NT0. Ist das Ergebnis der Bestimmung in Schritt S216 "NEIN", wird bestimmt, daß die in die Atmosphäre abgegebene NOx-Menge gleich ist oder geringer als ein maximal zulässiger Wert, und die Steuerung geht zu Schritt S218 weiter, um die Magerverbrennungs-Antriebssteuerung auszuführen.
Ist andererseits das Resultat der Bestimmung in Schritt S216 "JA", d.h. ist die Katalysatorabgabe-NOx-Menge Q_NT größer als der vorbestimmte Schwellwert Q_NT0, wird die Adsorptionsfähigkeit des NOx-Katalysators 13a als gesättigt angesehen. In diesem Fall geht die Steuerung zu Schritt S212 weiter, um die Fettverbrennungs-Antriebssteuerung auszuführen.
Wird eine Änderung vom Magerverbrennungs-Antrieb zum Fettverbrennungs-Antrieb durchgeführt, wenn die NOx-Menge Q_NT größer wird als der Schwellwert Q_NT0, wird die Menge an HC, die vom Motor 1 abgegeben wird, größer als im Magerverbrennungszustand. Das HC reagiert dann mit NOx, um das vom NOx-Katalysator 13a adsorbierte NOx zu desoxidieren. Hieraus folgt, daß die Menge an in die Atmosphäre abgegebenem NOx verringert wird und der NOx-Katalysator 13a kann wieder NOx adsorbieren.
Wird in Schritt S216 zum ersten Mal bestimmt, daß die NOx-Menge Q_NT größer ist als der Schwellwert Q_NT0 und eine Änderung in die Fettverbrennungs-Antriebssteuerung durchgeführt, wie oben beschrieben, wird der Zeitzähler der ECU 23 zu dieser Zeit gestartet, um das Zählen der verstrichenen Zeit ab dem Start der Fettverbrennungs-Antriebssteuerung zu starten.
Wie oben beschrieben, wird, falls der NOx-Katalysator 13a mit adsorbiertem NOx auch dann gesättigt ist, wenn die Magerverbrennungs-Antriebsbedingung nicht erfüllt ist, der Fettverbrennungsantrieb ausgeführt, um NOx zu desoxidieren. Während dieser Zeit wird eine Sequenz von Schritten S210, S214, S216 und S212 wiederholt durchgeführt. Ist das Ergebnis der Bestimmung in Schritt S367 der in den 5 und 15 dargestellten und dem Schritt S214 entsprechenden Unterroutine "NEIN", d.h. verstreicht eine vorbestimmte Zeit t_R nicht nach dem Start der Fettverbrennungs-Antriebssteuerung, wird der akkumulierte Wert SQ_N(i+1) der Motorabgabe-NOx-Menge auch in S368 aktualisiert. Es wird daher in Schritt S216 bestimmt, daß die Katalysatorabgabe-NOx-Menge Q_NT noch größer ist als der Schwellwert Q_NT0. Infolgedessen wird der Fettverbrennungs-Antriebszustand für die vorbestimmte Zeit t_R aufrecht erhalten, so daß das NOx vollständig desoxidiert wird.
Ist die vorbestimmte Zeit t_R nach dem Start der Fettverbrennungs-Antriebssteuerung verstrichen und das Ergebnis der Bestimmung in Schritt S367 "JA", geht die Steuerung zu Schritt S376 weiter. In Schritt S376 wird angenommen, daß das gesamte NOx, das am NOx-Katalysator 13a adsorbiert wurde, desoxidiert ist, und ein Rücksetzungssignal wird zur Adsorptionsverhältnisschätzeinheit 135 von 13 ausgegeben, wodurch der akkumulierte Wert SQ_N(i+1) der Motorabgabe-NOx-Menge auf "0" zurückgesetzt wird. Infolgedessen wird der geschätzte Wert des NOx-Adsorptionsverhältnisse K_NOX, das im nächsten Schritt S370 abgeleitet wird, zu 1,0, und der geschätzte Wert Q_NT der Katalysatorabgabe-NOx-Menge, die in Schritt S374 berechnet wird, wird "0". In diesem Fall geht die Steuerung zu Schritt S218 weiter, um die Magerverbrennungs-Antriebssteuerung wieder zu starten. Dies bedeutet, daß die Fettverbrennungs-Antriebssteuerung zur Desoxidation von NOx beendet ist.
Danach erhöht sich, wenn das geschätzte NOx-Adsorptionsverhältnis K_NOX wieder bei einer Erhöhung des akkumulierten Wertes SQ_N(i+1) der Motorabgabe-NOx-Menge verringert wird, der geschätzte Wert Q_NT der Katalysatorabgabe-NOx-Menge von neuem.
Wird der Antriebszustand des Motors 1 zwischen dem Magerverbrennungszustand und dem Fettverbrennungszustand verändert, ändert sich die Motorabgabe-NOx-Menge Q_N0 und die Katalysatorabgabe-NOx-Menge Q_NT mit der verstrichenen Zeit, wie in 16 gezeigt. In 16 gibt die Einpunkt-Strich-Linie die Motorabgabe-NOx-Menge Q_N0 an, die durchgezogene Linie gibt die Katalysatorabgabe-NOx-Menge Q_NT an und die gestrichelte Fläche gibt die NOx-Adsorptionsmenge oder die. Reinigungsmenge durch die Abgasreinigungskatalysatoreinrichtung 13 an.
Wie in 16 gezeigt, verringert sich die NOx-Reinigungsmenge durch die Abgasreinigungskatalysatoreinrichtung 13 mit der verstrichenen Zeit während dem Magerverbrennungsantrieb. Daraufhin wird, wenn der geschätzte Wert Q_NT der Katalysatorabgabe-NOx-Menge den vorbestimmten Wert Q_NT0 erreicht, wenn eine Zeitdauer von beispielsweise t_L1 ab dem Start des Magerverbrennungsantriebs verstrichen ist, der Motorantriebszustand vom Magerverbrennungszustand (A) zum Fettverbrennungszustand verändert. Danach wird der Fettverbrennungsantrieb für die vorbestimmte Zeitdauer t_R aufrecht erhalten. Während des Fettverbrennungsantriebs wird das gesamte vom NOx-Katalysator 13a adsorbierte NOx desoxidiert. Ist die vorbestimmte Zeit t_R nach dem Start des Fettverbrennungsantriebs verstrichen und der Magerverbrennungszustand (B) wieder eingestellt, wird daher die NOx-Adsorptionsfähigkeit des NOx-Katalysators 13a wieder hergestellt.
Ferner kann, da eine Änderung vom Magerverbrennungszustand zum Fettverbrennungszustand sofort durchgeführt wird, nachdem die Katalysatorabgabe-NOx-Menge Q_NT den vorbestimmten Wert Q_NT0 erreicht hat, die Menge an in die Atmosphäre abgegebenem NOx immer auf einen Wert gleich oder geringer als der vorbestimmte Wert Q_NT0 gedrückt werden. Wie beispielshaft durch die Zeitdauer t_L1 des Magerverbrennungsantriebs (A) und die Zeitdauer t_L2 (≠ t_L1) des Magerverbrennungsantriebs (B) angedeutet, ist die Zeitdauer t des Magerverbrennungszustands nicht immer konstant. Das bedeutet, daß in dem Antriebszustand, in welchem die NOx-Abgabemenge klein ist, der Magerverbrennungsantrieb für eine relativ lange Zeitdauer aufrecht erhalten wird. Die Häufigkeit des Übergangs in den Fettverbrennungsantrieb ist daher gering, wodurch es möglich wird, eine Verschlechterung der Kraftstoffausnutzung und eine Variation des Drehmoments zu unterdrücken. Ferner wird in dem Fall, daß der Motorantrieb in einer Weise ausgeführt wird, daß der Motorantriebsbereich häufig zwischen Antriebsbereichen mit unterschiedlichen Luftkraftstoffzielverhältnissen ändert, ein Übergang zwischen dem Magerverbrennungsantrieb und dem Fettverbrennungsantrieb gemäß dem derart geänderten Antriebszustand durchgeführt. Es tritt daher kein Problem auf, auch wenn die vorliegende Erfindung auf einen derartigen Motorantrieb angewendet wird.
Beispielsweise wird in der ersten Ausführungsform der Motorantriebszustand vom Magerverbrennungszustand zum theoretischen Verhältnis-Antriebszustand verändert, wo das Luftkraftstoffverhältnis zum theoretischen Luftkraftstoffverhältnis gesetzt wird, beispielsweise zur Zeit des Beschleunigungsantriebs oder eines Schwerlastantriebs. Alternativ kann ein Übergang vom Magerverbrennungszustand zum Fettverbrennungszustand, wo das Luftkraftstoffverhältnis kleiner eingestellt wird als das theoretische Luftkraftstoffverhältnis, durchgeführt werden.
Ferner wird in der ersten Ausführungsform die Bestimmung, ob der Übergang zum NOx-reduzierten Antrieb durchgeführt werden soll, gemäß dem Ergebnis eines Vergleichs des geschätzten Wertes Q_NT und der Katalysatorabgabe-NOx-Menge (g/sec) mit dem Schwellwert Q_NT0 durchgeführt. Die Bestimmung, ob der Übergang zum NOx-reduzierten Antrieb durchgeführt werden soll, kann jedoch auch gemäß dem Ergebnis eines Vergleichs zwischen einem tatsächlich gemessenen Wert oder geschätztem Wert der vom NOx-Katalysator 13a adsorbierten Menge an NOx und der gesättigten Adsorptionsmenge durchgeführt werden, oder gemäß dem Ergebnis einer Bestimmung, die der Abgabe-NOx-Konzentration (PPM) zugeordnet ist.
Es ist auch möglich zu bestimmen, daß die Adsorptionsmenge an NOx durch den NOx-Katalysator 13a den gesättigten Wert erreicht hat, und den NOx-reduzierten Antrieb durchzuführen, wenn eine vorbestimmte Zeitdauer ab dem Start des Magerverbrennungsantriebs verstrichen ist. Vorzugsweise wird die vorbestimmte Zeitdauer derart eingestellt, daß die Abgabe-NOx-Menge Q_NT den vorbestimmten Wert Q_NT0 nicht übersteigt.
Ferner wird im NOx-reduzierten Antrieb die EGR-Menge erhöht und der Zündzeitpunkt verzögert, um die Verbrennungstemperatur abzusenken. Es ist jedoch nicht notwendig, gleichzeitig beide Vorgänge durchzuführen, und es kann lediglich einer dieser Vorgänge ausgeführt werden.
In der NOx-Abgabemengenberechnungsunterroutine der ersten Ausführungsform werden geschätzte Werte verwendet, die aus verschiedenen Diagrammen entnommen werden. Es können jedoch auch tatsächlich gemessene Werte anstelle der geschätzten Werte verwendet werden, die Teilen der Information entsprechen, die von verschiedenen Sensoren geliefert wird.
Ferner wird in der ersten Ausführungsform die Beschleunigungsbestimmung (d.h. die Bestimmung, ob eine Beschleunigungsantriebsanforderung vorhanden oder nicht vorhanden ist) auf der Basis der Öffnungsgeschwindigkeit des Drosselventils durchgeführt. Alternativ kann die Beschleunigungsbestimmung auf der Basis einer Zufuhrinformationsvariablen durchgeführt werden, beispielsweise einer Variation in der Zufuhrluftmenge oder einer Variation des negativen Drucks der Zufuhrluft.
In der ersten Ausführungsform wird bestimmt, daß der NOx-Katalysator 13a mit adsorbiertem NOx gesättigt ist, wenn die Katalysatorabgabe-NOx-Menge Q_N den Schwellwert Q_NT0 überschritten hat. Anstattdessen ist es möglich, Teile der Lastinformation des Motors (beispielsweise Kraftstoffmengen, die dem Motor 1 zugeführt werden) während des Magerverbrennungsantriebs zu akkumulieren, den akkumulierten Wert hieraus abzuleiten und zu bestimmen, daß der NOx-Katalysator 13a mit adsorbiertem NOx gesättigt ist, wenn der akkumulierte Wert einen vorbestimmten Wert überschreitet. Bei dieser Modifikation führt die ECU 23 die Magerverbrennungsakkumulation durch.
In der dritten Ausführungsform wird das Luftkraftstoffverhältnis auf das übermagere Luftkraftstoffverhältnis AF_T eingestellt und eine vorbestimmte Menge an Auspuffgasen durch EGR rezirkuliert, um einen Zündausfall zu verursachen. Ein ausreichender Effekt kann jedoch auch nur dadurch erreicht werden, daß das Luftkraftstoffverhältnis auf das übermagere Luftkraftstoffverhältnis AF_T eingestellt wird. Ferner kann ein Zündausfall in angemessener Weise einfach dadurch verursacht werden, daß die Auspuffgase von EGR rezirkuliert werden. In diesem Fall ist es vorteilhaft, die Rezirkulationsmenge der Auspuffgase auf einen größeren Wert einzustellen.
In der zweiten und dritten Ausführungsform wird die Periode, während der der Zündausfallantrieb fortgeführt wird, auf der Basis der Anzahl Nmis von Zündausfällen (d.h. die akkumulierte Anzahl der Erzeugung von Kurbelwinkelsynchronisationssignalen θ_CR) eingestellt. Es ist jedoch bei Berücksichtigung der Tatsache, daß die θ_CR-Signalerzeugungsanzahl proportional ist zur akkumulierten Anzahl von Umdrehungen des Motors 1, auch möglich, die Zündausfallauftretungsperiode auf der Basis der akkumulierten Anzahl von Motorumdrehungen einzustellen, die von der θ_CR-Signalerzeugungsanzahl abgeleitet wird, indem eine Motorumdrehungsanzahlerfassungseinrichtung (beispielsweise die ECU 23, welche mit dem Kurbelwinkelsensor 18 zusammenwirkt, um als Motorumdrehungsanzahlerfassungseinrichtung zu dienen) verwendet wird. Ferner kann der Zündausfallantrieb aufrecht erhalten werden, bis eine vorbestimmte Zeit nach dem Start der Zündausfallsteuerung verstrichen ist.
Ferner wird in der zweiten und dritten Ausführungsform der Zündausfall in einem vorbestimmten Zylinder (beispielsweise dem ersten Zylinder) verursacht. Der Zündausfall kann jedoch in einer Vielzahl von Zylindern und insbesondere auch sequenziell in allen Zylindern unter der Steuerung der ECU 23 verursacht werden.
Ferner wird in der zweiten und dritten Ausführungsform bestimmt, daß die NOx-Adsorptionsmenge einen gesättigten Wert erreicht hat, wenn die NOx-Abgabemenge Q_NT den Schwellwert Q_NT0 erreicht hat. Alternativ ist es möglich zu bestimmen, daß die NOx-Adsorptionsmenge den gesättigten Wert erreicht hat, wenn die verstrichene Zeit ab dem Start des Magerverbrennungsantriebs, die vom Zeitzähler in der ECU 23 gemessen wird, eine vorbestimmte Zeit überschritten hat, oder wenn die akkumulierte Kraftstoffeinspritzmenge während dem Magerverbrennungsantrieb einen vorbestimmten Wert überschreitet.
In der vierten Ausführungsform wird das Luftkraftstoffverhältnis im wesentlichen auf das theoretische Luftkraftstoffverhältnis in der Fettverbrennungs-Antriebssteuerung zum Desoxidieren von adsorbiertem NOx eingestellt. Es ist jedoch lediglich erforderlich, eine reduzierende Atmosphäre um den NOx-Katalysator 13a herum zu schaffen, die HC enthält. Daher kann das Luftkraftstoffverhältnis auf einen Wert eingestellt werden, der auf der fetten Seite hinsichtlich des theoretischen Luftkraftstoffverhältnisses liegt.
Ferner wird in der vierten Ausführungsform die Bestimmung, ob ein Übergang zwischen dem Magerverbrennungsantrieb und dem Fettverbrennungsantrieb durchgeführt werden sollte, gemäß dem Ergebnis eines Vergleichs der Katalysatorabgabe-NOx-Menge Q_NT mit dem Schwellwert Q_NT0 durchgeführt. Alternativ kann die Notwendigkeit eines Übergangs gemäß dem Ergebnis einer Bestimmung bestimmt werden, die der Abgabe-NOx-Konzentration (PPM) etc. zugeordnet ist. In jeder der obigen Ausführungsformen werden geschätzte Werte verwendet, die von verschiedenen Diagrammen abgeleitet werden. Es können jedoch auch tatsächlich gemessene Werte anstelle der geschätzten Werte verwendet werden.
Ferner wird in jeder Ausführungsform ein Sechszylinderreihenbenzinmotor verwendet. Die Verbrennungssteuerungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann jedoch auf irgendeinen Typ eines Verbrennungsmotors unabhängig von der Anzahl der Zylinder und des Typs angewendet werden. Ferner kann das Merkmal der ersten bis vierten Ausführungsform in der erforderlichen Weise kombiniert werden.

Claims

Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor (1) mit einem Abgasreinigungskatalysator (13), welcher in einer Auspuffleitung (14) des Verbrennungsmotors (1) angeordnet ist, wobei der Abgasreinigungskatalysator (13) derart betreibbar ist, dass er Stickstoffoxyd adsorbiert, wenn die in den Abgasreinigungskatalysator (13) einströmenden Abgase ein mageres Luft-Brennstoff-Verhältnis haben, und das er adsorbiertes Stickstoffoxyd desoxydiert, wenn die Sauerstoffkonzentration der einströmenden Abgase verringert wird, gekennzeichnet durch eine Adsorptionszustandsschätzeinrichtung (23, 32), die eine erste Stickstoffoxydabgabegrößenschätzeinrichtung (33) zum Schätzen einer Abgabegröße von Stickstoffoxyd von dem Abgasreinigungskatalysator (13) mit einschließt, und die Adsorptionszustandsschätzeinrichtung (23,32) einen Adsorptionszustand von Stickstoffoxyd schätzt, dass durch den Abgasreinigungskatalysator (13) adsorbiert ist, auf der Grundlage der geschätzten Abgabegröße von Stickstoffoxyd von dem Abgasreinigungskatalysator (13); und eine Verbrennungszustandsverschlechterungseinrichtung (23,36) zum Verschlechtern eines Verbrennungszustands im Verbrennungsmotor (1) gemäß dem Adsorptionszustand des Stickstoffoxyds, der von der Adsorptionszustandsschätzeinrichtung (32) geschätzt wurde, wenn der Motor im Magerverbrennungszustand ist.
Steuervorrichtung nach Anspruch 1, bei welchem die Adsorptionszustandsschätzeinrichtung (23, 32) eine Adsorptionssättigungsbestimmungseinrichtung (32) aufweist, um zu bestimmen, ob eine Menge (Q_NT) an Stickstoffoxid, die vom Abgasreinigungskatalysator (13a) adsorbiert wurde, einen Sättigungsbereich erreicht hat; und wobei die Verbrennungszustandsverschlechterungseinrichtung (23, 36) den Verbrennungszustand des Verbrennungsmotors (1) verschlechtert, wenn die Adsorptionssättigungsbestimmungseinrichtung (32) bestimmt, daß die Menge an Stickstoffoxid, die vom Abgasreinigungskatalysator (13a) adsorbiert wurde, den Sättigungsbereich im Magerverbrennungszustand erreicht hat.
Steuervorrichtung nach Anspruch 2, bei welcher die Adsorptionssättigungsbestimmungseinrichtung (32) bestimmt, daß die Menge an Stickstoffoxid, die vom Abgasreinigungskatalysator (13) adsorbiert wurde, den Sättigungsbereich erreicht hat, wenn die Stickstoffoxidabgabemenge (Q_NT), die von der Stickstoffoxidabgabemengeschätzeinrichtung (33); (130, 135, 136, 137) geschätzt wird, einen vorbestimmten Wert (Q_NTO) übersteigt.
Steuervorrichtung nach Anspruch 3, bei welcher die Stickstoffoxidabgabemengeschätzeinrichtung (33); (130, 135, 136, 137) eine zweite Stickstoffoxidabgabemengeschätzeinrichtung (130) zum Schätzen einer Abgabemenge (Q_NO) an Stickstoffoxid vom Verbrennungsmotor (1) zur Auspuffleitung (14) aufweist, und eine Adsorptionsverhältnisschätzeinrichtung (135) zum Schätzen eines Adsorptionsverhältnisses (K_NOX) an Stickstoffoxid, das vom Abgasreinigungskatalysator (13a) adsorbiert wird; und die erste Stickstoffoxidabgabemengeschätzeinrichtung (33); (130, 135, 136, 137) die Abgabemenge (Q_NT) an Stickstoffoxid vom Abgasreinigungskatalysator (13a) schätzt, die auf der Abgabemenge (Q_NO) an Stickstoffoxid vom Verbrennungsmotor (1) basiert, die von der zweiten Stickstoffoxidabgabemengeschätzeinrichtung (130) geschätzt wird, und dem Adsorptionsverhältnis (K_NOX) des vom Abgasreinigungskatalysator (13a) adsorbierten Stickstoffoxids, das von der Adsorptionsverhältnisschätzeinrichtung (135) geschätzt wird.
Steuervorrichtung nach Anspruch 4, bei welcher die erste Stickstoffoxidabgabemengeschätzeinrichtung (130, 135, 136, 137) eine Reinigungsverhältnisschätzeinrichtung (136) zum Schätzen eines Reinigungsverhältnisses (K_CAT) des Stickstoffoxids aufweist, das vom Abgasreinigungskatalysator (13b) gereinigt wird; und die erste Stickstoffoxidabgabemengeschätzeinrichtung (130, 135, 136, 137) die Abgabemenge (Q_NT) an Stickstoffoxid vom Abgasreinigungskatalysator (13) schätzt, die auf der Abgabemenge (Q_NO) an Stickstoffoxid vom Verbrennungsmotor (1) basiert, die von der zweiten Stickstoffoxidabgabemengeschätzeinrichtung (130) geschätzt wird, dem Adsorptionsverhältnis (K_NOX) des Stickstoffoxids, das vom Abgasreinigungskatalysator (13a) adsorbiert wird, das von der Adsorptionsverhältnisschätzeinrichtung (135) geschätzt wird, und dem Reinigungsverhältnis (K_CAT) des Stickstoffoxids, das vom Abgasreinigungskatalysator (13b) gereinigt wird, welches von der Reinigungsverhältnisschätzeinrichtung (136) geschätzt wird.
Steuervorrichtung nach Anspruch 4, bei welcher die zweite Stickstoffoxidabgabemengeschätzeinrichtung (130) die Abgabemenge (Q_NO) an Stickstoffoxid vom Verbrennungsmotor (1) zur Auspuffleitung (14) schätzt, die auf der Konzentration (D_N) von Stickstoffoxid basiert, das vom Verbrennungsmotor (1) zur Auspuffleitung (14) abgegeben wird, und einer Zufuhrin formationsvariablen, die eine Menge (Qa) an Zufuhrluft repräsentiert, die zum Verbrennungsmotor (1) geleitet wird.
Steuervorrichtung nach Anspruch 6, bei welcher die zweite Stickstoffoxidabgabemengeschätzeinrichtung (130) die Konzentration (D_N) an Stickstoffoxid schätzt, die vom Verbrennungsmotor (1) zur Auspuffleitung (14) abgegeben wird, die auf einer Luftbrennstoffverhältnisinformationsvariablen (λ) basiert, die das Luftbrennstoffverhältnis der Luftbrennstoffmischung repräsentiert, die zum Verbrennungsmotor (1) geliefert wird.
Steuervorrichtung nach Anspruch 4, bei welcher die zweite Stickstoffoxidabgabemengeschätzeinrichtung (130) die Abgabemenge (Q_NO) an Stickstoffoxid vom Verbrennungsmotor (1) zur Auspuffleitung (14) korrigiert, die von der zweiten Stickstoffoxidabgabemengeschätzeinrichtung (130) gemäß dem Zündzeitpunkt (θ_Ig) des Verbrennungsmotors (1) geschätzt wird.
Steuervorrichtung nach Anspruch 4, bei welcher die zweite Stickstoffoxidabgabemengeschätzeinrichtung (130) die Abgabemenge (Q_NO) an Stickstoffoxid vom Verbrennungsmotor (1) zur Auspuffleitung (14) korrigiert, die von der zweiten Stickstoffoxidabgabemengeschätzeinrichtung (130) gemäß einer Menge an Auspuffgasen geschätzt wird, die zum Verbrennungsmotor (1) rezirkuliert.
Steuervorrichtung nach Anspruch 4, bei welcher die Adsorptionsverhältnisschätzeinrichtung (135) das Adsorptionsverhältnis (K_NOX) an Stickstoffoxid schätzt, das vom Abgasreinigungskatalysator (13a) adsorbiert wird, welches auf der gesamten Abgabemenge (∫Q_NOdt) an Stickstoffoxid vom Verbrennungsmotor (1) zum Abgasreinigungskatalysator (13) während einer Zeitperiode basiert, die beim Start des Magerverbrennungszustands beginnt und beim Wechseln auf den Fettverbrennungszustand endet.
Steuervorrichtung nach Anspruch 2, bei welcher die Adsorptionssättigungsbestimmungseinrichtung (32) eine Magerverbrennungsperiodenmesseinrichtung (23) zum Messen einer Magerverbrennungsperiode aufweist, während der der Verbrennungsmotor im Magerverbrennungszustand arbeitet; und die Adsorptionssättigungsbestimmungseinrichtung (32) bestimmt, daß die Menge an Stickstoffoxid, die vom Abgasreinigungskatalysator adsorbiert wird, den Sättigungsbereich erreicht hat, wenn die Magerverbrennungsperiode, die von der Magerverbrennungsperiodenmesseinrichtung (23) gemessen wird, einen vorbestimmten Wert (t_R) übersteigt.
Steuervorrichtung nach Anspruch 2, bei welcher die Adsorptionssättigungsbestimmungseinrichtung (32) eine Magerverbrennungsanhäufungseinrichtung (23) zum Anhäufen von Lastinformationen am Verbrennungsmotor (1) aufweist, der im Magerverbrennungszustand betrieben wird, um hierdurch einen akkumulierten Wert der Lastinformationen abzuleiten; und die Adsorptionssättigungsbestimmungseinrichtung (32) bestimmt, daß die Menge an Stickstoffoxid, die vom Abgasreinigungskatalysator (13a) adsorbiert wird, den Sättigungsbereich erreicht hat, wenn der akumulierte Wert der Lastinformation, der von der Magerverbrennungsantriebsakkumulationseinrichtung (23) abgeleitet wird, einen vorbestimmten Wert übersteigt.
Steuervorrichtung nach Anspruch 12, bei welcher die Lastinformation eine Kraftstoffmenge enthält, die dem Verbrennungsmotor (1) zugeführt wird.
Steuervorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher eine Verbrennungszustandsverschlechterungseinrichtung (36) eine Verbrennungstemperatur der Luftkraftstoffmischung absenkt, die zum Verbrennungsmotor (1) gemäß dem Adsorptionszustand des Stickstoffoxids geliefert wird, der von der Adsorptionszustandsschätzeinrichtung (32) geschätzt wird.
Steuervorrichtung nach Anspruch 14, welche ferner umfaßt eine Beschleunigungsbestimmungseinrichtung (37) zur Bestimmung, ob der Verbrennungsmotor (1) in einem Beschleunigungsantriebszustand ist, in dem die Lastinformation, die einen Lastzustand des Verbrennungs motors angibt, mit einem Beschleunigungsbestimmungsschwellwert (A_th) verglichen wird; eine Luftbrennstoffverhältniseinstelleinrichtung (30, 31) zum Einstellen des Luftbrennstoffverhältnisses auf einen Wert, der gleich ist oder fetter als das theoretische Luftkraftstoffverhältnis, wenn die Beschleunigungsbestimmungseinrichtung (37) bestimmt, daß der Verbrennungsmotor (1) im Beschleunigungsantriebszustand ist; und eine Schwellenänderungseinrichtung (37) zum Ändern des Beschleunigungsbestimmungsschwellwertes (A_th) gemäß dem Adsorptionszustand des Stickstoffoxids, das von der Adsorptionszustandsschätzeinrichtung (32) geschätzt wird.
Steuervorrichtung nach Anspruch 15, bei welcher die Adsorptionszustandsschätzeinrichtung (23, 32) eine Adsorptionssättigungsbestimmungseinrichtung (32) aufweist, um zu bestimmen, ob eine Menge an Stickstoffoxid, die vom Abgasreinigungskatalysator (13a) adsorbiert wird, einen Sättigungsbereich erreicht hat; und die Schwellenänderungseinrichtung (37) den Beschleunigungsbestimmungsschwellwert (A_th) ändert, um für die Beschleunigungsbestimmungseinrichtung (37) die Bestimmung zu vereinfachen, daß der Verbrennungsmotor (1) im Beschleunigungsantriebszustand ist, wenn die Adsorptionssättigungsbestimmungseinrichtung (32) bestimmt, daß die Menge an Stickstoffoxid, die vom Abgasreinigungskatalysator (13a) adsorbiert wird, den Sättigungsbereich erreicht hat.
Steuervorrichtung nach Anspruch 15, bei welcher die Beschleunigungsbestimmungseinrichtung (37) wenigstens eine Betriebszustandsvariable, die einen Betriebszustand des Verbrennungsmotors (1) repräsentiert, mit dem Beschleunigungsbestimmungsschwellwert (A_th) vergleicht, um zu bestimmen, ob der Verbrennungsmotor (1) im Beschleunigungsantriebszustand ist.
Steuervorrichtung nach Anspruch 17, bei welcher die Beschleunigungsbestimmungseinrichtung (37) die Bestimmung durchführt, ob der Verbrennungsmotor (1) im Beschleunigungsantriebszustand ist, indem eine Betriebsgeschwindigkeit einer Ausgangsbetriebseinrichtung (7), die einen Output des Verbrennungsmotors einstellt, mit dem Beschleunigungsbestimmungsschwellwert (A_th) verglichen wird.
Steuervorrichtung nach Anspruch 17, bei welcher die Beschleunigungsbestimmungseinrichtung (37) die Bestimmung durchführt, ob der Verbrennungsmotor (1) im Beschleunigungsantriebszustand ist, indem eine Betriebszustandsvariable, welche die Betätigung eines Beschleunigungspedals (7a) repräsentiert, mit dem Beschleunigungsbestimmungsschwellwert (A_th) verglichen wird.
Steuervorrichtung nach Anspruch 15, bei welcher die Beschleunigungsbestimmungseinrichtung (37) die Bestimmung durchführt, ob der Verbrennungsmotor (1) im Beschleunigungsantriebszustand ist, indem eine Zufuhrinformationsvariable, die einen Zufuhrluftzustand des Verbrennungsmotors (1) angibt, mit dem Beschleunigungsbestimmungsschwellwert (A_th) verglichen wird.
Steuervorrichtung nach Anspruch 20, bei welcher die Zufuhrinformationsvariable eine Änderung einer Menge (Qa) an Zufuhrluft angibt, die dem Verbrennungsmotor (1) zugeführt wird.
Steuervorrichtung nach Anspruch 20, bei welcher die Zufuhrinformationsvariable eine Änderung des Drucks der Zufuhrluft angibt, die dem Verbrennungsmotor (1) zugeführt wird.
Steuervorrichtung nach Anspruch 14, bei welcher die Verbrennungszustandsverschlechterungseinrichtung (36) eine Zündzeitpunkteinstelleinrichtung (24) zum Einstellen des Zündzeitpunktes (θ_Ig) des Verbrennungsmotors (1) aufweist, und die Verbrennungszustandsverschlechterungseinrichtung (36) die Verbrennungstemperatur absenkt, indem die Zündzeitpunkteinstelleinrichtung (24) instruiert wird, den Zündzeitpunkt (θ_Ig) zu verzögern.
Steuervorrichtung nach Anspruch 14, bei welcher die Verbrennungszustandsverschlechterungseinrichtung (36) eine Abgasrezirkulationseinrichtung (26, 27) zum Rezirkulieren von Auspuffgasen vom Verbrennungsmotor (1) zu einem Zufuhrsystem (2) des Motors (1) aufweist, und die Verbrennungszustandsverschlechterungseinrichtung (36) die Verbrennungstemperatur absenkt, indem die Auspuffgasrezirkulationseinrichtung (26, 27) instruiert wird, die Rezirkulationsmenge des Auspuffgases zu erhöhen.
Steuervorrichtung nach Anspruch 14, bei welcher die Verbrennungszustandsverschlechterungseinrichtung (23) eine Luftbrennstoffverhältniseinstelleinrichtung (323, 138) zum Einstellen des Luftkraftstoffverhältnisses der Luftbrennstoffmischung aufweist, die zum Verbrennungsmotor (1) geleitet wird, und die Verbrennungszustandsverschlechterungseinrichtung (22) die Verbrennungstemperatur absenkt, indem die Luftkraftstoffverhältniseinstelleinrichtung (323, 138) instruiert wird, das Luftkraftstoffverhältnis zu einer mageren Seite hin zu verändern.
Steuervorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Verbrennungszustandsverschlechterungseinrichtung (23) die Verschlechterung des Verbrennungszustands des Verbrennungsmotors (1) für eine vorbestimmte Zeitperiode (t_R) aufrecht erhält.
Steuervorrichtung nach Anspruch 26, bei welcher die Verbrennungszustandsverschlechterungseinrichtung (23) eine Akkumulationseinrichtung (18, 23) aufweist, um eine akkumulierte Anzahl von Umdrehungen des Verbrennungsmotors (1) bei und nach dem Start der Verschlechterung des Verbrennungszustands im Verbrennungsmotor (1) abzuleiten; und die Verbrennungszustandsverschlechterungseinrichtung (23) die Verschlechterung des Verbrennungszustands des Verbrennungsmotors (1) aufrecht erhält, bis die akkumulierte Anzahl an Umdrehungen, die von der Akkumulationseinrichtung (18, 23) abgeleitet wird, eine vorbestimmte Anzahl an Umdrehungen erreicht.
Steuervorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Verbrennungszustandsverschlechterungseinrichtung (23) den Verbrennungszustand des Verbrennungsmotors 1 verschlechtert, indem ein Zündausfall (misfire) des Verbrennungsmotors (1) verursacht wird.
Steuervorrichtung nach Anspruch 28, bei welcher die Verbrennungszustandsverschlechterungseinrichtung (23) den Zündausfall im Verbrennungsmotor (1) intermittierend verursacht, in dem die Zündung des Verbrennungsmotors (1) intermittierend gehemmt wird.
Steuervorrichtung nach Anspruch 28, bei welcher die Verbrennungszustandsverschlechterungseinrichtung (23) den Zündausfall im Verbrennungsmotor (1) intermittierend verursacht, indem das Luftbrennstoffverhältnis der Luftbrennstoffmischung, die dem Verbrennungsmotor (1) zugeführt wird, zu einem mageren Luftbrennstoffverhältnis (AF_T) hin eingestellt wird, das größer ist als ein Luftbrennstoffverhältnis, das einer Verbrennungsgrenze des Verbrennungsmotors 1 entspricht.
Steuervorrichtung nach Anspruch 28, bei welcher die Verbrennungszustandsverschlechterungseinrichtung (23) eine Auspuffgasrezirkulationseinrichtung (26, 27) zum Rezirkulieren von Auspuffgasen vom Verbrennungsmotor (1) zu einem Zufuhrsystem (2) aufweist, und die Verbrennungszustandsverschlechterungseinrichtung (23) den Zündausfall im Verbrennungsmotor 1 verursacht, indem eine vorbestimmte Menge an Auspuffgasen mittels der Auspuffgasrezirkulationseinrichtung (26, 27) rezirkuliert wird.
Steuervorrichtung nach Anspruch 28, bei welcher die Verbrennungszustandsverschlechterungseinrichtung (23) den Zündausfall in einem Teil einer Vielzahl von Zylindern des Verbrennungsmotors (1) verursacht.
Verbrennungsmotorsteuerungsverfahren zum Verringern der Emission von Stickstoffoxid in die Atmosphäre, wobei Stickstoffoxid, das in Auspuffgasen enthalten ist, welches von einem Verbrennungsmotor (1) abgegeben wird, von einem Abgasreinigungskatalysator (13) adsorbiert wird, der in der Auspuffleitung (14) des Verbrennungsmotors (1) angeordnet ist, wenn der Motor (1) in einem Magerverbrennungszustand ist, wo das Luftkraftstoffverhältnis einer Luftkraftstoffmischung, die den Motor (1) zugeführt ist, magerer ist als ein theoretisches Luftkraftstoffverhältnis, wobei das adsorbierte Stickstoffoxid mittels des Abgasreinigungskatalysators (13) desoxidiert wird, wenn der Verbrennungsmotor (1) in einem Fettverbrennungszustand ist, wo das Luftkraftstoffverhältnis gleich ist oder fetter als das theoretische Luftkraftstoffverhältnis, mit folgenden Schritten: a) Schätzen (S30, S32) eines Adsorptionszustandes des Stickstoffoxids, das vom Abgasreinigungskatalysator (13) adsorbiert wird, wobei der Schritt a) einen Schritt a0) des Schätzens einer Abgabegröße von Stickstoffoxid von dem Abgasreinigungskatalysator (13) miteinschließt, und Schätzen des Adsorptionszustandes von Stickstoffoxid, das durch den Abgasreinigungskatalysator adsorbiert ist, auf der Grundlage der geschätzten Abgabegröße von Stickstoffoxid von dem Abgasreinigungskatalysator (13); und b) Verschlechtern (S30, S32) eines Verbrennungszustandes des Verbrennungsmotors (1) gemäß dem Adsorptionszustand des Stickstoffoxids, der im Schritt a) (S14) geschätzt wird, wenn der Motor (1) im Magerverbrennungszustand ist.
Steuerungsverfahren nach Anspruch 33, bei welchem der Schritt a) (S14, S16) einen Schritt von a1) enthält, wobei bestimmt wird (S16), ob eine Menge an Stickstoffoxid, das vom Abgasreinigungskatalysator (13) adsorbiert wird, einen Sättigungsbereich erreicht hat; und der Schritt b) ein Verschlechtern (S30, S32) des Verbrennungszustands des Verbrennungsmotors (1) enthält, wenn im Schritt a) (S16) bestimmt wird, daß die Menge an Stickstoffoxid die vom Abgasreinigungskatalysator (13a) adsorbiert wird, den Sättigungsbereich im Magerverbrennungszustand erreicht hat.
Steuerungsverfahren nach Anspruch 34, bei welchem der Schritt a) (S14, S16) einen Schritt von a0)) enthält, wobei eine Abgabemenge (Q_NT) an Stickstoffoxid vom Abgasreinigungskatalysator (13) geschätzt wird (S14), und der Schritt a1) (S16) bestimmt, daß die Menge an Stickstoffoxid, die vom Abgasreinigungskatalysator (13a) adsorbiert wird, den Sättigungsbereich erreicht hat, wenn die geschätzte Abgabemenge (Q_NT) an Stickstoffoxid vom Abgasreinigungskatalysator einen vorbestimmten Wert (Q_NTO) übersteigt.
Steuerungsverfahren nach Anspruch 34, bei welchem der Schritt a0) (514, S16) die Schritte enthält: a01) Schätzen (S66) der Abgabemenge (Q_NO) an Stickstoffoxid vom Verbrennungsmotor (1) zur Auspuffleitung (14), a02) Schätzen (S70) eines Adsorptionsverhältnisses (K_NOX) des Stickstoffoxids, das vom Abgasreinigungskatalysator (13a) adsorbiert wird, und a03) Schätzen (S74) einer Abgabemenge (Q_NT) an Stickstoffoxid vom Abgasreinigungskatalysator (13), die auf der geschätzten Menge (Q_NO) an Stickstoffoxid basiert, welche vom Verbrennungsmotor (1) abgegeben wird, und dem geschätzten Adsorptionsverhältnis (K_NOX) des Stickstoffoxids, das vom Abgasreinigungskatalysator (13a) adsorbiert wird.
Steuerungsverfahren nach Anspruch 36, bei welchem der Schritt a0) (S14) ferner einen Schritt a04) umfaßt, wobei ein Reinigungsverhältnis (K_CAT) des Stickstoffoxids geschätzt wird, das vom Abgasreinigungskatalysator (13b) gereinigt wird, und der Schritt a03) (S74) die Abgabemenge (Q_NT) an Stickstoffoxid vom Abgasreinigungskatalysator (13) schätzt, die auf der geschätzten Menge (Q_NO) an Stickstoffoxid basiert, welche vom Verbrennungsmotor (1) abgegeben wird, dem geschätzten Adsorptionsverhältnis (K_NOX) des Stickstoffoxids, das vom Abgasreinigungskatalysator (13a) adsorbiert wird, und dem geschätzten Reinigungsverhältnis (K_CAT) des Stickstoffoxids, das vom Abgasreinigungskatalysator (13b) gereinigt wird.
Steuerungsverfahren nach Anspruch 36, bei welchem der Schritt a01) (S14) das Schätzen (S66) der Abgabemenge (Q_NO) an Stickstoffoxid vom Verbrennungsmotor (1) zur Auspuffleitung (14) umfaßt, die auf der Konzentration (D_N) des Stickstoffoxids basiert, das vom Verbrennungsmotor (1) zur Auspuffleitung (14) abgegeben wird, und einer Zufuhrinformationsvariablen, die eine Menge (Qa) an Zufuhrluft repräsentiert, welche dem Motor (1) zugeführt wird.
Steuerungsverfahren nach Anspruch 38, bei welchem der Schritt a01) (S14) das Schätzen (S60) der Konzentration (D_N) des Stickstoffoxids enthält, welches vom Verbrennungsmotor (1) zur Auspuffleitung (14) abgegeben wird, die auf der Luftkraftstoffverhältnisinformationsvariablen (λ) basiert, welche das Luftkraftstoffverhältnis der Luftkraftstoffmischung repräsentiert, die dem Verbrennungsmotor (1) zugeführt wird.
Steuerungsverfahren nach Anspruch 36, bei welchem der Schritt a0) (S14) weiterhin einen Schritt a04) des Korrigierens (S62) der geschätzten Abgabemenge (Q_NO) an Stickstoffoxid vom Verbrennungsmotor (1) gemäß dem Zündzeitpunkt (θ_Ig) des Verbrennungsmotors (1) enthält.
Steuerungsverfahren nach Anspruch 36, bei welchem der Schritt a0) (S14) ferner einen Schritt a04) des Korrigierens der geschätzten Abgabemenge (Q_NO) an Stickstoffoxid vom Verbrennungsmotor (1) gemäß einer Menge an Auspuffgasen enthält, die zum Verbrennungsmotor (1) hin rezirkuliert wird.
Steuerungsverfahren nach Anspruch 36, bei welchem der Schritt a02) das Schätzen des Adsorptionsverhältnisses (K_NOX) des Stickstoffoxids enthält, das vom Abgasreinigungskatalysator (13a) adsorbiert wird, welches auf einer Gesamtabgabemenge (∫Q_NOdt) an Stickstoffoxid vom Verbrennungsmotor (1) zum Abgasreinigungskatalysator (13) während einer Zeitperiode basiert, die beim Start des Magerverbrennungszustands beginnt und bei der Änderung in den Fettverbrennungszustand endet.
Steuerungsverfahren nach Anspruch 36, bei welchem der Schritt a) (S70) einen Schritt a0) des Messens einer Magerverbrennungsperiode enthält, während der der Verbrennungsmotor (1) im Magerverbrennungszustand arbeitet, und der Schritt a1) bestimmt, daß die Menge an Stickstoffoxid, die vom Abgasreinigungskatalysator (13a) adsorbiert wird, den Sättigungsbereich erreicht hat, wenn die gemessene Magerverbrennungsperiode einen vorbestimmten Wert (t_R) übersteigt.
Steuerungsverfahren nach Anspruch 34, bei welchem der Schritt a) (S14) einen Schritt a0) des Akkumulierens der Lastinformation des Verbrennungsmotors (1) enthält, der während dem Magerverbrennungszustand angetrieben wird, und der Schritt a1) bestimmt, daß die Menge an Stickstoffoxid, die vom Abgasreinigungskatalysator (13a) adsorbiert wird, den Sättigungsbereich erreicht hat, wenn die derart akkumulierte Lastinformation einen vorbestimmten Wert übersteigt.
Steuerungsverfahren nach Anspruch 44, bei welchem die Lastinformation eine Kraftstoffmenge enthält, die dem Verbrennungsmotor (1) zugeführt wird.
Steuerungsverfahren nach Anspruch 33, bei welchem der Schritt b) (S30, S32) das Absenken einer Verbrennungstemperatur der Luftkraftstoffmischung enthält, die dem Verbrennungsmotor (1) gemäß dem Adsorptionszustand des Stickstoffoxids zugeführt wird, der in Schritt a) (S14) geschätzt wird.
Steuerungsverfahren nach Anspruch 46, das weiterhin umfaßt: c) Bestimmen (S10), ob der Verbrennungsmotor (1) in einem Beschleunigungsantriebszustand ist, indem die Lastinformation, welche einen Lastzustand des Verbrennungsmotors angibt, mit einem Beschleunigungsbestimmungsschwellwert (A_th) verglichen wird; d) Einstellen (S20) des Luftkraftstoffverhältnisses auf einen Wert, der gleich ist oder fetter als das theoretische Luftkraftstoffverhältnis, wenn der Schritt c) (S10) bestimmt, daß der Verbrennungsmotor (1) in einem Beschleunigungsantriebszustand ist; und e) Verändern (S34, S44) des Beschleunigungsbestimmungsschwellwertes gemäß dem Adsorptionszustand des Stickstoffoxids, das in Schritt a) (S14) geschätzt wird.
Steuerungsverfahren nach Anspruch 47, bei welchem der Schritt a) (S14, S16) die Bestimmung (S16) enthält, ob die Menge an Stickstoffoxid, die vom Abgasreinigungskatalysator (13a) adsorbiert wird, den Sättigungsbereich erreicht hat; und der Schritt e) (S34, S44) das Verändern des Beschleunigungsbestimmungsschwellwertes enthält, um es einfacher zu machen, in Schritt c) (S10) zu bestimmen, daß der Verbrennungsmotor (1) im Beschleunigungsantriebszustand ist, wenn der Schritt a) (S16) bestimmt, daß die Menge an Stickstoffoxid, die vom Abgasreinigungskatalysator (13a) adsorbiert wird, den Sättigungsbereich erreicht hat.
Steuerungsverfahren nach Anspruch 47, bei welchem der Schritt c) (S10) die Bestimmung enthält, ob der Verbrennungsmotor (1) im Beschleunigungsantriebszustand ist, indem wenigstens eine Betriebszustandsvariable, die einen Betriebszustand des Verbrennungsmotors (1) repräsentiert, mit dem Beschleunigungsbestimmungsschwellwert (A_th) verglichen wird.
Steuerungsverfahren nach Anspruch 49, bei welchem der Schritt c) (S10) den Vergleich einer Betriebsgeschwindigkeit einer Output-Betriebseinrichtung (7), die einen Output des Verbrennungsmotors (1) einstellt, mit dem Beschleunigungsbestimmungsschwellwert (A_th) enthält.
Steuerungsverfahren nach Anspruch 49, bei welchem der Schritt c) (S10) das Durchführen der Bestimmung enthält, ob der Verbrennungsmotor (1) im Beschleunigungsantriebszustand ist, indem die Betriebszustandsvariable, welche die Betätigung eines Beschleunigungspedals (7a) repräsentiert, mit dem Beschleunigungsbestimmungswert (A_th) verglichen wird.
Steuerungsverfahren nach Anspruch 47, bei welchem der Schritt c) (S10) die Durchführung der Bestimmung enthält, ob der Verbrennungsmotor (1) im Beschleunigungsantriebszustand ist, indem die Zufuhr informationsvariable, welche einen Zufuhrluftzustand des Verbrennungsmotors (1) angibt, mit dem Beschleunigungsbestimmungsschwellwert verglichen wird.
Steuerungsverfahren nach Anspruch 52, bei welchem die Zufuhrinformationsvariable eine Veränderung einer Menge (Qa) an Zufuhrluft angibt, welche dem Verbrennungsmotor (1) zugeführt wird.
Steuerungsverfahren nach Anspruch 52, bei welchem die Zufuhrinformationsvariable eine Veränderung im Druck der Zufuhrluft angibt, welche dem Verbrennungsmotor (1) zugeführt wird.
Steuerungsverfahren nach Anspruch 46, bei welchem der Schritt b) (S30, S32) das Absenken der Verbrennungstemperatur enthält, indem (S32) der Zündzeitpunkt (θ_Ig) des Verbrennungsmotors (1) verzögert wird.
Steuerungsverfahren nach Anspruch 46, bei welchem der Schritt b) (S30, S32) einen Schritt des Absenkens der Verbrennungstemperatur enthält, indem eine Rezirkulationsmenge an Auspuffgasen vom Verbrennungsmotor (1) zu einem Zufuhrsystem (2) des Motors über eine Auspuffgasrezirkulationseinrichtung (26, 27) erhöht wird.
Steuerungsverfahren nach Anspruch 46, bei welchem der Schritt b) (S130, S132, S134) das Absenken der Verbrennungstemperatur durch Ändern (S134) des Luftkraftstoffverhältnisses der Luftkraftstoffmischung enthält, welche dem Verbrennungsmotor (1) zu einer mageren Seite zugeführt wird.
Steuerungsverfahren nach Anspruch 33, bei welchem der Schritt b) das Aufrechterhalten (S24) der Verschlechterung des Verbrennungszustands des Verbrennungsmotors (1) für eine vorbestimmte Zeitdauer (t_R) enthält.
Steuerungsverfahren nach Anspruch 58, bei welchem der Schritt b) die Schritte enthält: b1) Ableiten einer akkumulierten Anzahl von Umdrehungen des Verbrennungsmotors (1) bei und nach dem Start der Verschlechterung des Verbrennungszustands im Motor (1), und b2) Aufrechterhalten der Verschlechterung des Verbrennungszustands des Verbrennungsmotors (1), bis die akkumulierte Anzahl von Umdrehungen eine vorbestimmte Anzahl von Umdrehungen erreicht.
Steuerungsverfahren nach Anspruch 33, bei welchem der Schritt b) das Verschlechtern des Verbrennungszustands des Verbrennungsmotors durch Verursachen eines Zündausfalls (S116, S134) im Motor (1) enthält.
Steuerungsverfahren nach Anspruch 60, bei welchem der Schritt b) das intermittierende Verursachen des Zündausfalls (S116) im Verbrennungsmotor (1) durch intermittierendes Hemmen der Zündung im Verbrennungsmotor (1) enthält.
Steuerungsverfahren nach Anspruch 60, bei welchem der Schritt b) das intermittierende Verursachen des Zündausfalls im Verbrennungsmotor (1) enthält, indem das Luftkraftstoffverhältnis der Luftkraftstoffmischung, welche dem Verbrennungsmotor (1) zugeführt wird, auf ein mageres Luftkraftstoffverhältnis (AFT) eingestellt wird, das größer ist als ein Luftkraftstoffverhältnis, welches einer Verbrennungsgrenze des Verbrennungsmotors (1) entspricht.
Steuerungsverfahren nach Anspruch 60, bei welchem der Schritt b) die Verursachung des Zündausfalls im Verbrennungsmotor (1) enthält, indem eine vorbestimmte Menge an Auspuffgasen zu einem Zufuhrsystem (2) des Verbrennungsmotors (1) über eine Auspuffgasrezirkulationseinrichtung (26, 27) rezirkuliert wird.
Steuerungsverfahren nach Anspruch 60, bei welchem der Schritt b) die Verursachung des Zündausfalls in einem Teil einer Vielzahl von Zylindern des Verbrennungsmotors (1) enthält.