DE19846217B4

DE19846217B4 - Katalysatortemperatur-Steuerungsvorrichtung

Info

Publication number: DE19846217B4
Application number: DE1998146217
Authority: DE
Inventors: Yukihiro Kariya Yamashita; Shigenori Kariya Isomura
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1997-10-08
Filing date: 1998-10-07
Publication date: 2010-06-17
Anticipated expiration: 2018-10-08
Also published as: JPH11107827A; JP4346118B2; DE19846217A1

Abstract

Katalysatortemperatur-Steuerungsvorrichtung für eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor (1), wobei die Vorrichtung zur Steuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eine magere Verbrennung in Abhängigkeit von einem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis steuert, das magerer als ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines zu dem Verbrennungsmotor (1) zu liefernden Gasgemisches ist, und wobei NOx im Abgas durch einen Mager-NOx-Katalysator (19) während der mageren Verbrennung absorbiert wird und das von dem Mager-NOx-Katalysator (19) absorbierte NOx während einer fetten Verbrennung von dem Mager-NOx-Katalysator (19) desorbiert wird, indem das Luft-Kraftstoff-Verhältniss so gesteuert wird, dass es fett wird,
wobei die Katalysatortemperatur-Steuerungsvorrichtung eine Katalysatortemperatursteuereinrichtung (31) zur derartigen Steuerung einer Temperatur des NOx-Katalysators (19) hat, dass ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsparameter zum abwechselnden Steuern eines Verhältnisses zwischen der Zeitdauer der mageren Verbrennung und der Zeitdauer der fetten Verbrennung variabel eingestellt wird, wenn die Temperatur des Mager- NOx-Katalysators außerhalb eines vorbestimmten Temperaturbereiches liegt, wobei, wenn die Temperatur des Mager-NOx-Katalysators höher als der vorbestimmte Bereich ist, die
Katalysatortemperatursteuereinrichtung (31) eine Temperaturverringerungssteuerung...

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Katalysatortemperatur-Steuerungsvorrichtung, um die Temperatur eines Katalysators in einem vorgegebenen Temperaturbereich zu halten, die bei einer Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor eingesetzt wird, der einen Katalysator der NOx-Absorptions-/Reduktions-Bauart verwendet, zur mageren Verbrennung im mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnisbereich, um das Abgas von den während der mageren Verbrennung erzeugten Stickoxiden (NOx) zu reinigen.
Bei den Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsvorrichtungen für Verbrennungsmotoren hat sich in den letzten Jahren die Technologie des Einsatzes der sogenannten mageren Verbrennung zum Verbrennen des Kraftstoffs auf der mageren Seite des stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses verbreitet, um den Kraftstoffverbrauch zu verbessern. Im Falle des Einsatzes einer solchen mageren Verbrennung enthält das Abgas des Verbrennungsmotors eine große Menge an NOx und der Mager-NOx-Katalysator ist erforderlich, um es von dem NOx zu reinigen. Das japanische Patent JP 2 600 492 A mit dem auf deutsch lautenden Titel ”Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor” offenbart zum Beispiel ein Absorptionsmittel (Katalysator der NOx-Absorptions-/Reduktions-Bauart), das NOx absorbiert, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases mager ist, und das das absorbierte NOx freisetzt, wenn die Sauerstoffkonzentration des Abgases reduziert ist, nämlich dann, wenn das Abgas fett ist.
Darüber hinaus muß bei dem System, das den NOx-Katalysator dieser Bauart einsetzt, die Katalysatortemperatur innerhalb des vorbestimmten Temperaturbereiches gehalten werden, um eine gute NOx-Reinigungsfähigkeit aufrechtzuerhalten. Deshalb offenbart das japanische Patent JP 2 605 556 A eine Technologie in Form einer Vorrichtung zur Steuerung der Katalysatortemperatur, um den Katalysator mit Luft oder Kühlwasser zu kühlen, wenn die Katalysatortemperatur hoch ist, und um Kraftstoff in dem Katalysatorgehäuse zu verbrennen oder die Temperatur des Katalysators mit einer Heizung zu erhöhen, wenn die Katalysatortemperatur niedrig ist.
Jedoch erfordert die oben erläuterte Technologie (japanisches Patent JP 2 605 556 A ) eine Luftdüse zum Senken der Katalysatortemperatur, eine Kraftstoffeinspritzdüse und andere Elemente wie eine elektrische Heizung zum Anheben der Katalysatortemperatur. Deshalb tritt hier das Problem auf, daß die Anzahl an Konstruktionsbauteilen zunimmt, was in höheren Kosten resultiert. Desweiteren muß die Einbauposition der Kraftstoffleitung unter ausreichender Beachtung der Sicherheit konstruiert werden, wenn der Kraftstoff durch die Einspritzversorgung zu dem Motorabgassystem verbrannt wird. Deshalb kann die Konstruktion kompliziert sein.
Die nachveröffentlichte Druckschrift WO 98/46 868 offenbart, dass die Katalysatortemperatur erhöht wird, indem eine Modulationsfrequenz des Luft-Kraftstoffverhältnisses eingestellt wird.
Die Druckschrift DE 195 10 642 A1 beschreibt, dass zumindest in einem Zylinder magere Verhältnisse geschaffen werden und in den anderen Zylindern fette Verhältnisse geschaffen werden, um den Katalysator frühzeitig aufzuheizen. Wenn der Katalysator warm ist, wird eine stöchiometrische Steuerung (Lambda = 1) ausgeführt.
Die vorliegende Erfindung wurde im Lichte der vorstehenden Probleme getätigt und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Steuerung der Katalysatortemperatur für einen Verbrennungsmotor zu schaffen, die die Katalysatortemperatur mittels einer einfachen Konstruktion genau steuern kann.
Diese Aufgabe ist durch eine Katalysatortemperatur-Steuerungsvorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Ansprüchen 2 und 3 gezeigt.
Die Vorrichtung zur Steuerung der Katalysatortemperatur der vorliegenden Erfindung kann auf eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsvorrichtung für den Verbrennungsmotor angewendet werden. Die Steuerungsvorrichtung führt die magere Verbrennung basierend auf dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis durch Festlegen des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Gemisches, das an den Verbrennungsmotor geliefert werden soll, um auf einer magereren Seite vom stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu liegen, durch. Der Mager-NOx-Katalysator absorbiert das NOx in dem Abgas während der mageren Verbrennung. Die Steuerungsvorrichtung steuert das Luft-Kraftstoff-Verhältnis temporär auf ein fettes Verhältnis, um das in dem NOx-Katalysator absorbierte NOx zu desorbieren. In diesem Fall kann der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsparameter zum abwechselnden Steuern des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in die magere Verbrennung und die fette Verbrennung variabel festgesetzt werden, um die Katalysatortemperatur einzustellen, in dem Fall, in dem die Temperatur des Mager-NOx-Katalysators außerhalb des vorbestimmten Temperaturbereichs liegt.
Ein Verhältnis der mageren Verbrennung zur fetten Verbrennung kann als der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsparameter festgesetzt werden und die Katalysatortemperatur kann auf den vorbestimmten Temperaturbereich in Abhängigkeit von dem Parameter eingestellt werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsparameter festgesetzt werden, um das Verhältnis der fetten Verbrennung zu erhöhen, wenn die Temperatur des NOx-Katalysators niedrig ist. In diesem Fall nehmen die unverbrannten Bestandteile im Abgas (wie beispielsweise HC, CO) zu und die Reaktionswärme der unverbrannten Bestandteile nimmt zu und dadurch steigt die Katalysatortemperatur an. Darüber hinaus kann der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsparameter festgesetzt werden, um das Verhältnis der mageren Verbrennung anzuheben, wenn die Temperatur des NOx-Katalysators hoch ist. In diesem Fall werden die unverbrannten Bestandteile (HC, CO) im Abgas reduziert und die Reaktionswärme der unverbrannten Bestandteile wird auch reduziert und dadurch wird die Katalysatortemperatur gesenkt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist anders als in der Idee des japanischen Patents JP 2 605 556 A für den NOx-Katalysator kein zusätzliches Bauteil wie eine Kraftstoffeinspritzdüse oder eine Luftdüse erforderlich, um die Temperatur des Katalysators zu erhöhen oder zu vermindern. Deshalb kann die Katalysatortemperatur im Vergleich zu diesem Stand der Technik mit einer einfachen Konstruktion präzise gesteuert werden.
Andere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung, ebenso wie Verfahrensabläufe und die Funktion der dazugehörigen Teile werden anhand des Studiums der nachfolgenden detaillierten Beschreibung, der beigefügten Ansprüche und der Zeichnungen, die alle einen Teil dieser Anmeldung bilden, deutlich. In den Zeichnungen ist folgendes gezeigt:
1 ist eine Darstellung der gesamten Konstruktion, in der eine Skizze eines Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungssystems für einen Motor gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt ist.
2 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Kraftstoffeinspritz-Steuerungsroutine gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
3 zeigt die erste Hälfte eines Ablaufdiagramms einer λTG-Einstellungsroutine gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
4 zeigt die zweite Hälfte des Ablaufdiagramms, das die λTG-Einstellungsroutine gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
5 zeigt einen Graphen zum Einstellen des Mager-Steuerungswertes und des Fett-Steuerungswertes des λTG-Wertes in Abhängigkeit von der Katalysatortemperatur gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
6 zeigt einen Graphen zum Einstellen der Anzahl der Mager-Einspritzungen (TL) und der Anzahl der Fett-Einspritzungen (TR) in Abhängigkeit von der Katalysatortemperatur gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
7A zeigt einen Graphen zur Einstellung eines Mager-Korrekturkoeffizienten und eines Fett-Korrekturkoeffizienten in Abhängigkeit von einer Temperatursteuerungsperiode während einer Katalysatortemperaturerhöhungs-Steuerung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
7B zeigt einen Graphen zum Einstellen eines Mager-Korrekturkoeffizienten und eines Fett-Korrekturkoeffizienten in Abhängigkeit von einer Temperatursteuerungsperiode während einer Katalysatortemperaturabnahme-Steuerung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Die 8A und 8B sind Zeitablaufdiagramme, die ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis und eine Katalysatortemperatur zeigen, um eine Funktion des ersten Ausführungsbeispiels zu erläutern.
9 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Lastsummierungsroutine gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
10A zeigt einen Graphen zum Einstellen von TL und TR in Abhängigkeit von dem Qa-Summierungswert während einer Katalysatortemperaturerhöhungs-Steuerung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
10B zeigt einen Graphen zum Einstellen von TL und TR in Abhängigkeit von dem Qa-Summierungswert während einer Katalysatortemperaturverminderungs-Steuerung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Die 11A bis 11E sind Zeitablaufdiagramme, die jeweils ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis, eine Katalysatortemperatur, Qa, einen Qa-Summierungswert und einen Temperaturzunahmeverzögerungs-Zählwert (TIDCV) zeigt, um eine Funktion des zweiten Ausführungsbeispiels zu erläutern.
12 zeigt einen Graphen, der eine Einstellung des λTG-Wertes für die Mager-Steuerung und die Fett-Steuerung zeigt, in Abhängigkeit von der Katalysatortemperatur gemäß einer Abwandlung des ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
13 zeigt einen Graphen, der eine Einstellung der Anzahl der Mager-Einspritzungen (TL) und der Fett-Einspritzungen (TR) in Abhängigkeit von der Katalysatortemperatur gemäß einer Abwandlung des ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt.
Im nachfolgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben.
(Erstes Ausführu ngsbeispiel)
Das erste Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun erläutert. In dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungssystem dieses Ausführungsbeispiels wird die sogenannte Mager-Verbrennungssteuerung durchgeführt, in der das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Gemisches, das an den Verbrennungsmotor geliefert werden soll, auf der mageren Seite des stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eingestellt wird und eine magere Verbrennung auf der Grundlage des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses hergestellt wird. Als Hauptstruktur des Systems ist der NOx-Absorptions-/Reduktions-Katalysator (im nachfolgenden wird darauf als NOx-Katalysator Bezug genommen) im Abgasstrang des Verbrennungsmotors vorgesehen und ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor der Grenzstrombauart (A/F-Sensor) ist auch in der stromaufwärtigen Seite des NOx-Katalysators angeordnet. Eine elektronische Steuereinheit (im nachfolgenden wird darauf als ECU Bezug genommen), die hauptsächlich aus einem Mikrocomputer besteht, holt ein Erfassungsergebnis des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors und führt eine Rückkopplungsregelung im Mager-Luft-Kraftstoff-Verhältnis basierend auf dem Erfassungsergebnis des Sensors durch. Der genauere Aufbau ist unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen detailliert erläutert.
1 zeigt ein Gesamtaufbaudiagramm, das den Aufbau des Luft-Kraftstoff-Steuerungssystems in diesem Ausführungsbeispiel zeigt. In 1 ist der Verbrennungsmotor als 4-Zylinder-4-Takt-Ottomotor (im folgenden wird darauf lediglich als Motor 1 Bezug genommen) konstruiert und der Motor 1 ist mit einem Ansaugrohr 2 und einem Auslaßrohr 3 verbunden. Das Ansaugrohr 2 ist mit einer Drosselklappe 5 versehen, die mit einem Gaspedal 4 verblockt ist und der Öffnungswinkel der Drosselklappe 5 wird durch einen Drosselöffnungswinkelsensor 6 erfaßt. Darüber hinaus ist ein Druckausgleichsbehälter 7 des Ansaugrohrs 2 auch mit einem Einlaßdrucksensor 8 versehen.
Im Zylinder 9 des Motors 1 ist ein Kolben 10 angeordnet, der sich in der Vertikalrichtung in der Zeichnung hin und her bewegt, und dieser Kolben 10 ist über eine Pleuelstange 11 mit einer nicht dargestellten Kurbelwelle gekoppelt. Ein Zylinder und eine Verbrennungskammer 13, die durch einen Zylinderkopf 12 geschlossen ist, sind oberhalb des Kolbens 10 ausgebildet und diese Verbrennungskammer 13 steht mit dem Ansaugrohr 2 und dem Auslaßrohr 3 über das Ansaugventil 14 und das Auslaßventil 15 in Verbindung.
Das Auslaßrohr 3 ist mit einem A/F-Sensor 16 versehen, der aus einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor der Grenzstrombauart besteht, der ein Breitband und lineares Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Signal proportional zur Sauerstoffkonzentration im Abgas (oder der Konzentration von Kohlenmonoxid im unverbrannten Gas) abgibt. Darüber hinaus ist in der stromabwärtigen Seite des A/F-Sensors 16 im Auslaßrohr 3 der NOx-Katalysator 19 angeordnet, der die NOx-Reinigungsfunktion innehat. Dieser NOx-Katalysator 19 ist als Katalysator der NOx-Absorptions-/Reduktions-Bauart bekannt und absorbiert das NOx unter der Bedingung eines mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und reduziert auch das absorbierte NOx unter dem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis mit CO und HC und setzt anschließend das reduzierte NOx frei.
Eine Ansaugöffnung 17 des Motors 1 ist mit einer Einspritzdüse der elektromagnetisch angetriebenen Bauart 18 versehen und der Kraftstoff (Benzin) wird dieser Einspritzdüse 18 von einem nicht dargestellten Kraftstofftank geliefert. In diesem Ausführungsbeispiel ist ein Multipunkt-Einspritzsystem (multi-point injection (MPI)) konstruiert, das eine Einspritzdüse 18 für jedes Zweigrohr des Ansaugkrümmers hat. In diesem Fall werden die Frischluft, die von der stromaufwärtigen Seite des Ansaugrohrs geliefert wird, und von der Einspritzdüse 18 eingespritzter Kraftstoff in der Ansaugöffnung 17 vermischt und das Gemisch wird anschließend in die Verbrennungskammer 13 (Zylinder 9) geliefert, in Abhängigkeit von dem Öffnungsbetrieb des Ansaugventils 14.
Eine Zündkerze 27, die im Zylinderkopf 12 angeordnet ist, wird von einer Zündung 28 mittels Hochspannung gezündet. Die Zündung 28 ist mit einem Verteiler 20 zur Verteilung der Hochspannung zur Zündung an die Zündkerze 27 eines jeden Zylinders verbunden, wobei der Verteiler 20 mit einem Referenz-Positionssensor 21 versehen ist, zum Ausgeben eines Pulssignals nach jeweils 720°CA (Kurbelwinkel), in Abhängigkeit von dem Drehzustand der Kurbelwelle, und mit einem Drehwinkelsensor 22, der ein Pulssignal bei jedem kleinen Kurbelwinkel (z. B. bei jedem 30°CA (Kurbelwinkel)) abgibt.
Auf der stromabwärtigen Seite des NOx-Katalysators 19 ist auch ein Katalysatortemperatursensor 24 zur Erfassung der Temperatur des Katalysators 19 angeordnet. Darüber hinaus ist der Zylinder 9 (Wassermantel) mit einem Wassertemperatursensor 23 versehen, um die Kühlwassertemperatur zu erfassen.
Die ECU 30 ist hauptsächlich aus einem wohlbekannten Mikrocomputersystem zusammengesetzt, das eine CPU 31, ein ROM 32, ein RAM 33, ein Sicherungs-RAM 34, einen A/D-Umwandler 35 und eine Eingangs-/Ausgangs-Schnittstelle (I/O) 36, etc. enthält. Jedes erfaßte Signal des Drosselöffnungswinkelsensors 6, des Einlaßdrucksensors 8, des A/F-Sensors 16, des Wassertemperatursensors 23 und des Katalysatortemperatursensors 24 wird in den A/D-Umwandler 35 eingegeben und anschließend durch die CPU 31 über einen Bus 37 nach der A/D-Umwandlung geholt. Zusätzlich wird das Pulssignal des Referenz-Positionssensors 21 und des Drehwinkelsensors 22 über die Eingangs-/Ausgangs-Schnittstelle 36 und den Bus 37 durch die CPU 31 geholt.
Die CPU 31 stellt in Abhängigkeit von dem erfaßten Signal eines jeden Sensors den Betriebszustand des Motors fest, wie den Öffnungswinkel der Drosselklappe TH, den Lufteinlaßdruck PM, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F), die Kühlwassertemperatur Tw, die Referenz-Kurbelwinkelposition (G-Signal) und die Drehzahl des Motors Ne. Darüber hinaus berechnet die CPU 31 die Kraftstoffmenge, die eingespritzt werden soll, und den Zündzeitpunkt basierend auf den Betriebsbedingungen des Motors und gibt anschließend die Steuersignale an die Einspritzdüse 18 und die Zündung 28 aus.
Als nächstes werden nachstehend die Funktionen des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungssystems, das wie oben erläutert aufgebaut ist, beschrieben.
2 ist ein Ablaufdiagramm, das die Kraftstoffeinspritz-Steuerungsroutine, die von der CPU 31 ausgeführt werden soll, zeigt, und diese Routine wird für jede Kraftstoffeinspritzung eines jeden Zylinders (alle 180°CA Kurbelwinkel in diesem Ausführungsbeispiel) ausgeführt.
Wenn die Routine aus 2 beginnt, liest die CPU 31 zunächst im Schritt 101 das Sensorerfassungsergebnis ein, das die Betriebsbedingungen des Motors anzeigt (die Drehzahl des Motors Ne, den Lufteinlaßdruck PM, die Kühlwassertemperatur Tw, etc.) und berechnet im nachfolgenden Schritt 102 die Menge an Basiseinspritzung Tp in Abhängigkeit von der Drehzahl des Motors Ne und des Lufteinlaßdrucks PM unter Verwendung der Basiseinspritztabelle, die vorher im ROM 32 abgespeichert wurde. Darüber hinaus stellt die CPU 31 im Schritt 103 fest, ob die bekannte Luft-Kraftstoff-Verhältnis-F/B-Bedingung vorliegt oder nicht. Hier bedeutet die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-F/B-Bedingung, daß die Kühlwassertemperatur Tw nicht niedriger als die vorbestimmte Temperatur ist, daß sich der Motor nicht in einem Betriebszustand mit hoher Drehzahl und hoher Last befindet, und daß der A/F-Sensor 16 aktiv ist.
Wenn das Ergebnis der Feststellung im Schritt 103 NEIN ist (wenn die F/B-Bedingung noch nicht vorliegt), geht die CPU 31 zu Schritt 104 und stellt den Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturkoeffizienten FAF auf ”1,0” ein. Das Einstellen von FAF auf 1,0 bedeutet, daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis ohne Rückkopplung gesteuert wird. Darüber hinaus geht die CPU 31 zu Schritt 200 und führt das Einstellen des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses λTG durch, wenn das Ergebnis der Feststellung im Schritt 103 JA ist (wenn die F/B-Bedingung vorliegt). Das Einstellen des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses λTG wird in Abhängigkeit von den Routinen aus den 3 und 4 durchgeführt, die später beschrieben werden.
Danach stellt die CPU 31 im Schritt 105 den Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturkoeffizienten FAF in Abhängigkeit von der Abweichung zwischen dem tatsächlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ (gemessener Wert des Sensors) und dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis λTG ein. In diesem Ausführungsbeispiel wird die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-F/B-Steuerung basierend auf der letzten Steuerungstheorie durchgeführt und der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturkoeffizient FAF, der das erfaßte Ergebnis des A/F-Sensors 16 mit dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis zur Zeit der F/B-Steuerung zum in Übereinstimmung bringt, wird unter Verwendung der folgenden Formeln (1) und (2) berechnet. Die Einstellprozeduren dieses FAF-Wertes sind detailliert in der japanischen veröffentlichten ungeprüften Patentanmeldung HEI 1-110 853 offenbart. FAF = K1·λ + K2·FAF1 + ... + Kn+1·FAFn + Z1 (1) ZI = ZI1 + Ka·(λTG – λ) (2).
In den obigen Formeln (1) und (2) bezeichnet λ den Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Umwandlungswert des Grenzstroms von dem A/F-Sensor 16, K1 bis K_n ₊₁ bezeichnen die F/B-Konstante, ZI bezeichnet einen Intregrationsposten und Ka bezeichnet die Integrationskonstante. Darüber hinaus sind die unteren Indizes 1 bis n + 1 Variablen, die die Anzahl der Steuerungen vom Beginn der Abtastung an bezeichnen.
Nach dem Einstellen des FAF-Wertes berechnet die CPU 31 im Schritt 106 den endgültigen Betrag der Kraftstoffeinspritzung TAU unter Verwendung der Formel (3) anhand des Basiswertes der Kraftstoffeinspritzung Tp, des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturkoeffizienten FAF und der anderen Korrekturkoeffizienten FALL (verschiedene Korrekturkoeffizienten wie die Wassertemperatur und die Luft-Steuerungsvorrichtungslast, etc.). TAU = Tp·FAF·FALL (3)
Nach der Berechnung der Kraftstoffeinspritzmenge TAU beendet die CPU 31 diese Routine durch Ausgeben eines Steuersignals entsprechend dem TAU-Wert an die Einspritzdüse 18.
Als nächstes wird die λTG-Einstellungsroutine entsprechend dem Prozeß in Schritt 200 unter Bezugnahme auf die 3 und 4 erläutert. In dieser Routine wird das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis λTG geeignet eingestellt, um ein zeitweises fettes Verbrennen im Verlauf der mageren Verbrennung zu realisieren. Es wird nämlich die Anzahl der mageren Einspritzungen TL und die Anzahl der fetten Einspritzungen TR auf der Grundlage des periodischen Zählwertes festgelegt, der bei jeder Kraftstoffeinspritzung gezählt werden soll, und die magere Verbrennung und die fette Verbrennung werden abwechselnd in Abhängigkeit von der Anzahl der Einspritzungen TL, TR ausgeführt.
In 3 liest die CPU 31 im Schritt 201 die Temperatur des NOx-Katalysators 19 (Katalysatortemperatur) ein, die von dem Katalysator-Temperatursensor 24 erfaßt wurde. Darüber hinaus stellt die CPU 31 den Mager-Steuerungswert und den Fett-Steuerungswert des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses λTG in Abhängigkeit von der Katalysatortemperatur im Schritt 202 ein. In diesem Fall werden der Mager-Steuerungswert und der Fett-Steuerungswert des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses λTG variabel in Abhängigkeit von den Drehzahlen des Motors Ne und dem Lufteinlaßdruck PM zu jener Zeit eingestellt und sie werden auch in Abhängigkeit von dem Verhältnis in 5 adäquat korrigiert. Wie nämlich in 5 gezeigt ist, wird ein Grad des Mager-Steuerungswertes reduziert und gleichzeitig wird ein Grad des Fett-Steuerungswertes erhöht, wenn die Katalysatortemperatur niedriger als 200°C ist, in Bezug zu dem Mager-Steuerungswert und dem Fett-Steuerungswert, wenn die Katalysatortemperatur innerhalb des vorbestimmten Temperaturbereiches (in diesem Ausführungsbeispiel 200–400°C der Katalysatoraktivierungstemperatur) liegt. Darüber hinaus wird ein Grad des Mager-Steuerungswertes erhöht und gleichzeitig ein Grad des Fett-Steuerungswertes reduziert, wenn die Katalysatortemperatur höher als 400°C ist.
Jedoch kann das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis λTG in dem Temperaturbereich der Katalysatortemperatur < 200°C oder der Katalysatortemperatur > 400°C in Abhängigkeit von der Katalysatortemperatur nur für einen des Mager-Steuerungswertes oder des Fett-Steuerungswertes verändert werden (entweder ist der Mager-Steuerungswert oder der Fett-Steuerungswert fest).
Danach geht die CPU 31 zu Schritt 204 unter der Bedingung, daß der Mager-Zähler oder der Fett-Zähler auf ”0” zurückgesetzt wurde (das Ergebnis im Schritt 203 ist JA), und stellt die variable Periode von mager und fett, nämlich die Anzahl der Mager-Einspritzungen TL und die Anzahl der Fett-Einspritzungen TR, in Abhängigkeit von der Eingangskatalysatortemperatur ein. In diesem Fall sind die Anzahl der Mager- und Fett-Einspritzungen TL, TR in Abhängigkeit von dem Verhältnis aus 6 eingestellt. Unter Bezugnahme auf die Katalysatortemperatur = 200 bis 400°C wird nämlich ein Verhältnis der Anzahl der Einspritzungen (= TL/TR) auf der niedrigeren Temperaturseite reduziert, während das Verhältnis der Anzahl der Einspritzungen (= TL/TR) auf der höheren Temperaturseite zunimmt.
Genauer heißt das gemäß 6:

– Im Temperaturbereich der Katalysatortemperatur < 200°C wird das Verhältnis der Anzahl der Mager-Einspritzungen L1 und der Anzahl der Fett-Einspritzungen R1 ”L1:R1” auf ungefähr ”5:1” eingestellt;
– Im Temperaturbereich der Katalysatortemperatur = 200 bis 400°C wird das Verhältnis der Anzahl der Mager-Einspritzungen L2 und die Anzahl der Fett-Einspritzungen R2 ”L2:R2” auf ungefähr ”100:1” eingestellt;
– Im Temperaturbereich der Katalysatortemperatur > 400°C wird das Verhältnis der Anzahl an Mager-Einspritzungen L3 und der Anzahl an Fett-Einspritzungen R3 ”L3:R3” auf ungefähr ”300:1” eingestellt.

In 6 wird die Anzahl der Fett-Einspritzungen R1, R2, R3 für eine höhere Katalysatortemperatur erhöht, aber es gibt kein Problem, sogar wenn R1 = R2 = R3. Kurz gesagt ist es ausreichend, daß, wenn die Katalysatortemperatur niedrig ist, die Mager- und Fett-Veränderungsperiode kürzer eingestellt ist, und wenn die Katalysatortemperatur hoch ist, die Mager- und Fett-Variationsperiode länger eingestellt ist.
In 5 und 6 ist beispielsweise der Steuerungsparameter durch den Wert eingestellt, der nicht höher als der NOx-Absorptionsbetrag während der Mager-Steuerung ist, während der Steuerungsparameter durch den Wert zur Reduzierung und Freisetzung des absorbierten NOx während der Fett-Steuerung eingestellt wird, unter Berücksichtigung der NOx-Absorptionsmenge des NOx-Katalysators 19.
Danach korrigiert die CPU 31 die voreingestellte Anzahl an Mager-Einspritzungen TL und Fett-Einspritzungen TR in Abhängigkeit von der Zeitdauer der Katalysatortemperatur-Steuerung im Schritt 205. Hier bedeutet die Dauer der Katalysatortemperatur-Steuerung die Dauer der Anwendung der Mager-Steuerung oder der Fett-Steuerung basierend auf dem Verhältnis der 5 und 6, weil die Katalysatortemperatur außerhalb des Temperaturbereiches von 200–400°C liegt. In diesem Fall kann der Korrekturkoeffizient in Abhängigkeit von dem Verhältnis der 7A und 7B erhalten werden und die endgültige Anzahl an Mager-Einspritzungen TL und Fett-Einspritzungen TR werden unter der folgenden Bedingung bestimmt: TL ← TL × Mager-Korrekturkoeffizient TR ← TR × Fett-Korrekturkoeffizient
Gemäß 7A wird der Mager- und der Fett-Korrekturkoeffizient bestimmt, wenn die Katalysatortemperatur niedrig ist und die Katalysatortemperaturerhöhungs-Steuerung notwendig ist, wenn die Katalysatortemperatur-Steuerung länger als über die vorbestimmte Zeit hinaus geht, um das Verhältnis (= TL/TR) der Anzahl an Mager-Einspritzungen TL und Fett-Einspritzungen TR zu vergrößern. Darüber hinaus wird der Mager- und der Fett-Korrekturkoeffizient gemäß 7B bestimmt, wenn die Katalysatortemperatur hoch ist und die Katalysatortemperaturverminderungs-Steuerung deshalb notwendig ist, wenn die Temperatursteuerung länger als über den vorbestimmten Zeitraum hinaus geht, um das Verhältnis (= TL/TR) der Anzahl an Mager-Einspritzungen TL und Fett-Einspritzungen TR kleiner zu machen.
Nach den Prozessen der Schritte 204 und 205 geht die CPU 31 zu Schritt 206 in 4. Inzwischen überspringt die CPU 31 das Einlesen der Prozesse der Schritte 204, 205 und geht direkt zu Schritt 206, wenn das Ergebnis von Schritt 203 NEIN ist (wenn der Mager-, Fett-Zähler ≠ 0).
Im Schritt 206 stellt die CPU 31 fest, ob die Mager-Steuerung wirksam ist oder nicht, nämlich, ob das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis λTG der Mager-Steuerungswert ist oder nicht. Unter der Mager-Steuerung geht die CPU 31 zu Schritt 207 zur Erhöhung des Mager-Zählers um ”1”.
Darüber hinaus stellt die CPU 31 im nachfolgenden Schritt 208 fest, ob der Mager-Zählwert die voreingestellte Anzahl an Mager-Einspritzungen erreicht hat oder nicht. Wenn der Mager-Zählwert die Anzahl an Mager-Einspritzungen nicht erreicht hat (NEIN im Schritt 208), stellt die CPU 31 den Mager-Steuerungswert, der im Schritt 209 als Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis λTG eingestellt wurde, ein und kehrt anschließend zur Routine in 2 zurück. In diesem Fall wird der Wert von λTG, der im Schritt 209 eingestellt wurde, zur Berechnung des FAF-Wertes im Schritt 105 verwendet und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird durch diesen FAF-Wert mager gesteuert.
Wenn der Mager-Zählwert die Anzahl an Mager-Einspritzungen TL erreicht (JA im Schritt 208), setzt die CPU 31 den Mager-Zähler im Schritt 210 auf ”0” zurück. Nachfolgend stellt die CPU 31 den Fett-Steuerungswert, der im Schritt 211 als Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis λTG voreingestellt wurde, ein und kehrt anschließend zur Routine in 2 zurück. In diesem Fall wird der im Schritt 211 eingestellte Wert λTG zur Berechnung des FAF-Wertes im Schritt 105 verwendet und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird durch diesen FAF-Wert fett gesteuert.
Wenn andererseits das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis λTG von dem Mager-Steuerungswert (Schritt 211) zu dem Fett-Steuerungswert umgeschaltet wird und das Ergebnis der Bestimmung im Schritt 206 NEIN ist, geht die CPU 31 zum Schritt 212 zur Erhöhung des Fett-Zählers um ”1”. Darüber hinaus stellt die CPU 31 im nachfolgenden Schritt 213 fest, ob der Fett-Zählwert die voreingestellte Anzahl an Fett-Einspritzungen TR erreicht hat oder nicht. Wenn der Wert die Anzahl der Fett-Einspritzungen TR nicht erreicht hat (NEIN im Schritt 213), stellt die CPU 31 den Fett-Steuerungswert, der im Schritt 214 als Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis λTG voreingestellt wurde, ein und kehrt anschließend zur Routine in 2 zurück. Es wird nämlich die Fett-Steuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses fortgeführt.
Wenn der Fett-Zählwert die Anzahl an Fetteinspritzungen erreicht hat (JA im Schritt 213), setzt die CPU 31 im Schritt 215 den Fett-Zähler auf ”0” zurück. Nachfolgend stellt die CPU 31 den im Schritt 216 als Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis λTG voreingestellten Mager-Steuerungszählwert ein und kehrt zur Routine in 2 zurück. Die Fett-Steuerung wird nämlich auf die Anfangs-Mager-Steuerung umgeschaltet. Dadurch werden die Anzahl der Mager- und Fett-Einspritzungen TL, TR für den nächsten Prozeß neu eingestellt und die Mager-Steuerung wird wieder begonnen.
Die 8A und 8B sind Zeitablaufdiagramme zur Erläuterung des Steuerungsablaufs durch die Routinen der 2 bis 4. Die Zeitdauer T1 in derselben Figur schlägt vor, daß die Katalysatortemperatur in einem solchen Fall, beispielsweise wenn der Motor gestartet wird, oder im Leerlaufbetrieb, niedriger als 200°C ist. Die Zeitdauer T2 zeigt den Fall an, wo die Katalysatortemperatur höher als 400°C ist, beispielsweise während der Beschleunigung der Fahrzeuggeschwindigkeit oder bei schwerem Lastbetrieb.
In den 8A und 8B wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F) während der Zeitdauer, wenn die Katalysatortemperatur im Temperaturbereich von 200 bis 400°C liegt (andere Zeitdauer als die T1, T2 in der Figur), durch den vorbestimmten Mager-Steuerungswert und den Fett-Steuerungswert entsprechend der Motordrehzahl Ne und dem Lufteinlaßdruck PM gesteuert. In diesem Fall beträgt das Zeitverhältnis der Mager-Steuerung und der Fett-Steuerung ungefähr ”100:1”.
Inzwischen wird in der Zeitdauer T1, in der die Katalysatortemperatur abgesenkt wird, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis so gesteuert, daß der Grad der mageren Verbrennung während der Mager-Steuerung kleiner wird und gleichzeitig der Grad der Fett-Verbrennung während der Fett-Steuerung größer gemacht wird (siehe 5). Zusätzlich wird das Zeitverhältnis der Mager-Steuerung und der Fett-Steuerung auf ungefähr ”5:1” reduziert (siehe 6). In diesem Fall wird die Rate der fetten Verbrennung größer als diejenige der mageren Verbrennung und dadurch nimmt die Menge an unverbranntem HC im Abgas zu. Das bedeutet, daß die während der Oxidation von unverbranntem HC durch den NOx-Katalysator 19 erzeugte Wärmemenge zunimmt und die Katalysatortemperatur gesteuert wird, um anzusteigen. Deshalb steigt in der letzten Hälfte der Zeitdauer T1 die Katalysatortemperatur an und kehrt zu dem Temperaturbereich von 200 bis 400°C zurück.
Andererseits wird in der Zeitdauer 2, in der die Katalysatortemperatur ansteigt, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis so gesteuert, daß ein Grad an Mager-Verbrennung in der Mager-Steuerung größer gemacht wird und gleichzeitig ein Grad an fetter Verbrennung in der Fett-Steuerung kleiner gemacht wird (siehe 5). Zusätzlich wird das Zeitverhältnis der Mager-Steuerung zur Fett-Steuerung auf ungefähr ”300:1” erweitert (siehe 6). In diesem Fall wird unverbranntes HC im Abgas reduziert, weil die Rate der fetten Verbrennung für die Mager-Verbrennung kleiner wird. Das bedeutet, daß die durch die Oxidation von unverbranntem HC durch den NOx-Katalysator erzeugte Wärmemenge reduziert wird und die Katalysatortemperatur so gesteuert wird, daß sie fällt. Deshalb fällt die Katalysatortemperatur in der letzten Hälfte der Zeitdauer T2 ab und kehrt zum Temperaturbereich von 200 bis 400°C zurück.
In diesem Ausführungsbeispiel entspricht die Routine aus 3 der Katalysatortemperatur-Einstellvorrichtung. Darüber hinaus entspricht der Mager-Steuerungswert und der Fett-Steuerungswert des im Schritt 202 aus 3 eingestellten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und die Anzahl der Mager-Einspritzungen TL und die Anzahl der Fett-Einspritzungen TR, die im Schritt 204 jeweils eingestellt wurden, dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsparameter.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel können die folgenden Wirkungen erzielt werden.

(a) In diesem Ausführungsbeispiel wird der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsparameter zum abwechselnden Steuern des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in der mageren und der fetten Verbrennung variabel eingestellt und dadurch wird die Katalysatortemperatur eingestellt, wenn die Temperatur des NOx-Katalysators 19 außerhalb des vorbestimmten Temperaturbereichs liegt. Die Zeitdauer der Mager-Verbrennung zu/von der Fett-Verbrennung und der Grad des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses während der mageren oder der fetten Verbrennung werden als die Luft- Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsparameter eingestellt und die Katalysatortemperatur wird gemäß den Parametern eingestellt (siehe 5 und 6). Gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung wird die Zeitdauer der mageren Verbrennung und der fetten Verbrennung als der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsparameter eingestellt und die Katalysatortemperatur wird durch diesen Parameter eingestellt. Wenn in diesem Fall die Katalysatortemperatur niedrig ist, wird die Zeitdauer der mageren Verbrennung und der fetten Verbrennung verkürzt. Das Zeitverhältnis der mageren Zeit zur fetten Zeit (= Mager-Zeit/Fett-Zeit) wird nämlich klein eingestellt. Darüber hinaus wird, wenn die Katalysatortemperatur hoch ist, die Zeitdauer der mageren Verbrennung und der fetten Verbrennung länger festgesetzt. Das Zeitverhältnis der Mager-Zeit zur Fett-Zeit (= Mager-Zeit/Fett-Zeit) wird größer eingestellt. Als ein zweiter Aspekt der Erfindung wird ein Grad an magerer Verbrennung während der Mager-Verbrennung oder ein Grad an fetter Verbrennung während der Fett-Verbrennung als der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsparameter eingestellt und die Katalysatortemperatur wird durch diesen Parameter eingestellt. In diesem Fall wird, wenn die Katalysatortemperatur niedrig ist, ein Grad an fetter Verbrennung während der Fett-Verbrennung größer eingestellt (oder ein Grad an magerer Verbrennung während der Mager-Verbrennung wird kleiner eingestellt). Wenn die Katalysatortemperatur hoch ist, wird darüber hinaus ein Grad an fetter Verbrennung während der Fett-Verbrennung kleiner eingestellt (oder ein Grad an magerer Verbrennung während der Mager-Verbrennung wird größer eingestellt). Kurz gesagt, wenn die Katalysatortemperatur niedrig ist, wird der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsparameter so eingestellt, daß er die Rate der fetten Verbrennung größer macht. In diesem Fall steigt die Katalysatortemperatur, weil unverbrannte Bestandteile (HC, CO) im Abgas zunehmen und die Reaktionswärme der unverbrannten Bestandteile ebenso ansteigt. Wenn die Katalysatortemperatur hoch ist, wird darüber hinaus der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsparameter so eingestellt, daß er die Rate der Mager-Verbrennung größer macht. In diesem Fall wird die Katalysatortemperatur gesenkt, weil unverbrannte Bestandteile (HC, CO) im Abgas abnehmen und die Reaktionswärme der unverbrannten Bestandteile ebenfalls abnimmt. Gemäß der oben beschriebenen Konstruktion ist es anders als in der Vorrichtung aus dem Stand der Technik (Patent JP 2 605 556 A ) nicht erforderlich, die zusätzliche Konstruktion zum Anheben und Absenken der Katalysatortemperatur wie eine Kraftstoffeinspritzdüse und eine Luftdüse für den NOx-Katalysator bereitzustellen. Als ein Ergebnis kann die Katalysatortemperatur mit der vereinfachten Vorrichtung präzise gesteuert werden.
(b) In der Katalysatortemperatur-Steuerungszeitdauer wird der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsparameter geeignet in Abhängigkeit von der Dauer der Steuerung verändert (Schritt 205 in 3). Wenn von der Dauer der Temperatursteuerung angenommen wird, daß die Katalysatortemperatur zum vorbestimmten Temperaturbereich zurückkehrt, wird nämlich der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsparameter in einer solchen Richtung geändert, daß die Mager- und die Fett-Steuerung für die Katalysatortemperatur-Steuerung eingestellt wird. Dadurch kann eine übermäßige Katalysatortemperatur-Steuerung eingeschränkt werden. Im übrigen wird in den obigen Ausführungsbeispielen die Anzahl der Einspritzungen TL, TR in Abhängigkeit von der Dauer der Temperatursteuerung korrigiert, aber es ist auch möglich, den obigen Prozeß zu ändern und für den Mager-Steuerungswert oder den Fett-Steuerungswert zu korrigieren.
(c) Genauer gesagt werden in der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung basierend auf den 5 und 6 die magere und die fette Steuerung jeweils mit dem Wert ausgeführt, der nicht mehr als der Absorptionsbetrag während der Mager-Steuerung ist, oder mit dem Betrag zur Reduzierung und Freisetzung des absorbierten NOx während der Fett-Steuerung, unter Berücksichtigung der absorbierten Menge an NOx des NOx-Katalysators 19. Deshalb kann die Reinigungsrate des Abgases des NOx-Katalysators 19 während der Fortdauer der geeigneten Katalysatortemperatur-Steuerung auf dem adäquaten Niveau aufrechterhalten werden.

(Zweites Ausführungsbeispiel)
Das zweite Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird anschließend unter Bezugnahme auf die 9 bis 11 erläutert. Jedoch werden in der Konstruktion des zweiten Ausführungsbeispiels die Elemente, die gleich zu denjenigen des ersten Ausführungsbeispiels sind, mit den gleichen Bezugszeichen versehen und deren Erläuterung wird hier nicht wiederholt. Es wird hauptsächlich der Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel erläutert.
Im ersten Ausführungsbeispiel ist der Katalysatortemperatursensor 24 an dem Auslaßrohr 3 des Motors vorgesehen und die Katalysatortemperatur wurde unter direkter Verwendung des Erfassungsergebnisses des Sensors 24 erhalten. In diesem Ausführungsbeispiel ist jedoch ein akkumulierter Wert der Motorlast, die den Betriebszustand des Motors definiert, als abgeschätzter Parameter der Katalysatortemperatur definiert. Auf der Grundlage dieses abgeschätzten Parameters (akkumulierter Wert der Motorlast) wird die Mager-/Fett-Änderungsperiode (die Anzahl an Mager-Einspritzungen, die Anzahl an Fett-Einspritzungen) eingestellt und der NOx-Katalysator 19 wird angesteuert, damit die Temperatur in Abhängigkeit von dieser Änderungsperiode steigt oder fällt.
9 ist ein Ablaufdiagramm, das die Lastsummierungsroutine zeigt, die durch die CPU 31 bei jeder Kraftstoffeinspritzung in jeden Zylinder (alle 180°CA Kurbelwinkel) ausführt.
In 9 liest die CPU 31 im Schritt 301 die Menge an Einlaßluft Qa als Motorlast ein. Die Menge an Einlaßluft kann anhand der Motordrehzahl Ne und dem Lufteinlaßdruck PM berechnet werden. Darüber hinaus bestimmt die CPU 31 die Last des Motors 1 anhand der Einlaßmenge der Einlaßluft Qa in den nachfolgenden Schritten 302, 303. Die CPU 31 bestimmt nämlich im Schritt 302, ob die Menge an Einlaßluft Qa geringer als der vorbestimmte Wert KQ1 ist oder nicht und bestimmt ferner im Schritt 303, ob die Menge an Einlaßluft Qa größer als der vorbestimmte Wert KQ2 ist oder nicht (KQ1 < KQ2).
Während dem stetigen Motorbetrieb werden die Prozesse der Schritte 302, 303 negiert und die CPU 31 geht zu Schritt 304. Im Schritt 304 setzt die CPU 31 die aufsummierte Menge der Einlaßluft Qa (im nachfolgenden wird darauf als Summierungswert Qa bezug genommen) auf ”0” zurück. Darüber hinaus stellt die CPU 31 im Schritt 305 einen Temperaturanstiegs-Verzögerungszählwert (TIDCV) auf den vorbestimmten Einstellwert ein und stellt im nachfolgenden Schritt 306 den vorbestimmten Einstellwert auf den Temperaturverminderungs-Verzögerungszählwert (TDDCV) ein und beendet danach einmal diese Routine.
Zu der Zeit des Motorstarts und während dem Leerlauf des Motors wird der Prozeß des Schritts 302 anerkannt und die CPU 31 geht zu Schritt 307. Darüber hinaus bewirkt die CPU 31 eine Verminderung um ”1” für TIDCV im Schritt 307. In diesem Fall wird TIDCV bei ”0” gesichert, so daß TIDCV keinen negativen Wert hat.
Danach bestimmt die CPU 31 im Schritt 308, ob TIDCV gleich ”0” ist oder nicht. Wenn die TIDCV ≠ 0 ist, setzt die CPU 31 den Qa-Summierungswert im Schritt 309 auf ”0” zurück, und wenn TIDCV = 0 ist, wird der laufende Qa-Summierungswert im Schritt 310 von der Lufteinlaßmenge Qa und dem gerade vorhergehenden Qa-Summierungswert erhalten (laufender Summierungswert Qa = gerade vorhergehender Wert + Qa). Nach den Prozessen des Schritts 309 oder 310 vollendet die CPU 31 einmal diese Routine.
Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit in der Zwischenzeit beschleunigt wurde, oder während einem schwereren Lastbetrieb des Motors, wird der Prozeß des Schrittes 303 anerkannt und die CPU 31 geht zu Schritt 311. Die CPU 31 bewirkt im Schritt 311 eine Verminderung von TDDCV um ”1”. In diesem Fall wird TDDCV bei ”0” gesichert, so daß TDDCV keinen negativen Wert hat.
Danach stellt die CPU 31 im Schritt 312 fest, ob TDDCV = ”0” ist oder nicht. Wenn TDDCV ≠ 0 ist, setzt die CPU 31 im Schritt 313 den Summierungswert Qa auf ”0” zurück. Wenn TDDCV = 0 ist, erhält CPU 31 im Schritt 314 den laufenden Summierungswert Qa (laufender Summierungswert Qa = gerade vorhergehender Wert + Qa) von der eingegebenen Lufteinlaßmenge Qa und dem gerade vorhergehenden Summierungswert Qa. Nach dem Prozeß des Schritts 313 oder 314 vollendet die CPU 31 einmal diese Routine.
Wenn der Summierungswert Qa wie vorstehend erläutert erhalten werden kann, werden die Anzahl der Mager-Einspritzungen TL und die Anzahl der Fett-Einspritzungen TR in Abhängigkeit von dem Verhältnis der 10A und 10B eingestellt, unter Verwendung des relevanten Summierungswertes Qa als den abgeschätzten Parameter der Katalysatortemperatur. Die 10A zeigt die Wiederbeschaffungstabelle der Anzahl der Mager-Einspritzungen TL und der Fett-Einspritzungen TR bei der Temperaturerhöhungssteuerung des Katalysators, während 10B die Wiederbeschaffungstabelle der Anzahl der Mager-Einspritzungen und der Fett-Einspritzungen in der Temperaturabsenksteuerung des Katalysators zeigt. Der Einstellprozeß der Anzahl der Einspritzungen TL, TR basierend auf den 10A und 10B kann anstelle des Prozesses des Schrittes 204 aus 3 (Einstellprozeß der Anzahl an Einspritzungen basierend auf 6) durchgeführt werden.
Gemäß der 10A werden TL und TR jeweils so eingestellt, daß:

– wenn der Summierungswert Qa nicht größer als der vorbestimmte Wert R1 ist, ein Verhältnis der Anzahl an Mager-Einspritzungen TL zu der Anzahl der Fett-Einspritzungen TR ungefähr ”100:1” wird;
– wenn der Summierungswert Qa gleich dem vorbestimmten Wert R1 bis R2 ist, ein Verhältnis der Anzahl der Mager- Einspritzungen TL zu der Anzahl der Fett-Einspritzungen TR ungefähr ”5:1” wird; und
– wenn der Summierungswert Qa nicht niedriger als der vorbestimmte Wert R2 ist, ein Verhältnis der Anzahl an Mager-Einspritzungen TL zu der Anzahl an Fett-Einspritzungen TR ungefähr ”50:1” wird.

Darüber hinaus werden gemäß der 10B TL und TR jeweils so eingestellt, daß:

– wenn der Summierungswert Qa nicht größer als der vorbestimmte Wert R3 ist, ein Verhältnis der Anzahl an Mager-Einspritzungen TL zu der Anzahl an Fett-Einspritzungen TR ungefähr ”100:1” wird;
– wenn der Summierungswert Qa gleich dem vorbestimmten Wert R3 bis R4 ist, ein Verhältnis der Anzahl an Mager-Einspritzungen TL zu der Anzahl an Fett-Einspritzungen TR ungefähr ”300:1” wird; und
– wenn der Summierungswert Qa nicht niedriger als der vorbestimmte Wert R4 ist, ein Verhältnis der Anzahl an Mager-Einspritzungen TL zu der Anzahl an Fett-Einspritzungen TR ungefähr ”200:1” wird.

Die Tatsache, daß das Verhältnis der Anzahl an Einspritzungen beispielsweise ”100:1” wird, wenn der Summierungswert Qa nicht größer als R1 oder nicht kleiner als R3 in den 10A und 10B wird, bedeutet, daß die Änderungsperiode der mageren und fetten Steuerung (magere und fette Steuerung im Normalbetrieb) im wesentlichen fortgeführt wird.
Wenn darüber hinaus der Summierungswert Qa nicht niedriger als die vorbestimmten Werte Ra, Rb, wie durch die Phantomlinie in den 10A, 10B angezeigt ist, wird, kann das Verhältnis der Anzahl der Einspritzungen TL zu TR auf ungefähr ”100:1” unter dem stetigen Zustand zurückgesetzt werden.
Die 11A bis 11E sind Zeitablaufdiagramme zur Erläuterung des Betriebes in diesem Ausführungsbeispiel. Jedoch zeigen die Figuren Beispiele der Temperaturerhöhungssteuerung des NOx-Katalysators 19, wobei die Zeitdauer von t1 bis t5 der Betriebsdauer des Motors 1 mit niedriger Last entspricht.
Wenn die Lufteinlaßmenge Qa niedriger als der vorbestimmte Wert KQ1 beim Zeitpunkt t1 wird, wird damit begonnen, daß TIDCV von dem vorbestimmten Einstellwert (Schritt 307 in 9) heruntergezählt wird. In diesem Fall wird die Katalysatortemperatur allmählich reduziert und gelangt schließlich unter 200°C, wenn die Einlaßluftmenge Qa reduziert wird. Zum Zeitpunkt t2, bei dem TIDCV gleich 0 wird, wird die Summierung des Summierungswertes Qa begonnen (Schritt 310 aus 9).
Danach wird zum Zeitpunkt t3, bei dem der Summierungswert Qa ≥ R1 ist, ein Verhältnis der Anzahl an Mager-Einspritzungen TL zu der Anzahl an Fett-Einspritzungen TR in Abhängigkeit von dem Verhältnis aus der 10A (Zeit t3 bis t4) vom vorhergehenden ”100:1” auf ungefähr ”5:1” geändert. In diesem Fall steigt die Reaktionswärme durch das unverbrannte HC im Abgas, da die fette Periode länger als die magere Periode wird, und dadurch steigt die Katalysatortemperatur allmählich an. Demgemäß wird die Katalysatortemperatur auf den vorbestimmten Temperaturbereich (200 bis 400°C) zurückgesetzt.
Danach wird bei dem Zeitpunkt t4, bei dem der Summierungswert Qa ≥ R2 ist, das Verhältnis der Anzahl an Mager-Einspritzungen TL zu der Anzahl an Fett-Einspritzungen TR in Abhängigkeit von dem Verhältnis aus 10A (t4 bis t5) auf ungefähr ”50:1” geändert.
Wenn der Betrieb des Motors 1 mit niedriger Last vollendet wird und die Lufteinlaßmenge Qa zur Zeit t5 nicht niedriger als der vorbestimmte Wert KQ1 wird, kehrt das Verhältnis der Anzahl an Mager-Einspritzungen TL zur Anzahl an Fett-Einspritzungen TR unter dem stetigen Zustand auf ungefähr ”100:1” zurück. In diesem Fall wird der Summierungswert Qa auf ”0” zurückgesetzt und der vorbestimmte Einstellwert wird als TIDCV eingestellt (Schritte 304, 305 aus 9).
In diesem Ausführungsbeispiel kann ähnlich zum ersten Ausführungsbeispiel die Katalysatortemperatur mit einer einfachen Konstruktion präzise gesteuert werden. Darüber hinaus können die folgenden Auswirkungen zusätzlich zu den oben erläuterten Auswirkungen erzielt werden:

– In diesem Ausführungsbeispiel wird der Lastzustand des Motors erfaßt und es wird festgestellt, ob sich der NOx-Katalysator 19 in der Temperaturverminderungsperiode oder der Temperaturerhöhungsperiode in Abhängigkeit von dem erfaßten Lastzustand des Motors (Summierungswert Qa) befindet. Unter Verwendung des Ergebnisses der Feststellung, ob die Temperaturerhöhungssteuerung oder die Temperaturverminderungssteuerung für den NOx-Katalysator 19 notwendig ist, kann eine bessere Katalysatortemperatursteuerung ausgeführt werden.
– Darüber hinaus wird der Summierungswert Qa durch mehrere unterschiedliche Grenzwerte (R1, R2 in 10A und R3, R4 in 10B) in der Temperaturerhöhungs- Steuerungsperiode und der Temperaturverminderungs-Steuerungsperiode bestimmt, und die Anzahl an Mager-Einspritzungen und Fett-Einspritzungen TL, TR wird in Abhängigkeit von dem festgestellten Ergebnis geändert. Deshalb kann der Nachteil, daß eine übermäßige Temperaturerhöhungs-Steuerung für die Katalysatortemperatur durchgeführt wird, beseitigt werden, wenn der Lastzustand des Motors 1 mit niedriger Last für eine längere Zeit fortgeführt wird.
– Darüber hinaus besteht ein konstruktiver Vorteil darin, daß der Katalysatortemperatursensor 24 durch Abschätzen der Katalysatortemperatur basierend auf dem Lastzustand des Motors weggelassen werden kann.

(Andere Abwandlungen)
Die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung können wie folgt abgewandelt werden.
Die Kennlinien aus den 5 und 6 im ersten Ausführungsbeispiel können geändert werden. In der 5 und in der 6 werden die Luft-Kraftstoff-Verhältnissteuerungsparameter (Mager- und Fett-Steuerungswerte λTG und Anzahl der mageren und fetten Einspritzungen) individuell für drei Bereiche der Katalysatortemperatur < 200°C, Katalysatortemperatur = 200 bis 400°C, Katalysatortemperatur > 400°C eingestellt werden, aber die Parameter eines jeden Bereiches können in mehrfache Stufen eingestellt werden. Desweiteren, wie in 12 und in 13 gezeigt ist, kann auch jeder Parameter so eingestellt werden, daß er sich allmählich in den Bereich außerhalb des Katalysatortemperaturbereichs von 200 bis 400°C ändert. Gemäß einem solchen Aufbau kann die Erzeugung einer Drehmoment-Schwankung zur Zeit der Änderung der Luft- Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsparameter für die Katalysatortemperatur-Steuerung sicher gesteuert werden.
In dem ersten Ausführungsbeispiel werden die Periode zum Umschalten zwischen der mageren Verbrennung und der fetten Verbrennung und ein Grad des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses während der mageren Verbrennung und der fetten Verbrennung als die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsparameter betrachtet, und die Katalysatortemperatur wurde in Abhängigkeit von diesen Parametern eingestellt. Es ist jedoch auch möglich, anstelle des obigen Einstellens, daß nur eine der zwei Arten an Steuerparametern, die oben erläutert wurden, variabel eingestellt werden, um die Katalysatortemperatur-Steuerung auszuführen. Mit anderen Worten, die Katalysatortemperatur kann durch ledigliches variables Einstellen der Periode zum Umschalten zwischen der mageren Verbrennung und der fetten Verbrennung gesteuert werden. Die Katalysatortemperatur kann auch durch ledigliches variables Einstellen eines Grads eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses während der mageren Verbrennung und der fetten Verbrennung (zumindest eines Grades aus den Graden der mageren und der fetten Verbrennung) gesteuert werden. Sogar in diesem Modus kann, ähnlich wie im vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiel, die Aufgabe der vorliegenden Erfindung erfüllt werden. Kurz gesagt, es reicht aus, wenn die Konstruktion derart ausgebildet ist, daß ein Verhältnis der mageren Verbrennung und der fetten Verbrennung als Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsparameter variabel eingestellt wird und dadurch die Katalysatortemperatur auf den vorbestimmten Temperaturbereich eingestellt werden kann.
Im zweiten Ausführungsbeispiel wird der Lastzustand des Motors von dem Summierungswert Qa überwacht und die Anzahl der mageren und fetten Einspritzungen wurde durch Abschätzen der Katalysatortemperatur in Abhängigkeit von dem Lastzustand des Motors geeignet geändert. Es ist jedoch auch möglich, anstelle dieser Konstruktion, den Grad der Magerkeit und der Fettigkeit der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung gemäß beispielsweise einem Abschätzen der Katalysatortemperatur geeignet zu ändern. Ferner kann anstelle des Summierungswertes Qa der Summierungswert des Lufteinlaßdrucks und der Summierungswert des Drosselwinkels und des Beschleunigungspedalwinkels verwendet werden. Zusätzlich kann im Nachhinein ein Durchschnittswert der verschiedenen Motorlastdaten (Lufteinlaßmenge Qa, etc.) berechnet werden und es kann anhand des berechneten Durchschnittswertes festgestellt werden, ob sich der NOx-Katalysator in der Temperaturabnahmeperiode oder in der Temperaturzunahmeperiode befindet.
In jedem vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiel wurde die magere Verbrennung und die fette Verbrennung durch Umschalten des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses λTG für den Mager-Steuerungswert und den Fett-Steuerungswert ausgeführt wurde, es ist jedoch anstelle dieses Verfahrens auch möglich, daß der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturkoeffizient FAF zum Beispiel auf die magere Korrekturseite und die fette Korrekturseite umgeschaltet werden kann, um dadurch die magere Verbrennung und die fette Verbrennung durchzuführen.
In dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungssystem in jedem der oben erläuterten Ausführungsbeispiele wurde das Luft-Kraftstoff-Verhältnis mittels Rückkoppelung geregelt, in Abhängigkeit von einer Abweichung zwischen dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis und dem tatsächlich erfaßten Luft-Kraft-Verhältnis (tatsächliches Luft-Kraftstoff-Verhältnis) unter Verwendung der letzten Regelungstheorie, aber anstelle dieses Verfahrens ist es auch möglich, die Rückkopplungsregelung für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis beispielsweise durch die PI-Regelung auszuführen und die offene Steuerung für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis auszuführen.
Der NOx-Katalysator 19, der in einem Auslaßrohr 3 eines Motors 1 angeordnet ist, absorbiert NOx unter der Bedingung eines mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und desorbiert das NOx unter der Bedingung eines fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses. Die CPU 31 in der ECU 30 stellt ein Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Gasgemisches, das an den Motor 1 geliefert werden soll, auf eine magere Seite eines stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ein, um eine magere Verbrennung basierend auf dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis auszuführen. Darüber hinaus stellt die CPU 31 einen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsparameter variabel ein, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis im mageren und im fetten Modus abzuwechseln, wenn eine Temperatur des NOx-Katalysators 19 außerhalb eines vorbestimmten Temperaturbereiches liegt, und stellt dadurch die Katalysatortemperatur ein. Die Zeitdauer zum Umschalten zwischen der mageren Verbrennung und der fetten Verbrennung und der Grad des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (Grad der Magerkeit oder der Fettigkeit) während der mageren und der fetten Verbrennung, werden nämlich als Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsparameter eingestellt und die Katalysatortemperatur wird in Abhängigkeit von diesen Parametern eingestellt.

Claims

Katalysatortemperatur-Steuerungsvorrichtung für eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor (1), wobei die Vorrichtung zur Steuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eine magere Verbrennung in Abhängigkeit von einem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis steuert, das magerer als ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines zu dem Verbrennungsmotor (1) zu liefernden Gasgemisches ist, und wobei NOx im Abgas durch einen Mager-NOx-Katalysator (19) während der mageren Verbrennung absorbiert wird und das von dem Mager-NOx-Katalysator (19) absorbierte NOx während einer fetten Verbrennung von dem Mager-NOx-Katalysator (19) desorbiert wird, indem das Luft-Kraftstoff-Verhältniss so gesteuert wird, dass es fett wird, wobei die Katalysatortemperatur-Steuerungsvorrichtung eine Katalysatortemperatursteuereinrichtung (31) zur derartigen Steuerung einer Temperatur des NOx-Katalysators (19) hat, dass ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsparameter zum abwechselnden Steuern eines Verhältnisses zwischen der Zeitdauer der mageren Verbrennung und der Zeitdauer der fetten Verbrennung variabel eingestellt wird, wenn die Temperatur des Mager- NOx-Katalysators außerhalb eines vorbestimmten Temperaturbereiches liegt, wobei, wenn die Temperatur des Mager-NOx-Katalysators höher als der vorbestimmte Bereich ist, die Katalysatortemperatursteuereinrichtung (31) eine Temperaturverringerungssteuerung ausführt, bei der ein Zeitverhältnis einer mageren Verbrennungszeitdauer relativ zu einer fetten Verbrennungszeitdauer auf einen hohen Wert eingestellt wird, und wobei, wenn die Temperatur des Mager-NOx-Katalysators geringer als der vorbestimmte Bereich ist, die Katalysatortemperatursteuereinrichtung (31) eine Temperaturerhöhungssteuerung ausführt, bei der ein Zeitverhältnis der mageren Verbrennungszeitdauer relativ zur fetten Verbrennungszeitdauer auf einen geringeren Wert eingestellt wird.
Katalysatortemperatur-Steuerungsvorrichtung gemäß der Anspruch 1, wobei die Katalysatortemperatur-Steuerungsvorrichtung (31) einen mageren Grad relativ zu einem stöchiometrischen Verhältnis bei einer mageren Verbrennung oder einen fetten Grad relativ zu dem stöchiometrischen Verhältnis als Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungsparameter variabel einstellt und wobei, wenn die Temperatur des Mager-NOx-Katalysators höher wird, die Katalysatortemperatursteuereinrichtung (31) den mageren Grad in der mageren Verbrennung relativ zu dem stöchiometrischen Verhältnis größer einstellt, oder den fetten Grad in der fetten Verbrennung relativ zu dem stöchiometrischen Verhältnis kleiner einstellt.
Katalysatortemperatur-Steuerungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, die des weiteren folgendes aufweist: eine Motorlast-Bestimmungsvorrichtung (Schritt 301, 302, 303) zur Bestimmung einer Motorlast, und eine Katalysatortemperatur-Bestimmungsvorrichtung (31) zur auf der Basis der Motorlast erfolgenden Bestimmung, ob sich der Mager-NOx-Katalysator (19) in einer Temperaturverringerungszeitspanne befindet, die für eine Temperaturverringerungssteuerung erforderlich ist, oder sich der Mager-NOx-Katalysator (19) in einer Temperaturerhöhungszeitspanne befindet, die für eine Temperaturerhöhungssteuerung erforderlich ist, wobei wenn die Katalysatortemperatur-Bestimmungsvorrichtung bestimmt, das der Mager-NOx-Katalysator sich in der Temperaturverringerungszeitspanne befindet, die für die Temperaturverringerungssteuerung erforderlich ist, die Katalysatortemperatursteuereinrichtung (31) ein Zeitverhältnis der mageren Verbrennung relativ zur fetten Verbrennung im Vergleich zu einem Fall auf einen hohen Wert einstellt, bei dem die Katalysatortemperatur-Bestimmungsvorrichtung bestimmt, dass der Mager-NOx-Katalysator sich in der Temperaturerhöhungszeitspanne befindet.