DE19914787A1 - Abgasreinigungssystem für einen Verbrennungsmotor - Google Patents

Abgasreinigungssystem für einen Verbrennungsmotor

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Abstract

Die Fahreigenschaft wird verbessert, indem das Auftreten eines Drehmomentstoßes in einem Wiederherstellbetrieb für die Reinigungsfähigkeit eines Abgasreinigungssystems eines Verbrennungsmotors (1) verhindert wird. In einem Regenerationsbetrieb eines NOx-Katalysators, der sich in einem katalytischen Umwandler (22) befindet, wird eine Abgasdurchflußmenge durch Verringerung eines Öffnungsgrades einer Abgasdrosselklappe (20) reduziert und ein Reduktionsmittel wird aus einer Zugabedüse (21) hinzugefügt. Da einfaches Haften an einem solchen Regenerationsbetrieb einen Pumpverlust ansteigen läßt und eine Motorleistung eines Motors reduziert und dadurch einen Drehmomentstoß hervorbringt, wird nicht nur ein Öffnungsgrad eines EGR-Ventils (29) korrigiert, so daß er vergrößert wird, sondern es wird ferner eine Einspritzrate eines Hauptkraftstoffs, der an die Verbrennungskammer des Motors (1) geliefert wird, korrigiert, so daß er erhöht wird, um dieselbe Motorleistung wie im Betriebszustand vor der Reduzierung der Abgasdurchflußmenge sicherzustellen.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Abgasreinigungssystem für einen Verbrennungsmotor. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Abgasreinigungssystem, das in der Lage ist, NOx im Abgas des Verbrennungsmotors, der mit einem mageren Luft-Kraft­ stoffverhältnis betrieben wird, wirksam zu beseitigen, wobei der Motor ein Dieselmotor oder ein Benzinmotor sein kann, der mit einem mageren Gasgemisch betrieben wird.
Ein derartiges Abgasreinigungssystem wurde beispielsweise in der Japanischen Patentanmeldungsoffenlegung Nr. HEI 6-200740 offenbart. Dieses System enthält einen NOx-Katalysator, der NOx in der Anwesenheit von Sauerstoff in einer Abgasleitung eines Dieselmotors absorbiert. Wenn im Abgas enthaltenes NOx in dem NOx-Katalysator absorbiert wird und der NOx-Ab­ sorptionswirkungsgrad des NOx-Katalysators abnimmt, wird nicht nur eine Durchflußmenge an Abgas, das zum NOx-Katalysator geleitet wird, vermindert, sondern es wird auch ein gasförmiger Reduktant beziehungsweise ein Reduktionsmittel geliefert, wodurch NOx nicht nur aus dem NOx-Katalysator freigesetzt wird, sondern das so freigesetzte NOx durch Reduktion beseitigt wird. Das heißt, in dem System wird das angelieferte Reduktionsmittel durch eine katalytische Wirkung des NOx-Katalysators verbrannt, um Sauerstoff in dem Abgas zu verbrauchen, was eine Sauerstoffkonzentration im Umgebungsgas, das den NOx-Katalysator umgibt, reduziert. Dadurch wird das absorbierte NOx aus dem NOx-Katalysator freigesetzt und das freigesetzte NOx wird durch Reduktion mit dem Reduktionsmittel beseitigt.
In dem herkömmlichen Abgasreinigungssystem ist in dem Fall, in dem eine Sauerstoffgaskonzentration im Umgebungsgas, das den NOx-Katalysator umgibt, reduziert wird und dadurch das absorbierte NOx aus dem NOx-Katalysator freigesetzt und durch Reduktion beseitigt wird (im nachfolgenden wird der Vorgang der NOx-Freisetzung und Reduktion/Reinigung als sogenannter "Regenerations"-Vorgang des NOx-Katalysators bezeichnet), ein Abgasdrosselklappenventil stromaufwärts von dem NOx-Katalysator vorgesehen, dessen Öffnungsgrad vermindert wird, um eine Durchflußmenge des Abgases, das an den NOx-Katalysator geliefert wird, zu vermindern, um die Regeneration des NOx-Katalysators bei einem niedrigen Verbrauchsniveau des Reduktionsmittels wirksam zu bewerkstelligen.
Wenn jedoch ein Öffnungsgrad des Abgasdrosselklappenventils in einer solchen Art und Weise verringert wird, nimmt der Druckverlust am Abgasdrosselklappenventil zu und dadurch wird ein Reduzierung des Ausgangsdrehmomentes hervorgerufen, was die Gefahr für einen Fahrer beinhaltet, einen Drehmomentstoß zu spüren.
Die Erfindung wurde im Licht eines solchen Problems der herkömmlichen Technologie getätigt und es ist dementsprechend eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Verbesserung der Fahreigenschaft zu verwirklichen, die verhindert, daß ein Drehmomentstoß auftritt, wenn ein Abgasreinigungssystem für einen Verbrennungsmotor regeneriert wird.
Die folgenden Merkmale werden verwendet um die oben beschriebene Aufgabe zu lösen.
Die vorliegende Erfindung ist auf ein Abgasreinigungssystem für einen Verbrennungsmotor gerichtet, das die folgenden Bauteile aufweist: Eine Reinigungsvorrichtung, die in einer Abgasleitung des Verbrennungsmotors vorgesehen ist; eine Reduktionsmittelzugabevorrichtung zum Zugeben eines Reduktionsmittels in die Reinigungsvorrichtung; eine Abgasdurchflußmengensteuerungsvorrichtung zur Steuerung einer Durchflußmenge des Abgases, das durch die Abgasleitung des Verbrennungsmotors strömt, so daß sie vermindert wird, wenn das Reduktionsmittel durch die Reduktionsmittelzugabevorrichtung in die Reinigungsvorrichtung hinzugefügt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgasreinigungssystem desweiteren eine Leistungsreduktionsbeschränkungskorrekturvorrichtung aufweist, zur Steuerung von wenigstens einem Parameter aus Parametern, die mit der Verbrennung in einer solchen Art und Weise zusammenhängen, daß, wenn das Reduktionsmittel durch die Reduktionsmittelzugabevorrichtung in die Reinigungsvorrichtung zugefügt wird, eine Leistungsreduktion des Verbrennungsmotors beschränkt wird.
Wenn in dem Abgasreinigungssystem das Reduktionsmittel aus der Reduktionsmittelzugabevorrichtung in die Reinigungsvorrichtung zugefügt wird, vermindert die Abgasdurchflußmengensteuerungsvorrichtung eine Durchflußmenge des Abgases des Verbrennungsmotors, um die Reinigungsfähigkeit der Reinigungsvorrichtung wirksam wiederherzustellen. Da die Durchflußmenge des Abgases vermindert wird, wird ein Pumpverlust erhöht, was zu einer Leistungsreduktion des Verbrennungsmotors führt, wenn nichts dagegen unternommen wird.
Die Leistungsreduktionsbeschränkungskorrekturvorrichtung steuert zumindest einen Parameter aus Parametern, die mit der Verbrennung des Verbrennungsmotors zusammenhängen. Dadurch wird der Verbrennungsmotor sogar während einer Durchführung eines Wiederherstellbetriebes für die Reinigungsfähigkeit der Reinigungsvorrichtung auf derselben Motorleistung wie in einem Betriebszustand vor dem Wiederherstellbetrieb für die Reinigungsfähigkeit gehalten. Daher tritt kein Drehmomentstoß auf und die Fahreigenschaft wird verbessert.
Die Reinigungsvorrichtung ist nicht auf eine spezielle Form und eine spezielle Bedingung beschränkt, solange ein Reduktionsmittel notwendig ist, um die Reinigungsfähigkeit wiederherzustellen; beispielsweise kann ein DPF (Dieselpartikelfilter) angewandt werden und es können NOx-Katalysatoren der Okklusions-Reduktions-Bauart oder der wahlweisen Reduktionsbauart verwendet werden.
Ein NOx-Katalysator der Okklusions-Reduktions-Bauart ist ein Katalysator, der einen Aufbau hat, bei dem beispielsweise Aluminiumoxid als Träger verwendet wird, wobei auf dem Träger beispielsweise mindestens ein Stoff aus einer ausgewählten Gruppe bestehend aus Alkalimetallen wie beispielsweise Potassium K, Natrium Na, Lithium Li und Caesium Cs, aus Alkalierdmetallen wie beispielsweise Barium Ba und Calcium Ca und aus seltenen Erdmetallen wie beispielsweise Lanthan La und Yttrium Y und ein Edelmetall wie beispielsweise Platin Pt fest in Kombination gehalten werden. Wenn ein Verhältnis zwischen Luft und Kraftstoff (Kohlenwasserstoffen), der in einen Motor-Luft­ ansaugkanal und in die Abgasleitung stromaufwärts von dem NOx-Katalysator der Okklusions-Reduktions-Bauart geliefert wird, als Luft-Kraftstoffverhältnis eines Abgases, das in den NOx-Katalysator der Okklusions-Reduktionsbauart strömt, bezeichnet wird, absorbiert der NOx-Katalysator der Okklusions-Reduktions-Bau­ art NOx, wenn ein Luft-Kraftstoffverhältnis des einströmenden Abgases mager ist, während das absorbierte NOx freigesetzt wird, wenn eine Sauerstoffkonzentration in dem einströmenden Abgas reduziert ist.
Ein NOx-Katalysator der selektiven Reduzierbauart ist ein Katalysator, der NOx in Anwesenheit von Kohlenwasserstoff in einem Umgebungsgas mit einem Sauerstoffüberschuß reduziert oder zerlegt, der Zeolit, das ein Übergangsmetall wie beispielsweise Kupfer Cu, durch einen Ionenaustausch darauf, trägt, oder Zeolit oder Aluminiumoxid, das ein Edelmetall trägt, und dergleichen enthält.
Die Reduktionsmittelzugabevorrichtung kann beispielsweise so aufgebaut sein, daß ein Reduktionsmittel mit einer Düse in die Abgasleitung eingespritzt und in die Reinigungsvorrichtung geleitet wird. Wenn Kraftstoff eines Verbrennungsmotors als ein Reduktionsmittel verwendet wird, wird ein Kraftstoffeinspritzsystem zum Einspritzen von Kraftstoff in eine Verbrennungskammer des Verbrennungsmotors als Reduktionsmittelzugabevorrichtung verwendet und dadurch kann die Zugabe des Reduktionsmittel in einer solchen Art und Weise durchgeführt werden, daß Kraftstoff aus einem Kraftstoffeinspritzventil während den Arbeits- und Ausstoßhüben in die Verbrennungskammer eingespritzt wird.
Als Reduktionsmittel kann jegliche Substanz verwendet werden, die einen Reduktionswirkstoff wie beispielsweise Kohlenwasserstoff, Kohlenmonoxid im Abgas erzeugt, und es können beispielsweise Gas wie Wasserstoff und Kohlenmonoxid; Kohlenwasserstoffe, flüssig oder gasförmig, wie beispielsweise Propan, Propylen und Butan; und flüssiger Kraftstoff wie beispielsweise Benzin, Leichtöl und Kerosin und dergleichen verwendet werden.
Die Abgasdurchflußmengensteuerungsvorrichtung hat keine bestimmte Beschränkung auf eine Gestalt oder auf Zustände, solange die Vorrichtung eine Funktion zur Ermöglichung der Reduktion in einer Durchflußmenge von Abgas enthält und es kann beispielsweise ein Abgasdrosselklappenventil, ein Luftansaugdrosselklappenventil, ein Ladedruckregelventil (WGV) und ein variabler Turbineneinlaßflächenmechanismus eines variablen Förderturboladers als Abgasdurchflußmengensteuerungsvorrichtung verwendet werden. Wenn ein Öffnungsgrad der Abgasdrosselklappe vermindert wird, wenn ein Öffnungsgrad des Luftansaugdrosselklappenventils verringert wird, wenn ein Öffnungsgrad des WGV erhöht wird, oder wenn die Turbineneinlaßfläche eines variablen Förder-Turboladers verringert wird, vermindert sich die Durchflußmenge an Abgas in jedem Fall.
Ein Parameter, der mit der Verbrennung zu tun hat, die durch die Leistungsreduzierungseinschränkungskorrekturvorrichtung gesteuert wird, kann in dem Fall, in dem der Verbrennungsmotor ein Dieselmotor ist, durch eine Rate der Hauptkraftstoffeinspritzung, die in die Verbrennungskammer des Motors eingespritzt wird, verkörpert werden, während er in dem Fall, in dem ein Verbrennungsmotor ein Benzinmotor ist, durch ein Luft-Kraftstoffverhältnis eines Gemisches, das an die Verbrennungskammer des Motors geliefert wird, verkörpert werden kann. Im übrigen kann in dem Fall, in dem ein Verbrennungsmotor mit einem Turbolader ausgestattet ist, ein Öffnungsgrad eines Abgasrückführungssteuerventils (EGR-Ventil) als ein Parameter verwendet werden.
In einem Abgasreinigungssystem der vorliegenden Erfindung ist es noch im Schutzbereich, wenn die Abgasdurchflußmengensteuerungsvorrichtung stromaufwärts von der Reduktionsmittelzugabevorrichtung angeordnet ist und wenn das System desweiteren eine Mischvorrichtung zum Mischen des Abgases st romaufwärts der Abgasdurchflußmengensteuerungsvorrichtung und dem von der Reduktionsmittelzugabevorrichtung zugegebenen Reduktionsmittel aufweist. Mit einer solchen Konstruktion wird die Erzeugung feiner Partikel des Reduktionsmittels beschleunigt und die Wiederherstellung einer Reinigungsfähigkeit der Reinigungsvorrichtung wird wirksam erzielt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die obige Aufgabe und andere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der detaillierten Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen deutlicher.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Abgasreinigungssystems für einen Verbrennungsmotor gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 ist ein Ablaufdiagramm, das die Prozeduren zur Wiederherstellung eines NOx-Katalysators und einer Motorsteuerungskorrektur in dem Abgasreinigungssystem des ersten Ausführungsbeispiel zeigt.
Fig. 3 ist ein Ablaufdiagramm, das die Prozeduren für die Motorsteuerungskorrektur in dem Abgasreinigungssystem des ersten Ausführungsbeispiels zeigt.
Fig. 4 ist ein Steuerdiagramm für die Wiederherstellung eines NOx-Katalysators in dem Abgasreinigungssystem des ersten Ausführungsbeispiels.
Fig. 5 ist ein Diagramm zur Erläuterung der Vorgänge der Absorption/Freisetzung und Reduktion von NOx eines NOx-Katalysators.
Fig. 6 ist ein Ablaufdiagramm, das Prozeduren für eine Motorsteuerungskorrektur gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel eines Abgasreinigungssystems für einen Verbrennungsmotor gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 7 ist ein Ablaufdiagramm zur Regenerierung eines NOx-Katalysators im Abgasreinigungssystem des zweiten Ausführungsbeispiels.
Fig. 8 ist ein Ablaufdiagramm, das die Prozeduren zur Motorsteuerungskorrektur in einem dritten Ausführungsbeispiel eines Abgasreinigungssystems für einen Verbrennungsmotor gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 9 ist eine Ablaufdiagramm, das die Prozeduren für eine Motorsteuerungskorrektur in einem vierten Ausführungsbeispiel eines Abgasreinigungssystems für einen Verbrennungsmotor gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 10 ist ein Schaubild einer Konfiguration von Hauptbestandteilen eines fünften Ausführungsbeispiels eines Abgasreinigungssystems für einen Verbrennungsmotor gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 11 ist ein Schaubild der Konfiguration von Hauptbestandteilen in einem sechsten Ausführungsbeispiel eines Abgasreinigungssystems für einen Verbrennungsmotor gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 12 ist ein Ablaufdiagramm, das die Prozeduren zur Motorsteuerungskorrektur in einem Abgasreinigungssystem gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel zeigt.
Fig. 13 ist ein Ablaufdiagramm, das Prozeduren für eine Motorsteuerungskorrektur in einer Abwandlung des Abgasreinigungssystems des sechsten Ausführungsbeispiels zeigt.
Fig. 14 ist ein Graph, der eine Kennlinie eines variablen Förder-Turboladers zeigt, der in einem Abgasreinigungssystem des sechsten Ausführungsbeispiels verwendet wird.
Fig. 15 ist eine vergrößerte Schnittansicht eines Hauptteils einer Zugabedüse in einem siebenten Ausführungsbeispiel eines Abgasreinigungssystem für einen Verbrennungsmotor gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 16 ist ein Schaubild der Konfiguration der Hauptbestandteile im siebenten Ausführungsbeispiel einer Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß der vorliegenden Erfindung.
Nachstehend werden Ausführungsbeispiele eines Abgasreinigungssystems für einen Verbrennungsmotor in der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 15 beschrieben. Die Ausführungsbeispiele, die nachstehend beschrieben werden, sind diejenigen, die sich auf einen Dieselmotor als Verbrennungsmotor beziehen.
[Erstes Ausführungsbeispiel]
Fig. 1 zeigt eine schematische Konfiguration des Abgasreinigungssystems für einen Verbrennungsmotor im ersten Ausführungsbeispiel. In der Figur ist ein Dieselmotor 1 ein Vierzylinder-Reihenmotor und es wird Kraftstoff (Leichtöl) aus Kraftstoffeinspritzventilen 2 in jeweilige Verbrennungskammern der Zylinder eingespritzt. Die Kraftstoffeinspritzventile 2 sind mit einer gemeinsamen Schiene 3 (Common rail) verbunden und Kraftstoff wird über diese common rail 3 durch eine Kraftstoffpumpe 4 geliefert. Die Kraftstoffpumpe 4 wird beim Betreiben durch eine elektronische Steuereinheit für eine Motorsteuerung (ECU) 5 so gesteuert, daß ein Kraftstoffdruck einen vorbestimmten Druck in der common rail 3 annehmen kann, und daß die jeweiligen Kraftstoffeinspritzventile 2 hinsichtlich der Öffnungssteuerung und Öffnungsdauer der Ventile durch die ECU 5 gemäß einem Betriebszustand des Dieselmotors 1 gesteuert werden.
Luftansaugverzweigungsrohre 6 sind durch einen Luftansaugkrümmer 7 mit den jeweiligen Zylindern des Dieselmotors 1 und ferner mit einer Luftansaugleitung 8 verbunden. Die Luftansaugleitung 8 ist mit einem Kompressor 10 eines Turboladers 9 verbunden und der Kompressor 10 ist durch einen Luftmesser 11 mit einem Luftfilter 12 verbunden. Der Luftmesser 11 sendet ein Ausgangssignal, das einer Durchflußmenge von Luft entspricht, die durch das Meßgerät 11 strömt, an die ECU 5 und die ECU 5 berechnet eine Ansaugluftdurchflußmenge auf der Basis des Ausgabesignals des Luftmessers 11. Ein Ladeluftkühler 13 ist in der Luftansaugleitung 8 angeordnet und eine Ansaugluftdrosselklappe 4 ist in der Luftansaugleitung 8 stromabwärts von dem Ladeluftkühler 13 angeordnet. Der Öffnungsgrad der Luftansaugdrosselklappe 14 wird durch die ECU 5 in Abhängigkeit von dem Betriebszustand des Dieselmotors 1 gesteuert. Die Luftansaugdrosselklappe 14 kann von der Unterdruckbauart, von der Bauart, die mit einem Schrittmotor angetrieben wird, oder dergleichen sein.
Im übrigen sind die Abgasverzweigungsrohre 15 mit den jeweiligen Zylindern des Motors 1 verbunden und die Abgasverzweigungsrohre 15 sind jeweils mit PDF's (Dieselpartikelfilter) 16 versehen. Die PDF's 16 sind Filter zum Einfangen von partikelförmigen Substanzen (Ruß und dergleichen) im Abgas. Die Abgasverzeigungsrohre 15 sind mit einem Abgaskrümmer 17 verbunden und der Abgaskrümmer 17 ist wiederum mit einer Turbine 18 des Turboladers 9 verbunden, während die Turbine 18 mit einem Abgasrohr 19 verbunden ist. In dem Ausführungsbeispiel bilden die Abgasverzweigungsrohre 15, der Abgaskrümmer 17, die Turbine 18 und das Abgasrohr 19 den Abgasstrang.
In der Mitte des Abgasrohrs 19 ist eine Abgasdrosselklappe (eine Abgasdurchflußmengensteuerungsvorrichtung) 20, eine Zugabedüse 21, ein Katalysator 22 in Reihe von einer oberen Position zu einer stromabwärtigen unteren Position in der vorbeschriebenen Reihenfolge angeordnet. Ein NOx-Katalysator der Okklusions-Re­ duktionsbauart (im nachfolgenden wird darauf einfach als NOx-Katalysator Bezug genommen) ist in dem katalytischen Umwandler 22 untergebracht. Der NOx-Katalysator wird später detailliert beschrieben. Stromaufwärts und stromabwärts von dem katalytischen Umwandler 22 sind Abgastemperatursensoren 23, 24 angeordnet und die Abgastemperatursensoren 23, 24 geben Ausgabesignale ab an die ECU 5 ab, die den Abgastemperaturen an den jeweiligen Positionen entsprechen.
Die Zugabedüse 21 wird dazu verwendet, ein Abgasreduktionsmittel zuzuführen, wenn NOx, das in einem NOx-Katalysator in dem katalytischen Umwandler 22 absorbiert wurde, freigesetzt und durch Reduktion gereinigt wird, das heißt, wenn der NOx-Katalysator regeneriert wird, wird das Reduktionsmittel aus einer Reduktionsmittelversorgungsvorrichtung 25 an die Zugabedüse 21 geliefert. Die Reduktionsmittelversorgungsvorrichtung 25 weist eine Pumpe und dergleichen auf, und der Betrieb der Vorrichtung wird durch ECU 5 gesteuert. In der Zwischenzeit bilden die Zugabedüse 21 und die Reduktionsmittelversorgungsvorrichtung 25 in dem Ausführungsbeispiel die Reduktionsmittelzugabevorrichtung. Als Reduktionsmittel wird Leichtöl, das der Kraftstoff für den Dieselmotor 1 ist, verwendet.
Der Öffnungsgrad der Abgasdrosselklappe 20 wird durch die ECU 5 gesteuert und während einem normalen Betriebszustand vollständig offengehalten. Bei der Regeneration des NOx-Katalysators wird die Abgasdrosselklappe 20 so gesteuert, daß sie einen bestimmten Öffnungsgrad annimmt und eine Durchflußmenge an Abgas, die in den katalytischen Umwandler 22 strömt, wird reduziert. Die Abgasdrosselklappe 20 kann von der mit Unterdruck betriebenen Bauart sein, sie kann von der Bauart sein, die von einem Schrittmotor betrieben wird, oder dergleichen.
Der Abgaskrümmer 17 und das Abgasrohr 19, das sich stromaufwärts von der Abgasdrosselklappe 20 befindet, sind über ein Bypassrohr 26 zum Umgehen der Turbine 18 verbunden, und das Bypassrohr 26 ist mit einem Ladedruckregelventil (im nachfolgenden wird darauf auf WGV Bezug genommen) 27 zur Steuerung eines Ladedrucks versehen. Das WGV 27 kann von der mit Unterdruck betriebenen Bauart sein, es kann von der Bauart sein, die mit einem Schrittmotor betrieben wird, oder dergleichen.
Das Abgas des Dieselmotors 1 strömt von dem Abgaskrümmer 17 durch die Turbine 18 des Turboladers 9 in das Abgasrohr 19 und an diesem Punkt treibt die Turbine 18 den Kompressor 10 an. Dadurch wird der Luftansaugdruck durch den Kompressor 10 aufgeladen, die Ansaugluft strömt in das Luftansaugrohr 8 als aufgeladenen Luft und die aufgeladene Luft wird durch den Ansaugkrümmer an die Verbrennungskammern der jeweiligen Zylinder geliefert. Hier wird eine Strömungsrate des Abgases, das in die Turbine 18 des Turboladers 9 strömt, geändert, wenn ein Öffnungsgrad des WGV 27 verändert wird, wodurch ein Ladedruck verändert werden kann. Ein Öffnungsgrad des WGV 27 wird durch die ECU 5 in Abhängigkeit von dem Betriebszustand des Dieselmotors 1 gesteuert.
Im übrigen werden der Luftansaugkrümmer 7 und der Abgaskrümmer 17 durch ein Abgasrückführungsrohr 28 verbunden und ein Abgasrückführungssteuerventil (im nachfolgenden wird darauf als EGR-Ventil Bezug genommen) 29 ist in der Mitte des Abgasrückführungsrohrs 28 vorgesehen. Ein Öffnungsgrad des EGR-Ventils 29 wird durch die ECU 5 in Abhängigkeit von dem Betriebszustand des Dieselmotors 1 gesteuert und das Abgas wird mit einer Strömungsgeschwindigkeit aus dem Abgaskrümmer 17 in dem Luftansaugkrümmer 7 zurückgeführt, die von einem Öffnungsgrad des EGR-Ventils 29 abhängt. Das EGR-Ventil 29 kann von der Unterdruckbauart sein, es kann ein Ventil sein, das mit einem Schrittmotor betrieben wird, oder dergleichen.
Die ECU 5 weist einen digitalen Computer auf, der desweiteren folgende Bauteile enthält: Ein ROM (Nur-Lese-Speicher), ein RAN (Random-Access-Speicher), eine CPU (zentrale Verarbeitungseinheit) und einen Eingangsanschluß und einen Ausgangsanschluß, die jeweils über einen bidirektionalen Bus verbunden sind. In dem Ausführungsbeispiel führt die ECU 5 nicht nur eine Basisregelung wie beispielsweise eine Kraftstoffeinspritzratensteuerung des Motors durch, sondern sie steuert einen Öffnungsgrad der Abgasdrosselklappe 14, eine Korrektursteuerung des Motors in einem Regenerierbetrieb für den NOx-Katalysator und dergleichen.
Für die Steuerung der oben beschriebenen Möglichkeiten wird der Eingangsanschluß der ECU 5 mit einem Eingangssignal von dem Luftmesser 11, von Eingangssignalen der Abgastemperatursensoren 23, 24 und desweiteren von dem Eingangssignal eines Drehzahlsensors 30 und dem Eingangssignal eines Beschleunigungsvorrichtungsöffnungsgradsensors 31 beliefert. Der Drehzahlsensor 20 gibt ein Ausgangssignal an die ECU 5 ab, das einer Drehzahl des Dieselmotors 1 entspricht, und die ECU 5 berechnet die Motordrehzahl auf der Basis des Ausgangssignals. Der Beschleunigungsvorrichtungsöffnungsgradsensor 31 gibt ein Ausgangssignal, das einem Beschleunigungsöffnungsgrad entspricht, an die ECU 5 ab und die ECU 5 berechnet eine Motorlast auf der Basis des Ausgangssignals.
Der NOx-Katalysator, das heißt ein NOx-Katalysator der Okklusions-Reduktionsbauart, der in dem katalytischen Umwandler 22 untergebracht ist, weist folgende Bauteile auf:
Beispielsweise Aluminiumoxid als Trägermaterial und mindestens einen Stoff, der aus einer Gruppe ausgewählt wird, bestehend aus Alkalimetallen wie Potassium K, Natrium Na, Lithium Li und Caesium Cs, aus Alkalierdmetallen wie beispielsweise Barium Ba und Calcium Ca und aus seltenen Erdmetallen wie beispielsweise Lanthan La und Yttrium Y und einem Edelmetall wie beispielsweise Platin Pt, die fest auf dem Trägermaterial gehalten werden. Der NOx-Katalysator absorbiert NOx, wenn ein Luft-Kraft­ stoffverhältnis (im nachfolgenden wird darauf als Abgas-Luft­ kraftstoffverhältnis Bezug genommen) des einströmenden Abgases mager ist, während das absorbierte NOx freigesetzt wird, wenn eine Sauerstoffkonzentration in dem einströmenden Abgas verringert ist. Mit dem Abgas-Luft-Kraftstoffverhältnis ist ein Verhältnis zwischen der Summe von Luft und von Kraftstoff gemeint, die jeweils in den Abgaskanal stromaufwärts vom NOx-Katalysator, in die Motorverbrennungskammern, in den Luftansaugkanal und dergleichen geliefert werden. Daher stimmt das Abgas-Luft-Kraftstoffverhältnis mit dem Luft-Kraft­ stoffverhältnisgemisch, das in die Verbrennungskammer des Motors geliefert wird, überein, wenn der Kraftstoff, das Reduktionsmittel oder die Luft nicht in den Abgaskanal stromaufwärts von dem NOx-Katalysator geliefert wird.
In dem Ausführungsbeispiel wird ein Dieselmotor als Verbrennungsmotor verwendet und da die Verbrennung in einem Bereich durchgeführt wird, in dem ein Luft-Kraftstoffverhältnis sehr viel magerer als das stöchiometrische Verhältnis ist (theoretisches Luft-Kraftstoffverhältnis A/F = 13 ∼ 14), ist das Abgas-Luft-Kraftstoffverhältnis im normalen Betriebszustand sehr mager und das NOx in dem Abgas wird in dem NOx-Katalysator absorbiert. Wenn das Reduktionsmittel durch einen später beschriebenen Vorgang in das Abgas eingeleitet wird und dadurch eine Sauerstoffkonzentration in dem Abgas verringert wird, wird das in dem NOx-Katalysator absorbierte NOx freigesetzt.
Während ein Teil, der nicht gereinigt wurde, in dem gesamten Mechanismus eines NOx-Absorptions-/Freigabevorgangs des NOx-Katalysators verbleibt, wird angenommen, daß der Vorgang gemäß einem Mechanismus in Fig. 5 stattfindet. Der Mechanismus wird für den Fall beschrieben, für den als Beispiel Platin Pt und Barium Ba auf einem Trägermaterial gehalten werden, während ähnliche Mechanismen bei denen Edelmetalle, Alkalimetalle, Alkali-Erdmetalle und seltene Erdmetalle im Gegensatz zur Kombination von Platin Pt und Barium Ba angewandt werden können.
Wenn das Abgas bemerkenswert mager ist, ist eine Sauerstoffkonzentration in dem Abgas stark erhöht. Daher haftet Sauerstoff O2 gemäß Fig. 5 (A) an der Oberfläche von Platin Pt in der Form O2⁻ oder O2-. Anschließend reagiert das in dem Abgas enthaltene NO mit O2⁻ oder O2- auf der Oberfläche von Platin Pt, um NO2 zu erzeugen (2 NO + O2 → 2 NO2).
Danach fährt das erzeugte NO2 fort, in dem NOx-Katalysator absorbiert und mit dem Bariumoxid BaO gekoppelt zu werden und zerstreut verteilt sich in dem Volumen des NOx-Katalysators in der Gestalt von Nitrationen NO3⁻, wie in Fig. 5 (A) gezeigt ist, während das erzeugte NO2 auf dem Platin Pt oxidiert wird, solange die NOx-Absorptionsfähigkeit des NOx-Katalysators nicht gesättigt ist.
Wenn im Gegensatz dazu eine Sauerstoffkonzentration in dem Abgas reduziert wird, vermindert sich die Erzeugung von NO2 und durch diese Reaktion werden im Gegensatz zur vorherigen Reaktion Nitrationen NO3⁻ in dem Volumen des NOx-Katalysators in der Gestalt von NO2 oder NO aus dem NOx-Katalysator freigesetzt.
Wenn die Reduktionsmittelbestandteile wie HC, CO in dem Abgas enthalten sind, reagieren die Bestandteile mit Sauerstoff in der Form O2 oder O2- auf der Oberfläche des Platin Pt, um zu oxidieren, wodurch Sauerstoff im Abgas verbraucht wird und die Sauerstoffkonzentration darin reduziert wird. NO2 oder NO, das durch die Reduzierung der Sauerstoffkonzentration in dem Abgas von dem NOx-Katalysator freigesetzt wird, reagiert mit HC und CO und wird gemäß Fig. 5 (B) reduziert. Auf diese Art und Weise wird NO2 oder NO sequentiell von dem NOx-Katalysator in einer kontinuierlichen Art und Weise freigesetzt, wenn sich kein NO2 oder NO auf dem Platin Pt befindet.
Mit anderen Worten, HC und CO reagieren in dem Abgas unmittelbar mit Sauerstoff in der Form O2 oder O2- auf der Oberfläche von Platin Pt, und wenn HC und CO übrigbleiben, nachdem der Sauerstoff in der Form von O2 oder O2- auf der Oberfläche des Platins Pt verbraucht wurde, wird das von dem NOx-Katalysator freigesetzte und von dem Motor ausgestoßene NOx durch HC und CO reduziert.
In der Zwischenzeit wurde bekannt, daß eine Durchflußmenge des Abgases in dem NOx-Katalysator vorteilhafterweise reduziert wird, um den NOx-Katalysator bei einem geringen Verbrauch an Reduktionsmittel im Vergleich zu einem normalen Betriebszustand wirksam zu regenerieren. Dementsprechend wird in dem Abgasreinigungssystem des Ausführungsbeispiels, wenn der NOx-Katalysator regeneriert wird, ein Öffnungsgrad der Abgasdrosselklappe 20 im Vergleich zu einem normalen Betriebszustand verringert, wodurch eine Durchflußmenge von Abgas, das in den katalytischen Umwandler 22 strömt, reduziert wird.
Wenn jedoch ein Öffnungsgrad der Abgasdrosselklappe 20 bei der Regeneration des NOx-Katalysators verringert wird, nimmt der Abgaswiderstand zu und ein Pumpverlust nimmt auch zu, was zu einer Reduzierung der Motorleistung führt. Aus diesem Grund besteht für einen Fahrer die Möglichkeit, auf jeden Fall einen Drehmomentstoß zu spüren, wenn ein normaler Betriebszustand in einen Betriebszustand übergeht, bei dem der NOx-Katalysator regeneriert wird, oder wenn der Betriebszustand der Regeneration des NOx-Katalysators in den normalen Betriebszustand umgewandelt wird. Deshalb unterliegt in dem Abgasreinigungssystem zumindest ein Parameter von mehreren Parametern, der mit der Verbrennung des Dieselmotors 1 in Verbindung steht, einer Korrektursteuerung, so daß sogar dann, wenn der NOx-Katalysator regeneriert wird, eine Motorleistung wie in einem normalen Betriebszustand vor der Regeneration des NOx-Katalysators erzielt werden kann.
Anschließend wird ein Korrekturvorgang bei der Regeneration eines NOx-Katalysators im Ausführungsbeispiel beschrieben.
Fig. 2 ist ein Ablaufdiagramm, das die Funktionen zur Regeneration des NOx-Katalysators und einer Motorsteuerungskorrektur zeigt.
Zu allererst liest die ECU 5 in Schritt 101 eine Durchflußmenge an neuer Luft von dem Luftmesser 11 ein, eine Motordrehzahl von dem Drehzahlsensor 30, einen Beschleunigungsvorrichtungsöffnungsgrad von dem Beschleunigungsvorrichtungsöffnungsgradsensor 31 und eine Einströmungstemperatur des Katalysatorengases und eine Ausströmtemperatur des Katalysatorengases jeweils von den Abgastemperatursensoren 23 und 24 und erfaßt dadurch den Betriebszustand des Dieselmotors 1.
Anschließend stellt die ECU 5 in Schritt 102 fest, ob eine Ausführungsbedingung entstanden ist, die einen NOx-Katalysatorregenerationsbetrieb erforderlich macht oder nicht. In dem Ausführungsbeispiel ist die Ausführungsbedingung, die für den Regenerationsbetrieb eines NOx-Katalysators erforderlich ist, eine vorbestimmte Zeitlänge, die verstrichen ist, nachdem der vorhergehende Regenerationsbetrieb des NOx-Katalysators beendet wurde, und Vorgänge nach Schritt 103 werden nur dann durchgeführt, wenn der Ausführungszustand ermittelt wurde, wohingegen die Routine beendet wird, wenn sich die Ausführungsbedingung nicht eingestellt hat.
Zusätzlich kann die oben beschriebene Ausführungsbedingung, die für den Regenerationsbetrieb des Katalysators erforderlich ist, auch eine solche sein, daß eine Menge an absorbiertem NOx in dem NOx-Katalysator gleich oder mehr als ein vorbestimmter Wert ist. Eine in dem NOx-Katalysator absorbierte Menge an NOx kann beispielsweise durch Vorgänge erhalten werden, bei denen eine Menge an NOx-Abgas von dem Motor pro Einheitszeit im ROM des ECU 5 als Funktion einer Motorlast (eines Beschleunigungsvorrichtungsöffnungsgrades), einer Motordrehzahl und dergleichen im voraus gespeichert wird; eine NOx-Abgasmenge wird anhand eines Beschleunigungsvorrichtungsöffnungsgrades und einer Motordrehzahl unter Verwendung der Funktion bei jedem Zeitintervall von vorbestimmten Zeitintervallen erhalten, und anschließend werden die NOx-Abgasmengen, die mit einem konstanten Koeffizienten multipliziert werden, akkumuliert, jede als eine NOx absorbierte Menge in dem NOx-Katalysator für ein spezifisches Zeitintervall.
Im Schritt 102 wird festgestellt, ob die Ausführungsbedingung, die für den Regenerationsbetrieb erforderlich ist, ermittelt wurde. In Schritt 103 berechnet die ECU 5 einen Korrekturbetrag eines Parameters, der mit der Verbrennung des Dieselmotors 1 in Verbindung steht, so daß dann, wenn ein Öffnungsgrad der Abgasdrosselklappe 20 zur Regenerartion des NOx-Katalysators im laufenden Betriebszustand des Dieselmotors 1 verringert wird, die Motorleistung des Dieselmotors 1 gleich der Motorleistung vor der Abnahme des Öffnungsgrads der Abgasdrosselklappe 20 ist. Ein Parameter, der mit der Verbrennung in Verbindung steht, wird in einer konkreten Art und Weise unter Verwendung eines Beispieles beschrieben.
Anschließend berechnet die ECU 5 in Schritt 104 eine Zugabemenge eines Reduktionsmittels, die für die Regeneration des NOx-Katalysator notwendig ist.
In Schritt 105 führt die ECU 5 eine Reduzierung der Durchflußmenge des Abgases durch Verringerung des Öffnungsgrades der Abgasdrosselklappe 20 nach unten auf einen Wert aus, der für einen Regenerationsbetrieb des NOx-Katalysators notwendig ist.
Das Programm geht anschließend zu Schritt 106 und die ECU 5 berechnet eine Korrektur eines entsprechenden Parameters in Abhängigkeit von dem Korrekturbetrag, der in Schritt 103 berechnet wurde, und führt dadurch eine Motorsteuerungskorrektur aus. Daher wird die Motorleistung des Dieselmotors 1 nicht reduziert, sogar wenn ein Öffnungsgrad der Abgasdrosselklappe 20 verringert wird, und die Motorleistung kann auf dem Wert vor der Verringerung des Öffnungsgrades der Abgasdrosselklappe 20 gehalten werden.
Anschließend wird in Schritt 107 die Reduktionsmittelversorgungsvorrichtung 25 betrieben, um eine Zugabe des Reduktionsmittels auszuführen und das Reduktionsmittel wird dem Abgas in der Menge zugeführt, die im Schritt 104 berechnet wurde, und danach wird die Routine beendet.
Fig. 3 dient dazu, die Schritte 105 bis 106 zu verdeutlichen, die Parameter zeigen, die mit der Verbrennung in dem Dieselmotor in einer konkreten Art und Weise in Verbindung stehen, und in dem Ausführungsbeispiel wird ein Öffnungsgrad des EGR-Ventils 29 und eine Einspritzrate von Hauptkraftstoff, der aus dem Kraftstoffeinspritzventil 2 in die Verbrennungskammern der Zylinder eingespritzt wird, als Parameter verwendet werden.
In Schritt 105 steigt ein Abgasgegendruck im Abgaskrümmer 17, wenn ein Öffnungsgrad der Abgasdrosselklappe 20 verringert wird, und eine Rückführungsrate des Abgases (im nachfolgenden wird darauf als EGR-Rate Bezug genommen), mit der das Abgas von dem Abgaskrümmer 17 durch ein Abgasrückführungsrohr 28 in den Luftansaugkrümmer 8 zurückgeführt wird, nimmt zu. Wenn eine EGR-Rate zu hoch ist, werden die Sauerstoffkonzentrationen in der Ansaugluft für die jeweiligen Zylinder reduziert und deshalb kann Rauch nicht einfach auftreten, sondern der Verbrennungswirkungsgrad wird vermindert. Deshalb korrigiert die ECU 5 im Schritt 106-1 den vorbestimmten Öffnungsgrad des EGR-Ventils 29, so daß er verringert wird, und reduziert eine geeignete EGR-Rate, um nicht irgendwelche Schwierigkeiten hervorzurufen.
Anschließend korrigiert die ECU 5 in Schritt 106-2 eine Einspritzrate des Hauptkraftstoffs, der aus den Kraftstoffeinspritzventilen 2 in die Verbrennungskammern der Zylinder eingespritzt wird, so daß sie erhöht werden, wodurch dieselbe Motorleistung wie im Betriebszustand vor dem Verengen der Drosselklappe erzielt werden kann.
Dementsprechend berechnet die ECU 5 im Schritt 103 gemäß Fig. 2 in dem Ausführungsbeispiel einen Korrekturbetrag eines Öffnungsgrades der EGR 29, so daß dieser verringert wird, und einen Korrekturbetrag einer Einspritzrate eines Hauptkraftstoffs, der eingespritzt werden soll. In diesem Fall werden Experimente bei den Regenerationsvorgängen des NOx-Katalysators nach allen erdenklichen Betriebsbedingungen des Dieselmotors 1 im voraus durchgeführt. Korrekturbeträge des Öffnungsgrades des EGR 29, der verringert werden soll, und Korrekturbeträge der Hauptkraftstoffeinspritzrate, die erhöht werden soll, werden erhalten und eine Tabelle wird auf der Basis der Ergebnisse der jeweiligen Betriebszustände erzeugt. Die Tabelle wird anschließend im ROM der ECU 5 gespeichert.
In dem Fall, in dem in Schritt 106-1 nur eine Korrektur des Öffnungsgrades des EGR-Ventils 29, der verringert werden soll, ausgeführt wird, ist auch denkbar, daß dieselbe Motorleistung wie vor der Regeneration erhalten werden kann. In diesem Fall kann die Routine ohne Ausführung des Schritts 106-2 beendet werden.
In dem Ausführungsbeispiel kann die Leistungsreduzierungseinschränkungskorrekturvorrichtung durch Ausführung der Schritte 103, 106-1 und 106-2 unter einer Serie von Signalverarbeitungen durch das Kraftstoffeinspritzventil 2, das EGR-Ventil 29 und die ECU 5 realisiert werden.
Fig. 4 ist ein zeitliches Ablaufdiagramm des Regenerationsbetriebes eines NOx-Katalysators im ersten Ausführungsbeispiel. Wie dort gezeigt ist, nehmen eine Motordrehzahl und eine Motorleistung denselben Wert während, bevor und nach dem Regenerationsbetrieb ein, wenn ein Regenerationsbetrieb für den NOx-Katalysator ausgeführt wird, während ein Beschleunigungsvorrichtungsöffnungsgrad auf einem konstanten Wert gehalten wird. Wenn ein Regenerationsbetrieb für den NOx-Katalysator ausgeführt wird, während ein Beschleunigungsöffnungsgrad mit einer konstanten Beschleunigungsrate geändert wird, werden eine Motordrehzahl und eine Motorleistung mit einer konstanten Beschleunigungsrate während, vor und nach dem Regenerationsbetrieb erhöht. Daher kann in jedem Fall kein Drehmomentstoß auftreten und der Fahrer erhält ein gutes Fahrgefühl. Eine Reduzierung der Sauerstoffkonzentration in dem Abgas im Regenerationsbetrieb des NOx-Katalysators wird durch eine Verringerung der Luftansaugrate durch Verengen der Drosselklappe, durch Verbrennung einschließlich einer Zunahme des Haupteinspritzkraftstoffs in den Verbrennungskammern und durch Verbrennen des Reduktionsmittels hervorgerufen.
[Zweites Ausführungsbeispiel]
Das zweite Ausführungsbeispiel zeigt den Fall, bei dem ein Öffnungsgrad der Luftansaugdrosselklappe 14, ein Öffnungsgrad des EGR-Ventils 29 und eine Einspritzrate des Hauptkraftstoffs als Parameter verwendet werden, die mit der Verbrennung in dem Dieselmotor 1 zusammenhängen. Ein Unterschied vom zweiten Ausführungsbeispiel zum ersten Ausführungsbeispiel liegt nur in Details der Schritte 103 und 106 in Fig. 2 und die übrigen Punkte sind dieselben wie im ersten Ausführungsbeispiel.
Nachstehend werden Details des Schrittes 106 im zweiten Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf das Ablaufdiagramm in Fig. 6 beschrieben. Im zweiten Ausführungsbeispiel werden die gleichen Bestandteile wie diejenigen des ersten Ausführungsbeispiels mit den gleichen Bezeichnungen versehen und eine Beschreibung derselben Bestandteile wird weggelassen.
Allgemein gilt, daß beim Betrieb eines Dieselmotors 1, wenn eine EGR-Rate noch knapp ist, sogar obwohl das EGR-Ventil vollständig geöffnet ist, ein Unterdruck auf der Seite des Luftansaugkrümmers 7 erzeugt wird, indem der Öffnungsgrad der Luftansaugdrosselklappe 14 verringert wird, und der Unterdruck wird zum Ansaugen von Abgas verwendet, wodurch eine EGR-Rate erhöht wird. Das zweite Ausführungsbeispiel zeigt eine Steuerung für den Fall, bei dem ein Regenerationsbetrieb für den NOx-Katalysator in einem solchen Betriebszustand ausgeführt wird.
In diesem Fall trat bereits ein Pumpverlust, hervorgerufen durch die Luftansaugdrosselklappe 14 in einem normalen Betriebszustand vor dem Regenerationsbetrieb des NOx-Katalysators auf, und in Schritt 105 wird ein Grad der Leistungsreduzierung dann, wenn ein Öffnungsgrad der Abgasdrosselklappe 20 in diesem Zustand verringert wird, im Vergleich dazu höher, wenn eine Verringerung eines Öffnungsgrades der Abgasdrosselklappe 20 bei einem vollständig geöffneten Zustand der Luftansaugdrosselklappe 14 durchgeführt wird.
Zu diesem Zeitpunkt geht das Programm von Schritt 105 zu Schritt 106-3 und die ECU 5 korrigiert einen vorbestimmten Öffnungsgrad der Luftansaugdrosselklappe 14, so daß diese erhöht wird, und dadurch verringert sich ein Pumpverlust, der durch die Luftansaugdrosselklappe 14 hervorgerufen wird. Danach korrigiert die ECU 5 in Schritt 106-1 einen Öffnungsgrad des EGR-Ventils 29, so daß dieser verringert wird, und sie korrigiert in Schritt 106-2 eine Haupteinspritzrate, die erhöht werden soll. Dadurch kann eine Korrektur einer Hauptkraftstoffeinspritzrate, die zur Wiederherstellung der reduzierten Leistung erhöht werden soll, kleiner werden.
Fig. 7 ist ein zeitliches Ablaufdiagramm bei dem Regenerationsbetrieb des NOx-Katalysators im zweiten Ausführungsbeispiel, und in diesem Fall kann die Motorleistung während der Regeneration ebenso gleich zu jener in dem Betriebszustand vor dem Regenerationsbetrieb sein.
In dem Ausführungsbeispiel berechnet die ECU 5 einen Korrekturwert eines Öffnungsgrades der Luftansaugdrosselklappe 14, der erhöht werden soll, einen Korrekturbetrag eines Öffnungsgrades des EGR-Ventils 29, der verringert werden soll, und einen Korrekturbetrag einer Hauptkraftstoffeinspritzrate, die erhöht werden soll. In diesem Fall werden im voraus Experimente hinsichtlich der Fälle durchgeführt, in denen die Regenerationsvorgänge des NOx-Katalysators in Betriebszuständen des Dieselmotors 1 durchgeführt werden, wobei ein Öffnungsgrad der Luftansaugdrosselklappe 14 verringert wurde, und es werden geeignete Korrekturbeträge eines Öffnungsgrades der Luftansaugdrosselklappe 14 erhalten, der erhöht werden soll, wobei die Ergebnisse in einer Tabelle unter Berücksichtigung eines Verhältnisses von den Betriebszuständen des Dieselmotors 1 zusammengetragen werden und die Tabelle wird in dem ROM der ECU 5 gespeichert.
In dem Ausführungsbeispiel kann im Schritt 106-3 die Routine ohne Ausführung der Schritte 106-1 und 106-2 beendet werden, wenn die Motorleistung auf der Motorleistung vor dem Regenerationsbetrieb gehalten wird, indem ausschließlich eine Korrektur eines Öffnungsgrades der Luftansaugdrosselklappe 14 ausgeführt wird, der erhöht werden soll. Wenn die Motorleistung auf der Motorleistung vor dem Regenerationsbetrieb durch ausschließliche Ausführung der Korrektur eines Öffnungsgrades der Luftansaugdrosselklappe 14, der erhöht werden soll, in Schritt 106-3, und durch Ausführung einer Korrektur eines Öffnungsgrades des EGR-Ventils 29, der vermindert werden soll, in Schritt 106-1, gehalten wird, kann die Routine ohne Ausführung des Schrittes 106-2 beendet werden.
In dem Ausführungsbeispiel kann eine Leistungsreduzierungseinschränkungskorrekturvorrichtung durch Ausführen der Schritte 103, 106-3, 106-1 und 106-2 unter einer Serie von Signalverarbeitungen durch das Kraftstoffeinspritzventil 2, die Luftansaugdrosselklappe 14, das EGR-Ventil 29 und die ECU 5 verwirklicht werden.
[Drittes Ausführungsbeispiel]
Das dritte Ausführungsbeispiel ist ein Beispiel der Steuerung für den Fall, in dem es erforderlich ist, daß in einem Regenerationsbetrieb eine Abgastemperatur angehoben wird, wie in dem Fall, in dem eine Katalysatortemperatur des NOx-Katalysators in einem Betriebszustand vor dem Regenerationsbetrieb des NOx-Katalysators niedriger als eine Katalysatortemperatur ist, die zur Regeneration des NOx-Katalysators erforderlich ist, und der Regenerationsbetrieb des NOx-Katalysators wird in einem solchen Zustand ausgeführt.
In dem Ausführungsbeispiel wird ein Pumpverlust durch Verringerung des Öffnungsgrades der Abgasdrosselklappe 20 und zusätzlich durch Verringerung eines Öffnungsgrades der Luftansaugdrosselklappe 14 erhöht und eine Korrekturmenge einer Hauptkraftstoffeinspritzrate, die erhöht werden soll, wird größer als im Falle des ersten Ausführungsbeispiels eingestellt, wodurch die Abgastemperatur angehoben wird. Die Abnahme des Öffnungsgrades der Luftansaugdrosselklappe 14 reduziert eine Durchflußmenge des Abgases und deshalb bildet die Luftansaugdrosselklappe 14 in diesem Ausführungsbeispiel die Abgasdurchflußsteuerungsvorrichtung zusammen mit der Abgasdrosselklappe 20.
Anschließend werden Prozeduren zur Korrektursteuerung unter Bezugnahme auf Fig. 8 beschrieben. In Schritt 105 führt die ECU 5 ein Verengen der Abgasdrosselklappe durch, danach korrigiert die ECU 5 in Schritt 105-1 einen Öffnungsgrad der Luftansaugdrosselklappe 14, der verringert werden soll. Anschließend geht das Programm zum Schritt 106-1 und die ECU 5 korrigiert einen Öffnungsgrad des EGR-Ventils 29, der verringert werden soll, und in Schritt 106-2 korrigiert sie eine Einspritzrate des Hauptkraftstoffs, die erhöht werden soll. Dadurch wird nicht nur die Motorleistung während der Regeneration des NOx-Katalysators auf dem gleichen Niveau wie im Betriebszustand vor dem Regenerationsbetrieb gehalten, sondern eine Abgastemperatur kann erhöht werden, um eine notwendige Temperatur zur Regeneration des NOx-Katalysators sicherzustellen.
Wenn ein Öffnungsgrad der Luftansaugdrosselklappe 14 verringert wird, wird die Luftansaugrate verringert und eine Durchflußmenge an Abgas wird ebenso verringert und deshalb kann ein Zusatz eines Reduktionsmittels bei der Regeneration eines NOx-Katalysators reduziert werden.
Da andere Aspekte die gleichen wie für den Fall des ersten Ausführungsbeispiels sind, wird eine Beschreibung dieser weggelassen.
[Viertes Ausführungsbeispiel]
Das vierte Ausführungsbeispiel ist ebenso eine Modifikation des ersten Ausführungsbeispiels, bei dem ein Öffnungsgrad des EGR-Ventils 29 und eine Einspritzrate an Hauptkraftstoff als Parameter verwendet werden, die mit der Verbrennung in dem Dieselmotor 1 in Verbindung stehen.
In dem vierten Ausführungsbeispiel wird ein Zusatz einer Menge eines Reduktionsmittels für die Regeneration eines NOx-Katalysators im Vergleich zu dem Fall des ersten Ausführungsbeispiels durch Zunahme eines Öffnungsgrades des WGV 27 verringert.
Nachstehend werden die Steuerprozeduren in dem vierten Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf ein Ablaufdiagramm gemäß Fig. 9 beschrieben.
In Schritt 105 führt die ECU 5 eine Verengung der Abgasdrosselklappe aus, danach korrigiert sie in Schritt 105-2 einen Öffnungsgrad des WGV 27, der erhöht werden soll, anschließend geht das Programm zu Schritt 106-1 und die ECU 5 korrigiert weiter einen Öffnungsgrad des EGR 29, der verringert werden soll, und in Schritt 106-2 korrigiert sie eine Hauptkraftstoffeinspritzrate, die erhöht werden soll.
Auf solche Art und Weise wird in Schritt 105-1 ein Ladedruck verringert und deshalb kann eine Durchflußmenge einer Ansaugluft verringert werden, wenn eine Korrektur eines Öffnungsgrades des WGV 27 durchgeführt wird, der erhöht werden soll. Wenn eine Durchflußmenge an Ansaugluft verringert wird, wird ferner eine Durchflußmenge an Abgas ebenso verringert und deshalb kann ein Zusatz einer Menge eines Reduktionsmittels bei der Regeneration des NOx-Katalysators verringert werden.
Da eine Durchflußmenge eines Abgases durch Zunahme des Öffnungsgrades des WGV 27 verringert wird, bildet in dem Ausführungsbeispiel das WGV 27 zusammen mit der Abgasdrosselklappe 20 die Abgasdurchflußmengensteuerungsvorrichtung.
Die anderen Aspekte sind dieselben wie für den Fall des ersten Ausführungsbeispiel und deshalb wird eine Beschreibung weggelassen.
[Fünftes Ausführungsbeispiel]
Das fünfte Ausführungsbeispiel ist eine Modifikation der ersten bis vierten Ausführungsbeispiele, die vorstehend beschrieben wurden.
Ein im fünften Ausführungsbeispiel zu den ersten bis vierten Ausführungsbeispielen unterschiedlicher Punkt liegt in einer Position, in der die Abgasdrosselklappe 20 angeordnet ist. Wie aus Fig. 10 hervorgeht, ist in einem Abgasreinigungssystem des fünften Ausführungsbeispiels die Abgasdrosselklappe 20 stromabwärts des katalytischen Umwandlers 22 angeordnet. In dem Fall einer solchen Konfiguration kann die Absorptionsfähigkeit für NOx des NOx-Katalysators erhöht werden, da die Energie des Abgases effizient verwendet werden kann, um eine Temperatur des NOx-Katalysators, der sich in dem katalytischen Umwandler 22 befindet, anzuheben, was einen Vorteil darstellt. Zusätzlich kann eine Umgebungsbedingung erzeugt werden, in der das Reduktionsmittel bei der Regeneration des NOx-Katalysators einfach zerlegt werden kann, da der NOx-Katalysator unter einem hohen Druck angeordnet werden kann, was ein weiterer Vorteil ist, um die Regenerationswirksamkeit zu verbessern.
Da die übrigen Aspekte hinsichtlich des Aufbaus und der Wirkung dieselben sind wie diejenigen in den Fällen der ersten bis vierten Ausführungsbeispiele, wird eine Beschreibung dieser weggelassen.
[Sechstes Ausführungsbeispiel]
Das sechste Ausführungsbeispiel ist eine Modifikation des ersten Ausführungsbeispiels und in dem Ausführungsbeispiel wird ein variabler Förder-Turbolader als Turbolader 9 verwendet und die Abgasdrosselklappe 20 wird weggelassen. Wie wohl bekannt ist, hat der variable Förder-Turbolader ein bewegliches Flügelrad in einem Düsenabschnitt in einer Turbine 18 eines Turboladers 9 und eine Einlaßfläche der Turbine kann durch Einstellen eines Grades der Flügel verändert werden. Ein Ladedruck kann durch Erhöhen der Geschwindigkeit eines Abgases durch Vermindern der Turbineneinlaßfläche erhöht werden.
Da der Ladewirkungsgrad reduziert wird, wenn eine Turbineneinlaßfläche in dem variablen Förder-Turbolader bis zum äußersten verringert wird, wie in Fig. 14 gezeigt ist, wird ein Ladedruck (ein Druck in einer Luftansaugleitung) vermindert, ein Druck eines Abgases wird erhöht und eine Durchflußmenge des Abgases, das durch die Turbine 18 strömt, wird reduziert. Dies ist dieselbe Wirkung wie wenn ein Öffnungsgrad der Abgasdrosselklappe 20 verringert wird und demgemäß kann der variable Förder-Turbolader eine Abgasdurchflußmengensteuerungsvorrichtung bilden.
Fig. 11 ist ein Diagramm einer Konfiguration von Hauptbestandteilen eines Abgasreinigungssystems gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel und der variable Förder-Turbolader wird als Turbolader 9 ohne die Verwendung der Abgasdrosselklappe 20 verwendet. Ein Flügelradantriebsabschnitt 9a des variablen Förder-Turboladers 9 wird durch die Grade des Flügelrades durch die ECU 5 auf einen vorbestimmten Wert gesteuert und dadurch wird die Turbineneinlaßfläche auf eine vorbestimmte Fläche gesteuert. In Fig. 11 ist der übrige Aufbau außer dem variablen Förder-Turbolader 9 derselbe wie im ersten Ausführungsbeispiel, während die Bypassleitung 26 und das WGV 27 weggelassen werden.
Steuerungsprozeduren in dem sechsten Ausführungsbeispiel sind im wesentlichen dieselben wie im ersten Ausführungsbeispiel und nur ein Verfahren der Abgasströmungsreduzierung in Schritt 105 in Fig. 5 ist unterschiedlich zu dem ersten Ausführungsbeispiel.
Teile, die den Schritten 105 und 106 im ersten Ausführungsbeispiel entsprechen, werden unter Bezugnahme auf ein Ablaufdiagramm gemäß Fig. 12 beschrieben.
In Schritt 105 führt die ECU 5 eine Abgasströmungsreduzierung durch Betätigung des Flügelradantriebsabschnitts 9a durch, um die Turbineneinlaßfläche des variablen Förder-Turboladers 9 auf eine vorbestimmte Fläche zu verringern. Deshalb sind die Prozeduren dieselben wie im ersten Ausführungsbeispiel. In Schritt 106-1 führt die ECU 5 eine Korrektur eines Öffnungsgrades des EGR-Ventils, der verringert werden soll, durch, und in Schritt 106-2 führt die ECU 5 eine Korrektur der Hauptkraftstoffeinspritzrate durch, die erhöht werden soll. Dadurch kann die gleiche Motorleistung wie beim Betriebszustand vor der Ausführung der Abgasströmungsreduzierung erhalten werden.
In diesem Fall werden Experimente eines Dieselmotors im voraus durchgeführt, wobei eine optimale Verkleinerung (die Winkelgradeinstellung eines Flügelrades) einer Turbineneinlaßfläche in dem Regnerationsbetrieb eines NOx-Katalysators erzielt wird und in Schritt 105 wird der Flügelradantriebsabschnitt 9a in einen Betriebszustand gesteuert, so daß er die Verringerung realisiert.
Da der variable Förder-Turbolader in einem Betriebszustand verwendet werden kann, in dem der Aufladewirkungsgrad schlechter als bei einem nicht variablen Förder-Turbolader ist, kann frische Luft weiter verringert werden. Dementsprechend werden in dem Fall, in dem die Staudrücke die gleichen sind, eine Abgasströmungsgrate niedriger sein im Gegensatz zu dem Fall, in dem ein variabler Förder-Turbolader verwendet wird, im Gegensatz zu dem Fall, in dem kein variabler Förder-Turbolader verwendet wird. Als ein Ergebnis kann die Zugabe einer Menge an Reduktionsmittel für die Regeneration eines NOx-Katalysators in dem Fall verringert werden, in dem ein variabler Förder-Turbo­ lader verwendet wird, im Gegensatz zu dem Fall, in dem kein variabler Förder-Turbolader verwendet wird.
Da andere Aspekte die gleichen wie im ersten Ausführungsbeispiel sind, wird eine Beschreibung von diesen weggelassen.
Im übrigen ist nicht nur die Abgasdrosselklappe 20 in dem Abgasrohr 19 vorgesehen, sondern es wird auch ein variabler Förder-Turbolader als Turbolader verwendet und eine Abgasströmungsreduzierung durch die Abgasdrosselklappe 20 und durch Reduzierung einer Turbineneinlaßfläche des variablen Förder-Turboladers können zur gleichen Zeit verwendet werden.
Fig. 13 ist ein Ablaufdiagramm für Teile, die den Schritten 105, 106 im ersten Ausführungsbeispiel entsprechen. Steuerungsprozeduren werden in einer einfachen Art und Weise beschrieben. In Schritt 105 führt die ECU 5 eine Abgasströmungsreduzierung durch Verminderung eines Öffnungsgrades der Abgasdrosselklappe 20 durch und anschließend führt die ECU 5 desweiteren in Schritt 105-3 eine Abgasströmungsreduzierung durch Verringerung einer Turbineneinlaßfläche des variablen Förder-Turboladers 9 auf eine vorbestimmte Fläche aus. Danach sind die Steuerungsprozeduren die gleichen wie im ersten Ausführungsbeispiel und in Schritt 106-1 führt die ECU 5 eine Korrektur eines Öffnungsgrades des EGR-Ventils 29, der verringert werden soll, durch, und in Schritt 106-2 führt die ECU 5 ferner eine Korrektur einer Haupteinspritzrate durch, die erhöht werden soll. Dadurch kann die gleiche Motorleistung wie im Betriebszustand vor der Ausführung der Abgasströmungsreduzierung erhalten werden.
In dem oben beschriebenen zweiten bis vierten Ausführungsbeispielen wird ein variabler Förder-Turbolader als Turbolader 9 verwendet und die Abgasströmungsreduzierung kann durch Änderung einer Turbineneinlaßfläche in einer variablen Art und Weise anstelle der Ausführung der Abgasströmungsreduzierung durch die Abgasdrosselklappe 20 ausgeführt werden. Die Abgasströmungsreduzierung kann durch Verwendung der Abgasdrosselklappe 20 und des variablen Förder-Turboladers zur gleichen Zeit ausgeführt werden.
[Siebtes Ausführungsbeispiel]
Das siebte Ausführungsbeispiel ist eine Modifikation der oben beschriebenen ersten bis vierten Ausführungsbeispiele. Ein Unterschied liegt darin, daß die Zugabedüse 21 eine Mischvorrichtung zum Mischen des Abgases und des Reduktionsmittels aufweist.
Wie aus Fig. 15 hervorgeht, hat die Zugabedüse 21 ein Abgasreinigungssystem im siebten Ausführungsbeispiel als Doppelrohrkonstruktion, und ein Reduktionsmitteldurchlaß 21a ist in der Mitte im Inneren vorgesehen und ein Abgasdurchlaß 21b ist außerhalb des Reduktionsmitteldurchlasses 21a vorgesehen. Das vordere Ende des Abgasdurchlasses 21b wird vor dem vorderen Ende des Reduktionsmitteldurchlasses 21a geöffnet und der Abgasdurchlaß 21b wird sequentiell durch einen Drosselabschnitt 21c, der darin vorgesehen ist, verengt. Das Reduktionsmittel wird durch den Abgasdurchlaß 21a von der Reduktionsmittelversorgungsvorrichtung 25 geliefert und ein hoher Abgasdruck wird durch ein Abgasverzweigungsrohr 21d von einer Position stromaufwärts von dem Drosselklappenventil 20 an den Abgasdurchlaß 21a geliefert, wie in Fig. 16 gezeigt ist. In der Zugabedüse 21 wird ein Abgas mit einer hohen Geschwindigkeit von der vorderen Endöffnung des Abgasdurchlasses 21b versprüht, wenn ein NOx-Katalysator regeneriert wird, und an jenem Punkt atomisiert das Abgas das Reduktionsmittel, das von der vorderen Endöffnung des Reduktionsdurchlasses 21a versprüht wird, um feine Partikel zu erzeugen.
Dadurch kann der Regenerationswirkungsgrad des NOx-Katalysators verbessert werden.
Wenn das Reduktionsmittel an einer Position direkt stromaufwärts von der Turbine 18 des Turboladers 9 geliefert wird und das Reduktionsmittel atomisiert wird, um feine Partikel in der Turbine 18 zu erzeugen, ohne der Verwendung einer Zugabedüse 21 mit einer solch komplexen Konstruktion, kann ferner ein ähnlicher Effekt erzielt werden. In diesem Fall bildet die Turbine 18 die Mischvorrichtung.
Da die übrige Systemkonfiguration und die Steuerungsprozeduren dieselben sind wie diejenigen in den Fällen der ersten und vierten Ausführungsbeispiele, wird eine Beschreibung dieser weggelassen.
[Andere Ausführungsbeispiele]
Während in jedem der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele ein Reduktionsmittel in dem Abgasstrang stromabwärts von dem DPF 16 zugefügt wurde, kann das Reduktionsmittel in dem Abgasstrang stromaufwärts von dem DPF 16 zugefügt werden. In solchen Fällen, wenn das Reduktionsmittel für die Regeneration des NOx-Katalysators hinzugefügt wird, wird das zugefügte Reduktionsmittel in dem DPF 16 verbrannt und Ruß und dergleichen, der in dem DPF 16 eingefangen wird, kann wirksam verbrannt werden, was die Regeneration des DPF 16 mit einem guten Wirkungsgrad ermöglicht. Da durch das Verbrennen von Ruß und dergleichen, das in dem DPF 16 eingefangen wurde, Sauerstoff verbraucht wird, kann eine Umgebungsbedingung mit einer niedrigen Sauerstoffkonzentration mit einer geringen Menge an Lieferung von Reduktionsmittel erzeugt werden.
Während in jedem der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele das Reduktionsmittel unter Verwendung der Zugabedüse 21 in den Abgasstrang zugefügt wird, besteht keine spezielle Beschränkung auf diese Zuführmethode für das Reduktionsmittel. Wenn sich die Zylinder des Dieselmotors 1 beispielsweise im Arbeitshub oder im Ausstoßhub befindet, kann Kraftstoff als Reduktionsmittel aus dem Kraftstoffeinspritzventil 2 in das Abgas gespritzt werden.
Gemäß einem Abgasreinigungssystem für einen Verbrennungsmotor der vorliegenden Erfindung ist eine Leistungsreduzierungseinschränkungskorrekturvorrichtung zur Steuerung von mindestens einem Parameter, der mit der Verbrennung in Verbindung steht, um eingeschränkt zu werden, vorgesehen, wenn ein Reduktionsmittel einer Reinigungsvorrichtung durch eine Reduktionsmittelzugabevorrichtung zugefügt wird. Wenn dadurch ein Wiederherstellvorgang für die Reinigungsfähigkeit der Reinigungsvorrichtung ausgeführt wird, kann ebenso eine Motorleistung des Verbrennungsmotors auf dem gleichen Niveau wie in einem Betriebszustand vor dem Wiederherstellbetrieb für die Reinigungsfähigkeit gehalten werden und deshalb tritt nicht nur kein Drehmomentstoß auf, sondern die Fahreigenschaft wird verbessert.
In dem Abgasreinigungssystem für einen Verbrennungsmotor der vorliegenden Erfindung wird eine hervorragende Wirkung erzielt, in dem die Wiederherstellung eine Reinigungsfähigkeit einer Reinigungsvorrichtung wirksam erzielt wird, wenn eine Mischvorrichtung zum Mischen eines Abgases und eines Reduktionsmittels in dem System vorgesehen ist.
Die Fahreigenschaft wird verbessert, indem das Auftreten eines Drehmomentstoßes in einem Wiederherstellbetrieb für die Reinigungsfähigkeit eines Abgasreinigungssystems eines Verbrennungsmotors verhindert wird. In einem Regenerationsbetrieb eines NOx-Katalysators, der sich in einem katalytischen Umwandler 22 befindet, wird eine Abgasdurchflußmenge durch Verringerung eines Öffnungsgrades einer Abgasdrosselklappe 20 reduziert und ein Reduktionsmittel wird aus einer Zugabedüse hinzugefügt. Da einfaches Haften an einem solchen Regenerationsbetrieb einen Pumpverlust ansteigen läßt und eine Motorleistung eines Motors reduziert und dadurch einen Drehmomentstoß hervorruft, wird nicht nur ein Öffnungsgrad eines EGR-Ventils 29 korrigiert, so daß er vergrößert wird, sondern es wird ferner eine Einspritzrate eines Hauptkraftstoffs, der an die Verbrennungskammer des Motors 1 geliefert wird, korrigiert, so daß er erhöht wird, um dieselbe Motorleistung wie im Betriebszustand vor der Reduzierung der Abgasdurchflußmenge sicherzustellen.

Claims (2)

1. Abgasreinigungssystem für einen Verbrennungsmotor (1), das die folgenden Bauteile aufweist:
eine Reinigungsvorrichtung, die in einem Abgasstrang (15, 17, 18, 19) des Verbrennungsmotors vorgesehen ist;
eine Reduktionsmittelzugabevorrichtung (21, 25) zum Zugeben eines Reduktionsmittels in die Reinigungsvorrichtung und
eine Abgasdurchflußmengensteuerungsvorrichtung (20) zur Steuerung einer Durchflußmenge eines Abgases, das durch den Abgasstrang des Verbrennungsmotors strömt, um verringert zu werden, wenn das Reduktionsmittel durch die Reduktionsmittelzugabevorrichtung in die Reinigungsvorrichtung hinzugefügt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das System ferner eine Leistungsreduzierungsbeschränkungskorrekturvorrichtung zur Steuerung von mindestens einem Parameter, der mit der Verbrennung zusammenhängt, in einer solchen Art und Weise, daß, wenn das Reduktionsmittel durch die Reduktionsmittelzugabevorrichtung in die Reinigungsvorrichtung hinzugefügt wird, eine Leistungsreduzierung des Verbrennungsmotors beschränkt wird, aufweist.
2. Abgasreinigungssystem für einen Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgasdurchflußmengensteuerungsvorrichtung stromaufwärts von der Reduktionsmittelzugabevorrichtung angeordnet ist, und daß das System ferner eine Mischvorrichtung zur Mischung des Abgases und des Reduktionsmittels in einem stromaufwärtigen Bereich von der Abgasdurchflußmengensteuerungsvorrichtung aufweist.
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